工業膠片自動裝片系統的研究設計

李 歡，蔡 勤，楊新建

(廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院, 廣東 珠海 519000)

在特種設備行業乃至各項制造業中，焊接是許多加工制造方法的基礎，焊接的質量直接影響著設備的質量，決定了產品的可靠性[1]。在對焊縫進行的檢測中，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，在眾多的檢驗檢測項目中廣泛應用，各大檢驗檢測規程中明確要求進行一定比例的射線檢測[3]。根據《壓力管道定期檢驗規則——工業管道》中規定：GC1、GC2級管道的焊接接頭一般應進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：焊接接頭數量的10%且不小于2個。同時：(1)溫度、壓力循環變化和振動較大的管道的抽查比例應為相應比例數值的2倍。(2)耐熱鋼管道的抽查比例應為相應比例數值的2倍。(3)抽查的焊接接頭進行全長度無損檢測。抽查時若發現安全狀況等級3級或4級的缺陷，應增加檢查比例。全面檢驗中必須進行一定比例的X射線檢測抽查[4]。

1 射線檢測的基本原理[5]

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

μ——工件的線衰減系數；

IO——入射射線強度；

ID，ID——透射的一次射線強度；

I，I′——透射射線強度。

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，其線衰減系數為μ時，則式(1)應改寫為

(2)

稱為物體對比度(GB/T 12604.2-1990中稱其為“被檢體對比度”，有些文獻則稱為“主因對比度”)。式(1)即是射線檢測的基本原理關系式，它給出了一個小的厚度對應的物體對比度之間的關系[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、其線衰減系數與物體的線衰減系數具有一定的差別，散射比控制在一定的范圍，則缺陷將產生一定的物體對比度。

2 工業膠片自動裝片系統的結構設計

目前進行射線檢測前，檢測人員在暗室里手工進行裝片作業，如在進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，人員操作不規范容易產生偽缺陷，損壞膠片，影響后期拍片的質量，造成底片重拍[8]。

因此開發工業膠片自動裝片系統，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，該裝置研發可實現自動化，在線進行，智能化，更為有效地去除工業膠片偽缺陷的問題，提高檢測質量，提高工作效率[9]。

工業膠片自動裝片系統是一套可以在現場在線一體化的裝片裝置，該裝置成功研發可代替人工手動裝片，能有效提高裝片效率，減少工業膠片偽缺陷的產生，可提高工業膠片的質量，減少操作人員的眼部危害，實現自動化零職業危害[10]。

圖2 工業膠片自動裝片系統的結構總圖

工業膠片自動裝片系統的結構設計如圖2工業膠片自動裝片系統的結構總圖所示，設計有暗室1和控制單元，暗室1水平方向依次設置有傳送機構3、加熱壓片機構4、切片機構5、導軌6及成品盒7；傳送機構的作用是用于放置和傳送待封裝的工業膠片、卷狀增感屏、封裝暗袋。

傳送機構3的設計用于放置和傳送工業膠片的膠片輥輪31，膠片輥輪31上下兩側分別設置有一個輥輪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可自由轉動。

加熱壓片機構4的設計用于加熱封裝待封裝的工業膠片、卷狀增感屏、封裝暗袋；并且在加熱壓片機構4上設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過加熱壓片機構4的封裝完成后工業膠片、卷狀增感屏、封裝暗袋的長度；編碼器測量的長度與設置所需要的長度一致時，控制單元電性連接的切片機構5進行動作，切斷封裝完成的工業膠片。并且控制單元電性連接的切片機構5安裝在導軌6上。

更為詳細的設計：加熱壓片機構4設計一對上下對稱設置的上壓片輥41和下壓片輥42；上壓片輥41和下壓片輥42的側面分別設計有加熱壓片板43，所設計的加熱壓片板43側邊設置有齒輪，齒輪可進一步加強加熱壓片板43的封裝效果；加熱壓片板43下設計一個加熱裝置44，加熱裝置44可對加熱壓片板43進行加熱，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之間設計一個絕熱片45，絕熱片45的設計成可避免加熱裝置44在加熱時損壞上壓片輥41或下壓片輥42。

