CN103048380B - 一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，包括：伸缩式立柱；横向移动检测臂，设置在所述伸缩式立柱上端；检测探头机构，呈弧弯状，所述检测探头机构的一端与所述横向移动检测臂上设置的移动平台相连接，用于对空气包磁记忆检测；用于承载空气包的转动底盘机构，设置于所述检测探头机构的下方；数据采集和控制系统，设置于所述伸缩式立柱上，用于检测探头机构检测到得空气包磁记忆信号采集及控制所述横向移动检测臂和所述转动底盘机构的移动。本发明可对泥浆泵空气包进行检测，辨识应力集中位置和程度，判断是否具备出厂条件，延长泥浆泵空气包使用寿命。

Description

一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置

技术领域

本发明涉及一种无损检测装置，具体说是一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，属于无损检测技术领域，主要用于对泥浆泵空气包壳体铸件出厂前的损伤检测。

背景技术

在石油工业领域中，空气包是泥浆泵压力系统的重要组成部分，它利用空气包内空气的压缩性和膨胀性来储存(或放出)比平均流量多(或少)那部分液体，从而消除和减弱系统中产生的压力脉动，提高泥浆泵工作性能和寿命。泥浆泵中液体介质的吸入和排除过程是交替进行的，因而在空气包中产生了交变载荷，高压下交变荷载容易造成空气包壳体疲劳。因此，对于空气包壳体铸件,在出厂前应进行损伤检测。

目前，针对空气包出厂前缺陷检测方法主要有外观检测、超声检测、磁粉检测、漏磁检测等等。上述几种检测技术可以检测出空气包内外表面裂纹及内部体积缺陷，但是对于空气包这种铸件，打磨外表面进行磁粉检测则要花费大量的工时，不仅检测效率低，而且影响了产品出厂时间。现有的空气包缺陷检测技术只能检测出已经存在的缺陷，无法检测出早期损伤，如应力集中和裂纹萌生。此外，上述几种检测方法实现方式多为手动检测，点式扫描，具有操作复杂，检测效率低，检测结果不稳定等缺陷。

近年来，一种无损检测新方法(磁记忆检测技术)得到了快速发展，该技术是一种对构件早期损伤和应力集中敏感的无损检测技术，具有不需要耦合剂、非接触检测，快速扫描等多项优点，已经被证实是一种具有广泛应用前景的无损检测技术。然而，目前现有技术中还没有基于磁记忆技术的空气包损伤检测扫描装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对泥浆泵空气包早期损伤敏感的基于磁记忆效应的快速扫描检测装置。

