專利名稱：轉(zhuǎn)子膛孔檢查系統(tǒng)的制作方法
本申請主題與1987年7月30日提交的并已公開的美國專利申請相關(guān)，其序號為No.07/079，860，題為“用超聲波和渦電流組合檢查管道的裝置和方法”(Apparatus And Method for Providing A Combined ultrasonic And Eddy Current Inspection of A Tube)。
本發(fā)明目的是針對用于超聲波檢查在一伸長軸，(例如透平機(jī)軸或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子)中的膛孔的一套檢查系統(tǒng)。
大型機(jī)械的轉(zhuǎn)子軸通常設(shè)有一軸向的膛孔，這種軸無論在制造過程或是在投入使用以后一定時期內(nèi)都必須易于進(jìn)行仔細(xì)的檢查，以便查出在制造過程中發(fā)生的，或在運(yùn)行一定期間后出現(xiàn)的缺陷，這些缺陷會導(dǎo)致設(shè)備早期失效，并可能引起災(zāi)難性后果。
為進(jìn)行各種測試已提出并制成各種改進(jìn)的系統(tǒng)，每種都是針對檢查一項具體類型的缺陷而設(shè)計的，這種類型的各系統(tǒng)包括那些用超聲波和渦電流來實(shí)現(xiàn)的各種檢查，這些型式的檢查需要一個傳感器組件沿著轉(zhuǎn)子軸線穿過該膛孔移動，且該組件同時還繞軸轉(zhuǎn)動。
這類系統(tǒng)在例如美國專利No.3，960，006、4，699，008和4，757，716中有的闡述。
在這些專利中所公開的各系統(tǒng)能夠產(chǎn)生有用的結(jié)果，同時也具有某些缺點(diǎn)，例如，已知的各系統(tǒng)不能使一個傳感器在一足夠穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)下，以便取得最佳的精確讀數(shù)。此外，在測量開始之前必須對這類系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，而已知的這些校準(zhǔn)程序是需要花費(fèi)時間的，并且容易導(dǎo)致測量結(jié)果的某些不準(zhǔn)確性。還有，在這些已知系統(tǒng)中，該檢查系統(tǒng)的正確定位是件困難和耗時的工作。
本發(fā)明的主要目的在于提供一個新型的轉(zhuǎn)子膛孔檢查裝置，它減少了所述的這些缺點(diǎn)和缺陷。
本發(fā)明的一個具體目的是提供一個在測量操作過程中能夠更好地對傳感器頭的位置進(jìn)行檢測的系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個目的是，提供在早于測量工作開始之前簡化并加快對系統(tǒng)的校準(zhǔn)工作。
本發(fā)明的另一個目的是，在測量操作期間更為靈活和準(zhǔn)確地控制該傳感運(yùn)動。
本發(fā)明還有一個目的是，使所提供的系統(tǒng)易適應(yīng)在寬范圍變化的轉(zhuǎn)子尺寸。
按照本發(fā)明可達(dá)到上述和其他目標(biāo)，在于為檢查一個具有一軸向膛孔的細(xì)長圓柱體提供一個裝置，該裝置包括一個載有至少一個強(qiáng)力傳感器的頭部組件，用于監(jiān)測該本體的特性;一個支撐該頭部組件的驅(qū)動桿;以及一個設(shè)置在該本體外面的驅(qū)動單元，并且它支持著該桿以使該頭部組件運(yùn)動沿著該膛孔的軸線移動并繞著膛孔軸線轉(zhuǎn)動;借助于提供一個器件以支撐該驅(qū)動單元使驅(qū)動桿的軸線沿該膛孔軸線定位，該器件包括第一裝置，用于從該本體上支撐該器件以致使第一裝置相對于該本體具有一固定位置，以使該器件相對于包含膛孔軸線的垂直平面具有一限定的位置;第二裝置，為該驅(qū)動單元定界一支撐表面;以及耦合在第一和第二裝置之間的一個機(jī)構(gòu)，用于把第二裝置相對于第一裝置垂直地位移，以把第二裝置帶到相對于包含膛孔軸線的水平面的一個限定位置。
按照本發(fā)明進(jìn)一步達(dá)到各項目的，即當(dāng)把傳感器帶到與一校準(zhǔn)元件相聯(lián)合運(yùn)行進(jìn)行該裝置的校準(zhǔn)時，同時該校準(zhǔn)單元即處于相對于該傳感器的限定位置，這是借助于提供一個裝于第二裝置上的一個校準(zhǔn)元件支持單元完成的，它被用于支撐該校準(zhǔn)元件在接近于驅(qū)動單元的一個位置處，以及移動該校準(zhǔn)元件相對于第二裝置到相對于傳感器的該限定位置處。
