CN110625166A - 一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置及方法属于掘进机刀座检测技术领域，目的在于解决现有技术存在的出现漏检的情况以及存在一定安全隐患的问题。本发明的装置包括：底座；设置在底座上方的数控工作台；垂直设置在数控工作台上方的主轴；设置在底座上的运动调整机构，运动调整机构带动数控工作台沿X轴和Y轴运动，并带动主轴沿Z轴运动；铣刀和超声波检测探头总成，铣刀和超声波检测探头总成任意一个和主轴下端连接；以及数控系统和显示面板，数控系统和显示面板电连接，显示面板输入指令通过数控系统控制运动调整机构运动。本发明能够实现刀座的数控编程铣加工与数控自动化超声波探伤检测连续完成，整个加工‑检测过程只需要在数控编程铣之前进行一次对刀找正操作。

Description

一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置及方法

技术领域

本发明属于掘进机刀座检测技术领域，具体涉及一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置及方法。

背景技术

刀座是掘进机滚刀的定位、支撑工具，将刀具装配到刀座内，然后嵌装入刀盘面板上的刀座安装孔内进行安装定位，由于在掘进机作业过程中滚刀承载大且承载环境恶劣，不仅滚刀容易磨损和损坏，刀座也容易出现损坏或磨损现象，因此刀座的质量直接影响掘进机的效率和工程进度。我公司生产的19吋滚刀刀座，外刀座材质为Q345B，内刀座材质为42CrMo，属于异种钢焊接范畴。由于42CrMo钢系中碳调质高强钢，钢的Ceq值高达0.893％，可焊性较差。在焊接过程中，母材金属的一部分要熔化到焊缝金属中去，致使焊层金属碳量增高，加之含硫杂质和气孔的影响，容易在焊层金属中引起热裂纹。而裂纹是焊接过程中出现的致命缺陷，直接影响刀座的安全性和使用性。刀座焊缝必须满足NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》中Ⅰ级超声波探伤评定标准。

传统的刀座焊缝探伤采用接触法手工超声检测，其检测过程受人为因素影响较大，探测时间长、效率低。一个刀座四条焊缝采用单探头双面双测探大约需要4小时，而且经常无法准确控制探头移动速度，探头与工件接触时，工艺要求需要在探头上施加20N～30N的压力，手工操作因人而异，施加力的大小受人为因素影响，不能准确保证施加力的工艺要求，探测面不能保证达到100％，极易出现漏检的情况，对于掘进机刀座来说无疑存在严重的安全隐患。刀座本身重达几百斤，双面检测需要人工操作，存在不安全因素。

发明内容

本发明的目的在于提出一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置及方法，解决现有技术存在的出现漏检的情况以及存在一定安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明的掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置包括：

底座；

设置在底座上方的数控工作台；

垂直设置在所述数控工作台上方的主轴；

设置在底座上的运动调整机构，所述运动调整机构带动数控工作台沿X轴和Y轴运动，并带动主轴沿Z轴运动；

铣刀和超声波检测探头总成，所述铣刀和超声波检测探头总成任意一个和所述主轴下端连接；

以及数控系统和显示面板，所述数控系统和显示面板电连接，显示面板输入指令通过数控系统控制运动调整机构运动。

所述运动调整机构包括：

固定在所述底座上的数控Y轴；

相对所述数控Y轴滑动配合的承载台；

固定在所述承载台上的数控X轴，所述数控工作台相对数控X轴滑动配合；

固定在所述底座上的沿Z轴方向的立柱；

相对所述立柱沿Z轴方向滑动配合的横梁，所述主轴一端固定在横梁上，所述主轴沿Z轴方向设置。

所述铣刀和超声波检测探头总成任意一个和所述主轴下端连接具体为：当所述铣刀和所述主轴连接时，所述铣刀和所述主轴同轴固定；当所述超声波检测探头总成和所述主轴连接时，磁性的夹具基座的一面吸附在主轴的箱体上，一个万向磁性表座接杆的一端吸附在夹具基座另一面，万向磁性表座接杆的另一端通过架表压紧螺母对所述超声波检测探头总成夹持固定。

所述超声波检测探头总成包括超声波探头以及设置在超声波探头两侧的一对接触式压力传感器。

基于一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一：在主轴上安装铣刀，开启数控无损检测装置，对被检刀座的焊缝进行数控铣加工，使焊缝的表面为平整光滑的表面，表面粗糙度Ra≤6.3；

