CN104280456B - 一种气瓶缺陷超声检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气瓶缺陷超声检测系统，包括工装系统、驱动系统和控制系统，其中，工装系统包括框架、探头直线驱动装置、探头上下调节装置、探头间距调节装置、喷水式探头夹具、上下料装置、气瓶旋转驱动装置、水槽和气瓶承重架；本发明不再使用原先的水浸式检测工艺，而是采用喷水法进行耦合的检测工艺，通过自动控制，实现上下料、检测的完全自动化，将超声信号转化为光信号通过光纤进行传输，实现了长距离、大数据量的数据传输，可以避免干扰，提高设备的信噪比。同时数据分析功能进一步提升，通过计算实现水层波跟踪、内外伤缺陷区分、波形全程记录、回放等升级功能，提高了气瓶的检测效率及检测效果。

Description

一种气瓶缺陷超声检测系统

技术领域

本发明属于气瓶检测技术领域，具体涉及一种气瓶缺陷超声检测系统。

背景技术

盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa（表压）且压力与容积的乘积大于或等于1.0MPa.L的盛装气体、液化气体和标准沸点等于或低于60⁰C的液体的气瓶。

气瓶一般具有以下特点：生产和使用数量巨大、承受压力较高、使用场所和环境复杂、流动性大、给气瓶的安全监管和规范检验带来很大困难。

气瓶是国家规定的特种设备的一种，按照国家规定需要进行监督检验和定期检验，气瓶从结构上分类有无缝气瓶和焊接气瓶。

无缝气瓶由无缝钢管加工而成，加工过程中可能会产生拉丝、淬火裂纹等缺陷，从而影响气瓶质量。目前，气瓶自动化检测的对象局限在瓶身上，因此气瓶检测一般采用无缝钢管的检测工艺。

超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方法，它主要用于检测金属材料和部分非金属材料的内部缺陷。超声波探伤具有成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等突出优点、但也存在诸如探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作者技术水平和经验的影响。

在超声检测中，一般人工检测时采用接触法检测；接触法超声波探伤因其具有快速、准确、无污染、成本低等特点为钢管行业广泛采用，但检测曲率半径较小的管材时，探伤耦合不良、波束严重扩散、探伤灵敏度低、探头磨损量大。

在自动化检测领域目前常规使用的是水浸法进行超声检测，即将探头浸泡在水中，气瓶的检测部分也浸泡在水中，通过水进行耦合。检测过程中气瓶在旋转的同时会缓慢的向前进或者气瓶旋转探头进行直线运动，来达到整个气瓶的检测。

此种检测方法主要由探头支架、探头直线驱动器、气瓶旋转驱动装置及水槽几部分组成。此种结构的气瓶检测装置结构简单，只能适应气瓶小批量的检测，且水浸结构不利于大口径气瓶的上下料，影响检测效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种气瓶缺陷超声检测系统，不再使用原先的水浸式检测工艺，而是采用喷水法进行耦合的检测工艺，通过自动控制，实现上下料、检测的完全自动化，将超声信号转化为光信号通过光纤进行传输，实现了长距离、大数据量的数据传输，可以避免干扰，提高设备的信噪比。同时数据分析功能进一步提升，通过计算实现水层波跟踪、内外伤缺陷区分、波形全程记录、回放等升级功能，提高了气瓶的检测效率及检测效果。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种气瓶缺陷超声检测系统，包括工装系统、驱动系统和控制系统，其中，工装系统包括框架、探头直线驱动装置、探头上下调节装置、探头间距调节装置、喷水式探头夹具、上下料驱动装置、气瓶旋转驱动装置、水槽和气瓶承重架；

