提高超聲波連接設(shè)備檢驗(yàn)精度的技術(shù)改造

盧宇明　張志勇　李屹波

摘 要：文章對(duì)?406～?1422mm螺旋焊縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中超聲波連續(xù)探傷設(shè)備電控和自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)工作狀況進(jìn)行了分析，針對(duì)跟蹤焊縫精度差，干擾大的問題逐一進(jìn)行了分析。對(duì)超聲波探傷設(shè)備的電控系統(tǒng)、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)存在問題進(jìn)行技術(shù)改造。闡述了設(shè)備改造后取得的效果。

關(guān)鍵詞：在線超聲波；探傷；激光跟蹤焊縫；干擾

超聲波探傷工藝是焊管焊縫質(zhì)量檢測(cè)的一種重要方法，在石油管生產(chǎn)過程中作為一種無損檢測(cè)焊縫質(zhì)量的有效方法被廣泛應(yīng)用。它采用在焊管焊縫兩側(cè)布置一定數(shù)量的超聲波橫波探頭，在移動(dòng)焊管的過程中，利用超聲波的反射特性（在熒光屏上以縱坐標(biāo)表示反射回波的幅度，以橫坐標(biāo)表示反射回波的傳播時(shí)間），根據(jù)缺陷反射波的幅度和時(shí)間來確定缺陷的大小和存在的位置，探測(cè)焊管焊縫中平行于焊縫或垂直于焊縫的缺陷。缺陷的定位、定量和定性評(píng)定是超聲波無損檢測(cè)技術(shù)中的三大關(guān)鍵問題，特別是在螺旋焊縫的超聲波連探的檢測(cè)過程中（在螺旋管生產(chǎn)過程中的連續(xù)探測(cè)）一直以來就是技術(shù)難題。對(duì)探傷儀、自動(dòng)跟蹤的電控系統(tǒng)都有較高要求。

1 超聲波設(shè)備存在問題

我公司從2011年開始生產(chǎn)石油管，在用的超聲波連續(xù)探傷設(shè)備在檢測(cè)中存在誤報(bào)、漏報(bào)問題，檢測(cè)結(jié)果的客觀可靠性和準(zhǔn)確性均不能滿足GB/T9711.2、GB/9711.3、API5L等標(biāo)準(zhǔn)要求。這些問題對(duì)我公司生產(chǎn)中緬石油管形成瓶頸，制約了生產(chǎn)，須及時(shí)有效解決。

2 設(shè)備運(yùn)行狀況分析

超聲波連續(xù)探傷設(shè)備主要由機(jī)械硬件，電控系統(tǒng)，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)組成，在電腦軟件控制下根據(jù)生產(chǎn)工藝要求完成一系列檢測(cè)和評(píng)價(jià)工作，其中：電控系統(tǒng)，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)工作情況尤為重要，對(duì)探傷精度和產(chǎn)品質(zhì)量控制起到關(guān)鍵作用，現(xiàn)分別對(duì)這兩部分工作情況進(jìn)行分析。

2.1 電控系統(tǒng)

2.1.1 電控系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制跟蹤驅(qū)動(dòng)板及伺服控制器和PLC可編程序控制器。超聲波工作時(shí)探傷小車往返行走，被檢測(cè)鋼管旋轉(zhuǎn)，探頭架沿焊縫兩側(cè)開始檢測(cè)工作。同時(shí)速度碼盤控制線和探頭信號(hào)（32通道）線等，通過拖鏈與操作室主機(jī)相連，連接長(zhǎng)度約40米，在拖鏈內(nèi)來回拖動(dòng)24米的行程（控制過程見原理框圖一）。

圖一 電氣控制系統(tǒng)原理框圖

2.1.2 存在問題

2.1.2.1 從圖一可以看出：電控系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)操縱跟蹤驅(qū)動(dòng)板控制伺服控制器及伺服電機(jī)和滑臺(tái)。PLC可編程控制器控制檢測(cè)行走變頻器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變頻器、探頭動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)閥控制氣缸動(dòng)作，探頭與管體耦合水由電磁水閥控制。由于PLC可編程控制器集中安裝在控制室內(nèi)，水閥，氣閥，接近開關(guān)等用控制電纜，易造成各線纜斷線。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)為5年前的設(shè)計(jì)，CCD攝像頭，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，工控機(jī)和PLC編程器的整體配合設(shè)計(jì)已經(jīng)不是最好，PLC的先進(jìn)性，可靠性沒有充分發(fā)揮出來。

