一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人制造技术

一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，涉及机械自动化工程领域。包括相互连接的车辆主体、驱动系统、校准和视频检测系统、漏磁和位移检测系统、磁化和吸附系统、传输电缆、地面站控制箱和自动跟踪云台；所述车辆主体包括多功能吊装把手、外壳、控制箱、后把手、本体支架；所述多功能吊装把手既能通过吊环螺丝实现吊装功能，又能通过快速插拔销更换位置从而实现不同形态，由吊装支架变为前把手，与后把手一起搬移机器人；骨架上还安装有控制驱动系统与校准和视频检测系统的控制箱；机器人本体支架采用碳纤维材质。本发明专利技术提供了一种以抹布式磁敏传感器和固定磁轭为基础的灵敏度高、精确度高的检测机器人。精确度高的检测机器人。精确度高的检测机器人。

【技术实现步骤摘要】
一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人


[0001]本专利技术涉及机械自动化工程领域，具体涉及一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人。

技术介绍

[0002]超临界电站锅炉、球罐等大型承压设备通常在高压、腐蚀等恶劣环境下工作，其安全可靠性至关重要。由于承压设备内壁在压力以及介质腐蚀的作用下，罐壁可能产生凹坑、裂纹、孔洞等缺陷，这些缺陷不仅会造成介质泄漏，甚至可能引起爆炸、火灾，因此必须定期进行检测。目前，对承压设备的表面检测主要以内表面检测为主，绝大部分由人工实现，如果罐高度或直径大于人体高度，需在罐内搭建脚手架或其他登高装置，存在操作者劳动强度大、操作危险和效率低等缺点。
[0003]近年来，由于高端装备制造业对特种机器人的需求越来越大，自动检测机器人的研究备受关注，目前，国内外研究者已开发出各种类型的自动检测机器人，以满足不同的高端装备制造业需求。
[0004]大型承压设备自动检测机器人通常采用爬壁机器人轮式全方位移动机构。全方位移动机构一般由3到4个定向滑移轮组成。轮式全方位移动机构不仅具有轮式移动机构运动的快速性、灵活性、可控性，而且能够在保持机体方位不变的前提下沿平面上任意方向直线移动或在原地旋转任意角度。
[0005]在无损检测自动化方面，浙江工业大学设计了磁粉检测机器人，由壁面移动载体和检测机构两部份构成。壁面移动载体由运动机构、吸附机构、车身框架和控制柜等组成，可以独立实现壁面爬行。检测机构中的磁化、喷磁和缺陷标记等功能装置都安装在移动载体上，其设计主要是模拟人工检测时，手臂操作检测设备的过程。中国科学院沈阳自动化研究所设计了爬壁检测机器人，包括磁粉探伤及厚度检测系统、视频检测系统和底盘系统，其中底盘系统包括车底平板、从动轮组件、驱动电机及驱动轮部分，采用轮式移动平台能够在曲面、圆弧等复杂工作界面实施检测、检查等工作。但目前研制的爬壁磁粉自动检测机器人大都是爬壁机器人外加检测设备，存在着以下几方面缺点：其一，目前开发的磁粉检测机器人主要采用交叉磁轭磁粉探伤仪，对于承压设备，由于其结构特点，当被检工件表面为一曲面时或由于焊缝错边及棱角度的影响，它的四个磁极不能很好地与工件表面相接触，会产生某一磁极悬空（在球面上时），或产生四个磁极以线接触方式与工件表面相接触（在柱面上时），这样就在某一对磁极间产生很大的磁阻，从而降低了某些方向上的检测灵敏度；虽然NB/T 47013.4—2015标准规定最大间隙不应超过0.5mm，在实际检测中最大间隙0.5mm很难保证。其二，当采用旋转磁场磁粉探伤仪进行检测时，是边移动磁化边喷洒磁悬液，就更应该避免由于磁悬液的流动破坏已经形成的缺陷磁痕。这就需要掌握磁悬液的喷洒应在保证有效磁化场被全部润湿的情况下，与交叉磁轭的检测速度良好地配合，才能把微细的缺陷磁痕显现出来，对这种配合的要求是：在移动的有效磁化场范围内，有可供缺陷漏磁场吸
