【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机和燃气轮机维护保障领域，涉及一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统。
技术介绍
1、涡轮式发动机被广泛应用于航空、舰船、坦克、电力等领域，当前大部分航空发动机和燃气轮机均属于涡轮式发动机。涡轮式发动机工作环境恶劣，发生故障的概率较高，特别是位于其内部的大量叶片类零件，如压气机和涡轮叶片，需要定期进行维护保障。但由于其结构复杂，且均位于发动机内部深处，导致无法直接观察。若每次检查时都进行整体性的拆卸，不仅过程繁琐周期冗长，而且还容易在拆卸过程中对发动机造成意外损伤，对装备的出勤率和完好率也有不利影响。而内窥技术作为无损检测领域的一种重要手段，可以在不改变发动机整体状态的前提下，将视频探头通过预留的内窥孔送入发动机内部进行叶片类零件表面状态的窥探，并通过对图像的观察来识别损伤的发生，和对严重程度进行评估，以此来基本解决上述问题。
2、视频内窥镜为当前内窥技术最为常用的一类设备。典型的视频内窥镜4如图1所示，在结构上可以分为镜头及照明41、弯曲部42、导线43、外接屏幕44以及主机45。其原理是采用镜头及照明41对前方进行图像采集，借助导线43将采集到的图像数据传输到主机45的显示屏452，或连接在视频接口451上的外接屏幕44进行显示，通过对图像的分析确定故障的位置和类型。通过人为操作主机45上的控制按钮453，可以使弯曲部42向指定方向弯曲，从而调整镜头及照明41的朝向，以增大视野范围和实现对重点区域的观察。
3、图2所示是采用视频内窥镜4对涡轮发动机的动叶进行内窥检查的典型应
4、位于发动机外部的操作人员通过主机45上的显示屏452或外接屏幕44的反馈，半可控地手动调整导线43的形状，并通过主机45上的控制按钮453控制弯曲部42向指定方向弯曲，令镜头及照明41到达带内窥孔静叶56叶栅并朝向动叶57，如图2(b)所示。人工在发动机外部缓慢转动转子，使得镜头及照明41前方动叶57所在一级的所有动叶都能被依次观察到。
5、典型的内窥图像如图2(c)所示，通过与正常图像的对比，可以发现如裂纹和材料缺失等损伤问题。例如图中动叶57的尾缘出现了明显的缺口损伤，在使用中将会有折断风险，需要对发动机拆解更换，以避免造成重大事故。
6、在图2中，镜头及照明41沿径向穿过多层机匣到达静叶56叶栅并对动叶进行检查的过程中，路径内无复杂结构阻挡，较为容易实现。而在发动机内部，多级静叶和动叶形成的流道非常曲折，导致镜头很难穿过动叶57对前方静叶58进行观察，而且留在动叶叶栅内的导线43容易因为转子的转动而被叶片扭断，所以镜头及照明41沿发动机轴向运动较为困难。对于另一个方向，当镜头及照明41在发动机内部沿周向运动时，导线43需要连续弯曲，由于人工无法对导线43的运动进行精确控制，故镜头及照明41也难以沿周向准确到达各角向位置。因此镜头及照明41可达范围有限，这导致对各级动叶的检查虽然较为容易，但难以对各级静叶、外环59此类静止件进行全面观察，而这部分观察不到的视野盲区区域，约占涡轮发动机需进行内窥检查区域的40％左右，这将会导致无法被检出的问题遗留在发动机内，给发动机安全可靠运行带来巨大的挑战，迫切需要采用新设备和方法消除这些盲区，提高内窥检查的覆盖率。
技术实现思路
1、针对当前内窥设备在对涡轮发动机进行内窥检查时镜头可达范围受限，和内窥区域存在盲区的问题，专利技术了一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统。该系统可以通过含执行机构的机械臂将配套的内窥机器人送至涡轮发动机的动叶叶栅内，并使其固定在相邻两片动叶之间。当机械臂撤到安全位置后，内窥机器人可以在随转子低速转动的过程中对前方、后方的静叶，以及侧向的外环进行图像采集，并将采集到的数据通过无线方式向外发送或暂存在内窥机器人内部的存储器上，从而消除了传统内窥设备的视野盲区。在完成内窥工作后，可以再使用机械臂将内窥机器人取出，不影响发动机正常工作。
2、本专利技术的技术方案具体如下：
3、一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，由内窥机器人、机械臂和控制箱组成，如图3所示。
4、内窥机器人在工作时位于涡轮发动机的动叶叶栅内，能够将自身固定在相邻两片动叶之间，并随转子低速转动而不发生脱落。内窥机器人在随转子缓慢转动的过程中，可以利用内部多个不同朝向的摄像头和配套的照明设备进行图像采集，并将采集到的数据通过无线方式向外发送，或者暂存在机器人内部的存储器上，待从发动机内取出后另行读取。
