不銹鋼管作為油氣開采與運輸過程的重要器件而大量使用，對其進行質量檢測是不銹鋼管正常生產應用的前提。隨著鋼管連軋工藝的發展鋼管，最大生產節奏達到960支／h，在線檢測最高要求速度達到3m／s，與此相對應的漏磁檢測系統的運行速度也相繼提高。其中，對不銹鋼管缺陷進行精確而不遺漏的標記是檢測結果有效性的重要前提，對缺陷的復查和尋找，以及不銹鋼管的后處理工藝安排具有重要作用。所以，在鋼管高速檢測過程中，缺陷標記系統是不可或缺的組成部分。
一、標記系統
假設不銹鋼管檢測最高檢測速度為3m／，缺陷標記分辨率dpx為20mm，則最高標記頻率f為
fpr=Vmax/dpx=150Hz(6-17)
也即，為使兩個相隔20mm的缺陷能夠相互獨立標識且沒有遺漏，標記系統每秒鐘需標記150次，才能滿足鋼管高速漏磁檢測的標記要求。
標記系統工作流程如圖6-34所示。缺陷產生的漏磁場被磁敏傳感器獲取之后轉換為電信號，然后由A-D采集卡轉換為數字信號，進入計算機進行信號后處理，輸出結果與設置的標準門限對比，如果信號幅值超過門限，則判定為缺陷，并將缺陷信息傳輸給可編程序控制器PLC。系統根據標記系統與磁敏傳感器之間的距離以及鋼管運行速度，經過準確延時之后輸出高電平控制電磁閥工作，噴嘴持續噴出一段時間涂料之后停止，并等待下一次缺陷信號到來，噴壺標識器如圖6-35所示。
為了控制缺陷標識精度，標記系統需要精確控制漏磁檢測探頭與噴嘴之間的距離，并根據運行速度進行延時設置。對于漏磁陣列探頭檢測系統，標記系統在確定探頭與噴嘴之間的距離時，需要精確到獨立的傳感器單元，尤其是針對條狀探頭。一般來說，條狀探頭整體長度大于100mm，如果將其看成一個整體，則標識誤差將大于100mm。
一個噴壺的響應時間較長，無法滿足標識系統的噴標頻率要求。為此，一般采取陣列噴壺對缺陷進行標記，主要有兩種布置方案：其一，噴槍沿鋼管軸向陣列布置；其二，噴槍沿鋼管周向陣列布置。
陣列標記系統相對于單噴嘴標記系統具有更高的標記速度和精度，具有以下特點：
1）將缺陷信息分配給不同噴嘴進行工作，提高標識速度。
2）將連續缺陷信息分點標記，可以提高分辨率，以消除整片連續標記現象。
3）控制器接收到缺陷信息之后，將控制空閑的噴嘴進行工作。
4）多個噴嘴需要循環使用，以保證噴嘴通暢，防止氣路阻塞和噴嘴堵塞。
5）尋求最佳標識控制方案以提高標識速度和精度，并能對設備進行良好維護。
圖6-36所示為多噴嘴聯合標記系統，主要由多噴嘴組合、涂料壺、升降框架、控制臺和升降電動機構成。多噴嘴系統采用8個噴嘴雙排陣列組合方式，由8個電磁閥獨立控制和8個涂料壺單獨供涂料。由于不同管徑不銹鋼管中心高不同，從而造成噴嘴與鋼管之間的距離發生改變。一般距離越小，涂料行程越小，標識斑點越小，速度越快，因此，噴嘴中心高需根據鋼管規格進行調整。
二、噴槍結構
噴槍作為標記系統的執行機構，其結構很大程度上決定了標記系統的性能?？紤]到標記工作現場特殊環境，如高溫、強振動、多灰塵等，噴槍槍體做成如圖6-37所示的結構，它可以用于檢測過程中棒材、管材、線材、板材等金屬件的快速缺陷標記。
圖6-37所示的噴槍具有如下特點：
1）噴槍最小口徑為0.3mm，最小噴涂量可達3g／min，可以較大程度地節約涂料。
2）使用圓形空氣帽可噴出圓形斑點，其形狀正好適用于缺陷標記。
3）帶有拉栓，維護清洗方便，配有物料循環功能，可以防止噴槍堵塞。
4）響應速度快，只需40ms便可實現啟閉，這是實現高速標記的關鍵。
三、噴標控制
