一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，包括驅(qū)動輪環(huán)形支架、驅(qū)動輪組件、控制器總成、輔助輪組件、滑行支座、萬向連接組件、輔助輪環(huán)形支架及探頭組件。通過控制器總成控制驅(qū)動輪內(nèi)部外轉(zhuǎn)子電機(jī)，并通過萬向連接組件拖動輔助輪；利用永磁鐵與管壁間的磁力實現(xiàn)爬行器吸附并提高運動穩(wěn)定性；采用兩個周向布置的電磁超聲探頭，并通過控制器總成中的激勵/接收模塊實現(xiàn)管道缺陷自動檢測。本發(fā)明可用于電力、石化、供水等行業(yè)的壓力運輸管道在線自動超聲無損檢測，適用于水平、豎直、傾斜等不同布置的外露式管道，能自適應(yīng)越過彎道，檢測管徑可在一定范圍變化，具有自動化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、檢測效率高等優(yōu)點。
【專利說明】—種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管道自動無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，可應(yīng)用于電力、石油、化工、天然氣、供水等行業(yè)的外露式壓力運輸管道的在線自動超聲無損檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]管道運輸具有環(huán)保、運行安全可靠、損耗低及易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點，在電力、石油、化工、天然氣、供水等重要行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。受內(nèi)部運輸介質(zhì)載荷的長期作用及外界環(huán)境腐蝕等因素影響，使得管道在使用過程中易出現(xiàn)裂紋、點蝕、縮孔等缺陷，這些缺陷嚴(yán)重時會引發(fā)管道泄漏、炸裂等，造成資源浪費、環(huán)境污染及威脅人身安全，因此，必須對管道進(jìn)行定期檢測和維護(hù)。
[0003]超聲無損檢測是管道檢測的最主要手段之一，目前對管道超聲檢測的途徑可分為人工檢測法和自動檢測法。人工檢測法效率低、勞動強(qiáng)度大、數(shù)據(jù)不易保存，且有些場合人工檢測非常不方便或不安全。因此，管道自動檢測法和檢測裝置正逐漸得到越來越多重視。如申請公布號CN102878385A，公布日2013年I月16日的專利文獻(xiàn)公開了一種流體驅(qū)動自適應(yīng)管道爬行器，通過搭載檢測裝置的方式實現(xiàn)管道在線檢測，可適應(yīng)管徑在一定范圍變化場合，并具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)爬行速度功能；授權(quán)公布號CN100561213C，授權(quán)公布日2009年11月18日的專利文獻(xiàn)公開了一種石油管道超聲檢測方法及檢測用的機(jī)器人，是一種用于石油運輸管道的在線檢測設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低，以及運行距離長等優(yōu)點；授權(quán)公布號CN2545606Y，授權(quán)公布日2003年4月16日的專利文獻(xiàn)公開了一種自動糾偏管道爬行器，該爬行器可用于管道檢測工作，在爬行過程中具有自動糾偏、拐彎，以及防止翻車功能。然而，上述管道在線自動檢測裝置只能實現(xiàn)管道內(nèi)壁爬行檢測，影響管道的正常運輸，且難以適應(yīng)高溫、高壓，以及腐蝕性介質(zhì)運輸管道的檢測，同時還存在管道外壁近表面裂紋等缺陷檢測靈敏度低等問題。因此，研究一種適用于管道外壁爬行自動檢測裝置具有重要的工程應(yīng)用價值和意義。如授權(quán)公布號CN100503342C，授權(quán)公布日2009年6月24日的專利文獻(xiàn)公開了一種輪式永磁吸附管道爬行機(jī)器人，該爬行機(jī)器人通過攜帶檢測傳感器進(jìn)行管道檢測，可沿管道外表面按任意路線爬行，但該裝置存在承載能力低難以攜帶較重檢測裝置、單次檢測面積小等缺陷，難以實現(xiàn)高效率檢測。