利用NI模块化仪器和LabVIEW为美国军方构建超声无损测试系统

作者:
Thomas Fina - FBS Inc.
Steven Owens - FBS Inc.

行业:
政府/国防

产品:
LabVIEW, 运动控制,

挑战:
      为美国军方提供一种方法，快速、精确地检测M1A1 Abrams坦克机枪的后膛部分是否存在几何缺陷及其他退化裂纹。

解决方案:
      利用NI高速数字化仪和运动控制板卡，基于工业的奔腾4.3GHz处理器和768MB RAM创建该系统，并在NI LabVIEW图形化开发环境下编写所有软件。

 
修改超声无损管线测试以适合枪管测试
      FBS 公司开发了其面向管线测试行业的超声测试和系统集成的核心专业技术。在此领域中，FBS 是北美第一个将超声导波技术应用在长距离管线检测的公司。利用该项技术，FBS 公司可以从单个位置检测数百英尺的管线。这包括地下管线、焦油封涂的管线和装有产品的管线。

       由于该项技术在管线检测行业取得了商业成功，枪管检测等其他行业的公司对该项技术做出改进以适应自己的应用。

       目前美国军方所采用的枪管检测技术主要局限于视觉检测。美国军方很少因为视觉发现的缺陷而丢弃枪管，但时常因为使用限制命令而丢弃枪管。由于缺乏预 测故障的有效方法，美国军方限制士兵使用枪管的次数，同时又必须保证枪管的零缺陷，从而导致美国军方丢弃了许多可用的枪管。由于每根枪管的替换成本非常 高，而且美国国防部正在实施一项总拥有成本缩减策略，美国军方需要一个快速精确的枪管测试系统。该测试系统必须实现：
● 仪器可自如地滑进滑出后膛
● 提供后膛状况的实时反馈
● 根据120毫米加农炮炮膛部分的缺陷确定准则（依据TM 9-1000-202-14）检测缺陷
● 方便地适应不同尺寸枪膛的枪膛检测

FBS公司将其超声导波管线检测专业技术应用于检测M1A1 Abrams坦克的枪管。

设计一个自动化后膛检测仪器系统
        我们开发了一个仪器系统以快速并精确地检测M1A1 Abrams坦克枪支的后膛部分。我们设计的仪器系统可以插入到枪膛区域并执行自动化的后膛检测。该设备通过转换沿枪管轴线的传感器检测后膛的总长度。

       该系统的技术优势包括降低的差错风险、更快的检测速度、详细的缺陷深度信息和表面缺陷的检测。美国军方可以方便地将迄今为止所开发的技术稍作修改， 以适应后膛和任何几何外形的光滑枪管部分的检测。利用这一系统，未经专业军事训练的技术人员也可以精确地检测到有威胁的缺陷，从而通过延长枪管的使用周期 而达到节省成本的目的。为美国军方构建的这一原型系统叫做BLASST（枪管评估技术）。在未来，美国军方可以将该类型的检测技术应用于其他军用枪支。

我们基于工业的奔腾4.3 GHz 处理器和768 MB RAM，以及下列数据采集与控制设备构建系统：
● NI PCI-5102 双通道、15 MHz、20 MS/s 8- 位数字化仪
● NI PCI-7334 运动控制器
● TB-1000 马泰克超大脉冲发生器/ 接收器
● PC 仪器八合一多路复用器

       我们将设备连接到位于枪管四周的超声传感器阵列。此外，我们在NI LabVIEW 平台下完成所有软件的编写。主要的设计要素包括：
● 直观的设计——任何技术人员都可以识别缺陷。
● 模块化代码——我们可以在任何类似的项目中复用代码段。

● 兼容性——我们可以实现软件与若干个脉冲发生器/ 接收器、数字化仪、运动控制器和开关的接口。
● 集成的信号处理——技术人员可以使用滤波、平均值和高级信号处理等功能。
● 数据存储——技术人员可以将数据保存至磁盘。
● 实时分析——技术人员可以实时确定枪管的有效性。

利用FBS 的专业技术和NI 的工具节省时间与成本
      利用NI软硬件，我们成功地创建了一个通过导波超声学检视M1A1 Abrams 坦克枪膛的系统。 LabVIEW 提供了与多个设备的必要连接，其中包括来自第三方的脉冲发生器/ 接收器和开关。NI 高速数字化仪赋予我们完成该项应用所必需的性能与互操作性。最后，NI测试与测量工具，结合来自FBS 有限公司的导波超声检测专业技能，缩短了开发时间并降低了开发成本，同时也满足了美国军方的所有系统需求。