1 引 言

目前國(guó)外的無損檢測(cè)技術(shù)正在從NDE向ANDE和QNDE發(fā)展，也就是說從一般的無損檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)無損檢測(cè)和定量無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展。加速檢測(cè)過程、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)在線檢測(cè)，這對(duì)我國(guó)無損檢測(cè)技術(shù)有著啟發(fā)的作用。渦流探傷檢查在國(guó)內(nèi)越來越受到重視，因此，各種渦流檢測(cè)裝置也得到廣泛應(yīng)用。然而這類檢測(cè)裝置要求性能穩(wěn)定，可靠性高，自動(dòng)化程度高，為此需要一個(gè)合理的控制系統(tǒng)來滿足其要求。

本文采用PLC對(duì)渦流檢測(cè)裝置進(jìn)行自動(dòng)化控制，經(jīng)過試驗(yàn)，其整體性能穩(wěn)定可靠，運(yùn)動(dòng)模擬量精確，操作方便，目前該檢測(cè)裝置交付公司使用，有效提高了檢測(cè)性能，有利于類似檢測(cè)裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)。

2 渦流檢測(cè)裝置簡(jiǎn)介

國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者經(jīng)過多年努力，通過對(duì)軸裂紋的理論研究模擬實(shí)驗(yàn)，研制出了各類用于軸類渦流檢測(cè)的儀器及系統(tǒng)，用以早期發(fā)現(xiàn)軸裂紋的存在并監(jiān)視其擴(kuò)展情況，但目前對(duì)渦流檢測(cè)技術(shù)的研究主要集中在渦流檢測(cè)理論的研究、高性能探頭的設(shè)計(jì)和缺陷識(shí)別與成像方法的研究等幾個(gè)方面。在實(shí)際應(yīng)用，特別是對(duì)大規(guī)模產(chǎn)品自動(dòng)化檢測(cè)的檢測(cè)裝置開發(fā)還有待于進(jìn)一步的提高。

為此，本文提出了基于PLC控制的渦流檢測(cè)裝置的研制，并將其應(yīng)用到汽車輪轂等轉(zhuǎn)軸的檢測(cè)中，取得了很好的效果。其中，使用了美國(guó)ZETEC公司的信號(hào)處理器，便于安裝其他探頭來檢測(cè)其他缺陷，提高檢測(cè)裝置多功能測(cè)試。

本檢測(cè)裝置以轉(zhuǎn)軸渦流檢測(cè)為目標(biāo)，完成示意結(jié)構(gòu)如圖1所示的渦流檢測(cè)裝置：他主要由控制系統(tǒng)、打標(biāo)裝置、工件抓取和夾緊裝置、檢測(cè)裝置和信號(hào)處理器組成。

該渦流檢測(cè)裝置流程圖如圖2所示：在保證電源和氣源的前提下，標(biāo)準(zhǔn)工件正確裝載，調(diào)整開關(guān)至參數(shù)設(shè)置狀態(tài)；手動(dòng)啟動(dòng)按鈕后氣爪手指夾住標(biāo)準(zhǔn)件；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)并保持其恒定轉(zhuǎn)速；檢測(cè)調(diào)節(jié)裝置中的探頭推至工件表面并保持檢測(cè)距離；檢

測(cè)完畢后主機(jī)讀取數(shù)據(jù)和保存初始化設(shè)置；探頭返回初始位置；電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。待標(biāo)準(zhǔn)工件完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后氣爪手指松開，取出標(biāo)準(zhǔn)工件和準(zhǔn)備工件測(cè)試階段。

調(diào)整開關(guān)至測(cè)試狀態(tài)，手動(dòng)啟動(dòng)按鈕，氣爪夾住工件，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，探頭推出開始測(cè)量工件。經(jīng)過處理器的判斷后將檢測(cè)結(jié)果反饋給PLC。若工件合格，合格指示燈亮，PLC控制步進(jìn)電機(jī)停止工作。待工件停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，打標(biāo)系統(tǒng)的打標(biāo)噴頭快速在工件特定位置打上合格標(biāo)記。氣爪手指松開工件，進(jìn)入下一個(gè)工件檢測(cè)。若工件不合格，不合格指示燈亮和發(fā)出蜂鳴報(bào)警，探頭返回初始位置后再推至工件表面重新檢測(cè)，有效防止因工件表面還有雜質(zhì)而誤判。檢測(cè)完畢后若工件合格，合格燈亮，蜂鳴停止報(bào)警，打標(biāo)系統(tǒng)打標(biāo)，其中注墨裝置在打標(biāo)幾次后自動(dòng)工作，保證噴頭有源源不斷的墨水供應(yīng)；若不合格，不合格燈和蜂鳴報(bào)警繼續(xù)工作，打標(biāo)系統(tǒng)不工作。氣爪手指松開工件。若取出工件是合格品，人工將其取下安放到合格品指定位置，否則將其放到不合格品通道。不合格品通道安裝有傳感器，當(dāng)有工件通過后，不合格燈和蜂鳴報(bào)警停止工作，此時(shí)不合格品已經(jīng)進(jìn)入不合格品安放處，否則不能進(jìn)入下一次檢測(cè)，這將有效防止不合格品安放到合格品安放處。

3 PLC控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的電器控制是采用繼電器控制，繼電器硬件接線電路是邏輯、順序控制，體積大，連線復(fù)雜，當(dāng)更改執(zhí)行程序時(shí)修改困難，有觸點(diǎn)系統(tǒng)，壽命短，可靠性和可維護(hù)性都較差?；诶^電器控制的這些缺點(diǎn)，目前有被PLC取代的趨勢(shì)。

