管道內防腐塗層自動檢測機的製作方法

2023-06-04 10:00:56 1

專利名稱：管道內防腐塗層自動檢測機的製作方法
技術領域：
本發明涉及到金屬表面塗層厚度的測量，尤其是鋼管道內壁塗層厚度的測 量及缺陷的檢測，也涉及到在管道內可自行移動的裝置。具體而言是一種管道 內防腐塗層自動檢測機。
(二)
背景技術：
鋼管道內壁防腐塗層的厚度是否達到要求，是否存在瑕疵、缺陷或損傷， 與其外壁防腐層一樣，也是關係到管道工程使用壽命和安全運行的重大問題， 早已引起國內外管道工程界的高度重視。管道外壁防腐層的檢測，已有多種成 熟技術及專用儀器設備。專用於檢測管道內壁防腐塗層的儀器設備至今較少。 這是因為，管道內部檢測難度要比管道外部檢測難度更大。專用於檢測管道內 壁腐蝕狀況的自動裝置，早已由美國商業樹脂公司和PLS公司等研製成功；管 道內環焊縫射線照相自動裝置，己由英國JME公司等研製成功；歐洲專利 EP282687是一種金屬管道內部缺陷的檢查裝置。直到九十年代初期，未見國內 外公開報導管道內塗層自動檢測技術信息。1991年12月11日勝利油田油建一 公司申請了一項發明專利一一鋼管道內塗層自動檢測補塗機(91107953.X)。其 特點是由PC工業控制器去控作業小車，在管道內自主行走，並按序先設定的程 序去完成內塗層檢測及補塗作業。雖然其功能較多，自動化程度較高，但是由 於採用高電火花檢測探頭，可把薄塗層擊穿，新的管道施工技術標準不允許再 用有損檢測技術方法。還由於其行走掃描式的檢測方法，只能發現大而明顯的 塗層缺陷，不能確保內塗層的完好無損，所以不再適用。後來又出現了 "一種 用於管道檢測的智慧機器人"(02268360.7)和"管道無線遙控觀察機" (03112105.5)。前者只是對管道內出現的鏽蝕、結垢、穿孔、脫皮、裂紋、錯 口、變形以及管內異物等進行全程的直接觀察、檢測和錄像，並用無線或有線 傳輸方式把圖像信號傳送到管外。主要是為制定修理和施工方案提供依據，而 不能用於檢測管道內塗層。後者雖然具有無線遙控功能，但是也和前者一樣， 都是行走掃描式的宏觀檢測，只能發現管內較大的缺陷。它主要是用於觀察管道焊口內部焊縫的外觀狀況，也不能用於檢測管道內塗層。最重要的是，上述 三項專利技術都不能檢測管道內塗層的厚度。然而，塗層厚度卻是一項重要技 術指標，無論焊口處或其它全部內塗層的厚度，必須達到國家技術標準要求。
發明內容
鑑於上述己有技術存在一些缺點及不足之處，本發明的目的就是在於自主 創新，研製和提供一種與眾不同的管道內防腐塗層自動檢測機。它在管道內受 到管外無線遙控，自動完成內塗層檢測及厚度測量。所檢測的缺陷更細微，測 厚精度能達到施工標準要求。
上述目的是由下述技術方案實現的
管道內防腐塗層自動檢測機，包括檢測機頭、驅動機身和無線遙控三大部 分。其檢測機頭在前部，驅動機身在後部，二者之間採用滑導、滑板聯接。其 無線遙控部分由管內機載部分和管外手持部分組成。其特徵是，檢測機頭由轉 動、固定兩部分組成，轉動部分在前，固定部分在後，二者之間通過後轉動環 和內齒環聯接。機頭轉動部分由轉動外殼、前端環、中支架環、後轉動環、前 攝像頭、照明燈、側攝像頭、探頭機構、伸縮機構、測厚儀和內攝像頭組成。 前端環、屮支架環、後轉動環，分別安裝在轉動外殼的前端、中部、後端。前 端環上安裝前端板，前攝像頭安裝在前端板中心，若干照明燈均布安裝在前端 板周邊上，側攝像頭安裝在轉動外殼前部側面。探頭機構安裝在伸縮機構上， 並從轉動外殼前部下面向外伸出。伸縮機構安裝在中支架環前面，測厚儀和內 攝像頭安裝在中支架環後面。機頭固定部分由固定外殼、封閉環、屮支承環、 後端蓋、內齒環、空心軸、軸承套、小齒輪、諧波減速器、機頭轉動電機和支 架組成。封閉環、中支承環、後端蓋，分別安裝在固定外殼的前端、中部、後 端。軸承套安裝在空心軸上，軸承套前端與內齒環、後轉動環三者固定聯接， 空心軸後部安裝在中支承環上。小齒輪、諧波減速器和機頭轉動電機三者為一 體，並通過支架安裝在固定外殼上。小齒輪與內齒環嚙合。驅動機身由機身外 売、底架、前端蓋、從動輪、驅動輪、行走電機、減速器、齒輪箱、機載遙控 箱和電池組組成。行走電機、減速器和齒輪箱三者為--體，通過齒輪箱安裝在 底架後部。兩對驅動輪安裝在驅動機身的後半部下面兩側， 一對從動輪安裝在 驅動機身前端下面兩側。機載遙控箱和電池組安裝在驅動機身前半部。無線遙
