本發明專利技術提供了一種基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，包括可環繞TOFD掃查架，安裝在可環繞TOFD掃查架上的第一動力舵機、自動識別焊縫無線相機以及中心控制模塊，通過轉臺軸承與可環繞TOFD掃查架連接的環狀激光發射模塊、扭壓預緊模塊；扭壓預緊模塊安裝有TOFD探頭；可環繞TOFD掃查架兩側安裝有可轉向永磁體吸附輪；中心控制模塊控制環狀激光發射模塊、扭壓預緊模塊旋轉，扭壓預緊模塊控制TOFD探頭的升降，可轉向永磁體吸附輪帶動機器人運動，復合實現汽包焊縫缺陷的TOFD檢測掃查動作。本發明專利技術具有掃查動作靈活、檢測效率高、檢測過程定位穩定等特點，特別適用于鍋爐汽包的焊縫缺陷的檢測需求。的檢測需求。的檢測需求。
【技術實現步驟摘要】
一種基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人及檢測方法
[0001]本專利技術涉及特種工業機器人
，特別涉及一種基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人及檢測方法。
技術介紹
[0002]汽包是鍋爐設備中水汽系統的重要組成部分，其溫度、壓力高，工作條件惡劣，長期使用會產生腐蝕、裂紋等缺陷，進一步擴展開裂會帶來嚴重的安全隱患，因此對汽包運行的安全性要求較高。現階段主要通過射線檢測、常規超聲檢測、磁鐵檢測和滲透檢測方法來確定鍋爐汽包焊縫處是否有缺陷。其中射線檢測存在裂紋檢測靈敏度較差、容易發生漏檢現象等問題。而常規超聲基于材料內部損傷反射回來的聲波幅度大小與現場建議人員經驗來判斷缺陷，容易受到缺陷材質、角度、形狀等因素影響。而TOFD方法對缺陷的定量精度遠優于常規超聲，采用TOFD檢測方法具有較高的檢出率。
[0003]目前，鍋爐汽包焊縫缺陷的TOFD檢測主要采用人工或半自動推動TOFD掃查架沿焊縫往復掃查來確定，實際應用時需要檢察人員爬上腳手架，推動掃查架對工件表面焊縫進行檢測，其流程繁瑣、操作困難、檢測成本高、檢測效率低、檢測評估效果不穩定。國外美、日等發達國家已經將TOFD檢測方法廣泛應用在壓力容器的質量檢測中，應用較為成熟。但檢測時仍以人工操作為主，且目前的自動化TOFD檢測設備難以適應鍋爐汽包的曲面結構，存在轉向困難、質量較重、檢測效率低等問題。目前對于鍋爐汽包焊縫缺陷TOFD檢測多停留在人工或半自動推動TOFD掃查架運動，即使用結構簡單的檢測設備進行手動檢測。自動化程度低，每次檢測完一條焊縫都需要繁瑣的流程進行轉向。因此，需要在基于滿足相關檢測行業標準不漏檢的條件下，根據動力學和自動化控制要求設計出一種高效、穩定的自動化檢測方法，同時需要保證該裝置能夠便于操作工人搬運拆卸、遙控控制、能夠很好的適應鍋爐汽包表面檢測作業需求。
技術實現思路
[0004]針對現有技術中存在的問題，提供了一種基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人及檢測方法，能夠吸附于鍋爐汽包表面，同時能夠識別焊縫位置并結合當前掃查方式反饋調節機器人姿態，可對鍋爐汽包表面的縱向焊縫和橫向焊縫進行非平行掃查、平行掃查和斜向掃查，可在焊縫交叉處垂直轉向并抬升探頭高度跨越焊縫，對鍋爐汽包表面的橫向焊縫及縱向焊縫進行TOFD檢測，杜絕了鍋爐汽包發生安全事故的隱患。
[0005]本專利技術采用的技術方案如下：一種基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，包括可環繞TOFD掃查架，安裝在可環繞TOFD掃查架上的第一動力舵機、自動識別焊縫無線相機以及中心控制模塊，通過轉臺軸承與可環繞TOFD掃查架連接的環狀激光發射模塊、扭壓預緊模塊；所述扭壓預緊模塊連接有TOFD安裝楔塊，TOFD安裝楔塊上安裝有TOFD探頭；可環繞TOFD掃查架兩側安裝有可轉向永磁體吸附輪；中心控制模塊提供控制信號以及接收反饋信號，由第一動力舵機帶動轉盤軸承上的環狀激光發射模塊、扭壓預緊模塊旋轉，扭壓預緊模
