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一種導(dǎo)波檢測用集成式管內(nèi)機(jī)器人的制作方法

文檔序號:10210395閱讀:507來源:國知局
一種導(dǎo)波檢測用集成式管內(nèi)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種導(dǎo)波檢測用集成式管內(nèi)機(jī)器人,主要用于在線管道的無損檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]作為五大運(yùn)輸工具之一,管道已廣泛應(yīng)用于人類生活和國防軍工的各個(gè)領(lǐng)域,隨著服役時(shí)間的增加,在管道表面陸續(xù)出現(xiàn)了如裂縫、腐蝕坑、結(jié)垢、穿孔、斷裂等缺陷,對社會生產(chǎn)生活和國防安全造成了巨大威脅。為了解決這個(gè)問題,人們展開了針對管道狀態(tài)監(jiān)控的管內(nèi)機(jī)器人和無損檢測技術(shù)研究。根據(jù)無損檢測設(shè)備所處位置的不同,現(xiàn)有檢測方法分為管外檢測與管內(nèi)檢測,前者在實(shí)施過程中容易受管外覆蓋物、涂層、法蘭等影響,后者則需要管內(nèi)機(jī)器人的牽引。
[0003]管內(nèi)機(jī)器人技術(shù)始于20世紀(jì)40年代,它可牽引無損檢測設(shè)備在管道內(nèi)運(yùn)動來完成對管道的檢測任務(wù)。
[0004]超聲導(dǎo)波技術(shù)的出現(xiàn)為管道的快速、全方位檢測提供了可能。超聲導(dǎo)波是由超聲波在空間有限的介質(zhì)內(nèi)多次往復(fù)反射并進(jìn)一步產(chǎn)生復(fù)雜的疊加干涉及幾何彌散形成的沿垂直于板厚方向或管道軸向傳播的全截面固體波。導(dǎo)波沿管道軸向傳播,如在傳播路徑上遇到氣孔、裂紋等缺陷或損傷,聲波會發(fā)生反射、折射、散射、吸收和模態(tài)轉(zhuǎn)換,致使接收信號發(fā)生變化,接收信號中包含有發(fā)射和接收兩點(diǎn)間結(jié)構(gòu)整體性的大量信息,可發(fā)現(xiàn)被檢件整個(gè)傳播截面的缺陷。超聲導(dǎo)波技術(shù)具有檢測效率高、沿傳播路徑衰減小、一次檢測距離遠(yuǎn)、全截面覆蓋、可實(shí)現(xiàn)非直線檢測等優(yōu)點(diǎn),受到了極大的關(guān)注。導(dǎo)波技術(shù)最早出現(xiàn)于薄板的探傷過程中,直到1957年Gazis利用彈性理論求得簡諧波在無限長的空心圓柱體中傳播的通解,導(dǎo)波技術(shù)才開始逐漸應(yīng)用于管道檢測的工程實(shí)踐中。Greenspon對彈性理論進(jìn)行了研究,并且發(fā)表了有關(guān)圓柱殼彌散曲線和位移場的論文。1979年,Thompson等將電磁聲傳感器應(yīng)用于蒸汽發(fā)電機(jī)管道的裂縫檢測。Silk和Bainton利用壓電超聲探頭在熱交換管道中激勵超聲導(dǎo)波,通過實(shí)驗(yàn)證明了超聲導(dǎo)波技術(shù)對管道檢測的可能性。在理論研究的基礎(chǔ)上,國際上已陸續(xù)開發(fā)了一系列針對管道的導(dǎo)波檢測產(chǎn)品,如英國Guided Ultrasonic公司開發(fā)的Wavemaker G4,英國Subsea-1ntegrity公司生產(chǎn)的Guided wave testing system,英國PI公司研制的Teletest FocUS+長距離管道腐蝕超聲導(dǎo)波聚焦檢測系統(tǒng),美國西南研究院研制的長距離超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng),而國內(nèi)導(dǎo)波檢測的代表產(chǎn)品為浙達(dá)精益的MSGW超聲導(dǎo)波檢測儀。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油石化工業(yè)輸油輸氣管道網(wǎng)絡(luò)、電力能源工業(yè)管道網(wǎng)絡(luò)、橋梁懸掛管道、高溫管線及伴熱管線中。導(dǎo)波檢測技術(shù)較其他常規(guī)無損檢測(超聲檢測、渦流檢測、漏磁檢測、射線檢測、滲透檢測等)在長距離檢測、在線監(jiān)測、架空埋地管線檢測等應(yīng)用中,擁有明顯技術(shù)優(yōu)勢。