水槽设置于框架的底部，气瓶承重架设置于水槽上方，气瓶旋转驱动装置和上下料驱动装置相邻设置于气瓶承重架上，探头直线驱动装置设置于框架的顶部，探头上下调节装置的上部与探头直线驱动装置相连，所述探头上下调节装置的下部与探头间距调节装置相连，探头间距调节装置下部与喷水式探头夹具相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述探头直线驱动装置包括第一直线导轨、第一丝杆、第一步进电机、第一链轮和第一链条组成，所述第一丝杆水平设置于框架的顶部的中间位置，所述第一直线导轨有两个，位于框架的顶部并分别平行设置于第一丝杆轴线的两侧，所述第一丝杆与第一直线导轨相连，所述第一链轮有两个，其中一个第一链轮与第一步进电机相连，另外一个第一链轮与第一丝杆的一端相连，所述第一链条将两个第一链轮相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述探头直线驱动装置还包括丝杆轴承座、第一丝杆螺母、第一导轨滑块和第一安装板，所述第一丝杆通过丝杆轴承座固定于所述框架的顶部，所述第一丝杆还通过第一丝杆螺母与第一安装板相连，所述第一安装板通过第一导轨滑块与第一直线导轨相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述探头上下调节装置包括第二步进电机、第二链轮、第二链条、导柱、导套、第二丝杆、第二丝杆螺母，所述第二链轮有两个，其中一个设置第二步进电机上，另一个第二链轮设置于第二丝杆上，所述两个第二链轮通过第二链条相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述探头间距调节装置包括第二安装板、第二导轨滑块、第一齿条、直线导轨、第一齿轮、锁紧件和手轮，所述直线导轨有两个，分别设置于所述第二安装板上表面，两对第二导轨滑块分别穿套于直线导轨上，两个直线导轨上相对的两个第二导轨滑块通过第一齿轮相连，所述第一齿条与第一齿轮卡合连接，所述手轮通过锁紧件与齿轮的一端相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述喷水式探头夹具包括支架、第二直线导轨、滑块、第一气缸和探头夹具，所述支架为倒L型，所述支架的上部与探头上下调节装置相连，支架的侧壁通过滑块与所述第二直线导轨相连，所述第二直线导轨与探头夹具相连，所述探头夹具通过第一气缸与所述支架相连，所述探头夹具的下方设有探头。

作为本发明的进一步优化方案，所述气瓶旋转驱动装置包括第一旋转三相电机、第三链条、第一滚轴、第三链轮、驱动轮和从动轮，所述驱动轮与从动轮相连，所述驱动轮设有第三链轮，所述第一滚轴与驱动轮对应的位置设有第三链轮，所述驱动轮的第三链轮与第一滚轴相对的第三链轮通过第三链条相连，所述第一滚轴与第一旋转三相电机相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述上下料驱动装置包括第二旋转三相电机、辊子、第二滚轴、第四链轮、第四链条和第二气缸，所述辊子并排设置于气瓶承重架上，所述辊子的一端与第四链轮相连，所述第四链条与所有的第四链轮卡合连接，第二旋转三相电机与第四链轮相连，第二气缸与气瓶承重架相连。

作为本发明的进一步优化方案，所述控制系统包括控制板、工控主机、接近开关、继电器、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机、电机驱动器、电磁阀、显示器、发射光端机、接收光端机、超声仪。所述工控主机通过并口与控制板相连，所述控制板通过继电器分别与接近开关、电机驱动器、电磁阀、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机相连，所述电机驱动器还分别与第一步进电机、第二步进电机相连。所述超声仪通过USB线与发射光端机相连，所述发射光端机通过光纤与接收光端机相连，所述接收光端机还通过USB线与电脑主机相连，所述显示器与电脑主机相连。

作为本发明的进一步优化方案，还包括潜水泵和水量调节阀，所述潜水泵的抽水端置于水槽中，所述潜水泵的出水端与水量调节阀的进水端相连，所述水量调节阀的出水端与所述探头夹具相连。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

第一、 本发明采用模块分割的方式，不再使用原先的水浸式检测工艺，而是采用喷水法进行耦合的检测工艺，通过自动控制，实现上下料、检测的完全自动化；

第二、 本发明将超声信号转化为光信号通过光纤进行传输，实现了长距离、大数据量的数据传输，可以避免干扰，提高设备的信噪比；

第三、 本发明软件功能进一步提升，通过算法实现水层波跟踪、内外伤缺陷区分、波形全程记录、回放等升级功能，提高了气瓶的检测效率及检测效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

1、探头直线驱动装置，2、探头上下调节装置，3、探头间距调节装置，4、喷水式探头夹具，5、上下料驱动装置，6、水槽，7、气瓶旋转驱动装置，8、框架；

图2是本发明的立体示意图；

1、探头直线驱动装置，4、喷水式探头夹具，5、上下料驱动装置，7、气瓶旋转驱动装置，8、框架，9、气瓶承重架，10、气瓶；

图3是本发明的探头直线驱动装置示意图；

101、丝杆轴承座，102、第一丝杆，103、第一丝杆螺母，104、第一直线导轨，105、第一步进电机，106、第一链轮，107、第一链条，108、第一链轮，109、第一直线导轨，110、第一安装板；