2.1.2.2 控制電纜、信號(hào)電纜走線方式設(shè)計(jì)不合理，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中電纜破損甚至斷線等問題不斷發(fā)生。電纜經(jīng)多次修復(fù)后信號(hào)衰減嚴(yán)重，探傷系統(tǒng)靈敏度降低；屏蔽效果越來越差，抗電磁干擾能力下降。探傷主機(jī)干擾波較多，抗干擾性能較差，探傷報(bào)警系統(tǒng)不能分辨出干擾波和疑似缺陷波，超聲波連續(xù)探傷設(shè)備在檢測(cè)中誤報(bào)、漏報(bào)問題逐步增多，有的班次一根被檢鋼管誤報(bào)達(dá)10多處，且重復(fù)一致性非常差。

2.1.3 改進(jìn)措施

按故障和干擾最小化思路重新設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)，盡量減少控制室到焊縫探架的控制電纜，把PLC控制系統(tǒng)改造成主、從站控制系統(tǒng)。用DP通信電纜取代控制氣閥，水閥的控制電纜。新的電控系統(tǒng)由電力柜，工控計(jì)算機(jī)，觸摸屏終端，西門子S7-300系列PLC，西門子變頻器，伺服控制器及伺服電機(jī)，DP通訊電纜等構(gòu)成（如圖二所示）。

圖二 電控系統(tǒng)圖

從圖二看出：控制室內(nèi)的PLC主站和安裝在探頭架上的3#PLC從站由DP通訊電纜控制，減少了控制電纜的數(shù)量。本次改造要解決的一個(gè)重要問題是控制信號(hào)衰減和電磁干擾。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，直接把PLC控制主體（3#PLC從站）安裝在檢測(cè)機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了按故障和干擾最小化思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造的目標(biāo)，同時(shí)對(duì)探測(cè)機(jī)架、隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了更換和調(diào)試，提高了機(jī)械強(qiáng)度和對(duì)控制信號(hào)響應(yīng)靈敏度，使3#PLC從站控制部分：光電開關(guān)，接近開關(guān)，控制電磁閥箱主要包括氣動(dòng)電磁閥、水閥、調(diào)壓閥等準(zhǔn)確無誤地接受控制指令動(dòng)作。由于運(yùn)用了DP通訊電纜，控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性大幅提高。

2.2 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)

2.2.1 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)工作原理（如圖三所示）

2.2.2 存在問題

（1）檢測(cè)焊接缺陷點(diǎn)定位不準(zhǔn)，問題在自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，首先，從圖三看出自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是幾年前的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)配置老化，跟蹤精度低，已不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，需要進(jìn)行改造。其次，此系統(tǒng)包括自動(dòng)控制、機(jī)械、液壓等多個(gè)環(huán)節(jié)。經(jīng)模擬操作和查閱PLC控制程序未發(fā)現(xiàn)異常，機(jī)械及液壓隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作也正常。理論分析和模擬測(cè)試都不能確定問題所在，采用排除法逐步縮小范圍，深入觀察跟蹤系統(tǒng)的工作過程，發(fā)現(xiàn)白班與夜班所反映的缺陷點(diǎn)定位不準(zhǔn)問題不一樣，最終鎖定問題：跟蹤系統(tǒng)（攝像頭受環(huán)境光線的干擾）對(duì)環(huán)境光線變化較敏感，把環(huán)境干擾信號(hào)反饋給電腦造成缺陷點(diǎn)誤判。

圖三 系統(tǒng)工作原理框圖

（2）原有的CCD工業(yè)攝像機(jī)和半導(dǎo)體激光發(fā)生器是分開的如圖四所示。工作過程中容易受到光線強(qiáng)弱的干擾，影響跟蹤精度。

2.2.3 改進(jìn)措施

首先，針對(duì)原系統(tǒng)攝像頭對(duì)光線敏感容易造成誤判的問題，認(rèn)真研究后把CCD工業(yè)攝像機(jī)和半導(dǎo)體激光發(fā)生器組合在一起，加上濾光片，防護(hù)玻璃及外殼組成傳感器如圖五所示。從圖五可看出改進(jìn)后的傳感器，機(jī)械強(qiáng)度，穩(wěn)定性、受自然光線變化影響及抗干擾能力都得到大幅提高。

