檢漏是真空獲得的一個(gè)重要步驟，對(duì)于危及人員安全的高危環(huán)境，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜而不能停機(jī)的情況，無法按照目前常規(guī)做法逐個(gè)漏孔實(shí)施檢漏。通過深入研究氦質(zhì)譜檢漏的方法，基于PLC設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程真空檢漏探頭裝置，實(shí)現(xiàn)全程攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控的遠(yuǎn)程在線270°范圍內(nèi)噴吹檢漏和正壓吸槍檢漏。將試驗(yàn)結(jié)果與手動(dòng)檢測(cè)比較，表明該裝置能夠準(zhǔn)確、有效定性檢測(cè)漏點(diǎn)位置范圍及漏率，為真空系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線智能技術(shù)提供支持，減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度及保障人身安全具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

　　隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，真空設(shè)備的要求越來越高，真空檢漏技術(shù)也發(fā)揮著越來越重要的作用。定性檢漏方法的噴吹法和吸入法，可用于確定漏孔位置，其中氦質(zhì)譜檢漏法最為常用和普遍。而在檢漏過程中同時(shí)控制檢漏儀及附屬噴槍，及時(shí)觀察漏率變化、數(shù)據(jù)分析以及反饋操作等，往往同時(shí)需要多個(gè)操作人員分工協(xié)作，大大降低了測(cè)量的效率和精度。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶領(lǐng)測(cè)量?jī)x器向自動(dòng)化和智能化發(fā)展，目前氦質(zhì)譜檢漏儀出現(xiàn)了微機(jī)控制的產(chǎn)品，但是智能化檢漏及缺陷診斷依然任重道遠(yuǎn)。

　　設(shè)計(jì)研究遠(yuǎn)程氦質(zhì)譜檢漏探頭裝置，基于可編程控制器( PLC) 及攝像監(jiān)控基礎(chǔ)上進(jìn)行噴氦法檢漏和正壓吸槍檢漏，實(shí)現(xiàn)高危環(huán)境等真空系統(tǒng)的遠(yuǎn)程在線智能檢測(cè)。

1、氦質(zhì)譜檢漏基本原理和方法

　　真空檢漏技術(shù)就是用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅ袛嗾婵障到y(tǒng)是否存在漏氣，確定漏孔位置及漏孔大小的一門技術(shù)。氦質(zhì)譜檢漏就是用一定的手段將氦氣加到被檢工件的某一側(cè)，再用氦質(zhì)譜檢漏儀在另一側(cè)通過恰當(dāng)?shù)姆椒�檢測(cè)通過漏孔溢出的氦氣，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。噴氦法和正壓法是氦質(zhì)譜檢漏的兩種基本方法。

　　1.1、噴氦法檢漏

　　噴氦法檢漏是將被檢測(cè)件內(nèi)腔抽真空，用噴槍將一定壓力的氦氣對(duì)被檢測(cè)件表面進(jìn)行噴吹，以檢測(cè)進(jìn)入被測(cè)件的氦泄漏量。噴氦法花費(fèi)時(shí)間較多，但可以具體確定漏孔位置，且具有高靈敏度、低成本的優(yōu)點(diǎn)，為一種常用的漏點(diǎn)型定性檢漏法。

　　1.2、正壓吸槍檢漏

　　正壓吸槍檢漏是對(duì)被測(cè)件內(nèi)腔進(jìn)行充氦氣，用吸槍在被測(cè)件表面緩慢移動(dòng)，采樣通過漏孔泄漏出的氦氣。正壓吸槍檢漏可以很好地檢測(cè)到漏點(diǎn)位置，且易于操作，不需要將被測(cè)件抽真空，它代替了過去常用的氣泡法檢漏，操作簡(jiǎn)單方便且快速，成為近代工業(yè)生產(chǎn)普遍采用的一種定性檢漏法。

2、裝置總體設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程真空檢漏探頭裝置包括二個(gè)主要模塊：探頭及氦質(zhì)譜檢漏儀的控制調(diào)節(jié)模塊和攝像頭的識(shí)別監(jiān)控模塊，其中核心功能是在攝像頭的輔助識(shí)別、實(shí)時(shí)監(jiān)控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制氦質(zhì)譜檢漏儀及其附件噴槍的控制調(diào)節(jié)，完成對(duì)真空試件的檢漏操作。遠(yuǎn)程氦質(zhì)譜檢漏裝置總體框圖如圖1(a) 所示。

