安檢設(shè)備中探測器板單板調(diào)整方案設(shè)計與改進(jìn)

一、引言

隨著反恐形勢的發(fā)展，國內(nèi)外對安檢機(jī)檢查效果的要求越來越高。這也對我們這些設(shè)計人員提出了更高的要求。為了更好解決這一問題，安檢設(shè)備的設(shè)計人員通過不斷努力改進(jìn)設(shè)計，爭取提高或改善設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)方面主要通過改進(jìn)探測器板的調(diào)整方式，盡量能讓每塊探測器板上的晶體都處在比較理想的位置，從而產(chǎn)生更好的檢查效果。

二、探測器板常用的調(diào)整方式及其優(yōu)缺點

目前，安檢設(shè)備中探測器板常用的調(diào)整方式主要有以下兩種：

（一）調(diào)整整個探測器箱

部分小型機(jī)都是采用調(diào)整整個探測器箱來調(diào)整探測器板。在上述設(shè)備中,探測器板被固定在探測器箱中，箱體的調(diào)整量是通過箱體與機(jī)架連接處的長圓孔實現(xiàn)的，如圖1所示。

該調(diào)整方式的優(yōu)點是探測器箱可以整體密封，密封效果良好。缺點是探測器箱體較重，調(diào)整較吃力，調(diào)整人員都是使用橡皮錘或木錘子對探測器箱進(jìn)行輕輕的敲擊，實現(xiàn)對箱體的調(diào)整，調(diào)整量不宜控制。

（二）調(diào)整探測器芯架

圖1 調(diào)整探測器箱體

圖2 調(diào)整探測器芯架

大件行李、貨運行李和第一代單雙通道6機(jī)型等，都是采用調(diào)整探測器芯架實現(xiàn)對探測器板的調(diào)整，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在上述設(shè)備中，探測器板固定在探測器芯架上，探測器芯架通過長圓孔固定在探測器箱體中。調(diào)整螺桿穿過探測器箱體上的螺母后，與探測器芯架連接在一起。探測器芯架調(diào)整時一般需要先打開探測器箱蓋，擰松固定探測器芯架的螺釘，再通過轉(zhuǎn)動探測器箱外側(cè)的3～4根調(diào)整螺桿調(diào)整探測器芯架，從而實現(xiàn)對探測器板的調(diào)整。

該調(diào)整方式的優(yōu)點是探測器芯的重量比整個探測器箱的重量輕很多，調(diào)整較方便。使用3～4根調(diào)整螺桿就能對整個探測器芯進(jìn)行調(diào)整，并且調(diào)整量可以控制。其缺點是因調(diào)整螺桿需要穿過探測器箱壁，箱壁與螺桿之間的密封不宜解決，密封效果比前一種方式差。但隨著探測器晶體材料耐潮能力的增強，該方式使用越來越普遍。

三、探測器板單板調(diào)整方案的設(shè)計與改進(jìn)

根據(jù)硬件設(shè)計調(diào)試需求，提出探測器板單板調(diào)具體要求如下：

1）每塊探測器板單獨帶電平動，調(diào)整方向左右平動；

2）每塊探測器板晶體可以左右轉(zhuǎn)動一定角度。

根據(jù)需求，我們進(jìn)行了探測器板單板調(diào)整方案的設(shè)計。

（一）平動方案的設(shè)計

普通探測器板安裝探測器板安裝支架上，該支架拉鉚在探測器箱或探測器芯架上，通過調(diào)整探測器箱或探測器芯架實現(xiàn)對探測器板的調(diào)整。結(jié)合上述兩種方案，我們設(shè)計了新的探測器板單板平動調(diào)整方案，并采用圖3所示方式裝配探測器板。

圖3 探測器板組件

圖4 尼龍墊圈

圖3中探測器板通過件4和件5分別與件2和件3螺裝牢固，圖5中件1通過件6和件7與件8連接在一起。設(shè)計時，這兩處均選用了尼龍墊圈，材料為尼龍1010，充分利用了尼龍材料本身的彈性和自潤滑特性：既能保持垂直方向的壓緊，又能保持平行方向的自潤滑。通過控制圖4中尼龍墊圈下側(cè)凸臺外徑尺寸的公差，最大限度消除探測器板與左右探測器安裝板之間的間隙，保證平動調(diào)整的可靠性。通過圖5中的調(diào)整螺桿控制探測器板的平動。

圖5安裝時，首先將件5和件8拉鉚在探測器箱體上，再將件3擰到件4（結(jié)構(gòu)如圖6）上，然后將件4擰在探測器箱體和件5上，安裝件1時將件4套在圖4中件2的葫蘆孔中（結(jié)構(gòu)如圖7），然后在將件1分別通過件6、件7和件2與件8和件5連接牢固。該設(shè)計充分考慮了調(diào)整螺桿與探測器安裝板右的裝配和配合尺寸公差設(shè)計，保證安裝方便的同時，盡量減少正反調(diào)整換向時的空程。

圖5 探測器單板調(diào)整方案

圖6 調(diào)整螺桿結(jié)構(gòu)圖

圖7 探測器安裝板右結(jié)構(gòu)圖

（二）探測器板轉(zhuǎn)動方案設(shè)計

要使探測器板晶體中心轉(zhuǎn)動，首先分析探測器板的安裝結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)讓其通過左側(cè)的件1與件8（見圖5）固定處的螺釘進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，效果較明顯。因為轉(zhuǎn)動角度較小，擬采用偏心輪實現(xiàn)。將此轉(zhuǎn)動效果轉(zhuǎn)化為偏心輪的工作原理，如圖8所示。