按照本發(fā)明，該驅(qū)動單元還設(shè)有用于轉(zhuǎn)動該驅(qū)動桿的裝置，它包括一臺直流永磁電動機(jī)，它的軸耦合到驅(qū)動桿，具轉(zhuǎn)速按加于該電動機(jī)的直流操作功率成比例地旋轉(zhuǎn);電氣可控裝置，連接成向電動機(jī)提供運(yùn)行所需的直流動率;為提供代表所期望的電動機(jī)軸角位置和角速度的控制信號的裝置;以及反饋裝置，連接成取得代表該電動機(jī)的實(shí)際角位置和角速度的反饋信號;其中，為提供直流運(yùn)行功率的裝置被連接成接受控制信號和反饋信號，并工作于把供給電動機(jī)的功率在一個方向上調(diào)節(jié)到消除位置和速度的期望值與實(shí)際值之間的差。
進(jìn)一步按照本發(fā)明，提供直流電源給該電動機(jī)的裝置包括信號處理裝置，用于產(chǎn)生代表供給電動機(jī)的直流工作效率的直接模擬信號;信號放大器裝置，它具有可電氣控制的可變增益，該信號放大器裝置具有連接到接收信號處理裝置產(chǎn)生的直接模擬信號的一個信號輸入和一個信號輸出;接于信號放大器裝置的信號輸出終的功率放大器裝置，用于對電動機(jī)提供直接電源;在功率放大器裝置和電動機(jī)之間形成串聯(lián)電阻的裝置;以及控制信號放大器裝置增益的裝置，連接成便通過該電阻的電流保持在一選定值以下。


圖1為本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)透視圖;
圖2為本發(fā)明的驅(qū)動桿支座透視圖;
圖3為本發(fā)明的基準(zhǔn)角測量卡具透頂圖;
圖4為本發(fā)明的電動機(jī)控制系統(tǒng)方框圖;
圖5為本發(fā)明的電動機(jī)功率放大器的接線圖;
圖6a和4b為信號波形圖，說明按本發(fā)明進(jìn)行辦軸向驅(qū)動電動機(jī)的控制。
圖1說明本發(fā)明做的一個驅(qū)動箱支持結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，它被裝在轉(zhuǎn)子軸2的一端，該軸具有一個其軸線的膛孔4供檢測之用。該支持結(jié)構(gòu)包括一豎立的板6，在板6的上端設(shè)置一臺7，臺7上載有兩個與該結(jié)構(gòu)的豎向中心平面對稱布置銷釘8并設(shè)置在軸2的外圓周表面上，以便支撐該結(jié)構(gòu)使它的豎向中心平面與軸2的軸線相吻合。因?yàn)閮蓚€銷釘8都位于同一高度并且是對稱于該結(jié)構(gòu)的豎向中心平面設(shè)置的，他們將對該結(jié)構(gòu)起到準(zhǔn)自動找平、定中的作用。如果發(fā)現(xiàn)憑目視難于獲得這樣的定中，則可在板6上裝一找平器件，該器件指示各銷釘8在對軸2的關(guān)系上已定位于合適位置，也即板6的上表面若已完全水平，則該結(jié)構(gòu)即已正確，實(shí)現(xiàn)了水平定位。
板6與一個水平的平臺14形成一個剛體單元，該單元借助于一個螺旋機(jī)械相對于臺7做豎向移動，該螺旋機(jī)械包括一個螺旋軸18與臺7中的螺絲孔相嚙合。軸18靠支撐臺20和22保持與置放板6的相對位置關(guān)系，且臺20和22允許軸18旋轉(zhuǎn)，同時阻止軸18相對于板b的豎向運(yùn)動，軸18可被一手搖曲柄24人工地旋轉(zhuǎn)，使板和平臺14相對于臺7和銷釘8上升或下降。
板6還設(shè)有水平支撐28，用于保持板6與軸2的端部相接觸。此外，可在板6和平臺14之間緊固各對角線支撐(未示出)。
軸2可以設(shè)置一個接合環(huán)，它的截面和軸2一樣或至少等于膛孔4的內(nèi)直徑，板6即可對著它支撐。
平臺14支撐著檢查系統(tǒng)用驅(qū)動箱32，板6上設(shè)有一個大的中央孔30，以便讓支撐在箱32上的驅(qū)動桿33通過，驅(qū)動桿33載有檢查系統(tǒng)的傳感器組件。開孔30與支撐28處于同一水平。
板6附帶一個校準(zhǔn)部件支撐單元，由第一板34和一個角元件36組合而成，該第一板固定在板6中的一個水平槽內(nèi)，角元件則固定在板34中的豎向槽中。板34和元件36可通過包括一個導(dǎo)引螺絲38的一個常規(guī)機(jī)構(gòu)相對于板6作水平位移，而元件36可通過包括一個導(dǎo)引螺絲40的一個相似機(jī)構(gòu)相對于板34作垂直的位移。元件36可設(shè)置一個或幾個夾具42以固定一個校準(zhǔn)部件就位。
