大型回转工件超声自动检测系统设计与实现

摘要

大型回转型工件在航天、航空、电力等领域具有广泛的应用，为了保证设备的可靠性，其内部缺陷（如裂纹、夹渣、孔隙等）的检测一直是人们所关注的热点之一。目前，这类零部件的检测多采用手工超声探伤的方式进行，检测结果往往依赖于工作人员的经验，劳动强度大，效率低下，并且可能存在较大的人为误差。
　　针对以上问题，设计开发了一套基于数字式超声探伤仪的大型回转工件自动检测系统。首先，根据回转工件的特点及系统需求设计了4自由度的机械扫描机构，以实现探头的水平、垂直、旋转运动，并带动被测件的转动。其次，为实现对探头位置的高精度控制，设计了适用于本系统的带死区模糊PID控制算法，并在Matlab-Simulink平台上进行了仿真，证明了该算法比常规PID具有更理想的运动控制性能。然后，设计了电气控制电路和特征信号采集电路，其中，特征信号采集电路以STC89C52单片机为核心包括接口控制电路、通讯电路、电源电路等模块。最后，在LabVIEW开发环境下编写了探头自动扫描控制软件（包括扫描参数设置、带死区模糊PID控制算法、水程距离跟随和状态监测等模块）、特征信号采集及其图形化显示软件（包括特征信号提取处理、坐标转换、图形显示等模块）和上位机界面。
　　在完成系统的设计、开发、调试之后，对本系统的性能进行了测试，结果表明，开发的大型回转工件超声自动检测系统满足了对回转工件的自动检测要求，解决了人工检测时存在的问题，提高了检测的效率及准确率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 超声波检测技术的发展

1．2．2 大型回转工件超声自动化检测研究现状

1．3 本论文的主要工作及内容安排

2 系统总体方案设计

2．1 超声波检测的原理

2．2 被测对象特点及检测要求

2．2．1 被测对象的特点

2．2．2 系统技术要求

2．3 系统总体方案

2．4 系统硬件结构组成

2．5 系统软件平台

2．5．1 系统软件组成

2．5．2 软件开发环境简介

2．6 本章小结

3 自动扫描机构设计

3．1 直线运动机构设计

3．1．1 滚珠丝杠副的选型

3．1．2 配套步进电机的选型

3．2 旋转运动机构设计

3．2．1 大负载转台结构设计

3．2．2 探头转动装置结构设计

3．2．3 辅助装置介绍

3．3 本章小结

4 测控系统设计

4．1 测控系统方案设计

4．1．1 功能要求

4．1．2 测控方案

4．2 控制系统硬件设计

4．2．1 信号检测方案

4．2．2 MPC08卡的控制接口电路

4．2．3 电磁兼容性设计

4．3 控制算法及仿真

4．3．1 带死区模糊PID控制算法

4．3．2 带死区模糊PID控制算法仿真

4．4 探头运动控制算法软件设计

4．4．1 开发软件平台简介

4．4．2 带死区模糊PID控制算法软件设计

4．4．3 水程距离自动跟踪算法软件设计

4．4．4 探头自动对正算法软件设计

4．5 本章小结

5 特征信号检测系统设计

5．1 特征信号提取模块硬件设计

5．1．1 数字超声波探伤仪介绍

5．1．2 特征信号采集电路设计

5．2 检测系统软件设计

5．2．1 特征信号提取模块软件设计

5．2．2 特征信号图形化显示模块软件设计

5．3 本章小结

6 系统性能测试实验及结果分析

6．1 运动机构定位精度测试实验及结果分析

6．1．1 定位精度测试方法

6．1．2 水平运动机构定位精度测试实验

6．1．3 垂直运动机构定位精度测试实验

6．1．4 大负载转台定位精度测试实验

6．1．5 探头转动机构定位精度测试实验

6．2 实际工件自动检测实验及结果分析

6．2．1 实验准备

6．2．2 实验结果及分析

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录