第37卷2019年第4期(总第202期)问题研究
陈颖
(鞍钢教育培训中心鞍山114001)
【摘要】介绍了电磁式涡流焊管焊缝轨迹追踪系统的工作原理，设计了涡流传感器电路的硬件电路，并根据此电路的输出特性信号驱动伺服电动机，带动超声波探头检测钢管焊缝中的缺陷，实现对焊缝的高精度追踪。 【关键词】焊缆轨迹满浇追琮伺服电动机
Design of Welding Seam Tracking System
CHEN Ying
(Angang Education and Training Center,Anshan114001)
[Abstract]Present the working principle of the welding seam tracking system of electromagnetic eddy c
urrent welding pipe.The hardware circuit for eddy current transducer is designed.The servo motor is drived according to the output property signal of this circuit,which makes the ultrasonic probe can detect defects on welding seam,so as to realize high precision welding seam tracking.
[Key words]W elding seam track,eddy current tracking,servo motor
1引言
国内大口径运输管线目前主要采用螺旋焊接钢管建造，为了严格保证螺旋钢管的质量，需要在钢管出厂前对焊缝进行无损探伤检查，以消除隐患保证质量。
无损探伤系统由超声波探伤系统、焊缝螺旋角调整系统、焊缝跟踪系统等机械部分、电气部分和控制电路组成。采用脉冲反射式超声波探头来检测钢管焊缝中的缺陷，焊缝追踪采用电涡流探头进行追踪，焊缝追踪系统使超声波探伤机能够准确地沿着焊缝轨迹移动，追踪的准确度是决定检测系统精度的关键。
2方案的选择与设计仪表车床加工
2.1焊缝跟踪方式的比较与确定
CCD成像跟踪法检测精度较高，但因钢管表面有水流造成的光散射，对精度产生影响。特别是钢管尚有余热时，使水蒸发，摄像镜头被水蒸气遮盖而无法正常工作；采用激光测距仪来获得焊道外形图相的方法终究也是光学方法，并且在提高扫查频率和扫速稳定性方面存在困难。针对以上情况，研制了电磁跟踪和伺服控制相结合的电磁式涡流焊缝追踪控制系统。系统具有非接触、抗高温高湿、线性度好、灵敏度高及响应快等特点。
2.2涡流追踪原理
焊缝追踪系统是超声探伤仪的载体，用于追踪钢管焊缝的中心。为保证检测的精度和可靠性，超声探头系统需要安装在焊缝追踪系统上进行工作。其原因是：
(1)探伤仪的探头系统对位置精度要求较高，由于超声探头系统本身的原理和结构的限制，要求探头系统必须具有很高的定位精度。
(2)受焊缝条件限制，理想情况下，钢管的焊缝为一参数固定的螺旋线，但在钢管焊接过程中有时会出现偏差，造成钢管焊缝几何参数发生变化，因而要求检测设备能够补偿这种变化。
(3)由于运输小车的运动不精确，难以保证进给和旋转两种运动的严格同步，从而导致焊缝相对探头系统发生偏移，因此，要求检测设备必须能追踪焊缝的偏移。
涡流追踪原理如图1所示，磁心主线圈产生20kHz的均匀交变磁场，这时两个次级线圈中感应电势5及％的幅值及相位相等。但当探头运动轨
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问题研究第37卷2019年第4期（总第202期）
迹发生偏移，使外部铁磁材料空间磁阻分布不均匀时，磁心内磁力线分布发生变化，使叭*V b o
2.3涡流追踪传感器电路的设计
涡流追踪传感器主要由振荡绕组电路和位移检测集成电路组成见图2。振荡绕组包括6mm x 6mm X26mm的E型铁氧体磁芯、一组主线圈和两组副线圈。双D触发器4013在主线圈上产生频率20kHz的正弦振荡，经整形、放大加载到主电磁线圈中，而两组副线圈的感应电势叭及％，连接到MAX412的差动输入口进行运算并放大输岀，根据以与％的输出值不同以及控制伺服驱动器进行不同方向的输出调整，具体探头输出信号电路如图3所示。
图3给出为正、负偏差时的输出特性，表明正、负输出特性基本相同。图3中的斜虚线部分为实际追踪工作区，相当于土1.5mm，而在土20mm范围内，传感器仍有明显输岀，即当出现突发性异常情况时，探头偏离土1.5mm的工作区，系统也能自动恢复进入工作区，特别是当探头刚落到螺焊管焊道两
边时，未必刚好能进入工作区，但只要不超过±20mm范围，系统就能很快自动调整进入工作区内。这给实际探伤操作创造了宽松的操作条件。
人一电磁传感器至焊遺的距离；MTf感器中心偏离焊道中心的距离
图1涡流跟踪原理
这种传感器不仅对焊道的微小偏离有足够高的检测精度，而且还有足够宽的跟踪范围，非常适用于焊缝自动化探伤的探头追踪控制。
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2.4伺服电动机增益控制及速度调节
气雾阀
电磁追踪传感器的±4V 范围输出电压，可直
接控制伺服电动机的正、反旋转。本设计选用
Panasonic 公司的MN A S 系列的MSM022A 1伺服电动
氧化挂具
机及MSD023AIX 驱动器，其额定输出功率为200W,
最高转速为5000r/min o 驱动器有速度、位置和转 矩三种基本控制方式，本系统采用速度控制方式O 在速度控制方式中，电动机的正、反转速与电磁传 感器输岀的电压成正比，其比例系数可由用户自 行设置（设置范围为10-2600）o 设置值越大，则速
度增益越高。设置值乂由下式求得：
0.075 x 6
#=―-—n城市规划模型
式中:V 一与所需转速对应的指令电压/V ;
n ---所需转速/ （m/min ）。
单相轴流风机本系统设置值仅450，即4 V 电压对应4000r/
min，还有很多增益余量并未使用，仅这一增益设
置，在焊道偏移量AZ 为± 1.5mm 时，速度指令电压 已达到土 4.2V，即电动机转速将达到土 4200r/min o
在这样高速控制下只要进入± 1.5 mm 的工作区 内，伺服电动机就能强有力地跟踪调节，即系统只 在± 1.5mm 范围内摆动而不能脱离工作区，达到 跟踪目的。伺服电动机经9： 1减速器驱动丝杠，丝
杠工作长度为±200mm，两端设置接近开关作限 位保护。跟踪开始时，被跟踪的探头应位于丝杠
的中心位置，以保证有±200mm 的跟踪范围。每 一根钢管检测结束，探头架上的两个复位开关发 出复位信号，使系统自动复位到丝杠的中心位置。
限位和复位信号均由电磁传感器的二次控制仪表 集中处理，并送至伺服电动机的驱动器如图4 所示。
| Sfflic | |运算放大|
勺人+人L
伺
电磁传感器
停C
图4复位与限位电路
探头架一
-伺服电动机
3结语
焊缝自动化探伤对探头跟踪要求较高，且还
有水、蒸汽以及焊道宽窄和高低不均匀影响，导致
信号的采集困难较大，加上驱动系统能力有限，误 报率居高不下。本系统采用电磁追踪传感器和伺
服电动机驱动系统，较好地解决了这一问题。传感 器的检测精度可达到土 0.5 mm，追踪精度可达到土
1.5 mm，这一精度已经完全满足对螺旋焊缝探伤的
要求。
参考文献
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[2] 王自明，张引.无损检测综合知识[M].北京：机械工
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[5] 李家伟.无损检测手册[M].北京：机械工业出版社, 2002:155-218.
（2019-03-15 收稿）
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