消除自动超声检测信号往复错位的方法及编码传输装置
阅读说明：本技术 消除自动超声检测信号往复错位的方法及编码传输装置 (Method for eliminating reciprocating dislocation of automatic ultrasonic detection signal and coding transmission device ) 是由 余小侠 王羽翀 林百涛 滕木 彭恭斌 丁松 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了消除自动超声检测信号往复错位的方法及编码装置,包括如下步骤：准备工作；对被检部件进行预检测,并保存预检测超声数据；对预检测超声数据进行分析；检测过程中,编码采集输入端口采集所有电机运动编码,并传输至信号转换模块；信号转换模块将增量式光电编码器所产生的差分信号转换为超声仪可以接受的单端信号；转换后的单端信号将全部输送至通道选择模块。本发明的有益效果在于：(1)原理简单,实现成本小；(2)集成度高；(3)参数可调节,适用范围广,通过预留参数修改超声信号错位值,自动计算以控制新编码传输装置在恰当的时机打开或关闭编码传输,以达到消除错位的目的。(The invention discloses a method for eliminating reciprocating dislocation of automatic ultrasonic detection signals and a coding device, comprising the following steps: preparing; pre-detecting the detected component and storing pre-detected ultrasonic data; analyzing the pre-detection ultrasonic data; in the detection process, the code acquisition input port acquires all motor motion codes and transmits the motor motion codes to the signal conversion module; the signal conversion module converts the differential signal generated by the incremental photoelectric encoder into a single-ended signal which can be accepted by the ultrasonic instrument; the converted single-ended signals are all transmitted to the channel selection module. The invention has the beneficial effects that: (1) the principle is simple, and the implementation cost is low; (2) the integration level is high; (3) the parameters are adjustable, the application range is wide, the ultrasonic signal dislocation value is modified through the reserved parameters, and the code transmission is automatically calculated to control the new code transmission device to open or close the code transmission at proper time, so that the purpose of eliminating dislocation is achieved.)
技术领域
本发明属于自动超声无损检测技术领域，具体涉及一种消除自动超声检测信号往复错位的方法及编码传输装置。
背景技术