在把圖1所示的構(gòu)件按所述的方式放在軸2上以后，旋轉(zhuǎn)手搖曲柄使開孔30豎向?qū)?zhǔn)膛孔4的中心線，可用目視或借助合適的量規(guī)檢查所期望的對準(zhǔn)，該量規(guī)能指示已達(dá)合適位置，然后，如果必要的話，板6和/或支撐28即可被夾持到軸2上，以便保證在相繼的檢查過程中，該支撐結(jié)構(gòu)將保留在所期望的位置。
其次，關(guān)于該檢查裝置，它包括驅(qū)動箱32;驅(qū)動桿33和一個由桿33支持的傳感器，桿33要裝在平臺14上;以及一個標(biāo)準(zhǔn)的校正部件被裝在角元件36上，如果必要，可被夾持就位，一個常規(guī)型的校準(zhǔn)部件是一個具有與被檢查的膛孔相等直徑的一個開孔的金屬本體，并在相應(yīng)于膛孔表面的表面中設(shè)置諸如多個有造深度的洞。當(dāng)一個傳感器頭對該表面進(jìn)行掃描時，它的輸出信號能和先前取得的校準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，于是指示出該傳感器頭及其附屬電路是否已被正確地校準(zhǔn)。
按本發(fā)明所提供的校準(zhǔn)部件支持單元34、36能將校準(zhǔn)部件送到與受檢查的膛孔4對準(zhǔn)的位置，以致該校準(zhǔn)工作能隨著已就位的檢查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對一膛孔進(jìn)行檢查。這意味在校準(zhǔn)程序已被完成后，能把校準(zhǔn)部件取走，而無須改變檢查系統(tǒng)相對于該膛膛的位置。因此，在相繼的檢查程序中校準(zhǔn)工作將在以同一傳感器接觸壓力和相同的對準(zhǔn)條件下進(jìn)行，正是由于在相繼完成的校準(zhǔn)程序中，該檢查系統(tǒng)不必重行定位，讀誤差一個來源就此被消除。此外，本結(jié)構(gòu)使檢查程序在相同的掃描條件下實(shí)現(xiàn)，那些條件是在檢查過程中所被應(yīng)用的。
由于校準(zhǔn)部件支持結(jié)構(gòu)是水平和垂直方向可調(diào)的。故它能適應(yīng)于轉(zhuǎn)子膛孔尺寸一定的變化范圍，并且適應(yīng)校準(zhǔn)部件各種輪廓范圍。
在檢查過程期間，一個尺寸大小適于裝在轉(zhuǎn)子膛孔內(nèi)的傳感器頭組件由驅(qū)動桿33支撐著。為了保持驅(qū)動桿33與膛孔軸線對準(zhǔn)，可將各導(dǎo)筒固定到驅(qū)動桿上沿其縱向分開的位置處，這些導(dǎo)筒包括有放置其上的多個元件，他們相對于膛孔4的表面滑動，導(dǎo)筒的型式是為本技術(shù)領(lǐng)域所周知的。
為對驅(qū)動桿33提供附加的支撐，從驅(qū)動箱32后面伸出的與其相關(guān)的部分，按照本發(fā)明可以用一個支座支撐住，其中的一個實(shí)施例如圖2所示、該支座可置于圖1所示結(jié)構(gòu)的右側(cè)。
圖2所示支座包括一個底板50，該底板下設(shè)有多個水平的緩沖墊52，底板上載有被多個豎立支撐板56穩(wěn)固住的一個豎立的支撐管54，在管54內(nèi)有一個豎立支撐桿58，它載著一個支撐板60，接著，該支撐板60即支住一個軸承箱62，內(nèi)裝有一個可轉(zhuǎn)動導(dǎo)筒64，用于接受和支撐驅(qū)動桿33的后端，同時允許桿33轉(zhuǎn)動和軸向移動。該支座的高度可由一個螺母66進(jìn)行調(diào)節(jié)，該螺母則被置于管54的頂端并與桿58的外表面以螺紋嚙合。套筒64被銷定在一選定的角位上，這是用一個具有圓形銷定把手68的夾螺絲定位的。
如果需要，可用多個如圖2所示各支座可在圖1所示驅(qū)動箱32的后面排成一線。
為了使在本發(fā)明所期望型式的檢驗(yàn)過程期間所產(chǎn)生的讀數(shù)能與在膛孔4內(nèi)的具體位置準(zhǔn)確相應(yīng)，在檢查過程開始之前，必需確定在該軸一個基準(zhǔn)點(diǎn)相對于傳感器頭組件的基準(zhǔn)指向的起始角位置。通常，一個轉(zhuǎn)子軸或耦合在軸一端的配合器包括至少一個記號，通常采用一個洞的形式，對該檢查系統(tǒng)可把它用作零度基準(zhǔn)點(diǎn)。因此，如果已知在該基準(zhǔn)記號和該軸的軸線之間的斜度，則在一檢查過程期間產(chǎn)生的信息即能與在膛孔內(nèi)具體位置正確相關(guān)。
目前，為獲得這樣的基準(zhǔn)角采用了各種不同的技術(shù)，但是這些技術(shù)易受各種誤差源的影響，這對取得上述準(zhǔn)確相關(guān)增大了困難。
