龐慕妮，陳建勛，梁敏健

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院珠海檢測(cè)院，廣東珠海 519002）

0 引言

三通管、異徑管、彎頭等作為石化行業(yè)管道系統(tǒng)常用管件，其質(zhì)量對(duì)于確保承壓特種設(shè)備安全可靠運(yùn)行具有重要影響[1-3]。表面裂紋等管件表面缺陷可通過高光譜熒光滲透方法進(jìn)行檢測(cè)，其一般過程為：將被檢管件表面浸涂帶有熒光的滲透液，將表面多余的滲透液清洗掉后進(jìn)行干燥，隨后進(jìn)行顯像處理，顯像過程中缺陷處剩余的滲透液將顯示出管件表面的缺陷痕跡，最后人工觀察被檢管件表面缺陷狀況，對(duì)管件是否合格進(jìn)行判斷[4]。在上述熒光滲透探傷的人工觀察檢測(cè)過程中，觀察人員應(yīng)先在暗室中至少停留5 min，以使人眼適應(yīng)光線環(huán)境，然后再觀察被檢物體表面缺陷，檢測(cè)時(shí)被檢物表面的照度不得低于50 lx。該管件表面缺陷檢測(cè)方法通常效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境惡劣[5]。隨著計(jì)算機(jī)視覺的快速發(fā)展，其在表面缺陷檢測(cè)方面得到越來越多的應(yīng)用[6-8]，可將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用于管件表面缺陷高光譜自動(dòng)檢測(cè)，依據(jù)智能檢測(cè)算法進(jìn)行管件表面裂紋、異常缺損等缺陷自動(dòng)識(shí)別，可快速判斷缺陷類型和狀態(tài)，有利于提供檢測(cè)效率和檢測(cè)準(zhǔn)確性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

本文設(shè)計(jì)了一種用于管件表面缺陷高光譜自動(dòng)檢測(cè)的環(huán)形傳送裝置，該裝置可用于流水線中管件經(jīng)熒光顯像之后表面缺陷的機(jī)器視覺自動(dòng)識(shí)別、不合格管件自動(dòng)分揀、管件自動(dòng)計(jì)數(shù)等功能，有利于提高檢測(cè)的自動(dòng)化水平，提高缺陷識(shí)別效率、降低無損檢測(cè)人員作業(yè)強(qiáng)度。

1 傳送裝置結(jié)構(gòu)

圖1 傳動(dòng)裝置功能分區(qū)示意圖

傳送裝置主體為環(huán)形分布，有利于節(jié)約檢測(cè)空間，布局如圖1所示，共包括5個(gè)功能分區(qū)，分別為待檢區(qū)、檢測(cè)區(qū)、報(bào)廢區(qū)、成品區(qū)和動(dòng)力區(qū)。待檢區(qū)用于自動(dòng)檢測(cè)前懸掛待檢管件，待檢區(qū)的管件經(jīng)鏈條傳送裝置傳送至檢測(cè)區(qū)進(jìn)行高清拍照分析，隨后管件離開檢測(cè)區(qū)。對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺表面缺陷檢測(cè)不合格的管件，管件移動(dòng)到報(bào)廢區(qū)時(shí)進(jìn)行報(bào)廢，檢驗(yàn)合格的管件則繼續(xù)隨環(huán)形流水線前行，最后進(jìn)入成品區(qū)，用于后續(xù)回收。

傳送裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中支架與導(dǎo)軌上端面連接，用于流水線固定，使傳送裝置離地一定高度，方便裝卸管件操作。鏈輪與鏈條嚙合裝配，可帶動(dòng)鏈輪沿環(huán)形導(dǎo)軌移動(dòng)。2個(gè)滾輪對(duì)稱設(shè)置于環(huán)形導(dǎo)軌截面兩側(cè)，滾輪與支架連接，滾輪沿導(dǎo)軌滾動(dòng)帶動(dòng)支架沿導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，電磁吸盤固定安裝于支架下端，電磁吸盤通電后可吸附管件，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即可帶動(dòng)一批管件沿環(huán)形導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)區(qū)的3個(gè)相機(jī)呈一定夾角分布，可對(duì)管件3個(gè)方向進(jìn)行拍照，接近傳感器用于檢測(cè)是否有管件進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，當(dāng)檢測(cè)到有管件進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，接近傳感器對(duì)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)開關(guān)量電信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)接收到有管件到達(dá)檢測(cè)區(qū)的信號(hào)后可控制3個(gè)相機(jī)進(jìn)行拍照。廢品存放區(qū)位于報(bào)廢區(qū)導(dǎo)軌的正下方，計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)表面缺陷不合格的管件經(jīng)傳送裝置運(yùn)送到報(bào)廢區(qū)后，控制系統(tǒng)使對(duì)應(yīng)的電磁吸盤失電，管件被扔入廢品存放區(qū)。合格的產(chǎn)品繼續(xù)被電磁吸盤吸附運(yùn)送至成品區(qū)。接近傳感器一方面用于檢測(cè)是否有管件進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，另一方面可對(duì)管件進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)所有管件都經(jīng)視覺檢測(cè)結(jié)束并到達(dá)成品區(qū)或進(jìn)入報(bào)廢區(qū)后，此時(shí)計(jì)數(shù)值等于所有待檢測(cè)的管件數(shù)量，檢測(cè)系統(tǒng)控制鏈輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)，本批次管件檢測(cè)結(jié)束。

