基于數(shù)字射線的方向舵自動化檢測設(shè)計及應(yīng)用

文/汪榮華 盧新亮 胡 松 吳云坤（.國營蕪湖機械廠.哈特機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司）

數(shù)字射線（digital radiography，DR）實時成像檢測技術(shù)已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域長期且廣泛應(yīng)用[1]。隨著閃爍體探測器和光電倍增器等技術(shù)的突破性發(fā)展，近些年來，DR 實時成像技術(shù)在工業(yè)檢測領(lǐng)域被廣泛嘗試和推廣，并取得了良好的檢測效果。平板射線實時成像檢測技術(shù)的最大優(yōu)點是動態(tài)快速檢測，可進行實時的質(zhì)量評定[2]。

某型飛機裝有方向舵2 件，技術(shù)文件規(guī)定，方向舵修理時需采用X射線檢測法檢測其內(nèi)部蜂窩是否有積水。長期以來，一直采用傳統(tǒng)的X 射線膠片法進行檢測，單件方向舵X射線膠片拍攝總共用時長達285min，檢測效率較低，嚴(yán)重影響修理進度；操作人員頻繁進出X 射線曝光室，受輻射風(fēng)險也大大提高。

為提高方向舵檢測效率、提高X 射線檢測質(zhì)量、降低人員風(fēng)險，擬設(shè)計制造一臺基于數(shù)字射線的方向舵自動化檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)方向舵X 射線檢測的高效、優(yōu)質(zhì)和安全。

一、技術(shù)指標(biāo)和流程設(shè)計

根據(jù)方向舵X 射線檢測、移位和安全防護等方面的管理要求，本系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)要求為：成像板位移區(qū)域應(yīng)有10mm的檢測重復(fù)區(qū)，且應(yīng)覆蓋方向舵所有區(qū)域，不漏檢；設(shè)計遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程完成整個方向舵的射線檢測，單件方向舵檢測過程無需人為移動工件或成像板；成像板上表面距離被檢工件下表面約10mm。

根據(jù)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)現(xiàn)場操作需求，設(shè)計系統(tǒng)擬實現(xiàn)的工作流程，完成方向舵蜂窩積水自動化檢測，如圖1 所示。

二、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

方向舵自動化檢測系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)部分，主要起到方向舵的支撐、X射線機和成像板等檢測部件承載作用。

圖1 方向舵檢測工作流程示意圖

自動化平臺支架采用鋼結(jié)構(gòu)焊接件制成，用于支撐方向舵，保證方向舵穩(wěn)定放置。整個支撐裝置由5 個支撐條及氣缸等附件構(gòu)成，可以覆蓋整個方向舵的尺寸范圍，并且適用于尺寸小于方向舵的工件。其中氣缸固定在設(shè)備支架上保持固定，支撐條上端設(shè)置了軟橡膠材質(zhì)，增大與方向舵的摩擦，避免方向舵在支撐條上滑動，起到保護方向舵的作用，如圖2 所示。

圖2 方向舵支撐裝置

5 組支撐條獨立工作，支撐條上表面始終保持同一水平高度。支撐條升降由氣缸驅(qū)動，每個氣缸上設(shè)置有上下兩個傳感器，用于檢測支撐條是否升降到位，與預(yù)置要求不符時，傳感器提供報警信號。工作時，支撐條氣缸伸起帶動支撐條托起整個方向舵，當(dāng)成像板需要檢測支撐條位置時，對應(yīng)的氣缸下降，支撐條與方向舵脫離，成像板移動到兩者之間，可以完成對該方向舵部位的檢測，檢測完成后成像板移出，氣缸驅(qū)動支撐條再次支撐方向舵，具體過程見圖3。

圖3 支撐條支撐部位檢測實現(xiàn)過程

為了保證成像板上升狀態(tài)時移動過程不會與支撐條發(fā)生碰撞，設(shè)置有碰撞檢測傳感器，保證成像板支撐件不會與支撐條干涉碰撞。支撐條舉升氣缸上還設(shè)置有上下安全傳感器，檢測某支撐條下端時，支撐條舉升氣缸必須下降到位并觸發(fā)傳感器，否則成像板不執(zhí)行平移動作，起到成像板雙重保護的作用。

成像板托架X 軸移動主要起到帶動成像板沿寬度方向移動，保證整個寬度方向能夠全部被檢測。射線機X 軸位移用于帶動射線機沿著方向舵寬度方向移動，與成像板配合完成整個寬度方向的檢測。驅(qū)動采用伺服電機加絲桿導(dǎo)軌驅(qū)動方式，定位精度高。射線機Z 軸升降用于攜帶射線機沿著豎直方向移動，以適應(yīng)不同焦距狀態(tài)高度調(diào)節(jié)的要求。機械結(jié)構(gòu)各部位裝配效果如圖4 所示。

圖4 方向舵自動化檢測透照布置示意圖

三、電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計

方向舵自動化檢測設(shè)備由西門子S7-1200 PLC 為主控制中心，松下伺服電機作為執(zhí)行機構(gòu)精確定位，威倫通觸摸屏進行遠(yuǎn)程操作?，F(xiàn)場電氣控制柜中安裝有PLC及伺服驅(qū)動器等電氣元件，其輸入輸出信號與現(xiàn)場設(shè)備上的接線箱相連接。遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)放置威倫通觸摸屏，與現(xiàn)場PLC通過以太網(wǎng)進行通訊連接。

四、設(shè)備現(xiàn)場試用

某型機方向舵人工上料后限位，自動化設(shè)備開機自檢合格后歸零。點擊遠(yuǎn)程操作控制界面“開始”按鈕，X射線機和數(shù)字射線成像板移動到指定區(qū)域，通過數(shù)據(jù)采集工作站采集DR 影像。若DR 影像合格，則點擊操作界面“確認(rèn)”按鈕，X射線機和數(shù)字射線成像板同步移至下一檢測區(qū)域，直至整個方向舵檢測完成。單件方向舵共計18 次射線照射和采樣。

按如下方向舵自動化檢測DR 透照參數(shù)選擇X 射線機和設(shè)置工藝參數(shù)：探測器型號NOVO-22WN，X 射線機型號ERESCO 160 F4-R，電壓38kV，電流5mA，積分時間2.0s，焦距1400mm，幀數(shù)4，雙絲IQI≥D6。按圖4 進行自動化平臺的透照布置，按架次留存DR 影響圖。將方向舵DR影像進行拼接，得到某型飛機方向舵蜂窩積水自動化檢測DR 影像全景圖，如圖5 所示。圖5 右圖為全景圖局部區(qū)域放大圖，方向舵內(nèi)部蜂窩芯格清晰可見。

圖5 方向舵DR 影像全景圖和局部放大圖

五、結(jié)語

數(shù)字射線檢測蜂窩積水已成熟用于工業(yè)檢測，但對于大面積、表面規(guī)整的蜂窩復(fù)材構(gòu)件，結(jié)合自動化工裝設(shè)備提高效率顯得尤為必要?；跀?shù)字射線的某型飛機自動化檢測設(shè)備投入使用后，單件方向舵檢測周期降至20min，效率提升了86.5%，同時很大程度上降低了操作人員受X 射線輻射的潛在風(fēng)險。此外，基于數(shù)字射線強大的軟件處理平臺，可對蜂窩芯結(jié)構(gòu)局部進行放大觀察，能較好地判定蜂窩是否受到?jīng)_擊損傷等破壞。將方向舵DR 影像圖進行拼接，形成工件的完整全景圖，更加有利于對工件復(fù)材蜂窩狀態(tài)的總體分析和質(zhì)量存檔。