一種人字門拉桿探傷裝置及其監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人字門拉桿探傷裝置及其監(jiān)控方法，屬于工件無損探傷領(lǐng)域。裝置包括渦流探頭監(jiān)控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機(jī)、功率放大電路。首先將渦流探頭監(jiān)控裝置安裝在拉桿上，然后在PC終端設(shè)定移動和工作參數(shù)并發(fā)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(zhuǎn)、探頭的移動，且經(jīng)由MSP430單片機(jī)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(jī)采集后返回PC終端。本發(fā)明操作方便，機(jī)械自動化監(jiān)控程度高，適應(yīng)性強(qiáng)，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(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人字門拉桿探傷裝置及其監(jiān)控方法，屬于工件無損探傷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[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(guān)閉使桿內(nèi)的應(yīng)力發(fā)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(yīng)力集中、腐蝕等，會使頂樞拉桿某些部位疲勞裂紋萌生、擴(kuò)展。而且這些裂紋不易察覺，若任其發(fā)展，容易導(dǎo)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(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和損傷特性開發(fā)專用檢測設(shè)備，對于保證及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，減少日常檢修對船閘正常運(yùn)行的影響具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)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(jiān)控方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的一種人字門拉桿探傷裝置，包括渦流探頭監(jiān)控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機(jī)、功率放大電路；其中，
[0007]渦流探頭監(jiān)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(tǒng)就是給激勵線圈通以具有一定占空比的脈沖電流，當(dāng)脈沖電流處于上升沿或下降沿變化時，電流發(fā)生突變從而會在線圈周圍產(chǎn)生變化的磁場，被測試件(金屬導(dǎo)體)處于變化的磁場中，其表面就會產(chǎn)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(shè)定渦流探頭監(jiān)控裝置的移動及工作參數(shù)，并發(fā)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(shè)定的移動參數(shù)發(fā)送至渦流探頭監(jiān)控裝置，將工作參數(shù)發(fā)送至MSP430單片機(jī)，并調(diào)理探頭返回的瞬時電壓值使之滿足單片機(jī)采集電壓的要求；
[0010]MSP430單片機(jī)用于產(chǎn)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(jī)所產(chǎn)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(jìn)一步的，本發(fā)明的人字門拉桿探傷裝置中，渦流探頭監(jiān)控裝置包括卡盤、主支撐爪、副支撐爪、直驅(qū)伺服電機(jī)、滑輪、伺服電機(jī)、齒輪、聯(lián)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(zhuǎn)，螺絲和螺母控制其開合，伺服電機(jī)連接齒輪控制支撐爪將卡盤固定在被測拉桿上，直驅(qū)伺服電機(jī)安裝在滑輪中，控制卡盤的旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)與螺桿通過聯(lián)軸器連接，螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊在滑槽中的水平移動，渦流探頭與滑塊相連。
[0013]進(jìn)一步的，本發(fā)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(fā)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(jìn)一步的，本發(fā)明還提出人字門拉桿探傷裝置的監(jiān)控方法，包括如下步驟:
[0015]步驟A，將首卡盤環(huán)繞于拉桿上，擰緊螺絲，打開伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)，使首卡盤固定在拉桿上；
[0016]步驟B，將滑槽對準(zhǔn)首卡盤主支撐爪的接口，螺桿插入接口內(nèi)的聯(lián)軸器并固定；
