工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

李 歡，蔡 勤，楊新建

(廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院, 廣東 珠海 519000)

在特種設(shè)備行業(yè)乃至各項(xiàng)制造業(yè)中，焊接是許多加工制造方法的基礎(chǔ)，焊接的質(zhì)量直接影響著設(shè)備的質(zhì)量，決定了產(chǎn)品的可靠性[1]。在對焊縫進(jìn)行的檢測中，射線檢測的膠片能直觀的觀察出存在的未焊透、未熔合、裂紋等內(nèi)部缺陷[2]。

射線檢測作為無損檢測方法的一種，它有著重要的作用，在眾多的檢驗(yàn)檢測項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用，各大檢驗(yàn)檢測規(guī)程中明確要求進(jìn)行一定比例的射線檢測[3]。根據(jù)《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——工業(yè)管道》中規(guī)定：GC1、GC2級管道的焊接接頭一般應(yīng)進(jìn)行超聲波或射線檢測抽查。超聲波或射線檢測抽查的比例與重點(diǎn)檢測部位按下述原則確定：(1)GC1級管道焊接接頭的超聲波或射線檢測抽查比例為：焊接接頭數(shù)量的15%且不小于2個；(2)GC2級管道焊接接頭的超聲波或射線檢測抽查比例為：焊接接頭數(shù)量的10%且不小于2個。同時：(1)溫度、壓力循環(huán)變化和振動較大的管道的抽查比例應(yīng)為相應(yīng)比例數(shù)值的2倍。(2)耐熱鋼管道的抽查比例應(yīng)為相應(yīng)比例數(shù)值的2倍。(3)抽查的焊接接頭進(jìn)行全長度無損檢測。抽查時若發(fā)現(xiàn)安全狀況等級3級或4級的缺陷，應(yīng)增加檢查比例。全面檢驗(yàn)中必須進(jìn)行一定比例的X射線檢測抽查[4]。

1 射線檢測的基本原理[5]

當(dāng)射線入射到物體時，射線的光子將與物質(zhì)原子發(fā)生一系列相互作用，導(dǎo)致透射射線強(qiáng)度減弱，低于入射射線強(qiáng)度，即射線在穿過物體時強(qiáng)度發(fā)生了衰減[6]。射線衰弱的程度除了相關(guān)于射線的能量外，還直接相關(guān)于被透照物體的性質(zhì)、厚度、密度等，如果物體局部區(qū)域存在缺陷，它將改變物體對射線的衰減，引起透射射線強(qiáng)度的變化，這樣，采用一定的檢測器(例如，射線照片中采用膠片)檢測透射射線強(qiáng)度，就可以判斷物體中是否存在缺陷。如圖1所示，設(shè)階梯上存在一很小的厚度差，記

μ——工件的線衰減系數(shù)；

IO——入射射線強(qiáng)度；

ID，ID——透射的一次射線強(qiáng)度；

I，I′——透射射線強(qiáng)度。

圖1 射線檢測基本原理

則有

引用近似公式： ex=1+x(|x|〈1)

則有：e-μ△T=1- μ△T

(1)

若△T是缺陷，其線衰減系數(shù)為μ時，則式(1)應(yīng)改寫為

(2)

稱為物體對比度(GB/T 12604.2-1990中稱其為“被檢體對比度”，有些文獻(xiàn)則稱為“主因?qū)Ρ榷取?。式(1)即是射線檢測的基本原理關(guān)系式，它給出了一個小的厚度對應(yīng)的物體對比度之間的關(guān)系[7]。從式(2)可見，只要缺陷在射線透照方向上具有一定的尺寸、其線衰減系數(shù)與物體的線衰減系數(shù)具有一定的差別，散射比控制在一定的范圍，則缺陷將產(chǎn)生一定的物體對比度。

2 工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前進(jìn)行射線檢測前，檢測人員在暗室里手工進(jìn)行裝片作業(yè)，如在進(jìn)行大批量的射線檢測時，手工裝片速度慢，所需要的時間長，人工成本較高，人員操作不規(guī)范容易產(chǎn)生偽缺陷，損壞膠片，影響后期拍片的質(zhì)量，造成底片重拍[8]。

