NI模塊化儀器和LabVIEW建超聲無損測(cè)試系統(tǒng)

Author(s):
Thomas Fina - FBS Inc.
Steven Owens - FBS Inc.
Industry:
Government/Defense
Products:
LabVIEW, Motion Control,
The Challenge:
　　為美國(guó)軍方提供一種方法，快速、精確地檢測(cè)M1A1 Abrams坦克機(jī)槍的后膛部分是否存在幾何缺陷及其他退化裂紋。
The Solution:
　　利用NI高速數(shù)字化儀和運(yùn)動(dòng)控制板卡，基于工業(yè)的奔騰4.3GHz處理器和768MB RAM創(chuàng)建該系統(tǒng)，并在NI LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境下編寫所有軟件。
　　"LabVIEW提供了與多個(gè)設(shè)備的必要連接，其中包括來自第三方的脈沖發(fā)生器/接收器和開關(guān)。"

修改超聲無損管線測(cè)試以適合槍管測(cè)試
　　FBS 公司開發(fā)了其面向管線測(cè)試行業(yè)的超聲測(cè)試和系統(tǒng)集成的核心專業(yè)技術(shù)。在此領(lǐng)域中，F(xiàn)BS 是北美第一個(gè)將超聲導(dǎo)波技術(shù)應(yīng)用在長(zhǎng)距離管線檢測(cè)的公司。利用該項(xiàng)技術(shù)，F(xiàn)BS 公司可以從單個(gè)位置檢測(cè)數(shù)百英尺的管線。這包括地下管線、焦油封涂的管線和裝有產(chǎn)品的管線。

　　由于該項(xiàng)技術(shù)在管線檢測(cè)行業(yè)取得了商業(yè)成功，槍管檢測(cè)等其他行業(yè)的公司對(duì)該項(xiàng)技術(shù)做出改進(jìn)以適應(yīng)自己的應(yīng)用。

　　目前美國(guó)軍方所采用的槍管檢測(cè)技術(shù)主要局限于視覺檢測(cè)。美國(guó)軍方很少因?yàn)橐曈X發(fā)現(xiàn)的缺陷而丟棄槍管，但時(shí)常因?yàn)槭褂孟拗泼疃鴣G棄槍管。由于缺乏預(yù)測(cè)故障的有效方法，美國(guó)軍方限制士兵使用槍管的次數(shù)，同時(shí)又必須保證槍管的零缺陷，從而導(dǎo)致美國(guó)軍方丟棄了許多可用的槍管。由于每根槍管的替換成本非常高，而且美國(guó)國(guó)防部正在實(shí)施一項(xiàng)總擁有成本縮減策略，美國(guó)軍方需要一個(gè)快速精確的槍管測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)：
● 儀器可自如地滑進(jìn)滑出后膛
● 提供后膛狀況的實(shí)時(shí)反饋
● 根據(jù)120毫米加農(nóng)炮炮膛部分的缺陷確定準(zhǔn)則（依據(jù)TM 9-1000-202-14）檢測(cè)缺陷
● 方便地適應(yīng)不同尺寸槍膛的槍膛檢測(cè)
FBS公司將其超聲導(dǎo)波管線檢測(cè)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)M1A1 Abrams坦克的槍管。

設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化后膛檢測(cè)儀器系統(tǒng)
　　我們開發(fā)了一個(gè)儀器系統(tǒng)以快速并精確地檢測(cè)M1A1 Abrams坦克槍支的后膛部分。我們?cè)O(shè)計(jì)的儀器系統(tǒng)可以插入到槍膛區(qū)域并執(zhí)行自動(dòng)化的后膛檢測(cè)。該設(shè)備通過轉(zhuǎn)換沿槍管軸線的傳感器檢測(cè)后膛的總長(zhǎng)度。

　　該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括降低的差錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)、更快的檢測(cè)速度、詳細(xì)的缺陷深度信息和表面缺陷的檢測(cè)。美國(guó)軍方可以方便地將迄今為止所開發(fā)的技術(shù)稍作修改，以適應(yīng)后膛和任何幾何外形的光滑槍管部分的檢測(cè)。利用這一系統(tǒng)，未經(jīng)專業(yè)軍事訓(xùn)練的技術(shù)人員也可以精確地檢測(cè)到有威脅的缺陷，從而通過延長(zhǎng)槍管的使用周期而達(dá)到節(jié)省成本的目的。為美國(guó)軍方構(gòu)建的這一原型系統(tǒng)叫做BLASST（槍管評(píng)估技術(shù)）。在未來，美國(guó)軍方可以將該類型的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于其他軍用槍支。

我們基于工業(yè)的奔騰4.3 GHz 處理器和768 MB RAM，以及下列數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng)：
● NI PCI-5102 雙通道、15 MHz、20 MS/s 8- 位數(shù)字化儀
● NI PCI-7334 運(yùn)動(dòng)控制器
● TB-1000 馬泰克超大脈沖發(fā)生器/ 接收器
● PC 儀器八合一多路復(fù)用器
　　我們將設(shè)備連接到位于槍管四周的超聲傳感器陣列。此外，我們?cè)贜I LabVIEW 平臺(tái)下完成所有軟件的編寫。主要的設(shè)計(jì)要素包括：
● 直觀的設(shè)計(jì)——任何技術(shù)人員都可以識(shí)別缺陷。
● 模塊化代碼——我們可以在任何類似的項(xiàng)目中復(fù)用代碼段。
● 兼容性——我們可以實(shí)現(xiàn)軟件與若干個(gè)脈沖發(fā)生器/ 接收器、數(shù)字化儀、運(yùn)動(dòng)控制器和開關(guān)的接口。
● 集成的信號(hào)處理——技術(shù)人員可以使用濾波、平均值和高級(jí)信號(hào)處理等功能。
● 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)——技術(shù)人員可以將數(shù)據(jù)保存至磁盤。
● 實(shí)時(shí)分析——技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)確定槍管的有效性。

利用FBS 的專業(yè)技術(shù)和NI 的工具節(jié)省時(shí)間與成本
　　利用NI軟硬件，我們成功地創(chuàng)建了一個(gè)通過導(dǎo)波超聲學(xué)檢視M1A1 Abrams 坦克槍膛的系統(tǒng)。LabVIEW 提供了與多個(gè)設(shè)備的必要連接，其中包括來自第三方的脈沖發(fā)生器/ 接收器和開關(guān)。NI 高速數(shù)字化儀賦予我們完成該項(xiàng)應(yīng)用所必需的性能與互操作性。最后，NI測(cè)試與測(cè)量工具，結(jié)合來自FBS 有限公司的導(dǎo)波超聲檢測(cè)專業(yè)技能，縮短了開發(fā)時(shí)間并降低了開發(fā)成本，同時(shí)也滿足了美國(guó)軍方的所有系統(tǒng)需求。