在設計中設計成上壓片輥41或下壓片輥42連接驅動電機，驅動電機與控制單元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軌槽移動。上壓片輥41和下壓片輥42的橫截面半徑相同，實現上壓片輥41和下壓片輥42的同步轉動，膠片輥輪31和輥輪32的橫截面半徑相同，實現膠片輥輪31和輥輪32同步轉動，從而實現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的轉動速度大于膠片輥輪31的轉動速度，在同樣的轉動圈數下，膠片輥輪31的卷裝的工業膠片面積越多，由此增大了膠片輥輪31的承載量或減小了裝置的體積。

在導軌6的設計中包括與加熱壓片機構4出口處連接的水平導軌槽61及傾斜導軌槽62，設計的水平導軌槽61用于放置未切分的封裝件，傾斜導軌槽62用于放置已切分好的封裝件，并傳輸至成品盒內；水平導軌槽61和傾斜導軌槽62之間設計一個切片機構5，傾斜導軌槽62末端連接成品盒7的入口。

切片機構5設計成切片刀和驅動機構，切片刀與水平導軌槽61垂直，使封裝件的切口整齊完整，驅動機構與控制單元電性連接。

暗室1可設計成鋁制硬盒或硬質塑料盒，鋁制硬盒或硬質塑料盒可實現暗室的遮光效果，防止工業膠片或增感屏感光而成為廢片。

工業膠片自動裝片系統的使用方法，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住；(3)輸入所需要工業膠片成品的長度；(4)控制單元發送信號控制上壓片輥和下壓片輥同步轉動，當編碼器測出封裝件長度與輸入的數值相同時，控制單元驅動切片機構完成切片動作。

3 系統軟件設計

3.1 軟件功能設計

工業膠片自動裝片系統軟件采用Visual Basic語言開發，各功能模塊邏輯關系如圖3所示。核心模塊為控制參數計算模塊，在系統運行過程中，該模塊綜合編碼器采集模塊和參數輸入模塊的數據并計算分析數據，通過參數輸入模塊設置設備所需要的工業膠片參數，并且在顯示模塊中顯示出來，報警模塊將輸出的工業膠片尺寸進行測量與報警上下限值進行比較，超出用戶預設范圍時將進行軟件報警提示，同時當儀器裝片過程出現故障時報警軟件進行報警提示。執行模塊控制著傳送機構、加熱壓片機構、切片機構等機構的動作，根據執行模塊的指令各個機構完成特定的動作。

圖3 軟件各功能模塊

3.2 軟件運行流程

圖4 軟件運行流程圖

系統軟件運行流程如圖4所示，在安裝工業膠片后開機，在界面初始化之后輸入所需要包裝的工業膠片尺寸。按下開始按鈕，根據輸入的工業膠片尺寸控制參數模塊進行計算并在屏幕上顯示數據，發出指令執行模塊分析工業膠片自動裝片系統的結構機構進行動作。編碼器根據包裝完成后的工業膠片檢測器長度，如與輸入的設定尺寸相同完成裝片，如與輸入的設定尺寸不相同報警模塊報警，控制參數模塊重新計算進行。

4 結語

本文設計了一種工業膠片自動裝片系統。該系統由機械結構部分、軟件控制部分組成。能實現在非暗室條件進行工業膠片裝片作業工作效率高，對環境要求低，適用性廣，裝片速度實現10張/分鐘的裝片速度并且裝片作業有較高的穩定性，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，提升工業膠片的包裝質量，保障作業人員的職業健康。在自動化、智能化日益興盛的今天，提效率、減少職業危害關注健康是促進經濟發展的重要方式，實現智能化的裝片。