根據(jù)偏心輪工作原理將設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為如下公式：

圖8 探測器板轉(zhuǎn)動偏心輪方案的原理圖

由以上四式得出：

取L=202mm，R=6mm，通過計算X≈1.8mm；這樣偏心輪的尺寸就確定了。

為了方便轉(zhuǎn)動的調(diào)整，我們又設(shè)計了偏心輪調(diào)整機(jī)構(gòu)（如圖9），將需要調(diào)整的偏轉(zhuǎn)角度分成6段，通過擰松鎖緊螺釘（圖9中的件1），用手撥動彈簧片（圖9中的件2），轉(zhuǎn)動偏心輪，同時通過其上的偏心輪（圖9中的件3）帶動探測器板轉(zhuǎn)動，使探測器板晶體中心繞圖5中件6的中心有一定角度的偏轉(zhuǎn)。

圖9 偏心輪調(diào)整機(jī)構(gòu)

我們利用Pro/E軟件中的行為建模和機(jī)構(gòu)運動分析模塊，對此平動和轉(zhuǎn)動進(jìn)行了模擬，并證明設(shè)計方案可行，但偏心輪彈簧片的彈力和壓緊力是否合適無法得到模擬或仿真。為此，我們設(shè)計了圖10所示的測試盒。通過對測試盒的安裝調(diào)試，驗證了設(shè)計方案的合理性，并驗證了彈簧片材料錫青銅片的厚度是適中的。隨后我們將該設(shè)計方案首先應(yīng)用于D8380設(shè)備樣機(jī)的研制調(diào)試中。

圖10 測試盒

（三）探測器板單板調(diào)整方案改進(jìn)

圖11 調(diào)整前的信號圖

在樣機(jī)調(diào)試過程中，調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)某塊探測器板信號強度較其他板信號明顯偏小1。那么調(diào)試人員應(yīng)該怎樣進(jìn)行判斷和帶電調(diào)整呢？在不關(guān)機(jī)的情況下，首先需要查看圖形下側(cè)的板號，并根據(jù)地址碼在設(shè)備中找到此板具體位置；然后擰松圖5中的鎖緊螺母，用工具或手輕輕轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿，同時查看屏幕上此探測器板信號的變化，確定正確的轉(zhuǎn)動方向，再緩慢轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿，使此塊探測器板的能量調(diào)整到較高的位置。如我們遇到信號圖11這種情況時，我們僅僅微調(diào)了第11塊探測器板的平動位置，就達(dá)到了圖12所示的明顯效果。通過樣機(jī)的調(diào)試經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)平動的帶電調(diào)整效果十分明顯；而轉(zhuǎn)動調(diào)整需要先打開探測器箱蓋，然后再調(diào)松偏心輪機(jī)構(gòu)的縮緊螺釘，再轉(zhuǎn)動彈簧片調(diào)整晶體的轉(zhuǎn)動，其調(diào)整過程比較麻煩，而且轉(zhuǎn)動后檢查圖像的效果改變不明顯。根據(jù)樣機(jī)調(diào)試情況，最后設(shè)計人員決定將轉(zhuǎn)動調(diào)整部分取消，僅留下平動調(diào)整。并將探測器板組件左側(cè)固定點改為兩處，以提高探測器板安裝固定的牢固度。改進(jìn)后的具體結(jié)構(gòu)如圖13。

圖12 調(diào)整后的信號圖

圖13 改進(jìn)后的單板帶電調(diào)整方案

（四）密封防潮問題

將探測器板調(diào)整方式改為單板調(diào)整后，水平探測器箱內(nèi)就沒有了放干燥劑的空間。同時單板調(diào)整時調(diào)整螺桿的數(shù)量增多，使探測器箱的密封效果更差。為解決上述矛盾，我們在水平探測器箱蓋上增加了干燥劑放置盒（見圖14）。通過打開其上方的小蓋，就可以方便地放置和更換干燥劑，從而保證探測器板上的晶體不受潮。

圖14 水平探測器箱蓋（局部圖）

四、結(jié)論

經(jīng)總結(jié)樣機(jī)研制調(diào)試中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，我們將探測器板單板調(diào)整的改進(jìn)方案用于設(shè)備設(shè)計和生產(chǎn)。在批量生產(chǎn)中，其調(diào)試過程如下：一是將探測器板按照設(shè)計基準(zhǔn)進(jìn)行安裝；根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整射線源刀口縫寬，安裝射線源和與準(zhǔn)直器；然后蓋上水平和垂直探測器箱箱蓋板。二是上電，首先通過調(diào)整射線源位置使大部分探測器板的信號處于較理想的位置，然后再將圖像效果不太理想位置處的探測器板進(jìn)行單獨調(diào)整。一般情況下大部分探測器板通過射線源的調(diào)整就能達(dá)到比較理想的效果，只有處于角上的部分探測器板需要單獨調(diào)整。然后鎖緊射線源和探測器箱側(cè)面的各個鎖緊螺母，將射線源與探測器板的位置固定牢固。相對于調(diào)整探測器箱體或調(diào)整探測器芯架調(diào)試工作量有所增加；但是通過單塊調(diào)整后整機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)得到比較明顯的改善。因此測試調(diào)試工作量的增加還是值得的。

2012年初，單雙通道設(shè)備六種機(jī)型均取得了中國民航總局航空安全技術(shù)中心的認(rèn)證證書。改進(jìn)后的探測器單板調(diào)整設(shè)計方案在單雙通道6機(jī)型中已批量使用。這些設(shè)備已銷往沈陽桃仙、昆明長水、西安咸陽等機(jī)場。同時，該調(diào)整設(shè)計方案也已在手提、小件行李檢查等設(shè)備的探測器設(shè)計中推廣應(yīng)用，并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 簡介 T1803-350-01-CN.

[2]成大全主編《機(jī)械設(shè)計手冊》第四版第二卷北京：化工大學(xué)出版社.