此外，目前管道外壁檢測裝置在對被檢管道的適應(yīng)性方面，如管道豎直、傾斜、彎管等場合，仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題需解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，該爬行器能沿著鐵磁性管道外壁自動爬行并實現(xiàn)管道的自動超聲無損檢測。通過一次爬行過程即可檢測沿途管道的缺陷，且能進(jìn)行軸向和周向的缺陷定位，提高檢測效率。同時該裝置能夠檢測水平、豎直、傾斜等不同布置的外露式管道，且能自適應(yīng)越過彎管，檢測管徑可在一定范圍內(nèi)變化，提高對被檢管道的適應(yīng)性。[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，包括驅(qū)動輪環(huán)形支架、輔助輪環(huán)形支架、驅(qū)動輪組件、輔助輪組件、控制器總成、滑行支座、萬向連接組件及探頭組件；驅(qū)動輪組件通過滑行支座與驅(qū)動輪環(huán)形支架上的T形槽配合安裝；輔助輪組件、探頭組件通過滑行支座與輔助輪環(huán)形支架上的T形槽配合安裝；控制器總成安裝在驅(qū)動輪環(huán)形支架上；萬向連接組件安裝在驅(qū)動輪、輔助輪環(huán)形支架的側(cè)耳處。
[0006]在驅(qū)動輪、輔助輪環(huán)形支架上半環(huán)的側(cè)耳處開有通孔，下半環(huán)側(cè)耳處開有U形通槽；驅(qū)動輪、輔助輪環(huán)形支架的上半環(huán)通過螺釘與萬向連接組件中的環(huán)架拉座固定連接，下半環(huán)通過鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊在環(huán)架拉座上，便于爬行器的安裝與拆卸。
[0007]驅(qū)動輪組件中的驅(qū)動輪支架側(cè)邊凹槽和輔助輪組件中的輔助輪支架側(cè)邊凹槽中均裝有減震裝置，用于降低爬行過程中因管道表面不平整、焊縫等因素引起的振動，有效提高運動穩(wěn)定性。
[0008]通過調(diào)節(jié)驅(qū)動輪組件、輔助輪組件及探頭組件在滑行支座上的安裝位置來適應(yīng)管徑在一定范圍變化場合。
[0009]通過控制器總成實現(xiàn)驅(qū)動輪控制、檢測信號采集，以及爬行器的遠(yuǎn)程運動控制等，并在內(nèi)部安有電源模塊，短距離管道檢測可通過電源模塊內(nèi)的蓄電池進(jìn)行供電，長距離管道檢測則電源模塊需通過外部電纜接入外部電源。
[0010]在驅(qū)動輪組件中的驅(qū)動輪內(nèi)裝有外轉(zhuǎn)子電機(jī)，以此驅(qū)動爬行器，并實現(xiàn)輔助輪拖動；外轉(zhuǎn)子電機(jī)與控制器總成中的電機(jī)控制模塊相連，實現(xiàn)爬行器的運動控制；通過驅(qū)動輪內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器，實時檢測每個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，并當(dāng)爬行器出現(xiàn)運動故障時，轉(zhuǎn)矩傳感器因超過閾值而自動報警。
[0011]爬行器運行到彎道處時，控制器總成根據(jù)各驅(qū)動輪運行速度及轉(zhuǎn)矩差異，對各驅(qū)動輪進(jìn)行轉(zhuǎn)速自動補(bǔ)償控制，且萬向連接組件中的伸縮桿可自適應(yīng)調(diào)節(jié)伸縮長度，確保爬行器平穩(wěn)通過彎道。
[0012]爬行器用于豎直、傾斜布置管道檢測時，通過永磁鐵與管壁間的磁力實現(xiàn)爬行器吸附，爬行器環(huán)形支架等部件采用鋁合金等輕質(zhì)材料制成，以降低爬行器自身重力載荷。
[0013]采用兩個沿管道外壁周向布置的電磁超聲探頭進(jìn)行缺陷檢測，在被測管道管壁產(chǎn)生超聲蘭姆波；探頭的表面設(shè)計為圓柱面，其半徑與管道外壁半徑相當(dāng)，并通過調(diào)節(jié)發(fā)射和接收探頭組件之間的相對安裝位置來改變檢測夾角大小。