[0017]步驟C，將尾卡盤環(huán)繞于拉桿上，擰緊螺絲，將其主支撐爪接口對準(zhǔn)滑槽，拉桿自由端插入接口內(nèi)軸承并固定，打開伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)，使尾卡盤固定在拉桿上；
[0018]步驟D，在PC終端輸入卡盤旋轉(zhuǎn)角度、滑塊移動速度、探頭工作參數(shù)，點(diǎn)擊確認(rèn)并發(fā)送至信號分析處理模塊；
[0019]步驟E，信號分析處理模塊根據(jù)接收的參數(shù)控制卡盤旋轉(zhuǎn)、滑塊移動，并控制單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號從而使探頭產(chǎn)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(jìn)行放大、濾波、調(diào)理后經(jīng)由單片機(jī)采集并返回PC終端；
[0021]步驟G，PC終端根據(jù)電壓數(shù)據(jù)繪制電壓變化曲線，反映拉桿損傷情況；
[0022]步驟H，重復(fù)步驟D至G，輸入不同的旋轉(zhuǎn)角度對拉桿各處進(jìn)行檢測。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1、填補(bǔ)了人字門拉桿探傷領(lǐng)域的空白。
[0025]2、對于厚度有變化的復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)的小構(gòu)件掃描，可分辨結(jié)構(gòu)變化和缺陷參數(shù)變化對信號的影響，無需更換探頭或改變設(shè)置參數(shù)。
[0026]3、智能化程度高，滑塊的平動速度和卡盤的旋轉(zhuǎn)角度通過PC終端控制，可對拉桿進(jìn)行全方位檢測。
[0027]4、適應(yīng)性強(qiáng)，對于尺寸相差不大的拉桿可用同一組渦流探頭監(jiān)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(fā)明的系統(tǒng)框架示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明的渦流探頭監(jiān)控裝置示意圖。
[0031]圖3是本發(fā)明的渦流探頭監(jiān)控裝置俯視圖。
[0032]圖4是本發(fā)明的卡盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中拉桿探傷數(shù)據(jù)的O °面擬合圖
[0034]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中拉桿探傷數(shù)據(jù)的90 °面擬合圖
[0035]圖7是本發(fā)明實(shí)施例中拉桿探傷數(shù)據(jù)的180°面擬合圖
[0036]圖8是本發(fā)明實(shí)施例中拉桿探傷數(shù)據(jù)的270°面擬合圖
[0037]圖中的標(biāo)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(jī)，11、直驅(qū)伺服電機(jī)，12、滑輪，13、滑槽與主支撐爪接口，14、首卡盤處為伺服電機(jī)與聯(lián)軸器，尾卡盤處為軸承，15、螺絲，16、螺母，17、鉸鏈。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0040]如圖1所示，本發(fā)明包括渦流探頭監(jiān)控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機(jī)、功率放大電路。其中渦流探頭監(jiān)控裝置安裝在拉桿上；PC終端用于設(shè)定移動和工作參數(shù)并發(fā)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(jiān)控裝置中卡盤的旋轉(zhuǎn)、探頭的移動，且經(jīng)由MSP430單片機(jī)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(jī)采集后返回PC終端。
[0041]如圖2、3所示，本發(fā)明的渦流探頭監(jiān)控裝置，包括固定在拉桿3上并可繞其旋轉(zhuǎn)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(shè)有兩翼卡在滑槽內(nèi)，保證與滑塊6相連的渦流探頭7始終對準(zhǔn)拉桿3軸線。
[0042]如圖4所示，卡盤內(nèi)主支撐爪8和副支撐爪9 一側(cè)均設(shè)有齒條，與裝有齒輪的伺服電機(jī)10嚙合，三臺伺服電機(jī)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(qū)伺服電機(jī)11控制，可根據(jù)PC終端設(shè)置的移動參數(shù)旋轉(zhuǎn)卡盤；主支撐爪8上端設(shè)有與滑槽的接口 13，首卡盤I主支撐爪8接口內(nèi)安裝有帶聯(lián)軸器的伺服電機(jī)14，尾卡盤2主支撐爪8接口內(nèi)安裝有軸承14，帶聯(lián)軸器的伺服電機(jī)與軸承14分別與螺桿5的首尾連接，可根據(jù)PC終端設(shè)置的移動參數(shù)控制螺桿轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制滑塊6的平動速度；卡盤兩臂可繞鉸鏈17旋轉(zhuǎn)，螺絲15和螺母16控制其開合。
[0043]本發(fā)明的具體工作過程如下:
