超声水浸C扫描检测系统

技术方案

甲方：                                        公司

乙方：上海扭列特实业有限公司

二O二三年三月

目录

一、总体方案和设计思路

二、设备技术规格说明

三、乙方供货内容

四、技术文件

五、设备验收和审查

六、技术培训和售后服务

七、项目工期与进度

声 明

尊敬的用户： 

本方案根据甲方提供的检测对象与要求精心设计的方案。本方案的所有权与解释权属于乙方，未经乙方许可不得向第三方泄露。 

备注：本技术方案中的所有图片仅供演示参考之用和用户参考，Z 终设备以实物为准。

一、总体方案和设计思路

1.1总则 

本系统根据                                                     （以下简称甲方）现有条件进行布局设计，系统采用模块化的设计，为客户定制检测方案，通过可视化的检测过程和数据库管理结果分析，帮助客户实现更高效和更高精度的可视化检测过程，实现被检测工件的超声波自动检测要求。

超声C扫描成像检测系统，用于对材料科学、加工工艺、焊接工艺等产品的内部缺陷检测，利用伺服运动控制系统带动超声换能器，对产品进行水浸C扫描检测，全波列采集超声波信号，利用成像算法和数据图像处理功能，对产品内部的缺陷进行有效识别，得到内部清晰图像，并统计分析缺陷位置、形状和尺寸，生成自定义报告。

总体设计方案及性能指标均符合相关国家标准及部颁标准，设备结构合理，性能安全可靠，操作方便。

1.2.设备的设计依据 

1.2.1被检工件

检测对象： 

检测区域：焊接位置的脱粘缺陷、分层缺陷、气孔、疏松等；

检测区域状态：组件焊接；

图1  检测对象

1.2.2.公用介质条件

（1）供电：三相四线制，AC380V±10%，50Hz±1Hz，20kW；或者AC220V±10%，50Hz±1Hz。（供电情况需提前告知），电源接至设备旁或者提供电源接头。

（3）供水：普通自来水，Z 大消耗量为1m3/h，通过预埋管道或者地面软管接至设备旁；

1.3.检测方法和检测设备的设计工艺

采用纵波垂直入射检测为主，该套超声波C扫描成像检测系统使用探头水平移动的方式，采用水浸点聚焦探头，脉冲反射法进行检测。

1.3.1.检测方法的设计工艺

1) 检测开始前，首先设备探头回归机械零点，然后将被检工件放置于水槽的工装中，卡住工件（防止工件移动）。

2) 根据被检工件的检测区域，提前规划检测路径，调整水层距离、超声参数、检测范围、步进距离（扫描分辨率）、检测速度等等，设定好检测参数。

3) 检测时直接调用检测对象的检测数据，并设置检测对象编号（方便后期查验检测结果），可直接开始检测。

4) 检测开始，探头从机械零点移动到检测起始点，按照事先预定的轨迹，探头进行栅格扫查，完成对检测区域的检测，检测过程中，全波列采集A扫描波形，可实时查看A扫描波形和C扫描图形，实时监测检测结果。

5) 检测结束后，自动保存检测结果，探头自动回到机械零点。等待更换下一个待检测的工件，此时工件检测和检测数据查看及开报告可同时进行，检测和结果分析处于不同的线程，互不影响，保证检测的连续性。

6) 操作人员根据检测要求，对C扫描图像进行分析和评估。

可选方案，根据预算

上下料的过程可采用机械手进行完成

（a）俯视图

（b）斜视图

图2 自动化上下料方案

1.3.2.检测设备的设计工艺

图3 系统构成框图

图4 设备实体图

1.4.设备原理及主要技术指标

1.4.1.设备原理

（1）C扫检测原理

超声C扫描成像检测系统的一个核心部件是水浸点聚焦探头，点聚焦探头在高压窄脉冲的激励下，产生短的声脉冲，随后这些声脉冲被声透镜聚焦在一起，超声C 扫描成像检测系统的也称这个水浸点聚焦探头为“换能器”。

