本发明专利技术公开了一种面向水下管线的超声波探伤装置，包括单自由度机械臂、超声波探伤模块和主控模块，单自由度机械臂和超声波探伤模块均为环形，两者通过螺纹啮合进行连接。通过主控模块的控制指令，可实现探伤装置对水下管线的环抱固定及无损探伤：主控模块发出吸合指令，控制机械臂实现对水下管线的吸附；发出巡检指令，控制超声波探伤模块实现对水下管线的正、逆向探伤作业流程，并记录探伤作业过程中的相控阵超声波探头的位姿信息；主控模块基于上述超声波探伤信息和位姿信息，实现对水下管线的高精度无损探伤。本发明专利技术提供了一种全自动的、连续稳定、高效率的水下超声波探伤装置。高效率的水下超声波探伤装置。高效率的水下超声波探伤装置。
【技术实现步骤摘要】
一种面向水下管线的超声波探伤装置
[0001]本专利技术涉及无损探伤
，具体为一种面向水下管线的超声波探伤装置。
技术介绍
[0002]管道运输已经成为输送石油、天然气等能源的主要运输手段，近年来我国海底管道由于腐蚀、形变等原因造成的管道泄漏事故时有发生，为了保障在役管道的安全运行，应对其进行定期检测，以便及时发现问题，采取措施。就水下探伤技术而言，超声波无损探伤技术最为成熟，但目前仍然需要人工下水，实现对管线的超声波探伤作业过程。若能够专利技术一种水下自动探伤系统，可以极大的避免因工人自身专业水平不过关导致的探伤不准确的现象。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种面向水下管线的超声波探伤装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种面向水下管线的超声波探伤装置,超声波探伤装置由单自由度机械臂、超声波探伤模块和主控模块组成，所述单自由度机械臂和超声波探伤模块均为环形，所述单自由度机械臂和超声波探伤模块通过螺纹啮合进行连接，所述单自由度机械臂、超声波探伤模块分别连接主控模块。
[0005]优选的，所述单自由度机械臂包括：左臂体、右臂体、左臂体动力轴、左臂体连接销钉、左臂体动力轴连接螺杆、机械臂与探伤模块连接轴、机械臂弹性连接杆、右臂体动力轴、右臂体连接销钉、右臂体动力轴连接螺杆、螺纹连接杆、左臂体电磁铁、右臂体电磁铁；所述左臂体和右臂体结构上相同；所述左臂体连接销钉和右臂体连接销钉规格上相同，均带有标准M30螺纹；所述左臂体动力轴连接螺杆与右臂体动力轴连接螺杆规格上相同，螺杆质心部分为一空心圆柱形凹槽，所述凹槽中带有标准M10螺纹；所述机械臂与探伤模块连接轴为一带有标准M8螺纹的螺杆；所述机械臂弹性连接杆数目为四，对称分布于机械臂上；所述螺纹连接杆为带有标准M5螺纹的螺杆，在机械臂上分别呈以半径为173mm，180mm的圆周分布；所述左臂体电磁铁与右臂体电磁铁结构上完全相同，磁性相反。
[0006]优选的，所述左臂体动力轴和右臂体动力轴结构上相同，由空心杯伺服电机、铝制散热片、动力轴、连接杆、连接螺母构成；所述铝制散热片均匀分布于空心杯伺服电机，并通过硅脂与空心杯伺服电机表面连接；所述动力轴带有M10标准螺纹，所述连接杆两侧均有带有M22标准螺纹螺母，所述左臂体动力轴通过两侧螺母与左臂体实现啮合。
[0007]优选的，所述机械臂弹性连接杆由空心轴连接杆、左侧弹簧、右侧弹簧和管线贴合装置构成；所述左侧弹簧、右侧弹簧等效直径略大于空心轴连接杆，三者可拆分成三个单独个体；所述管线贴合装置由福来轮、左侧连接杆、右侧连接杆构成，所述左侧连接杆与右侧连接杆结构上相同，均为空心铝制材料，直径略大于空心轴连接杆，与左侧弹簧、右侧弹簧相同；所述空心轴连接杆插入左侧连接杆竖直方向空心轴中，左侧连接杆上端放置左侧弹
簧，下端放置右侧弹簧。
