CN101539415B - 管道内防腐涂层自动检测机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种管道内防腐涂层自动检测机，属于金属表面涂层厚度测量及检测领域。包括检测机头、驱动机身和无线遥控三部分。检测机头由前半部的转动部分和后半部的固定部分组成。机头转动部分由前摄像头、侧摄像头、照明灯和测厚仪构组成。机头固定部分由电机、减速器、空心轴、轴套、齿轮和内齿环组成。机身部分的行走电机、抱闸、减速器、齿轮箱和驱动轮装在后半部，机载遥控箱、电池组和从动轮装在前半部。受无线遥控在管内行走，检测涂层缺陷和测量涂层厚度，并将实时图像无线传送到管外显示器，实现了人机对话。整机结构紧凑，布局合理，运行平稳，工作可靠，自动化功效高。是一种机、电、讯、光一体化管道施工创新设备，具有推广应用前景。

Description

管道内防腐涂层自动检测机

(一)技术领域

本发明涉及到金属表面涂层厚度的测量，尤其是钢管道内壁涂层厚度的测量及缺陷的检测，也涉及到在管道内可自行移动的装置。具体而言是一种管道内防腐涂层自动检测机。

(二)背景技术

钢管道内壁防腐涂层的厚度是否达到要求，是否存在瑕疵、缺陷或损伤，与其外壁防腐层一样，也是关系到管道工程使用寿命和安全运行的重大问题，早已引起国内外管道工程界的高度重视。管道外壁防腐层的检测，已有多种成熟技术及专用仪器设备。专用于检测管道内壁防腐涂层的仪器设备至今较少。这是因为，管道内部检测难度要比管道外部检测难度更大。专用于检测管道内壁腐蚀状况的自动装置，早已由美国商业树脂公司和PLS公司等研制成功；管道内环焊缝射线照相自动装置，已由英国JME公司等研制成功；欧洲专利EP282687是一种金属管道内部缺陷的检查装置。直到九十年代初期，未见国内外公开报导管道内涂层自动检测技术信息。1991年12月11日胜利油田油建一公司申请了一项发明专利——钢管道内涂层自动检测补涂机(91107953.X)。其特点是由PC工业控制器去控作业小车，在管道内自主行走，并按序先设定的程序去完成内涂层检测及补涂作业。虽然其功能较多，自动化程度较高，但是由于采用高电火花检测探头，可把薄涂层击穿，新的管道施工技术标准不允许再用有损检测技术方法。还由于其行走扫描式的检测方法，只能发现大而明显的涂层缺陷，不能确保内涂层的完好无损，所以不再适用。后来又出现了“一种用于管道检测的智能机器人”(02268360.7)和“管道无线遥控观察机”(03112105.5)。前者只是对管道内出现的锈蚀、结垢、穿孔、脱皮、裂纹、错口、变形以及管内异物等进行全程的直接观察、检测和录像，并用无线或有线传输方式把图像信号传送到管外。主要是为制定修理和施工方案提供依据，而不能用于检测管道内涂层。后者虽然具有无线遥控功能，但是也和前者一样，都是行走扫描式的宏观检测，只能发现管内较大的缺陷。它主要是用于观察管道焊口内部焊缝的外观状况，也不能用于检测管道内涂层。最重要的是，上述三项专利技术都不能检测管道内涂层的厚度。然而，涂层厚度却是一项重要技术指标，无论焊口处或其它全部内涂层的厚度，必须达到国家技术标准要求。

(三)发明内容

鉴于上述已有技术存在一些缺点及不足之处，本发明的目的就是在于自主创新，研制和提供一种与众不同的管道内防腐涂层自动检测机。它在管道内受到管外无线遥控，自动完成内涂层检测及厚度测量。所检测的缺陷更细微，测厚精度能达到施工标准要求。

