CN103868988B - 一种人字门拉杆探伤装置及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人字门拉杆探伤装置及其监控方法，属于工件无损探伤领域。装置包括涡流探头监控装置、信号分析处理模块、PC终端、MSP430单片机、功率放大电路。首先将涡流探头监控装置安装在拉杆上，然后在PC终端设定移动和工作参数并发送至信号分析处理模块；信号分析处理模块直接控制卡盘的旋转、探头的移动，且经由MSP430单片机和功率放大电路间接控制探头的工作，并处理探头返回的瞬时电压值；处理后的电压值被单片机采集后返回PC终端。本发明操作方便，机械自动化监控程度高，适应性强，能够全方位地检测拉杆的损伤情况。

Description

一种人字门拉杆探伤装置及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种人字门拉杆探伤装置及其监控方法，属于工件无损探伤领域。

背景技术

船闸是水电枢纽工程的重要建筑物之一，船闸人字门的拉杆受到闸门枢纽传来的偏心力和摩擦力矩，门叶的开启、关闭使杆内的应力发生周期性的变化。若材料有缺陷或不均匀性、加工或使用过程中的应力集中、腐蚀等，会使顶枢拉杆某些部位疲劳裂纹萌生、扩展。而且这些裂纹不易察觉，若任其发展，容易导致拉杆突然断裂，酿成事故。

目前，对于人字门拉杆有无缺陷尚缺乏有效检测手段，因此根据其结构特点和损伤特性开发专用检测设备，对于保证及时发现安全隐患，减少日常检修对船闸正常运行的影响具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种随装随测，毋须拆卸拉杆，不影响船闸正常工作的拉杆探伤装置及其监控方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明的一种人字门拉杆探伤装置，包括涡流探头监控装置、信号分析处理模块、PC终端、MSP430单片机、功率放大电路；其中，

涡流探头监控装置安装在被测拉杆上，探头由激励线圈和霍尔传感器组成，脉冲涡流检测***就是给激励线圈通以具有一定占空比的脉冲电流，当脉冲电流处于上升沿或下降沿变化时，电流发生突变从而会在线圈周围产生变化的磁场，被测试件(金属导体)处于变化的磁场中，其表面就会产生涡流，霍尔传感器置于被测试件上方，即变化的磁场中，输出瞬时电压值并返回信号分析处理模块；

PC终端用于设定涡流探头监控装置的移动及工作参数，并发送至信号分析处理模块；

信号分析处理模块用于将PC终端设定的移动参数发送至涡流探头监控装置，将工作参数发送至MSP430单片机，并调理探头返回的瞬时电压值使之满足单片机采集电压的要求；

MSP430单片机用于产生脉冲信号及采集返回电压；

功率放大电路用于放大单片机所产生的脉冲信号的输出功率使得涡流探头有足够大的输出幅度。

进一步的，本发明的人字门拉杆探伤装置中，涡流探头监控装置包括卡盘、主支撑爪、副支撑爪、齿轮伺服电机、直驱伺服电机、螺杆伺服电机、滑轮、齿轮、联轴器、螺杆、滑块、滑槽、涡流探头、轴承、螺丝、螺母、铰链；卡盘两臂可绕铰链旋转，螺丝和螺母控制其开合，齿轮伺服电机连接齿轮控制支撑爪将卡盘固定在被测拉杆上，直驱伺服电机安装在滑轮中，控制卡盘的旋转，螺杆伺服电机与螺杆通过联轴器连接，螺杆的旋转运动转化为滑块在滑槽中的水平移动，涡流探头与滑块相连。

进一步的，本发明的人字门拉杆探伤装置中，信号分析处理模块包括DSP芯片，用于控制模块接收和发送信号；以及AD620芯片与二阶低通滤波器，用于去除噪声对探头所返回的瞬时电压值的影响。

进一步的，本发明还提出人字门拉杆探伤装置的监控方法，包括如下步骤：

步骤A，将首卡盘环绕于拉杆上，拧紧螺丝，打开齿轮伺服电机正转开关，使首卡盘固定在拉杆上；

步骤B，将滑槽对准首卡盘主支撑爪的接口，螺杆***接口内的联轴器并固定；

步骤C，将尾卡盘环绕于拉杆上，拧紧螺丝，将其主支撑爪接口对准滑槽，螺杆自由端***接口内轴承并固定，打开齿轮伺服电机正转开关，使尾卡盘固定在拉杆上；

步骤D，在PC终端输入卡盘旋转角度、滑块移动速度、探头工作参数，点击确认并发送至信号分析处理模块；

步骤E，信号分析处理模块根据接收的参数驱动直驱伺服电机与螺杆伺服电机控制卡盘旋转与滑块移动，并控制单片机产生脉冲信号从而使探头产生涡流，探头工作过程中输出瞬时电压值并返回信号分析处理模块；

