CN201622459U - 钢管超声波自动探伤控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及无损检测自动探伤技术领域,特别是一种钢管超声波自动探伤控制装置,由机械PC工作站、PLC控制柜、操作台、钢管到位及输送轨道控制、上下料步进机构、钢管旋转托辊控制、探头阵列焊缝电磁跟踪机构、探伤小车行走控制、仪器室自动跟随控制、缺陷自动喷涂标识装置、CCD监视控制、油气路液压传动控制、耦合剂水控制、探伤小车行走限位控制、旋转托辊升降控制、探头阵列升降控制、超声波探头阵列、钢管旋转测速装置、探伤小车行走测速装置所组成;保证了控制信号、回波信号的稳定提取以及连续自动化探伤检测的准确性和高效率,具有自动化程度高、运行节拍快的特点以及良好的兼容性、通用性,能满足钢管超声波自动探伤检测的生产要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及无损检测自动探伤技术领域,特别是一种钢管超声波自动探伤控制装置。
背景技术
本实用新型属于无损检测自动探伤技术领域,特别是一种管材超声波自动探伤检测装置。传统的焊接钢管焊接质量检测主要采用目测、射线检测、手工超声波检测等。其中目测为最早使用的方法,仅能检测焊接钢管的表面质量,一般也只用于小口径焊接钢管质量检测。对于大口径焊接钢管(一般指管径1米以上)焊接质量的检测,采用射线检测操作上也是非常困难的,首先要在管子的对接焊缝上贴上带暗盒的增感胶片,探伤操作人员操作射线探伤机发射X射线,将焊缝焊接质量情况拍摄下来。然后在暗室里进行显影、定影、冲洗、晾干后,才能得到焊缝胶片,再由专业评片人员评定焊缝焊接质量情况。这种方法在试验室有铅房保护的情况下,探伤操作人员的人身健康安全还需要特别地加以保护,防止射线对人体造成的损害,工作量超标可以造成人体白细胞下降甚至导致白血病。另外,对于大口径焊接钢管的每一道焊口都需要很多的增感胶片,资金耗费巨大,还需要花费大量的时间来贴片、拍摄、显影、定影、冲洗、晾干、评定后,才能得到焊缝焊接质量情况,不能参与流水作业,严重影响生产进度。
尤其是使用条件极其恶劣的石油用管材,因而其质量要求高,但因有许多缺陷,特别是内部缺陷人工目视检测是辨别不出来的,需要用物理的方法进行无损检测。在石油用管材的无损检测领域中,超声波检测作为一种有效的检测方式已经得到了广泛的应用。它利用超声波在金属中的传播速度快等特性,通过分析反射回来的缺陷回波来检测判定缺陷。焊管探伤采用不同的超声波探伤方法,其探伤准确性相差比较大,而手工超声波检测由于探头的不断磨损、焊道几何形状的差异及各种复合缺陷所形成波形的不确定性,人为因素影响也很大,检测结果带有主观因素,并与探伤操作人员的技术水平与责任心有关,不仅费时而且还要产生人为误差,由于缺陷回波信号可能会被误判,包括由波形转换或声速改变方向所形成的伪信号,一般来说,手工超声波检测需要探伤操作人员具有高水平的技能和训练。其检测结果一般不能被永久地记录,该记录只局限于纸质文件,而不是探伤检测过程的真实再现。
发明内容
为解决上述问题,本实用新型的目的是提供一种用于对焊接前的母材和成型焊接后、静水压及扩径后的焊接钢管作全焊缝及管体自动化探伤的钢管超声波自动探伤控制装置。
本实用新型的钢管超声波自动探伤控制装置,由机械PC工作站1、PLC控制柜2、操作台3、钢管旋转测速装置4、探伤小车行走测速装置5、钢管到位及输送轨道控制6、上下料步进机构7、钢管旋转托棍控制8、探头阵列焊缝电磁跟踪机构9、探伤小车行走控制10、仪器室自动跟随控制11、缺陷自动喷标识装置12、CCD监视控制13、油气路液压传动控制14、耦合剂水控制15、探伤小车行走限位控制16、旋转托辊升降控制17、探头阵列升降控制18、超声波探头阵列19所组成,其连接关系由机械PC工作站1与PLC控制柜2、操作台3相连接;PLC控制柜2、操作台3与钢管旋转测速装置4、探伤小车行走测速装置5、钢管到位及输送轨道控制6、上下料步进机构7、钢管旋转托棍控制8、探头阵列焊缝电磁跟踪机构9、探伤小车行走控制10、仪器室自动跟随控制11、缺陷自动喷涂标识装置12、CCD监视控制13、油气路液压传动控制14、耦合剂水控制15、探伤小车行走限位控制16、旋转托辊升降控制17、探头阵列升降控制18相连接;探头阵列升降控制18与超声波探头阵列19相连接所构成,并与被检测的钢管20构成闭环的钢管超声波自动探伤控制装置。