步骤二：将铣刀更换为超声波检测探头总成，再次启动数控无损检测装置，对超声波检测探头总成调零；

步骤三：开启超声波探伤仪，设置仪器初始参数、校正仪器零点、声速及前沿长度和K值；

步骤四：选择被检刀座上的一个焊缝进行探伤操作；

1)调整超声波检测探头总成和选择的焊缝的接触情况，使超声波检测探头总成和焊缝接触的接触压力在20-30N之间；

2)通过超声波检测探头总成对选择的焊缝进行整体粗扫描，并获得扫描焊缝的波形曲线；

3)根据步骤2)中获得的波形曲线，将超声波反射信号波形超出判定阈值的所有疑似缺陷特征点判读为N个缺陷目标点；

4)对步骤3)中获得的N个缺陷目标点进行目标点精扫描，以确定N个缺陷目标点对应的坐标值；并确定所有缺陷目标点的缺陷信息；

5)完成一个焊缝的探伤过程；

步骤五：重复步骤四完成被检刀座全部焊缝的探伤过程，获得全部焊缝探伤缺陷信息。

步骤四的步骤2)中所述的整体粗扫描的扫查方法为：将超声波检测探头总成从对接接头两侧垂直于焊接接头进行扫查，探头前后移动距离符合1.25P，其中P＝2KT，K为探头斜率，T为工件厚度。

步骤四的步骤4)中所述的确定所有缺陷目标点的缺陷信息的方法为：超声波检测探头总成对所有缺陷目标点进行精扫描，针对所有反射波幅位于Ⅰ区或Ⅰ区以上的缺陷，对相应缺陷位置、缺陷最大反射波幅和缺陷指示长度等进行测定；

其中：缺陷位置以获得缺陷最大反射波的位置为准；

缺陷最大反射波幅的测定方法是将超声波检测探头总成移至缺陷出现最大反射波信号的位置，测定波幅大小，并确定它在标准DAC曲线中的区域；

缺陷指示长度的检测方法为：当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度的80％后，用6db法测其指示长度；当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度80％后，应以端点6dB法测其指示长度，并根据超声波探伤仪所显示的缺陷深度确定。

本发明的有益效果为：本发明的探伤装置及方法能够实现刀座的数控编程铣加工与数控自动化超声波探伤检测连续完成，整个加工-检测过程只需要在数控编程铣之前进行一次对刀找正操作，即可确保加工-检测的基准零点和定位坐标系统一；在对探伤目标区域进行数控编程铣加工完成后，只需要人工操作，将数控无损检测装置主轴上安装的铣刀更换为超声波检测探头总成及其夹持固定装置即万向磁性表座接杆和夹具基座，即可进行探伤操作。该方法采用自动化检测装置，节约了人力成本，避免了因人工搬运带来的不安全因素，检测时间由原来的4小时，降低为0.5小时，检测效率达原来的8倍以上，检测面积能够覆盖100％，提高了检测方法的准确性，对于缺陷的检出起到了至关重要的作用。

附图说明

图1为本发明的一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置整体结构示意图；

图2为被检刀座的局部放大图；

图3为本发明的掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置运动轨迹图；

其中：1、底座，2、数控工作台，3、主轴，4、运动调整机构，401、数控Y轴，402、承载台，403、数控X轴，404、立柱，405、横梁，5、显示面板，6、万向磁性表座接杆，7、夹具基座，8、超声波探伤仪，801、超声波检测探头总成，9、被检刀座，901、焊缝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明采用一种掘进机刀座数控无损检测装置及方法，将被检刀座9安装在数控数控无损检测装置的数控工作台2上，将超声波检测探头总成801安装完成，超声波检测探头总成801安装在一个万向磁性表座接杆6上，工作时探头不动，而是通过数控无损检测装置在X轴和Z轴方向的往复运动，保持探头相对于入射面的角度和距离不变，实现刀座的数控无损探伤检测。

