CN105043676B - 一种超高压氦气检漏的远控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超高压氦气检漏的远控装置，包括，氦气源安装机构，氦气源安装在氦气源安装机构上；三轴直线运动平台，检测吸枪安装在三轴直线运动平台上，可由三轴直线运动平台驱动进行三轴运动；远程控制台，编程远程控制三轴直线运动平台驱动检测吸枪的运动，对氦气源进行漏点检测；特殊测试环境箱体，超高压氦气源安装机构和三轴直线运动平台容纳在特殊测试环境箱体内部。本发明采取远程控制，人员可以远程进行超高压氦气源气密性检测，不必靠近超高压氦气源，避免了操作风险。

Description

一种超高压氦气检漏的远控装置

技术领域

本发明属于气体系统的试验装置，特别是涉及一种超高压氦气检漏的远控装置，用于以远程控制方式实现超高压氦气源上多个检漏点的自动定位和检测。

背景技术

超高压氦气源是火箭伺服系统不可缺少的关键单机，它的工作功率是除火箭发动机以外功率最大的。火箭飞行时超高压氦气源上贮存的高压氦气(60MPa)作为伺服系统工作的初级能源，超高压氦气源的气密封性能对伺服系统乃至全火箭姿态控制起决定成败的作用。所以，超高压氦气源的气密封性能在其生产全过程均需要使用氦质谱检漏的方式进行检测。

现有气密性检测的方法是：氦气源放置在一般测试环境，预先充压0.45MPa氦气，保持10min，操作人员手持氦质谱检漏仪的吸枪，逐点放在检测对象的检测点周围，依次读取氦质谱检漏仪显示的漏率值，完成低压氦气源的气密检测工作。

但是，现有技术方法局限于低压试验条件，不能适用于超高压试验范围。超高压氦气源工作压力为60MPa，且必须在其工作压力范围内进行气密封性能考核，测试压力较高，因此，采用现有的气密检测方法存在问题是：1.由于高压风险，人员不能靠近超高压氦气源进行检测；2.由于对人身有危险，不能人工找测点；3.产品必须放置在特殊测试环境中，超高压氦气源作为高压容器充压必须有卸爆面，以防止爆炸危险。如果在高压试验中仍采用人工检测的方法，人员安全将面临巨大风险，同时也违反国家安全生产法规。

在对超高压氦气源进行检漏检测时，以往依靠人工进行气密检测的手段不再适用。为保证产品的密封性和人员的安全性，必须采用远程控制方式完成超高压氦气源的气密检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种超高压氦气检漏的远控装置，采用远程控制方式实现超高压氦气源上多个检漏点的自动定位和检测，克服现有技术采取操作人员手持氦质谱检漏仪进行检测的方法不能适用于超高压试验的问题。

本发明的技术方案为：

一种超高压氦气检漏的远控装置，包括，氦气源安装机构，氦气源安装在氦气源安装机构上；三轴直线运动平台，检测吸枪安装在三轴直线运动平台上，可由三轴直线运动平台驱动进行三轴运动；远程控制台，编程远程控制三轴直线运动平台驱动检测吸枪的运动，对氦气源进行漏点检测；特殊测试环境箱体，超高压氦气源安装机构和三轴直线运动平台容纳在特殊测试环境箱体内部。

进一步地，远程控制台包括工控机、PLC控制模块、电机驱动模块；其中，工控机中的软件编制控制指令，PLC控制模块将工控机输入的控制指令变换为电机的驱动信号输出给电机驱动模块，电机驱动模块驱动三轴直线运动平台中的步进电机按照驱动信号运动。

进一步地，三轴直线运动平台包括滑台和步进电机，滑台安装检测吸枪，步进电机接受远程控制台的控制指令，驱动滑台。

进一步地，三轴直线运动平台包括摄像头，摄像头安装在三轴直线运动平台末端的固定组件上，检测吸枪将氦气漏率信号输出至远端的氦质谱检漏仪，摄像头实时将检测到的视频信号反馈至远程控制台的显示器显示，以实现超高压氦气漏率的远程检测。

进一步地，直线运动平台包括滚珠丝杠和滚珠导轨，其中滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为台面的直线运动，承担滑台的轴向负载；滚珠导轨用于导向和承担滑台的侧向负载。

