大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)研究

閆登強(qiáng) 歐星海

湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院衡陽分院 湖南衡陽 421000

根據(jù)國家能源局調(diào)查研究結(jié)果表明，截止至2019年上半年非石化能源發(fā)電量上漲58.4%，其中核電站清潔能源增強(qiáng)的5.3%左右，在這種情況下，進(jìn)一步促進(jìn)核電的高質(zhì)量開發(fā)，有利于對我國整個能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

1.1 檢測系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)和功能需求

在本次研究匯總，將某核電站某堆型的大型壓力容器的主螺栓孔作為研究對象，在法蘭接合面中分為45個主螺栓盲孔，以8個角度分布，型號為M177.8*6.35、螺紋孔的長度、螺紋旋和長度一擊主螺栓孔的分布直徑分別為311.2mm、237.5mm和4406.9mm。

1.2 檢測系統(tǒng)方案的總設(shè)計

在本次檢測系統(tǒng)方案的設(shè)計中，采用三角測量原理中的線結(jié)構(gòu)光法獲取螺紋表面三維形貌。傳統(tǒng)的線激光位移傳感器通常只可以測量一次，換句話說，就是只能獲取螺紋表面中某一個點的信息，如果想獲取整個螺栓孔螺紋區(qū)域內(nèi)的三維形貌，可以通過向其中放置兩個伺服電機(jī)的方式，利用這兩個伺服電機(jī)，使主螺栓孔的圓周方向可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動、螺栓孔軸方向可以進(jìn)行豎直運動。同時，應(yīng)將微型攝像頭安裝在激光傳感器的附近，利用攝像頭及時捕捉各個時期的圖像[1]。另外，可以將能夠移動的小車安裝在測量裝置，并將其沿壓力容器法蘭面進(jìn)行安裝，而后利用伺服電機(jī)驅(qū)使小車進(jìn)行運動，再于開關(guān)按鈕進(jìn)行配合，對小車的位置進(jìn)行實時定位，搭建無線局域網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2 大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 硬件模塊

利用三維設(shè)計軟件，設(shè)計大型壓力容器主裸螺栓孔激光檢測系統(tǒng)中的硬件，見圖1。

圖1 大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)三維設(shè)計圖正面

其中工控機(jī)作為檢測系統(tǒng)的下位機(jī)器，外設(shè)接口非常多，其中包括USB接口、串行接口、CAN接口和LAN接口等，利用這些接口可以與其他硬件設(shè)備進(jìn)行聯(lián)通，而后實現(xiàn)通信的目的。

在整個激光檢測系統(tǒng)中，有4個主要的硬件模塊，其實現(xiàn)如下：第一：激光檢測模塊：選擇能夠滿足檢測系統(tǒng)指標(biāo)需求的2D激光傳感器；第二：二維運動平臺伺服模塊：采用建模分析的方法，合理的選擇滾珠絲杠、伺服電機(jī)、旋轉(zhuǎn)平臺等硬件的型號；第三：移動小車模塊：對小車進(jìn)行三維建模設(shè)計，而后進(jìn)行硬件選型；第四：自動定位模塊：對脹塞機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模設(shè)計，按照自動定位控制的原理，選擇設(shè)備的型號。

2.2 軟件設(shè)計

對于大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)來說，若想能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程檢測，同時實現(xiàn)自動化定位、全面自動化掃描、數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)保存等功能，必須要進(jìn)行檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計，而軟件設(shè)計也相對比較復(fù)雜，其必須要滿足以下功能和特征需求。

首先，開始檢測前，必須要確保所有硬件功能都能夠正常運行，為了能夠更加方便的進(jìn)行調(diào)試，在檢測系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置能夠手動操作的接口或者按鈕，這樣以來就能夠單獨完成一些特定的操作；其次，軟件功能保證可以快速進(jìn)行改變測量參數(shù)、快捷設(shè)置等功能，使其能夠保存到固有的配置文件中，而且可以提供記憶功能；第三，軟件功能對激光檢測系統(tǒng)的整個掃描過程進(jìn)行實時監(jiān)測，其中主要包括實時監(jiān)控界面、掃描動畫等；最后，軟件需要具備兼容性和可移植性，確保其能夠在不同系統(tǒng)條件下運行[2]。

2.3 激光檢測系統(tǒng)各個軟件模塊的實現(xiàn)

整個壓力容器主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)均采用Client/Server架構(gòu)，其屬于一種軟件開發(fā)的常用架構(gòu)。通過合理的分配，減少系統(tǒng)的通訊開銷，而后完成檢測任務(wù)。

在檢測系統(tǒng)軟件中，客戶端與服務(wù)端兩個不同端口的功能側(cè)重點也有所差異，而且通過無線通訊的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過相互配合完成閉環(huán)檢測功能。

3 結(jié)語

綜上所述，本文在理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計一套大型壓力容器主螺栓孔檢測系統(tǒng)，而后利用SolidWorks對主螺栓孔激光檢測系統(tǒng)硬件進(jìn)行三維設(shè)計，而后在其中配置實物，設(shè)定特定的軟件功能，在整個系統(tǒng)中實現(xiàn)了硬件和軟件的集成。最終通過對真實的工作場景進(jìn)行模擬，所設(shè)計的主螺栓激光檢測系統(tǒng)在實際使用過程中取得了良好的檢測效果。