参见附图1-附图3，本发明的一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置包括：

底座1；

设置在底座1上方的数控工作台2；

垂直设置在所述数控工作台2上方的主轴3；

设置在底座1上的运动调整机构4，所述运动调整机构4带动数控工作台2沿X轴和Y轴运动，并带动主轴3沿Z轴运动；

铣刀和超声波检测探头总成801，所述铣刀和超声波检测探头总成801任意一个和所述主轴3下端连接；

以及数控系统和显示面板5，所述数控系统和显示面板5电连接，显示面板5输入指令通过数控系统控制运动调整机构4运动。

所述运动调整机构4包括：

固定在所述底座1上的数控Y轴401；

相对所述数控Y轴401滑动配合的承载台402；

固定在所述承载台402上的数控X轴403，所述数控工作台2相对数控X轴403滑动配合；

固定在所述底座1上的沿Z轴方向的立柱404；

相对所述立柱404沿Z轴方向滑动配合的横梁405，所述主轴3一端固定在横梁405上，所述主轴3沿Z轴方向设置。

X轴、Y轴和Z轴运动的驱动采用常规立式数控加工中心的数控系统。

所述铣刀和超声波检测探头总成801任意一个和所述主轴3下端连接具体为：当所述铣刀和所述主轴3连接时，所述铣刀和所述主轴3同轴固定；当所述超声波检测探头总成801和所述主轴3连接时，超声波检测探头总成801并不与主轴3的转动部件连接，而是通过强磁性的夹具基座7、万向磁性表座接杆6间接连接固定，万向磁性表座接杆6是种很普通常见的机床打表用工具，目的是避免探伤过程人因误操作使主轴意外启动旋转、导致超声波检测探头总成801跟着旋转而损坏探头。具体的连接方式为：夹具基座7依靠其强磁特性，一面吸附在机床主轴3的箱体上，避开主轴3的可旋转部件，另一面牢固地吸附住万向磁性表座接杆6，起到加强吸附力的作用，保证万向磁性表座接杆6磁座端的安装刚性稳固、不会轻易在探伤实施过程中因受力而发生松动脱落；万向磁性表座接杆6的夹持端，通过其自带的架表压紧螺母实现对超声波检测探头总成801的夹持固定。由于夹具基座7安装时不与主轴3转动部件相连，因此夹具基座7通过万向磁性表座接杆6最终连接的超声波检测探头总成801也就避免了主轴3意外启动旋转而发生甩动的危险，保证了探伤检测作业的安全性；同时，该连接系统刚性稳定，不易变形，保证了超声波检测探头总成801在安装后其晶体探头端面中心点与铣刀刃部端面中心点的空间相对距离称为可以重复标定的恒定值，也就方便了加工程序与检测程序的零点校准操作，使数控铣削加工后系统能直接快速切换到超声波探伤模式，而不需要重复对正零点。

所述超声波检测探头总成包括超声波探头以及设置在超声波探头两侧的一对接触式压力传感器。

基于一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一：在主轴3上安装铣刀，开启数控无损检测装置，对被检刀座9的焊缝901进行数控铣加工，使焊缝901的表面为平整光滑的表面，表面粗糙度Ra≤6.3，且无目视可见的明显起伏；

步骤二：将铣刀更换为超声波检测探头总成801，再次启动数控无损检测装置，对超声波检测探头总成801调零；

步骤三：开启超声波探伤仪8，设置仪器初始参数、校正仪器零点、声速及前沿长度和K值；

步骤四：选用标准试块CSK-ⅠA制作标准DAC曲线，选择被检刀座9上的一个焊缝901进行探伤操作；

1)调整超声波检测探头总成801和选择的焊缝901的接触情况，使超声波检测探头总成801和焊缝901接触的接触压力在20-30N之间；

2)通过超声波检测探头总成801对选择的焊缝901进行整体粗扫描，并获得扫描焊缝901的波形曲线；

3)根据步骤2)中获得的波形曲线，将超声波反射信号波形超出判定阈值的所有疑似缺陷特征点判读为N个缺陷目标点；

4)对步骤3)中获得的N个缺陷目标点进行目标点精扫描，以确定N个缺陷目标点对应的坐标值；并确定所有缺陷目标点的缺陷信息；

5)完成一个焊缝901的探伤过程；

步骤五：重复步骤四完成被检刀座9全部焊缝901的探伤过程，获得全部焊缝901探伤缺陷信息。

步骤四的步骤2)中所述的整体粗扫描的扫查方法为：将超声波检测探头总成从对接接头两侧垂直于焊接接头进行扫查，探头前后移动距离符合1.25P，其中P＝2KT，K为探头斜率，K＝2，T为工件厚度，T＝40mm。

