罐壁超声成像测厚系统的设计

　　壁厚测量是压缩天然气瓶罐生产过程中的重要检验工序。最薄壁厚的测量结果直接决定产品使用等级。传统的测厚方法中,手动检验一般采用分区取样的方法,其生产效率较低;而自动测量方法一般也只给出测量结果的范围,无法给出测量过程中各个测量点的具体数据,因此其重复性和可信度常会受到质疑。为满足实际生产需要,笔者提出用超声扫描成像方法对瓶罐壁厚进行100%检验。

　　超声扫描^[1~3]图像中的每个像点的灰度或颜色都与被检信号的大小及深度有关。把超声波对壁厚的测量信号作为成像检测信号,即可得到瓶罐壁厚分布图像。与传统壁厚测量技术相比,成像技术对设备软硬件设计提出了更高的要求,如检测数据量大、检测速度高、软件处理速度快以及系统抗干扰能力强等。下面着重介绍超声成像技术在壁厚测量中的应用。

　　1　测量系统设计

　　1.1　结构设计

　　测量系统主要包括机械扫描装置、超声检测模块和图像合成与处理模块三部分。

　　图1所示机械扫描装置由旋转电机、扫描电机和驱动设备组成,实现瓶罐的转动和探头的扫描功能。采用变频调速电机驱动,利用旋转编码器得到周向转角和轴向扫描的绝对坐标位置,坐标信号被检测计算机采集。

　　超声检测模块由超声探头、超声波发射/接收模块和检测计算机组成。在检测软件的控制下发射/接收超声信号,并且进行信号的模/数转换,得到数字超声信号。对数字化超声信号进行分析、计算和处理,得到壁厚的测量结果;并把该结果与对应的坐标位置通过网络传输到主控计算机。

　　图像合成与处理模块由主控计算机和周边输出设备组成。主控计算机在成像测厚软件的控制下工作,通过网络可设置前端检测计算机的检测参数、接收检测结果以及启动或关闭检测计算机。成像测厚软件把接收到的检测结果以图像的方式显示在计算机显示屏上,同时显示扫描测厚过程中的各种信息。成像测厚软件还具有图像处理、结果自动分析以及输出测厚图像和数据报告的功能。

　　该系统采用网络数据传输法^[4]实现远距离数据传输的数字化。实际应用证明,它提高了检测可靠性和系统抗干扰能力;另一方面,采用网络数据传输可以实现检测计算机与主控计算机之间的异步工作。检测计算机通过网络在主控计算机的控制下启动检测程序后,实时、快速地进行检测并把检测结果保存在本机的内存中,当网络数据传输空闲时再把数据传出。这样既保证了在快速检测情况下不漏检,又能同时实现扫描图像的合成和信息显示。