进一步地，特殊测试环境箱体一面为开放式结构，作为超高压氦气源高压充压的卸爆面。

进一步地，特殊测试环境箱体采用整体型材焊接骨架及外包不锈钢板的结构。

进一步地，氦气源安装机构具有位于特殊测试环境箱体外部的产品安装工位和位于特殊测试环境箱体内部的测试工位两种位置状态，可通过90°翻转进行转换。

进一步地，在特殊测试环境箱体底部安装有四个万向脚轮。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1，采取远程控制，人员可以远程进行超高压氦气源气密性检测，不必靠近超高压氦气源，避免了操作风险；

2.实现自动找寻超高压氦气源的气密检测点；

3.超高压氦气源可以放置在特殊测试环境中实现超高压检测，超高压氦气源的高压充压过程有卸爆面。

附图说明

图1示出了本发明的超高压氦气检漏的远程检测装置的三视图；

图2示出了本发明中的远程控制台的工作原理图；

图3示出了本发明中的X-Y-Z三轴直线运动平台结构示意图；

图4示出了本发明中的超高压氦气源的密封性平面测点布局图；

图5示出了本发明中的超高压氦气源安装机构示意图；

图6示出了本发明中的超高压氦气源安装机构安装示意图；

图7示出了本发明中的特殊测试环境箱体图。

具体实施方式

本发明的技术方案是：设计一种远程检测超高压氦气源漏率的装置，人员可以远程对超高压氦气源实现气密检测。整体方案采用远程测控方案，主要由远程控制台、X-Y-Z三轴直线运动平台、超高压氦气源安装机构、特殊测试环境箱体四部分组成。

本发明要解决的一个技术问题是：人员可以远程控制超高压氦气源气密性检测。远程控制台是本发明整套装置的控制中心，主要包括工控机、PLC控制模块、电机驱动模块、电源变换模块、电缆及控制柜组成。本发明编制程序实现远程检测要求，由远程控制台操纵检测吸枪，可以使用手动逐点远控、自动循环点远控的人机交互方式，并实现视频信号的显示输出；PLC控制模块将控制指令变换为电机的驱动信号，驱动电机按照指令信号运动。

本发明要解决的另一个技术问题是：自动找寻测点。X-Y-Z三轴直线运动平台由三套直线滑台、步进电机以及检测吸枪、摄像头安装组件组成，它接收远程控制台的控制指令，驱动步进电机旋转，并将其转化为滑台的直线运动，平台X、Y、Z三轴的运动组合实现自动找测点。检测吸枪、摄像头安装在平台末端的固定组件上，检测吸枪将氦气漏率信号输出至远端氦质谱检漏仪，摄像头实时将检测位置反馈至远程控制台，从而实现超高压氦气漏率的远程检测。

本发明要解决的又一个技术问题是：实现一个特殊的测试环境，满足超高压测试环境要求。超高压氦气源安装机构固定于特殊测试环境箱体内，用于产品的安装及测试工位的转换，不仅具有安装工位和测试工位，而且具有工位锁定功能，确保被测产品可靠固定。特殊测试环境是装置的主台体，主要用于X-Y-Z三轴直线运动平台和产品安装机构的安装腔体，箱体底部装有万向脚轮便于装置移动；箱盖与箱体通过搭扣锁压接固定，特殊测试环境的主台体箱体一面为开放式结构，可以作为超高压氦气源高压充压的卸爆面。

远程检测超高压氦气源漏率装置如图1所示。主要包括远程控制台1、X-Y-Z三轴直线运动平台2、超高压氦气源安装机构3、特殊测试环境箱体4四部分。

远程控制台组成框图如图2所示。远程控制台是整套装置的控制中心，主要由显示器5、工控机6、PLC控制模块7、电机驱动模块8、电源模块9、电机启停10、摄像视频信号11组成。

人员在操作远程控制台时，使用工控机6的软件编制控制指令，PLC控制模块7接受控制指令并变换为驱动指令，驱动指令传输至电机驱动模块8将指令信号功率放大，驱动电机启停10按照控制指令信号工作。

