文/汪榮華 盧新亮 胡 松 吳云坤（.國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠.哈特機(jī)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(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期且廣泛應(yīng)用[1]。隨著閃爍體探測(cè)器和光電倍增器等技術(shù)的突破性發(fā)展，近些年來(lái)，DR 實(shí)時(shí)成像技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域被廣泛嘗試和推廣，并取得了良好的檢測(cè)效果。平板射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)快速檢測(cè)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量評(píng)定[2]。

某型飛機(jī)裝有方向舵2 件，技術(shù)文件規(guī)定，方向舵修理時(shí)需采用X射線檢測(cè)法檢測(cè)其內(nèi)部蜂窩是否有積水。長(zhǎng)期以來(lái)，一直采用傳統(tǒng)的X 射線膠片法進(jìn)行檢測(cè)，單件方向舵X射線膠片拍攝總共用時(shí)長(zhǎng)達(dá)285min，檢測(cè)效率較低，嚴(yán)重影響修理進(jìn)度；操作人員頻繁進(jìn)出X 射線曝光室，受輻射風(fēng)險(xiǎn)也大大提高。

為提高方向舵檢測(cè)效率、提高X 射線檢測(cè)質(zhì)量、降低人員風(fēng)險(xiǎn)，擬設(shè)計(jì)制造一臺(tái)基于數(shù)字射線的方向舵自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)方向舵X 射線檢測(cè)的高效、優(yōu)質(zhì)和安全。

一、技術(shù)指標(biāo)和流程設(shè)計(jì)

根據(jù)方向舵X 射線檢測(cè)、移位和安全防護(hù)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(cè)重復(fù)區(qū)，且應(yīng)覆蓋方向舵所有區(qū)域，不漏檢；設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程完成整個(gè)方向舵的射線檢測(cè)，單件方向舵檢測(cè)過(guò)程無(wú)需人為移動(dòng)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(chǎng)操作需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)的工作流程，完成方向舵蜂窩積水自動(dòng)化檢測(cè)，如圖1 所示。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

圖1 方向舵檢測(cè)工作流程示意圖

自動(dòng)化平臺(tái)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(gè)支撐裝置由5 個(gè)支撐條及氣缸等附件構(gòu)成，可以覆蓋整個(gè)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(dòng)，起到保護(hù)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(dú)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(dòng)，每個(gè)氣缸上設(shè)置有上下兩個(gè)傳感器，用于檢測(cè)支撐條是否升降到位，與預(yù)置要求不符時(shí)，傳感器提供報(bào)警信號(hào)。工作時(shí)，支撐條氣缸伸起帶動(dòng)支撐條托起整個(gè)方向舵，當(dāng)成像板需要檢測(cè)支撐條位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣缸下降，支撐條與方向舵脫離，成像板移動(dòng)到兩者之間，可以完成對(duì)該方向舵部位的檢測(cè)，檢測(cè)完成后成像板移出，氣缸驅(qū)動(dòng)支撐條再次支撐方向舵，具體過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 支撐條支撐部位檢測(cè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

為了保證成像板上升狀態(tài)時(shí)移動(dòng)過(guò)程不會(huì)與支撐條發(fā)生碰撞，設(shè)置有碰撞檢測(cè)傳感器，保證成像板支撐件不會(huì)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(cè)某支撐條下端時(shí)，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(dòng)作，起到成像板雙重保護(hù)的作用。

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

圖4 方向舵自動(dòng)化檢測(cè)透照布置示意圖

三、電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

方向舵自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備由西門(mén)子S7-1200 PLC 為主控制中心，松下伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確定位，威倫通觸摸屏進(jìn)行遠(yuǎn)程操作?，F(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜中安裝有PLC及伺服驅(qū)動(dòng)器等電氣元件，其輸入輸出信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)PLC通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊連接。

四、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試用

某型機(jī)方向舵人工上料后限位，自動(dòng)化設(shè)備開(kāi)機(jī)自檢合格后歸零。點(diǎn)擊遠(yuǎn)程操作控制界面“開(kāi)始”按鈕，X射線機(jī)和數(shù)字射線成像板移動(dòng)到指定區(qū)域，通過(guò)數(shù)據(jù)采集工作站采集DR 影像。若DR 影像合格，則點(diǎn)擊操作界面“確認(rèn)”按鈕，X射線機(jī)和數(shù)字射線成像板同步移至下一檢測(cè)區(qū)域，直至整個(gè)方向舵檢測(cè)完成。單件方向舵共計(jì)18 次射線照射和采樣。

按如下方向舵自動(dòng)化檢測(cè)DR 透照參數(shù)選擇X 射線機(jī)和設(shè)置工藝參數(shù)：探測(cè)器型號(hào)NOVO-22WN，X 射線機(jī)型號(hào)ERESCO 160 F4-R，電壓38kV，電流5mA，積分時(shí)間2.0s，焦距1400mm，幀數(shù)4，雙絲IQI≥D6。按圖4 進(jìn)行自動(dòng)化平臺(tái)的透照布置，按架次留存DR 影響圖。將方向舵DR影像進(jìn)行拼接，得到某型飛機(jī)方向舵蜂窩積水自動(dòng)化檢測(cè)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(jiàn)。

圖5 方向舵DR 影像全景圖和局部放大圖

五、結(jié)語(yǔ)

數(shù)字射線檢測(cè)蜂窩積水已成熟用于工業(yè)檢測(cè)，但對(duì)于大面積、表面規(guī)整的蜂窩復(fù)材構(gòu)件，結(jié)合自動(dòng)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(jī)自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備投入使用后，單件方向舵檢測(cè)周期降至20min，效率提升了86.5%，同時(shí)很大程度上降低了操作人員受X 射線輻射的潛在風(fēng)險(xiǎn)。此外，基于數(shù)字射線強(qiáng)大的軟件處理平臺(tái)，可對(duì)蜂窩芯結(jié)構(gòu)局部進(jìn)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(jìn)行拼接，形成工件的完整全景圖，更加有利于對(duì)工件復(fù)材蜂窩狀態(tài)的總體分析和質(zhì)量存檔。