缺陷標記是不銹鋼管檢測結果的直接體現，高精度和高分辨率是標記系統的重要性能指標。高精度體現在標記位置與缺陷位置形成精確的空間對應；高分辨率體現為缺陷標記斑點有效而且較小，避免大片連續標記造成缺陷難以辨識；而且兩者都必須建立在無漏標記的基礎之上。高速標記系統的實現基礎為高效的控制方案和策略，根據缺陷信號進行合理有效的標記，可使后處理工藝更加方便快捷，以及時反饋鋼管生產工藝中的缺陷。
1. 控制方法
標記系統將涂料從料筒運送到涂料壺，然后經噴嘴標記到鋼管上，其氣路工作原理如圖6-38所示。
從圖6-38中可以看出，噴嘴與磁敏傳感器之間存在一定的空間距離，即噴嘴在漏磁檢測探頭之后。實際工作過程中，要求標記斑點與缺陷位置對應，并且斑點分辨率越高越好，以確定缺陷的數量。由于兩者存在一定空間錯位，缺陷信號被處理和判斷后，不能立即噴標，必須延時一段時間，以保證缺陷位置與標記斑點對應。為保證標記斑點具有可視性，涂料噴灑必須持續一段時間。而為了讓缺陷與缺陷之間具有可分辨性，涂料噴灑時間又不能過長，標記系統控制方案布局如圖6-39所示。
標記控制信息依次經過：檢測探頭、前置放大器、采集卡、計算機、控制器、電磁閥和噴頭。檢測探頭將漏磁場量轉換為模擬量，并經A-D采集卡轉換為數字量，通過USB 總線輸入計算機，在計算機內進行相應計算和判斷，如果信號超過報警門限，則輸出缺陷脈沖信號，通過以太網傳輸到控制器進行處理。經控制器內部控制指令延時，輸出控制高電平并延時一段時間，控制電磁閥持續工作，使噴嘴噴灑涂料至鋼管表面，并與缺陷位置相對應。
標記過程中，被檢測鋼管直線前進速度為vn，探頭中心與噴嘴之間的距離為Lpr，則缺陷從探頭處運動到噴嘴位置的時間。為使標記斑點與缺陷位置盡量重合，從漏磁場處獲取信號開始到涂料噴灑至鋼管表面為止，該信號傳輸時間應該與缺陷運動時間t相等，其包括：漏磁信號從鋼管缺陷處傳輸至采集卡的時間t1，信號從采集卡通過USB總線傳輸到計算機的時間t2，計算機內信號處理過程時間，缺陷信號經以太網進入可編程序控制器的時間t4，控制器延時時間ts，控制器輸出信號至電磁閥的時間t6，電磁動作時間t，以及涂料從噴嘴噴灑到鋼管表面的時間t8，并滿足以下關系式
t =t1+t2 +t3+t4+ts+t6+t7+t8 (6-19)
式（6-19）表明，缺陷產生的漏磁信號從缺陷處被采集到至最后涂料噴灑到鋼管表面經歷了一個復雜的信息傳遞過程。其中，電信號傳輸時間、USB總線傳輸時間以及以太網傳輸時間可忽略不計，信號處理時間與評判算法、數據量和計算機配置有關，一般用時也較短。但從電磁閥開始動作到涂料噴灑到鋼管表面的時間較長，這主要與噴嘴噴腔內氣壓大小以及噴嘴與鋼管表面之間的距離有關。一般情況下，噴嘴與鋼管表面距離越近，涂料噴灑時間越短，斑點就越小。因此，噴嘴中心高度必須可調，當更換鋼管規格時，通過調整噴嘴與鋼管表面之間的距離來實現最好的標記效果。上述所有時間中，除了控制器延時時間ts，其余時間基本為定值，在調整鋼管運行速度時，延時參數t，需要根據新的檢測速度進行調整。
如圖6-40所示，可將整個標記過程分為三個階段：第一階段，磁敏元件拾取到缺陷漏磁場，并將其轉換為電信號；第二階段，控制器獲取缺陷標記信號，并運行延時指令；第三個階段，延時結束，控制器輸出控制指令給電磁閥執行標記動作，噴嘴噴灑涂料。
2. 控制策略
