面向枪管类零件X射线探伤机控制系统研究

论文摘要

X射线探伤技术是无损探伤技术的一种,其原理就是在不损坏被检测工件的前提下,检测工件内部是否存在缺陷,而且还可以确定被检测件缺陷的具体位置以及形状和大小等。在工业生产中,很多重要的设备的原材料、零部件以及焊缝等都需要进行必要的无损探伤,X射线探伤技术在航空、航天、兵器、化工、冶金、船舶、铁道以及核工业等多个领域内应用广泛。枪管类零件X射线探伤机主要由射线源系统、探测器系统、机械运动系统、数据采集系统、控制系统以及计算机与图像处理系统等几个部分组成。本文针对枪管零件批量检测的要求设计了专用夹具、检测台以及整体控制方案,考虑到检测的安全性,整体控制系统主要包括主控制室、探伤机室、主控制面板以及现场工作台等。通过以上设计研究,以实现零件的在线检测,达到安全快速检测出缺陷的目的,并且还可以根据检测结果指导生产工艺的改进。在X射线探伤机控制系统中,扫描运动的控制起着至关重要的作用,其精确度、稳定性和快速性对成像质量有着本质的影响。本文采用工控机+多轴运动控制卡的上下位机的控制模式,工控机负责整个系统的控制以及人机交互界面和图像处理等;多轴运动控制卡专门负责控制各轴的运动,它接收来自工控机的命令,然后将命令转化为相应指令给各个伺服驱动器,伺服驱动器控制对应的伺服电机运动,从而实现扫描所需的运动。控制卡还接收来自光电编码器或光栅尺的反馈信号,形成闭环控制,确保运动控制的高精度。对运动控制的基本要求是稳定性、快速性和准确性。本文参照所选伺服电机的相关参数,建立起伺服电机及驱动器的开环和闭环传递函数,分析其Bode图中的相位裕度和幅值裕度,通过在系统中增加新的环节或改变某些参数,实现了对控制参数的优化,从而使控制达到稳、准、快的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 工业CT 发展及应用现状
• 1.2.2 X 射线实时成像技术发展现状
• 1.2.3 运动控制技术的发展现状
• 1.3 课题的提出及意义
• 1.4 本文研究的目的和内容
• 1.4.1 本文研究的目的
• 1.4.2 本文研究的内容
• 2 X 射线探伤机总体设计
• 2.1 探伤机基本组成
• 2.1.1 射线源系统
• 2.1.2 探测器系统
• 2.1.3 机械扫描运动系统
• 2.1.4 数据采集系统
• 2.1.5 控制系统
• 2.1.6 计算机及图像处理系统
• 2.2 总体方案设计
• 2.2.1 检测方式确定
• 2.2.2 常见方案比较
• 2.2.3 本系统方案
• 2.3 系统机械结构布局
• 2.4 本章小结
• 3 X 射线探伤机控制方案
• 3.1 系统所要实现的运动及控制
• 3.1.1 工作台旋转运动及控制
• 3.1.2 工件旋转运动及控制
• 3.1.3 射线管与探测器竖直运动及控制
• 3.1.4 射线管与探测器水平运动及控制
• 3.2 系统总体控制方案
• 3.2.1 控制系统特点
• 3.2.2 控制系统组成
• 3.2.3 控制系统功能
• 3.2.4 控制系统总体布局
• 3.2.5 主控制台设计
• 3.2.6 人机交互界面设计
• 3.3 系统扫描运动方案设计
• 3.4 本章小结
• 4 X 射线探伤机控制系统设计
• 4.1 常见控制系统结构
• 4.2 控制方案比较
• 4.3 控制系统硬件设计
• 4.3.1 工控机选型
• 4.3.2 控制器选型
• 4.3.3 伺服及驱动系统
• 4.3.4 检测元件
• 4.3.5 接口设计
• 4.4 控制系统软件设计
• 4.4.1 主要功能模块
• 4.4.2 PMAC 变量
• 4.4.3 PMAC 内存地址表
• 4.4.4 控制程序设计
• 4.5 本章小结
• 5 运动控制系统仿真
• 5.1 闭环控制理论基础
• 5.2 PID 控制
• 5.3 控制模型的建立
• 5.3.1 伺服电动机的计算与选型
• 5.3.2 控制系统数学模型
• 5.4 系统性能分析
• 5.5 系统参数选择与仿真
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录