所述的机械PC工作站1采用一台工业控制计算机作为上位机是整个自动探伤控制装置的控制核心,管理、控制整个控制装置的运行情况,与PLC下位机之间通过工业总线实时通讯。
所述的PLC控制柜2由一台西门子S7-300系列的PLC(CPU315-2DP)作为整个自动探伤控制装置的下位机,监控整个控制装置的运行情况,与机械PC工作站1之间通过工业总线实时通讯。
所述的操作台3由各种开关按钮组成,配以控制按钮来适应多变的过程控制,实现整个控制装置的主令控制、信号指示。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的钢管旋转测速装置4测得到钢管旋转托辊开关磁阻电机的转数,开关磁阻电机通过机械传动机构控制焊接钢管的旋转运动。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的探伤小车行走测速装置5测得到探伤小车行走的直线运动伺服电机的转数,伺服电机通过机械传动机构控制探伤小车的行走运动。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的钢管到位及输送轨道控制6部分通过变频器I与钢管到位的光电位检开关及输送轨道的变频电机相连接,控制钢管到位及输送轨道的旋转。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的上下料步进机构7部分通过变频器II与上下料步进机构的变频电机相连接,控制钢管上下料步进机构7的旋转。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的钢管旋转托辊控制8部分通过开关磁阻电机控制器与钢管旋转托辊的开关磁阻电机相连接,实现钢管旋转托辊的控制。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的探头阵列焊缝电磁跟踪机构9部分通过伺服控制器I与探头阵列焊缝电磁跟踪机构的伺服电机相连接,实现探头阵列焊缝电磁跟踪机构的控制。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的探伤小车行走控制10部分通过伺服控制器II与探伤小车行走的伺服电机相连接,实现探伤小车行走快慢的控制。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的仪器室自动跟随控制11部分通过伺服控制器II与仪器室自动跟随控制的伺服电机相连接,实现探伤操作时的仪器室自动跟随控制。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的缺陷自动喷标装置12部分与喷涂缺陷标识的自动喷枪相连接,在探伤过程中,一旦发现缺陷时及时、自动喷涂缺陷标识,以备手动探伤复检。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的CCD监视控制13部分与CCD监视控制摄像头相连接,实时监视钢管到位和探伤全过程。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的油气路液压传动控制14部分分别与液压控制部分的液压泵、阀组,探头阵列气缸、阀组相连接,为整个控制装置提供油压、气动的动力源。