本发明的另一目的是提供一种操作方便、检测效率高、检测结果稳定、适用范围广的基于磁记忆效应的快速扫描检测装置。

为达到上述目的，本发明提出一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述装置包括：伸缩式立柱；横向移动检测臂，设置在所述伸缩式立柱上端；检测探头机构，呈弧弯状，所述检测探头机构的一端与所述横向移动检测臂上设置的移动平台相连接，用于对空气包磁记忆检测；用于承载空气包的转动底盘机构，设置于所述检测探头机构的下方；数据采集和控制系统，设置于所述伸缩式立柱上，所述数据采集和控制系统中的数据采集部分用于检测探头机构检测得到的空气包磁记忆信号的采集，所述数据采集和控制系统中的控制部分用于控制所述横向移动检测臂和控制所述转动底盘机构的转动。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述伸缩式立柱包括内立柱、外立柱和夹具，所述内立柱沿所述外立柱的内壁移动，所述内立柱与所述外立柱通过所述夹具锁紧固定，可实现检测探头机构的竖直运动；所述横向移动检测臂，包括移动平台、两轨道梁、检测臂电机、丝杠、两固定块，所述两固定块分别固设于所述轨道梁的两端，所述丝杠在所述检测臂电机的带动下通过丝杠螺母副驱动所述移动平台沿所述轨道梁移动，将电机转动力转化为移动平台的直线运动；所述检测探头机构包括若干个呈链状顺序排列的具有磁记忆传感器的单探头构成，相邻的两个单探头之间通过销轴连接固定；所述转动底盘机构包括底盘、蜗轮、蜗杆、底盘转动轴和底盘电机，所述蜗轮和所述蜗杆通过所述底盘电机驱动，所述底盘转动轴通过所述蜗轮和所述蜗杆的配合转动，并驱动所述底盘上的空气包同步转动，将水平放置的电机的扭力转化为水平面内转动底盘的转动。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述销轴的尾端与所述单探头间设置弹簧，所述销轴的前端连接有凸轮，所述凸轮中间开设有开槽，所述销轴插入所述开槽内并与所述凸轮枢接，所述凸轮的外侧连接有手柄，在所述凸轮与所述销轴之间设有环形垫块，所述凸轮在所述手柄的带动下围绕所述销轴前端转动。通过转动凸轮拉紧销轴实现每两个单探头连接的固定。实现对两个单探头201连接的压紧和固定。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述底盘电机水平放置并安装在所述底盘的底板上，所述蜗杆为圆柱型蜗杆，且所述蜗杆两端设有轴承并与所述底盘电机转轴同轴槽接，所述蜗轮的斜齿所述蜗杆的螺旋齿水平啮合，所述底盘转动轴竖直向下贯穿所述蜗轮轴心，且所述底盘转动轴与所述蜗轮通过平键联接。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述单探头采用抗磁性材料，且内部开有带倒角的槽，槽内放置磁敏传感器，所述单探头两侧均设有两个突起的销孔帽，且一侧销孔帽下边缘与另一侧销孔帽上边缘同轴，从而可实现多个单探头连接。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述两轨道梁平行设在所述丝杠的两侧，所述两轨道梁贯穿所述移动平台，所述移动平台内设有轴承且与所述轨道梁间滚动接触。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述检测探头机构与所述移动平台之间通过螺栓连接。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述的横向移动检测臂与所述的伸缩式立柱之间螺栓固定。

如上所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其中，所述内立柱和外立柱均为空心圆柱体，所述外立柱内表面与所述内立柱外表面相切，所述外立柱上端部设置有两处开槽，所述外立柱上焊接有操作台，所述数据采集和控制系统安装在所述外立柱的操作台上。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、早期损伤检测能力强。本发明基于金属磁记忆检测技术，具有对空气包早期损伤敏感的特征，可检测出空气包铸件早期缺陷，弥补了常规无损检测技术对于空气包铸件微观缺陷(应力集中、微裂纹)检测能力的不足。

2、适用性和稳定性强。本发明探头检测机构由单探头通过凸轮压持连接而成，一个探头检测机构即可实现不同规格、不同形状空气包的外表面检测，并且各个探头能紧贴空气包表面运动，提离效应小，检测结果稳定。

3、操作方便、检测效率高。当检测探头机构固定后，转动底盘匀速转动一周即可实现对整个空气包外表面的缺陷检测。相对常规无损检测方法，本发明操作方便快捷，不需要对空气包外表面进行打磨，减少了检测时间，提高了检测效率。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明泥浆泵空气包缺陷扫描检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明的转动底盘机构的结构示意图；

图3A为本发明的检测探头机构的单探头连接的主视结构示意图

图3B为图3A的侧视结构示意图；

图3C为本发明的单探头侧视结构示意图；

图3D为本发明的单探头另一侧视结构示意图；

图4A为本发明的横向移动检测臂横向移动检测臂俯视结构示意图；

图4B为本发明的横向移动检测臂的横向移动检测臂主视结构示意图；

图5A为本发明的伸缩式立柱的主视剖面结构示意图；

图5B为本发明的伸缩式立柱的俯视剖面结构示意图。

附图标记说明：

1—转动底盘机构；101—电机；102—转轴；103—轴承；104—蜗杆；105—蜗轮；106—底盘转动轴；

2—检测探头机构；201—单探头；202—探头连接件；203—销轴；204—环形垫块；205—凸轮；206—手柄；

3—横向移动检测臂；301—端部固定块；302—轨道梁；303—移动平台；304—根部固定块；305—环形夹具；306—丝杠；307—电机；

4—伸缩式立柱；401—外立柱；402—夹具；403—内立柱；

5—数据采集和控制系统；

6—泥浆泵空气包。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1、2、3A、3B、3C、3D、4A、4B、5A、5B，分别为本发明泥浆泵空气包缺陷扫描检测装置的整体结构示意图；转动底盘机构的结构示意图；检测探头机构的单探头连接的主视结构示意图和侧视结构示意图；单探头侧视结构示意图和另一侧视结构示意图；横向移动检测臂俯视结构示意图和主视结构示意图；本发明的伸缩式立柱主视剖面结构示意图和俯视剖面结构示意图。