步骤F，信号分析处理模块对返回的瞬时电压值进行放大、滤波、调理后经由单片机采集并返回PC终端；

步骤G，PC终端根据电压数据绘制电压变化曲线，反映拉杆损伤情况；

步骤H，重复步骤D至G，输入不同的旋转角度对拉杆各处进行检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、填补了人字门拉杆探伤领域的空白。

2、对于厚度有变化的复杂多层结构的小构件扫描，可分辨结构变化和缺陷参数变化对信号的影响，无需更换探头或改变设置参数。

3、智能化程度高，滑块的平动速度和卡盘的旋转角度通过PC终端控制，可对拉杆进行全方位检测。

4、适应性强，对于尺寸相差不大的拉杆可用同一组涡流探头监控装置。

5、安装简单，操作方便，检测过程不影响船闸正常工作。

附图说明

图1是本发明的***框架示意图。

图2是本发明的涡流探头监控装置示意图。

图3是本发明的涡流探头监控装置俯视图。

图4是本发明的卡盘结构示意图。

图5是本发明实施例中拉杆探伤数据的0°面拟合图

图6是本发明实施例中拉杆探伤数据的90°面拟合图

图7是本发明实施例中拉杆探伤数据的180°面拟合图

图8是本发明实施例中拉杆探伤数据的270°面拟合图

图中的标号解释：

1、首卡盘，2、尾卡盘，3、拉杆，4、滑槽，5、螺杆，6、滑块，7、涡流探头，8、主支撑爪，9、副支撑爪，10、连接齿轮的齿轮伺服电机，11、直驱伺服电机，12、滑轮，13、滑槽与主支撑爪接口，14、首卡盘处为螺杆伺服电机与联轴器，尾卡盘处为轴承，15、螺丝，16、螺母，17、铰链。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明包括涡流探头监控装置、信号分析处理模块、PC终端、MSP430单片机、功率放大电路。其中涡流探头监控装置安装在拉杆上；PC终端用于设定移动和工作参数并发送至信号分析处理模块；信号分析处理模块直接控制涡流探头监控装置中卡盘的旋转、探头的移动，且经由MSP430单片机和功率放大电路间接控制探头的工作，并处理探头返回的瞬时电压值；处理后的电压值被单片机采集后返回PC终端。

如图2、3所示，本发明的涡流探头监控装置，包括固定在拉杆3上并可绕其旋转的首卡盘1和尾卡盘2；首尾卡盘之间置有滑槽4和螺杆5；滑块6与螺杆5螺纹连接，并设有两翼卡在滑槽内，保证与滑块6相连的涡流探头7始终对准拉杆3轴线。

如图4所示，卡盘内主支撑爪8和副支撑爪9一侧均设有齿条，与连接齿轮的齿轮伺服电机10啮合，三台齿轮伺服电机同时工作将主副支撑爪固定在拉杆上；主副支撑爪末端均装有滑轮12，主支撑爪末端滑轮由直驱伺服电机11控制，可根据PC终端设置的移动参数旋转卡盘；主支撑爪8上端设有与滑槽的接口13，首卡盘1主支撑爪8接口内安装有带联轴器的螺杆伺服电机14，尾卡盘2主支撑爪8接口内安装有轴承14，带联轴器的螺杆伺服电机与轴承14分别与螺杆5的首尾连接，可根据PC终端设置的移动参数控制螺杆转速，进而控制滑块6的平动速度；卡盘两臂可绕铰链17旋转，螺丝15和螺母16控制其开合。