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的耦合剂水控制15部分与装有耦合剂水的水箱相连接,为探伤检测提供耦合剂水,以备进行探伤操作。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的探伤小车行走限位控制16通过各种限位开关控制,以便实现探伤小车行走限位控制。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的旋转托辊升降控制17装置通过电磁阀、单轴铰接油缸升降结构,以便实现自动探伤检测的旋转托辊升降控制。
所述的与PLC控制柜2和操作台3相连接的探头阵列升降控制18通过电磁阀、升降气缸与超声波探头阵列19部分相连接,以便实现自动探伤检测。
所述的本实用新型的整套控制装置,与现场传感器和超声总站形成闭环网络,一旦出现异常,立即显示故障部位,并有急停保护功能。
本实用新型的优点是:将本焊接钢管超声波自动探伤控制装置同先进的工业控制计算机、电气自动控制理论、PLC等技术相结合,PLC按“自主+联动”模式设计,保证了控制信号、回波信号的稳定提取以及连续自动化探伤检测的准确性和高效率,具有自动化程度高、运行节拍快的特点,以及良好的检测稳定性、客观性、可靠性。同时具有兼容性、通用性,能满足埋弧焊螺旋焊缝、直焊缝以及高频焊直焊缝等不同的焊接钢管生产检测的要求。
本实用新型随着焊接钢管生产技术的不断发展和生产设备自动化程度的不断提高,可在连续生产中实现焊接钢管超声波自动探伤检测,对焊缝有缺陷的部位实现了缺陷的自动识别,自动报警,自动存储,自动、实时地喷涂油漆标识,而且可方便灵活地执行各种不同的国内外探伤标准,保证了控制信号、回波信号的稳定提取以及连续自动化探伤检测的准确性和高效率,具有自动化程度高、运行节拍快的特点以及良好的兼容性、通用性,以求达到实时快速可靠地检测出被检测焊管焊缝内部组织的缺陷,为生产工艺的调整提供准确无误的依据,并且能满足钢管超声波自动探伤检测的生产要求。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意框图。
图2是本实用新型的螺距偏差检测装置示意框图。
图3是本实用新型的开机准备示意流程图。
图4是本实用新型的合成速度调整示意流程图。
图5是本实用新型的手动方式操作示意流程图。
图6是本实用新型的手动方式探伤小车运行和旋转托辊旋转示意流程图。
图7是本实用新型的探头手动升降示教(手动+示教方式)操作示意流程图。
图8是本实用新型的探头手动升降合成(手动+合成方式)操作示意流程图。
图9是本实用新型的自动探伤(自动+探伤)操作示意流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。如图1所示,本实用新型的焊接钢管超声波自动探伤控制装置,其特征在于由一个机械PC工作站1,分别与此机械PC工作站1相连接的有PLC控制柜2和操作台3,与PLC控制柜2和操作台3相连接的钢管旋转托辊测速装置4、探伤小车行走测速装置5、钢管到位及输送轨道控制6、上下料步进机构7、钢管旋转托辊8、探头阵列焊缝电磁跟踪机构9、探伤小车行走控制10、仪器室自动跟随控制11、缺陷自动喷涂标识装置12、CCD监视控制13、油气路液压控制14、耦合剂水控制15、探伤小车行走限位控制16、旋转托辊升降控制17、探头阵列升降控制18,与探头阵列升降控制18相连接的超声波探头阵列部分19,以及被检测钢管20所组成。
所述的机械PC工作站1是整个自动探伤控制装置的管理和控制核心,用于实现探伤操作的自动化控制,满足焊接钢管超声波连续自动化探伤检测的要求。
所述的PLC控制柜2包括一台西门子模块化可编程序控制器S7-300系列的PLC(CPU315-2DP),整个控制装置的自动化动作均由PLC来控制,由其完成探伤速度的控制、上下料机构的控制、整个控制装置各部分的连锁控制及网络通讯任务,通过PLC完成所有传动及执行元件的输入、输出信号、检测信号等逻辑控制部分的手动及自动工艺控制、与机械PC工作站1(上位机)进行实时的数据交换。