如图1所示，本发明提出了一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，包括：伸缩式立柱4；横向移动检测臂3，设置在伸缩式立柱4上端；检测探头机构2，呈弧弯状，检测探头机构4的一端与横向移动检测臂3上设置的移动平台303相连接，用于对空气包6磁记忆检测；用于承载空气包6的转动底盘机构，设置于检测探头机构2的下方；数据采集和控制系统5，设置于伸缩式立柱4上，用于检测探头机构2检测到得空气包磁记忆信号采集及控制横向移动检测臂3和转动底盘机构1的移动。

如图2所示，转动底盘机构1由底盘电机101、转轴102、轴承103、蜗杆104、蜗轮105、底盘转动轴106和圆形平台组成。底盘电机101带动转轴102转动，转轴102两端设置两个轴承103，转轴103将扭矩传递给蜗杆104，蜗杆104与蜗轮105齿合，从而驱动底盘转动轴106转动，转动轴上安装有圆形平台(如图1所示)。蜗杆104与蜗轮105组合实现了电机驱动的垂直传送，转动的圆形平台携带空气包以底盘转动轴106为中心转动，通过设置在空气包6外表面的磁记忆检测探头机构2快速实现空气包6表面缺陷检测。底盘电机101启停由安装在操作平台上的数据采集和控制系统5控制。

如图3A、3B、3C、3D所示，检测探头机构2由单探头201、探头连接件202、销轴203、环形垫块204、凸轮205和手柄206组成。单探头201为逆磁性材料，内部开有带倒角的立方体槽，槽内放置磁记忆传感器，并用密封胶封装。单探头201两侧面加工成有突起的销孔。每两个单探头201之间用销轴203连接，销轴203尾端与单探头201间设置弹簧，凸轮205中间有开槽，销轴203前端位于凸轮205开槽内并与之枢接。凸轮205与手柄206固定连接，凸轮205下方设置有环形垫块204，凸轮205围绕销轴203前端铰转动，实现对两个单探头201连接的压紧和固定。凸轮201在未压紧情况下检测探头机构2可在平面内活动，通过凸轮205压持效应，各个探头201可实现贴在空气包6表面进行检测，从而实现了大面积扫描。

如图4A、4B所示,横向移动检测臂3由端部固定块301、轨道梁302、移动平台303、根部固定块304、环形夹具305、丝杠306和检测臂电机307组成。移动平台303采用检测臂电机307驱动丝杠螺母副的形式，通过轨道梁302导向移动平台303运动。轨道梁302和丝杠306的两端分别设置有端部固定块301和根部固定块304，两个固定块301、304与轨道梁302和丝杠306间销钉连接。根部固定块304内安装有检测臂电机307，检测臂电机307驱动丝杠306转动，从而带动移动平台303直线运动。根部固定块304与环形夹具305焊接。移动平台303下焊接有矩形连接件，该连接件与检测探头机构2之间采用螺栓连接。环形夹具305与伸缩式立柱4之间采用螺栓连接。

如图5A、5B所示，伸缩式立柱4由外立柱401、夹具402、内立柱403组成。外立柱401内表面与内立柱403外表面相切，内外立柱可以相对移动。其中，外立柱401上端部设置有2段开槽，夹具402为半管道焊接两矩形平板而成。通过螺栓连接将夹具402与外立柱401和内立柱403之间锁紧，限制立柱伸缩。外立柱上焊接有操作台以放置数据采集和控制系统。

数据采集和控制系统安装在本装置的操作台上，由采集卡、工控机、数据线、采集和控制软件组成。采集卡将获取磁记忆传感器传输的电压信号进行A/D转换，然后将数字信号传输至工控机中预装软件，实现磁记忆信号的采集、存取和分析。控制系统采用PLC控制转动底盘电机和检测臂电机启动和停止。

伸缩式立柱的底面下方连接有矩形固定块，矩形固定块与所述底盘转动机构下底板相连接，横向移动检测臂的移动平台与所述检测探头连接件使用螺栓连接。转动底盘和所述移动平台的驱动电机为步进电机，由控制系统进行控制。检测探头之间的连接由凸轮压持环形垫圈固定，实现对不同规格空气包铸件外表面缺陷检测。

