管道对接焊缝超声检测机器人研究

论文摘要

在输送管道的建设和运营中,管道对接焊缝质量的检测至关重要。超声检测作为一种重要的无损检测方法,被广泛应用于工业产品质量控制和在役设备安全监测中,尤其在管道焊接缺陷检测中发挥着重要作用,已被世界各国所采用。传统的超声检测方法存在检测效率低、评定缺陷难等不足,研制一种管道对接焊缝超声检测机器人系统具有重要的意义。本文借助计算机、数控、精密机械和微电机驱动等技术,以工控机为核心,以国内先进的数字超声探伤仪为基础,以虚拟仪器结构为软件平台,开发了管道对接焊缝自动超声检测机器人系统,实现了超声检测的数字化、自动化、图像化,为提高检测的可靠性和效率奠定了基础。本课题进行了机器人总体设计,研制了浮动探头夹持器,实现了探头与管道的自适应接触。设计了具有大减速比步进电机传动系统,满足了机器人绕管道圆周运动所需要的动力。借助计算机I/O接口和串口通信技术,通过LabWindows/CVI中的专用RS232串口通讯函数库,实现了工控机与STC89C51单片机的通讯,有效地对检测机器人进行控制,实现了机器人沿管道的圆周运动和探头沿管道轴向扫描运动,能够对焊缝进行锯齿形或矩形扫描。利用ActiveX技术,解决了LabWindows/CVI和Office Word软件的接口,实现了检测报告的生成和打印;构建了管道对接焊缝超声斜角探伤平台,通过研究自动扫描成像的关键技术及其软件实现方法,成功实现了以伪彩色和灰度模式显示管道典型人工缺陷的超声A扫描、B扫描。通过对缺陷超声检测回波信号进行去噪,有效抑制电磁干扰和点状噪声的影响。建立人工缺陷的斜角探伤数学模型,对缺陷进行定位分析,为深入研究斜角探伤的数字化、图像化、智能化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 管道焊缝检测的发展
• 1.2 国内外焊缝自动检测装置的发展动态
• 1.2.1 国外焊缝自动检测装置的发展动态
• 1.2.2 国内焊缝自动检测装置的发展动态
• 1.3 超声检测技术的发展趋势
• 1.4 本课题研究的意义和内容
• 1.4.1 研究的意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 管道对接焊缝超声检测机器人总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 焊缝超声检测关键技术分析
• 2.2.1 脉冲反射法
• 2.2.2 焊缝的斜角探伤
• 2.2.3 斜探头扫查方式
• 2.2.4 探头移动区域
• 2.2.5 超声探头
• 2.2.6 入射方向和探测面
• 2.3 管道对接焊缝超声检测系统总体方案确定
• 2.4 管道焊缝检测控制系统的构建
• 2.4.1 管道检测机器人本体
• 2.4.2 步进电机控制卡
• 2.4.3 管道对接焊缝检测控制软件
• 2.5 超声数据采集系统的构建
• 2.5.1 基于TCP/IP协议的网络通讯
• 2.5.2 超声回波信号采集与图像显示
• 2.5.3 缺陷信号A、B扫描和定位分析
• 2.5.4 检测报告输出与保存
• 2.6 小结
• 3 管道对接焊缝超声检测机器人控制系统
• 3.1 引言
• 3.2 对接焊缝超声检测机器人的工作原理
• 3.3 驱动部分结构改进设计
• 3.3.1 传动方式的确定
• 3.3.2 行走驱动机构设计与计算
• 3.4 扫描部分结构改进设计
• 3.4.1 传动方式的确定
• 3.4.2 步进电机的选用
• 3.4.3 扫描驱动机构设计与计算
• 3.5 超声检测机器人的控制
• 3.5.1 步进电机运动控制卡
• 3.5.2 上下位机通信
• 3.5.3 步进电机的控制
• 3.5.4 控制系统软件
• 3.6 小结
• 4 管道对接焊缝超声检测机器人软件系统
• 4.1 引言
• 4.2 软件系统设计
• 4.2.1 虚拟仪器技术和LabWindows/CVI软件的特点
• 4.2.2 系统软件功能模块的设计
• 4.3 超声检测数据的获取
• 4.3.1 LabWindows/CVI中网络通讯模块
• 4.3.2 网络通讯软件实现
• 4.4 与外部程序接口的实现
• 4.4.1 ActiveX技术
• 4.4.2 LabWindows/CVI与Office Word软件接口的实现
• 4.5 管道对接焊缝检测系统软件包的生成
• 4.5.1 LabWindows/CVI应用程序的发布
• 4.5.2 安装程序的建立
• 4.6 小结
• 5 横波探伤缺陷成像和定位分析
• 5.1 引言
• 5.2 横波探伤缺陷成像
• 5.2.1 超声A扫描
• 5.2.2 超声B扫描成像方法
• 5.2.3 扫描图像的显示模式
• 5.2.4 超声B扫描图像矩阵的获取
• 5.3 B扫描软件系统验证
• 5.4 人工缺陷超声成像的数学模型建立及验证
• 5.4.1 数学模型建立
• 5.4.2 人工缺陷B扫描验证
• 5.5 缺陷图像定位分析
• 5.6 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录