所述的网络通讯是由PLC、传动装置、机械PC工作站1(上位机)、变频器、远程I/O(ET200)等组成,S7-300PLC(CPU315-2DP)利用CP343-1通讯模块和传动装置通过FROFIBUS网连在一起,进行数据通讯,即可提高本实用新型的运行可靠性,又减少了现场施工中管线电缆的数量,并为现场应用预留接口。
所述的操作台3由各种开关按钮组成,配以控制按钮控制PLC控制柜2的控制电源开闭、来适应多变的过程控制,实现整个控制装置的主令控制、信号指示。
所述的钢管旋转测速装置4测得到钢管旋转托辊开关磁阻电机的转数,开关磁阻电机通过机械传动机构控制焊接钢管的旋转运动。
所述的探伤小车行走测速装置5测得到探伤小车行走的直线运动伺服电机的转数,伺服电机通过机械传动机构控制探伤小车的直线行走运动。
所述的钢管到位及输送轨道控制部分6,上下料步进机构部分7,是由顺向输送轨道上的光电位检开关检测到有被检测对象焊接钢管到位时,上下料步进机构配有横向进出钢管的四工位托板,根据PLC指令将钢管分别送入指定工位的旋转托辊8上以便进行自动探伤,上下料步进机构部分7通过变频器II由上下料步进机构的变频电机驱动,四工位同时动作。
所述的钢管旋转托辊部分8,其中主动托辊一组采用2个开关磁阻电机调速、驱动,每个开关磁阻电机功率:1KW,测速编码器安装在主动棍上,由旋转托辊8带动安放在旋转托辊上的被检测对象焊接钢管20旋转,当CCD监视控制13检测到焊缝12点位置时,超声波探头阵列19落下,耦合剂水控制15启动,喷水,探伤小车行走控制10及仪器室自动跟随控制11控制探伤小车行走和仪器室自动跟随运动,探头阵列焊缝电磁跟踪机构9跟踪焊缝,超声波阵列探头19进行自动探伤。
所述的探头阵列电磁焊缝跟踪机构9是用于检测探头阵列偏离焊缝的距离,其左右偏离焊缝的距离信息,被区别放大成正负电压后送入电磁跟踪传感器,以便驱动焊缝跟踪伺服电机,调速范围和响应速度可通过伺服电机控制器灵活设置,偏离小时调速慢,偏离大时调速快,而且调速范围宽(0-5000转/分)。
所述的探伤小车行走部分10是控制用于探头直线移动行走小车的行走速度快慢,由交流伺服电机驱动,单侧齿轮、齿条传动,测速编码器安装在主动轴上。在操作台3有探伤小车行走控制操作选择开关,可直接对其进行前进、停止、后退操作。
所述的仪器室自动跟随控制11是仪器室自动跟随探伤小车行走移动而移动,其速度的设定由探伤小车行走电位器统一调速设定,以确保探伤小车与仪器室的同步控制。仪器室的移动可单独操作,在锁定与合成控制中仪器室可以自动,手动地调节其运行速度,达到与探伤小车的同步。
所述的缺陷自动喷标装置12与喷涂缺陷标识的自动喷枪相连接,以便发现缺陷时及时自动地喷涂缺陷标识,以便手工超声波探伤复检确认后进行修复。
所述的CCD监视控制13是用一束聚焦激光光束投射到被检测焊接钢管的表面,CCD监视控制13的摄像机构检测激光光点和焊缝位置是否重合,从而准确确定焊缝位置,以便进行焊缝跟踪,并监控自动探伤检测的全部过程。
所述的油、气路液压控制14分别与液压控制部分的液压泵、阀组,探头阵列气缸、阀组相连接,为整个控制装置提供油压、气动的动力源。
所述的耦合剂水控制15与装有耦合剂水的水箱相连接,有交流电磁阀控制为探伤检测提供耦合剂水,以备进行探伤操作。
所述的探伤小车行走限位控制16通过各种限位开关控制,以便实现探伤小车前后移动行走限位的控制。
所述的旋转托辊升降控制装置17通过电磁阀、单轴铰接油缸升降结构,以便实现自动探伤检测的旋转托辊升起、下落的升降控制。
所述的探头阵列升降控制18通过电磁阀、升降气缸与超声波探头阵列19相连接,超声波探头阵列19可分别升降起落,以便减少管端、管尾检测盲区。超声波探头阵列19在正向探伤,反向探伤过程中由光电开关自动控制被检测的钢管20处于检测位置之后,自动从前往后依次下落进行探伤操作,探伤完毕之后自动依次升起。探头动作还设有手动操作模式,用人工操作探头的升降,探头动作由电磁阀控制升降气缸完成控制动作。