因此開發(fā)工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)，在科技興檢和檢測裝置智能化的大背景下，為解決目前工業(yè)膠片人工裝片效率低，裝片中帶來的偽缺陷多，人員成本較高等問題，該裝置研發(fā)可實(shí)現(xiàn)自動化，在線進(jìn)行，智能化，更為有效地去除工業(yè)膠片偽缺陷的問題，提高檢測質(zhì)量，提高工作效率[9]。

工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)是一套可以在現(xiàn)場在線一體化的裝片裝置，該裝置成功研發(fā)可代替人工手動裝片，能有效提高裝片效率，減少工業(yè)膠片偽缺陷的產(chǎn)生，可提高工業(yè)膠片的質(zhì)量，減少操作人員的眼部危害，實(shí)現(xiàn)自動化零職業(yè)危害[10]。

圖2 工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總圖

工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總圖所示，設(shè)計(jì)有暗室1和控制單元，暗室1水平方向依次設(shè)置有傳送機(jī)構(gòu)3、加熱壓片機(jī)構(gòu)4、切片機(jī)構(gòu)5、導(dǎo)軌6及成品盒7；傳送機(jī)構(gòu)的作用是用于放置和傳送待封裝的工業(yè)膠片、卷狀增感屏、封裝暗袋。

傳送機(jī)構(gòu)3的設(shè)計(jì)用于放置和傳送工業(yè)膠片的膠片輥輪31，膠片輥輪31上下兩側(cè)分別設(shè)置有一個輥輪32，分別用于放置傳送帶增感屏A的暗袋前模和帶增感屏B的暗袋后模，所述膠片輥輪31和兩個輥輪32可自由轉(zhuǎn)動。

加熱壓片機(jī)構(gòu)4的設(shè)計(jì)用于加熱封裝待封裝的工業(yè)膠片、卷狀增感屏、封裝暗袋；并且在加熱壓片機(jī)構(gòu)4上設(shè)置有與控制單元電性連接的編碼器8，編碼器的作用用于測量經(jīng)過加熱壓片機(jī)構(gòu)4的封裝完成后工業(yè)膠片、卷狀增感屏、封裝暗袋的長度；編碼器測量的長度與設(shè)置所需要的長度一致時，控制單元電性連接的切片機(jī)構(gòu)5進(jìn)行動作，切斷封裝完成的工業(yè)膠片。并且控制單元電性連接的切片機(jī)構(gòu)5安裝在導(dǎo)軌6上。

更為詳細(xì)的設(shè)計(jì)：加熱壓片機(jī)構(gòu)4設(shè)計(jì)一對上下對稱設(shè)置的上壓片輥41和下壓片輥42；上壓片輥41和下壓片輥42的側(cè)面分別設(shè)計(jì)有加熱壓片板43，所設(shè)計(jì)的加熱壓片板43側(cè)邊設(shè)置有齒輪，齒輪可進(jìn)一步加強(qiáng)加熱壓片板43的封裝效果；加熱壓片板43下設(shè)計(jì)一個加熱裝置44，加熱裝置44可對加熱壓片板43進(jìn)行加熱，在上壓片輥41和下壓片輥42滾動的同時，擠掉待封裝件之間的空氣，使待封裝件粘合在一起，加熱裝置44與上壓片輥41或下壓片輥42之間設(shè)計(jì)一個絕熱片45，絕熱片45的設(shè)計(jì)成可避免加熱裝置44在加熱時損壞上壓片輥41或下壓片輥42。

在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)成上壓片輥41或下壓片輥42連接驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)與控制單元2電性連接，上壓片輥41和下壓片輥42用于壓緊待封裝件，利用摩擦力使封裝件沿水平導(dǎo)軌槽移動。上壓片輥41和下壓片輥42的橫截面半徑相同，實(shí)現(xiàn)上壓片輥41和下壓片輥42的同步轉(zhuǎn)動，膠片輥輪31和輥輪32的橫截面半徑相同，實(shí)現(xiàn)膠片輥輪31和輥輪32同步轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)各待封裝件之間的同步移動。膠片輥輪31的半徑大于上壓片輥41的半徑，使得上壓片輥41的轉(zhuǎn)動速度大于膠片輥輪31的轉(zhuǎn)動速度，在同樣的轉(zhuǎn)動圈數(shù)下，膠片輥輪31的卷裝的工業(yè)膠片面積越多，由此增大了膠片輥輪31的承載量或減小了裝置的體積。