图4是本发明的探头上下调节装置示意图；

201、导柱，202、第二丝杆螺母，203、第二丝杆，204、第二链轮，205、第二步进电机，206、第二链条，207、第二链轮，208、导套

图5是本发明的探头间距调节装置示意图；

301、第一齿轮，302、直线导轨，303、齿条，304、第二导轨滑块，305、第二安装板，306、第二轴承座，307、锁紧件，308、手轮；

图6是本发明的喷水式探头夹具示意图；

401、支架，402、滑块，403、第二直线导轨，404、气缸，405、探头夹具，406、探头；

图7是本发明的旋转驱动装置示意图；

501、第三链轮，502、驱动轮，503、第三链条，504、第一滚轴，505、第三链轮，506、第一旋转三相电机，507、轴承座，508、从动轮；

图8是本发明的上下料驱动装置；

701、第二气缸，702、大锥形驱动轮，703、轴承座，704、小锥形驱动轮，705、第四链轮和第四链条，706、第二旋转三相电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开一种气瓶缺陷超声检测系统，如图1所示，包括工装系统、驱动系统和控制系统，其中，工装系统包括框架、探头直线驱动装置、探头上下调节装置、探头间距调节装置、喷水式探头夹具、上下料驱动装置、气瓶旋转驱动装置、水槽和气瓶承重架；

框架采用方钢焊接而成，上述所有装置都设置于框架上。

水槽设置于框架的底部，气瓶承重架设置于水槽上方，气瓶旋转驱动装置和上下料驱动装置相邻设置于气瓶承重架上，探头直线驱动装置设置于框架的顶部，探头上下调节装置的上部与探头直线驱动装置相连，所述探头上下调节装置的下部与探头间距调节装置相连，探头间距调节装置下部与喷水式探头夹具相连，所述喷水式探头夹具通过潜水泵与水槽相连，潜水泵的出口处设置有水量调节阀，在检测过程中，潜水泵将水槽中的水抽至探头夹具，水量调节阀根据耦合情况调节水量，耦合完的水流至水槽，经过过滤后继续使用，形成水循环系统。

本发明的控制系统包括控制板、工控主机、接近开关、继电器、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机、电机驱动器、电磁阀、显示器、发射光端机、接收光端机、超声仪，工控主机通过并口与控制板相连，控制板通过继电器与接近开关、电机驱动器、电磁阀、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机相连，电机驱动器与第一步进电机及第二步进电机相连。超声仪通过USB线与发射光端机相连，发射光端机通过光纤与接收光端机相连，接收光端机通过USB线与电脑主机相连，显示器与电脑主机相连。

探头直线驱动装置包括第一直线导轨、第一丝杆、第一步进电机、第一链轮和第一链条组成，所述第一丝杆水平设置于框架的顶部的中间位置，所述第一直线导轨有两个，位于框架的顶部并分别平行设置于第一丝杆轴线的两侧，所述第一丝杆与第一直线导轨相连，所述第一链轮有两个，其中一个第一链轮与第一步进电机相连，另外一个第一链轮与第一丝杆的一端相连，所述第一链条将两个第一链轮相连。

探头直线驱动装置还包括丝杆轴承座、第一丝杆螺母、第一导轨滑块和第一安装板，所述第一丝杆通过丝杆轴承座固定于所述框架的顶部，所述第一丝杆还通过第一丝杆螺母与第一安装板相连，所述第一安装板通过第一导轨滑块与第一直线导轨相连，第一步进电机转动并带动第一丝杆转动，在丝杆螺母的带动下安装板做水平的直线运动。

探头上下调节装置包括第二步进电机、第二链轮、第二链条、导柱、导套、第二丝杆、第二丝杆螺母，所述第二链轮有两个，其中一个设置第二步进电机上，另一个第二链轮设置于第二丝杆上，所述两个第二链轮通过第二链条相连。

所述第二丝杆通过第二丝杆螺母固定在第一安装板上，第二丝杆与电机一体化安装，喷水式探头夹具上的第三安装板通过导柱、导套与第一安装板连接，第二不仅电机旋转时，带动第二丝杆转动，通过第二丝杆螺母带动喷水式探头夹具的上下运动，从而适应不同规格的气瓶。

喷水式探头夹具包括支架、第二直线导轨、滑块、第一气缸和探头夹具，所述支架为倒L型，所述支架的上部与探头上下调节装置相连，支架的侧壁通过滑块与所述第二直线导轨相连，所述第二直线导轨与探头夹具相连，所述探头夹具通过第一气缸与所述支架相连，所述探头夹具的下方设有探头，第一气缸工作时，气缸推动探头夹具，探头夹具通过滑块的滑动沿直线导轨运动，探头夹具上下运动，从而实现检测过程中的耦合。