[0044]將渦流探頭監(jiān)控裝置安裝在拉桿上后，在PC終端設(shè)定移動參數(shù)(控制卡盤旋轉(zhuǎn)角度和滑塊平動速度)和工作參數(shù)(控制渦流探頭的工作)，之后參數(shù)被送入信號分析處理模塊。信號分析處理模塊根據(jù)移動參數(shù)使渦流探頭監(jiān)控裝置進(jìn)行相應(yīng)旋轉(zhuǎn)和移動，同時將工作參數(shù)發(fā)送至MSP430單片機(jī)。MSP430單片機(jī)產(chǎn)生一個脈沖信號，該信號的頻率和占空比均可調(diào)，然后輸入到功率放大電路中。探頭中的感應(yīng)線圈通以方波發(fā)生器中產(chǎn)生的激勵脈沖，由法拉第定律可知，會在拉桿表面產(chǎn)生渦流，同時拉桿面上又會產(chǎn)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(fā)送至信號分析處理模塊。在信號調(diào)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(jī)采集電壓的要求。單片機(jī)采集到的實(shí)時電壓通過RS232串口輸入并保存到PC機(jī)中，供數(shù)據(jù)處理和顯示軟件的調(diào)用。
[0045]本實(shí)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(jìn)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(nèi)徑16cm、外徑20cm,支撐爪長7cm,螺桿直徑Icm,長7cm。將潤流探頭監(jiān)控裝置安裝在拉桿上后，檢查各模塊連接情況。在PC終端設(shè)置卡盤旋轉(zhuǎn)角度為0°、90°、180°、270°，滑塊移動速度3mm/s，單片機(jī)每Is采集一個電壓。將這些參數(shù)發(fā)送至信號分析處理模塊，滑塊開始滑動，單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號并經(jīng)由功率放大電路使探頭工作，探頭產(chǎn)生渦流并返回瞬時電壓給信號分析處理模塊進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的電壓由單片機(jī)采集并返回PC終端。由PC終端根據(jù)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(shù)規(guī)整，可清晰看出6段齒紋，與現(xiàn)場實(shí)物相符，不同螺齒頂部、底部數(shù)據(jù)一致，沒有尖峰出現(xiàn)，由此可斷定所試?yán)瓧U不存在較明顯裂紋等問題，可以正常使用。
[0047]現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)表
[0048]
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種人字門拉桿探傷裝置，其結(jié)構(gòu)包括:渦流探頭監(jiān)控裝置、信號分析處理模塊、PC終端、MSP430單片機(jī)、功率放大電路；其特征在于: 所述渦流探頭監(jiān)控裝置包括卡盤、主支撐爪、副支撐爪、直驅(qū)伺服電機(jī)、滑輪、伺服電機(jī)、齒輪、聯(lián)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(zhuǎn)，螺絲和螺母控制其開合，伺服電機(jī)連接齒輪控制支撐爪將卡盤固定在被測拉桿上，直驅(qū)伺服電機(jī)安裝在滑輪中，控制卡盤繞拉桿軸線旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)與螺桿通過聯(lián)軸器連接，螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)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(fā)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(quán)利要求1所述的人字門拉桿探傷裝置的監(jiān)控方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟A，將首卡盤環(huán)繞于拉桿上，擰緊螺絲，打開伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)，使首卡盤固定在拉桿上; 步驟B，將滑槽對準(zhǔn)首卡盤主支撐爪的接口，螺桿插入接口內(nèi)的聯(lián)軸器并固定； 步驟C，將尾卡盤環(huán)繞于拉桿上，擰緊螺絲，將其主支撐爪接口對準(zhǔn)滑槽，拉桿自由端插入接口內(nèi)軸承并固定，打開伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)，使尾卡盤固定在拉桿上； 步驟D，在PC終端輸入卡盤旋轉(zhuǎn)角度、滑塊移動速度、探頭工作參數(shù)，點(diǎn)擊確認(rèn)并發(fā)送至信號分析處理模塊； 步驟E，信號分析處理模塊根據(jù)接收的參數(shù)控制卡盤旋轉(zhuǎn)、滑塊移動，并控制單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號從而使探頭產(chǎn)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(jìn)行放大、濾波、調(diào)理后經(jīng)由單片機(jī)采集并返回PC終端； 步驟G，PC終端根據(jù)電壓數(shù)據(jù)繪制電壓變化曲線，反映拉桿損傷情況； 步驟H，重復(fù)步驟D至G，輸入不同的旋轉(zhuǎn)角度對拉桿各處進(jìn)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】陳達(dá), 廖迎娣, 商輝, 楊一琛, 鄭金海 申請人:河海大學(xué)