核电站的一回路系统包容了反应堆运行时的高温高压冷却介质，如一回路系统设备出现破损泄漏，将可能引起计划外的临时停堆造成巨额经济损失，严重时甚至发生核泄漏事故，故必须保障核电站一回路设备、管道的质量和安全，在一回路设备、管道建造、运行的不同阶段，定期对一回路设备、管道进行无损检测。国家相关法规中明确指出需要根据相关规范对关键设备作相应的无损检测，如：超声、目视、渗透等。
自动超声检测不仅可以节省人力，也更能保证检测的重复性、检测结果的可靠性和准确性，越来越普遍地应用于各个核电厂。
自动超声检测装置多采用电机通过传动机构带动超声探头，在被检部件表面进行往复运动的形式实施检测，如图1所示；受自动超声检测装置自身刚度以及传动机构间隙等因素的影响，自动超声检测时会出现：在每一步检测开始时电机已运动一段距离，电机位置编码信号也已发送至超声仪，但探头并未开始运动的情况，如此便会导致自动超声检测信号往复出现错位的问题，如图2和图3所示；为保证超声检测位置信息的准确性、检测结果的有效性，必须采取必要措施消除信号往复错位的问题。
受被检部件安全等级、检测规范，以及尺寸、形状、外部轮廓和周边环境等因素影响，自动超声检测装置往往需要作适配性设计，如此便会出现各类自动超声检测装置，不同的自动超声检测装置信号往复错位的大小会不尽相同；实践表明，既使是同一类自动超声检测装置，在面对不同的检测对象时，受安装条件的影响，信号往复错位的程度也会有差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除自动超声检测信号往复错位的方法及编码装置，通过软硬件结合，实时调节参数，消除不同自动超声检测装置在不同应用场景下的信号往复错位。
本发明的技术方案如下：一种消除自动超声检测信号往复错位的方法，包括如下步骤：
步骤一：准备工作，连接自动超声检测装置；
步骤二：在不采取任何修正措施的情况下，对被检部件进行预检测，并保存预检测超声数据；
步骤三：对预检测超声数据进行分析，通过关键结构信号判断超声往复信号错位值；
步骤四：将步骤三中得到的超声往复信号错位值输入控制软件，作为判断指令的重要依据，在修正模式下再次对被检部件进行检测；
步骤五：检测过程中，编码采集输入端口采集所有电机运动编码，并传输至信号转换模块；
步骤六：信号转换模块将增量式光电编码器所产生的差分信号转换为超声仪可以接受的单端信号；
步骤七：转换后的单端信号将全部输送至通道选择模块；
步骤八：在每一步扫查的初始阶段，上游控制卡会连续判断电机发送的位置编码与步骤四中向控制软件输入的超声往复信号错位值是否相当，当二者相当时，上游控制卡发出控制指令，控制指令经上游控制端口和控制指令输入端口传输至通道选择模块，通道选择模块按照控制指令的要求有选择性地打开相应通道，位置编码信号继续传输；
步骤九：经通道选择模块继续传输的位置编码信号，最终通过光耦隔离模块和编码输出端口发送至超声仪，以实现自动超声检验信号往复错位的修正。
所述的步骤一中自动超声检测装置包括机械装置、电气控制系统以及超声数据采集系统。
所述的步骤七中，默认情况下，通道选择模块全部处于关闭状态，编码信号不会继续传输；
所述的步骤八中，被打开的位置编码传输通道会一直持续导通到当前扫查步数检测结束后自动关闭。
编码传输装置，具体包括：编码输入端口，信号转换模块，控制指令输入端，通道选择模块，光耦隔离模块及编码输出端口；
所述的编码输入端口连接电机位置信息编码，把电机位置信息编码传输至信号转换模块；
所述的信号转换模块将电机位置信息编码转换成超声仪能够接收的形式，并将转换后的电机位置信息编码传输至通道选择模块；
所述的控制指令输入端口连接上游控制端口，接收控制指令并传送至通道选择模块；
所述的通道选择模块接收转换后的电机位置信息编码和控制指令；
所述的光耦隔离模块具有隔离电磁噪声的作用，同时包括阻抗匹配电路，以减少编码信号的反射，保证编码信号的质量；
所述的编码输出端口连接超声仪的编码输入端口，将修正后的信号输出至超声仪。
所述的通道选择模块根据检测需求，从多个转换后电机位置编码信息中选择需求的一个和多个转换后的电机位置编码信息。
所述的通道选择模块接收控制指令，在打开或关闭编码发送，保证发送至超声仪的编码与探头运动同步、等距。
所述的通道选择模块所接收的控制指令，可根据实际情况调节，以适用多种自动自动检测装置、多种应用场景。
本发明的有益效果在于：通过本发明所述方法，解决了自动超声检测过程中因自动超声检测装置刚度或传动机构间隙等因素所导致的信号往复错位问题，具有如下优点：
(1)原理简单，实现成本小：硬件方面不改动现有自动超声检测装置的机械装置结构和电气控制系统，只需替换原有编码传输装置；软件方面增加判断指令和通道选择指令；
