管道被誉为现代工业和人民生活的大动脉,对保卫国家能源安全、保障经济建设和居民生活具有重要意义。在安装和焊接过程中由于人为因素的影响或者在运行过程中受到介质、压力等因素的影响,管道最脆弱的地方——“对接环焊缝”可能出现不同程度的缺陷,从而影响管道的安全运行。为了保障在役管线能够安全、有效、稳定地运行,必须定期进行无损检测。传统的手动无损检测在过去一直是工业管道定期检验的主要手段;随着工业自动化水平的提高,自动化无损检测成为一个研究热点。在众多的无损检测中,超声检测因其自身特性而成为自动化无损检测采用的主要技术;自动化超声检测具有检测效率高、扫查重复性好等特点,越来越受到青睐。本文依托中国特种设备检测研究院的工程应用类研究项目“反馈式管道自动扫查装置研制”,以衍射时差法(TOFD)超声检测为技术手段,设计自动扫查器,通过扫查器搭载TOFD探头对在役管道环焊缝进行自动化TOFD检测研究。主要研究工作如下:(1)分析了国内外管道环焊缝自动扫查系统的研究现状;比较了几类结构的自动扫查器的优缺点,并针对现有的自动扫查器结构复杂、体积较大且运动不灵活等缺点,提出设计一款更灵活、方便、小巧的自动扫查器。本扫查器采用磁轮吸附式小车结构,与现有的自动扫查器相比,增加了CCD循迹功能,以实现自动纠偏;同时,采用无线控制,便于操作。(2)完成了对整个扫查器机械结构及其关键部件的设计。(3)通过对主控制器模块、CCD采集模块、电机驱动模块、无线遥控模块和电源转换等模块的设计完成了电路原理图;最后制作了PCB板、焊接了相关元器件,完成了整个硬件电路系统的设计与制作。(4)规划了扫查器的控制流程,分别采用黑线提取算法和PID控制算法,通过编程完成CCD循迹控制和PWM电机控制;建立了电机模型,对电机性能进行仿真;在Matlab中建立了控制系统的Simulink模型,对整个控制系统进行仿真,得到的系统仿真响应曲线满足响应时间快,运行稳定等要求。(5)分别在实验室环境和工业现场进行试验,验证了自动扫查器的运行指标满足工业现场检测的要求。