为了观察缺陷动态波形或区分伪缺陷信号以确定缺陷的位置、方向、形状，可采用前后、左右等扫查方法。

步骤四的步骤4)中所述的确定所有缺陷目标点的缺陷信息的方法为：超声波检测探头总成801对所有缺陷目标点进行精扫描，针对所有反射波幅位于Ⅰ区或Ⅰ区以上的缺陷，对相应缺陷位置、缺陷最大反射波幅和缺陷指示长度等进行测定；

其中：缺陷位置以获得缺陷最大反射波的位置为准；

缺陷最大反射波幅的测定方法是将超声波检测探头总成移至缺陷出现最大反射波信号的位置，测定波幅大小，并确定它在标准DAC曲线中的区域；

缺陷指示长度的检测方法为：当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度的80％后，用6db法测其指示长度；当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度80％后，应以端点6dB法测其指示长度，并根据超声波探伤仪所显示的缺陷深度确定。

采取“先整体粗扫描”再进行“局部精扫描”的目的在于：将人工超声波探伤所习惯采用的基本手动扫查动作转变分解为适用于自动化的、通过数控程序驱动的机械动作，减少重复扫查面积，提高全局扫查效率。整体粗扫描过程不追求精准的缺陷定位，目的只在于快速识别出“哪些点及其附近毗连区域疑似有超标缺陷信号，后续需要对其再做局部精扫查、以准确定位和判定缺陷”。

本发明具有以下特点：

1.本发明所描述的一套针对掘进机滚刀刀座的数控自动化超声波探伤装置，能够实现刀座的数控编程铣加工与数控自动化超声波探伤检测连续完成，整个加工-检测过程只需要在数控编程铣之前进行一次对刀找正操作，即可确保加工-检测的基准零点和定位坐标系统一；在对探伤目标区域进行数控编程铣加工完成后，只需要人工操作，将数控无损检测装置主轴3上安装的铣刀更换为超声波检测探头总成801及其夹持固定装置即万向磁性表座接杆6和夹具基座7，同时更换检测专用的数控程序，即可快速完成对零，将设备从“机加工模式”切换至“自动探伤模式”。

2.超声波探伤前，在同一台数控无损检测装置上，先使用铣刀与数控程序，对需要探伤的焊缝901及毗连母材区域进行数控编程铣，是常规的数控加工方式，得到满足图纸尺寸要求、同时满足自动化超声波探伤要求的、平整而光滑的焊缝901表面，为实施下一步自动化超声波检验时，保证超声波检测探头总成801与焊缝901间接触压力持续平稳和界面良好耦合提供必要之条件。该工序本身为被检刀座9焊后加工及检测作业的一个固有环节，其创新点在于：在同一基准坐标系下，将机加工序与随后的超声波无损检验工序结合起来连续实施、能够显著减少中间过程流转等待时间，而且保证了加工-检测的三维坐标系统一，为采用数控无损检测装置实施自动化超声波探伤检测创造基础条件。

3.上文所描述的超声波检测探头总成801主体是一枚连接数据线的超声波探伤仪8探头，通过一支万向磁性表座接杆6和夹具基座7固定于机床主轴3上，但夹具基座7并不与主轴3的旋转部件接触，以保证安全，避免探伤时错误启动主轴3旋转产生意外。一套探头总成能够实现超声波检测探头的工作端面平行于待检测面，保证在主轴3上固定夹持的稳定性和不超过0.5mm的空间综合定位精度和重复安装误差，通过提前标定调节以及夹具基座7牢固锁定来实现，由于超声波检测探头总成801工作端面的中心点与上一步完成数控铣加工所用对应铣刀中心点之间的空间相对位置关系为一恒定值，通过测试对刀、标定出这一相对稳定的空间位置关系(X/Y/Z坐标差值)，即可保证在数控铣加工完成、人工操作将铣刀卸下、并换装上超声波检测探头总成801+万向磁性表座接杆6+夹具基座7后，通过程序内置的上述补偿坐标差值，就能够快速完成超声波检测探头总成801的探头端部与焊缝901表面的粗对零，减少为检测程序设定零点的操作时间，从而提高了连续作业的标准化程度和效率。

