張啟航，于忠海，鄭佳銘，陳厚龍，勾振寧

（上海電機(jī)學(xué)院，上海 201306）

目前，大多工件焊縫探傷X 射線拍片整個流程還處于人工操作完成階段，其操作流程是：移動調(diào)整射線機(jī)位置，放置像質(zhì)計及數(shù)字標(biāo)簽，把新的膠片放入工件內(nèi)部透照位置處，人員全部撤離射線室，關(guān)閉防護(hù)門，開啟射線機(jī)透照，完成后再打開防護(hù)門，換取新的膠片并重復(fù)以上操作，且需要轉(zhuǎn)動工件至下一個透照位置。每次拍片結(jié)束必須將膠片帶出透照室，防止曝光。這樣生產(chǎn)效率低下。此次研究為提高生產(chǎn)效率和拍片質(zhì)量設(shè)計一個自動化解決方案，實現(xiàn)上述操作過程自動化。國內(nèi)關(guān)于X 射線拍片自動化有一定的研究，對于小口徑零件依然沒有實現(xiàn)自動化。因此，本項目能夠彌補(bǔ)在這方面的一大空缺，具有較大的科研價值。

1 控制方案以及伺服系統(tǒng)

此研究存在運動結(jié)構(gòu)較多，大多采用步進(jìn)電機(jī)控制，其主軸部分采用伺服電機(jī)。機(jī)構(gòu)一共分為六大控制模塊，分別是：X 射線機(jī)組件、膠片回收盒、取放機(jī)構(gòu)、主軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)和數(shù)字標(biāo)簽落放機(jī)構(gòu)。由PLC 驅(qū)動控制，再由工控機(jī)調(diào)節(jié)各個模塊間協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。在六大模塊中分別加入了光柵直線位移傳感器、角度編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器以及各種開關(guān)量，都由工業(yè)計算機(jī)監(jiān)視采集信號，通過處理后下發(fā)至PLC，進(jìn)而做出一系列的動作。

（1）X 射線機(jī)組件。X 射線機(jī)通過一個龍門架固定到導(dǎo)軌上，具有X、Y、Z 三個方向移動自由度。X 方向由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，光柵尺反饋實時位置，以此來確定射線機(jī)是否對準(zhǔn)透照位置。Z 方向由步進(jìn)電機(jī)+滾珠絲杠調(diào)整上下高度，以便實現(xiàn)自動調(diào)整片物距。Y 方向則是安裝時手動微調(diào)，以確保射線機(jī)透照射線位于工件中心線上。光柵尺直線位移傳感器，是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大、檢測精度高、響應(yīng)速度快的特點（圖1）。

圖1 光柵直線位移傳感器

在射線機(jī)Z 方向上，采用步進(jìn)電機(jī)+光柵直線位移傳感器。光柵信號處理單元完成細(xì)分與辨向，單元所處理的信號為兩路相差90°的方波,A 信號和B 信號,如圖2 所示，設(shè)一參考方向,假設(shè)相對位移方向與參考方向一致時,A 信號超前B 信號90°，圖2a 所示；相對位移方向與參考方向相反時，A 信號落后B 信號90°，圖2b 所示。辨向就是辨別光柵傳感器的相對位移方向,也就是A 信號和B 信號相位關(guān)系。

圖2

光柵位移為1 個柵距，對應(yīng)輸出波形一個周期，兩路A、B 信號對應(yīng)4 個前后沿變化，通過組合邏輯得到4 個脈沖。

（2）膠片回收盒。膠片回收盒的主要作用是防止未透照和已透照的照片曝光，其材料為加厚鉛板。蓋子使用推桿電機(jī)推動，每取放一次，電機(jī)推動蓋子開合一次。

由于受到X 射線機(jī)龍門架的高度限制，取放機(jī)構(gòu)吸盤連接處不可過長，因此當(dāng)膠片被取到最后幾張時取放機(jī)構(gòu)的吸盤抵達(dá)不到膠片表面，以至不能順利吸起膠片，由此我們在膠片回收盒內(nèi)部增加一個棘輪機(jī)構(gòu)，蓋子每開合一次，棘輪推動回收盒底部上升一定高度，當(dāng)蓋子開合20 次時，底部上升至回收盒2/3 高度處，此時通過人工拉動棘輪復(fù)原，回收盒底部復(fù)原。

（3）取放機(jī)構(gòu)。取放機(jī)構(gòu)是這個裝置的一大難點，要其實現(xiàn)自動抓取膠片比較困難，我們的設(shè)計思路是把膠片卡在一個硬質(zhì)載體上，然后由吸盤來吸取，這樣有效地解決了膠片在抓取過程中變形的難題，且硬質(zhì)載體是弧形的，透照的時候也能貼緊工件表面。

（4）主軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。主軸主要驅(qū)動工件以12～16 個分度為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)動一圈，分別透照12～16 次，對其角度分度要求較高，故采用伺服電機(jī)驅(qū)動，外加一個角度編碼器。前段采用三抓卡盤，可以裝夾任意柱狀工件。

（5）送料機(jī)構(gòu)。送料裝置主要工作是把膠片送入工件內(nèi)部，且位置保證在透照位置，采用步進(jìn)電機(jī)+滾珠絲杠精確定位，編碼器反饋信號。送料裝置達(dá)到指定位置后膠片端向上抬起，使膠片緊貼工件內(nèi)壁，以達(dá)到較好的透照效果。在膠片端采用四連桿機(jī)構(gòu)，后接推桿電機(jī)和壓縮彈簧，在非透照時間段時推桿電機(jī)拉動壓縮彈簧，連桿機(jī)構(gòu)緊閉，透照時推桿電機(jī)回推，釋放壓縮彈簧，四連桿機(jī)構(gòu)在彈簧力的作用下張開向上抬起，貼緊工件內(nèi)壁。

該處連接步進(jìn)電機(jī)和絕對式編碼器，要求實時反饋送料機(jī)構(gòu)的位置，多少位（碼道）絕對值編碼器就有多少根信號電纜，每根電纜代表一位數(shù)據(jù)，以電纜輸出電平的高低代表1 或0，物理器件與增量值編碼器相似，有集電極開路NPN、PNP、差分驅(qū)動、推挽HTL 等等，分高電平有效或低電平有效來針對PNP 或NPN 的物理器件格式。推挽式輸出信號電壓較高，電壓范圍寬，器件不易損壞，與PNP 和NPN 都兼容，并行輸出的應(yīng)盡量選用這種輸出。

（6）數(shù)字標(biāo)簽落放機(jī)構(gòu)。數(shù)字標(biāo)簽落放機(jī)構(gòu)用來在透照時給膠片打上標(biāo)號，像質(zhì)計上為鉛制零件標(biāo)號，透照時把像質(zhì)計卡在數(shù)字標(biāo)簽上方,每透照一次，數(shù)字標(biāo)簽大帶輪轉(zhuǎn)動分度，拉過一個數(shù)字，以達(dá)到給膠片標(biāo)號排序功能。

2 結(jié)語

該設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)的相比較，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動，并能夠根據(jù)輸入零件的型號自動判斷探傷焊縫的數(shù)目、位置以及拍片數(shù)，實現(xiàn)了設(shè)備的智能化。而且在拍完照片后，會將所有的參數(shù)以表格的形式記錄下來，形成數(shù)據(jù)庫，為后期的檢查提供了極為有利的條件與便利，實現(xiàn)了設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。

該設(shè)備操作簡單，易上手，效率高，而且在行業(yè)中暫無該設(shè)備，充分體現(xiàn)了設(shè)備的先進(jìn)性。