探头间距调节装置包括第二安装板、第二导轨滑块、第一齿条、第二直线导轨、第一齿轮、锁紧件和手轮，所述第二直线导轨有两个，分别设置于所述第二安装板上表面，两对第二导轨滑块分别穿套于第二直线导轨上，两个第二直线导轨上相对的两个第二导轨滑块通过第一齿轮相连，所述第一齿条与第一齿轮卡合连接，所述手轮通过锁紧件与齿轮的一端相连，所述在两个第二直线导轨上相对的两个第二导轨滑块与一个喷水式探头夹具的支架相连，转动手轮，齿轮会沿齿条运动，这样可以调节探头夹具的位置，从而来适应不同长度的气瓶，调整完成后，锁紧锁紧件，固定探头夹具，探头夹具的个数可根据气瓶的长度来确定。

气瓶旋转驱动装置包括第一旋转三相电机、轴承座、第一滚轴、第三链条、第三链轮、驱动轮和从动轮，所述驱动轮与从动轮相连，气瓶承重架上设有第三链轮，该所述第三链轮与驱动轮相连，第一滚轴与驱动轮对应的位置设有第三链轮，所述驱动轮的第三链轮与第一滚轴相对的第三链轮通过第三链条相连，所述第一滚轴与第一旋转三相电机相连，所述第一旋转三相电机驱动第一滚轴转动，第一滚轴转动带动位于第一滚轴的第三链轮转动，与为第一滚轴的第三链轮通过第三链条连接的位于驱动轮的第三链轮也随之转动，从而带动驱动轮转动，从动轮空载时不转动，检测时驱动轮驱动气瓶转动，从动轮在气瓶的作用下，随之转动。

上下料驱动装置包括第二旋转三相电机、辊子、第二滚轴、第四链轮、第四链条和第二气缸，所述辊子并排设置于气瓶承重架上，所述辊子的一端与第四链轮相连，所述第四链条与所有的第四链轮卡合连接，第二旋转三相电机与第四链轮相连，第二气缸分别设置于气瓶承重架的四个角，第二气缸工作时，整个上下料驱动装置可以上下运动，同时在第二旋转三相电机的驱动下，辊子转动，完成上下料。

辊子的形状为纺锤形，根据大小分为两种，分别是大锥形驱动轮和小锥形驱动轮，大锥形驱动轮和小锥形驱动轮间隔设置。

控制系统包括控制板、工控主机、接近开关、继电器、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机、电机驱动器、电磁阀、显示器、发射光端机、接收光端机和超声仪。

工控主机通过并口与控制板相连，控制板通过继电器分别与接近开关、电机驱动器、电磁阀、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机相连，所述电机驱动器还分别与第一步进电机、第二步进电机相连。所述超声仪通过USB线与发射光端机相连，所述发射光端机通过光纤与接收光端机相连，所述接收光端机还通过USB线与电脑主机相连，所述显示器与电脑主机相连。

控制板与工控主机相连，通过软件控制各个电气执行元件的动作及电气元件的反馈。根据控制流程，实现上下料及检测过程的自动化。

显示器包括主显示器和副显示器，主显示器为正常操作的时候使用，副显示器采用防水显示器，安装于整体框架上，现场调试时使用，方便调试。超声仪器安装在整体框架上，其他部件安装于现场控制台内，并将超声信号转换为光信号通过光纤传输，实现了长距离、大数据量的数据传输，可以避免干扰，提高设备的信噪比。软件系统具有系统控制、超声采集、数据分析、数据存储、工艺制作等功能，同时通过算法实现了水层跟踪、气瓶内外伤缺陷区分、波形全程记录、回放等功能。

整个系统为自动化操作，当气瓶进入上料区后，上下料驱动装置的第二三相旋转电机转动，将气瓶运输至喷水式探头夹具下方的检测区域，然后上下料驱动装置下落，气瓶与旋转驱动装置的驱动轮接触，第一三相旋转电机工作，气瓶旋转，探头夹具在气缸的作用下与工件耦合，水泵开启，探头夹具开始作直线运动，检测开始。检测完后，探头夹具抬起，电机停止旋转，上下料驱动装置上升，气瓶抬起，上下料驱动装置将气瓶输送出检测区域，完成整个检测过程。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：包括工装系统、驱动系统和控制系统，其中，工装系统包括框架、探头直线驱动装置、探头上下调节装置、探头间距调节装置、喷水式探头夹具、上下料驱动装置、气瓶旋转驱动装置、水槽和气瓶承重架；