远程控制台通过人机交互方式实现远程控制要求，通过软件编程可以手动逐点远控、自动循环点远控；工控机采集的视频信号11输出给显示器5可以实时观看传输回的视频图像。

X-Y-Z三轴直线运动平台如图3所示。X-Y-Z三轴运动平台由X、Y、Z三轴滑台组合而成，运动平台采用笛卡尔坐标系型式，既X、Y、Z三轴相互垂直，其中X轴滑台12固定在台体上，Y轴滑台13固定于X轴上，Z轴滑台14固定于Y轴上，并在Z轴移动平台15安装吸枪和摄像头。

X-Y-Z三轴直线运动平台的运动控制采用基于工业机器人的X-Y-Z三轴运动平台型式与步进电机相结合的方案，直线运动平台主要由滚珠丝杠和滚珠导轨组成，其中滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为台面的直线运动，主要承担滑台的轴向负载；滚珠导轨主要用于导向和承担滑台的侧向负载。基于高度集成化和小型化的设计原则，并根据X、Y、Z三方向的实际工作要求，选用标准工业化的产品——滑台，将滚珠丝杠和滚珠导轨集成，使用时根据需要进行选型和组装即可。步进电机接收远程控制台的脉冲指令并驱动运动平台内部的丝杠旋转，通过丝母与丝杠的耦合将电机的旋转运动转化为丝母的直线运动，进而驱动末端吸枪和摄像头在空间运动，实现运动控制。

X-Y-Z三轴运动平台的行程设计依据固定在Z轴移动平台15上的吸枪和摄像头的测试范围及检测点轨迹进行规划。超高压氦气源的密封性测点布局如图4所示：

参见图4所示，超高压氦气源的密封性检测点共有13处，且所有测点均位于一个平面内，其中检测点1、2、3、4内部为60MPa高压氦气，测点5、6、7、8、9、10、11、12、13内部为24MPa氦气。根据气路的流向，对传感器的运动轨迹进行规划。

通过对超高压氦气源测点的布局分析和检测点轨迹分析，并结合超高压氦气源的图纸进行尺寸计算，得出X-Y-Z三轴运动平台三轴的基本行程要求，如表1所示。

表1.运动平台行程分配表

序号	行程	指标	设计值	备注
					1.	X向	≥220mm	400mm
2.	Y向	≥245mm	400mm
					3.	Z向	≥250mm	400mm

根据检测点的位置精度、测试周期以及滑台的安装型式，分析梳理出X、Y、Z轴滑台的定位精度、运动速度和实际载荷，并根据工作要求确定滑台的型号，具体指标要求和选型要求如表2所示。

表2.运动平台基本参数表

序号	参数名称	指标	选型指标	备注
					1.	定位精度(mm)	≥0.1	0.02
2.	直径	/	8mm
					3.	导程(mm)	5	5
4.	最高速度(mm/s)	≥200	250
					5.	X最大负载(kg)	≥35	45	水平
6.	Y最大负载(kg)	≥15	75	水平
					7.	Z最大负载(kg)	≥2	15	垂直
8.	推力(N)		640	400W电机输入

步进电机是超高压氦气漏率检测设备的动力单元，它接收远程控制台的脉冲信号，并根据信号输出一定旋转角度和旋转力矩，进而驱动滚珠丝杠旋转，并通过与丝母的耦合将旋转运动转化为直线运动，从而实现平台X、Y、Z三轴的运动。根据平台各轴负载、定位精度要求，对步进电机的步进精度和输出力矩进行计算，并考虑一定的余量，确定电机的型号，具体指标要求和选型要求如表3所示。

表3.步进电机基本参数表

序号	参数名称	指标	选型指标	备注
					1.	保持转矩(Nm)	≥0.1	1.5
2.	基本步距角	≤3.6°	1.2°

序号	参数名称	指标	选型指标	备注
					3.	步距精度	≤10％	5％

超高压氦气源安装机构如图5所示。考虑到被测产品质量较大，产品安装采用滑轨形式，在产品安装时需测试人员搬运产品并较精确的对准才能实现产品的顺利安装。因此，为降低测试人员的劳动强度，综合考虑被测产品的安装和测试工艺性，设计了产品安装结构，不仅具有安装工位和测试工位，而且具有工位锁定功能，如图6所示，产品安装时，将超高压氦气源安装机构3向上翻转，使滑轨垂直地面为安装工位状态，操作者搬运产品，垂直向下滑入到导轨中固定，然后将安装机构90°翻转转向箱内，将锁定销插入，确保被测产品可靠固定为测试工位。产品安装机构主要实现被测产品安装工位和测试工位的转换，提高产品的测试工艺性，降低测试人员的劳动强度。