4.超声波检测探头总成801的精对零步骤，由于涉及接触焊缝901表面的贴紧力微调和根据回波信号反馈显示效果来作微调，因此需要依靠手动完成。先开启超声波探伤仪8的电源，设定初始参数、校准仪器、声速、前沿长度和K值参数，从仪器内存储中调取预先设定好的探伤工艺数据，然后需要在执行检测专用数控程序、开始空间插补路径检测之前，先手动对超声波检测探头总成801相对于焊缝901表面的法向距离位置进行精对零校准，以满足贴紧力和达到理想的回波信号反馈显示效果为准；随后即可以开始执行检测程序、按程序设定的路径自动进行连续探伤检测。

5.超声波检测探头总成801是在一枚普通的超声波探头两侧直接粘接固定一对小型接触压力传感器而制成的非标探头，专用于自动化的超声波检测；该小型压力传感器为一种市面常见的、基于压敏电阻和信号电路原理的的精密级数字压力传感器，能够在超声波检测探头开始与焊缝901检验表面接触时、自动检测界面接触压力并直接在传感器背后的小型液晶屏上显示压力值。

6.按超声波检测探头总成801与检验面的一般接触耦合要求，压力值在20～30N范围是较为理想的状态；在实际调节时，超声波检测探头总成801所带传感器显示的压力值仅作为一个辅助调节的参考变量，便于快速大致对零时实现相对较精确的观察；而精对零状态的最终判断依据为超声波探伤仪8读取的回波显示效果，应由无损检验专业人员人工校准。

7.将超声波探伤仪8检测到的波形信号以数据形式经标准通讯协议及串口方式调制输出至PC终端，原始连续波形信号经数字滤波及合并算法等处理，形成与探头检测位置坐标映射对应的完整连续波形，实现做一次全面扫描(以下称“粗扫描”)即可获知目标区域内部各种缺陷所在的最大缺陷波位置及深度，并且实现最大缺陷波信号显示的位置信息在工件坐标系中以三维坐标形式显示。“粗扫描”过程目的是快速识别缺陷的大致所在位置，但难以确定缺陷的准确信息；对缺陷的精确定位和性质判别，则在下一步依靠专门设置的子程序“精扫描”环节完成。通过“粗扫描+精扫描”的结合，使超声波探伤过程大幅度标准化、程序化，提高了效率和准确性、降低人因失误概率。

全区域“粗扫描”检测用的数控程序与普通的数控铣削加工用程序高度类似，区别在于：在全区域“粗扫描”检测程序执行时，超声波探头不需要旋转，即“粗扫描”环节主轴3的转速设定为0。为保证充分安全，超声波检测探头总成801是固定在万向磁性表座接杆6上，万向磁性表座接杆6通过夹具基座7连接在数控无损检测装置主轴3上，但夹具基座7与数控无损检测装置主轴3的旋转部件脱离接触，完全避免了因误启动主轴3旋转而造成机械碰撞意外的风险，保证安全。

8.“标准固定程序全面粗扫描+调用子程序局部精扫描”的具体实现方式为：

(1)通过测试标定与进给参数的固化设置，将用于目标区域的“粗扫描”检测程序的一次完整循环执行时长固化为一个标准值，记为T，将超声波检测探头总成801在该区域内按程序移动的所有位置坐标信息记为一组以时间为均匀变量的数据组XYZ(t)，那么显然，函数XYZ(t)在[0,T]这个时域内的所有数据都是完全可以预知且精确量化的，因为通过数控程序定位的探头，空间位置坐标可达到0.005mm/m或更好的精度水平，对于探伤缺陷定位而言已完全足够；

(2)同时，通过对完成二次开发的全数字式超声波探伤仪8进行调试、设定其输出信号的采样频率，或者从对原始连续波形信号合并处理所采用的算法入手，可以将PC终端上处理得到的全区域粗扫描完整连续波形也规制映射到[0,T]这个时域内，则获得的完整波形曲线也可视作一个[0,T]时域内以时间为变量的函数，将其记为W(t)。