[0005]然而,現(xiàn)有導(dǎo)波設(shè)備均作用于管壁外側(cè),在使用前需要先將設(shè)備安裝部位附近的泥土等障礙物除去,然后通過人工操作將壓電探頭裝設(shè)于管道外部,每一次安裝調(diào)試過程都比較耗時(shí),雖然在理想情況下一次性檢測距離可達(dá)200多米,但相對現(xiàn)有管道長度而言,人工操作仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需求。而且,人們對管道內(nèi)部的實(shí)時(shí)狀況更為關(guān)注。
[0006]綜上所述,盡管機(jī)器人技術(shù)與導(dǎo)波技術(shù)在管道檢測方面均取得了一定的進(jìn)展,但仍存在著一些未解決的問題。如何在保持導(dǎo)波技術(shù)于管道檢測方面優(yōu)勢的同時(shí),充分發(fā)揮管內(nèi)機(jī)器人的長處,將激勵位置由管外轉(zhuǎn)為管內(nèi)、增強(qiáng)導(dǎo)波對厚壁管道的檢測能力、實(shí)現(xiàn)管內(nèi)機(jī)器人技術(shù)與導(dǎo)波技術(shù)的有效結(jié)合均為目前國內(nèi)外無論在理論上還是技術(shù)上均未解決好的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷,本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動能力強(qiáng)、方便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波檢測裝置工作、于管內(nèi)激發(fā)的導(dǎo)波檢測用集成式管道機(jī)器人。
[0008]本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種導(dǎo)波檢測用集成式管內(nèi)機(jī)器人,其特殊之處是:其包括伸縮機(jī)構(gòu)和兩組支撐機(jī)構(gòu),所述伸縮機(jī)構(gòu)的兩端分別與一組所述的支撐機(jī)構(gòu)相連,所述伸縮機(jī)構(gòu)為氣缸,所述氣缸內(nèi)設(shè)有用于活塞復(fù)位的復(fù)位彈簧,所述支撐機(jī)構(gòu)包括錐體、楔塊、永磁體A、永磁體B,兩個(gè)所述錐體同軸并同向設(shè)置,其中一個(gè)所述錐體與所述氣缸的活塞桿連接,另一個(gè)所述錐體與所述氣缸的缸體連接,所述楔塊為三個(gè)并均滑動設(shè)置在所述錐體的錐面上,所述楔塊的外側(cè)面為可與管道內(nèi)側(cè)面配合的圓弧面,每個(gè)所述楔塊內(nèi)固定設(shè)置有所述永磁體B,在所述錐體的一端固定設(shè)置有三個(gè)所述的永磁體A分別與所述的永磁體B相對應(yīng),所述永磁體A和永磁體B相鄰磁極的磁性相同,所述支撐機(jī)構(gòu)的楔塊或錐體上嵌入具有一定振動模態(tài)的壓電探頭。
[0009]本實(shí)用新型在管道內(nèi)工作時(shí),高壓氣體給伸縮機(jī)構(gòu)供氣,伸縮機(jī)構(gòu)的氣缸的活塞桿被推出,在活塞與氣缸缸體間作用力與反作用力的推動下,位于氣缸一側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)受到向左的外力,而另一側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)受到向右的外力,由于兩組支撐機(jī)構(gòu)同向設(shè)置,因此,在外力作用下,其中一組支撐機(jī)構(gòu)中的楔塊、錐體與管道內(nèi)壁會有卡緊的趨勢,如果楔塊的斜面角度滿足一定要求,這三者將產(chǎn)生鎖止現(xiàn)象,而另一側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)由于受到相反方向的外力,支撐機(jī)構(gòu)的楔塊在摩擦力的作用下將會與管道內(nèi)壁分開,該側(cè)支撐機(jī)構(gòu)在外力的作用下將向前滑動。楔塊與管壁的分開只是短暫的,楔塊在永磁體A和永磁體B的磁斥力的作用下會很快與管道內(nèi)壁再次產(chǎn)生接觸。在氣壓的推動下,氣缸活塞將復(fù)位彈簧壓縮至最短工作長度,然后氣缸泄壓,復(fù)位彈簧推動活塞復(fù)位,此時(shí)氣缸兩側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)所受外力與之前相反,原來滑動的一側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)在外力作用下與管道內(nèi)壁發(fā)生鎖止,而另一側(cè)原來處于鎖止?fàn)顟B(tài)的支撐機(jī)構(gòu)則在外力作用下向氣缸所在側(cè)滑動,如此反復(fù)動作,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管道內(nèi)的運(yùn)動。機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動時(shí),通過設(shè)置在支撐機(jī)構(gòu)的楔塊或錐體上的壓電探頭在管道內(nèi)激勵形成一定模態(tài)的導(dǎo)波,對管道狀況進(jìn)行檢測。