超声波C扫描成像技术可以一次同时扫描被检工件的不同深度层，从而可以完整地观测到工件内部缺陷（如分层缺陷在不同层面上的分布情况）。该技术是分析材料多层结构分布的Z重要的无损检测方法，可以很好地探测出空洞、分层和水平裂纹等。

（2）C 扫检测特点

超声水浸C 扫描成像检测系统采用全水浸耦合方式，利用高频超声波，无损、高精细、高灵敏度的检测焊接质量，生成可视化的检测图像结果，进行直观图形显示和评估。

根据工件形状、尺寸，系统提供运动机构及专用尺寸的水槽机械。系统提供相应超声C扫设置参数，让C扫检测图像更逼真。具体功能如下：

1）自动显示缺陷图像，缺陷大小和形状一目了然

2）自动统计缺陷大小、坐标、面积及缺陷面积百分比

3）A、B、C 扫描像显示并存储

1.4.2.主要技术指标

⑴ 检测灵敏度：

静态：2mm平底孔；

动态：2mm平底孔；

⑵ 重复扫描精度：0.1mm。

⑶ 检测速度：200mm/s。

⑷ 检测步进0～1mm可调。

⑸ 检测结果自动评估。

二、设备技术规格说明

2.1   设备整体结构图

图5 系统结构图

超声波C扫描设备包括PC主机、运动控制卡、超声波探伤卡（超声发射接收卡+采集卡）、信号同步板、丝杆模组、伺服驱动器、伺服电机、光栅尺、光电开关、高精度旋转盘、电气组件（断路器、接触器、EMI滤波器、延时继电器、稳压电源滤波器）、上下水组件（3通水管、延时继电器、3位2通开关）等。

2.2.  机械机构

图6 机械结构图

采用双驱龙门工作台，Y轴采用两个伺服电机同时带动，保证运动过程的精度和整体的稳定性，导轨面采用宽幅、低重 心设计，可承受较大力矩作用，适用于安装在空间狭小的场所。

独特的圆弧沟槽的正面组合，所产生的自动调心能力，即使在预压状态下也能吸收安装误差，从而得到高精度、顺畅稳定的直线运动，同时钢球的偏移得到了抑 制，避免了末端卡死的现象。

采用钢球保持器，消除了钢球之间的相互摩擦，并且能存储润滑油（脂），实现了优异的低发尘量性。

外部构建和内部构件都经过淬火和回火处理，确保表面硬度，容许载荷和滚动疲劳性能都得到了提升。

工作台面选用花岗岩大理石，台面不容易产生划痕，高密度、高硬度，质地坚硬而不脆。耐热散热性极 佳，不导电、不导磁，减震效果好，耐酸碱腐蚀，使用寿命长。

2.3.超声检测单元

采用超声发射接收卡，超声参数不在仪器本身调节，在上位机中进行调节；

配备超声水浸点聚焦探头

超声卡要求：

测量范围：1-200mm；

测量分辨率：0.01mm；

提供可供0-400V的发射电压连续可调，幅值、脉宽可调的负脉冲方波；

换能器频率范围：1～20MHz，配有高通滤波和低通滤波；

Z 大带宽：1KHz～35MHz(3分贝,RL = 50欧姆）；

垂直线性：小于6%；

水平线性：小于等于2%；

电压增益：0-59，1dB步进（RL = 50欧姆）；

衰减范围：0-49，1dB步进（RL = 50欧姆）；

RF增益控制范围：-49dB～+59dB ，调整步长1dB；增益每12dB工作误差不超过±1dB；

脉冲重复率：5千赫（观察PRF与脉冲宽度的限制）；

灵敏度余量：大于等于26dB；

信噪比：试块上，其噪声显示信号幅度应比不连续性显示信号幅度至少低6dB。参考标准《JB/T 10061-1999》。

采集卡

FCFR-USB9812（简称USB9812）是一款高速累加功能采集卡，AD 位数三档可选8bit/12bit/14bit，采样率支持每通道100MS/s，两个通道完全独立，每通道硬件FIFO 支持32MSa。数字化仪采用USB2.0 接口。USB9812 采集卡可广泛应用于分析仪器、雷达信号采集等场合。