(3)显然，由于时间变量t的均匀性，坐标数据组XYZ(t)可直接代入W(t)中，就可以得到以坐标XYZ数值为变量的波形曲线W(XYZ)，即“探伤信号波形与探头中心点所在坐标点的变化关系曲线”。由于时间t、坐标XYZ、波形信息W三者之间的关系基本为一对一映射，所以通过较简单的数据采集及标定操作，就可以在PC端波形处理软件的二次开发时，直接将对应关系集成到算法中，以便于在全区域“粗扫描”获得的完整连续波形图中直观读出各最大缺陷波对应的扫描点坐标。

(4)需要注意的是，“粗扫描”检测程序的执行时域[0,T₁]与上述超声波探伤仪8采样转PC端处理输出波形的对应时域[0,T₂]，二者虽然时长相同(均规限为T)，但在绝对时间轴的起始点上可能彼此存在提前或延迟的偏差，即：显示面板5上显示启动粗扫描程序的起始时间点，与超声波探伤仪8联PC端的这套系统开始采样-输出波形信号的起始时间点并不一定严格重合。由于本发明仅考虑基于对现有数控无损检测装置作部分简单改造来实现工程运用之目的，不考虑对数控无损检测装置的数控操作系统进行内嵌信号关联指令等高级开发与复杂改造。针对该问题，拟采取简单有效的解决方式：采取人为介入方式控制，确保人员控制二者启动的同步性，减少上述时间轴偏差。此外，由于探头移动倚赖的“粗扫描”程序本身设定的进给速度较慢，该误差本身影响较低，例如移动进给速度设定为60mm/min，则每秒超声波探头的位移仅1mm，对于一般特征长度在1～5mm范围的典型缺陷而言，即使确实存在0.5秒左右的时间轴偏差，也不会影响缺陷波形显示最大位置的定位判断，而且下一步“精扫描”环节，将进一步降低粗扫描环节的结论偏差。

在标准“粗扫描”程序执行完成、全区域粗扫描获得的完整检测波形报告也经检验人员浏览判读完毕后，下一步就要根据粗扫描报告中各处超标缺陷波形对应的坐标位置，探伤检验人员判断是否需要执行“精扫描”环节。例如，目标焊缝901全区域经“粗扫描”，波形判读报告显示超标缺陷的嫌疑点一共有N处，则操作人员根据该“粗扫描”波形报告，在数控无损检测装置显示面板5上操作、调取数控无损检测装置数控系统中预存储的“精扫描”主程序，在线修改输入最大缺陷嫌疑点对应的N个点坐标，在“精扫描”程序的主程序段中调用N次“精扫描”子程序。“精扫描”主程序与子程序均为预先准备好的标准模板，仅各缺陷嫌疑点坐标数据需要“粗扫描”后在线输入。完整的“精扫描”程序由一段主程序和要反复多次调用的子程序组成，二者均要预存于数控无损检测装置系统存储器里，“精扫描”子程序为固定格式内容，与每次都变化的缺陷嫌疑点坐标完全无关，因此子程序不需要修改；对于每个被检焊缝901，只需对“精扫描”主程序在线装订好与之相应的N个缺陷嫌疑点坐标，就能够实现“精扫描”子程序在N个缺陷嫌疑点位置周围的精确定点细致扫查，从而使原本需要人工进行超声波探伤精细扫查的动作，得到了最大程度的自动化改进。

“精扫描”主程序示例如表1：

对应的“精扫描”子程序示例如表2：

结合程序具体操作步骤为：

步骤一：开启数控无损检测装置，在主轴3上安装铣刀，对被检刀座9进行坐标系对零，完成对零的坐标系即为加工-检测统一的坐标系基准；调用数控无损检测装置存储中的数控铣削加工焊缝901专用数控程序，对被检刀座9进行焊缝901的数控铣加工，属于常规机加工；

步骤二：加工完毕，将铣刀从机床主轴3上拆下，然后将超声波检测探头总成801与万向磁性表座接杆6、夹具基座7组装为一体，再通过夹具基座7固定到机床主轴3上；通过预先标定刻线等方式，确保每次安装超声波检测探头总成801+万向磁性表座接杆6+夹具基座7之后，超声波检测探头总成801端面中心点的空间定位精度和重复定位误差不超过0.5mm；