塊控制TOFD探頭的升降，可轉向永磁體吸附輪帶動機器人運動，復合實現汽包焊縫缺陷的TOFD檢測掃查動作。
[0006]進一步的，所述可環繞TOFD掃查架包括車身主支撐，所述車身主支撐上方安裝有第一舵機固定板，下方安裝有依次連接上固定板、轉臺軸承、下固定板；下固定板下方安裝有鋁型材；所述鋁型材用于安裝扭壓預緊模塊與環狀激光發射模塊；第一動力舵機安裝在第一舵機固定板上，自動識別焊縫無線相機安裝在車身主支撐上。
[0007]進一步的，所述可轉向永磁體吸附輪包括從上到下連接的第二舵機固定板、轉盤軸承、第一電機固定板，第一電機固定板下方安裝有電機連接板，無刷電機安裝在電機連接板上并與磁力吸附輪連接；第二動力舵機通過緊固件安裝在第二舵機固定板上。
[0008]進一步的，所述第二舵機固定板上方安裝有車身連接件，用于與可環繞TOFD掃查架連接固定。
[0009]進一步的，所述扭壓預緊模塊包括蝸輪蝸桿電機，蝸輪蝸桿電機固定在第二電機固定板上，蝸輪蝸桿電機末端連接有扭力軸，扭力軸通過第一扭簧件與扭力支軸連接，扭力支軸末端連接有楔塊連接件，楔塊連接件通過第二扭簧件與楔塊固定件連接，楔塊固定件用于與TOFD安裝楔塊連接。
[0010]進一步的，所述楔塊連接件能夠繞扭力支軸轉動，楔塊固定件通過第二扭簧件與楔塊連接件實現轉動；蝸輪蝸桿電機接收控制信號，通過扭力軸和第一扭簧件驅動扭力支軸轉動，從而實現楔塊固定件的抬升和下降。
[0011]進一步的，所述可環繞TOFD掃查架下方的鋁型材兩端分別安裝有兩個扭壓預緊模塊，兩個扭壓預緊模塊連接的TOFD安裝楔塊分別安裝TOFD發射探頭和TOFD接收探頭，配合實現探測；所述扭壓預緊模塊通過第二電機固定板與鋁型材固定。
[0012]進一步的，所述TOFD安裝楔塊上留有安裝孔位以固定TOFD探頭。
[0013]進一步的，所述可環繞TOFD掃查架的車身主支撐兩側安裝有兩根條形鋁型材，四個相同可轉向永磁體吸附輪兩兩安裝在條形鋁型材上形成四輪車身。
[0014]本專利技術還提出了一種基于上述的基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人的檢測方法，包括：
[0015]步驟1、將汽包爬壁機器人放置到鍋爐汽包上，通過遙控裝置發送信號到汽包爬壁機器人的中心控制模塊，控制汽包爬壁機器人到達一條橫向焊縫或縱向焊縫上；通過自動識別焊縫無線相機與環狀激光發射模塊配合完成汽包爬壁機器人姿態矯正，使其行進方向與焊縫中心線方向垂直或平行；
[0016]步驟2、設定汽包爬壁機器人的TOFD檢測模式為非平行掃查、斜向掃查、平行掃查等模式中的一項，設定完畢后，依據焊縫位置與當前姿態執行對應動作，并根據自動識別焊縫無線相機調整位置和姿態；
[0017]步驟3、在對焊縫進行檢測時，控制扭壓預緊模塊將TOFD探頭下壓至與鍋爐汽包表面貼合且實現良好耦合；在檢測完畢或需要跨越焊縫時，控制扭壓預緊模塊將TOFD探頭升起至間隙高度大于焊縫余高；
[0018]步驟4、當需要從橫向焊縫切換至另一條相鄰的縱向焊縫進行檢測時，汽包爬壁機器人沿焊縫運動至兩條焊縫的交點處，控制可轉向永磁體吸附輪進行對應的角度旋轉，同時在保持扭壓預緊模塊抬起的情況控制TOFD探頭進行對應角度的旋轉，完成汽包爬壁機器
人整體的運動方向、掃查方向的調整；
[0019]步驟5、當汽包爬壁機器人進行TOFD檢測時，若檢測到缺陷反饋信號強度超出設定安全值，汽包爬壁機器人停在原地，并在操作人員的選擇當前檢測模式外的檢測模式進行復檢，進一步獲取缺陷的特征，對缺陷進行分類及標識，并將檢測信息同步至上位機，同步完成后，汽包爬壁機器人進行下一焊縫的檢測；若探頭檢測反饋信號強度未超出設定安全值，汽包爬壁機器人直接進行下一焊縫的檢測；
