一種人字門拉桿探傷裝置及其監控方法
【專利摘要】本發明公開了一種人字門拉桿探傷裝置及其監控方法，屬于工件無損探傷領域。裝置包括渦流探頭監控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機、功率放大電路。首先將渦流探頭監控裝置安裝在拉桿上，然后在PC終端設定移動和工作參數并發送至信號分析處理模塊；信號分析處理模塊直接控制卡盤的旋轉、探頭的移動，且經由MSP430單片機和功率放大電路間接控制探頭的工作，并處理探頭返回的瞬時電壓值；處理后的電壓值被單片機采集后返回PC終端。本發明操作方便，機械自動化監控程度高，適應性強，能夠全方位地檢測拉桿的損傷情況。
【專利說明】一種人字門拉桿探傷裝置及其監控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種人字門拉桿探傷裝置及其監控方法，屬于工件無損探傷領域。
【背景技術】
[0002]船閘是水電樞紐工程的重要建筑物之一，船閘人字門的拉桿受到閘門樞紐傳來的偏心力和摩擦力矩，門葉的開啟、關閉使桿內的應力發生周期性的變化。若材料有缺陷或不均勻性、加工或使用過程中的應力集中、腐蝕等，會使頂樞拉桿某些部位疲勞裂紋萌生、擴展。而且這些裂紋不易察覺，若任其發展，容易導致拉桿突然斷裂，釀成事故。
[0003]目前，對于人字門拉桿有無缺陷尚缺乏有效檢測手段，因此根據其結構特點和損傷特性開發專用檢測設備，對于保證及時發現安全隱患，減少日常檢修對船閘正常運行的影響具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種隨裝隨測，毋須拆卸拉桿，不影響船閘正常工作的拉桿探傷裝置及其監控方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現:
[0006]本發明的一種人字門拉桿探傷裝置，包括渦流探頭監控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機、功率放大電路；其中，
[0007]渦流探頭監控裝置安裝在被測拉桿上，探頭由激勵線圈和霍爾傳感器組成，脈沖渦流檢測系統就是給激勵線圈通以具有一定占空比的脈沖電流，當脈沖電流處于上升沿或下降沿變化時，電流發生突變從而會在線圈周圍產生變化的磁場，被測試件(金屬導體)處于變化的磁場中，其表面就會產生渦流，霍爾傳感器置于被測試件上方，即變化的磁場中，輸出瞬時電壓值并返回信號分析處理模塊；
[0008]PC終端用于設定渦流探頭監控裝置的移動及工作參數，并發送至信號分析處理模塊；
[0009]信號分析處理模塊用于將PC終端設定的移動參數發送至渦流探頭監控裝置，將工作參數發送至MSP430單片機，并調理探頭返回的瞬時電壓值使之滿足單片機采集電壓的要求；
[0010]MSP430單片機用于產生脈沖信號及采集返回電壓；
[0011]功率放大電路用于放大單片機所產生的脈沖信號的輸出功率使得渦流探頭有足夠大的輸出幅度。
[0012]進一步的，本發明的人字門拉桿探傷裝置中，渦流探頭監控裝置包括卡盤、主支撐爪、副支撐爪、直驅伺服電機、滑輪、伺服電機、齒輪、聯軸器、螺桿、滑塊、滑槽、渦流探頭、軸承、螺絲、螺母、鉸鏈；卡盤兩臂可繞鉸鏈旋轉，螺絲和螺母控制其開合，伺服電機連接齒輪控制支撐爪將卡盤固定在被測拉桿上，直驅伺服電機安裝在滑輪中，控制卡盤的旋轉，伺服電機與螺桿通過聯軸器連接，螺桿的旋轉運動轉化為滑塊在滑槽中的水平移動，渦流探頭與滑塊相連。
[0013]進一步的，本發明的人字門拉桿探傷裝置中，信號分析處理模塊包括DSP芯片，用于控制模塊接收和發送信號；以及AD620芯片與二階低通濾波器，用于去除噪聲對探頭所返回的瞬時電壓值的影響。
[0014]進一步的，本發明還提出人字門拉桿探傷裝置的監控方法，包括如下步驟:
[0015]步驟A，將首卡盤環繞于拉桿上，擰緊螺絲，打開伺服電機正轉開關，使首卡盤固定在拉桿上；
[0016]步驟B，將滑槽對準首卡盤主支撐爪的接口，螺桿插入接口內的聯軸器并固定；
[0017]步驟C，將尾卡盤環繞于拉桿上，擰緊螺絲，將其主支撐爪接口對準滑槽，拉桿自由端插入接口內軸承并固定，打開伺服電機正轉開關，使尾卡盤固定在拉桿上；