根據(jù)本發(fā)明，利用具有一基準(zhǔn)面的專用定位夾具可更準(zhǔn)確地確定該基準(zhǔn)角，將該基準(zhǔn)面相對于軸子軸的圓周，或一個耦合到軸上的配合器的圓周準(zhǔn)確地指向那一基準(zhǔn)記號或洞所在的位置。圖3為說明這樣一種定位夾具的較佳實(shí)施例，但應(yīng)指出，該夾具的細(xì)部結(jié)構(gòu)可根據(jù)這些被使用的記號性質(zhì)的不同而做改變。
圖3的示實(shí)施例所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是用于轉(zhuǎn)子軸2或耦合到其上的配合器上的，它至少有一個能當(dāng)做基準(zhǔn)記號用的洞70。按照本發(fā)明構(gòu)成的該夾具是一個角元件，它具有一個相對于轉(zhuǎn)子又作徑向延伸的腿72，和一個垂直于該腿而延伸的平臺74，腿72上設(shè)有容納一個帶帽78的銷釘?shù)募?xì)長槽76，該銷釘尺寸的確定要能使其穩(wěn)定地配合在洞70中，使得平臺74被切線方向地指到軸2或接到其上的一個配合器的圓柱表面上的一點(diǎn)處，該點(diǎn)與洞70的中心在徑向?qū)?zhǔn)成一線，為了幫助這種操作，可在平臺74下設(shè)置兩個球形定位球80，從圖3僅可見到其中之一，它們排列成當(dāng)在槽76中的銷釘被插到洞70中和兩個球形腳80停落在軸2的圓周表面上時，平臺74即被正確地定向。
然后，任意合適型式的角測量器件，例如市場上的數(shù)字量規(guī)即能被放在平臺74上，基準(zhǔn)角即可以從中讀出。然后，將該讀數(shù)置進(jìn)數(shù)字系統(tǒng)中，即可用于控制該傳感器/頭組件的運(yùn)運(yùn)。按借此得到的讀數(shù)調(diào)整沿轉(zhuǎn)子膛孔4表面上的位置。
當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子膛孔檢查時，傳感器/頭組件由該支撐桿載著，在沿膛孔軸線進(jìn)行的各步驟之前，首先回繞該膛孔軸線經(jīng)過多次旋轉(zhuǎn)至少轉(zhuǎn)過稍大于360°的角度。按照一個常規(guī)的方法一傳感器/頭組件交替地向相反方向轉(zhuǎn)動，以免將延伸在傳感器/頭組件和那些設(shè)備之間的各導(dǎo)線斷開，所述設(shè)備是指那些向傳感器/頭組件提供激勵信號和從其中收集信號的設(shè)備。
按照本發(fā)明，該傳感器/頭組件可以連續(xù)方式旋轉(zhuǎn)，同時，組件的角位置可高精定地檢測，允許組件每一旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時獲得準(zhǔn)確的測量。
在按照本發(fā)明的一個系統(tǒng)的操作中，特別是在找到一個缺陷之后，要想有效地提高傳感器/頭組件的轉(zhuǎn)速也是可能做到的。在這種情況下，停止連續(xù)旋轉(zhuǎn)，組件能在人工控制下旋轉(zhuǎn)，或者在計算機(jī)操作下旋轉(zhuǎn)，以把它帶到缺陷指示具有峰值之處的角位置，應(yīng)用一臺直流永磁伺服電動機(jī)響應(yīng)該連續(xù)信號而工作，即使能使該組件高度精確地就位，那末該組件的位置即能提供精確指示，指示出缺陷的準(zhǔn)確位置。
簡言之，本改進(jìn)是這樣取得的即，利用一臺直流永磁伺服電動機(jī)，它接受連續(xù)的激勵功率，并由此電動機(jī)的轉(zhuǎn)動取得準(zhǔn)確指示，由此指示而同時獲得位置信息和速度信息，然后利用這項信息通過反饋途徑而有效準(zhǔn)確地控制該電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)。已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動機(jī)根據(jù)位置和速度指示兩者進(jìn)行控制時，采用超聲波讀取數(shù)據(jù)，即能使傳感器的角位置保持到與所期望的角位置足夠吻合的地步，而允許傳感器連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
另一方面，如果數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，一般為一臺數(shù)字計算機(jī)控制系統(tǒng)能及時地使傳感器到達(dá)指定各點(diǎn)處確定的角位置，那么在傳感器頭的連續(xù)方式或甚至以相對高的速度旋轉(zhuǎn)的同時采用超聲波讀取數(shù)據(jù)，即能與產(chǎn)生這些讀數(shù)的轉(zhuǎn)子軸部分準(zhǔn)確地相應(yīng)。