5控機載部分由可編程控制器、驅動模塊、9個控制繼電器、直流繼電器、遙控接 收裝置、天線和電源模塊組成。可編程控制器為控制中心，其輸入端與遙控接 收裝置、電源模塊和限位開關連接；其輸出端與9個控制繼電器、驅動模塊、 抱閘和故障指示燈連接。控制繼電器又分別與直流繼電器、探頭伸縮電機、照 明燈電源和攝像頭電源連接。直流繼電器分別與機頭轉動電機和側攝像頭連接。 無線遙控管外部分由遙控發送裝置、天線、顯示器和遙控手柄組成。遙控發送 裝置的輸入端與天線、遙控手柄連接，其輸出端與顯示器、天線連接。
上述管道內防腐塗層自動檢測機的探頭機構，由測厚探頭、滑導、卡環、 墊板、拉簧和限位開關組成。測厚探頭被卡在卡環上，卡環焊接在墊板上，墊 板固定在滑導上，滑導固定在伸縮杆上；另一個卡環固定在測厚探頭上，兩卡 環之間用拉簧拉住。限位開關固定在墊板h。
上述管道內防腐塗層自動檢測機的伸縮機構，由伸縮杆、限位開關和伸縮 電機組成。伸縮電機帶動伸縮杆和滑導一起伸縮，由限位開關控制伸縮行程。
上述管道內防腐塗層自動檢測機中部的滑導、滑板，分別固定到檢測機頭 後端蓋、驅動機身前端蓋上，並由調節絲槓帶動滑板在滑導中上下移動，來調 節檢測機頭中心的高度，適應不同的管徑。
上述管道內防腐塗層自動檢測機的兩對驅動輪和一對從動輪，都外包橡膠 層，可增大摩擦力，防止爬坡或下坡時打滑，並有減振作用。
上述管道內防腐塗層自動檢測機的可編程控制器PLC，選用三菱FX1S— 30MR—D型，用了其輸入端的16個埠，輸出端的12個端U。
按照上述技術方案製造成的管道內防腐塗層自動檢測機，有兩組若干LED 照明燈，既有前燈又有環燈，照度足夠明亮，可看清塗層細小缺陷。其攝像頭， 既可向正前方看，又可上下左右移動看近處，視野較廣，無盲視區，可全方位 觀察內塗層任何部位有無缺陷。其側攝像頭可徑向近距離小範圍攝像觀察塗層 缺陷，精確定位測厚點，並與測厚儀配合，完成上、下、左、右四個點位的塗 層厚度測量。由安裝在測厚儀顯示屏對面的內攝像頭，把塗層厚度數據無線傳
輸到管道外，由顯示器實時顯示出來，同時由機載印表機把厚度數據列印儲存 下來。由此可見，該檢測機能達到對管道內塗層精細檢測和無損測厚的目的。 特別是其無線遙控功能齊全完善，實現了管內、外"人機對話"。其機頭和機身，結構緊湊，布局合理，運行平穩，工作可靠，自動化工效高， 一次檢測距離可 達1公裡以上，並有較好的爬坡性能，可用於平原及山區。是一種機、電、訊、 光一體化管道施工自主創新設備，具有推廣應用前景。
(四)


附圖1是本發明的整體結構左側主視示意圖。 附圖2是圖1的A向俯視示意圖。 附圖3是圖1的檢測機頭剖視示意圖。
附圖4是本發明的無線遙控電路原理圖。
附圖5是本發明的無線遙控電路組成及連接關係框圖。
附圖6是本發明的操作流程框圖。
(五)
具體實施例方式
結合

一個實施例
附圖l、 2、 3中，l是檢測機頭，2是驅動機身，3是轉動外殼，4是固定 外殼，5是前攝像頭，6是側攝像頭，7是LED照明燈，8是前端環，9是伸縮 電機(M3)， IO是中支架環，ll是內攝像頭，12是後轉動環，13是限位開關， 14是測厚探頭，15是伸縮杆，16是測厚儀，17是封閉環，18是空心軸，19是 軸套，20是中支承環，21是後端蓋，22是內齒環，23是小齒輪，24是諧波減 速器，25是支架，26是機頭轉動電機(M2)， 27是滑導(滑板)，28是調節絲 槓，29是驅動機身前端蓋，30是機載遙控箱，31是行走電機抱閘，32是行走 電機(Ml)， 33是減速箱，34是齒輪箱，35是電源開關，36是從動輪，37是 電池組，38是驅動輪，39是底架，40是電壓表。