PLC可編程控制器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，他能在0～55℃溫度范圍內(nèi)正常工作，可以承受峰值1000 V，脈寬1Ls的矩形脈沖列的尖峰干擾，而且其微處理器與I／O回路之間采用了光電隔離技術(shù)，有效地隔離了輸入與輸出之間的電的聯(lián)系，具有較高的可靠性?！翱删幊炭刂破鹘泳€簡(jiǎn)單，硬件安裝方便，開發(fā)柔性好”。而且，在PLC的輸入、輸出口安裝有多孔插接板，通過香蕉插腳，實(shí)現(xiàn)外電路和PIC的快速連接。同時(shí)，氣動(dòng)元件也可以用香蕉插腳在不變形的多孔均布的安裝平臺(tái)上快速安裝及拆卸。所以，當(dāng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目變更時(shí)，無須改變硬件設(shè)備就能快速組合成相應(yīng)的氣路和電路，裝卸調(diào)試方便、靈活、快捷。對(duì)于設(shè)備的更新，只需改變PIC應(yīng)用軟件程序，比如在微機(jī)上設(shè)計(jì)繪制相應(yīng)的梯形圖，就可自動(dòng)生成應(yīng)用軟件程序，并通過專用電纜將程序傳輸給可編程序控制器運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣動(dòng)系統(tǒng)的控制，不僅能快捷完成全氣控氣動(dòng)回路而且對(duì)于電控氣動(dòng)系統(tǒng)方便快速地進(jìn)行電路和氣路設(shè)計(jì)組裝、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。本檢測(cè)裝置通過PIC也有效控制步進(jìn)電機(jī)的工作。

在該檢測(cè)裝置中，（）MR（）N公司的微型PLC作為控制的核心，實(shí)現(xiàn)了如圖3所示的控制系統(tǒng)，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、各種電磁閥及其信號(hào)接收等控制。PLC控制氣爪抓住或松開工件，控制氣缸將傳感器推到指定位置和返回初始位置，控制步進(jìn)電機(jī)以一定速度旋轉(zhuǎn)和停止，能給處理器一個(gè)測(cè)試使能信號(hào)，接收處理器的反饋信號(hào)（合格或不合格信號(hào)），根據(jù)所得的信號(hào)控制信號(hào)燈亮，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制打標(biāo)系統(tǒng)和蜂鳴器報(bào)警。

圖4給出了PLC控制該裝置的線路圖，實(shí)現(xiàn)了PLC的供電方式及PLC與其他各個(gè)部位的連接。同時(shí)為了更好地實(shí)現(xiàn)與外部的線路連接，端子排起了一定作用。并且預(yù)留一定的接口數(shù)量以備后用。

3.1 步進(jìn)電機(jī)的PLC控制過程

該檢測(cè)裝置使用步進(jìn)電機(jī)作為工件轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力源，他具備快速啟停功能，能在大批量產(chǎn)品檢測(cè)中提高工效。

步進(jìn)電機(jī)是一種將輸入脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變換的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，保證了該檢測(cè)裝置工件在測(cè)試時(shí)轉(zhuǎn)速保持恒定。他還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是容易由PLC控制。本檢測(cè)裝置中，PLC通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出脈沖信號(hào)CP，CP的頻率和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，cP的個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。驅(qū)動(dòng)器輸入輸出信號(hào)全部光電隔離，需要滿足以下公式。

其中，Vout，Iout為外部輸入電壓與電流；Rout為外部電阻，Rin為內(nèi)部電阻。

由式（1）可知外部需串連的電阻值為：

則在外面串連一個(gè)電阻Rout，如圖5所示，PLC與步進(jìn)電機(jī)有效地完成控制。

帶三極管輸出的CPM1A PCs具有輸出頻率范圍為20 Hz～2 kHz（單相）的脈沖輸出功能。IR 01000或IR01001均可選擇作脈沖輸出，且脈沖輸出既可設(shè)置為在連續(xù)模式下，可以通過一條指令來停止脈沖輸出；又在獨(dú)立模式下，脈沖輸出在輸出完預(yù)設(shè)定的脈沖個(gè)數(shù)后停止。

步進(jìn)電機(jī)脈沖控制梯形圖如圖6所示。

圖6中梯形圖（1）表示圖7中的升頻，梯形圖（2）表示降頻。在啟動(dòng)時(shí)，靜態(tài)慣性很大，以較小加速度升頻，運(yùn)動(dòng)慣量逐漸增大后，可以較大加速度升頻。降頻時(shí)為反指數(shù)曲線。在梯形圖中升頻使用了積分，降頻使用了微分。

3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)的PLC控制

本檢測(cè)裝置采用了4個(gè)兩位五通的電磁閥，分別連接氣爪A、探頭用氣缸B、注墨用氣缸C和打標(biāo)用氣缸D，同時(shí)氣缸B具有磁性開關(guān)和減壓閥，便于PLC控制與氣壓調(diào)節(jié)，氣爪A與電磁閥之間連接有旋轉(zhuǎn)分氣塊，保證與氣爪相連的氣管始終保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。圖8為氣動(dòng)系統(tǒng)分布示意圖，工作順序關(guān)系為A-B-C-D。PLC通過電磁閥控制他們的工作順序。 圖9為PLC控制電磁閥結(jié)構(gòu)，他能有效協(xié)調(diào)各部分連貫運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

該檢測(cè)裝置利用PLC集合了電氣控制、氣動(dòng)技術(shù)、機(jī)械制造于一體，提高了工件檢測(cè)功能和自動(dòng)化程度?；赑LC控制的檢測(cè)裝置已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用，并取得了很好的檢測(cè)效果。同時(shí)他操作方便、安全可靠、成本低，具有一定實(shí)用和推廣價(jià)值。

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