[发明专利]一种大直径筒体内壁超声检测设备的周向定位装置及方法

说明书

本发明涉及无损检测技术领域，具体公开了一种大直径筒体内壁超声检测设备的周向定位装置及方法。该装置中同步带安装模块真空吸附在大直径筒体内壁上，周向小车磁性吸附在同步带安装模块上，并在周向小车正中间位置安装的编码信号反馈模块与同步带安装模块构成啮合关系，使周向小车在电机的驱动下进行圆周运动时，同步带安装模块与编码信号反馈模块共同作用，产生编码信号，并获得检测设备相对于起点运动的角度。该装置及方法可获得被检对象内相对于检测起点运动的角度，并确定被检对象内部的具体位置，进而对超声检测信号进行匹配，以便在后续对超声检测信号的分析与比较中可以准确的对缺陷进行定位，保证了超声检测的数据质量和检测精度。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种大直径筒体内壁超声检测设备的周向定位装置及方法。

背景技术

对于需要在高温、高压及腐蚀环境下长时间工作的承压容器，例如核反应堆压力容器、核电站蒸汽发生器，其直径达可到5～6米，壁厚也较厚，由于制造工艺的限制，这类承压容器需要分段制作然后焊接成型，其环焊缝位于容器的内壁；为了提高容器的耐腐蚀能力，在内壁还会增加一层不锈钢堆焊层。

为保证此类设备的加工质量，在设备完成制造后，会对其进行出厂检测，主要是检测环焊缝的焊接质量；因环焊缝位于容器内壁，故优先从内壁对环焊缝进行检测。常规方法是在容器内部搭建脚手架，由检测人员对其进行手动超声检测，检查焊缝质量；但此类方法受制于检测人员的技能和责任心，检测结果无法有效记录，不可追溯，不利于在核电站寿期内对这些容器进行老化管理。目前，越来越多的容器出厂检查开始使用自动超声检测，将自动化检测设备定位安装在容器内，通过驱动一组超声探头沿着筒体圆周和轴线两个方向的运动，实现对环焊缝的矩形栅格扫查，以便对环焊缝的质量进行整体检测或者局部定量检测。

因容器的直径较大，在出厂检查时，因制造厂条件限制，难以使用核电站在役检查时使用的大型检测设备对容器内壁进行检查，需要使用小型化、易安装的检测设备对环焊缝进行逐段扫查或局部定量扫查。容器内壁有不锈钢堆焊层，设备无法通过磁吸附的方式直接安装在容器筒体内壁，需要通过一段具有真空吸附功能的、具有一定柔性的导轨板进行安装，导轨自身为厚度较薄的铁磁性材料，可被磁铁吸附，导轨背面均匀布置有真空吸盘通过负压的方式吸附在容器内壁的待检区域；检测设备的周向运动小车的滚动轮为具有磁吸附功能的轮子，使得周向运动小车吸附在导轨板上，在导轨板所覆盖的区域进行周向运动，用于实现超声探头的周向运动；小车上携带有沿筒体轴向布置的扫查臂，用于实现探头的轴向运动。

对于自动超声检测，设备的运动位置与超声信号之间需要进行匹配，以便将存储的检测信号与被检对象上的各个区域进行对应。对于前文中介绍的检测设备，当导轨板定位安装好后，其在筒体轴线上的位置也就确定，轴向扫查的位置由扫查臂直线运动电机反馈的编码信号确定；但对于圆周方向的位置，由于周向运动小车的滚动轮与导轨板之间为滚动摩擦，而且为保障设备安全，滚动轮的吸附力往往设计得较大，所以周向小车在进行圆周运动时，滚动轮与导轨板之间会存在打滑的情况，再加上传动机构所不可避免的传动间隙，此时，通过周向驱动电机反馈的编码信号确定周向运动的距离及位置会存在非常大的误差，无法满足超声检测要求。常见的方法是单独设置一个编码轮，通过弹性压紧在导轨板的表面，编码轮连接着一个旋转编码器，当设备周向运动的时候，编码轮随之运动，带动旋转编码器产生编码信号；此方法减少了传动间隙，在定位精度上高于通过电机反馈编码进行定位，但因为编码轮与导轨板表面依然是滑动摩擦，所以还是无法完全避免打滑对编码信号的影响；特别是在设备做周向扫查时，需要在一段圆周区域上周向往复运动数十次甚至上百次，此时因为编码轮打滑所产生的累积误差会更加明显，进而影响超声检测的效果。

所以，需要针对通过真空吸附的导轨板安装的大直径筒体超声检测设备的周向定位问题来设计一种定位误差更小的周向运动编码信号反馈装置及其对应的周向定位方法，以提高设备周向运动的定位精度，特别是在一段圆周区间内往复运动的定位精度，进而保证超声检测的数据质量和检测精度。

发明内容