[0014]由控制器總成中的電磁超聲激勵/接收模塊實現(xiàn)探頭激勵及回波電壓信號接收，所產(chǎn)生的超聲蘭姆波沿管壁傳播，由此實現(xiàn)在不轉(zhuǎn)動管道情況下實現(xiàn)檢測位置處整個管壁的檢測；超聲信號采集模塊采集到的數(shù)據(jù)存儲在控制器總成中的存儲器中，同時通過信號分析與缺陷識別模塊進(jìn)行信號在線處理，如檢測到缺陷則自動報警；存儲器中的數(shù)據(jù)可通過USB數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，實現(xiàn)超聲檢測信號的離線分析，并結(jié)合轉(zhuǎn)速、時間、位移及管道內(nèi)外徑參數(shù)之間的關(guān)系確定缺陷位置。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于可實現(xiàn)電力、石油、化工、天然氣、供水等行業(yè)的壓力運輸管道在線自動超聲無損檢測，適用于水平、豎直、傾斜等不同布置的外露式管道，且能自適應(yīng)越過彎管，檢測管徑可在一定范圍內(nèi)變化場合，并具有自動化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、檢測效率高等優(yōu)點。【專利附圖】

【附圖說明】[0016]圖1為本發(fā)明的整體裝配示意圖。[0017]圖2為本發(fā)明的環(huán)形支架上下半環(huán)連接示意圖。[0018]圖3為本發(fā)明的驅(qū)動輪組件示意圖。[0019]圖4為本發(fā)明的輔助輪組件示意圖。[0020]圖5為本發(fā)明的萬向連接組件示意圖。[0021]圖6為本發(fā)明的探頭組件示意圖。[0022]圖7為本發(fā)明的控制器總成的構(gòu)成示意圖。[0023]圖8為本發(fā)明的電磁超聲發(fā)射與接收示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1所示，一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，包括驅(qū)動輪環(huán)形支架1、驅(qū)動輪組件2、控制器總成3、輔助輪組件4、滑行支座5、萬向連接組件6、輔助輪環(huán)形支架7、探頭組件8 ;所述驅(qū)動輪組件2通過滑行支座與驅(qū)動輪環(huán)形支架I上的T形槽配合安裝；所述輔助輪組件4及探頭組件8通過滑行支座與輔助輪環(huán)形支架7上的T形槽配合安裝；所述控制器總成3安裝在驅(qū)動輪環(huán)形支架I的環(huán)架上；所述萬向連接組件6安裝在驅(qū)動輪環(huán)形支架I和輔助輪環(huán)形支架7的側(cè)耳處；結(jié)合圖2所示，在驅(qū)動輪環(huán)形支架1、輔助輪環(huán)形支架7上半環(huán)的側(cè)耳處開有通孔，下半環(huán)側(cè)耳處開有U形通槽，上半環(huán)通過螺釘與環(huán)架拉座65固定連接，下半環(huán)由鎖緊彈簧61、彈簧座62、鎖緊扳手63、鎖緊拉軸64及環(huán)架拉座65組成的鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊在環(huán)架拉座65上。
[0026]如圖3所示,驅(qū)動輪組件2包括驅(qū)動輪滑桿21、減震裝置22、驅(qū)動輪支架23、輪軸24、永磁鐵支架25.、驅(qū)動輪26、永磁鐵27 ;所述驅(qū)動輪支架23與驅(qū)動輪滑桿21配合安裝，在其兩側(cè)凹槽內(nèi)裝有減震裝置22 ;所述減震裝置22包括減震彈簧221、彈簧座222及連接螺釘223，并通過連接螺釘223與驅(qū)動輪滑桿21連接；所述驅(qū)動輪26通過輪軸24安裝在驅(qū)動輪支架23上；所述永磁鐵支架25安裝在驅(qū)動輪支架23上，并通過螺釘固定永磁鐵27。
[0027]如圖4所示，輔助輪組件4包括輔助輪滑桿41、減震裝置42、輔助輪支架43、輪軸44、輔助輪45 ;所述輔助輪支架43與輔助輪滑桿41配合安裝，在其兩側(cè)凹槽內(nèi)裝有減震裝置42 ;所述減震裝置42包括減震彈簧421、彈簧座422及連接螺釘423，并通過連接螺釘423與輔助輪滑桿41連接；所述輔助輪45通過輪軸44安裝在輔助輪支架43上。