上述目的是由下述技术方案实现的：

管道内防腐涂层自动检测机，包括检测机头、驱动机身和无线遥控三大部分。其检测机头在前部，驱动机身在后部，二者之间采用滑导、滑板联接。其无线遥控部分由管内机载部分和管外手持部分组成。其特征是，检测机头由转动、固定两部分组成，转动部分在前，固定部分在后，二者之间通过后转动环和内齿环联接。机头转动部分由转动外壳、前端环、中支架环、后转动环、前摄像头、照明灯、侧摄像头、探头机构、伸缩机构、测厚仪和内摄像头组成。前端环、中支架环、后转动环，分别安装在转动外壳的前端、中部、后端。前端环上安装前端板，前摄像头安装在前端板中心，若干照明灯均布安装在前端板周边上，侧摄像头安装在转动外壳前部侧面。探头机构安装在伸缩机构上，并从转动外壳前部下面向外伸出。伸缩机构安装在中支架环前面，测厚仪和内摄像头安装在中支架环后面。机头固定部分由固定外壳、封闭环、中支承环、后端盖、内齿环、空心轴、轴承套、小齿轮、谐波减速器、机头转动电机和支架组成。封闭环、中支承环、后端盖，分别安装在固定外壳的前端、中部、后端。轴承套安装在空心轴上，轴承套前端与内齿环、后转动环三者固定联接，空心轴后部安装在中支承环上。小齿轮、谐波减速器和机头转动电机三者为一体，并通过支架安装在固定外壳上。小齿轮与内齿环啮合。驱动机身由机身外壳、底架、前端盖、从动轮、驱动轮、行走电机、减速器、齿轮箱、机载遥控箱和电池组组成。行走电机、减速器和齿轮箱三者为一体，通过齿轮箱安装在底架后部。两对驱动轮安装在驱动机身的后半部下面两侧，一对从动轮安装在驱动机身前端下面两侧。机载遥控箱和电池组安装在驱动机身前半部。无线遥控机载部分由可编程控制器、驱动模块、9个控制继电器、直流继电器、遥控接收装置、天线和电源模块组成。可编程控制器为控制中心，其输入端与遥控接收装置、电源模块和限位开关连接；其输出端与9个控制继电器、驱动模块、抱闸和故障指示灯连接。控制继电器又分别与直流继电器、探头伸缩电机、照明灯电源和摄像头电源连接。直流继电器分别与机头转动电机和侧摄像头连接。无线遥控管外部分由遥控发送装置、天线、显示器和遥控手柄组成。遥控发送装置的输入端与天线、遥控手柄连接，其输出端与显示器、天线连接。

上述管道内防腐涂层自动检测机的探头机构，由测厚探头、滑导、卡环、垫板、拉簧和限位开关组成。测厚探头被卡在卡环上，卡环焊接在垫板上，垫板固定在滑导上，滑导固定在伸缩杆上；另一个卡环固定在测厚探头上，两卡环之间用拉簧拉住。限位开关固定在垫板上。

上述管道内防腐涂层自动检测机的伸缩机构，由伸缩杆、限位开关和伸缩电机组成。伸缩电机带动伸缩杆和滑导一起伸缩，由限位开关控制伸缩行程。

上述管道内防腐涂层自动检测机中部的滑导、滑板，分别固定到检测机头后端盖、驱动机身前端盖上，并由调节丝杠带动滑板在滑导中上下移动，来调节检测机头中心的高度，适应不同的管径。

上述管道内防腐涂层自动检测机的两对驱动轮和一对从动轮，都外包橡胶层，可增大摩擦力，防止爬坡或下坡时打滑，并有减振作用。

上述管道内防腐涂层自动检测机的可编程控制器PLC，选用三菱FX1S-30MR-D型，用了其输入端的16个端口，输出端的12个端口。

按照上述技术方案制造成的管道内防腐涂层自动检测机，有两组若干LED照明灯，既有前灯又有环灯，照度足够明亮，可看清涂层细小缺陷。其摄像头，既可向正前方看，又可上下左右移动看近处，视野较广，无盲视区，可全方位观察内涂层任何部位有无缺陷。其侧摄像头可径向近距离小范围摄像观察涂层缺陷，精确定位测厚点，并与测厚仪配合，完成上、下、左、右四个点位的涂层厚度测量。由安装在测厚仪显示屏对面的内摄像头，把涂层厚度数据无线传输到管道外，由显示器实时显示出来，同时由机载打印机把厚度数据打印储存下来。由此可见，该检测机能达到对管道内涂层精细检测和无损测厚的目的。特别是其无线遥控功能齐全完善，实现了管内、外“人机对话”。其机头和机身，结构紧凑，布局合理，运行平稳，工作可靠，自动化工效高，一次检测距离可达1公里以上，并有较好的爬坡性能，可用于平原及山区。是一种机、电、讯、光一体化管道施工自主创新设备，具有推广应用前景。