[0008]优选的，所述超声波探伤模块包括：超声波探伤模块空心杯伺服电机、伺服电机铝制散热片、伺服电机主动力轮、伺服电机动力转换轴、超声波探伤模块动力履带、履带从动轮、探伤模块从动轴、连接凹槽、探伤模块相控阵超声波换能器；所述超声波探伤模块伺服电机通过螺丝与机械臂连接，并固定于机械臂；所述伺服电机主动力轮、伺服电机动力转换轮构成减速机齿轮，降低超声波探伤模块伺服电机输出转速，并增加输出扭矩；所述超声波探伤模块动力履带跟随伺服电机动力转换轴做正向顺时针、反向逆时针运动；所述履带从动轮均匀分布于超声波探伤模块动力履带，其直径与履带间隔相同；所述连接凹槽为表面带有标准M5螺纹的空心圆柱体，并通过螺纹啮合实现超声波探伤模块与机械臂的连接。
[0009]优选的，所述探伤模块相控阵超声波换能器包括：超声波换能器从动齿轮、超声波换能器动力轴、高精度九轴姿态传感器、相控阵超声波探头；所述探伤模块相控阵超声波换能器由超声波换能器从动齿轮与超声波探伤模块连接，跟随超声波探伤模块动力履带运动，并由高精度九轴姿态传感器记录相控阵超声波探头的位姿信息。
[0010]优选的，一种面向水下管线的超声波探伤装置的工作流程，其特征在于：包括管线吸合和巡检作业两个作业流程；其中，管线吸合流程具体为：主控模块发出吸合指令，机械臂响应指令，以左臂体为例：左臂体空心杯伺服电机逆时针反向转动，动力轴跟随空心杯伺服电机运动，左臂体动力轴连接螺杆与动力轴上螺纹啮合，动力轴与左臂体动力轴连接杆距离增加，左臂体逆时针转动，机械臂弹性连接杆的福来轮与待探伤管线直线距离减小，最终触碰管线，吸合指令完成；所述主控模块随后发出啮合指令，机械臂、超声波探伤模块响应指令；所述机械臂，以左臂体为例，继续逆时针反向转动，所述机械臂弹性连接杆中右侧弹簧与管线挤压发生弹性形变，所述左臂体电磁铁、右臂体电磁铁受相位不相同交变电流影响，产生吸力，促使左臂体、右臂体啮合；所述超声波探伤模块中超声波探伤模块伺服电机顺时针正向转动，伺服电机主动力轮跟随伺服电机顺时针转动，伺服电机动力转换轴受伺服电机主动力轮影响，反向同角速度，逆时针转动，超声波探伤模块动力履带跟随伺服电机动力转换轴，同线速度，逆时针转动，超声波换能器从动齿轮跟随超声波探伤模块动力履带，同线速度，逆时针转动；所述探伤模块相控阵超声波换能器逆时针运动至超声波探伤模块一侧，至此，管线吸合完成。
[0011]优选的，管线巡检流程具体为：主控模块发出巡检命令，超声波探伤模块响应命令，对管线正向、逆向巡检。于正向巡检过程：所述超声波探伤模块中超声波探伤模块伺服电机逆时针反向转动，伺服电机主动力轮跟随伺服电机逆时针转动，伺服电机动力转换轴受伺服电机主动力轮影响，反向同角速度，顺时针转动，超声波探伤模块动力履带跟随伺服电机动力转换轴，同线速度，顺时针转动，超声波换能器从动齿轮跟随超声波探伤模块动力履带，同线速度，顺时针转动；所述探伤模块相控阵超声波换能器逆时针运动至超声波探伤模块另一侧；至此，完成正向巡检；于逆向巡检过程：所述超声波探伤模块中超声波探伤模块伺服电机顺时针正向转动，伺服电机主动力轮跟随伺服电机顺时针转动，伺服电机动力转换轴受伺服电机主动力轮影响，反向同角速度，逆时针转动，超声波探伤模块动力履带跟随伺服电机动力转换轴，同线速度，逆时针转动，超声波换能器从动齿轮跟随超声波探伤模块动力履带，同线速度，逆时针转动；所述探伤模块相控阵超声波换能器逆时针运动至起始位置，至此，完成逆向巡检；主控模块对上述巡检过程中采集所得声学信息和位姿信息耦合