如图2所示,本实用新型的焊接钢管超声波自动探伤控制装置,其特征在于钢管的旋转运动的线速度,探伤小车行走的直线运动的速度,均由精密编码测速传感器实时采集,并送入机械PC工作站1,自动实时控制检测钢管的螺距,以便进行缺陷位置实时、准确的定位。
所述的机械PC工作站1通过光电编码器、码盘和旋转测速卡得到钢管旋转托辊开关磁阻电机的转数,开关磁阻电机通过机械传动机构控制焊接钢管的旋转运动,由传输速比,机械PC工作站1可得到被检测对象钢管的实际转数ωt(r/mm)。同时,机械PC工作站1通过光电编码器、码盘和水平测速卡得到钢管旋转托辊开关磁阻电机的转数,开关磁阻电机通过机械传动机构控制被检测钢管的旋转运动。
所述的根据实际给定的螺距值L(mm)转换成探伤小车行走的目标速度Vm(r/mm),机械PC工作站1通过内部的PID控制算法进行实际速度Vt(r/mm)与目标速度Vm(r/mm)比较后,得到一组PID调节输出数据,并将此输出数据通过RS232串口经过RS485中继器传输给PLC,PLC通过D/A转换后为伺服电机控制器提供给定信号,以便控制探伤小车行走的直线运动伺服电机的转数,伺服电机通过机械传动机构控制探伤小车直线运动行走。
所述的伺服电机控制命令由PLC的D/A输出模块进行控制,PLC输出的±6V命令电压与伺服电机控制器内部控制参数共同控制驱动电机运行,使探伤小车直线运动行走的运行平稳快速。
所述的开关磁阻电机控制命令由PLC的D/A输出模块进行控制,PLC输出的±6V命令电压与开关磁阻电机控制器内部控制参数共同控制驱动电机运行,并由控制器、测速反锁对开关磁阻电机的转数进行闭环控制,以便控制钢管旋转托辊开关磁阻电机的转数使旋转托辊正向转动的运行平稳快速。
所述的由探伤小车直线运动、旋转托辊转动和在旋转托辊上的被检测钢管的旋转运动,以完成探伤轨迹螺旋线的跟踪合成运动,这样就构成了一个完整的闭环控制***,实际应用中螺距偏差控制在1mm左右,在一个螺距内完成这一双运动调节。
如图3所示,所述的开机准备的操作台3在初始位置时各开关按钮状态为:钥匙按钮、断开;急停按钮、非锁定位置;超声波探头阵列19中的四个探头组码位选择按钮在非选定位置;探伤小车方向选择按钮在中间;其它按钮在零位;探伤小车和旋转托辊的速度合成给定电位器在零位。开机准备后可进入操作流程分为手动、手动+示教、手动+合成、自动+探伤四种工作方式。
如图4所示,所述的合成速度调整流程方法,首先应使各电位器回到零位置,然后如图5所示的流程方法运行探伤小车和旋转托辊,使其合成速度与被检测的管体相适应。
如图5所示,所述的手动工作方式是手动控制探伤小车行走控制10的直线行走向前、向后和行走向前快速、向后快速,钢管到达探伤位置后的旋转托辊升降控制17的升降起落和钢管旋转托辊8正反转的旋转运动。
如图6所示,所述的探伤小车和旋转托辊运行以及由其构成的合成速度按探伤小车和旋转托辊运行都不需要进行方向选择,探伤小车自动按向前方向行走,旋转托辊自动正向旋转,探伤小车速度由其电位器调整,托辊旋转速度由正向给定的电位器调整,反之亦然。
所述的探伤小车行走速度设定和托辊旋转速度设定,是在机械PC工作站1分别设定后输入到PLC A/D模块中,以便完成完成探伤轨迹螺旋线的跟踪合成运动,快速、慢速示教功能;并在软件上使示教后的A/D值进行锁定记忆,保证一个规格被检测的钢管20的电器控制参数固定,减少每次开机后重新设定参数的操作,使操作过程更加方便、灵活。
所述的在操作台3上选择手动工作方式时,执行机构的动作应将通过PLC内置的控制程序来进行,每一步动作都是相互连锁的,每执行一步均受前面执行结果条件的约束。在手动方式下,每一步动作均由操作台3上相应的按钮控制,如不按照工艺过程要求任意启动按钮,执行机构将拒绝动作,即手动工作方式的过程是步进式进行的。