圖4說明控制一臺直流永磁伺服電動機(jī)運(yùn)行的一個反饋系統(tǒng)。載有為一超聲波檢查系統(tǒng)用的傳感器/頭組件的驅(qū)動桿由直流永磁伺服電動機(jī)102來轉(zhuǎn)動，該電轉(zhuǎn)機(jī)有一根輸出軸104耦合到該驅(qū)動桿。該耦合可以是直接耦合，或經(jīng)過一齒輪組耦合，這決定于電動機(jī)102的速度和功率特性及傳感器所要旋轉(zhuǎn)的速度。在本發(fā)明所期望類型的一個系統(tǒng)中，是以傳感器頭的轉(zhuǎn)動速度來取得精確指示，每一傳感器是以最大速度1.25厘米/秒穿過該膛孔表面。
軸104還耦接到一個脈沖編碼器106上，該編碼器是一個圓盤，盤上設(shè)有一環(huán)孔陣布置成能通過光線。光通過這些孔射到一個光接收器108，它產(chǎn)生脈沖串式的電輸出，每個脈沖代表軸104預(yù)定的遞增轉(zhuǎn)動，其脈沖速率代表軸的轉(zhuǎn)動速度，該脈沖串輸入到計數(shù)器110和微分器112。
計數(shù)器110的輸出是一個計數(shù)信號，它的大小指示電動機(jī)軸104的角運(yùn)動偏離某一基準(zhǔn)位置的程度，同時從微分器112來的輸出信號其大小代表電動機(jī)軸104當(dāng)時的角速度，這些信號的每一個都被提供到一相應(yīng)的差值形成器114、116的減輸入端，它們的加輸入端連接成接受從數(shù)字控制器120來的信號。
數(shù)字控制器120受一臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制，從而提供代表所期望的電動機(jī)軸104的瞬時位置和速度的編程信號，從數(shù)字處理系統(tǒng)所提供的靈活性來看，這些信號可為所期望的任意波形。在最簡單的情況中，期望的位置信號將為一線性斜坡函數(shù)的形式，而期望的速度信號將具有恒定的幅值。
分別構(gòu)成位置和速度誤差信號的差值形成器114和116的輸出提供到一個合適的合并電路124，它將預(yù)定的加權(quán)函數(shù)合并這些信號以產(chǎn)生一合適的電動機(jī)控制信號。加權(quán)函數(shù)按本領(lǐng)域熟知的方式根據(jù)電動機(jī)102的特征為取得最佳位置控制而確定。由電路124所產(chǎn)生的誤差信號提供給一個電機(jī)放大器126，它優(yōu)越地向電動機(jī)102提供與電動機(jī)控制信號具有線性關(guān)系的操作功率。放大器126最好是一個高增益的設(shè)備。它將使電動機(jī)102激勵成在實(shí)際電動機(jī)位置和期望的電動機(jī)位置之間保持一小的基本上恒定的差值，使誤差值足夠地小到不致對合成的超聲波信號讀數(shù)的精確度產(chǎn)生不利影響。
按本發(fā)明的構(gòu)思，能夠進(jìn)一步取得加速度信號，可從微分器112中微分該速度信號，將合成的加速指示與控制器120提供的期望加速度比較，然后將合成的加速度差信號送到合并電路24，在其中應(yīng)用合適的加權(quán)，以此產(chǎn)生的信號加到電機(jī)放大器126中。
圖4中所描繪的電路部件可以是數(shù)字設(shè)備，在這種情況之下，從合并電路124輸出的信號在送到放大器126之前將進(jìn)行數(shù)-模轉(zhuǎn)換，另外，從計數(shù)器110、微分器112和控制器120來的輸出信號，全部經(jīng)過數(shù)、模轉(zhuǎn)換，在這種情況下，差值形成器114、116及合并電路124全是模擬設(shè)備。
數(shù)字控制器120除接收位置和速度信息外，還接收指示角基準(zhǔn)定值的信號，該角基準(zhǔn)定值確定在傳感器/頭組件與轉(zhuǎn)子軸之間的起始角位置?？稍跈z測程序開始之前，根據(jù)圖3所示夾具之助得到的讀數(shù)手動地設(shè)置該整定值。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步特性，電動放大器126構(gòu)成一線性型電動機(jī)放大器，以使其接收連續(xù)的模擬輸出信號，該信號的放大確定著輸入到電動機(jī)的功率電平。這樣一種放大器的好處在于，與其伴隨的信號不包括高頻分量，這種分量為一電氣噪聲源，它對超聲波傳感器提供的讀數(shù)起干擾作用。這種高頻噪聲有可能在諸如被一個脈沖寬度調(diào)制信號所控制放大器中產(chǎn)生。