5、根据固定时采用执行机构的不同，可以有多种形式的内窥机器人，其中典型为气囊式。图4所示的气囊式内窥机器人包括外壳、内部的电路系统和气囊结构。其中气囊结构在不充气时蜷缩于外壳的内部。采用外部输入的方式，可以使气体经过气囊接嘴进入气囊内部使其发生膨胀。当停止输气后，气囊接嘴对气体的单向导通作用能够将气体密封在气囊内部，以维持气囊的膨胀状态。当气囊式内窥机器人位于动叶叶栅时，可以通过气囊的膨胀对相邻两片叶片产生挤压，从而利用摩擦力将自身固定在动叶之间，并且能够随转子缓慢转动。气囊式内窥机器人在随转子转动过程中，前视摄像头及led灯、侧视摄像头及led灯和后视摄像头及led灯可以进行图像采集，并将采集到的数据通过wi-fi模块向外发送。电池用于存储电能，并为各摄像头及led灯和电路供电，可以通过充电电路板为其进行充电。对于各电气设备的开启、关停等控制，由主控电路板实现。在外壳底部的设置有夹持手柄，以实现机械臂对气囊式内窥机器人进行夹持、释放和充放气等操作。
6、机械臂的作用是对内窥机器人进行夹持和释放等操作，并在将内窥机器人送至动叶叶栅后，提供动力对其进行操作，例如通过对气囊式内窥机器人的气囊进行充气等作动使其固定在叶栅中。典型的机械臂为蛇形，例如图5所示的为一种蛇形机械臂，主要由位于端部的蛇形臂执行单元、中间的多个弯曲单元，和位于根部的刚性段组成，可以在外部控制的操作下，进行一定程度的弯曲和端部蛇形臂执行单元的作动。
7、图6为蛇形臂执行单元的典型工作过程。首先蛇形机械臂向气囊式内窥机器人运动，过程中通过有线摄像头及led灯对前方视野进行观察，用于判断位于蛇形臂执行单元上的机械手与气囊式内窥机器人上的夹持手柄之间的相对位置。通过调整位置使充气嘴插入气囊接嘴后，机械手通过机械手控制绳索的牵引实现闭合，以此来夹持住气囊式内窥机器人的夹持手柄，此时可以进一步通过与输气管相连的气泵对气囊进行充放气操作，从而实现蛇形臂执行单元对气囊式内窥机器人的夹持、释放和充放气等一系列动作。
8、所述的控制箱的结构如图7所示，其作用是通过控制手柄控制机械臂的动作，同时通过屏幕对内窥检查系统工作过程中产生的图像等数据进行显示。以蛇形机械臂为例，通过蛇形臂安装座与箱体相连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，包括内窥机器人(1)、机械臂(2)和控制箱(3)；
2.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的机械臂(2)为蛇形机械臂(21)，包括位于端部的蛇形臂执行单元(211)、中间的多个弯曲单元(212)和位于根部的刚性段(213)，在外部控制的操作下，进行弯曲和端部蛇形臂执行单元(211)的作动。
3.如权利要求1或2所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的机械臂(2)的蛇形臂安装座(2131)与箱体(33)相连接，并将机械手控制绳索(2115)、蛇形臂控制绳索(2121)以及输气管(2113)对蛇形机械臂(21)起到控制作用的线路和管路连接到箱体内的驱动模组(35)。
4.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的内窥机器人(1)采用绳带式内窥机器人(16)，绳带式内窥机器人(16)采用绳带式固定机构(161)，当绳带式内窥机器人(16)到达动叶(57)叶栅后，绳带式固定机构
5.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的内窥机器人(1)采用弯折式内窥机器人(17)，弯折式内窥机器人(17)采用可弯折的两段式结构，弯折式内窥机器人(17)以直线状态进入动叶叶栅后，内部处于压缩状态的弹簧(171)进行回弹；弹簧(171)回弹到一定程度后，弯折式内窥机器人(17)的两段分别挤压右侧动叶(57)的前缘和尾缘，形成抱紧动叶的状态，同时弯折式内窥机器人(17)的另一侧抵在左侧动叶的吸力面；在弹簧弹性的作用下，弯折式内窥机器人(17)通过多个点位抵住相邻的两件叶片，利用挤压产生的摩擦力将自身固定在动叶叶栅中。