特殊测试环境箱体如图7所示，包括安装在其内部的超高压氦气源安装机构1，X-Y-Z三轴直线运动平台，箱体是X-Y-Z三轴运动平台、产品安装结构和被测产品的承载基体，同时为被测产品提供特殊测试环境。特殊测试环境箱体采用整体型材焊接骨架及外包不锈钢板的结构方案，箱体骨架通过角钢焊接成型，并搭接矩形钢以提高骨架的结构刚度，在骨架外采用对焊焊接方案，实现箱体的四方向覆盖箱体外立面，在箱体底部安装了四个万向脚轮。超高压氦气源充压必须有卸爆面，因此，箱体外立面的一面可拆卸，箱盖与箱体通过搭扣锁压接固定。

Claims (8)

1.一种超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，包括，

氦气源安装机构，氦气源安装在所述氦气源安装机构上，所述氦气源安装机构具有位于特殊测试环境箱体外部的产品安装工位和位于特殊测试环境箱体内部的测试工位两种位置状态，可通过90°翻转进行转换；所述氦气源安装机构上设置有滑轨，产品安装时，将超高压氦气源安装机构（3）向上翻转，使滑轨垂直地面为安装工位状态，操作者搬运产品，垂直向下滑入到滑轨中固定，然后将氮气源安装机构90°翻转转向箱内，将锁定销插入，确保被测产品可靠固定为测试工位；所述特殊测试环境箱体包括安装在其内部的超高压氦气源安装机构和X-Y-Z三轴直线运动平台，箱体是X-Y-Z三轴运动平台、产品安装结构和被测产品的承载基体，同时为被测产品提供特殊测试环境；特殊测试环境箱体采用整体型材焊接骨架及外包不锈钢板的结构方案，箱体骨架通过角钢焊接成型，并搭接矩形钢以提高骨架的结构刚度；

三轴直线运动平台，检测吸枪安装在所述三轴直线运动平台上，由所述三轴直线运动平台驱动进行三轴运动；

远程控制台，编程远程控制所述三轴直线运动平台驱动检测吸枪运动，对所述氦气源进行漏点检测；

特殊测试环境箱体，所述超高压氦气源安装机构和所述三轴直线运动平台容纳在所述特殊测试环境箱体内部。

2.根据权利要求1所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，所述远程控制台包括工控机、PLC控制模块、电机驱动模块；其中，工控机中的软件编制控制指令，PLC控制模块将工控机输入的控制指令变换为驱动信号输出给电机驱动模块，电机驱动模块驱动三轴直线运动平台中的步进电机按照驱动信号运动。

3.根据权利要求2所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，所述三轴直线运动平台包括滑台和步进电机，所述滑台安装检测吸枪，所述步进电机接受远程控制台的控制指令，驱动所述滑台。

4.根据权利要求3所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，所述三轴直线运动平台包括摄像头，所述摄像头安装在所述三轴直线运动平台末端的固定组件上，检测吸枪将氦气漏率信号输出至远端的氦质谱检漏仪，摄像头实时将检测到的视频信号反馈至远程控制台的显示器显示，以实现超高压氦气漏率的远程检测。

5.根据权利要求3所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，直线运动平台包括滚珠丝杠和滚珠导轨，其中滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为台面的直线运动，承担滑台的轴向负载；滚珠导轨用于导向和承担滑台的侧向负载。

6.根据权利要求1所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，所述特殊测试环境箱体一面为开放式结构，作为超高压氦气源高压充压的卸爆面。

7.根据权利要求1所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，所述特殊测试环境箱体采用整体型材焊接骨架及外包不锈钢板的结构。

8.根据权利要求1所述的超高压氦气检漏的远控装置，其特征在于，在所述特殊测试环境箱体底部安装有四个万向脚轮。