跨壁式機器人型超聲波自動探傷機的製作方法
2023-06-14 03:26:46
專利名稱：跨壁式機器人型超聲波自動探傷機的製作方法
技術領域：
本發明屬於超聲波探傷設備技術領域，尤其涉及一種跨壁式機器人型超聲波自動探傷機，適用於筒節類工件的探傷。
背景技術：
超聲波探傷可在不破壞工件的前提下檢查其內部缺陷，是國家重大工程和各類重要民用品製造中質量保障的一項關鍵技術。大型發電設備的主要零部件、核電站設備及各種管道、橋梁構件、海洋、航空航天等領域大型工件等均需進行超聲波探傷，以確保設備的安全運行。
超聲波自動化探傷在美、德、日等發達國家已有所應用，而其關鍵技術可參考信息處於封鎖狀態。在國內，鋼管焊縫的超聲波自動化探傷應用較廣泛。實用新型專利「一種門式行車探傷機」 (CN201653987U),主要針對大型螺旋焊管的焊縫進行自動化超聲波探傷，探傷時，行車在龍門架上的軌道上移動，沿焊縫走向探傷，其不能實現對於工件表面的全部體積探測，不適應其它工藝規程要求。目前，常用的超聲波探傷多數為手工操作，即工件表面分區、操作者手持探頭、眼觀示波器的方式，主要依據個人技術和經驗進行評判，探測效果、個人水準難以統一。手工探傷工人勞動強度大，每個工件探傷所需時間較長，生產周期大幅延長，甚至已經成為制約某些企業整個生產工藝鏈的瓶頸，嚴重影響生產進度和生產效率；此外，由於具有探傷資質的操作人員較少，工人經常加班加點，造成疲勞操作，探測過程易於產生誤判，特別是人體生理特徵，如注意力、手操作力、速度、穩定性均不能持久，在一定程度上影響工件探傷的可靠性和準確性。
發明內容
本發明的目的為了克服現有探傷技術的不足，提供一種跨壁式機器人型超聲波自動探傷機，本探傷機可對大型筒節類件進行自動超聲波探傷檢測，以提高探傷生產率，縮短生產周期，增強可靠性，改善手工探傷勞動強度大、並避免手工探傷的人體生理特徵帶來的操作不穩定等問題。本發明基本思想是利用待測工件作為機架，以工件上沿為軌道，由可變角卡壁腿實現探傷機與工件的定位、定姿，採用摩擦輪驅動；在作環形運動的小車上安置內、外探測臂並可隨車轉動；探頭置於探測臂末端，可上下移動，並能與小車的運動形成聯動，以實現探傷工藝要求所規定的運動、完成探測。本發明所採用的技術方案如下
本發明包括運動平臺小車，運動平臺小車的平臺為軸對稱平臺，運動平臺小車下部設有驅動輪，運動平臺小車的與對稱軸垂直的兩端分別稱為運動平臺小車的外端和內端(夕卜端和內端是根據小車與被測工件的相對位置而定的)，在運動平臺小車下方、驅動輪與小車外端之間設有一對以運動平臺小車的對稱軸為對稱分布的外可變角卡壁腿，外可變角卡壁腿沿鉛垂方向分為上、下兩節，上、下兩節卡壁腿節間為鉸鏈連接，在每節卡壁腿節的末端分別以轉動副連接一個由兩個左右擺轉滾輪組成的滾輪組，在外可變角卡壁腿的下卡壁腿節與上卡壁腿節的頂部連接端間設有下卡壁腿節驅動油缸，兩外可變角卡壁腿的上卡壁腿節的頂部連接端分別與小車下部滑動連接，在運動平臺小車下方、驅動輪與小車內端之間設有一對以運動平臺小車的對稱軸為對稱分布的內可變角卡壁腿，內可變角卡壁腿與外可變角卡壁腿結構相同，兩內可變角卡壁腿的上卡壁腿節的頂部連接端分別與小車下部固定連接，且內、外可變角卡壁腿的滾輪組相互間沿小車對稱軸方向相對；在運動平臺小車外端和內端下方分別以轉動副連有由油缸驅動的內、外擺臂，內、外擺臂下端又分別以轉動副與由油缸驅動的內、外探測臂相連，內、外探測臂末端裝有超聲波探頭。探頭與探測臂間為移動副，可沿探測臂軸線伸縮。當小車做環形運動、內外擺臂、內外探測臂、移動副四聯動時，探頭可以走出探傷工藝及不同工件表面所要求的運動及軌跡。目前我國尚未建立起自動化超聲波探傷的技術標準和規範，而隨著生產的不斷發展，自動化超聲波探傷將是檢測領域的必由之路。本發明旨在提高生產效率、改善勞動條件、提高產品安全質量，具有重要的技術價值。本發明與現有技術相比具有如下優點探傷時不需機架，且工件不需迴轉，可省略 迴轉工作檯；整機結構簡單、體積小、重量輕，成本低；安裝、調整方便，無需找正中心；可適合任何直徑的筒節類零件。