引的磁粉，同时又不允许因磁悬液的流动而破坏已经形成了的缺陷磁痕，如果配合不好，即使有缺陷磁痕形成，也会遭到破坏，因此，使用交叉磁轭最难掌握的环节是喷洒磁悬液，需要根据交叉磁轭的检测速度，被检部位的空间位置等情况来调整喷洒手法，但在实际检测中磁悬液喷洒手法很难自动识别调整。其三，为实现磁悬液的喷洒功能，通常情况下将磁悬液通过输送管实现持续稳定的喷洒，目前磁粉检测机器人通常是爬壁机器人带交叉磁轭进行检测，为减少交叉磁轭自重，交叉磁轭间距较小，一般来说，当采用较好的冷轧硅钢片制造的跨越宽度为100mm的交叉磁轭，其重量大约在7公斤左右，但较小的跨越宽度导致磁化时间较短，因为交叉磁轭是行走过程中磁化的，跨越宽度小行走完这段距离的时间也短。其四，交叉磁轭产生的是交流变化磁场，吸附力不高，为加强爬壁能力应再增加永久磁铁的磁轮或磁铁，如磁轮或磁铁与交叉磁轭距离较近，这些磁轮或磁铁会或多或少与交叉磁轭形成的磁场形成干扰。其五，目前开发的磁粉检测机器人主要是进行表面缺陷检测，对近表面缺陷的检测能力较差，且不能检测焊缝形状尺寸的检查，如不能检查焊缝存在的错边、余高过大、棱角度超标等缺陷。其六，目前开发的磁粉检测机器人为实现检测过程中焊缝跟踪，增加了激光跟踪系统，增加了重量和成本。其七，磁粉检测完成后剩余磁粉的后清理通常难以实现，对后续的生产环境（特别是介质纯净度要求高的场合）造成影。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人。
[0007]本专利技术的提供的技术方案是：一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，包括车辆主体、驱动系统、校准和视频检测系统、漏磁和位移检测系统、磁化和吸附系统、传输电缆、地面站控制箱和自动跟踪云台组成。所述车辆主体包括多功能吊装把手、外壳、控制箱、后把手、本体支架；多功能吊装把手既能通过吊环螺丝实现吊装功能，又能通过快速插拔销更换位置从而实现不同形态，由吊装支架变为前把手，与后把手一起搬移机器人；骨架上还安装有控制驱动系统与校准和视频检测系统的控制箱，控制箱采用航空铝材料保证强度的前提下极限减重设计，同时为适应电控元器件工作产生高温而制作的结构散热效果良好，保证整台设备的正常运行；机器人本体支架采用碳纤维材质，密度低于航空铝，但强度高于航空铝材料很多，有效减轻了机器人本体重量。
[0008]电源转换系统与安装在骨架上的控制箱电连接，无线遥控器也通过无线信号与控制箱内的无线收发组件相导通从而实现无线操控。
[0009]优选地，所述驱动系统包括电机、减速机、万向轮、驱动胶轮。驱动主要采用两台电机和两台减速机，差速驱动，灵活控制。双轮差速驱动，前进、后退、360
°
旋转，搭载轻量化手持遥控单元。双电机差速驱动方案可以保证机器人吸附在大型承压设备表面上自由的移动和转向。机器人驱动胶轮材料选用航空铝+高等橡胶包胶而成，包胶轮表面做凹槽增大轮子的摩擦附着力，防滑耐高温耐腐蚀；机器人的万向轮，采用的是高强度双排塑胶轮组，防滑能力强；万向轮转向灵活，能在非平面工作台面上行动自如。
[0010]优选地，所述校准和视频检测系统包括前摄像系统、前照明灯、激光对准器等，安装在爬壁行走机构的前方，所述校准和视频检测系统发出2道激光束在焊缝两侧以方便对准焊缝，使机器人沿着焊缝行走，观察机器人行走前部的情况。