本发明的具体工作过程如下：

将涡流探头监控装置安装在拉杆上后，在PC终端设定移动参数(控制卡盘旋转角度和滑块平动速度)和工作参数(控制涡流探头的工作)，之后参数被送入信号分析处理模块。信号分析处理模块根据移动参数使涡流探头监控装置进行相应旋转和移动，同时将工作参数发送至MSP430单片机。MSP430单片机产生一个脉冲信号，该信号的频率和占空比均可调，然后输入到功率放大电路中。探头中的感应线圈通以方波发生器中产生的激励脉冲，由法拉第定律可知，会在拉杆表面产生涡流，同时拉杆面上又会产生一个由涡流感生出的磁场，探头中的接收线圈输出瞬时电压值并发送至信号分析处理模块。在信号调理过程中，信号首先通过一个以AD620为核心芯片的差分放大电路，之后通过一个截止频率为1.5KHz的二阶低通滤波器，大部分噪声被去除后再通过一个峰值电路和一个电压跟随电路，以满足单片机采集电压的要求。单片机采集到的实时电压通过RS232串口输入并保存到PC机中，供数据处理和显示软件的调用。

本实施例的具体工作过程如下：

对盐邵船闸下游人字门中的拉杆进行探伤检测。已知该拉杆直径10cm，配有一套拉杆探伤装置，其中卡盘内径16cm、外径20cm，支撑爪长7cm，螺杆直径1cm，长7cm。将涡流探头监控装置安装在拉杆上后，检查各模块连接情况。在PC终端设置卡盘旋转角度为0°、90°、180°、270°，滑块移动速度3mm/s，单片机每1s采集一个电压。将这些参数发送至信号分析处理模块，滑块开始滑动，单片机产生脉冲信号并经由功率放大电路使探头工作，探头产生涡流并返回瞬时电压给信号分析处理模块进行调理，调理后的电压由单片机采集并返回PC终端。由PC终端根据返回的电压绘制电压幅值波动曲线如图5、6、7、8，从曲线图中可以看出：拉杆外形参数规整，可清晰看出6段齿纹，与现场实物相符，不同螺齿顶部、底部数据一致，没有尖峰出现，由此可断定所试拉杆不存在较明显裂纹等问题，可以正常使用。

现场测量数据表

Claims (2)

1.一种人字门拉杆探伤装置，其结构包括：涡流探头监控装置、信号分析处理模块、PC终端、MSP430单片机、功率放大电路；其特征在于：

所述涡流探头监控装置包括卡盘、主支撑爪、副支撑爪、齿轮伺服电机、直驱伺服电机、螺杆伺服电机、滑轮、齿轮、联轴器、螺杆、滑块、滑槽、涡流探头、轴承、螺丝、螺母、铰链；卡盘两臂可绕铰链旋转，螺丝和螺母控制其开合，齿轮伺服电机连接齿轮控制支撑爪将卡盘固定在被测拉杆上，直驱伺服电机安装在滑轮中，控制卡盘绕拉杆轴线旋转，螺杆伺服电机与螺杆通过联轴器连接，螺杆的旋转运动转化为滑块在滑槽中的水平移动，由激励线圈和霍尔传感器组成的涡流探头与滑块相连；

所述信号分析处理模块包括DSP芯片，用于控制模块接收和发送信号；以及AD620芯片与二阶低通滤波器，用于去除噪声对探头所返回的瞬时电压值的影响。

2.一种基于权利要求1所述的人字门拉杆探伤装置的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，将首卡盘环绕于拉杆上，拧紧螺丝，打开齿轮伺服电机正转开关，使首卡盘固定在拉杆上；

步骤B，将滑槽对准首卡盘主支撑爪的接口，螺杆***接口内的联轴器并固定；

步骤C，将尾卡盘环绕于拉杆上，拧紧螺丝，将其主支撑爪接口对准滑槽，螺杆自由端***接口内轴承并固定，打开齿轮伺服电机正转开关，使尾卡盘固定在拉杆上；

步骤D，在PC终端输入卡盘旋转角度、滑块移动速度、探头工作参数，点击确认并发送至信号分析处理模块；

步骤E，信号分析处理模块根据接收的参数驱动直驱伺服电机与螺杆伺服电机控制卡盘旋转与滑块移动，并控制单片机产生脉冲信号从而使探头产生涡流，探头工作过程中输出瞬时电压值并返回信号分析处理模块；

步骤F，信号分析处理模块对返回的瞬时电压值进行放大、滤波、调理后经由单片机采集并返回PC终端；

步骤G，PC终端根据电压数据绘制电压变化曲线，反映拉杆损伤情况；

步骤H，重复步骤D至G，输入不同的旋转角度对拉杆各处进行检测。