　　檢漏儀、氦氣源、電源、無線通訊路由器和攝像頭，搭載在三軸位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)噴槍探頭的粗精度位置調(diào)整和監(jiān)控，如圖1(b) 所示。

　　中央控制主機(jī)通過無線通訊模式連接路由器，再由路由器連接PLC 控制調(diào)節(jié)4 臺(tái)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)探頭對(duì)準(zhǔn)真空試件的位置角度調(diào)節(jié)；同時(shí)PLC 通過控制電磁閥的工作從而控制氦氣的通斷。氦質(zhì)譜檢漏儀選取安捷倫VSPD03，具備寬量程檢漏、無線遙控及主機(jī)射頻(RF) 通信功能，滿足遠(yuǎn)程中央控制檢漏儀要求。電磁閥選取力典LD51，連接噴槍和氦氣，滿足零壓?jiǎn)��?dòng)、常閉型、工作壓力為(3 ～5) × 105 Pa 等使用要求。

　　探頭固定在180°弧形導(dǎo)軌的滑塊上，轉(zhuǎn)速約為7.5 mm/s；同時(shí)弧形導(dǎo)軌通過電機(jī)可相對(duì)固定軸實(shí)現(xiàn)±90°旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速約為4.5 mm/s，最終實(shí)現(xiàn)探頭270°范圍內(nèi)的移動(dòng)檢測(cè)，如圖1(c) 所示。

圖1 遠(yuǎn)程氦質(zhì)譜檢漏裝置結(jié)構(gòu)圖

3、試驗(yàn)部分

　　試驗(yàn)分成噴氦法檢漏和正壓吸槍檢漏兩部分。首先用常規(guī)的手動(dòng)法檢測(cè)不同位置的漏率并作為基準(zhǔn)，然后通過遠(yuǎn)程控制移動(dòng)探頭檢測(cè)各個(gè)位置的漏率數(shù)據(jù)。為消除偶然誤差，采取多次重復(fù)試驗(yàn)取平均值作為最終結(jié)果。

　　3.1、噴氦法檢漏試驗(yàn)及結(jié)果分析

　　將0. 5 m 長(zhǎng)內(nèi)徑Φ250 mm 圓形真空盒作為被檢器件，其端口KF250 快卸法蘭與盲板通過快卸鏈條密封，再連接VSPD03 氦質(zhì)譜檢漏儀形成一個(gè)真空系統(tǒng)。確認(rèn)試驗(yàn)真空系統(tǒng)的密封狀態(tài)滿足測(cè)試要求后，在法蘭的連接縫處人為地制作一個(gè)漏點(diǎn)。手動(dòng)噴氦法檢測(cè)連接縫各個(gè)位置的漏率后，將氦氣瓶與探頭噴槍連接并遠(yuǎn)程控制噴槍移動(dòng)檢測(cè)。當(dāng)氦氣噴到制作的漏點(diǎn)區(qū)域會(huì)立即被吸入到檢漏儀質(zhì)譜室中，檢漏儀輸出漏率變化響應(yīng)。噴氦法檢漏試驗(yàn)連接如圖2所示。

圖2 噴氦法檢漏試驗(yàn)

　　噴槍探頭檢測(cè)并記錄7個(gè)真空盒法蘭連接縫位置點(diǎn)位。試驗(yàn)時(shí)真空系統(tǒng)的本底漏率逐漸變好，取其平均值9.0×10 -11 Pa·m3 /s，壓強(qiáng)為5.3×10 -1Pa。多次重復(fù)噴氦法檢漏后最終漏率數(shù)值統(tǒng)計(jì)如圖3 所示。

圖3 噴氦法檢漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　噴氦法檢漏試驗(yàn)中手動(dòng)和裝置這兩種方式所檢測(cè)7 個(gè)點(diǎn)位的漏率差值小于1 個(gè)量級(jí)，說明裝置遠(yuǎn)程噴氦法檢漏有效可靠。裝置遠(yuǎn)程檢測(cè)點(diǎn)位A、B、C、D 的漏率與本底值比較漏率變化較小，接近10-10Pa·m3/s 量級(jí)；點(diǎn)位E開始與本底相比顯著變大，漏率進(jìn)入在10 -7 Pa·m3/s 量級(jí)；在點(diǎn)位F 檢測(cè)得到漏率最大值4.88×10 -7 Pa·m3/s，點(diǎn)位G 漏率有所變小但保持在10 -7 Pa·m3/s 量級(jí)。通過該裝置檢測(cè)結(jié)果可判斷得知，該試驗(yàn)系統(tǒng)漏孔位置應(yīng)在弧度DF范圍。