當(dāng)應(yīng)用這樣一種線性放大器激勵一臺電動機(jī)時，期望應(yīng)用電流限制器，以便保護(hù)該電動機(jī)和它所驅(qū)動的機(jī)械系統(tǒng)。如果該系統(tǒng)遇到譬如說什么障礙，它將增加電機(jī)上的機(jī)械負(fù)荷，由此而引起送入它的電流增大。已知的有效電流限制器為包括一個敏感電阻和一個晶體管構(gòu)成的電路，敏感電阻監(jiān)視提供到電動機(jī)的電流。晶體管則在電流電平超過一預(yù)選定值時提供導(dǎo)通，以便耗散過量的電流。不過，采用這種安排，該過量電流必須由放大器自身消耗掉，而這將導(dǎo)致放大器所不期望的加熱。
本發(fā)明提供出一種新的電流限制系統(tǒng)，它有效地保護(hù)該電動機(jī)而不需放大器實(shí)行的那種電流消耗作用。
圖5說明本發(fā)明的一種電動放大器的較佳實(shí)施例，該電路包括一個緩沖放大器140連接成接受圖4的合并電路124提供的模擬信號;一個數(shù)字控制放大器142和一個功率放大器144，串級排列。
在圖5所示系統(tǒng)的運(yùn)行中，從圖4的合并電路124來的一個低電平信號被提供到緩沖放大器140的輸入端并在放大器122中受到放大。放大器142放大的信號提供到功率放大器144，它的輸出代表驅(qū)動電動機(jī)102使之工作在電路124提供的信號的指示的轉(zhuǎn)速下所需的功率電平，放大器142提供一相對的低電平信號給放大器144。
在放大器144的輸出和電動機(jī)102之間串聯(lián)有一個電流敏感電阻148，從這里取得一個代表該處電流電平的信號，該信號被送到比較器150的一個輸入端，該比較器接收的另一個輸入信號，例如是由數(shù)字控制系統(tǒng)產(chǎn)生的代表預(yù)設(shè)定的電流電平。
比較器150的輸出信號提供到放大器142，以控制一個數(shù)字調(diào)節(jié)器的電位計，它構(gòu)成放大器142的一部分，這種放大器是本領(lǐng)域人所共知的。
放大器142還接受從一時鐘152來的時鐘信號，該時鐘信號的脈沖率確定著頻率而放大器142的增益在比較器150所提供信號的控制下賴以變化的頻率。
比較器150的輸出信號作用為改變放大器142的增益成為阻止供到電動機(jī)102的電流超過預(yù)定的電平。因此，所提供的有效電流流限制器沒有耗散過量電流的需要。
在電流電平降低時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速將受到影響，這將更充分有效地保護(hù)了該電動機(jī)和由它驅(qū)動的傳感器避免損壞，因?yàn)殡娏飨拗破髡r只在傳感器遇到障礙或其它異常情況發(fā)生時才起作用。
與圖4和圖5所示相似的一個系統(tǒng)附加地應(yīng)用于控制電動機(jī)使傳感器/頭組件作軸向移動，所需的唯一改變即在于提供給差值形成器114和116的控制信號或信號的外形成波形。此外，由于傳感器/頭組件的軸向位移是間斷地或階梯地進(jìn)行。所以產(chǎn)生軸向位移的電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制不必用控制傳感器/頭組件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的電動機(jī)的同一程序。因此，對于控制軸向運(yùn)動的電動機(jī)，可以不用圖4所示電路的速度控制通道。
如果用的僅是位置反饋控制，則這種控制能以一種方式造成使傳感器從當(dāng)前軸向位置快速地運(yùn)動到下一個軸向位置。例如采用內(nèi)控制器120向差值形成器114提供控制信號，這些控制信號具有一種方式。例如，在期望的轉(zhuǎn)速值或期望的位移量達(dá)到以前，被一個信號所跟蹤而賦予一恒定的加速度給該電動機(jī)，后一信號造成電動機(jī)運(yùn)行在一恒速下，直到傳感器/頭組件到達(dá)與所期望的最終位置有一固定距離的位置為止。在這之后，產(chǎn)生恒減速度的信號加到該電動機(jī)使它達(dá)到所期望的最終位置。
圖6a和6b闡明由數(shù)字信號表示的模擬信號，供作執(zhí)行這一運(yùn)行。圖6a代表數(shù)字位置信號的模擬值，由控制器120提供到差值形成器114，以控制那樣的軸向位移，而圖6b說明該相應(yīng)轉(zhuǎn)速信號的模擬值，該信號能有選擇地提供到差值形成器116。