USB9812 支持累加功能，数据处理能力每秒100M 采样点，Z 大累加长度1M 采样点，Z 大累加次数65536 次。

USB9982 是1GS/s 超高速累加功能数据采集卡，USB9812 适用于高速低成本应用场合，如图7所示。

图7 US9812采集卡

2.4.循环供水系统

通过被检测工件的大小，计算大致所需要的水量，然后可以调节进水和出水的时间，保证水量的充足使用，若开启水循环，可保证自动化的水循环系统。

2.5.机械及运动控制部分

运动控制采用4轴运动控制卡，三组线性轴X，Y，Z轴的导向和驱动功能是由使用循环滚珠轴承垫和滚珠丝杠的标准线形模块提供。每个轴均安装有一对限位开关。这个部件主要执行三维扫查和检测的功能。具体见表1。

表1  X，Y，Z轴的指标

运动控制实现对电机的正反装控制，同时能够进行S型栅格轨迹运动；

机械零点归位，缺陷机械定位，C扫描中点击缺陷位置，可以直接移动至缺陷正上方；

2.6.上位机系统软件部分

人机界面；图形化汉字界面。软件中包含通道选择，ABCD扫描显示界面，超声参数调节，机械结构运动控制，数据采集，界面跟踪，缺陷统计等功能。

操作语言：中、英文可自由切换；

操作性：设备动作操作及程序操作简单，易于理解，满足非专业人员经过简单培训即可操作；

批量产品可设置检测计划、保存参数设置；

手动扫描，操作人员控制探头的位置，调整检测参数，能完成超声检测、灵敏度调节等过程；

自动扫描，可直接调用之前配置好的不同工件对应的参数和检测方案，自动对产品进行检测；

检测结果自动保存，扫描图像结束后可自动保存，设定好保存文件夹，扫描图像自动保存在文件夹中。

可根据不同的工件设置好不同的检测参数，自动对工件进行检测；

图像可保存为JPG等格式，单个波形能够输出，具备数据库形式，可对检测结果进行出报告，报告格式可提供word等文件导出格式以便后期数据处理；

探头与C扫描图像对位：可通过点击C扫描图像中的具体像素点将探头移至与实际被检工件对应的位置。检测图像能够进行缺陷统计：可统计缺陷的大小，面积，可修改阈值；

 运动控制、数据采集与图像处理软件

如下图所示为软件的界面图，图8为整体界面图：超声C扫描检测系统软件界面如图所示：

图8 整体界面图

2.7.电气控制系统

USB1020是USB总线四轴伺服/步进电机运动控制卡，它以高频脉冲串形式输出，控制伺服/步进电机的运动。该卡能精确地控制所发出的脉冲频率（电机速度）、脉冲个数（电机转角）及脉冲频率变化率（电机加速度），它能满足步进电机的各种复杂的控制要求。可对电机进行位置控制、插补驱动、加速/减速等控制。具有圆弧、直线插补功能。

它含有丰富的，功能齐全的软件库函数资源。在Windows9X/2000/XP 环境下，用户可直接使用我们为您提供的设备驱动程序函数接口；以Z 大方便在Visual C++、Visual Basic 及各种其他软件环境中使用，如图9所示。