[0018]步驟D，在PC終端輸入卡盤旋轉角度、滑塊移動速度、探頭工作參數，點擊確認并發送至信號分析處理模塊；
[0019]步驟E，信號分析處理模塊根據接收的參數控制卡盤旋轉、滑塊移動，并控制單片機產生脈沖信號從而使探頭產生渦流，探頭工作過程中輸出瞬時電壓值并返回信號分析處理模塊；
[0020]步驟F，信號分析處理模塊對返回的瞬時電壓值進行放大、濾波、調理后經由單片機采集并返回PC終端；
[0021]步驟G，PC終端根據電壓數據繪制電壓變化曲線，反映拉桿損傷情況；
[0022]步驟H，重復步驟D至G，輸入不同的旋轉角度對拉桿各處進行檢測。
[0023]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0024]1、填補了人字門拉桿探傷領域的空白。
[0025]2、對于厚度有變化的復雜多層結構的小構件掃描，可分辨結構變化和缺陷參數變化對信號的影響，無需更換探頭或改變設置參數。
[0026]3、智能化程度高，滑塊的平動速度和卡盤的旋轉角度通過PC終端控制，可對拉桿進行全方位檢測。
[0027]4、適應性強，對于尺寸相差不大的拉桿可用同一組渦流探頭監控裝置。
[0028]5、安裝簡單，操作方便，檢測過程不影響船閘正常工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明的系統框架示意圖。
[0030]圖2是本發明的渦流探頭監控裝置示意圖。
[0031]圖3是本發明的渦流探頭監控裝置俯視圖。
[0032]圖4是本發明的卡盤結構示意圖。
[0033]圖5是本發明實施例中拉桿探傷數據的O °面擬合圖
[0034]圖6是本發明實施例中拉桿探傷數據的90 °面擬合圖
[0035]圖7是本發明實施例中拉桿探傷數據的180°面擬合圖
[0036]圖8是本發明實施例中拉桿探傷數據的270°面擬合圖
[0037]圖中的標號解釋:
[0038]1、首卡盤，2、尾卡盤，3、拉桿，4、滑槽，5、螺桿，6、滑塊，7、渦流探頭，8、主支撐爪，9、副支撐爪，10、裝有齒輪的伺服電機，11、直驅伺服電機，12、滑輪，13、滑槽與主支撐爪接口，14、首卡盤處為伺服電機與聯軸器，尾卡盤處為軸承，15、螺絲，16、螺母，17、鉸鏈。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
[0040]如圖1所示，本發明包括渦流探頭監控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機、功率放大電路。其中渦流探頭監控裝置安裝在拉桿上；PC終端用于設定移動和工作參數并發送至信號分析處理模塊；信號分析處理模塊直接控制渦流探頭監控裝置中卡盤的旋轉、探頭的移動，且經由MSP430單片機和功率放大電路間接控制探頭的工作，并處理探頭返回的瞬時電壓值；處理后的電壓值被單片機采集后返回PC終端。
[0041]如圖2、3所示，本發明的渦流探頭監控裝置，包括固定在拉桿3上并可繞其旋轉的首卡盤I和尾卡盤2 ;首尾卡盤之間置有滑槽4和螺桿5 ;滑塊6與螺桿5螺紋連接，并設有兩翼卡在滑槽內，保證與滑塊6相連的渦流探頭7始終對準拉桿3軸線。
[0042]如圖4所示，卡盤內主支撐爪8和副支撐爪9 一側均設有齒條，與裝有齒輪的伺服電機10嚙合，三臺伺服電機同時工作將主副支撐爪固定在拉桿上；主副支撐爪末端均裝有滑輪12，主支撐爪末端滑輪由直驅伺服電機11控制，可根據PC終端設置的移動參數旋轉卡盤；主支撐爪8上端設有與滑槽的接口 13，首卡盤I主支撐爪8接口內安裝有帶聯軸器的伺服電機14，尾卡盤2主支撐爪8接口內安裝有軸承14，帶聯軸器的伺服電機與軸承14分別與螺桿5的首尾連接，可根據PC終端設置的移動參數控制螺桿轉速，進而控制滑塊6的平動速度；卡盤兩臂可繞鉸鏈17旋轉，螺絲15和螺母16控制其開合。
[0043]本發明的具體工作過程如下:
[0044]將渦流探頭監控裝置安裝在拉桿上后，在PC終端設定移動參數(控制卡盤旋轉角度和滑塊平動速度)和工作參數(控制渦流探頭的工作)，之后參數被送入信號分析處理模塊。信號分析處理模塊根據移動參數使渦流探頭監控裝置進行相應旋轉和移動，同時將工作參數發送至MSP430單片機。MSP430單片機產生一個脈沖信號，該信號的頻率和占空比均可調，然后輸入到功率放大電路中。探頭中的感應線圈通以方波發生器中產生的激勵脈沖，由法拉第定律可知，會在拉桿表面產生渦流，同時拉桿面上又會產生一個由渦流感生出的磁場，探頭中的接收線圈輸出瞬時電壓值并發送至信號分析處理模塊。在信號調理過程中，信號首先通過一個以AD620為核心芯片的差分放大電路，之后通過一個截止頻率為1.5KHz的二階低通濾波器，大部分噪聲被去除后再通過一個峰值電路和一個電壓跟隨電路，以滿足單片機采集電壓的要求。單片機采集到的實時電壓通過RS232串口輸入并保存到PC機中，供數據處理和顯示軟件的調用。
[0045]本實施例的具體工作過程如下:
[0046]對鹽邵船閘下游人字門中的拉桿進行探傷檢測。已知該拉桿直徑10cm，配有一套拉桿探傷裝置，其中卡盤內徑16cm、外徑20cm,支撐爪長7cm,螺桿直徑Icm,長7cm。將潤流探頭監控裝置安裝在拉桿上后，檢查各模塊連接情況。在PC終端設置卡盤旋轉角度為0°、90°、180°、270°，滑塊移動速度3mm/s，單片機每Is采集一個電壓。將這些參數發送至信號分析處理模塊，滑塊開始滑動，單片機產生脈沖信號并經由功率放大電路使探頭工作，探頭產生渦流并返回瞬時電壓給信號分析處理模塊進行調理，調理后的電壓由單片機采集并返回PC終端。由PC終端根據返回的電壓繪制電壓幅值波動曲線如圖5、6、7、8，從曲線圖中可以看出:拉桿外形參數規整，可清晰看出6段齒紋，與現場實物相符，不同螺齒頂部、底部數據一致，沒有尖峰出現，由此可斷定所試拉桿不存在較明顯裂紋等問題，可以正常使用。
[0047]現場測量數據表
[0048]
[0049]
【權利要求】
1.一種人字門拉桿探傷裝置，其結構包括:渦流探頭監控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機、功率放大電路；其特征在于: 所述渦流探頭監控裝置包括卡盤、主支撐爪、副支撐爪、直驅伺服電機、滑輪、伺服電機、齒輪、聯軸器、螺桿、滑塊、滑槽、渦流探頭、軸承、螺絲、螺母、鉸鏈；卡盤兩臂可繞鉸鏈旋轉，螺絲和螺母控制其開合，伺服電機連接齒輪控制支撐爪將卡盤固定在被測拉桿上，直驅伺服電機安裝在滑輪中，控制卡盤繞拉桿軸線旋轉，伺服電機與螺桿通過聯軸器連接，螺桿的旋轉運動轉化為滑塊在滑槽中的水平移動，由激勵線圈和霍爾傳感器組成的渦流探頭與滑塊相連； 所述信號分析處理模塊包括DSP芯片，用于控制模塊接收和發送信號；以及AD620芯片與二階低通濾波器，用于去除噪聲對探頭所返回的瞬時電壓值的影響。
2.一種基于權利要求1所述的人字門拉桿探傷裝置的監控方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟A，將首卡盤環繞于拉桿上，擰緊螺絲，打開伺服電機正轉開關，使首卡盤固定在拉桿上; 步驟B，將滑槽對準首卡盤主支撐爪的接口，螺桿插入接口內的聯軸器并固定； 步驟C，將尾卡盤環繞于拉桿上，擰緊螺絲，將其主支撐爪接口對準滑槽，拉桿自由端插入接口內軸承并固定，打開伺服電機正轉開關，使尾卡盤固定在拉桿上； 步驟D，在PC終端輸入卡盤旋轉角度、滑塊移動速度、探頭工作參數，點擊確認并發送至信號分析處理模塊； 步驟E，信號分析處理模塊根據接收的參數控制卡盤旋轉、滑塊移動，并控制單片機產生脈沖信號從而使探頭產生渦流，探頭工作過程中輸出瞬時電壓值并返回信號分析處理模塊； 步驟F，信號分析處理模塊對返回的瞬時電壓值進行放大、濾波、調理后經由單片機采集并返回PC終端； 步驟G，PC終端根據電壓數據繪制電壓變化曲線，反映拉桿損傷情況； 步驟H，重復步驟D至G，輸入不同的旋轉角度對拉桿各處進行檢測。
【文檔編號】G01N27/90GK103868988SQ201410030360
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】陳達, 廖迎娣, 商輝, 楊一琛, 鄭金海 申請人:河海大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