圖四 原有的工業(yè)攝像機(jī)和激光發(fā)生器 圖五 改進(jìn)后的激光視覺傳感器

其次，焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是超聲波探傷設(shè)備的重要組成部分，跟蹤精度的高低直接影響到超聲波檢測(cè)設(shè)備效果。在生產(chǎn)過程中由于原料寬度及焊接參數(shù)的輕微變化，焊管實(shí)際焊縫的螺旋線與理想的螺旋線之間會(huì)存在差距，焊縫自動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)是隨時(shí)找到實(shí)際焊縫位置與理想位置的偏差值。因此良好的焊管螺旋線跟蹤是螺旋焊管焊縫超聲波探傷的關(guān)鍵。因此跟蹤系統(tǒng)的改進(jìn)是最重要的。

改進(jìn)后的跟蹤系統(tǒng)主要由PLC電器控制柜，工控計(jì)算機(jī)，變頻器，傳感器，跟蹤滑臺(tái)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)及操作控制等部分組成。傳感器和跟蹤滑臺(tái)安裝在探頭支架上。旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)冾l器控制三臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，行走小車變頻器控制一臺(tái)行走電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)讓管子旋轉(zhuǎn)，行走小車使焊縫架前后運(yùn)行，構(gòu)成焊縫的粗級(jí)跟蹤。加上激光視覺傳感器，伺服電機(jī)控制器，伺服電機(jī)及滑臺(tái)形成焊縫探頭架的精跟蹤。激光跟蹤系統(tǒng)的基本原理如圖六所示。

跟蹤系統(tǒng)工作時(shí)，半導(dǎo)體激光發(fā)生器作為光源，以一定的角度將一束高亮度激光投射到傳感器下部的工件表面，攝像機(jī)鏡頭前裝有特定波長(zhǎng)的光學(xué)濾光片，可以有效地濾去雜散光線，從而使攝像機(jī)獲得高清晰的包含焊縫信息的激光線圖像，并傳送給工控機(jī)“圖像采集卡”和“激光自動(dòng)跟蹤軟件”。圖像采集卡將激光視覺傳感器采集的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)工控機(jī)對(duì)該數(shù)字圖像依據(jù)亮度值進(jìn)行二值化，得到如圖七所示圖像，激光自動(dòng)跟蹤軟件針對(duì)該圖像進(jìn)行分析處理，得出焊縫位置偏差信息，然后傳輸給PLC。PLC控制跟蹤滑臺(tái)和探頭調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。在自動(dòng)情況下接收來自工控機(jī)的偏差信號(hào)，將此信息轉(zhuǎn)化為模擬量傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，使探頭到達(dá)正確位置，從而實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

焊縫自動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)是隨時(shí)找到實(shí)際焊縫位置與理想位置的偏差值。當(dāng)前國(guó)外普遍的跟蹤是以求導(dǎo)方式找到激光線拐點(diǎn)，以拐點(diǎn)位置變化為跟蹤偏差。但由于國(guó)內(nèi)螺旋焊管生產(chǎn)工藝的不斷提高，焊管焊接質(zhì)量有了很大改進(jìn)，焊縫余高有所降低，焊縫與母材的過渡也更趨于平緩，焊縫形狀更為合理，因此使用通常找拐點(diǎn)的方法不能好地找到正確的偏差值，造成焊縫跟蹤失效。我們根據(jù)焊縫圖像特征，綜合各種算法的優(yōu)勢(shì)摸索出一種新的模糊算法，使跟蹤準(zhǔn)確、穩(wěn)定。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是通過伺服電機(jī)控制跟蹤滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，移動(dòng)范圍為±125mm，重復(fù)精度可達(dá)到0.01mm。