由圖l、 3所示，管道內防腐塗層自動檢測機，包括檢測機頭l、驅動機身 2和無線遙控三大部分，其檢測機頭l在前部，驅動機身2在後部，二者之間採 用滑導、滑板聯接。其無線遙控部分由管內機載部分和管外手持部分組成。其 特徵是，檢測機頭由轉動、固定兩部分組成。轉動部分在前，固定部分在後。 機頭轉動部分由轉動外殼3、前端環8、中支架環10、後轉動環12、前攝像頭5、 照明燈7、側攝像頭6、探頭機構、伸縮機構、測厚儀16和內攝像頭11組成。 前端環8、中支架環IO、後轉動環12，分別安裝在轉動外殼3的前端、中部、 後端。前端環8上安裝前端板，前攝像頭5安裝在前端板中心，若干照明燈7均布安裝在前端板周邊上，側攝像頭6安裝在轉動外殼3前部側面。探頭機構 安裝在伸縮機構上，並從轉動外殼3前部下面向外伸出。伸縮機構安裝在中支
架環10前面。測厚儀和內攝像頭U安裝在中支架環10後面。機頭固定部分由 固定外殼4、封閉環17、屮支承環20、後端蓋21、內齒環22、空心軸18、軸 承套19、小齒輪23、諧波減速器24、機頭轉動電機26 (M2)和支架25組成。 封閉環17、中支承環20、後端蓋21，分別安裝在固定外殼4的前端、屮部、後 端。軸承套19安裝在空心軸18上，軸承套19前端與內齒環22、後轉動環12 三者固定連接，空心軸18後端安裝在中支承環20上。小齒輪23、諧波減速器 24和機頭轉動電機26 (M2)三者為一體，並通過支架25安裝在固定外殼4上。 小齒輪23與內齒環22嚙合。驅動機身2由機身外売4、底架39、前端蓋29、 從動輪36、驅動輪38、行走電機32 (Ml)、抱閘31、減速器33、齒輪箱34、 機載遙控箱30和電池組37組成。行走電機32 (Ml)、抱閘31、減速器33和 齒輪箱34為一體，通過齒輪箱34安裝在底架39後部。兩對驅動輪38安裝在 驅動機身2的後半部下面兩側， 一對從動輪36安裝在驅動機身2前端下面兩側。 機載遙控箱30和電池組37安裝在驅動機身2前半部。由圖4、 5所示，無線遙 控機載部分由可編程控制器PLC (IC4)、驅動模塊IGBT (1C6 1C9)、 9個控制 繼電器J1 J9、直流繼電器、遙控接收裝置、天線和電源模塊組成。可編程控制 器PLC為控制中心，其輸入端與遙控接收裝置、電源模塊和限位開關連接，其 輸出端與9個控制繼電器J1 J9、驅動模塊IGBT、抱閘和故障指示燈連接。控 制繼電器J1 J9又分別與直流繼電器、探頭伸縮電機M3、照明燈LED電源和 攝像頭電源連接。直流繼電器分別與機頭轉動電機M2和側攝像頭6連接。無 線遙控管外部分由遙控發送裝置、天線、顯示器和遙控手柄組成。遙控發送裝 置的輸入端與天線、遙控手柄連接，其輸出端與顯示器、天線連接。
由圖1、 3所示，探頭機構由測厚探頭14、滑導、卡環、墊板、拉簧和限位 開關13組成。測厚探頭14被卡在卡環上，卡環焊接在墊板上，墊板固定在滑 導上，滑導固定在伸縮杆15上；另一個卡環固定在探頭14上，兩個卡環之間 用拉簧拉住。限位開關13固定在墊板上。
由圖1、 3所示，伸縮機構由伸縮杆15、限位開關和伸縮電機9組成。伸縮 電機9帶動伸縮杆15和滑導一起伸縮，由限位開關控制伸縮行程。
由圖l、 3所示，檢測機頭1與驅動機身2聯接部分的滑導、滑板，分別固
8定到檢測機頭的後端蓋27、驅動機身的前端蓋29上，並由調節絲槓28帶動滑 板在滑導中上下移動，來調節檢測機頭1中心的高度，適應不同的管徑。