(四)附图说明

附图1是本发明的整体结构左侧主视示意图。

附图2是图1的A向俯视示意图。

附图3是图1的检测机头剖视示意图。

附图4是本发明的无线遥控电路原理图。

附图5是本发明的无线遥控电路组成及连接关系框图。

附图6是本发明的操作流程框图。

(五)具体实施方式

结合附图说明一个实施例：

附图1、2、3中，1是检测机头，2是驱动机身，3是转动外壳，4是固定外壳，5是前摄像头，6是侧摄像头，7是LED照明灯，8是前端环，9是伸缩电机(M3)，10是中支架环，11是内摄像头，12是后转动环，13是限位开关，14是测厚探头，15是伸缩杆，16是测厚仪，17是封闭环，18是空心轴，19是轴套，20是中支承环，21是后端盖，22是内齿环，23是小齿轮，24是谐波减速器，25是支架，26是机头转动电机(M2)，27是滑导(滑板)，28是调节丝杠，29是驱动机身前端盖，30是机载遥控箱，31是行走电机抱闸，32是行走电机(M1)，33是减速箱，34是齿轮箱，35是电源开关，36是从动轮，37是电池组，38是驱动轮，39是底架，40是电压表。

由图1、3所示，管道内防腐涂层自动检测机，包括检测机头1、驱动机身2和无线遥控三大部分，其检测机头1在前部，驱动机身2在后部，二者之间采用滑导、滑板联接。其无线遥控部分由管内机载部分和管外手持部分组成。其特征是，检测机头由转动、固定两部分组成。转动部分在前，固定部分在后。机头转动部分由转动外壳3、前端环8、中支架环10、后转动环12、前摄像头5、照明灯7、侧摄像头6、探头机构、伸缩机构、测厚仪16和内摄像头11组成。前端环8、中支架环10、后转动环12，分别安装在转动外壳3的前端、中部、后端。前端环8上安装前端板，前摄像头5安装在前端板中心，若干照明灯7均布安装在前端板周边上，侧摄像头6安装在转动外壳3前部侧面。探头机构安装在伸缩机构上，并从转动外壳3前部下面向外伸出。伸缩机构安装在中支架环10前面。测厚仪和内摄像头11安装在中支架环10后面。机头固定部分由固定外壳4、封闭环17、中支承环20、后端盖21、内齿环22、空心轴18、轴承套19、小齿轮23、谐波减速器24、机头转动电机26(M2)和支架25组成。封闭环17、中支承环20、后端盖21，分别安装在固定外壳4的前端、中部、后端。轴承套19安装在空心轴18上，轴承套19前端与内齿环22、后转动环12三者固定连接，空心轴18后端安装在中支承环20上。小齿轮23、谐波减速器24和机头转动电机26(M2)三者为一体，并通过支架25安装在固定外壳4上。小齿轮23与内齿环22啮合。驱动机身2由机身外壳4、底架39、前端盖29、从动轮36、驱动轮38、行走电机32(M1)、抱闸31、减速器33、齿轮箱34、机载遥控箱30和电池组37组成。行走电机32(M1)、抱闸31、减速器33和齿轮箱34为一体，通过齿轮箱34安装在底架39后部。两对驱动轮38安装在驱动机身2的后半部下面两侧，一对从动轮36安装在驱动机身2前端下面两侧。机载遥控箱30和电池组37安装在驱动机身2前半部。由图4、5所示，无线遥控机载部分由可编程控制器PLC(IC4)、驱动模块IGBT(IC6～IC9)、9个控制继电器J1～J9、直流继电器、遥控接收装置、天线和电源模块组成。可编程控制器PLC为控制中心，其输入端与遥控接收装置、电源模块和限位开关连接，其输出端与9个控制继电器J1～J9、驱动模块IGBT、抱闸和故障指示灯连接。控制继电器J1～J9又分别与直流继电器、探头伸缩电机M3、照明灯LED电源和摄像头电源连接。直流继电器分别与机头转动电机M2和侧摄像头6连接。无线遥控管外部分由遥控发送装置、天线、显示器和遥控手柄组成。遥控发送装置的输入端与天线、遥控手柄连接，其输出端与显示器、天线连接。