[0028]如圖5所示，萬向連接組件6包括鎖緊彈簧61、彈簧座62、鎖緊扳手63、鎖緊拉軸64、環(huán)架拉座65、萬向節(jié)66、伸縮桿67 ;所述鎖緊彈簧61、彈簧座62安裝在鎖緊拉軸64的下端；所述鎖緊扳手63通過銷軸與鎖緊拉軸64相連接；所述鎖緊拉軸64安裝在環(huán)架拉座65上；所述環(huán)架拉座65通過萬向節(jié)66與伸縮桿67相連接。
[0029]如圖6所示，探頭組件8包括探頭支撐桿81、探頭座82、緊固螺釘83、電磁超聲探頭84 ;所述探頭座82安裝在探頭支撐桿81的下端；所述電磁超聲探頭84安裝在探頭座82上，并通過緊固螺釘83進(jìn)行固定。
[0030]如圖7所示，控制器總成中的電源模塊用于向爬行器供電，長距離檢測需通過外部電纜接入外部電源；控制器總成中的電機(jī)控制模塊、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采集模塊、運動故障報警器、無線信號發(fā)射接收模塊及外部無線手操器，分別用于驅(qū)動輪控制，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的采集、爬行器出現(xiàn)運動故障時自動報警、爬行器遠(yuǎn)程控制；控制器總成中的電磁超聲激勵/接收模塊、超聲波信號采集模塊、信號分析與缺陷識別模塊、缺陷信號報警器，分別用于探頭的激勵與回波信號接收、對采集到的超聲波信號進(jìn)行自動識別與缺陷判定、實現(xiàn)缺陷自動報警；控制器總成中的存儲器用于爬行器檢測數(shù)據(jù)的存儲，并通過控制器總成中的USB數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，供對被測管道進(jìn)行進(jìn)一步的離線分析，同時通過USB數(shù)據(jù)接口，可設(shè)置和修改爬行器控制總成中的參數(shù)，如管道內(nèi)外徑、電機(jī)轉(zhuǎn)速、報警閾值及其他檢測參數(shù)等。
[0031]爬行器調(diào)整過程:根據(jù)被測管道直徑大小，調(diào)整驅(qū)動輪組件2、輔助輪組件4及探頭組件8在滑行支座上的安裝位置，使得驅(qū)動輪26和輔助輪45與管道外壁接觸良好，并保證探頭表面與管道表面保持-5πιπι距離，以免安裝過程中損壞探頭；調(diào)整探頭組件在輔助輪環(huán)形支架7上的安裝位置，使發(fā)射、接收探頭檢測夾角滿足工藝要求；完成以上調(diào)整后，將爬行器正確安裝在被測管道上，并調(diào)整探頭表面與管道表面之間的距離，使得檢測靈敏度滿足要求。
[0032]爬行器運動控制過程:通過外部手操器控制啟動后，通過無線信號發(fā)射/接收模塊，由電機(jī)控制模塊控制驅(qū)動輪中的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，同時通過轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采集模塊實時檢測每個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩；當(dāng)爬行器出現(xiàn)運動故障時，轉(zhuǎn)矩傳感器扭矩因超過閾值自動啟動運動故障報警器。
[0033]爬行器的超聲探傷過程:在爬行器工作之前，通過USB數(shù)據(jù)接口設(shè)定或修改檢測參數(shù)；爬行器工作開始后，由電磁超聲激勵/接收模塊實現(xiàn)探頭的激勵與回波電壓信號接收，如圖8所示，發(fā)射探頭841在管壁產(chǎn)生的超聲蘭姆波沿SI和S2兩個方向傳播，當(dāng)超聲蘭姆波傳播到接收探頭842區(qū)域時，由接收模塊獲取回波電壓信號，然后通過超聲信號采集模塊進(jìn)行采集，并存儲到存儲器中，同時由信號分析與缺陷識別模塊對超聲回波信號實時監(jiān)控，如檢測到缺陷則啟動缺陷報警器；存儲器中的數(shù)據(jù)可通過USB數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，實現(xiàn)超聲檢測信號的離線分析，并結(jié)合轉