如圖6a所示，為了造成一個傳感器軸向位移，加到差值形成器114的信號在數(shù)值上按照一個上升的拋物線函數(shù)開始變化，這相應(yīng)于產(chǎn)生一線性加速度，在相應(yīng)于電動機(jī)結(jié)合軸轉(zhuǎn)動一給定角度之后，控制器120所提供的信號開始按線性函數(shù)變動，相應(yīng)于恒定的電動機(jī)軸轉(zhuǎn)速。在相繼的一個時間點(diǎn)處，控制器120提供的信號變成一個下降的拋物線函數(shù)，在相應(yīng)于所期望的傳感器/頭組件最終位置的一點(diǎn)處，該函數(shù)抵達(dá)零值。
如果為了達(dá)到更準(zhǔn)確地控制這個運(yùn)動，仍用控制器120提供速度信號，則將有如圖6b所示的形式，包括一線性上升部分，如前所指出的，它代表線性增加速度，由一保持電動機(jī)恒速的電平部分跟蹤，并終止于線性下降部分，在相應(yīng)于所期望的最終位置的時間處到達(dá)零值。
從圖4電路所執(zhí)行的反饋功能來看，造成驅(qū)動桿的有效軸向運(yùn)動及由此而得到的傳感器/頭組件的這樣運(yùn)動的該電動機(jī)，將準(zhǔn)確地跟蹤由控制器120所提供的位置和速度。
造成驅(qū)動桿和傳感器/頭組件的軸向位移的電動機(jī)，可與造成該驅(qū)動桿和傳感器/頭組件轉(zhuǎn)動的電動機(jī)采用相同型式。
根據(jù)本發(fā)明的一個較準(zhǔn)實(shí)施例，圖4所示的運(yùn)動控制系統(tǒng)可結(jié)合商用的運(yùn)動控制器使用，例如DMC-420型，由加里福尼亞州的Polo Alto的Galil Molior Gonlrol出售的。這種控制器附加包括一個加速度控制通道，它能應(yīng)用于本發(fā)明系統(tǒng)中用的每個電動機(jī)的控制。
為了用傳感器/頭組件觸發(fā)超聲波脈沖的產(chǎn)生而使用的，以及為了接受、存儲和分析被該組件所接收的反應(yīng)信號用的數(shù)字信號，可按照本技術(shù)領(lǐng)域公知的技術(shù)、根據(jù)與轉(zhuǎn)子膛孔檢查程序相關(guān)的應(yīng)用原理來求得。數(shù)字控制系統(tǒng)可以IBM/AT的主計算機(jī)由已知的或能得到的編程控制的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，按照本領(lǐng)域已知的原則，根據(jù)這里所作的闡述來實(shí)現(xiàn)。
在上述已直接描述的超聲波檢測系統(tǒng)的同時，本發(fā)明還能應(yīng)用于其它類型的雙軸檢測系統(tǒng)，渦電流檢測系統(tǒng)，單獨(dú)或與一個超聲波檢查系統(tǒng)組合而用于監(jiān)察缺陷以外的各種具體狀態(tài)。
現(xiàn)在所公開的各實(shí)施例是如此地考慮到所述的各方面但不受限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來指明，而不是用前述的說明來指定，并且所有落入該權(quán)利要求書相等效的意義和范圍的各種改變都將確定為包括在其中。
權(quán)利要求
1.檢查具有一個軸向膛孔的伸長圓柱本體的裝置包括有一個能量傳感器，用于檢測該本體的特性；一個支持該傳感器的驅(qū)動桿；以及一個驅(qū)動單元，設(shè)置在本體之外，并支持該桿以使該傳感器運(yùn)動，包括沿著膛孔軸線移動，和圍繞膛孔軸線旋轉(zhuǎn)；其改進(jìn)內(nèi)容包括一個設(shè)備，用于支撐該驅(qū)動單元使該驅(qū)動桿的軸線沿該膛孔的軸線定位，所述的設(shè)備包括第一裝置，用于由本體上支撐所述設(shè)備致使所述第一裝置相對于該本體具有一固定位置，并且所述設(shè)備相對于包含該膛孔軸線的一個豎向平面具有一個限定的位置；第二位置，為該驅(qū)動單元限定一個支持表面；以及一個機(jī)構(gòu)，耦合在第一和第二裝置之間，用于使所述第二裝置相對于所述第一裝置垂直地移動，以將所述第二裝置帶到相對于包含該膛孔軸線的水平面的一個確定位置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述的機(jī)構(gòu)包括一個手動驅(qū)動的螺絲機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該本體是一個具有圓柱形外表面的轉(zhuǎn)子軸，并且所述的第一裝置包括兩個水平面上隔開的元件，它們布置成停座在轉(zhuǎn)子軸的外表面上。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，它的校準(zhǔn)是通過將傳感器與一個校準(zhǔn)元件聯(lián)合操作來實(shí)現(xiàn)的，同時該校準(zhǔn)元件是處于相對于傳感器的一個確定位置，該校準(zhǔn)元件還包括校準(zhǔn)元件支持裝置。它被裝在第二裝置上，用于將該校準(zhǔn)元件在靠近該驅(qū)動單元的一個位置處支撐著，并為該校準(zhǔn)元件相對于所述第二裝置移動到相對于傳感器的限定位置。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置還包括一個驅(qū)動桿支持元件，被設(shè)置成當(dāng)驅(qū)動單元布置在所述支持表面上時該驅(qū)動桿支撐元件則用于支撐在離本體遠(yuǎn)處的驅(qū)動單元邊上的驅(qū)動桿。