圖六 激光跟蹤系統(tǒng)原理圖

圖七 焊縫自動(dòng)跟蹤軟件界面

3 改進(jìn)后的設(shè)備情況

經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)整套系統(tǒng)具有響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)靈活，維護(hù)方便等特點(diǎn)，提高探傷效率。漏報(bào)率、誤報(bào)率、激光跟蹤焊縫精度等主要指標(biāo)都有了顯著提高。經(jīng)改進(jìn)后的探傷系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，鋼管探傷速度達(dá)到5～8分鐘/每根，管子的檢測(cè)速度大幅提高。動(dòng)態(tài)探傷波形穩(wěn)定，可靠。每根鋼管的探傷波形可記錄存檔并可供離線分析波形。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲波探傷系統(tǒng)現(xiàn)已正常使用一年多，經(jīng)過生產(chǎn)檢驗(yàn)證明，該套超聲波探傷系統(tǒng)跟蹤準(zhǔn)確，穩(wěn)定性好，探傷耦合良好，焊縫內(nèi)在缺陷檢出率高，沒有漏報(bào)，誤報(bào)小于2%。工作穩(wěn)定可靠，探傷結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，并且該設(shè)備調(diào)節(jié)容易，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)的激光跟蹤系統(tǒng)總體水平與國(guó)外同類產(chǎn)品相當(dāng)。探頭架和超聲波儀器組合，使缺陷信噪比這一關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 北京賽誠(chéng)工控科技有限責(zé)任公司.超聲波探傷系統(tǒng)說明書[Z].2011.

[2] 王晨，高志凌，張文正，王力陽(yáng).螺旋焊管焊縫超聲波探傷系統(tǒng)[J].焊管，2009（2）.

[3] 石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所.管線鋼管規(guī)范（第45版）[M].北京：石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2012.

作者簡(jiǎn)介：盧宇明（1962- ），男，電氣工程師，從事軋鋼電氣維修工作22年，現(xiàn)從事螺旋焊管設(shè)備電氣維修工作5年主要對(duì)螺旋焊管X光機(jī)，螺旋焊管焊縫超聲波探傷設(shè)備，林肯焊機(jī)維修，維護(hù)及設(shè)備管理工作。研究方向：自動(dòng)控制和焊縫自動(dòng)跟蹤。

其次，焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是超聲波探傷設(shè)備的重要組成部分，跟蹤精度的高低直接影響到超聲波檢測(cè)設(shè)備效果。在生產(chǎn)過程中由于原料寬度及焊接參數(shù)的輕微變化，焊管實(shí)際焊縫的螺旋線與理想的螺旋線之間會(huì)存在差距，焊縫自動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)是隨時(shí)找到實(shí)際焊縫位置與理想位置的偏差值。因此良好的焊管螺旋線跟蹤是螺旋焊管焊縫超聲波探傷的關(guān)鍵。因此跟蹤系統(tǒng)的改進(jìn)是最重要的。

改進(jìn)后的跟蹤系統(tǒng)主要由PLC電器控制柜，工控計(jì)算機(jī)，變頻器，傳感器，跟蹤滑臺(tái)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)及操作控制等部分組成。傳感器和跟蹤滑臺(tái)安裝在探頭支架上。旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)冾l器控制三臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，行走小車變頻器控制一臺(tái)行走電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)讓管子旋轉(zhuǎn)，行走小車使焊縫架前后運(yùn)行，構(gòu)成焊縫的粗級(jí)跟蹤。加上激光視覺傳感器，伺服電機(jī)控制器，伺服電機(jī)及滑臺(tái)形成焊縫探頭架的精跟蹤。激光跟蹤系統(tǒng)的基本原理如圖六所示。

跟蹤系統(tǒng)工作時(shí)，半導(dǎo)體激光發(fā)生器作為光源，以一定的角度將一束高亮度激光投射到傳感器下部的工件表面，攝像機(jī)鏡頭前裝有特定波長(zhǎng)的光學(xué)濾光片，可以有效地濾去雜散光線，從而使攝像機(jī)獲得高清晰的包含焊縫信息的激光線圖像，并傳送給工控機(jī)“圖像采集卡”和“激光自動(dòng)跟蹤軟件”。圖像采集卡將激光視覺傳感器采集的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)工控機(jī)對(duì)該數(shù)字圖像依據(jù)亮度值進(jìn)行二值化，得到如圖七所示圖像，激光自動(dòng)跟蹤軟件針對(duì)該圖像進(jìn)行分析處理，得出焊縫位置偏差信息，然后傳輸給PLC。PLC控制跟蹤滑臺(tái)和探頭調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。在自動(dòng)情況下接收來自工控機(jī)的偏差信號(hào)，將此信息轉(zhuǎn)化為模擬量傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，使探頭到達(dá)正確位置，從而實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