由圖l、 2所示，兩對驅動輪38和 -對從動輪36都外包橡膠層，可增大摩 擦力，防止爬坡或下坡時打滑，並有減振作用。
圖4、 5中可編程控制器PLC (IC4)，選用三菱FX1S—30MR—D型，用了 其輸入端16個埠，輸出端12個埠。
自動檢測機操作流程由圖1所示，檢測機頭1先進於待檢測管線埠， 再推動其機身2向前移動，使驅動輪38進入管口，然後合上電源開關35，觀察 電壓表40讀數應正常。此時各電源模塊工作，給各電子器件供電。由圖6所示， 先由可編程控制PLC控制抱閘，使行走電機M1處於"剎車"狀態。當檢測機收 到"前進"或"後退"無線指令信號時，由PLC控制IGBT驅動模塊，自動釋 放抱閘並使行走電機M1按指令要求前進或後退。此時LED照明燈的前燈亮， 前攝像頭5開始工作，受PLC控制可進行"遠景/近景"切換和鏡頭"上、下、 左、右"移動，進行全方位觀察和攝像。如果要對某部位(如焊口區)詳細觀 察並測量塗層厚度，由前攝像頭5初步定位後，按下"停止"鍵。然後按下"攝 像頭切換鍵"，這時LED照明燈的環燈亮，攝像頭切換到側攝像6，進行第二次 精確定位。定位完華按下"工作"鍵。在此狀態下，探頭仲縮電機M3帶動伸 縮杆和測厚探頭向外伸出，由限位開關限位，探頭剛觸及到內塗層為止，由測
厚儀自動測得第-"個點位的塗層厚度數據。此數據由機頭內的印表機列印儲存 起來，同時內攝像頭11把印表機顯示屏上的厚度數攝錄下來傳送到管外顯示器。 然後，伸縮電機M3反轉帶動伸縮杆和測厚探頭縮回，由機頭轉動電機M2帶動 機頭1前半部分正轉90。停住。此時探頭伸縮電機M3再次工作，帶動伸縮杆 和測厚探頭向外伸出，測厚儀自動完成同-載面上第二個點位的塗層測厚。然 後依次自動完成同一載面上第三、四個點位的塗層測厚。此時上、下、左、右 四個點位的厚度數據被自動列印儲存下來。然後由PLC控制機頭轉動電機M2 帶動機頭1前半部分反轉360。，復位到初始位置。同時攝像頭切換到前攝像頭 5， LED照明燈也切換到前燈亮。行走電機M1由停止狀態再次工作，檢測機繼 續向前行走，重複上述工作流程，直到一段管線全部檢測完畢。
該檢測機在管線內自動行走時，如果遇到有水、障礙物、電池組欠壓或過 流，會自動退出管外，具有自保護功能，這也是其創新和先進之處。
權利要求
1.一種管道內防腐塗層自動檢測機，包括檢測機頭(1)、驅動機身(2)和無線遙控三大部分，其檢測機頭(1)在前部，驅動機身(2)在後部，其無線遙控部分由管內機載部分和管外手持部分組成，其特徵是檢測機頭(1)由轉動、固定兩部分組成，轉動部分在前，固定部分在後；機頭轉動部分由轉動外殼(3)、前端環(8)、中支架環(10)後轉動環(12)、前攝像頭(5)、照明燈(7)、側攝像頭(6)、探頭機構、伸縮機構、測厚儀(16)和內攝像頭(11)組成，前關環(8)、中支架環(10)、後轉動環(12)，分別安裝在轉動外殼(3)的前端、中部、後端，前端環(8)上安裝前端板，前攝像頭(5)安裝在前端板中心，若干照明燈(7)均布安裝在前端板周邊上，側攝像頭(6)安裝在轉動外殼(3)前部側面，探頭機構安裝在伸縮機構上，並從轉動外殼(3)前部下面向外伸出，伸縮機構安裝在中支架環(10)前面，測厚儀和內攝像頭(11)安裝在中支架環(10)後面；機頭固定部分由固定外殼(4)、封閉環(17)、中支承環(20)、後端蓋(21)、內齒環(22)、空心軸(18)、軸承套(19)、小齒輪(23)、諧波減速器(24)、機頭轉動電機(26)和支架(25)組成，封閉環(17)、中支承環(20)、後端蓋(21)，分別安裝在固定外殼(4)的前端、中部、後端，軸承套(19)安裝在空心軸(18)上，軸承套(19)前端與內齒環(22)、後轉動環(12)三者固定連接，空心軸(18)後端安裝在中支承環(20)上，小齒輪(23)、