如图7所示,所述的探头手动升降操作的手动+示教工作方式是主要完成人
工探伤时,所需螺旋焊缝的手动跟踪,探头下落时间间隔的设定,为超声波探头阵列19在自动探伤时确定合适的起落点位置,手动依次调节探头升降起落到达适当的位置,耦合水的开闭,探伤小车及旋转托辊的启动和停止,以便为下一次自动探伤做准备。
如图8所示,所述的探头自动升降操作的手动+合成工作方式是12组超声波探头阵列19自动升降时间示教流程。为12组超声波探头阵列19在自动探伤时确定合适的起落点位置,由探伤小车和旋转托辊运行构成的合成运动后,手动依次调节探头升降起落到达适当的位置,耦合水的开闭,探伤小车及旋转托辊的启动和停止,以便为下一次自动探伤做准备。
所述的在操作台3上选择手动+示教、手动+合成工作方式时,各执行机构的每一步动作可由操作台3上相应的按钮单独控制,各动作之间相互独立不连锁,各执行机构动作不受条件的约束主要用于维护时分布检查各执行部分有无障碍,也可作为运行过程中发生异常时应急的处理。
如图9所示,所述的自动探伤时的自动+探伤工作方式是在超声波探头阵列19自动升降时间已锁定,合成速度已调整好的基础上(不同规格的钢管需要重新进行示教)进行正常自动探伤工作的过程。
所述的在操作台3上选择自动+探伤工作方式时,执行机构的动作需通过PLC内置的控制程序来进行,该程序采用梯形图方式编制,属于顺序控制逻辑,按下启动按钮,各工位的所有探伤动作在程序的控制下全部自动完成,其中每一步动作都是相互连锁的,只有当上一步动作检测完成后才会自动执行下一步动作,为正常运行的主要工作方式。
所述的本实用新型的整套控制装置,与现场传感器和超声总站形成闭环网络,一旦出现异常,立即显示故障部位,并有急停保护功能。
Claims (2)
1.一种钢管超声波自动探伤控制装置,包括机械PC工作站(1)、PLC控制柜(2)、操作台(3)、钢管旋转测速装置(4)、探伤小车行走测速装置(5)、钢管到位及输送轨道控制(6)、上下料步进机构(7)、钢管旋转托棍控制(8)、探头阵列焊缝电磁跟踪机构(9)、探伤小车行走控制(10)、仪器室自动跟随控制(11)、缺陷自动喷标识装置(12)、CCD监视控制(13)、油气路液压传动控制(14)、耦合剂水控制(15)、探伤小车行走限位控制(16)、旋转托辊升降控制(17)、探头阵列升降控制(18)、超声波探头阵列(19)所组成,其特征在于:连接关系由机械PC工作站(1)与PLC控制柜(2)、操作台(3)相连接;PLC控制柜(2)、操作台(3)与钢管旋转测速装置(4)、探伤小车行走测速装置(5)、钢管到位及输送轨道控制(6)、上下料步进机构(7)、钢管旋转托棍控制(8)、探头阵列焊缝电磁跟踪机构(9)、探伤小车行走控制(10)、仪器室自动跟随控制(11)、缺陷自动喷涂标识装置(12)、CCD监视控制(13)、油气路液压传动控制(14)、耦合剂水控制(15)、探伤小车行走限位控制(16)、旋转托辊升降控制(17)、探头阵列升降控制(18)相连接;探头阵列升降控制(18)与超声波探头阵列(19)相连接所构成。
2.根据权利要求1所述的钢管超声波自动探伤控制装置,其特征在于:由机械PC工作站(1)、PLC控制柜(2)、操作台(3)、钢管旋转测速装置(4)、探伤小车行走测速装置(5)、钢管到位及输送轨道控制(6)、上下料步进机构(7)、钢管旋转托棍控制(8)、探头阵列焊缝电磁跟踪机构(9)、探伤小车行走控制(10)、仪器室自动跟随控制(11)、缺陷自动喷涂标识装置(12)、CCD监视控制(13)、油气路液压传动控制(14)、耦合剂水控制(15)、探伤小车行走限位控制(16)、旋转托辊升降控制(17)、探头阵列升降控制(18)、超声波探头阵列(19)与被检测的钢管(20)构成闭环的钢管超声波自动探伤控制装置。
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