(zhuǎn)速、時間、位移及管道內(nèi)外徑參數(shù)之間的關(guān)系來確定缺陷位置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，包括驅(qū)動輪環(huán)形支架(I)、驅(qū)動輪組件(2)、控制器總成(3)、輔助輪組件(4)、滑行支座(5)、萬向連接組件(6)、輔助輪環(huán)形支架(7)及探頭組件(8);其特征在于:所述驅(qū)動輪組件(2)通過滑行支座與驅(qū)動輪環(huán)形支架(I)上的T形槽配合安裝；所述控制器總成(3)安裝在驅(qū)動輪環(huán)形支架(I)上；所述萬向連接組件(6)安裝在驅(qū)動輪環(huán)形支架(I)和輔助輪環(huán)形支架(7)的側(cè)耳處；所述輔助輪組件(4)和探頭組件(8)通過滑行支座與輔助輪環(huán)形支架(7)上的T形槽配合安裝；所述驅(qū)動輪組件(2)包括驅(qū)動輪滑桿(21)、減震裝置(22)、驅(qū)動輪支架(23)、輪軸(24)、永磁鐵支架(25 )、驅(qū)動輪(26 )及永磁鐵(27 );所述驅(qū)動輪支架(23 )與驅(qū)動輪滑桿(21)配合安裝，在其兩側(cè)凹槽內(nèi)裝有減震裝置(22);所述減震裝置(22)包括減震彈簧(221)、彈簧座(222 )及連接螺釘(223 )，通過連接螺釘(223 )與驅(qū)動輪滑桿(21)連接；所述驅(qū)動輪(26 )通過輪軸(24 )安裝在驅(qū)動輪支架(23 )上；所述永磁鐵支架(25 )安裝在驅(qū)動輪支架(23)上，并通過螺釘固定永磁鐵(27)；所述輔助輪組件(4)包括輔助輪滑桿(41)、減震裝置(42)、輔助輪支架(43)、輪軸(44)及輔助輪(45);所述輔助輪支架(43)與輔助輪滑桿(41)配合安裝，在其兩側(cè)凹槽內(nèi)裝有減震裝置(42);所述減震裝置(42)包括減震彈簧(421)、彈簧座(422)及連接螺釘(423)，通過連接螺釘(423)與輔助輪滑桿(41)連接；所述輔助輪(45)通過輪軸(44)安裝在輔助輪支架(43)上;所述萬向連接組件(6)包括鎖緊彈簧(61)、彈簧座(62)、鎖緊扳手(63)、鎖緊拉軸(64)、環(huán)架拉座(65)、萬向節(jié)(66)及伸縮桿(67);所述鎖緊彈簧(61)、彈簧座(62)安裝在鎖緊拉軸(64)的下端；所述鎖緊扳手(63)通過銷軸連接安裝在鎖緊拉軸(64)上；所述鎖緊拉軸(64)安裝在環(huán)架拉座(65)上；所述環(huán)架拉座(65)通過萬向節(jié)(66)與伸縮桿(67)相連；所述探頭組件(8)包括探頭支撐桿(81)、探頭座(82)、緊固螺釘(83)及電磁超聲探頭(84);所述探頭座(82)安裝在探頭支撐桿(81)上；所述電磁超聲探頭(84)安裝在探頭座(82)上，其探頭表面為圓柱面，半徑與管道外壁半徑相當(dāng)，通過緊固螺釘(83)進(jìn)行固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，其特征在于:通過調(diào)節(jié)驅(qū)動輪組件(2)、輔助輪組件(4)及探頭組件(8)在滑行支座上的安裝位置來適應(yīng)管徑在一定范圍變化場合，并通過調(diào)節(jié)滑行支座在輔助輪環(huán)形支架(7)上的安裝位置來改變探頭檢測夾角大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，其特征在于:所述驅(qū)動輪(26)內(nèi)部裝有轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩傳感器，實時檢測每個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，并通過控制器總成采集運算，實現(xiàn)對每個驅(qū)動輪的控制，同時結(jié)合超聲檢測信號，實現(xiàn)管道缺陷的定位。
【文檔編號】G01N29/265GK103439415SQ201310404291
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】胡宏偉, 彭凌興, 李雄兵, 倪培君, 王向紅, 劉希玲 申請人:長沙理工大學(xué)