單缺陷單噴嘴模型控制器輸入參數包括：圖6-40 缺陷標記延時工作原理缺陷脈沖信號、標記開始延時時間t和標記持續延時時間T，輸出參數為標識輸出?？刂破鞑捎弥芷谏仙孬@取法，定期獲取缺陷信號，然后根據設置的兩個延時參數進行延時并輸出給電磁閥，內部工作時序如圖6-41所示。
當不銹鋼管上出現連續缺陷時，會出現以下情況：前一個缺陷還未開始標記或者還未標記完成，又出現新的缺陷，則會產生新的缺陷被遺失標記的狀況。所以，為達到所有缺陷都能準確標識而不出現遺漏，需要設置多個參數來儲存缺陷信息，并按照先進先出的原則進行標記。為此，設置N個定時器，每個定時器輸出為Out，多個電磁閥工作時序如圖6-42所示。
整個定時器系統遵循以下規則：
1）如果定時器i沒有工作，則由i定時器執行延時指令。
2）如果定時器i正在執行延時指令，則由定時器i＋1進行延時。
3）系統輸出為所有定時器輸出的疊加(Out=Outl +Out2 +··+OutN)。
根據上述設定原則，如果上一個缺陷被捕獲但還未輸出，緊接著又出現一個缺陷脈沖，系統將對缺陷信號進行保持。從而當出現連續缺陷時，系統便會全部捕捉，而不會遺漏。其執行流程和結果如圖6-43所示。
在如圖6-43所示過程中，一個標記周期內連續出現三個缺陷，分別由三個定時器進行上升沿捕獲，然后分別延時，共同輸出，因此三個連續缺陷點的標記效果為一條連續的標記線，而不會出現遺漏標記的情況。然而，不同位置的缺陷產生了一條連續標記線，雖然沒有出現遺漏，但是標記分辨率降低了，遺失了精確的對應關系。為提高標記精確度，將條狀探頭內部檢測元件獨立分類，分別設置不同的延時周期，并采用多噴嘴進行標記，多噴嘴標記控制模型如圖6-44所示。
多噴嘴標記模型是一個多輸入多輸出的控制模型，其輸出主要為8個噴嘴，而其輸入主要有如下三類：
1）缺陷脈沖：不同檢測元件發出的缺陷脈沖，同一檢測元件不同時刻發出的缺陷脈沖。
2）標記開始延時：由于不同位置檢測元件與噴嘴之間的距離不同，因而延時時間不同。
3）標記持續延時：所有噴嘴采用相同的標記持續延時時間，從而產生相同大小的斑點。
不同檢測元件對應不同的延時器，并產生不同的控制指令去驅動8個噴嘴。整個控制過程遵循以下原則：
1）噴嘴循環使用，上一次控制噴嘴i進行標記，下次將控制噴嘴i＋1工作；如果是第8號噴嘴正在工作，則下一個由第1號噴嘴工作。保證每個噴嘴循環使用，防止油路堵塞。
2）每個檢測元件獨立設置N個定時器，并保存相同的標記開始延時參數。
3）由于噴嘴分兩排，如果正在指定后排噴嘴工作，則后排噴嘴自動延長相應時間再進行標記。
3. 標記誤差
在不銹鋼管漏磁檢測中，通常施加周向局部磁化激發縱向缺陷漏磁場。為實現鋼管全覆蓋檢測，探頭與鋼管之間往往通過形成螺旋掃查方式完成全覆蓋檢測。同樣，噴嘴在鋼管表面形成的軌跡也為螺旋線。
假設不銹鋼管外徑為d1，掃查螺距為P，檢測探頭為雙探頭，探頭有效檢測長度為l，標記系統為單標記系統，探頭中心與標記系統軸向距離為Lpr，系統理論標記誤差為leror。探頭及標記器布置如圖6-45所示。
將不銹鋼管沿軸線展開，得到探頭掃查平面圖（圖6-46），并獲得不同情況下的標記誤差leror，見表6-5。
通過表6-5可以看出，標記系統的確存在理論標記誤差。提高標記精度的方法主要有兩種，一種方法是增加標記器數量，另一種方法是提高條狀探頭內部傳感元件的分辨率，按照探頭內部檢測元件的空間位置采用獨立的延時參數來降低標記誤差。如果將噴壺沿著圓周均勻布置N1個噴嘴，并且將條狀探頭內部檢測元件分為2等份，則相應的標記誤差最大值為： V'emor=lerror/N1N2(6-21)
