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圆盘水浸超声扫描装置设计.docx
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圆盘水浸超声扫描装置设计.docx
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圆盘水浸超声扫描装置设计
摘 要
水浸超声检测用水作为耦合剂,探头不直接接触工件,可以减少对工件表面粗糙度
的要求,减少探头的磨损。自动化检测更是如今无损检测发展的大趋势。随着圆盘工件
在航空航天领域的广泛应用,研究圆盘类零件的水浸超声自动检测系统具有重大意义。
本设计基于圆盘工件在超声自动化检测中的研究现状,设计了一款圆盘水浸超声扫描装
置设计,装置主要由水箱、三轴扫查架以及转动装置组成。本设计通过计算机上的
LabVIEW 程序向运动控制卡发出指令,运动控制卡收到指令后发送信号驱动步进电机带
动探头的移动以及工件的转动。
关键词:圆盘;超声检测;水浸法;步进电机;自动化检测
Design of the water-immersed ultrasonic scanning device
of the disc
Abstract
The coupling agent used in ultrasonic testing for water immersion is water. The
probe detects the workpiece through the water layer without direct contact with the
workpiece. On the one hand, it can reduce the surface finish requirements of the
workpiece, and on the other hand, it can also reduce the wear on the probe.
Automated testing is now the development trend of NDT. It is very important to study
the immersion ultrasonic auto detection system of disk parts in a wide range of disk
processing in aerospace. This design is based on the research status of disc workpiece
in ultrasonic automatic detection, designed a disc water immersion ultrasonic
scanning device design, the device is mainly composed of water tank, three axis
scanning frame and rotating device. This design sends instructions to the motion
control card through the LabVIEW program on the computer. After receiving the
instructions, the motion control card sends signals to drive the stepper motor to drive
the movement of the probe and the rotation of the workpiece.
Keywords: disc;Ultrasonic testing; Water immersion; Stepper motor;
Automated testing
目录
1 前言 ...............................................................................1
1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求 ........................................1
1.2 本设计在国内外的发展概况 ....................................................1
1.3 本设计应解决的主要问题 ......................................................2
2 本设计 .............................................................................2
2.1 相关理论 ....................................................................3
2.1.1 检测方法 ..............................................................3
2.1.2 电机 ..................................................................4
2.1.3 探头 ..................................................................5
2.1.4 运动控制卡 ............................................................6
2.1.5 LabVIEW 软件 ..........................................................6
2.2 设计过程 ....................................................................7
2.2.1 水箱的设计 ............................................................7
2.2.2 三轴扫查架的设计 ......................................................8
2.2.3 试件参数 ..............................................................8
2.2.4 探头的选择及探头的夹持装置 ............................................9
2.2.5 电机及驱动器的选择 ...................................................10
2.2.6 运动控制卡的选用 .....................................................11
2.2.7 转盘的设计 ...........................................................12
2.2.7.1 所需材料 ......................................................12
2.2.7.2 制作步骤 ......................................................13
2.2.8 LabVIEW 程序的设计 ...................................................14
2.2.8.1 三轴扫查控制程序 ..............................................14
2.2.8.2 转动装置程序 ..................................................16
2.2.8.3 程序面板 ......................................................17
3 扫查方案 ..........................................................................17
4 本设计的不足 ......................................................................18
5 结论 ..............................................................................18
参考文献 ............................................................................20
谢 辞 ..............................................................................21
1
1 前言
水浸超声自动检测系统使用水作为耦合剂,探头不与工件直接接触,通过计算机软
件控制探头,从而更容易实现探头自动扫查,耦合效果更加稳定,能够提高扫查速度,
从而大大提高检测效率
[1]
。
本设计的圆盘水浸超声扫描装置主要由两部分组成:扫查装置及转动装置。该装置
拟实现圆盘工件全盘面的超声检测。以水作为检测的耦合剂,声波先进入水层,再入射
到工件中
[2]
。通过电脑的 LabVIEW 软件控制探头对工件进行扫查,从而实现自动化检测,
提高检测效率。
1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求
本设计的目的在于设计一个特定尺寸的圆盘进行全盘面超声检测的检测装置,为自
动化圆盘水浸超声检测系统提供硬件设计。目前,超声自动化检测越来越受到青睐和重
视,它能减少人工成本,降低误判,大大提高了检测效率及准确性。在极大程度上,实
现了全自动化的工业需求。而圆盘类零件在工业上的运用比较广泛。圆盘类零件主要有
法兰盘,汽车上的发动机和航空发动机中也有很多盘类零件。因此,研究圆盘类零件的
水浸超声检测系统具有重大意义。本设计将根据特定尺寸的圆盘,设计一款圆盘转动装
置及水箱并选择合适的三轴扫查平台,实现电机对扫查架稳定可靠高精度的控制。其中,
选用合适的防水电机以及设计圆盘转动装置使圆盘工件不会打滑并能够平稳转动,在本
装置的设计中尤为关键。
1.2 本设计在国内外的发展概况
随着盘类零件在航空领域的广泛应用,国内外不少公司都有对于圆盘类工件的水浸
超声波探伤系统并与自动化检测相结合。但总的来说,相比起对圆柱类工件超声自动化
检测的研究,针对盘类工件的自动化检测稍微比较少。
中国航空工业集团公司北京航空材料研究院的梁菁等人针对航空发动机盘类零件
研究设计了水浸超声相控阵检测装置及检测方法,实现对圆盘工件的水浸超声扫查及检
测
[3]
。该装置使用了超声相控阵探伤仪和环阵相控阵探头。避免了频繁更换探头,提高
了检测效率。
中北大学的景峰和张继堂研究了基于 AT89C52 单片机的超声自动检测与控制系统。
该系统采用单片机控制系统,实现了超声检测系统与数控运动扫描系统之间的协调
[4]
。
在国外,以色列 ScanMaster 研究有一台大型超声波水浸喷水法检测系统 LS-500 系
列(如图 1.1 和图 1.2 所示),被广泛应用在航天航空领域。其检测对象为盘件、轴类、
棒材、坯料、板材等。这台超声水浸设备对盘类工件的超声检测非常有针对性,包括对
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南抖北快东卫
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