图9 PCI1020运动控制卡

电机控制电路

下图为基本连线图，如图10所示。

图10 电机控制器基本连线图

输入输出信号连接器CN1编码线接线图如下图11所示。

图11 输入输出信号连接器CN1编码线接线图

引脚示意如图12所示。

图12  引脚示意图

电机及电机驱动器

选择电机型号：SGD7S-1R6A和SGD7S-5R5，具体参数如表1所示；

表1 电机参数

驱动器型号选择与电机匹配的，连接方式如下图13所示。

图13 电机与驱动器连接图

常用操作按钮位于操作界面上，其它相关电气元件在控制柜中，电源控制，按钮指示，滤波抗干扰，稳压模块，信号处理等都位于电控柜中。

所有元器件都使用国内知名品牌，保证通用性和互换性。

主要电气元件采用施耐德或欧姆龙公司产品。

2.9.系统控制台部分

控制台、电气控制、电脑及相关配件

信号同步触发部分：信号触发盒、采集卡

三、乙方供货内容

3.1．工程范围分工

3.1.1.甲方负责提供的资料及具备的条件

1.1.1.提供设备安装场地的具体资料。

1.1.2.提供设备所需的进柜电源，被检测件。

1.1.3.设备安装地点及相关公用设施的资料。

3.1.2.乙方负责提供的资料

1.2.1.设备说明书1份、设备维护手册1份、设备软件使用说明手册1份、设备操作规范1份及电子文档1份。

1.2.2.设备总装配图1份、设备电气图1份及电子文档1份。

3.1.3.其他服务

1.3.1.设备的设计、制造、运输，现场安装、调试均由乙方负责。

1.3.2.对现场操作人员和维护人员的技术培训由乙方负责。

3.2.设备整机的主要供货范围

3.2.1.供货范围

除明确为甲方负责的内容外，均由乙方负责供货。如有缺项由乙方负责，乙方保证检测系统的完整性、可靠性与稳定性。

3.3.设备分交原则 

3.3.1.甲方负责土建基础及公共安全设施的施工及安装。

3.3.2.乙方负责设备的包装、运输及其保险。设备到达甲方指定地点的装卸保管由甲方负责，运输途中的损坏由乙方负责。

3.3.3乙方负责机械设备的指导安装、电气设备安装。

3.3.5.乙方负责整体系统的调试，甲方配合。

3.3.6.控制柜之间电缆控制线、控制柜与操作台之间电缆控制线、控制柜与机上各取用点之间电缆控制线均由乙方提供。

四、技术文件

4.1．总则

为了满足土建施工，设备的设计、制造、安装、调试，以及用户操作和维护等的要求，供需双方各自应向对方交付相应的技术资料，文件必须是完整、清楚、正确的。

甲方或乙方对所收到的资料如有异议、不理解的地方，或认为存在错误，要及时通知对方，并说明需要对方解释或改正的问题。对方在收到质询后，应在24小时内以书面的形式予以答复。