[0011]优选地，所述漏磁和位移检测系统采用抹布式磁敏传感器，抹布式磁敏传感器包括磁敏探头、弹性抹布、弹簧、位移检测和导航系统，多组磁敏探头安装在弹性抹布上，并依靠弹簧弹力和抹布自身的弹性使抹布自动适应球罐焊缝表面弧度，并与其紧密贴合；从而使弹性抹布上的磁敏探头可以准确地对准焊缝并与焊缝表面的距离尽可能接近，使磁敏探头能够可靠地检测到表面和近表面缺陷产生的漏磁场，由于所述磁敏探头体积较小，空间检测范围有限。为了扩大检测范围和提高检测精度，采用4排15个传感器构成一维阵列的检测方式。同一阵列相邻磁敏探头的间距为2mm，相邻阵列传感器错开0.5mm，这样形成无检测盲区的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，其特征在于：包括相互连接的车辆主体（1）、驱动系统（2）、校准和视频检测系统（3）、漏磁和位移检测系统（4）、磁化和吸附系统（5）、传输电缆（6）、地面站控制箱（7）和自动跟踪云台（8）；所述车辆主体（1）包括多功能吊装把手（9）、外壳（10）、控制箱（11）、后把手（12）、本体支架（13）；所述多功能吊装把手（9）既能通过吊环螺丝实现吊装功能，又能通过快速插拔销更换位置从而实现不同形态，由吊装支架变为前把手，与后把手（12）一起搬移机器人；骨架上还安装有控制驱动系统（2）与校准和视频检测系统（3）的控制箱（11）；本体支架（13）采用碳纤维材质。2.根据权利要求1所述的以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，其特征在于：所述驱动系统（2）包括电机（14）、减速机（15）、万向轮（16）、驱动胶轮（17）；所述驱动系统通过两台电机（14）和两台减速机（15）双轮差速驱动；所述驱动胶轮（17）材料为航空铝+高等橡胶包胶而成，包胶轮表面设有凹槽；所述万向轮（16）采用高强度双排塑胶轮组。3.根据权利要求1所述的以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，其特征在于，所述校准和视频检测系统（3）包括前摄像系统（18）、前照明灯（19）和激光对准器（20），所述校准和视频检测系统（3）安装在爬壁行走机构的前方，发出2道激光束在焊缝两侧以方便对准焊缝，使机器人沿着焊缝行走，观察机器人行走前部的情况。4.根据权利要求1所述的以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，其特征在于，所述漏磁和位移检测系统（4）包括阵列磁敏探头（21）、弹性抹布（22）、弹簧（23）、位移传感器（24）、线路集成板（25）、第一安装板（26）、集成电缆（27）和信号处理系统（28）；所述阵列磁敏探头（21）设置多组并安装在所述弹性抹布（22）上，多组所述阵列磁敏探头（21）表面在弹性抹布（22）向内缩进；所述位移传感器（24）以2排或多排错开布置；位移传感器的信号与机器人驱动系统相耦合。5.根据权利要求1或2所述的以抹布式磁敏传感器和带间隙固定磁轭为基础的检测机器人，其特征在于：所述磁化和吸附系统（5）采用带间隙固定磁轭，以实现磁化和吸附双重功能，为检测不同方向的缺陷，设有垂直焊缝磁化固定磁轭（29）和平行焊缝磁化固定磁轭（30），垂直焊缝磁化固定磁轭（29）安装在一对驱动胶轮（17）之间，平行焊缝磁化固定磁轭（30）安装在一对万向轮（16）之间；所述垂直焊缝磁化固定磁轭（29），包括一对N
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S反向平行磁铁（31），中间磁路加强磁铁（32），铁素体软磁匹配“磁桥”（33）、第二安装板（34）、行走轴承（35）、悬挂弹簧（36），垂直焊缝磁化固定磁轭（29）与壁面有一定的间隙，以实现行走和翻越障碍，又能保证足够的吸附力，一对N
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S反向平行磁铁（31），中间磁路加强磁铁（32），铁素体软磁匹配磁桥（33）通过空气间隙与壁面形成完整的磁路（37），铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟灿，唐萍，杜兴吉，孔帅，凌张伟，陈永贵，缪存坚，
申请(专利权)人：浙江省特种设备科学研究院，
类型：发明
国别省市：