管件表面缺陷高光譜自動檢測傳送裝置的設計*

龐慕妮，陳建勛，梁敏健

（廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院，廣東珠海 519002）

0 引言

三通管、異徑管、彎頭等作為石化行業管道系統常用管件，其質量對于確保承壓特種設備安全可靠運行具有重要影響[1-3]。表面裂紋等管件表面缺陷可通過高光譜熒光滲透方法進行檢測，其一般過程為：將被檢管件表面浸涂帶有熒光的滲透液，將表面多余的滲透液清洗掉后進行干燥，隨后進行顯像處理，顯像過程中缺陷處剩余的滲透液將顯示出管件表面的缺陷痕跡，最后人工觀察被檢管件表面缺陷狀況，對管件是否合格進行判斷[4]。在上述熒光滲透探傷的人工觀察檢測過程中，觀察人員應先在暗室中至少停留5 min，以使人眼適應光線環境，然后再觀察被檢物體表面缺陷，檢測時被檢物表面的照度不得低于50 lx。該管件表面缺陷檢測方法通常效率低下，勞動強度大，且現場作業環境惡劣[5]。隨著計算機視覺的快速發展，其在表面缺陷檢測方面得到越來越多的應用[6-8]，可將計算機視覺技術應用于管件表面缺陷高光譜自動檢測，依據智能檢測算法進行管件表面裂紋、異常缺損等缺陷自動識別，可快速判斷缺陷類型和狀態，有利于提供檢測效率和檢測準確性，降低勞動強度。

本文設計了一種用于管件表面缺陷高光譜自動檢測的環形傳送裝置，該裝置可用于流水線中管件經熒光顯像之后表面缺陷的機器視覺自動識別、不合格管件自動分揀、管件自動計數等功能，有利于提高檢測的自動化水平，提高缺陷識別效率、降低無損檢測人員作業強度。

1 傳送裝置結構

圖1 傳動裝置功能分區示意圖

傳送裝置主體為環形分布，有利于節約檢測空間，布局如圖1所示，共包括5個功能分區，分別為待檢區、檢測區、報廢區、成品區和動力區。待檢區用于自動檢測前懸掛待檢管件，待檢區的管件經鏈條傳送裝置傳送至檢測區進行高清拍照分析，隨后管件離開檢測區。對于計算機視覺表面缺陷檢測不合格的管件，管件移動到報廢區時進行報廢，檢驗合格的管件則繼續隨環形流水線前行，最后進入成品區，用于后續回收。

傳送裝置結構示意圖如圖2所示，其中支架與導軌上端面連接，用于流水線固定，使傳送裝置離地一定高度，方便裝卸管件操作。鏈輪與鏈條嚙合裝配，可帶動鏈輪沿環形導軌移動。2個滾輪對稱設置于環形導軌截面兩側，滾輪與支架連接，滾輪沿導軌滾動帶動支架沿導軌橫向移動，電磁吸盤固定安裝于支架下端，電磁吸盤通電后可吸附管件，鏈輪轉動時即可帶動一批管件沿環形導軌勻速運動。檢測區的3個相機呈一定夾角分布，可對管件3個方向進行拍照，接近傳感器用于檢測是否有管件進入檢測區，當檢測到有管件進入檢測區時，接近傳感器對測試系統發出一個開關量電信號，測試系統接收到有管件到達檢測區的信號后可控制3個相機進行拍照。廢品存放區位于報廢區導軌的正下方，計算機視覺檢測表面缺陷不合格的管件經傳送裝置運送到報廢區后，控制系統使對應的電磁吸盤失電，管件被扔入廢品存放區。合格的產品繼續被電磁吸盤吸附運送至成品區。接近傳感器一方面用于檢測是否有管件進入檢測區，另一方面可對管件進行計數，當所有管件都經視覺檢測結束并到達成品區或進入報廢區后，此時計數值等于所有待檢測的管件數量，檢測系統控制鏈輪停止運轉，本批次管件檢測結束。

圖2 傳送裝置結構示意圖

2 高光譜自動檢測控制原理

2.1 傳送裝置供電原理

自動檢測傳送裝置供電電路如圖3所示，K1為常開型自恢復按鍵開關，K2為常閉型自恢復按鍵開關，按下K1時啟動繼電器J0的線圈通電，J0的常開觸點J0-1和J0-2閉合，K1斷開后J0線圈保持通電狀態，系統運行指示燈L亮，指示當前系統供電正常，同時給直流開關電源RL 提供AC220 V 供電，PLC 電源實現通電。第一繼電器常開觸點J1與電磁吸盤YH1相連，第二繼電器常開觸點J2與電磁吸盤YH2相連，所有n個電磁吸盤分別與對應的繼電器常開觸點相連，電磁吸盤通電后可對鐵磁性金屬管件進行吸附。報警器BJQ用于實現一批次管件測試結束后的聲光報警。