若任何一方需要某些资料，而这些资料并不在双方事先规定的技术范围内又是工程设计所必需的，甲方或乙方应无条件地及时向对方提供所需的资料。

4.2．乙方技术资料交付

4.2.1．乙方提交的技术资料

乙方提供给甲方的设备资料应包括书面1套、电子版1套。在安装期间如有变更，则需要在正式验收之后将更改后的图纸提供到位。具体资料应包括：

1） 设备平面布置图；

2）各能源介质（包括水、电等）的消耗量及交接点位置、管径；

3）设备总装配图与设备部件装配图；

4）控制系统电气原理图、端子接线图；

5）超声波检测设备操作说明书；

6）检测设备合格证及外购件合格证（1套）。

7）Z 终电子版检测软件。

4.2.2．相关说明

1）甲方不得将乙方技术及资料泄漏给任何第三方。

2）乙方保证所提供的所有技术资料不侵犯第三方知识产权。

3）根据合同签订的情况，资料交付的进度可作适当调整，具体时间由双方商定。

4）本技术协议内所配图片均仅供参考，实物以Z 终设计为准。

4.3．乙方技术文件交付进度

以下文件中图纸资料交付时为纸质蓝图1份，电子版1份

4.3.1．合同签订20日内交付资料

1）设备平面布置图；

2）各能源介质（包括水、电、气等）的消耗量及交接点位置、管径；

3）设备总装配图与设备部件装配图。

4.3.2．合同签订50日内交付资料

设备基础施工图

4.3.3．随机交付资料

1）控制系统电气原理图、端子接线图；

2）探伤设备操作说明书；

3）设备外购件明细表（包括名称，规格型号，供应商等）

五、设备验收和审查

5.1.总则

在调试和验收期间，甲方应根据技术要求在乙方的指导下提供调试和验收所需的人员、材料和公辅材料等，并协助处理调试和验收过程中出现的问题。

在安装调试完成后，由甲方组织对设备进行验收。

在验收结束后双方签定验收纪要或验收报告。

5.2.验收准备工作

5.2.1.设备验收条件

设备符合合同和技术协议的要求，无设计缺陷，无制造缺陷，无安装缺陷，可以自动运行，且运行稳定可靠。

5.2.2.验收用试样的制备

（1）样件的制作：验收用试样由甲方提供并安排制作，乙方负责监制，确保合格，并由双方共同确认。

（2）验收试样规格与数量：试样为大小规格各一个。

（3）验收样管应在乙方设备发运前一个月制备完毕，并发运至乙方调试现场。

5.3.设备验收内容

5.3.1.设备功能和制造质量

（1）设备整体美观，管线布局整齐，管接头无渗漏。

（2）操作台各按钮功能和运动正常，显示稳定。

（3）电气线路安装符合国家规定的安全标准。

（4）所有电气系统工作正常，全部电气元件检测灵敏、可靠。

（5）各运动和转动部位动作灵活、平稳、可靠，与周边设备无干涉。

5.4.审查内容

（1）乙方在完成主体机械设备和电控系统的设计后，应甲方要求可以安排一次设计审查。

（2）设计审查内容包括：

·机械设备及装置。

·电气与电控系统。

·超声波C扫描检测系统软件的设计方案。

（3）乙方应根据甲方提出的意见和建议对设计进行修改。

（4）审查后，甲乙双方签署设计审查纪要。

（5）如甲方放弃设计审查，甲方应及时通知乙方。

（6）在得到甲方的同意后，乙方开始加工制造设备。

六、技术培训和售后服务

6.1.技术服务及保障措施

(1)提供主要外购件型号，参数和生产厂家，供甲方审查。

(2)在调试期间乙方技术人员对甲方操作人员、维修人员根据操作说明书进行培训，验收后达到甲方人员独立操作要求。

(3)在质保期内如是人为事故造成的故障，只收取工本费；因设备制造出现质量问题由乙方及时无偿维修、调换。

6.2.人员派遣与培训

6.2.1.甲方人员的派遣

按总进度要求，待乙方详细设计完成提前3天通知甲方，以便乙方派人到甲方进行技术设计审查，甲方审查通过并签订审查会议纪要后，乙方方能投入生产。如甲方不进行审查视同认可。

设备制造过程中，乙方应提前5天通知甲方主要零部件的制造情况，甲方可派人到乙方制造厂进行监制，人员及时间由双方协商确定。如甲方不派遣人员进行监制视同认可。

设备制造完成后，乙方应提前5天通知甲方，以便甲方及时派人到制造现场会同乙方人员进行出厂前验收，但甲方的验收并不能免去乙方的责任。

6.2.2.乙方技术人员的派遣

乙方应在合同设备运抵甲方指定地点后，立即派遣各类专业技术人员和安装人员，进行设备的安装、调试(包括无负荷试车、负荷试车)工作。

合同设备投入试生产一个月内，甲方通知乙方到达生产现场进行设备验收及设备综合功能考核。

乙方派有经验的技术人员到甲方现场进行技术培训。

具体派遣日期由甲方和乙方根据现场工作进度决定。

6.2.3.培训

6.2.3.1.操作人员的培训由乙方免费负责在乙方或用户所在地进行。培训内容包括：编程、操作、机械、电气维修等。

6.2.3.2.培训内容：设备特点及安全操作规程，程序编制，工艺编制，控制维修等

（1）乙方负责现场操作人员的设备操作培训（机械、电气和计算机）。

（2）乙方负责现场技术人员的电气和计算机控制系统的维护和保养培训，并提供相关图纸和资料。

（3）乙方负责有关技术人员的工艺技术培训，包括磨削工艺参数的确定方法、工艺控制的原理及有关参数的编制方法等。

（4）培训人员：相关的机械、电气、工艺工程师、操作人员及维护人员。

（5）培训时间：调试期间安排1-2周。

（6）培训考核：乙方在培训前提供培训大纲及计划，培训完成后，乙方提出培训考核文件，协助甲方进行培训考核。

在设备调试期间和项目验收后，乙方对甲方技术人员、操作维护人员进行工艺、机械、电气控制等方面的培训。培训将按照安装、维护、操作手册，结合图纸分部件详细讲解设备原理、维修、调试和使用等方面的内容，具体包括以下部分：