圖2 傳送裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 高光譜自動(dòng)檢測(cè)控制原理

2.1 傳送裝置供電原理

自動(dòng)檢測(cè)傳送裝置供電電路如圖3所示，K1為常開型自恢復(fù)按鍵開關(guān)，K2為常閉型自恢復(fù)按鍵開關(guān)，按下K1時(shí)啟動(dòng)繼電器J0的線圈通電，J0的常開觸點(diǎn)J0-1和J0-2閉合，K1斷開后J0線圈保持通電狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行指示燈L亮，指示當(dāng)前系統(tǒng)供電正常，同時(shí)給直流開關(guān)電源RL 提供AC220 V 供電，PLC 電源實(shí)現(xiàn)通電。第一繼電器常開觸點(diǎn)J1與電磁吸盤YH1相連，第二繼電器常開觸點(diǎn)J2與電磁吸盤YH2相連，所有n個(gè)電磁吸盤分別與對(duì)應(yīng)的繼電器常開觸點(diǎn)相連，電磁吸盤通電后可對(duì)鐵磁性金屬管件進(jìn)行吸附。報(bào)警器BJQ用于實(shí)現(xiàn)一批次管件測(cè)試結(jié)束后的聲光報(bào)警。

圖3 自動(dòng)檢測(cè)傳送裝置供電電路

2.2 PLC控制原理

圖4所示為自動(dòng)檢測(cè)傳送裝置PLC控制電路，PC機(jī)可通過RS485通訊方式與PLC通訊，對(duì)PLC進(jìn)行上位機(jī)控制，同時(shí)3 個(gè)相機(jī)XJ1、XJ2和XJ3通過USB 通訊方式與PC連接，可將相機(jī)拍攝的管件表面照片上傳至PC 機(jī)，供PC 機(jī)進(jìn)行缺陷圖像分析，同時(shí)PC 機(jī)可對(duì)外控制相機(jī)拍照。PLC可通過另一RS485端口控制變頻器BPQ，從而控制三相電機(jī)M 運(yùn)轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，并設(shè)置轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，進(jìn)一步控制管件傳送裝置運(yùn)行。

PLC的I0.0 輸入端與接近傳感器SENSOR 的信號(hào)輸出端OUT 相連，PLC 的輸入公共端IM 與SENSOR的公共端相連，SENSOR 的另一端與開關(guān)電源RL 輸出的24 V+接線端相連，當(dāng)接近傳感器檢測(cè)到有管件到達(dá)檢測(cè)區(qū)時(shí)，接近傳感器向PLC的I0.0端發(fā)送一開關(guān)量信號(hào)，PC 機(jī)監(jiān)測(cè)到PLC 接收到該信號(hào)后通過USB 端口控制3 個(gè)相機(jī)同時(shí)拍照，記錄管件表面在3個(gè)方向上的數(shù)字照片，進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)字分析與缺陷識(shí)別。PLC 輸出公共端IL 與開關(guān)電源RL 直流輸出GND 端相連，開關(guān)電源RL 的24 V+直流輸出端與控制n個(gè)電磁吸盤的繼電器J1，J2，…，Jn相連，為繼電器提供直流工作電源，n個(gè)繼電器線圈的另一端分別與PLC 輸出端Q0.0，Q0.1，…，Qx相連。PLC 的Q0.0輸出端與交流繼電器J 線圈一端相連，通過控制J 的得失電控制傳送裝置電機(jī)和變頻器供電狀況，Qx+1輸出端用于控制報(bào)警器報(bào)警。PLC 通過控制內(nèi)部輸出端Q0.1，…，Qx觸點(diǎn)閉合狀態(tài)進(jìn)而控制繼電器J1、繼電器J2、…、繼電器Jn觸點(diǎn)開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁吸盤的控制。

