隧道掘進機滾刀刀座的自動化無損檢測裝置

李長達

中船重工（青島）軌道交通裝備有限公司 山東青島 266000

1 檢測裝置結構

為克服種種問題，經過公司科研人員的共同努力，研制出一種掘進機刀座數控無損檢測裝置，該裝置將刀座安裝在數控加工中心工作臺上，超聲波探傷儀探頭裝夾在夾具上，探頭安裝在一個萬向測桿上。工作時探頭不動，通過加工中心在X軸和Z軸方向的往復運動，保持探頭相對于入射面的角度和距離不變，實現刀座的自動化數控無損探傷檢測。

2 檢測裝置的操作原理

2.1 實現了數控機加工與自動超聲波探傷的一體化

掘進機滾刀刀座的數控自動化超聲波探傷裝置，能夠實現刀座的數控編程銑加工與數控自動化超聲波探傷檢測連續完成。整個加工-檢測過程只需要在數控編程插補銑之前進行一次對刀找正操作，即可確保加工-檢測的基準零點和定位坐標系統一；在數控插補銑加工完成后，只需要人工操作將銑刀更換為“超聲波檢測探頭總成”，同時更換檢測專用的數控程序，即可快速完成對零，將設備從“機加工模式”切換至“自動探傷模式”。超聲波探傷前，在同一臺加工中心上，使用特定規格的銑刀與定制的專用數控程序，對待探傷焊縫及毗連母材區域進行數控插補銑，得到滿足圖紙尺寸和自動化超聲波探傷要求的、平整而光滑的表面，為下一步實施自動化超聲波檢驗時保證探頭接觸壓力持續平穩和界面良好耦合提供必要的條件[1]。

2.2 超聲波檢驗探頭上集成有接觸壓力傳感器，直接顯示壓力數值

超聲波檢驗探頭上集成有接觸壓力傳感器，該傳感器采用市面上常見的、基于壓敏電阻和信號電路原理的精密級數字壓力傳感器，能夠在超聲波檢測探頭開始與檢驗表面接觸時即自動檢測界面接觸壓力并直接顯示壓力值。按探頭與檢驗面的一般接觸耦合要求，壓力值在20-30N范圍是較為理想的狀態。在實際調節時，壓力值僅作為一個輔助快速調節的參考變量，精對零狀態的最終判斷依據為超聲波探傷儀的回波顯示效果，由無損檢驗專業人員校準。

2.3 創造了適用于自動化連續操作的“標準固定程序全面通掃+調用子程序局部精掃”結合的高效率工作模式

通過與相關方合作，運用商業化的成熟技術，對全數字式超聲波探傷儀進行二次開發，將探傷儀檢測到的波形信號以數據形式經標準通訊協議及串口方式調制輸出至PC終端，原始連續波形信號經數字濾波及合并算法等處理，形成與探頭檢測位置坐標映射對應的完整連續波形，做一次全面掃描（以下稱“通掃”）即可獲知目標區域內部各種缺陷所在的最大缺陷波位置及深度，最大缺陷波信號顯示的位置信息在工件坐標系中以三維坐標形式顯示。“通掃”過程目的是快速識別缺陷的大致所在位置，但難以確定缺陷的準確信息。對缺陷的精確定位和性質判別，則在下一步依靠專門設置的子程序“精掃”環節完成。通過“通掃+精掃”的結合，使超聲波探傷過程標準化、程序化，提高了效率和準確性、降低人為失誤概率[2]。

3 檢測裝置的操作步驟

（1）開啟立式加工中心1，在主軸12上安裝銑刀，對刀座8進行坐標系對零，完成對零的坐標系即為加工-檢測統一的坐標系基準；調用加工中心存儲中的數控銑削加工焊縫13專用數控程序，對刀座8進行焊縫區域13的數控銑加工。

（2）加工完畢，將銑刀從機床主軸12上拆下，然后將超聲波檢測探頭總成9與萬向測桿3、夾具基座10組裝為一體，再通過夾具基座10固定到機床主軸12上；通過預先標定刻線等方式，確保每次安裝超聲波檢測探頭總成9+萬向測桿3+夾具基座10之后，探頭端面中心點的空間定位精度和重復定位誤差不超過0．5mm。

（3）通過加工中心顯示屏11，將程序坐標系零點從加工程序零點切換為檢測程序的零點；啟動立式加工中心1，將超聲波檢測探頭9移動到零點，觀察其位置是否準確。

（4）開啟超聲波探傷儀4電源，設置儀器初始參數、聲速及前沿長度、K值等參數，然后進行對零：調取加工中心系統內預存儲好的“通掃”數控程序，以手輪控制步進方式試運行，觀察在“通掃”程序控制下，超聲波檢測探頭總成9與目標焊縫13的表面相接觸的接觸壓力是否滿足20-30N的理想范圍，同時操作人員注意超聲波探傷儀4顯示的底波波形，判斷接觸耦合情況是否滿足要求[3]。

4 持續改進目標

（1）改進裝配方法及技能，最大限度的延長密封的使用壽命，降低成本。在密封材質變化后活塞桿與缸體、活塞與缸體、活塞桿與活塞間的公差配合也隨之發生一定的變化。

（2）掌握油缸動密封與防塵圈劣化規律。根據劣化趨勢來進行維護檢修，防止過度維修。

（3）通過調節阻尼孔的大小實測緩沖力的大小，積累實際數據，以此來適應不同鋼種以及不同的小車運行速度的需要，并將數據固化。

（4）做為興趣研究，可研究缸體內套上各阻尼孔調節槽之間的距離與緩沖力加速度間的關系。

5 結語

該方法采用自動化檢測裝置，節約了人力成本，避免了因人工翻轉帶來的不安全因素，檢測時間由原來的 4小時，降低為 0．5小時，檢測效率達原來的 8倍以上，檢測面積覆蓋率 100%，且采用壓力傳感器保證了探測過程中施力大小一致，提高了檢測方法的準確性和自動化程度，對于缺陷的檢出起到了至關重要的作用。