由图1、3所示，探头机构由测厚探头14、滑导、卡环、垫板、拉簧和限位开关13组成。测厚探头14被卡在卡环上，卡环焊接在垫板上，垫板固定在滑导上，滑导固定在伸缩杆15上；另一个卡环固定在测厚探头14上，两个卡环之间用拉簧拉住。限位开关13固定在垫板上。

由图1、3所示，伸缩机构由伸缩杆15、限位开关和伸缩电机9组成。伸缩电机9带动伸缩杆15和滑导一起伸缩，由限位开关控制伸缩行程。

由图1、3所示，检测机头1与驱动机身2联接部分的滑导、滑板，分别固定到检测机头的后端盖27、驱动机身的前端盖29上，并由调节丝杠28带动滑板在滑导中上下移动，来调节检测机头1中心的高度，适应不同的管径。

由图1、2所示，两对驱动轮38和一对从动轮36都外包橡胶层，可增大摩擦力，防止爬坡或下坡时打滑，并有减振作用。

图4、5中可编程控制器PLC(IC4)，选用三菱FX1S-30MR-D型，用了其输入端16个端口，输出端12个端口。

自动检测机操作流程：由图1所示，检测机头1先进于待检测管线端口，再推动其机身2向前移动，使驱动轮38进入管口，然后合上电源开关35，观察电压表40读数应正常。此时各电源模块工作，给各电子器件供电。由图6所示，先由可编程控制PLC控制抱闸，使行走电机M1处于“刹车”状态。当检测机收到“前进”或“后退”无线指令信号时，由PLC控制IGBT驱动模块，自动释放抱闸并使行走电机M1按指令要求前进或后退。此时LED照明灯的前灯亮，前摄像头5开始工作，受PLC控制可进行“远景/近景”切换和镜头“上、下、左、右”移动，进行全方位观察和摄像。如果要对某部位(如焊口区)详细观察并测量涂层厚度，由前摄像头5初步定位后，按下“停止”键。然后按下“摄像头切换键”，这时LED照明灯的环灯亮，摄像头切换到侧摄像6，进行第二次精确定位。定位完毕按下“工作”键。在此状态下，探头伸缩电机M3带动伸缩杆和测厚探头向外伸出，由限位开关限位，探头刚触及到内涂层为止，由测厚仪自动测得第一个点位的涂层厚度数据。此数据由机头内的打印机打印储存起来，同时内摄像头11把打印机显示屏上的厚度数摄录下来传送到管外显示器。然后，伸缩电机M3反转带动伸缩杆和测厚探头缩回，由机头转动电机M2带动机头1前半部分正转90°停住。此时探头伸缩电机M3再次工作，带动伸缩杆和测厚探头向外伸出，测厚仪自动完成同一载面上第二个点位的涂层测厚。然后依次自动完成同一载面上第三、四个点位的涂层测厚。此时上、下、左、右四个点位的厚度数据被自动打印储存下来。然后由PLC控制机头转动电机M2带动机头1前半部分反转360°，复位到初始位置。同时摄像头切换到前摄像头5，LED照明灯也切换到前灯亮。行走电机M1由停止状态再次工作，检测机继续向前行走，重复上述工作流程，直到一段管线全部检测完毕。

该检测机在管线内自动行走时，如果遇到有水、障碍物、电池组欠压或过流，会自动退出管外，具有自保护功能，这也是其创新和先进之处。

Claims (6)