水槽设置于框架的底部，气瓶承重架设置于水槽上方，气瓶旋转驱动装置和上下料驱动装置相邻设置于气瓶承重架上，探头直线驱动装置设置于框架的顶部，探头上下调节装置的上部与探头直线驱动装置相连，所述探头上下调节装置的下部与探头间距调节装置相连，探头间距调节装置下部与喷水式探头夹具相连；

所述探头间距调节装置包括第二安装板、第二导轨滑块、第一齿条、直线导轨、第一齿轮、锁紧件和手轮，所述直线导轨有两个，分别设置于所述第二安装板上表面，两对第二导轨滑块分别穿套于直线导轨上，两个直线导轨上相对的两个第二导轨滑块通过第一齿轮相连，所述第一齿条与第一齿轮卡合连接，所述手轮通过锁紧件与齿轮的一端相连。

2.如权利要求1所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述探头直线驱动装置包括第一直线导轨、第一丝杆、第一步进电机、第一链轮和第一链条组成，所述第一丝杆水平设置于框架的顶部的中间位置，所述第一直线导轨有两个，位于框架的顶部并分别平行设置于第一丝杆轴线的两侧，所述第一丝杆与第一直线导轨相连，所述第一链轮有两个，其中一个第一链轮与第一步进电机相连，另外一个第一链轮与第一丝杆的一端相连，所述第一链条将两个第一链轮相连。

3.如权利要求2所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述探头直线驱动装置还包括丝杆轴承座、第一丝杆螺母、第一导轨滑块和第一安装板，所述第一丝杆通过丝杆轴承座固定于所述框架的顶部，所述第一丝杆还通过第一丝杆螺母与第一安装板相连，所述第一安装板通过第一导轨滑块与第一直线导轨相连。

4.如权利要求1所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述探头上下调节装置包括第二步进电机、第二链轮、第二链条、导柱、导套、第二丝杆、第二丝杆螺母，所述第二链轮有两个，其中一个设置第二步进电机上，另一个第二链轮设置于第二丝杆上，所述两个第二链轮通过第二链条相连。

5.如权利要求1所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述喷水式探头夹具包括支架、第二直线导轨、滑块、第一气缸和探头夹具，所述支架为倒L型，所述支架的上部与探头上下调节装置相连，支架的侧壁通过滑块与所述第二直线导轨相连，所述第二直线导轨与探头夹具相连，所述探头夹具通过第一气缸与所述支架相连，所述探头夹具的下方设有探头。

6.如权利要求5所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述气瓶旋转驱动装置包括第一旋转三相电机、第三链条、第一滚轴、第三链轮、驱动轮和从动轮，所述驱动轮与从动轮相连，所述驱动轮设有第三链轮，所述第一滚轴与驱动轮对应的位置设有第三链轮，所述驱动轮的第三链轮与第一滚轴相对的第三链轮通过第三链条相连，所述第一滚轴与第一旋转三相电机相连。

7.如权利要求6所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述上下料驱动装置包括第二旋转三相电机、辊子、第二滚轴、第四链轮、第四链条和第二气缸，所述辊子并排设置于气瓶承重架上，所述辊子的一端与第四链轮相连，所述第四链条与所有的第四链轮卡合连接，第二旋转三相电机与第四链轮相连，第二气缸与气瓶承重架相连。

8.如权利要求7所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：所述控制系统包括控制板、工控主机、接近开关、继电器、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机、电机驱动器、电磁阀、显示器、发射光端机、接收光端机、超声仪；

所述控制板通过继电器分别与接近开关、电机驱动器、电磁阀、第一旋转三相电机、第二旋转三相电机相连，所述控制板还与工控主机相连，所述电机驱动器还分别与第一步进电机、第二步进电机相连；

所述工控主机分别与显示器、接收光端机相连，所述接收光端机与发射光端机通过光纤相连，所述发射光端机还与超声仪相连。

9.如权利要求8所述的一种气瓶缺陷超声检测系统，其特征在于：还包括潜水泵和水量调节阀，所述潜水泵的抽水端置于水槽中，所述潜水泵的出水端与水量调节阀的进水端相连，所述水量调节阀的出水端与所述探头夹具相连。