焊縫自動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)是隨時(shí)找到實(shí)際焊縫位置與理想位置的偏差值。當(dāng)前國(guó)外普遍的跟蹤是以求導(dǎo)方式找到激光線拐點(diǎn)，以拐點(diǎn)位置變化為跟蹤偏差。但由于國(guó)內(nèi)螺旋焊管生產(chǎn)工藝的不斷提高，焊管焊接質(zhì)量有了很大改進(jìn)，焊縫余高有所降低，焊縫與母材的過渡也更趨于平緩，焊縫形狀更為合理，因此使用通常找拐點(diǎn)的方法不能好地找到正確的偏差值，造成焊縫跟蹤失效。我們根據(jù)焊縫圖像特征，綜合各種算法的優(yōu)勢(shì)摸索出一種新的模糊算法，使跟蹤準(zhǔn)確、穩(wěn)定。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是通過伺服電機(jī)控制跟蹤滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，移動(dòng)范圍為±125mm，重復(fù)精度可達(dá)到0.01mm。

圖六 激光跟蹤系統(tǒng)原理圖

圖七 焊縫自動(dòng)跟蹤軟件界面

3 改進(jìn)后的設(shè)備情況

經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)整套系統(tǒng)具有響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)靈活，維護(hù)方便等特點(diǎn)，提高探傷效率。漏報(bào)率、誤報(bào)率、激光跟蹤焊縫精度等主要指標(biāo)都有了顯著提高。經(jīng)改進(jìn)后的探傷系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，鋼管探傷速度達(dá)到5～8分鐘/每根，管子的檢測(cè)速度大幅提高。動(dòng)態(tài)探傷波形穩(wěn)定，可靠。每根鋼管的探傷波形可記錄存檔并可供離線分析波形。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲波探傷系統(tǒng)現(xiàn)已正常使用一年多，經(jīng)過生產(chǎn)檢驗(yàn)證明，該套超聲波探傷系統(tǒng)跟蹤準(zhǔn)確，穩(wěn)定性好，探傷耦合良好，焊縫內(nèi)在缺陷檢出率高，沒有漏報(bào)，誤報(bào)小于2%。工作穩(wěn)定可靠，探傷結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，并且該設(shè)備調(diào)節(jié)容易，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)的激光跟蹤系統(tǒng)總體水平與國(guó)外同類產(chǎn)品相當(dāng)。探頭架和超聲波儀器組合，使缺陷信噪比這一關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

參考文獻(xiàn)

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[3] 石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所.管線鋼管規(guī)范（第45版）[M].北京：石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2012.

作者簡(jiǎn)介：盧宇明（1962- ），男，電氣工程師，從事軋鋼電氣維修工作22年，現(xiàn)從事螺旋焊管設(shè)備電氣維修工作5年主要對(duì)螺旋焊管X光機(jī)，螺旋焊管焊縫超聲波探傷設(shè)備，林肯焊機(jī)維修，維護(hù)及設(shè)備管理工作。研究方向：自動(dòng)控制和焊縫自動(dòng)跟蹤。

其次，焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是超聲波探傷設(shè)備的重要組成部分，跟蹤精度的高低直接影響到超聲波檢測(cè)設(shè)備效果。在生產(chǎn)過程中由于原料寬度及焊接參數(shù)的輕微變化，焊管實(shí)際焊縫的螺旋線與理想的螺旋線之間會(huì)存在差距，焊縫自動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)是隨時(shí)找到實(shí)際焊縫位置與理想位置的偏差值。因此良好的焊管螺旋線跟蹤是螺旋焊管焊縫超聲波探傷的關(guān)鍵。因此跟蹤系統(tǒng)的改進(jìn)是最重要的。

改進(jìn)后的跟蹤系統(tǒng)主要由PLC電器控制柜，工控計(jì)算機(jī)，變頻器，傳感器，跟蹤滑臺(tái)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)及操作控制等部分組成。傳感器和跟蹤滑臺(tái)安裝在探頭支架上。旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)冾l器控制三臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，行走小車變頻器控制一臺(tái)行走電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)讓管子旋轉(zhuǎn)，行走小車使焊縫架前后運(yùn)行，構(gòu)成焊縫的粗級(jí)跟蹤。加上激光視覺傳感器，伺服電機(jī)控制器，伺服電機(jī)及滑臺(tái)形成焊縫探頭架的精跟蹤。激光跟蹤系統(tǒng)的基本原理如圖六所示。