1.一种管道内防腐涂层自动检测机，包括检测机头(1)、驱动机身(2)和无线遥控三大部分，其检测机头(1)在前部，驱动机身(2)在后部，其无线遥控部分由管内机载部分和管外手持部分组成，其特征是检测机头(1)由转动、固定两部分组成，转动部分在前，固定部分在后；机头转动部分由转动外壳(3)、前端环(8)、中支架环(10)、后转动环(12)、前摄像头(5)、照明灯(7)、侧摄像头(6)、探头机构、伸缩机构、测厚仪(16)和内摄像头(11)组成，前端环(8)、中支架环(10)、后转动环(12)，分别安装在转动外壳(3)的前端、中部、后端，前端环(8)上安装前端板，前摄像头(5)安装在前端板中心，若干照明灯(7)均布安装在前端板周边上，侧摄像头(6)安装在转动外壳(3)前部侧面，探头机构安装在伸缩机构上，并从转动外壳(3)前部下面向外伸出，伸缩机构安装在中支架环(10)前面，测厚仪和内摄像头(11)安装在中支架环(10)后面；机头固定部分由固定外壳(4)、封闭环(17)、中支承环(20)、后端盖(21)、内齿环(22)、空心轴(18)、轴承套(19)、小齿轮(23)、谐波减速器(24)、机头转动电机(26)和支架(25)组成，封闭环(17)、中支承环(20)、后端盖(21)，分别安装在固定外壳(4)的前端、中部、后端，轴承套(19)安装在空心轴(18)上，轴承套(19)前端与内齿环(22)、后转动环(12)三者固定连接，空心轴(18)后端安装在中支承环(20)上，小齿轮(23)、斜坡减速器(24)和机头转动电机(26)三者为一体，并通过支架(25)安装在固定外壳(4)上，小齿轮(23)与内齿环(22)啮合；驱动机身(2)由机身外壳(4)、底架(39)、前端盖(29)、从动轮(36)、驱动轮(38)、行走电机(32)、抱闸(31)、减速器(33)、齿轮箱(34)、机载遥控箱(30)和电池组(37)组成，行走电机(32)、抱闸(31)、减速器(33)和齿轮箱(34)为一体，通过齿轮箱(34)安装在底架(39)后部，两对驱动轮(38)安装在驱动机身(2)的后半部下面两侧，一对从动轮(36)安装在驱动机身(2)的前端下面两侧，机载遥控箱(30)和电池组(37)安装在驱动机身(2)前半部；无线遥控机载部分，由可编程控制器PLC(IC4)、驱动模块IGBT(IC6～IC9)、9个控制继电器(J1～J9)、直流继电器、遥控接收装置、天线和电源模块组成，可编程控制器PLC(IC4)为控制中心，其输入端与遥控接收装置、电源模块和限位开关连接，其输出端与9个控制继电器(J1～J9)、驱动模块IGBT(IC6～IC9)、抱闸(31)和故障指示灯连接，控制继电器(J1～J9)又分别与直流继电器、探头伸缩电机(M3)、照明灯LED电源和摄像头电源连接，直流继电器分别与机头转动电机(M2)和侧摄像头(6)连接；无线遥控管外部分由遥控发送装置、天线、显示器和遥控手柄组成，遥控发送装置的输入端与天线、遥控手柄连接，其输出端与显示器、天线连接。

2.根据权利要求1所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是探头机构由测厚探头(14)、滑导、卡环、垫板、拉簧和限位开关(13)组成，测厚探头(14)被卡在卡环上，卡环焊接在垫板上，垫板固定在滑导上，滑导固定在伸缩杆(15)上，另一个卡环固定在测厚探头(14)上，两个卡环之间用拉簧拉住，限位开关(13)固定在垫板上。

3.根据权利要求1所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是伸缩机构由伸缩杆(15)、限位开关和伸缩电机(9)组成，伸缩电机(9)带动伸缩杆(15)和滑导一起伸缩，由限位开关控制伸缩行程。

4.根据权利要求1所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是检测机头(1)与驱动机身(2)联接部分的滑导、滑板，分别固定到检测机头的后端盖(27)、驱动机身的前端盖(29)上，并由调节丝杠(28)带动滑板在滑导中上下移动，来调节检测机头(1)中心的高度。

5.根据权利要求1所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是两对驱动轮(38)和一对从动轮(36)都外包橡胶层，可增大摩擦力。

6.根据权利要求1所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是可编程控制器PLC(IC4)，选用三菱FX1S-30MR-D型，用了其输入端16个端口，输出端12个端口。

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