圖4 自動(dòng)檢測(cè)傳送裝置PLC控制電路

PLC 通電開機(jī)后，除Q0.0和Qx+1外，所有輸出觸點(diǎn)閉合，各個(gè)電磁吸盤處于通電吸附狀態(tài)，電機(jī)帶動(dòng)鏈輪處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，檢測(cè)人員將待測(cè)管件掛上電磁吸盤后操作PC機(jī)控制PLC使Q0.0輸出端閉合，鏈輪開始運(yùn)轉(zhuǎn)。若PC機(jī)圖像分析發(fā)現(xiàn)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的某管件熒光高光譜表面存在表面裂紋等缺陷，認(rèn)為可報(bào)廢時(shí)，則經(jīng)過一定時(shí)間后PC 機(jī)控制PLC 將該管件對(duì)應(yīng)的輸出端口斷開，控制對(duì)應(yīng)的繼電器線圈失電，使圖3中繼電器常開觸點(diǎn)斷開，進(jìn)一步控制該管件相連的電磁吸盤失電，管件掉入廢品存放區(qū)。

2.3 管件分揀實(shí)例

以電磁吸盤YH2 吸附的管件檢測(cè)為例，若該管件為不合格產(chǎn)品，該產(chǎn)品進(jìn)入檢測(cè)區(qū)被接近傳感器檢測(cè)到，經(jīng)相機(jī)XJ1、XJ2和XJ3拍照后PC機(jī)圖像分析發(fā)現(xiàn)該管件滲透檢驗(yàn)不合格，即熒光高光譜表面分析存在缺陷，則PC 端應(yīng)用軟件判斷該管件需報(bào)廢，經(jīng)過一定時(shí)間t1待該管件剛好被傳送到廢品存放區(qū)時(shí)，PC 機(jī)通過RS485 通訊方式控制PLC 將該廢品管件對(duì)應(yīng)的Q0.2輸出端與輸出公共端IL斷開，控制對(duì)應(yīng)的繼電器J2線圈失電，使圖3中繼電器J2的常開觸點(diǎn)斷開，則電磁吸盤YH2失電，管件掉入廢品存放區(qū)，實(shí)現(xiàn)廢品的分揀。

以電磁吸盤YH1吸附的管件檢測(cè)為例，若該管件為合格產(chǎn)品，該產(chǎn)品進(jìn)入檢測(cè)區(qū)被接近傳感器檢測(cè)到，經(jīng)相機(jī)XJ1、XJ2和XJ3拍照后PC機(jī)圖像分析發(fā)現(xiàn)該管件滲透檢驗(yàn)合格，即熒光高光譜表面分析未檢測(cè)出缺陷，則PC 端應(yīng)用軟件判斷該管件為成品件，經(jīng)過一定時(shí)間t2（t2＞t1）后該管件剛好被傳送到成品區(qū)，PLC中該管件對(duì)應(yīng)的Q0.1輸出端與輸出公共端IL始終閉合，繼電器J1線圈通電，圖3中繼電器J1的常開觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，電磁吸盤YH1通電，一直吸附該管件進(jìn)入成品區(qū)。

2.4 測(cè)試報(bào)警原理

測(cè)試時(shí)，PC 機(jī)可控制PLC，進(jìn)而控制變頻器參數(shù)，改變電機(jī)M 的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而控制傳動(dòng)裝置的管件傳輸速度。接近傳感器SENSOR通過輸出信號(hào)給PLC 的I0.0端口提供IO 計(jì)數(shù)信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于本批次待檢管件數(shù)量時(shí)，經(jīng)一定時(shí)間待最后一個(gè)管件進(jìn)入廢品存放區(qū)（若檢驗(yàn)不合格）或成品區(qū)（若檢驗(yàn)合格）后，PLC 控制輸出端Q0.0斷開，電機(jī)M 帶動(dòng)鏈輪停轉(zhuǎn)，本批管件表面缺陷高光譜檢驗(yàn)結(jié)束，與此同時(shí)PLC通過Qx+1端口控制報(bào)警器BJQ報(bào)警，提示操作人員本批次檢測(cè)結(jié)束。

3 結(jié)束語

管件表面缺陷高光譜自動(dòng)檢測(cè)傳送裝置通過PLC自動(dòng)控制，可用于管件高速自動(dòng)輸送，提高了檢測(cè)的自動(dòng)化水平。通過多個(gè)相機(jī)從不同角度對(duì)關(guān)鍵表面拍照，進(jìn)行機(jī)器視覺缺陷判斷，有利于提高缺陷判斷準(zhǔn)確率。傳送裝置采用環(huán)形流水線設(shè)計(jì)，占用空間小。該檢測(cè)裝置有效避免了人工肉眼檢測(cè)時(shí)效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣等問題。