处理，输入多权值神经元网络实现对管线表面损伤的检测。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种面向水下管线的超声波探伤装置，该装置能够高效吸附目标巡检管线，并环抱管线，最大程度上减小了因为水流的波动导致超声波探头和管线距离发生改变，从而致使管线损伤定位不准确；进一步的，该方法能够实现水下全自主超声波探伤作业过程，并且探伤判断过程完全脱离人工，由多权值神经元网络进行判定。通过上述探伤方法，能够最大程度上避免因为工人的专业能力而导致的对管线损本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向水下管线的超声波探伤装置,其特征在于：超声波探伤装置由单自由度机械臂、超声波探伤模块和主控模块组成，所述单自由度机械臂和超声波探伤模块均为环形，所述单自由度机械臂和超声波探伤模块通过螺纹啮合进行连接，所述单自由度机械臂、超声波探伤模块分别连接主控模块。2.根据权利要求1所述的一种面向水下管线的超声波探伤装置，其特征在于：所述单自由度机械臂包括：左臂体、右臂体、左臂体动力轴、左臂体连接销钉、左臂体动力轴连接螺杆、机械臂与探伤模块连接轴、机械臂弹性连接杆、右臂体动力轴、右臂体连接销钉、右臂体动力轴连接螺杆、螺纹连接杆、左臂体电磁铁、右臂体电磁铁；所述左臂体和右臂体结构上相同；所述左臂体连接销钉和右臂体连接销钉规格上相同，均带有标准M30螺纹；所述左臂体动力轴连接螺杆与右臂体动力轴连接螺杆规格上相同，螺杆质心部分为一空心圆柱形凹槽，所述凹槽中带有标准M10螺纹；所述机械臂与探伤模块连接轴为一带有标准M8螺纹的螺杆；所述机械臂弹性连接杆数目为四，对称分布于机械臂上；所述螺纹连接杆为带有标准M5螺纹的螺杆，在机械臂上分别呈以半径为173mm，180mm的圆周分布；所述左臂体电磁铁与右臂体电磁铁结构上完全相同，磁性相反。3.根据权利要求2所述的一种面向水下管线的超声波探伤装置，其特征在于：所述左臂体动力轴和右臂体动力轴结构上相同，由空心杯伺服电机、铝制散热片、动力轴、连接杆、连接螺母构成；所述铝制散热片均匀分布于空心杯伺服电机，并通过硅脂与空心杯伺服电机表面连接；所述动力轴带有M10标准螺纹，所述连接杆两侧均有带有M22标准螺纹螺母，所述左臂体动力轴通过两侧螺母与左臂体实现啮合。4.根据权利要求3所述的一种面向水下管线的超声波探伤装置，其特征在于：所述机械臂弹性连接杆由空心轴连接杆、左侧弹簧、右侧弹簧和管线贴合装置构成；所述左侧弹簧、右侧弹簧等效直径略大于空心轴连接杆，三者可拆分成三个单独个体；所述管线贴合装置由福来轮、左侧连接杆、右侧连接杆构成，所述左侧连接杆与右侧连接杆结构上相同，均为空心铝制材料，直径略大于空心轴连接杆，与左侧弹簧、右侧弹簧相同；所述空心轴连接杆插入左侧连接杆竖直方向空心轴中，左侧连接杆上端放置左侧弹簧，下端放置右侧弹簧。5.根据权利要求1所述的一种面向水下管线的超声波探伤装置，其特征在于：所述超声波探伤模块包括：超声波探伤模块空心杯伺服电机、伺服电机铝制散热片、伺服电机主动力轮、伺服电机动力转换轴、超声波探伤模块动力履带、履带从动轮、探伤模块从动轴、连接凹槽、探伤模块相控阵超声波换能器；所述超声波探伤模块伺服电机通过螺丝与机械臂连接，并固定于机械臂；所述伺服电机主动力轮、伺服电机动力转换轮构成减速机齿轮，降低超声波探伤模块伺服电机输出转速，并增加输出扭矩；所述超声波探伤模块动力履带跟随伺服电机动力转换轴做正向顺时针、反向逆时针运动；所述履带从动轮均匀分布于超声波探伤模块动力履带，其直径与履带间隔相同；所述连接凹槽为表面带有标准M5螺纹的空心圆柱体，并通过螺纹啮合...
【专利技术属性】
技术研发人员：言淳恺，郭九榕，周亮亮，杨慧，华亮，顾菊平，蒋欣越，王力予，刘旺朋，汤紫洋，施可昕，刘凯文，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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