6.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的机械臂(2)采用T形机械臂(22)；T形机械臂(22)携带内窥机器人(1)由内窥孔穿过机匣后直接抵达动叶(57)叶栅；T形机械臂执行机构(221)进行旋转，使内窥机器人(1)由进入发动机时的竖直状态调整为水平状态，并操作内窥机器人(1)使其凭借固定机构将自身固定在动叶之间；固定方式可为气囊式、抓手式或绳带式；然后T形机械臂(22)撤到发动机外部，人工在发动机外部转动转子，内窥机器人(1)开始进行图像采集；当内窥机器人(1)完成图像采集后，由T形机械臂(22)沿着进入时的路径反向执行上述动作并将其取出发动机。
7.如权利要求1或2或4或5或6所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，内窥机器人(1)采用抓手式内窥机器人，所述的抓手式内窥机器人包括抓手式Ⅰ型内窥机器人(12)、抓手式Ⅱ型内窥机器人(13)、抓手式Ⅲ型内窥机器人(14)，抓手式Ⅰ型内窥机器人(12)的固定机构通过弯折抱紧右侧叶片的前缘和尾缘，从而将机器人与右侧动叶相固定；抓手式Ⅱ型内窥机器人(13)的固定机构位于机器人的两侧，前方的抓手钩住左侧动叶的前缘，后方的抓手钩住右侧动叶的尾缘，进而将机器人固定在两片动叶之间；抓手式Ⅲ型内窥机器人(14)的固定机构同样位于机器人的两侧，前方的抓手钩住右侧动叶的前缘，后方的抓手钩住左侧动叶的尾缘。
8.如权利要求3所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，内窥机器人(1)采用抓手式内窥机器人，所述的抓手式内窥机器人包括抓手式Ⅰ型内窥机器人(12)、抓手式Ⅱ型内窥机器人(13)、抓手式Ⅲ型内窥机器人(14)，抓手式Ⅰ型内窥机器人(12)的固定机构通过弯折抱紧右侧叶片的前缘和尾缘，从而将机器人与右侧动叶相固定；抓手式Ⅱ型内窥机器人(13)的固定机构位于机器人的两侧，前方的抓手钩住左侧动叶的前缘，后方的抓手钩住右侧动叶的尾缘，进而将机器人固定在两片动叶之间；抓手式Ⅲ型内窥机器人(14)的固定机构同样位于机器人的两侧，前方的抓手钩住右侧动叶的前缘，后方的抓手钩住左侧动叶的尾缘。
9.根据权利要求1～3任一所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统的工作方法，其特征在于，步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，包括内窥机器人(1)、机械臂(2)和控制箱(3)；
2.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的机械臂(2)为蛇形机械臂(21)，包括位于端部的蛇形臂执行单元(211)、中间的多个弯曲单元(212)和位于根部的刚性段(213)，在外部控制的操作下，进行弯曲和端部蛇形臂执行单元(211)的作动。
3.如权利要求1或2所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的机械臂(2)的蛇形臂安装座(2131)与箱体(33)相连接，并将机械手控制绳索(2115)、蛇形臂控制绳索(2121)以及输气管(2113)对蛇形机械臂(21)起到控制作用的线路和管路连接到箱体内的驱动模组(35)。
4.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的内窥机器人(1)采用绳带式内窥机器人(16)，绳带式内窥机器人(16)采用绳带式固定机构(161)，当绳带式内窥机器人(16)到达动叶(57)叶栅后，绳带式固定机构(161)从动叶(57)与外环(59)之间的间隙套入动叶(57)并收紧，通过绳带约束产生摩擦力将机器人与动叶(57)相互固定。
5.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的内窥机器人(1)采用弯折式内窥机器人(17)，弯折式内窥机器人(17)采用可弯折的两段式结构，弯折式内窥机器人(17)以直线状态进入动叶叶栅后，内部处于压缩状态的弹簧(171)进行回弹；弹簧(171)回弹到一定程度后，弯折式内窥机器人(17)的两段分别挤压右侧动叶(57)的前缘和尾缘，形成抱紧动叶的状态，同时弯折式内窥机器人(17)的另一侧抵在左侧动叶的吸力面；在弹簧弹性的作用下，弯折式内窥机器人(17)通过多个点位抵住相邻的两件叶片，利用挤压产生的摩擦力将自身固定在动叶叶栅中。
6.如权利要求1所述的一种基于无线式机器人的涡轮发动机内窥检查系统，其特征在于，所述的机械臂(2)采用t形机械臂(22)；t形机...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。