(1)机械设备的组成、结构、维修及操作注意事项；

(2)电气控制系统原理、操作程序、维护要点； 

(3)检测仪器的操作使用、维护要点；

(4)探头的使用、更换和判断故障的方法；

(5)整套设备的调试及综合性能测试方法。

6.3.售后服务

6.3.1.服务及措施 

6.3.1.1.在接到用户的咨询时，热忱解答用户所关注仪器的性能、价格、适用范围、服务保证等各方面的信息，与用户接洽时充分解释和保证用户所关注的事项。

6.3.1.2.保证及时派遣合格的技术人员对合同设备的安装、试运行、性能考核、验收、操作和维修提供标准和充分的技术指导和技术培训。具体培训内容包括：设备各部分功能介绍，设备操作方法，设备调试方法，计算机配套软件的应用，设备的维护与维修，设备电气控制原理和控制程序，机械设备的使用维护和保养。

6.3.1.3.设备投入正常运行后，仍然随时为用户提供一切必要的技术咨询。贵单位技术人员可随时、随地向我方任何人员寻求技术咨询及支持，我方表示欢迎。

6.3.1.4.设备在质量保证期内出现故障，乙方保证在接到甲方通知后1小时内给予答复，并在24小时内到达现场提供维护服务，免费调整或替换故障的零部件以保证设备的正常运转，常规故障，乙方在3天内解决。

6.3.1.5.在质保期内，人为事故造成的故障只收取工本费，因设备本身质量引起的问题，提供免费保修。设备应不受设计、工艺或材料的缺陷的影响，并且满足合同各章中所述之功能。

6.3.2.服务及保证措施

6.3.2.1.保修期内对设备出现的问题由乙方负责免费修理，因人为事故造成的故障只收取工本费；超出保修期外，乙方负责终身有偿维修，设备配件供应期不应少于15年。

6.3.2.2.超过质保期实行终身服务的机制，按照国家有关标准收取服务费，贵单位为乙方重要客户，在售后服务环节将享有更快捷和优惠的专门绿色服务通道。

6.3.2.3.保证设备重要及易损部件的长期供应，提供必要的周转部件。

6.3.2.4.维修服务在接到通知后1小时内积极响应，2小时内并提供解决方案，连续进行，直到故障修复。对每次维修服务建立档案，对每次联系、服务、回访及质量反馈信息等资料记录在案，并作质量分析与评估。

6.4.乙方现行的特色服务制度

6.4.1.实行项目管理制度

项目交由经验丰富的专业项目经理负责，实行项目管理制度，项目管理包括但不限于下列管理要求：合同管理；技术管理；生产制造管理；实验测试管理；接口管理；到货及仓储管理；现场服务及质量保证期服务；图纸、文件管理。

6.4.2．绿色通道服务制度

甲方为我公司重要客户，享受我公司的绿色通道服务，即我公司在技术及售后服务上提供响应快速、第 一时间到达现场和零配件成本价供应的措施。

6.4.3．项目监造及预验收制度

在设备生产制造过程中，可随时接受用户提出的监督和监造要求，并在设备发运前进行设备的总装调试，邀请用户前来对设备按照技术要求进行预验收，预验收合格后方可发运设备。

6.4.4．定期回访及售后服务制度

每年分四个季度对我公司提供的所有在役使用的设备进行定期回访和技术服务，并提供必要的维修维护和相关使用建议。

6.4.5．对核心检测设备提供方便快捷的欧盟标准鉴定服务

我公司常年对国内外超探检测设备提供欧盟标准鉴定服务，方便快捷、报告有效。

6.4.6 我公司探伤设备在客户方使用，我方保证设备各项指标满足设备认证要求，如有需要，我方技术人员可随时到现场协助认证。

6.4.7 我公司常年作为国家特检院指定仪器培训单位参与国内UT认证资格培训工作，积极为我们客户操作人员取证提供培训帮助。

七、项目工期与进度

说明：使用横线表示各阶段工期时间。

………………………………以下为签字页…………………………

甲方：                                                             乙方：上海扭列特实业有限公司

代表签字：                                                     代表签字： 

签署日期：                                                     签署日期：