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，包括驅動輪環形支架、驅動輪組件、控制器總成、輔助輪組件、滑行支座、萬向連接組件、輔助輪環形支架及探頭組件。通過控制器總成控制驅動輪內部外轉子電機，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爬行器吸附并提高運動穩定性；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/接收模塊實現管道缺陷自動檢測。本發明可用于電力、石化、供水等行業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、適應性強、檢測效率高等優點。
【專利說明】—種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器
【技術領域】
[0001]本發明涉及管道自動無損檢測領域，具體涉及一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，可應用于電力、石油、化工、天然氣、供水等行業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】
[0002]管道運輸具有環保、運行安全可靠、損耗低及易實現自動化控制等優點，在電力、石油、化工、天然氣、供水等重要行業得到廣泛應用。受內部運輸介質載荷的長期作用及外界環境腐蝕等因素影響，使得管道在使用過程中易出現裂紋、點蝕、縮孔等缺陷，這些缺陷嚴重時會引發管道泄漏、炸裂等，造成資源浪費、環境污染及威脅人身安全，因此，必須對管道進行定期檢測和維護。
[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、勞動強度大、數據不易保存，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日的專利文獻公開了一種流體驅動自適應管道爬行器，通過搭載檢測裝置的方式實現管道在線檢測，可適應管徑在一定范圍變化場合，并具有自適應調節爬行速度功能；授權公布號CN100561213C，授權公布日2009年11月18日的專利文獻公開了一種石油管道超聲檢測方法及檢測用的機器人，是一種用于石油運輸管道的在線檢測設備，具有結構簡單、能耗低，以及運行距離長等優點；授權公布號CN2545606Y，授權公布日2003年4月16日的專利文獻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管道內壁爬行檢測，影響管道的正常運輸，且難以適應高溫、高壓，以及腐蝕性介質運輸管道的檢測，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用價值和意義。如授權公布號CN100503342C，授權公布日2009年6月24日的專利文獻公開了一種輪式永磁吸附管道爬行機器人，該爬行機器人通過攜帶檢測傳感器進行管道檢測，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性方面，如管道豎直、傾斜、彎管等場合，仍存在一些關鍵技術問題需解決。
【發明內容】
[0004]本發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，且能自適應越過彎管，檢測管徑可在一定范圍內變化，提高對被檢管道的適應性。[0005]本發明采用的技術方案:一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，包括驅動輪環形支架、輔助輪環形支架、驅動輪組件、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；驅動輪組件通過滑行支座與驅動輪環形支架上的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形支架上的T形槽配合安裝；控制器總成安裝在驅動輪環形支架上；萬向連接組件安裝在驅動輪、輔助輪環形支架的側耳處。
[0006]在驅動輪、輔助輪環形支架上半環的側耳處開有通孔，下半環側耳處開有U形通槽；驅動輪、輔助輪環形支架的上半環通過螺釘與萬向連接組件中的環架拉座固定連接，下半環通過鎖緊機構鎖緊在環架拉座上，便于爬行器的安裝與拆卸。
[0007]驅動輪組件中的驅動輪支架側邊凹槽和輔助輪組件中的輔助輪支架側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，有效提高運動穩定性。
[0008]通過調節驅動輪組件、輔助輪組件及探頭組件在滑行支座上的安裝位置來適應管徑在一定范圍變化場合。
[0009]通過控制器總成實現驅動輪控制、檢測信號采集，以及爬行器的遠程運動控制等，并在內部安有電源模塊，短距離管道檢測可通過電源模塊內的蓄電池進行供電，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]在驅動輪組件中的驅動輪內裝有外轉子電機，以此驅動爬行器，并實現輔助輪拖動；外轉子電機與控制器總成中的電機控制模塊相連，實現爬行器的運動控制；通過驅動輪內部的轉矩、轉速傳感器，實時檢測每個驅動輪的轉矩、轉速，并當爬行器出現運動故障時，轉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，控制器總成根據各驅動輪運行速度及轉矩差異，對各驅動輪進行轉速自動補償控制，且萬向連接組件中的伸縮桿可自適應調節伸縮長度，確保爬行器平穩通過彎道。
[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爬行器吸附，爬行器環形支架等部件采用鋁合金等輕質材料制成，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行缺陷檢測，在被測管道管壁產生超聲蘭姆波；探頭的表面設計為圓柱面，其半徑與管道外壁半徑相當，并通過調節發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/接收模塊實現探頭激勵及回波電壓信號接收，所產生的超聲蘭姆波沿管壁傳播，由此實現在不轉動管道情況下實現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據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行信號在線處理，如檢測到缺陷則自動報警；存儲器中的數據可通過USB數據接口傳輸到計算機中，實現超聲檢測信號的離線分析，并結合轉速、時間、位移及管道內外徑參數之間的關系確定缺陷位置。
[0015]本發明的有益效果在于可實現電力、石油、化工、天然氣、供水等行業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，且能自適應越過彎管，檢測管徑可在一定范圍內變化場合，并具有自動化程度高、適應性強、檢測效率高等優點。【專利附圖】