(2)集成度高：本方法所述编码传输装置，集成了编码采集、信号转换、编码通断控制、编码通道选择、编码传输噪声隔离、编码传输以及阻抗匹配等功能；
(3)参数可调节，适用范围广，通过预留参数修改超声信号错位值，自动计算以控制新编码传输装置在恰当的时机打开或关闭编码传输，以达到消除错位的目的。因参数可修改，此方法适用于多种设备的多种应用场景。
附图说明
图1为往复扫查示意图；
图2为往复扫查信号错位示意图；
图3为往复扫查正常信号示意图；
图4为本发明所提供的编码传输装置示意图；
图5为本发明所提供的一种消除自动超声检测信号往复错位的方法流程图。
图中，①：第一步扫查轨迹线，②：第一步步进轨迹线，③：缺陷，④：往复扫查错位信号，⑤：往复扫查正常信号。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
为解决上述技术问题，本发明从需求出发，改进现有编码传输装置，提供了一种新式编码传输装置，在现有自动超声检测装置的机械装置结构和电气控制系统的保持不变的基础上，在原编码传输装置增加通道选择模块，构成新的编码传输装置。
相应的，增加判断指令和通道选择指令，判断指令预留可变参数端口，可根据自动超声检测信号往复错位值修改参数。上游控制卡根据判断指令对实时采集的电机位置编码信号进行分析判断，并根据判断结果向编码传输装置发送通道选择指令，以实现在恰当的时机打开或关闭编码发送。
图4所示，编码传输装置，具体包括：
编码输入端口：连接电机位置信息编码，把电机位置信息编码传输至信号转换模块；
信号转换模块：将电机位置信息编码转换成超声仪能够接收的形式，并将转换后的电机位置信息编码传输至通道选择模块；
控制指令输入端口：连接上游控制端口，接收控制指令并传送至通道选择模块；
通道选择模块：接收转换后的电机位置信息编码和控制指令，实现两大功能：1.根据检测需求，从多个转换后电机位置编码信息中选择需求的一个和多个转换后的电机位置编码信息；2.接收控制指令，在恰当的时机打开或关闭编码发送，保证发送至超声仪的编码与探头运动同步、等距。同时，通道选择模块所接收的控制指令，可根据实际情况调节，以适用多种自动自动检测装置、多种应用场景；
光耦隔离模块：具有隔离电磁噪声的作用，同时设计阻抗匹配电路，以减少编码信号的反射，保证编码信号的质量；
编码输出端口：连接超声仪的编码输入端口，将修正后的信号输出至超声仪。
如图5所示，一种消除自动超声检测信号往复错位的方法，包括如下步骤：
步骤一：准备工作，连接自动超声检测装置，包含机械装置、电气控制系统以及超声数据采集系统等；
步骤二：在不采取任何修正措施的情况下，对被检部件进行预检测，并保存预检测超声数据；
步骤三：对预检测超声数据进行分析，重点分析预检测超声数据中所反馈的被检部件固定结构信号相邻两步在扫查方向上的位置偏差，将此位置偏差除以2即得到超声往复信号错位值；
步骤四：将步骤三中得到的超声往复信号错位值输入控制软件，控制软件接收到此超声往复信号错位值后，将控制通道选择模块在每一步扫查的起始阶段丢弃与错位值相等的位置编码信号；在修正模式下再次对被检部件进行检测；
步骤五：检测过程中，编码采集输入端口会采集所有电机运动编码，并毫无遗漏的传输至信号转换模块。
步骤六：信号转换模块将增量式光电编码器所产生的差分信号转换为超声仪可以接受的单端信号；
步骤七：转换后的单端信号将全部输送至通道选择模块，默认情况下，通道选择模块全部处于关闭状态，编码信号不会继续传输；
步骤八：在每一步扫查的初始阶段，上游控制卡会连续判断电机已发送的位置编码与步骤四中向控制软件输入的超声往复信号错位值是否相等，当二者相等时，上游控制卡才会发出控制指令，控制指令经上游控制端口和控制指令输入端口传输至通道选择模块，通道选择模块按照控制指令的要求有选择性地打开相应通道，位置编码信号才会继续传输。被打开的位置编码传输通道会一直持续导通到当前扫查步数检测结束后自动关闭。
步骤九：经通道选择模块继续传输的位置编码信号，去除了每一步扫查起点时因传动间隙或机械刚性引起的偏差位置编码信号，是对探头移动距离和速度的真实反馈，最终通过光耦隔离模块和编码输出端口发送至超声仪，以实现自动超声检验信号往复错位的修正。
本发明涉及超声无损检测技术领域，公开了一种消除自动超声检验信号往复错位的方法及其编码传输器装置。硬件方面具体结构包括编码输入输出端口、信号转换模块、光耦隔离模块、编码选择模块、控制指令输入端口等模块。软件方面增加判断指令和通道选择指令。当超声往复信号显示的缺陷位置与实际缺陷位置发生错位时，通过本发明所述方法修改超声信号错位值，软件自动计算以控制通道选择模块在恰当的时机打开或关闭编码发送，以达到消除往复信号错位的目的。