步骤三：通过数控无损检测装置的显示面板5，将程序坐标系零点从加工程序零点切换为检测程序的零点，两个零点之间的空间坐标差值为标定好的常量，相当于铣刀端面中心点与超声波探头端面中心点的空间坐标差值；启动数控无损检测装置，将超声波检测探头总成801移动到零点，观察其位置是否准确；如有偏差，人工介入检查校正即重新执行步骤二；

步骤四：开启超声波探伤仪8电源，设置仪器初始参数、声速及前沿长度、K值等参数，然后进行对零：首先调取数控无损检测装置系统内预存储好的“粗扫描”数控程序，相当于一个主轴3转速设置为零的铣削加工程序，将超声波检测探头9的端面作为“刀具”端面来进行定位和移动的数控程序，以手动操作机床控制步进方式试运行，观察在“粗扫描”程序控制下，超声波检测探头总成801与目标焊缝901的表面相接触的接触压力是否满足20～30N的理想范围，同时操作人员注意超声波探伤仪8显示的底波波形，判断接触耦合情况是否满足要求；在对零步骤中，根据需要对焊缝901表面涂刷耦合剂(机油等)。

步骤五：确认对零状况满足探伤要求后，开始正式实施对焊缝901区域的“粗扫描”程序。在“粗扫描”过程中，超声波检测探头总成801扫查获取的信号，通过与超声波探伤仪8联接的通用串口输入PC终端，经过调制处理形成连续的波形曲线，该波形曲线与超声波检测探头总成801扫查的路径各点坐标形成一对一的映射记录关系，通过二次开发的软件处理，得到“粗扫描”波形曲线报告。在该报告中，能够初步判断出存在缺陷的疑似嫌疑点坐标，但由于“粗扫描”程序驱动扫查动作的特点，缺陷所在坐标的定位精度和深度信息判定并不会很准确，只能实现较粗的位置示踪标定；但这已经足够，达到了自动化实施“粗扫描”的既定目标。检验人员对“粗扫描”报告进行判读，筛选出所有波形信号幅度超出标定阈值的(即认为可能有缺陷的疑似嫌疑点)坐标，其数量记为N个，这N个坐标将作为下一步执行自动化“精扫描”前的程序装订依据。

步骤六：根据“粗扫描”波形曲线报告筛选出的N个存在缺陷的疑似嫌疑点的坐标值，操作人员调取出数控无损检测装置系统存储中预存的“精扫描”主程序，在线修改该主程序，将N个上述坐标依次装订到主程序语句里对应位置中，并保存修改；完整的“精扫描”程序由一段主程序和反复多次调用的子程序组成，二者均要预存于数控无损检测装置系统存储器里，“精扫描”子程序为固定格式内容，与每次变化的缺陷嫌疑点坐标完全无关，因此子程序不需要修改；对于每个被检焊缝901，只需对“精扫描”主程序在线装订好与之相应的N个缺陷嫌疑点坐标，就能够实现“精扫描”子程序在N个缺陷嫌疑点位置周围的精确定点细致扫查，从而使原本需要人工进行的超声波探伤精细扫查缺陷动作得到了最大程度的自动化改进。

步骤七：开始执行“精扫描”程序。程序内容示例如表1、表2。当主程序语句执行至含有某个缺陷嫌疑点坐标的语句行，子程序就被该对应语句调用、激活，开始按子程序所定义的规范标准语句进行该嫌疑点周围区域的往复细致扫查动作，同时超声波探伤仪8记录下对应的详细波形信号；由于扫查速度慢、动作精细，该信号相比“粗扫描”的波形信号更为精确，能够准确判断疑似缺陷的真实位置信息(通过波形域对应的坐标值判断)和深度信息(通过波形曲线判读)。以此类推，在完成该焊缝901所有N个缺陷嫌疑点坐标的局部“精扫描”动作后，“精扫描”主程序结束，报告仍从探伤仪联接的PC端自动生成。

步骤八：通过同样的方式，完成对被检刀座9全部焊缝901的自动化“粗扫描”与“精扫描”程序，完成一个刀座的所有焊缝901完整探伤。

Claims (7)