[0010]進(jìn)一步的,所述支撐結(jié)構(gòu)為斜塊入射式支撐機(jī)構(gòu),其是在所述錐體上沿錐體周向等間距嵌入沿厚度方向振動的壓電探頭C,生成的縱波通過楔塊由管道內(nèi)壁入射并于管道內(nèi)生成L(0,m)模態(tài)導(dǎo)波。
[0011]進(jìn)一步的,所述支撐結(jié)構(gòu)為貼合入射式支撐機(jī)構(gòu),其是在所述楔塊外表面沿圓周方向等間距嵌入沿長度方向振動的壓電探頭A和沿圓周方向振動的壓電探頭B,壓電探頭A和壓電探頭B各自成環(huán)狀排列并多排排列,分別激勵形成L(0,m)模態(tài)導(dǎo)波和T(0,m)模態(tài)導(dǎo)波。
[0012]為便于楔塊沿錐體滑動,所述錐體的錐面上均勻設(shè)有三條燕尾槽,所述楔塊的下部為燕尾形結(jié)構(gòu),所述楔塊通過其下部的燕尾形結(jié)構(gòu)與所述錐體上的燕尾槽配合。
[0013]為便于永磁鐵固定,所述楔塊內(nèi)開有方孔,所述永磁鐵B固定設(shè)置在所述方孔內(nèi)。
[0014]本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動能力強(qiáng),通過將導(dǎo)波壓電探頭集成于管內(nèi)機(jī)器人機(jī)體上,在機(jī)器人運(yùn)動的同時(shí)激勵管道導(dǎo)波,實(shí)現(xiàn)了管內(nèi)激發(fā)的導(dǎo)波檢測,并且本發(fā)明無需反復(fù)裝設(shè)檢測裝備、無需進(jìn)行管道覆蓋物的清理等前期工作,在每次檢測過程中可省去極為耗時(shí)的壓電探頭的裝設(shè)過程,實(shí)現(xiàn)了長距離管道的分段檢測,從而提升每段被檢管道的檢測精度,而現(xiàn)有導(dǎo)波檢測方法為了獲得較長的單次檢測距離長度需要降低檢測頻率、增大檢測波長,造成檢測精度的損失;同時(shí),由于本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)管內(nèi)激發(fā)的導(dǎo)波,這使內(nèi)外雙環(huán)激勵導(dǎo)波成為可能,進(jìn)而突破管道壁厚對導(dǎo)波檢測方法應(yīng)用的限制。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖及運(yùn)動原理圖,其中,a為初始狀態(tài),b為活塞桿伸出狀態(tài),c為活塞桿縮回狀態(tài),d為動作完成;
[0016]圖2是本實(shí)用新型中的支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖(不包含壓電探頭);
[0017]圖3是圖2中的支撐機(jī)構(gòu)的剖視示意圖;
[0018]圖4是圖2中的楔塊的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0019]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中的管外導(dǎo)波激勵方法示意圖,其中,a為厚度方向振動斜入射式,b為長度方向振動貼合入射式,c為圓周方向振動貼合入射式;
[0020]圖6是本實(shí)用新型的管內(nèi)導(dǎo)波激勵方法中厚度方向振動斜入射式的示意圖;
[0021]圖7是本實(shí)用新型的管內(nèi)導(dǎo)波激勵方法中長度方向振動貼合入射式的示意圖;
[0022]圖8是本實(shí)用新型的管內(nèi)導(dǎo)波激勵方法中圓周振動貼合入射式的示意圖;
[0023]圖9是本實(shí)用新型中的斜入射集成式壓電探頭布置方式示意圖;
[0024]圖10是圖9中的A-A示意圖;
[0025]圖11是本實(shí)用新型的貼合入射集成式壓電探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖12是圖11的側(cè)視示意圖;
[0027]圖中,1是伸縮機(jī)構(gòu),11是氣缸,12是活塞,13是復(fù)位彈簧,2是支撐機(jī)構(gòu),21是錐體,211是燕尾槽,22是模塊,221是斜面,222是方孔,223是圓弧面,224是燕尾形結(jié)構(gòu),23是永磁體A,24是永磁體B,25是壓電探頭C,26是
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