大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統研究

閆登強 歐星海

湖南省特種設備檢驗檢測研究院衡陽分院 湖南衡陽 421000

根據國家能源局調查研究結果表明，截止至2019年上半年非石化能源發電量上漲58.4%，其中核電站清潔能源增強的5.3%左右，在這種情況下，進一步促進核電的高質量開發，有利于對我國整個能源結構進行優化調整。

1 大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統的總體設計方案

1.1 檢測系統的技術性能指標和功能需求

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 檢測系統方案的總設計

在本次檢測系統方案的設計中，采用三角測量原理中的線結構光法獲取螺紋表面三維形貌。傳統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域內的三維形貌，可以通過向其中放置兩個伺服電機的方式，利用這兩個伺服電機，使主螺栓孔的圓周方向可以進行旋轉運動、螺栓孔軸方向可以進行豎直運動。同時，應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行安裝，而后利用伺服電機驅使小車進行運動，再于開關按鈕進行配合，對小車的位置進行實時定位，搭建無線局域網絡，從而實現遠程控制。

2 大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統的實現

2.1 硬件模塊

利用三維設計軟件，設計大型壓力容器主裸螺栓孔激光檢測系統中的硬件，見圖1。

圖1 大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統三維設計圖正面

其中工控機作為檢測系統的下位機器，外設接口非常多，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備進行聯通，而后實現通信的目的。

在整個激光檢測系統中，有4個主要的硬件模塊，其實現如下：第一：激光檢測模塊：選擇能夠滿足檢測系統指標需求的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、旋轉平臺等硬件的型號；第三：移動小車模塊：對小車進行三維建模設計，而后進行硬件選型；第四：自動定位模塊：對脹塞機構進行三維建模設計，按照自動定位控制的原理，選擇設備的型號。

2.2 軟件設計

對于大型壓力容器主螺栓孔激光檢測系統來說，若想能夠實現遠程檢測，同時實現自動化定位、全面自動化掃描、數據傳輸以及數據保存等功能，必須要進行檢測系統的軟件設計，而軟件設計也相對比較復雜，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行調試，在檢測系統中應設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行改變測量參數、快捷設置等功能，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的整個掃描過程進行實時監測，其中主要包括實時監控界面、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條件下運行[2]。

2.3 激光檢測系統各個軟件模塊的實現

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

在檢測系統軟件中，客戶端與服務端兩個不同端口的功能側重點也有所差異，而且通過無線通訊的方法進行數據交換，通過相互配合完成閉環檢測功能。

3 結語

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