6.檢查具有一軸向膛孔的伸長圓柱本體的裝置包括有一個能量傳感器，用于檢測該本體的特性;一個支撐該傳感器的驅(qū)動桿;以及一個驅(qū)動單元，設(shè)置在本體之外，并支撐該桿以使該傳感器運(yùn)動，沿著膛孔軸線移動，和繞膛孔軸線旋轉(zhuǎn);其特征為，其中所述的驅(qū)動單元包括用于轉(zhuǎn)動該驅(qū)動桿的裝置，包括一個支流永磁電動機(jī)，它具有一個軸耦接到使所述驅(qū)動桿以與供給所述電動機(jī)直流運(yùn)行功率成比例的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn);電氣可控裝置，連接給所述電動機(jī)提供直流工作電源;提供控制信號的裝置，該信號代表所述電動機(jī)軸的期望角位置和角速度;以及反饋裝置，連接成取得代表所述電動機(jī)軸的實(shí)際角位置和角速度的反饋信號;其中所述提供直流運(yùn)行功率的裝置被連接成接受該控制信號和反饋信號，以及工作于在一個方向上調(diào)節(jié)加到所述電動機(jī)上的功率，以消除關(guān)于位置和速度的實(shí)際值與期望值之間的差值。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中提供直流運(yùn)行功率給所述電動機(jī)的所述裝置包括信號處理裝置，用于產(chǎn)生代表供給該電動機(jī)直流運(yùn)行功率的直接模擬信號;信號放大裝置，具有一個電氣控制的可變增益，所述信號放大器裝置具有一個輸入，連接到接受所述信號處理裝置產(chǎn)生的直接模擬信號，和具有一個信號輸出;功率放大器裝置連接到所述信號放大器裝置的所述信號輸出上，用于對所述電動機(jī)提供直流運(yùn)行功率;形成一個串聯(lián)在所述功率放大器裝置和所述電動機(jī)之間的電阻的裝置，以及連接成控制所述信號放大器裝置的增益的裝置，以將通過所述電阻的電流控制在保持低于某一選定值。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述連接成控制所述信號放大器裝置的增益的裝置被接到所述形成一個電阻的裝置上，用于檢測在所述功率放大器裝置和所述電動機(jī)之間的電流。
9.一個定位夾具，為具有一水平軸線、一個圓柱形外表面和設(shè)有一個角位置基準(zhǔn)記號的軸向端面提供一個角位置基準(zhǔn)表面，所述夾具包括一個板元件，具有一個構(gòu)成角位置基準(zhǔn)表面的平表面;支持裝置，在所述平板元件上與本體的外表面相嚙合，以將所述的平表面置放到相對于本體的外圓周面的一個確定位置，定位裝置，安裝在相對于角位置基準(zhǔn)記號的確定位置中;以及一個連接元件，固定到所述板元件上，并防止所述定位裝置相對于所述平表面在平行于所述平表面的方向運(yùn)動。
全文摘要
檢查具有軸向膛孔的轉(zhuǎn)子軸的裝置包括由驅(qū)動桿支撐在膛孔內(nèi)的傳感器指示本體的具體狀況；支持該桿的驅(qū)動單元和支持驅(qū)動單元的夾具以將驅(qū)動桿在膛內(nèi)定中，夾具由本體支撐并有調(diào)節(jié)它的機(jī)構(gòu)，以建立驅(qū)動桿期望的軸向?qū)?zhǔn)。夾具設(shè)有校準(zhǔn)塊結(jié)構(gòu)，以調(diào)節(jié)校準(zhǔn)塊達(dá)到期望位置。驅(qū)動單元由電動機(jī)帶動并其位置和角速度誤差信號的控制。本體的起始角基準(zhǔn)位置由帶基準(zhǔn)表面的夾具確定。
文檔編號G01N29/22GK1049912SQ9010487
公開日1991年3月13日 申請日期1990年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月26日
發(fā)明者杰姆斯·W·阿爾福德, 馬克·W·菲斯切爾, 帕特里西亞·A·勃斯庫, 阿蘭·A·馬費(fèi)恩, 小文森特·伯里曼, 鮑爾·古恩瑟, 威廉·路茨, 威爾伯特·B·雷塔格 申請人:西屋電氣公司