圖I為本發明跨壁式機器人型超聲波自動探傷機的結構示意 圖2為本發明跨壁式機器人型超聲波自動探傷機探測直筒節類件的工作狀態示意圖； 圖3為本發明跨壁式機器人型超聲波自動探傷機探測過渡節類件的工作狀態示意圖。
具體實施例方式如下將結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖I所示，本發明所涉及跨壁式機器人型超聲波自動探傷機組成包括運動平臺小車1，運動平臺小車的平臺為軸對稱平臺(長方形)，運動平臺小車下部設有兩組能夠帶動運動平臺小車作圓周方向環形運動的驅動輪2，運動平臺小車I以待測工件作為機架，騎跨在工件上沿，並以工件上沿為軌道，與待測工件之間以兩組驅動輪2滾動接觸相連，運動平臺小車的位於工件外側端定義為運動平臺小車的外端、位於工件內側端定義為運動平臺小車的內端，在運動平臺小車I下方、驅動輪2與小車I外端之間設有一對以運動平臺小車的對稱軸為對稱且與對稱軸平行的滑槽，在滑槽上連接有外第一可變角卡壁腿和外第二可變角卡壁腿，外第一可變角卡壁腿和外第二可變角卡壁腿分別能夠沿各自的滑槽滑動；在運動平臺小車I下方、驅動輪2與小車I內端之間固連有一對以運動平臺小車I的對稱軸為對稱分布的內第一可變角卡壁腿和內第二可變角卡壁腿，內、外可變角卡壁腿結構完全相同，均沿鉛垂方向分為上、下兩節，上、下兩節卡壁腿節間為鉸鏈連接，在每節卡壁腿節的末端分別以轉動副連接一個由兩個左右擺轉滾輪組成的滾輪組，即外第一可變角卡壁腿由外第一上卡壁腿節3'和外第一下卡壁腿節3構成，外第二可變角卡壁腿由外第二上卡壁腿節4'和外第二下卡壁腿節4構成，內第一可變角卡壁腿由內第一上卡壁腿節5'和內第一下卡壁腿節5構成，內第二可變角卡壁腿由內第二上卡壁腿節6'和內第二下卡壁腿節6構成。在外第一下卡壁腿節3的中間和外第一上卡壁腿節3'的頂部連接端均以轉動副分別與外第一下卡壁腿節3的驅動油缸第三油缸15的兩端連接，在外第二下卡壁腿節4的中間和外第二上卡壁腿節4'的頂部連接端均以轉動副分別與外第二下卡壁腿節4的驅動油缸第四油缸16的兩端連接，在內第一下卡壁腿節5的中間和外第一上卡壁腿節5'的頂部連接端均以轉動副分別與內第一下卡壁腿節5的驅動油缸第五油缸17的兩端連接，在內第二下卡壁腿節6的中間和內第二上卡壁腿節6'的頂部連接端均以轉動副分別與內第二下卡壁腿節3的驅動油缸第六油缸18的兩端連接；其中內第一可變角卡壁腿與外第一可變角卡壁腿沿工件徑向相對，內第二可變角卡壁腿與外第二可變角卡壁腿沿工件徑向相對，四條卡壁腿共同卡緊工件內、外壁，四條內、外可變角卡壁腿的四組滾輪組均與工件表面接觸並保持一定壓力，從而確定運動平臺小車I相對工件的位置、姿態，進而滿足探傷要求；在運動平臺小車I內、外端分別設計有兩個3自由度的內、外探測手臂，內、外探測手臂相對位置錯開，實現超聲波探傷。本發明所涉及跨壁式機器人型超聲波自動探傷機工作時，外第一下卡壁腿節3可 隨外第一上卡壁腿節3'同步移動，同時在第三油缸15驅動下，可改變上、下卡壁腿節上的滾輪組的相對位置、姿態，即可以適應不同壁厚、不同種類(直筒節、過渡節)的工件定位要求；類似的，外第二下卡壁腿節4可隨外第二上卡壁腿節4'同步移動，同時在第四油缸16驅動下，可改變上、下卡壁腿節上的滾輪組的相對位置、姿態，可以適應不同壁厚、不同種類的工件定位要求；第五油缸17驅動可改變內第一可變角卡壁腿上、下卡壁腿節上的滾輪組的相對位置、姿態，可以適應不同壁厚、不同種類的工件定位要求；第六油缸18驅動可改變內第二可變角卡壁腿上、下卡壁腿節上的滾輪組的相對位置、姿態，可以適應不同壁厚、不同種類的工件定位要求。外探測手臂包括外擺臂7、外探測臂8、外探頭9、第一油缸13、第七油缸19。