在導(dǎo)軌6的設(shè)計(jì)中包括與加熱壓片機(jī)構(gòu)4出口處連接的水平導(dǎo)軌槽61及傾斜導(dǎo)軌槽62，設(shè)計(jì)的水平導(dǎo)軌槽61用于放置未切分的封裝件，傾斜導(dǎo)軌槽62用于放置已切分好的封裝件，并傳輸至成品盒內(nèi)；水平導(dǎo)軌槽61和傾斜導(dǎo)軌槽62之間設(shè)計(jì)一個切片機(jī)構(gòu)5，傾斜導(dǎo)軌槽62末端連接成品盒7的入口。

切片機(jī)構(gòu)5設(shè)計(jì)成切片刀和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，切片刀與水平導(dǎo)軌槽61垂直，使封裝件的切口整齊完整，驅(qū)動機(jī)構(gòu)與控制單元電性連接。

暗室1可設(shè)計(jì)成鋁制硬盒或硬質(zhì)塑料盒，鋁制硬盒或硬質(zhì)塑料盒可實(shí)現(xiàn)暗室的遮光效果，防止工業(yè)膠片或增感屏感光而成為廢片。

工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的使用方法，包括以下幾個步驟：(1)在暗室中取出卷裝的待封裝件，裝入到膠片輥輪或輥輪上；(2)將卷裝的待封裝件放置到上壓片輥和下壓片輥之間，將上壓片輥往下移，下壓片輥往上移，兩壓片輥將待封裝件壓?。?3)輸入所需要工業(yè)膠片成品的長度；(4)控制單元發(fā)送信號控制上壓片輥和下壓片輥同步轉(zhuǎn)動，當(dāng)編碼器測出封裝件長度與輸入的數(shù)值相同時，控制單元驅(qū)動切片機(jī)構(gòu)完成切片動作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件功能設(shè)計(jì)

工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)軟件采用Visual Basic語言開發(fā)，各功能模塊邏輯關(guān)系如圖3所示。核心模塊為控制參數(shù)計(jì)算模塊，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，該模塊綜合編碼器采集模塊和參數(shù)輸入模塊的數(shù)據(jù)并計(jì)算分析數(shù)據(jù)，通過參數(shù)輸入模塊設(shè)置設(shè)備所需要的工業(yè)膠片參數(shù)，并且在顯示模塊中顯示出來，報警模塊將輸出的工業(yè)膠片尺寸進(jìn)行測量與報警上下限值進(jìn)行比較，超出用戶預(yù)設(shè)范圍時將進(jìn)行軟件報警提示，同時當(dāng)儀器裝片過程出現(xiàn)故障時報警軟件進(jìn)行報警提示。執(zhí)行模塊控制著傳送機(jī)構(gòu)、加熱壓片機(jī)構(gòu)、切片機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)的動作，根據(jù)執(zhí)行模塊的指令各個機(jī)構(gòu)完成特定的動作。

圖3 軟件各功能模塊

3.2 軟件運(yùn)行流程

圖4 軟件運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖4所示，在安裝工業(yè)膠片后開機(jī)，在界面初始化之后輸入所需要包裝的工業(yè)膠片尺寸。按下開始按鈕，根據(jù)輸入的工業(yè)膠片尺寸控制參數(shù)模塊進(jìn)行計(jì)算并在屏幕上顯示數(shù)據(jù)，發(fā)出指令執(zhí)行模塊分析工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動作。編碼器根據(jù)包裝完成后的工業(yè)膠片檢測器長度，如與輸入的設(shè)定尺寸相同完成裝片，如與輸入的設(shè)定尺寸不相同報警模塊報警，控制參數(shù)模塊重新計(jì)算進(jìn)行。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種工業(yè)膠片自動裝片系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、軟件控制部分組成。能實(shí)現(xiàn)在非暗室條件進(jìn)行工業(yè)膠片裝片作業(yè)工作效率高，對環(huán)境要求低，適用性廣，裝片速度實(shí)現(xiàn)10張/分鐘的裝片速度并且裝片作業(yè)有較高的穩(wěn)定性，可代替人員的裝片操作，減少人力成本，消除人工操作的不確定性，提升工業(yè)膠片的包裝質(zhì)量，保障作業(yè)人員的職業(yè)健康。在自動化、智能化日益興盛的今天，提效率、減少職業(yè)危害關(guān)注健康是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方式，實(shí)現(xiàn)智能化的裝片。