[0020]步驟6、所有焊縫檢測完畢后，遙控控制汽包爬壁機器人退回至鍋爐汽包靠近操作人員一側，由操作人員拆卸設備脫離鍋爐汽包表面。
[0021]與現有技術相比，采用上述技術方案的有益效果為：本專利技術具有掃查動作靈活、檢測效率高、檢測過程定位本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，其特征在于，包括可環繞TOFD掃查架(2)，安裝在可環繞TOFD掃查架(2)上的第一動力舵機(201)、自動識別焊縫無線相機(4)以及中心控制模塊(1)，通過轉臺軸承(205)與可環繞TOFD掃查架(2)連接的環狀激光發射模塊(7)、扭壓預緊模塊(5)；所述扭壓預緊模塊(5)連接有TOFD安裝楔塊(6)，TOFD安裝楔塊(6)上安裝有TOFD探頭；可環繞TOFD掃查架(2)兩側安裝有可轉向永磁體吸附輪(3)；中心控制模塊(1)提供控制信號以及接收反饋信號，由第一動力舵機(201)帶動轉盤軸承上的環狀激光發射模塊(7)、扭壓預緊模塊(5)旋轉，扭壓預緊模塊(5)控制TOFD探頭的升降，可轉向永磁體吸附輪(3)帶動機器人運動，復合實現汽包焊縫缺陷的TOFD檢測掃查動作。2.根據權利要求1所述的基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，其特征在于，所述可環繞TOFD掃查架(2)包括車身主支撐(203)，所述車身主支撐(203)上方安裝有第一舵機固定板(202)，下方安裝有依次連接上固定板(204)、轉臺軸承(205)、下固定板(206)；下固定板(206)下方安裝有鋁型材(207)；所述鋁型材(207)用于安裝扭壓預緊模塊(5)與環狀激光發射模塊(7)；第一動力舵機(201)安裝在第一舵機固定板(202)上，自動識別焊縫無線相機(4)安裝在車身主支撐(203)上。3.根據權利要求1或2所述的基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，其特征在于，所述可轉向永磁體吸附輪(3)包括從上到下連接的第二舵機固定板(303)、轉盤軸承(304)、第一電機固定板(309)，第一電機固定板(309)下方安裝有電機連接板(308)，無刷電機(306)安裝在電機連接板(308)上并與磁力吸附輪(307)連接；第二動力舵機(301)通過緊固件(302)安裝在第二舵機固定板(303)上。4.根據權利要求3所述的基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，其特征在于，所述第二舵機固定板(303)上方安裝有車身連接件(305)，用于與可環繞TOFD掃查架(2)連接固定。5.根據權利要求3所述的基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，其特征在于，所述扭壓預緊模塊(5)包括蝸輪蝸桿電機(502)，蝸輪蝸桿電機(502)固定在第二電機固定板(501)上，蝸輪蝸桿電機(502)末端連接有扭力軸(503)，扭力軸(503)通過第一扭簧件(504)與扭力支軸(505)連接，扭力支軸(505)末端連接有楔塊連接件(506)，楔塊連接件(506)通過第二扭簧件(507)與楔塊固定件(508)連接，楔塊固定件(508)用于與TOFD安裝楔塊(6)連接。6.根據權利要求5所述的基于TOFD焊縫檢測的汽包爬壁機器人，其特征在于，所述楔塊連接件(506)能夠繞扭力支軸(505)轉動，楔塊固定件(508)通過第二扭簧件(507)與楔塊連接...
【專利技術屬性】
技術研發人員：石躍界，馬育祺，伍劍波，黃小龍，劉磊，吳剛，
申請(專利權)人：自貢華西能源工業有限公司，
類型：發明
國別省市：
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