跟蹤系統(tǒng)工作時(shí)，半導(dǎo)體激光發(fā)生器作為光源，以一定的角度將一束高亮度激光投射到傳感器下部的工件表面，攝像機(jī)鏡頭前裝有特定波長(zhǎng)的光學(xué)濾光片，可以有效地濾去雜散光線，從而使攝像機(jī)獲得高清晰的包含焊縫信息的激光線圖像，并傳送給工控機(jī)“圖像采集卡”和“激光自動(dòng)跟蹤軟件”。圖像采集卡將激光視覺傳感器采集的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)工控機(jī)對(duì)該數(shù)字圖像依據(jù)亮度值進(jìn)行二值化，得到如圖七所示圖像，激光自動(dòng)跟蹤軟件針對(duì)該圖像進(jìn)行分析處理，得出焊縫位置偏差信息，然后傳輸給PLC。PLC控制跟蹤滑臺(tái)和探頭調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。在自動(dòng)情況下接收來自工控機(jī)的偏差信號(hào)，將此信息轉(zhuǎn)化為模擬量傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，使探頭到達(dá)正確位置，從而實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

焊縫自動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)是隨時(shí)找到實(shí)際焊縫位置與理想位置的偏差值。當(dāng)前國(guó)外普遍的跟蹤是以求導(dǎo)方式找到激光線拐點(diǎn)，以拐點(diǎn)位置變化為跟蹤偏差。但由于國(guó)內(nèi)螺旋焊管生產(chǎn)工藝的不斷提高，焊管焊接質(zhì)量有了很大改進(jìn)，焊縫余高有所降低，焊縫與母材的過渡也更趨于平緩，焊縫形狀更為合理，因此使用通常找拐點(diǎn)的方法不能好地找到正確的偏差值，造成焊縫跟蹤失效。我們根據(jù)焊縫圖像特征，綜合各種算法的優(yōu)勢(shì)摸索出一種新的模糊算法，使跟蹤準(zhǔn)確、穩(wěn)定。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是通過伺服電機(jī)控制跟蹤滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，移動(dòng)范圍為±125mm，重復(fù)精度可達(dá)到0.01mm。

圖六 激光跟蹤系統(tǒng)原理圖

圖七 焊縫自動(dòng)跟蹤軟件界面

3 改進(jìn)后的設(shè)備情況

經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)整套系統(tǒng)具有響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)靈活，維護(hù)方便等特點(diǎn)，提高探傷效率。漏報(bào)率、誤報(bào)率、激光跟蹤焊縫精度等主要指標(biāo)都有了顯著提高。經(jīng)改進(jìn)后的探傷系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，鋼管探傷速度達(dá)到5～8分鐘/每根，管子的檢測(cè)速度大幅提高。動(dòng)態(tài)探傷波形穩(wěn)定，可靠。每根鋼管的探傷波形可記錄存檔并可供離線分析波形。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲波探傷系統(tǒng)現(xiàn)已正常使用一年多，經(jīng)過生產(chǎn)檢驗(yàn)證明，該套超聲波探傷系統(tǒng)跟蹤準(zhǔn)確，穩(wěn)定性好，探傷耦合良好，焊縫內(nèi)在缺陷檢出率高，沒有漏報(bào)，誤報(bào)小于2%。工作穩(wěn)定可靠，探傷結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，并且該設(shè)備調(diào)節(jié)容易，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)的激光跟蹤系統(tǒng)總體水平與國(guó)外同類產(chǎn)品相當(dāng)。探頭架和超聲波儀器組合，使缺陷信噪比這一關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

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作者簡(jiǎn)介：盧宇明（1962- ），男，電氣工程師，從事軋鋼電氣維修工作22年，現(xiàn)從事螺旋焊管設(shè)備電氣維修工作5年主要對(duì)螺旋焊管X光機(jī)，螺旋焊管焊縫超聲波探傷設(shè)備，林肯焊機(jī)維修，維護(hù)及設(shè)備管理工作。研究方向：自動(dòng)控制和焊縫自動(dòng)跟蹤。