斜坡減速器(24)和機頭轉動電機(26)三者為一體，並通過支架(25)安裝在固定外殼(4)上，小齒輪(23)與內齒環(22)嚙合；驅動機身(2)由機身外殼(4)、底架(39)、前端蓋(29)、從動輪(36)、驅動輪(38)、行走電機(32)、抱閘(31)、減速器(33)、齒輪箱(34)、機載遙控箱(30)和電池組(37)組成，行走電機(32)、抱閘(31)、減速器(33)和齒輪箱(34)為一體，通過齒輪箱(34)安裝在底架(39)後部，兩對驅動輪(38)安裝在驅動機身(2)的後半部下面兩側，一對從動輪(36)安裝在驅動機身(2)的前端下面兩側，機載遙控箱(30)和電池組(37)安裝在驅動機身(2)前半部；無線遙控機載部分，由可編程控制器PLC(IC4)、驅動模塊IGBT(IC6～IC9)、9個控制繼電器(J1～J9)、直流繼電器、遙控接收裝置、天線和電源模塊組成，可編程控制器PLC(IC4)為控制中心，其輸入端與遙控接收裝置、電源模塊和限位開關連接，其輸出端與9個控制繼電器(J1～J9)、驅動模塊IGBT(IC6～IC9)、抱閘(31)和故障指示燈連接，控制繼電器(J1～J9)又分別與直流繼電器、探頭伸縮電機(M3)、照明燈LED電源和攝像頭電源連接，直流繼電器分別與機頭轉動電機(M2)和側攝像頭(6)連接；無線遙控管外部分由遙控發送裝置、天線、顯示器和遙控手柄組成，遙控發送裝置的輸入端與天線、遙控手柄連接，其輸出端與顯示器、天線連接。
2. 根據權利要求l所述的管道內防腐塗層自動檢測機，其特徵是探頭機構 由測厚探頭(14)、滑導、-環、墊板、拉簧和限位開關(13)組成，測厚探頭(14)被卡在卡環上，卡環焊接在墊板上，墊板固定在滑導上，滑導固定在仲 縮杆(15)上，另一個卡環固定在探頭(14)上，兩個卡環之間用拉簧拉住， 限位開關(13)固定在墊板上。
3. 根據權利耍求l所述的管道內防腐塗層自動檢測機，其特徵是伸縮機構 由伸縮杆(15)、限位開關和伸縮電機(9)組成，伸縮電機(9)帶動仲縮杆(15) 和滑導-一起伸縮，由限位開關控制伸縮行程。
4. 根據權利耍求l所述的管道內防腐塗層自動檢測機，其特徵是檢測機頭 (1)與驅動機身(2)聯接部分的滑導、滑板，分別固定到檢測機頭的後端蓋 (27)、驅動機身的前端蓋(29)上，並由調節絲槓(28)帶動滑板在滑導中上下移動，來調節檢測機頭(1)中心的高度。
5. 根據權利要求l所述的管道內防腐塗層自動檢測機，其特徵是兩對驅動 輪(38)和一對從動輪(36)都外包橡膠層，可增大摩擦力。
6. 根據權利要求l所述的管道內防腐塗層自動檢測機，其特徵是可編程控 制器PLC (IC4)，選用三菱FX1S—30MR—D型，用了其輸入端16個埠， 輸出端12個埠。
全文摘要
本發明是一種管道內防腐塗層自動檢測機，屬於金屬表面塗層厚度測量及檢測領域。包括檢測機頭、驅動機身和無線遙控三部分。檢測機頭由前半部的轉動部分和後半部的固定部分組成。機頭轉動部分由前攝像頭、側攝像頭、照明燈和測厚儀構組成。機頭固定部分由電機、減速器、空心軸、軸套、齒輪和內齒環組成。機身部分的行走電機、抱閘、減速器、齒輪箱和驅動輪裝在後半部，機載遙控箱、電池組和從動輪裝在前半部。受無線遙控在管內行走，檢測塗層缺陷和測量塗層厚度，並將實時圖像無線傳送到管外顯示器，實現了人機對話。整機結構緊湊，布局合理，運行平穩，工作可靠，自動化功效高。是一種機、電、訊、光一體化管道施工創新設備，具有推廣應用前景。
文檔編號G01N21/88GK101539415SQ20091002048
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者傑 劉, 斌 葉, 明 葉, 孟慶春, 濤 楊, 王開懷, 王紹智, 馬雲軍 申請人:東營市科威智能技術有限公司