[发明专利]煤矿液压支架缸体环焊缝缺陷超声自动检测系统

说明书

技术领域

本发明属于焊接缺陷超声无损检测技术领域，具体涉及一种煤矿液压支架缸体环焊缝缺陷超声自动检测系统。

背景技术

煤炭是我国的第一大能源，在现阶段的能源结构中约占70％，而且在今后相当长的时间内，煤炭资源在我国能源消费中仍然占据极其重要的地位，因此，煤炭的高产、高效和安全生产将直接影响我国国民经济的稳步发展。随着科学技术的不断发展，煤矿机械在实现高产、高效、综合机械化采煤中发挥了非常重要的作用。

液压支架是煤矿综合机械化开采的主要设备，对现代煤矿生产具有举足轻重的意义。液压缸是液压支架完成各种运动和承载顶板压力的关键元件，它的质量直接影响着液压支架的可靠性，进而影响到煤矿的安全和正常生产。

液压缸由外缸体、中缸体和柱体三个部分组成，其中，外缸体是无缝钢管和铸造件的组合体，采用对接环焊缝焊接而成，由于焊接厚度大，不可避免地产生焊接缺陷，有的缺陷隐蔽性很强，在使用过程中由于液压缸在高压交变载荷下工作，缺陷处产生应力集中，导致缺陷逐渐扩大而渗漏或泄漏，甚至缸体开裂等情况，严重时造成煤矿的安全事故。因此，在外缸体焊接完成后，必须对焊缝进行质量检验，以保证液压缸的制造质量。由于超声无损检测技术可以检出工件内部的缺陷、对缺陷定位较准确和对裂纹检出较敏感，因此在焊缝的质量检验中得到了广泛的应用。目前，企业对液压缸对接环焊缝的质量检验主要采用模拟式A型超声探伤仪，以传统的手动方式进行检测，存在检测效率和检测精度低、重复性和可靠性差、无记录等问题，检测结果受检测人员主观因素的影响，容易漏检，缺陷定量和定性困难。

由于目前检测方法的局限性，很难对液压缸对接环焊缝的质量进行有效地控制。随着煤矿安全生产的加强，煤矿对液压支架的可靠性要求越来越高，生产企业急需解决液压支架缸体环焊缝质量检验的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿液压支架缸体环焊缝缺陷超声自动检测系统，用于解决液压支架生产企业液压缸环焊缝质量检验的难题，克服目前手动超声A扫描检测方式存在的缺点和不足，提高超声检测的可靠性和效率，实现环焊缝检测的数字化、自动化和图像化，确保液压支架的可靠性和设备安全运行，进而保证煤矿的安全和正常生产。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种煤矿液压支架缸体环焊缝缺陷超声自动检测系统，所述系统包括系统软件、工业控制计算机、以太网线、A型数字超声探伤仪、自动扫描机械装置、步进电机控制器和RS-232串口线，所述系统软件包括电机运行控制部分和上位机应用软件部分，所述自动扫描机械装置包括探头夹持机构、超声探头、工件装夹平台、旋转步进电机和扫描步进电机，所述电机运行控制部分包括单片机运动控制程序、工业控制计算机与步进电机控制卡之间的通讯；所述步进电机控制器包括电源模块、步进电机驱动器模块、步进电机控制卡模块和串口通信模块；

其中步进电机控制器与工业控制计算机之间由RS-232总线连接；旋转步进电机和扫描步进电机与步进电机控制器之间通过电缆连接，所述扫描步进电机安装在工件装夹平台上；A型数字超声探伤仪与工业控制计算机通过以太网线连接，探头夹持机构安装在工件装夹平台上；

所述工业控制计算机内固化有上位机应用软件，对整个系统的控制指令进行计算和处理，通过RS-232串口线发送控制指令给步进电机控制器，通过以太网线从A型数字超声探伤仪读取超声回波信号，并经过处理以进行扫描曲线和扫描图像的显示；

所述单片机运动控制程序固化在在步进电机控制卡模块的单片机内，单片机运动控制程序实现旋转步进电机和扫描步进电机的正、反转运动，工业控制计算机与步进电机控制卡之间采用串口通讯，通过RS-232串口线实现二者之间的通讯。

所述探头夹持机构包括一个探头夹，探头夹内装有一个压缩弹簧，以保证超声探头和工件表面的良好接触。

所述工件装夹平台包括三爪卡盘、丝杠螺母机构和底座。

所述上位机应用软件包括人机界面、网络通讯及数据采集模块、超声扫描成像模块、数据处理模块、文件存储模块、检测报告生成和打印模块。

所述人机界面可以设置扫描控制参数，并将参数经过计算和处理，控制扫描的宽度、长度和深度以及C扫描深度定位；所述人机界面可以设置步进电机控制参数，并将参数经过计算和处理，发送相应的控制命令给步进电机控制器，控制步进电机的步长、转速以及B扫描时的电机旋转方向。

所述网络通讯及数据采集模块，借助于A型数字超声探伤仪提供的网络接口，基于TCP/IP协议，实现工业控制计算机和数字探伤仪之间的网络通信。