圖3 自動檢測傳送裝置供電電路

2.2 PLC控制原理

圖4所示為自動檢測傳送裝置PLC控制電路，PC機可通過RS485通訊方式與PLC通訊，對PLC進行上位機控制，同時3 個相機XJ1、XJ2和XJ3通過USB 通訊方式與PC連接，可將相機拍攝的管件表面照片上傳至PC 機，供PC 機進行缺陷圖像分析，同時PC 機可對外控制相機拍照。PLC可通過另一RS485端口控制變頻器BPQ，從而控制三相電機M 運轉或停轉，并設置轉速和轉動方向，進一步控制管件傳送裝置運行。

PLC的I0.0 輸入端與接近傳感器SENSOR 的信號輸出端OUT 相連，PLC 的輸入公共端IM 與SENSOR的公共端相連，SENSOR 的另一端與開關電源RL 輸出的24 V+接線端相連，當接近傳感器檢測到有管件到達檢測區時，接近傳感器向PLC的I0.0端發送一開關量信號，PC 機監測到PLC 接收到該信號后通過USB 端口控制3 個相機同時拍照，記錄管件表面在3個方向上的數字照片，進行計算機數字分析與缺陷識別。PLC 輸出公共端IL 與開關電源RL 直流輸出GND 端相連，開關電源RL 的24 V+直流輸出端與控制n個電磁吸盤的繼電器J1，J2，…，Jn相連，為繼電器提供直流工作電源，n個繼電器線圈的另一端分別與PLC 輸出端Q0.0，Q0.1，…，Qx相連。PLC 的Q0.0輸出端與交流繼電器J 線圈一端相連，通過控制J 的得失電控制傳送裝置電機和變頻器供電狀況，Qx+1輸出端用于控制報警器報警。PLC 通過控制內部輸出端Q0.1，…，Qx觸點閉合狀態進而控制繼電器J1、繼電器J2、…、繼電器Jn觸點開關的通斷，實現對電磁吸盤的控制。

圖4 自動檢測傳送裝置PLC控制電路

PLC 通電開機后，除Q0.0和Qx+1外，所有輸出觸點閉合，各個電磁吸盤處于通電吸附狀態，電機帶動鏈輪處于停轉狀態，檢測人員將待測管件掛上電磁吸盤后操作PC機控制PLC使Q0.0輸出端閉合，鏈輪開始運轉。若PC機圖像分析發現進入檢測區的某管件熒光高光譜表面存在表面裂紋等缺陷，認為可報廢時，則經過一定時間后PC 機控制PLC 將該管件對應的輸出端口斷開，控制對應的繼電器線圈失電，使圖3中繼電器常開觸點斷開，進一步控制該管件相連的電磁吸盤失電，管件掉入廢品存放區。

2.3 管件分揀實例

以電磁吸盤YH2 吸附的管件檢測為例，若該管件為不合格產品，該產品進入檢測區被接近傳感器檢測到，經相機XJ1、XJ2和XJ3拍照后PC機圖像分析發現該管件滲透檢驗不合格，即熒光高光譜表面分析存在缺陷，則PC 端應用軟件判斷該管件需報廢，經過一定時間t1待該管件剛好被傳送到廢品存放區時，PC 機通過RS485 通訊方式控制PLC 將該廢品管件對應的Q0.2輸出端與輸出公共端IL斷開，控制對應的繼電器J2線圈失電，使圖3中繼電器J2的常開觸點斷開，則電磁吸盤YH2失電，管件掉入廢品存放區，實現廢品的分揀。

以電磁吸盤YH1吸附的管件檢測為例，若該管件為合格產品，該產品進入檢測區被接近傳感器檢測到，經相機XJ1、XJ2和XJ3拍照后PC機圖像分析發現該管件滲透檢驗合格，即熒光高光譜表面分析未檢測出缺陷，則PC 端應用軟件判斷該管件為成品件，經過一定時間t2（t2＞t1）后該管件剛好被傳送到成品區，PLC中該管件對應的Q0.1輸出端與輸出公共端IL始終閉合，繼電器J1線圈通電，圖3中繼電器J1的常開觸點處于閉合狀態，電磁吸盤YH1通電，一直吸附該管件進入成品區。

2.4 測試報警原理

測試時，PC 機可控制PLC，進而控制變頻器參數，改變電機M 的運轉速度，從而控制傳動裝置的管件傳輸速度。接近傳感器SENSOR通過輸出信號給PLC 的I0.0端口提供IO 計數信號，當計數值等于本批次待檢管件數量時，經一定時間待最后一個管件進入廢品存放區（若檢驗不合格）或成品區（若檢驗合格）后，PLC 控制輸出端Q0.0斷開，電機M 帶動鏈輪停轉，本批管件表面缺陷高光譜檢驗結束，與此同時PLC通過Qx+1端口控制報警器BJQ報警，提示操作人員本批次檢測結束。

3 結束語

管件表面缺陷高光譜自動檢測傳送裝置通過PLC自動控制，可用于管件高速自動輸送，提高了檢測的自動化水平。通過多個相機從不同角度對關鍵表面拍照，進行機器視覺缺陷判斷，有利于提高缺陷判斷準確率。傳送裝置采用環形流水線設計，占用空間小。該檢測裝置有效避免了人工肉眼檢測時效率低下、勞動強度大、作業環境惡劣等問題。