通道选择模块可实现对多路信号进行选择输出；
判断指令和通道选择指令预留可变参数端口，适用于多种自动超声检验装置的多种应用场景。当信号发生错位时，根据实际超声信号往复错位值，通过软件预留参数端口修改超声信号错位值，软件自动计算以控制新编码发送器在恰当的时机打开或关闭编码发送，达到消除信号错位的目的。
实施例：
国内某电站一回路有一柱状主设备需进行自动超声检验，为实现该柱状主设备内表面自动超声轴向(沿柱状主设备旋转中心轴方向)和周向(沿柱状主设备圆周方向)检验，特设计自动检验设备一套。该设备共有3个运动轴，分别为：高度调节轴Z，周向旋转轴A，轴向扫查轴C。每个轴均由单独电机驱动，其中高度调节轴Z只用于调节该自动检验装置相对柱状主设备的位置，不直接参与扫查，Z轴电机编码不作为位置信息发送至超声仪；轴向扫查轴C和周向旋转轴A组成扫查部件，联合驱动超声探头完成扫查轨迹运动。超声探头安装于扫查部件的轴向扫查轴C上，轴向扫查轴C包含超声探头一起安装于周向旋转轴A上，最后扫查部件(包含A轴和C轴)以及探头一起安装于高度调节轴Z上。
周向扫查时：A轴作为扫查轴，C轴作为步进轴，故A轴电机编码发送给超声仪(注：电机运动编码为增量式高低电平信号，正向运动时超声仪每接收到一个高电平信号时计数器加1，反向运动时超声仪每接收到一个高电平信号时计数器减1)作为扫查方向位置信息，C轴电机编码发送给超声仪作为步进方向位置信息。轴线扫查时：C轴作为扫查轴，A轴作为步进轴，故C轴电机编码发送给超声仪作为扫查方向位置信息，A轴电机编码发送给超声仪作为步进方向位置信息。
但该设备实际使用过程中发现，轴向扫查轴C因为传动结构中使用了多个齿轮进行减速，齿轮之间啮合存在间隙，最终导致：C轴电机换向运动(如电机有顺时针旋转变为逆时针旋转)后的前2～4mm范围内，因为齿轮间隙的存在，电机虽已运动，电机编码也已发送至超声仪，但此时探头并未发生移动，而原编码发送装置只能实时采集并发送电机运动编码，无法对电机运动编码进行处理，即使出现电机运动而超声探头未运动的情况，原编码发送装置也依然会实时发送电机运动编码至超声仪，如此便会让超声仪错误地认为超声探头已发生运动，如此就会出现超声信号往复错位。同时还发现，每次重新安装该检验设备后，该间隙也不尽相同。
若此时引入本发明所述自动超声检验信号错位消除方法就可解决上述问题。
对于周向扫查，因扫查轴为A轴，故扫查过程中A轴往复运动，C轴作为步进轴，始终只往一个方向运动，不存在换向运动，齿轮间隙不会导致往复信号错位。此时只需设置A轴电机运动编码为扫查编码，C轴电机运动编码为扫查编码，调节参数为0即可。
对于轴向扫查，扫查轴为C轴，存在换向运动，故必须加以修正。此时需设置C轴电机运动编码为扫查编码，A轴电机运动编码为扫查编码，调节参数根据实测值进行设置，具体操作步骤如下：
(1)设置调节参数为0，对柱状主设备进行轴向扫查，并保存超声数据；
(2)分析第一步所获取的超声数据，结合柱状主设备上已有关键标记点或特征结构，得到第一步所获取的超声数据位置信息与柱状主设备实际尺寸间的差值(例如：3mm)；
(3)设置调节参数为3mm，重新进行轴向扫查，并保存数据；
(4)此时，编码发送装置便开始运作：在每一次C轴电机换向后向正方向运动的0～3mm区间内，C轴电机发生运动，C轴电机运动编码也会被编码发送装置采集，但编码发送装置受上游指令控制：在0～3mm内，采集到的C轴电机运动编码并不会发送至超声仪，只有当上游指令判断C轴电机运动距离超过3mm时，C轴电机运动编码发送通道才会被打开，此时探头恰好开始运动，超声仪位置编码计数器由0开始累加计数，如此便保证超声仪接收到的位置信息与超声探头运动距离相同；同理，在每一次C轴电机换向后向反方向运动的0～3mm区间内C轴电机发生运动，C轴电机运动编码也会被编码发送装置采集，但编码发送装置受上游指令控制：在换向后的0～3mm内，采集到的C轴电机运动编码并不会发送至超声仪，只有当上游指令判断换向后C轴电机运动距离超过3mm时，C轴电机运动编码发送通道才会被打开，此时探头恰好开始运动，超声仪位置编码计数器由“正向运动后累加得到的位置编码最大值”开始累减计数，如此便保证超声仪接收到的位置信息与超声探头运动距离相同；
(5)再次分析设置调节参数为3mm后所采集的超声数据，判断信号往复错位是否已消除，若未消除则重复上述步骤。