【附圖說明】[0016]圖1為本發明的整體裝配示意圖。[0017]圖2為本發明的環形支架上下半環連接示意圖。[0018]圖3為本發明的驅動輪組件示意圖。[0019]圖4為本發明的輔助輪組件示意圖。[0020]圖5為本發明的萬向連接組件示意圖。[0021]圖6為本發明的探頭組件示意圖。[0022]圖7為本發明的控制器總成的構成示意圖。[0023]圖8為本發明的電磁超聲發射與接收示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[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，包括驅動輪環形支架1、驅動輪組件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、輔助輪環形支架7、探頭組件8 ;所述驅動輪組件2通過滑行支座與驅動輪環形支架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安裝在驅動輪環形支架I的環架上；所述萬向連接組件6安裝在驅動輪環形支架I和輔助輪環形支架7的側耳處；結合圖2所示，在驅動輪環形支架1、輔助輪環形支架7上半環的側耳處開有通孔，下半環側耳處開有U形通槽，上半環通過螺釘與環架拉座65固定連接，下半環由鎖緊彈簧61、彈簧座62、鎖緊扳手63、鎖緊拉軸64及環架拉座65組成的鎖緊機構鎖緊在環架拉座65上。
[0026]如圖3所示,驅動輪組件2包括驅動輪滑桿21、減震裝置22、驅動輪支架23、輪軸24、永磁鐵支架25.、驅動輪26、永磁鐵27 ;所述驅動輪支架23與驅動輪滑桿21配合安裝，在其兩側凹槽內裝有減震裝置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與驅動輪滑桿21連接；所述驅動輪26通過輪軸24安裝在驅動輪支架23上；所述永磁鐵支架25安裝在驅動輪支架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，在其兩側凹槽內裝有減震裝置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、環架拉座65、萬向節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安裝在環架拉座65上；所述環架拉座65通過萬向節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控制模塊、轉矩/轉速采集模塊、運動故障報警器、無線信號發射接收模塊及外部無線手操器，分別用于驅動輪控制，轉矩轉速數據的采集、爬行器出現運動故障時自動報警、爬行器遠程控制；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行自動識別與缺陷判定、實現缺陷自動報警；控制器總成中的存儲器用于爬行器檢測數據的存儲，并通過控制器總成中的USB數據接口進行數據傳輸，供對被測管道進行進一步的離線分析，同時通過USB數據接口，可設置和修改爬行器控制總成中的參數，如管道內外徑、電機轉速、報警閾值及其他檢測參數等。
[0031]爬行器調整過程:根據被測管道直徑大小，調整驅動輪組件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；調整探頭組件在輔助輪環形支架7上的安裝位置，使發射、接收探頭檢測夾角滿足工藝要求；完成以上調整后，將爬行器正確安裝在被測管道上，并調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，通過無線信號發射/接收模塊，由電機控制模塊控制驅動輪中的外轉子電機，同時通過轉矩/轉速采集模塊實時檢測每個驅動輪轉速、轉矩；當爬行器出現運動故障時，轉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數據接口設定或修改檢測參數；爬行器工作開始后，由電磁超聲激勵/接收模塊實現探頭的激勵與回波電壓信號接收，如圖8所示，發射探頭841在管壁產生的超聲蘭姆波沿SI和S2兩個方向傳播，當超聲蘭姆波傳播到接收探頭842區域時，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控，如檢測到缺陷則啟動缺陷報警器；存儲器中的數據可通過USB數據接口傳輸到計算機中，實現超聲檢測信號的離線分析，并結合轉速、時間、位移及管道內外徑參數之間的關系來確定缺陷位置。
【權利要求】
1.一種用于外露式管道電磁超聲自動檢測爬行器，包括驅動輪環形支架(I)、驅動輪組件(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)、輔助輪環形支架(7)及探頭組件(8);其特征在于:所述驅動輪組件(2)通過滑行支座與驅動輪環形支架(I)上的T形槽配合安裝；所述控制器總成(3)安裝在驅動輪環形支架(I)上；所述萬向連接組件(6)安裝在驅動輪環形支架(I)和輔助輪環形支架(7)的側耳處；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形支架(7)上的T形槽配合安裝；所述驅動輪組件(2)包括驅動輪滑桿(21)、減震裝置(22)、驅動輪支架(23)、輪軸(24)、永磁鐵支架(25 )、驅動輪(26 )及永磁鐵(27 );所述驅動輪支架(23 )與驅動輪滑桿(21)配合安裝，在其兩側凹槽內裝有減震裝置(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 )與驅動輪滑桿(21)連接；所述驅動輪(26 )通過輪軸(24 )安裝在驅動輪支架(23 )上；所述永磁鐵支架(25 )安裝在驅動輪支架(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，在其兩側凹槽內裝有減震裝置(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)、環架拉座(65)、萬向節(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)安裝在環架拉座(65)上；所述環架拉座(65)通過萬向節(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，通過緊固螺釘(83)進行固定。
2.根據權利要求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:通過調節驅動輪組件(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管徑在一定范圍變化場合，并通過調節滑行支座在輔助輪環形支架(7)上的安裝位置來改變探頭檢測夾角大小。
3.根據權利要求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:所述驅動輪(26)內部裝有轉速、轉矩傳感器，實時檢測每個驅動輪的轉速和轉矩，并通過控制器總成采集運算，實現對每個驅動輪的控制，同時結合超聲檢測信號，實現管道缺陷的定位。
【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 優先權日:2013年9月9日
【發明者】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