其中外擺臂7上端與運動平臺小車I外端下部以轉動副相連，下端與外探測臂8以轉動副相連，外探測臂8下端與外探頭9以移動副連接，第一油缸13上與運動平臺小車I以轉動副連接、下與外擺臂7以轉動副連接，第七油缸19上與外擺臂7以轉動副連接、下與外探測臂8以轉動副連接，當第一油缸13、第七油缸19、外探測臂8與外探頭9的移動副伸縮時，外探測手臂在鉛垂面內以3自由度運動。內探測手臂包括內擺臂10、內探測臂11、內探頭12、第二油缸14、第八油缸20。其中內擺臂10上端與運動平臺小車I內側以轉動副相連，下端與內探測臂11以轉動副相連，內探測臂11的下端與內探頭12以移動副連接，第二油缸14上與運動平臺小車I以轉動副連接、下與內擺臂10以轉動副連接，第八油缸20上與內擺臂10以轉動副連接、下與內探測臂11以轉動副連接，當第二油缸14、第八油缸20、內探測臂10與內探頭11的移動副伸縮時，內探測手臂在鉛垂面內以3自由度運動。兩探測手臂內外相對、圓周方向錯開一定距離。在運動平臺小車I沿工件上沿作環形運動同時，內、外兩探測手臂在錯位的鉛垂面內做3自由度上下運動，可適合不同工件表面、不同軌跡的探傷工藝要求，從而實現自動化超聲波探傷。工作過程工件落定於工作檯上後，吊裝探傷機整機騎跨於筒節類工件上沿，如圖
2、3所示；驅動兩外可變角卡壁腿，確定運動平臺小車I相對工件的徑向位置、軸向姿態，調整內、外可變角卡壁腿的下卡壁腿節相對上卡壁腿節的位置關係，對直筒節或過渡節均使運動平臺小車I處於水平姿態，根據壓力傳感器信號調整四條腿位姿和夾緊筒節的力，進而完成跨壁式探傷機的定位，並保持四條腿及運動平臺小車I狀態不變；再調整內、外擺臂
及探測臂至合適位置，將內、外探頭置於工作起點；然後驅動運動平臺小車I作環形運動，同時探測臂擺動、探頭伸縮，按預期軌跡要求實現連續探測；之後記錄結果，人工複查，最後吊離探傷機至非工作位置，取走工件。
權利要求
1. 一種跨壁式機器人型超聲波自動探傷機，包括運動平臺小車，其特徵是運動平臺小車的平臺為軸對稱平臺，運動平臺小車下部設有驅動輪，在運動平臺小車下方、驅動輪與小車外端之間設有一對以運動平臺小車的對稱軸為對稱分布的外可變角卡壁腿，外可變角卡壁腿沿鉛垂方向分為上、下兩節，上、下兩節卡壁腿節間為鉸鏈連接，在每節卡壁腿節的末端分別以轉動副連接一個由兩個左右擺轉滾輪組成的滾輪組，在外可變角卡壁腿的下卡壁腿節與上卡壁腿節的頂部連接端間設有下卡壁腿節驅動油缸，兩外可變角卡壁腿的上卡壁腿節的頂部連接端分別與小車下部滑動連接，在運動平臺小車下方、驅動輪與小車內端之間設有一對以運動平臺小車的對稱軸為對稱分布的內可變角卡壁腿，內可變角卡壁腿與外可變角卡壁腿結構相同，兩內可變角卡壁腿的上卡壁腿節的頂部連接端分別與小車下部固定連接，且內、外可變角卡壁腿的滾輪組相互間沿小車對稱軸方向相對；在運動平臺小車外端和內端下方分別以轉動副連有由油缸驅動的內、外擺臂，內、外擺臂下端又分別以轉動副與油缸驅動的內、外探測臂相連，內、外探測臂以移動副連有超聲波探頭。
全文摘要
本發明涉及一種跨壁式機器人型超聲波自動探傷機，包括運動平臺小車，運動平臺小車下部設有驅動輪，其特徵是在運動平臺小車下方、驅動輪外側移動連接一對外可變角卡壁腿，驅動輪內側固連一對內可變角卡壁腿，可變角卡壁腿沿鉛垂方向分為上、下兩節，上、下兩節卡壁腿節間為鉸鏈連接，在每節卡壁腿節的末端分別以轉動副連接一個滾輪組；在運動平臺小車外端和內端下方分別以轉動副連有內、外擺臂，內、外擺臂下端又分別以轉動副與內、外探測臂相連，內、外探測臂末端裝有超聲波探頭。其優點是探傷時不需機架，且工件不需迴轉；整機結構簡單、體積小、重量輕，成本低；安裝、調整方便，無需找正中心；可適合任何直徑的筒節類零件。
文檔編號G01N29/04GK102809604SQ20121026488
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者周玉林, 曾達幸, 趙永生, 侯雨雷, 段豔賓, 姚建濤 申請人:燕山大學