本发明可用于泥浆泵空气包外表面的微观缺陷和应力集中等进行检测。其具体使用方法如下：首先，将横向移动检测臂2绕着立柱转动90度，将空气包6放置在转动底盘1的中心，启动电机307将平台303移动到空气包上方，调节伸缩式立柱4的合理高度，调节凸轮压持实现各单探头与空气包外表面贴合；然后，启动数据采集和控制系统，打开采集软件进行磁记忆检测信号采集，同时启动电机101控制空气包6匀速转动一周后关闭电机101，保存采集数据。

通过对采集的多通道磁记忆信号进行分析处理，可以检测出泥浆泵空气包外部应力集中区域和应力集中的程度，进而分析判断空气包铸件是否具备出厂条件，对于控制空气包质量，提高泥浆泵使用寿命具有重要意义。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (9)

1.一种基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述装置包括：

伸缩式立柱；

横向移动检测臂，设置在所述伸缩式立柱上端；

检测探头机构，呈弧弯状，所述检测探头机构的一端与所述横向移动检测臂上设置的移动平台相连接，用于对空气包磁记忆检测；

用于承载空气包的转动底盘机构，设置于所述检测探头机构的下方；

数据采集和控制系统，设置于所述伸缩式立柱上，所述数据采集和控制系统中的数据采集部分用于检测探头机构检测得到的空气包磁记忆信号的采集，所述数据采集和控制系统中的控制部分用于控制所述横向移动检测臂的移动和控制所述转动底盘机构的转动。

2.如权利要求1所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，

所述伸缩式立柱包括内立柱、外立柱和夹具，所述内立柱沿所述外立柱的内壁移动，所述内立柱与所述外立柱通过所述夹具锁紧固定；

所述横向移动检测臂，包括移动平台、两轨道梁、检测臂电机、丝杠、两固定块，所述两固定块分别固设于所述轨道梁的两端，所述丝杠在所述检测臂电机的带动下通过丝杠螺母副驱动所述移动平台沿所述轨道梁移动；

所述检测探头机构包括若干个呈链状顺序排列的具有磁记忆传感器的单探头构成，相邻的两个单探头之间通过销轴连接固定；

所述转动底盘机构包括圆形平台、蜗轮、蜗杆、底盘转动轴和底盘电机，所述蜗轮和所述蜗杆通过所述底盘电机驱动，所述底盘转动轴通过所述蜗轮和所述蜗杆的配合转动，并驱动所述圆形平台上的空气包同步转动。

3.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述销轴的尾端与所述单探头间设置弹簧，所述销轴的前端连接有凸轮，所述凸轮中间开设有开槽，所述销轴插入所述开槽内并与所述凸轮枢接，所述凸轮的外侧连接有手柄，在所述凸轮与所述销轴之间设有环形垫块，所述凸轮在所述手柄的带动下围绕所述销轴前端转动。

4.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述底盘电机水平放置并安装在所述圆形平台的底板上，所述蜗杆为圆柱型蜗杆，且所述蜗杆两端设有轴承并与所述底盘电机转轴同轴槽接，所述蜗轮的斜齿所述蜗杆的螺旋齿水平啮合，所述底盘转动轴竖直向下贯穿所述蜗轮轴心，且所述底盘转动轴与所述蜗轮通过平键联接。

5.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述单探头采用抗磁性材料，且内部开有带倒角的槽，槽内放置磁敏传感器，所述单探头两侧均设有两个突起的销孔帽，且一侧销孔帽下边缘与另一侧销孔帽上边缘同轴。

6.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述两轨道梁平行设在所述丝杠的两侧，所述两轨道梁贯穿所述移动平台，所述移动平台内设有轴承且与所述轨道梁间滚动接触。

7.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述检测探头机构与所述移动平台之间通过螺栓连接。

8.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述的横向移动检测臂与所述的伸缩式立柱之间螺栓固定。

9.如权利要求2所述的基于磁记忆效应的泥浆泵空气包扫描检测装置，其特征在于，所述内立柱和外立柱均为空心圆柱体，所述外立柱内表面与所述内立柱外表面相切，所述外立柱上端部设置有两处开槽，所述外立柱上焊接有操作台，所述数据采集和控制系统安装在所述外立柱的操作台上。