隧道掘进机滚刀刀座的自动化无损检测装置

2019-11-28李长达

商品与质量 2019年44期

李长达

中船重工（青岛）轨道交通装备有限公司山东青岛 266000

1 检测装置结构

为克服种种问题，经过公司科研人员的共同努力，研制出一种掘进机刀座数控无损检测装置，该装置将刀座安装在数控加工中心工作台上，超声波探伤仪探头装夹在夹具上，探头安装在一个万向测杆上。工作时探头不动，通过加工中心在X轴和Z轴方向的往复运动，保持探头相对于入射面的角度和距离不变，实现刀座的自动化数控无损探伤检测。

2 检测装置的操作原理

2.1 实现了数控机加工与自动超声波探伤的一体化

掘进机滚刀刀座的数控自动化超声波探伤装置，能够实现刀座的数控编程铣加工与数控自动化超声波探伤检测连续完成。整个加工-检测过程只需要在数控编程插补铣之前进行一次对刀找正操作，即可确保加工-检测的基准零点和定位坐标系统一；在数控插补铣加工完成后，只需要人工操作将铣刀更换为“超声波检测探头总成”，同时更换检测专用的数控程序，即可快速完成对零，将设备从“机加工模式”切换至“自动探伤模式”。超声波探伤前，在同一台加工中心上，使用特定规格的铣刀与定制的专用数控程序，对待探伤焊缝及毗连母材区域进行数控插补铣，得到满足图纸尺寸和自动化超声波探伤要求的、平整而光滑的表面，为下一步实施自动化超声波检验时保证探头接触压力持续平稳和界面良好耦合提供必要的条件[1]。

2.2 超声波检验探头上集成有接触压力传感器，直接显示压力数值

超声波检验探头上集成有接触压力传感器，该传感器采用市面上常见的、基于压敏电阻和信号电路原理的精密级数字压力传感器，能够在超声波检测探头开始与检验表面接触时即自动检测界面接触压力并直接显示压力值。按探头与检验面的一般接触耦合要求，压力值在20-30N范围是较为理想的状态。在实际调节时，压力值仅作为一个辅助快速调节的参考变量，精对零状态的最终判断依据为超声波探伤仪的回波显示效果，由无损检验专业人员校准。

2.3 创造了适用于自动化连续操作的“标准固定程序全面通扫+调用子程序局部精扫”结合的高效率工作模式

通过与相关方合作，运用商业化的成熟技术，对全数字式超声波探伤仪进行二次开发，将探伤仪检测到的波形信号以数据形式经标准通讯协议及串口方式调制输出至PC终端，原始连续波形信号经数字滤波及合并算法等处理，形成与探头检测位置坐标映射对应的完整连续波形，做一次全面扫描（以下称“通扫”）即可获知目标区域内部各种缺陷所在的最大缺陷波位置及深度，最大缺陷波信号显示的位置信息在工件坐标系中以三维坐标形式显示。“通扫”过程目的是快速识别缺陷的大致所在位置，但难以确定缺陷的准确信息。对缺陷的精确定位和性质判别，则在下一步依靠专门设置的子程序“精扫”环节完成。通过“通扫+精扫”的结合，使超声波探伤过程标准化、程序化，提高了效率和准确性、降低人为失误概率[2]。

3 检测装置的操作步骤

（1）开启立式加工中心1，在主轴12上安装铣刀，对刀座8进行坐标系对零，完成对零的坐标系即为加工-检测统一的坐标系基准；调用加工中心存储中的数控铣削加工焊缝13专用数控程序，对刀座8进行焊缝区域13的数控铣加工。

（2）加工完毕，将铣刀从机床主轴12上拆下，然后将超声波检测探头总成9与万向测杆3、夹具基座10组装为一体，再通过夹具基座10固定到机床主轴12上；通过预先标定刻线等方式，确保每次安装超声波检测探头总成9+万向测杆3+夹具基座10之后，探头端面中心点的空间定位精度和重复定位误差不超过0．5mm。

（3）通过加工中心显示屏11，将程序坐标系零点从加工程序零点切换为检测程序的零点；启动立式加工中心1，将超声波检测探头9移动到零点，观察其位置是否准确。

（4）开启超声波探伤仪4电源，设置仪器初始参数、声速及前沿长度、K值等参数，然后进行对零：调取加工中心系统内预存储好的“通扫”数控程序，以手轮控制步进方式试运行，观察在“通扫”程序控制下，超声波检测探头总成9与目标焊缝13的表面相接触的接触压力是否满足20-30N的理想范围，同时操作人员注意超声波探伤仪4显示的底波波形，判断接触耦合情况是否满足要求[3]。