　　點(diǎn)位D 手動(dòng)法檢測(cè)漏率平均值為8.8 ×10 - 10Pa·m3/s，而裝置遠(yuǎn)程檢測(cè)漏率為9.44×10 -9Pa·m3/s，相對(duì)其它點(diǎn)位的兩種方法漏率差值較大。噴氦法檢漏依靠人為控制氦氣持續(xù)時(shí)間和壓力，且氦氣迅速四周擴(kuò)散進(jìn)入臨近漏孔，導(dǎo)致檢測(cè)重復(fù)性低。同理這也導(dǎo)致裝置無法再進(jìn)一步確認(rèn)弧度DF范圍內(nèi)漏孔的精確位置。噴氦法檢漏雖為定性檢測(cè)，但精確控制氦氣的持續(xù)時(shí)間和壓力值二者具有非常積極的意義，應(yīng)對(duì)裝置繼續(xù)進(jìn)一步研究升級(jí)改造。

　　3.2、正壓吸槍檢漏實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

　　吸槍檢漏要求真空系統(tǒng)內(nèi)填充大于1 × 105 Pa的氦氣。因此，對(duì)噴氦法檢漏試驗(yàn)的真空系統(tǒng)增加一個(gè)閥門，其一端口連接檢漏儀，另一端口連接氦源。當(dāng)真空腔室達(dá)到本底后關(guān)閉檢漏儀及對(duì)應(yīng)閥門端口，開啟氦源及閥門端口對(duì)真空腔室填至2.2 ×105 Pa，穩(wěn)定后再全部關(guān)閉則完成氦氣填充。管長(zhǎng)7. 5 m 的快速吸槍連接檢漏儀并抽真空到本底1.7×10 -7 Pa·m3/s，吸槍端口壓強(qiáng)為65 Pa 后，設(shè)置檢漏儀的漏率報(bào)警值為本底值的兩倍。調(diào)整吸槍探尖距離快卸鏈條外廓距離約1 mm，再遠(yuǎn)程控制吸槍緩慢移動(dòng)。如圖4(a) 為吸槍檢漏試驗(yàn)裝置連接圖，圖4(b) 為檢測(cè)點(diǎn)位示意圖。

圖4 正壓吸槍檢漏試驗(yàn)

　　多次重復(fù)吸槍檢漏后最終漏率數(shù)值統(tǒng)計(jì)如圖5(a) 所示。從圖中可以看出，兩種方式得到7 個(gè)點(diǎn)位的漏率差值較小，說明裝置正壓吸槍法檢漏準(zhǔn)確有效。裝置吸槍遠(yuǎn)程檢測(cè)點(diǎn)位A、B、C、D、F、G 的漏率非常接近本底值；而在E 點(diǎn)位其漏率明顯變大至2.1×10 -7 Pa·m3/s，可初步斷定漏孔應(yīng)該在點(diǎn)位E 附近。為進(jìn)一步確定漏孔位置，對(duì)E 點(diǎn)附近增加測(cè)量點(diǎn)位e1、e2、e3、e4、e5以及e6，統(tǒng)計(jì)其檢測(cè)漏率數(shù)值如圖5(b) 。結(jié)果顯示增加6 個(gè)測(cè)量點(diǎn)位中，e1點(diǎn)的漏率最大，為1.8×10 - 6 Pa·m3/s，其它5 個(gè)點(diǎn)位依次減小至接近本底，因此可進(jìn)一步判斷漏孔位置靠近e1點(diǎn)位概率較大。

圖5 正壓吸槍檢漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　試驗(yàn)結(jié)果表明：

　�、匐S著吸槍靠近被測(cè)件漏點(diǎn)，檢測(cè)漏率明顯變大，符合吸槍檢漏的漏率變化規(guī)律，說明該裝置的吸槍檢漏測(cè)量可靠準(zhǔn)確。

　�、谙噍^于噴氦法檢漏，吸槍檢漏法排除了人為對(duì)氦氣的影響，且泄漏的氦氣非常少可降低臨近位置的判斷干擾。在能檢測(cè)到漏率變化情況下，該裝置能夠通過吸槍檢漏法可逐漸接近漏孔的具體位置。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　本裝置的成功研究應(yīng)用是檢漏的重大技術(shù)進(jìn)步，通過遠(yuǎn)程控制探頭與檢漏儀的聯(lián)合協(xié)調(diào)操作，可應(yīng)用在高危環(huán)境和輻射環(huán)境的檢漏中，如核電站、核電廠、加速器等實(shí)際工程的檢漏，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。