1.一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置，其特征在于，包括：

底座(1)；

设置在底座(1)上方的数控工作台(2)；

垂直设置在所述数控工作台(2)上方的主轴(3)；

设置在底座(1)上的运动调整机构(4)，所述运动调整机构(4)带动数控工作台(2)沿X轴和Y轴运动，并带动主轴(3)沿Z轴运动；

铣刀和超声波检测探头总成(801)，所述铣刀和超声波检测探头总成(801)任意一个和所述主轴(3)下端连接；

以及数控系统和显示面板(5)，所述数控系统和显示面板(5)电连接，显示面板(5)输入指令通过数控系统控制运动调整机构(4)运动。

2.根据权利要求1所述的一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置，其特征在于，所述运动调整机构(4)包括：

固定在所述底座(1)上的数控Y轴(401)；

相对所述数控Y轴(401)滑动配合的承载台(402)；

固定在所述承载台(402)上的数控X轴(403)，所述数控工作台(2)相对数控X轴(403)滑动配合；

固定在所述底座(1)上的沿Z轴方向的立柱(404)；

相对所述立柱(404)沿Z轴方向滑动配合的横梁(405)，所述主轴(3)一端固定在横梁(405)上，所述主轴(3)沿Z轴方向设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置，其特征在于，所述铣刀和超声波检测探头总成(801)任意一个和所述主轴(3)下端连接具体为：当所述铣刀和所述主轴(3)连接时，所述铣刀和所述主轴(3)同轴固定；当所述超声波检测探头总成(801)和所述主轴(3)连接时，磁性的夹具基座(7)的一面吸附在主轴(3)的箱体上，一个万向磁性表座接杆(6)的一端吸附在夹具基座(7)另一面，万向磁性表座接杆(6)的另一端通过架表压紧螺母对所述超声波检测探头总成(801)夹持固定。

4.根据权利要求1所述的一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置，其特征在于，所述超声波检测探头总成包括超声波探头以及设置在超声波探头两侧的一对接触式压力传感器。

5.基于权利要求1所述的一种掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在主轴(3)上安装铣刀，开启数控无损检测装置，对被检刀座(9)的焊缝(901)进行数控铣加工，使焊缝(901)的表面为平整光滑的表面，表面粗糙度Ra≤6.3；

步骤二：将铣刀更换为超声波检测探头总成(801)，再次启动数控无损检测装置，对超声波检测探头总成(801)调零；

步骤三：开启超声波探伤仪(8)，设置仪器初始参数、校正仪器零点、声速及前沿长度和K值；

步骤四：选择被检刀座(9)上的一个焊缝(901)进行探伤操作；

1)调整超声波检测探头总成(801)和选择的焊缝(901)的接触情况，使超声波检测探头总成(801)和焊缝(901)接触的接触压力在20-30N之间；

2)通过超声波检测探头总成(801)对选择的焊缝(901)进行整体粗扫描，并获得扫描焊缝(901)的波形曲线；

3)根据步骤2)中获得的波形曲线，将超声波反射信号波形超出判定阈值的所有疑似缺陷特征点判读为N个缺陷目标点；

4)对步骤3)中获得的N个缺陷目标点进行目标点精扫描，以确定N个缺陷目标点对应的坐标值；并确定所有缺陷目标点的缺陷信息；

5)完成一个焊缝(901)的探伤过程；

步骤五：重复步骤四完成被检刀座(9)全部焊缝(901)的探伤过程，获得全部焊缝(901)探伤缺陷信息。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，步骤四的步骤2)中所述的整体粗扫描的扫查方法为：将超声波检测探头总成从对接接头两侧垂直于焊接接头进行扫查，探头前后移动距离符合1.25P，其中P＝2KT，K为探头斜率，T为工件厚度。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，步骤四的步骤4)中所述的确定所有缺陷目标点的缺陷信息的方法为：超声波检测探头总成(801)对所有缺陷目标点进行精扫描，针对所有反射波幅位于Ⅰ区或Ⅰ区以上的缺陷，对相应缺陷位置、缺陷最大反射波幅和缺陷指示长度等进行测定；

其中：缺陷位置以获得缺陷最大反射波的位置为准；

缺陷最大反射波幅的测定方法是将超声波检测探头总成移至缺陷出现最大反射波信号的位置，测定波幅大小，并确定它在标准DAC曲线中的区域；

缺陷指示长度的检测方法为：当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度的80％后，用6db法测其指示长度；当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度80％后，应以端点6dB法测其指示长度，并根据超声波探伤仪所显示的缺陷深度确定。