枪管类零件工业X射线探伤检测台研究与设计

论文摘要

工业X射线检测技术自诞生以来便在机械、石油化工、运输、造船、航空、航天以及核能等工业领域得到迅速发展,对保证工业产品质量起到了重要作用。近年来,随着现代工业的发展,更是对工业X射线检测技术和装备提出了高精度、高可靠性、高分辨力、高自动化和专业化等要求,这也是工业X射线检测技术和装备发展的主要方向。在军工生产领域,产品的可靠性和安全性关系到武器装备的性能,其中产品内可能存在的裂纹等缺陷是现代军工产品的严重隐患;枪管是成枪中一个很重要的零件,在子弹发射过程中,枪管承受着巨大的压应力和热应力,所以这类零件对材料要求非常高,如果枪管中的缺陷超过一定数量,在巨大应力下就有可能发生爆裂。本课题就是针对枪管这种特殊的零件,在分析了X射线检测原理和检测工艺参数的基础上,针对枪管零件的特点及内部可能存在的缺陷设计了扫描检测方案;并在此基础上,研究设计了工业X射线探伤检测台主要的机械结构和控制硬件结构,设计过程中以提高检出率和检测效率为原则。具体内容如下:①首先,分析了枪管类零件的结构和内部缺陷特点;然后,通过对比,重点设计了枪管类零件的扫描运动方案,所设计的扫描方案包括五个自由度,可最大限度的获得完整的扫描数据;然后对工业X射线实时检测工艺参数进行了仔细的分析,明确了射线源焦点大小、透照放大倍数、射线强度分布、焦距和不清晰度等工艺参数在检测过程中的作用,并推导了枪管类零件检测时最佳放大倍数、最小焦距等参数的计算公式;枪管零件扫描运动方案设计和工业X射线实时检测最佳工艺参数的计算都以提高缺陷检出率为出发点。②设计了枪管类零件工业X射线检测台的机械结构;首先设计了检测台的总体结构,确定了检测台各个运动结构之间的关系;然后分别对各个分运动机构进行了详细设计,包括X向运动结构、Y向运动结构、Z向运动结构和零件自转结构等,初步搭建了检测运动平台。最后利用UG软件对关键零部件进行了参数化建模和虚拟装配,验证了所设计的检测台结构的合理性。③进行了控制系统硬件设计;首先进行了整体控制方案设计,提出了PC机控制和单片机控制相结合的混合控制方法;然后重点设计了单片机控制部分,设计过程中为了提高设计的成功率和结构的灵活性尽量选择了标准化、模块化的电路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 工业X 射线检测系统国内外发展现状
• 1.3 课题研究的背景和意义
• 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 枪管类零件工业X 射线探伤检测台检测方案的设计
• 2.1 工业X 射线实时检测系统检测原理及组成结构
• 2.1.1 基本检测原理
• 2.1.2 基本组成结构
• 2.2 扫描方案的确定
• 2.3 X 射线透照工艺参数分析
• 2.3.1 X 射线成像的光学几何模型
• 2.3.2 射线源焦点及射线强度的分布情况
• 2.3.3 图像不清晰度问题
• 2.3.4 图像放大的必要性及放大倍数的选择
• 2.3.5 照射焦距及其最小值的计算
• 2.4 零件检测过程中的散射线控制
• 2.5 本章小节
• 3 枪管类零件工业X 射线探伤检测台机械结构设计与参数化建模
• 3.1 检测台的整体结构
• 3.1.1 各个组成部分及各部分之间的关系
• 3.1.2 整体结构图
• 3.1.3 检测运动过程
• 3.2 检测台X、Y 向运动机械结构的设计
• 3.2.1 技术参数
• 3.2.2 传动结构设计
• 3.2.3 丝杠的选择
• 3.2.4 导轨的选择
• 3.2.5 电机的选择
• 3.3 检测台Z 向运动结构的设计
• 3.3.1 技术参数
• 3.3.2 传动结构设计
• 3.3.3 丝杠的设计
• 3.3.4 电机的选择
• 3.4 检测台的零件自转运动结构的设计
• 3.4.1 传动结构设计
• 3.4.2 电机的选择
• 3.4.3 重要零件的设计
• 3.5 检测台U 型臂旋转运动结构的设计
• 3.5.1 技术参数
• 3.5.2 传动结构设计
• 3.5.3 重要零件的设计
• 3.6 工业X 射线探伤检测台的三维建模和虚拟装配
• 3.6.1 参数化建模概述
• 3.6.2 基于UG 的虚拟装配技术
• 3.6.3 检测台部分零件的参数化建模
• 3.6.4 检测台的虚拟装配
• 3.7 本章小节
• 4 枪管类零件工业X 射线探伤检测台控制系统的设计
• 4.1 检测台控制系统总体方案
• 4.1.1 检测台控制系统的功能分析
• 4.1.2 硬件电路的模块组成
• 4.1.3 控制电路说明
• 4.2 控制系统各模块电路设计
• 4.2.1 单片机最小系统设计
• 4.2.2 存储器的扩展
• 4.2.3 I/O 口的扩展
• 4.2.4 键盘输入电路
• 4.2.5 光电开关原理与电路设计
• 4.2.6 限位开关
• 4.2.7 PC 机与单片机通讯模块
• 4.2.8 步进电机控制模块
• 4.3 硬件的抗干扰设计
• 4.4 本章小节
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录