大型压力容器主螺栓孔激光检测系统研究

闫登强 欧星海

湖南省特种设备检验检测研究院衡阳分院 湖南衡阳 421000

根据国家能源局调查研究结果表明，截止至2019年上半年非石化能源发电量上涨58.4%，其中核电站清洁能源增强的5.3%左右，在这种情况下，进一步促进核电的高质量开发，有利于对我国整个能源结构进行优化调整。

1 大型压力容器主螺栓孔激光检测系统的总体设计方案

1.1 检测系统的技术性能指标和功能需求

在本次研究汇总，将某核电站某堆型的大型压力容器的主螺栓孔作为研究对象，在法兰接合面中分为45个主螺栓盲孔，以8个角度分布，型号为M177.8*6.35、螺纹孔的长度、螺纹旋和长度一击主螺栓孔的分布直径分别为311.2mm、237.5mm和4406.9mm。

1.2 检测系统方案的总设计

在本次检测系统方案的设计中，采用三角测量原理中的线结构光法获取螺纹表面三维形貌。传统的线激光位移传感器通常只可以测量一次，换句话说，就是只能获取螺纹表面中某一个点的信息，如果想获取整个螺栓孔螺纹区域内的三维形貌，可以通过向其中放置两个伺服电机的方式，利用这两个伺服电机，使主螺栓孔的圆周方向可以进行旋转运动、螺栓孔轴方向可以进行竖直运动。同时，应将微型摄像头安装在激光传感器的附近，利用摄像头及时捕捉各个时期的图像[1]。另外，可以将能够移动的小车安装在测量装置，并将其沿压力容器法兰面进行安装，而后利用伺服电机驱使小车进行运动，再于开关按钮进行配合，对小车的位置进行实时定位，搭建无线局域网络，从而实现远程控制。

2 大型压力容器主螺栓孔激光检测系统的实现

2.1 硬件模块

利用三维设计软件，设计大型压力容器主裸螺栓孔激光检测系统中的硬件，见图1。

图1 大型压力容器主螺栓孔激光检测系统三维设计图正面

其中工控机作为检测系统的下位机器，外设接口非常多，其中包括USB接口、串行接口、CAN接口和LAN接口等，利用这些接口可以与其他硬件设备进行联通，而后实现通信的目的。

在整个激光检测系统中，有4个主要的硬件模块，其实现如下：第一：激光检测模块：选择能够满足检测系统指标需求的2D激光传感器；第二：二维运动平台伺服模块：采用建模分析的方法，合理的选择滚珠丝杠、伺服电机、旋转平台等硬件的型号；第三：移动小车模块：对小车进行三维建模设计，而后进行硬件选型；第四：自动定位模块：对胀塞机构进行三维建模设计，按照自动定位控制的原理，选择设备的型号。

2.2 软件设计

对于大型压力容器主螺栓孔激光检测系统来说，若想能够实现远程检测，同时实现自动化定位、全面自动化扫描、数据传输以及数据保存等功能，必须要进行检测系统的软件设计，而软件设计也相对比较复杂，其必须要满足以下功能和特征需求。

首先，开始检测前，必须要确保所有硬件功能都能够正常运行，为了能够更加方便的进行调试，在检测系统中应设置能够手动操作的接口或者按钮，这样以来就能够单独完成一些特定的操作；其次，软件功能保证可以快速进行改变测量参数、快捷设置等功能，使其能够保存到固有的配置文件中，而且可以提供记忆功能；第三，软件功能对激光检测系统的整个扫描过程进行实时监测，其中主要包括实时监控界面、扫描动画等；最后，软件需要具备兼容性和可移植性，确保其能够在不同系统条件下运行[2]。

2.3 激光检测系统各个软件模块的实现

整个压力容器主螺栓孔激光检测系统均采用Client/Server架构，其属于一种软件开发的常用架构。通过合理的分配，减少系统的通讯开销，而后完成检测任务。

在检测系统软件中，客户端与服务端两个不同端口的功能侧重点也有所差异，而且通过无线通讯的方法进行数据交换，通过相互配合完成闭环检测功能。

3 结语

综上所述，本文在理论研究的基础上，设计一套大型压力容器主螺栓孔检测系统，而后利用SolidWorks对主螺栓孔激光检测系统硬件进行三维设计，而后在其中配置实物，设定特定的软件功能，在整个系统中实现了硬件和软件的集成。最终通过对真实的工作场景进行模拟，所设计的主螺栓激光检测系统在实际使用过程中取得了良好的检测效果。