CN103123338A - 非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构及其方法，其特点是该装置由与管道轴线相对的分别位于超声波探头前后的非接触式测量装置(1)和(3)、超声波探头驱动装置(2)、待更换的超声波探头(4)以及相应的通信控制设备组成。其中非接触式测量装置(1)和(3)、超声波探头驱动装置(2)安装在共同的基座上，管道通过非接触式测量装置(1)和(3)时，通过对采集到的数据进行处理分析后可以获得管道的外径、轴心线位置角度数据，以此数据驱动超声波探头驱动装置(2)自动调整超声波探头与管道的位置姿态，保持最佳探测状态，从而实现超声波管道无损探伤的高度自动化。

Description

非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构

技术领域

本发明涉及一种用于非接触式管道无损探伤的超声波探头自动调节的装置及其方法。具体的说，在超声波探头的前后（钢管进给方向）安装非接触式的检测装置，检测钢管的形态以确定其轴心线的位置，而超声波探头安装在由伺服驱动系统带动的平台上，可以做三维空间的位置、姿态调节，利用检测装置的数据调节修正超声波探头的位置姿态，以适应钢管在运动时的空间位置变化，确保检测可以高速、高质量的完成。

背景技术

随现代科技技术的进步，压力管道使用增多，而高压力条件的安全性受到关注，这使得对于压力管道的无损探伤检验成为必须。压力管道的高速、高质量检验成为必须；超声波无损探伤技术经过几十年的发展以普遍得到应用。但在管道的超声探伤技术方面对超声波探头与管道的相对位置姿态，提出了较高要求；随着压力管道产销量扩大，传统的超声探伤的探头定位调整方式日益不适应于高速、大批量的高质量探伤需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种适用于压力管道超声波无损探伤装置的探头自动调整装置及其方法，其特点是通过装置于探头前的非接触式检测装置来确定管道的轴线位置，再驱动探头驱动机构来调整探头与管道之间的相对位置与姿态，使探头始终处于最理想的探测位置，对于管道高速运动时的轴线摆动以及位置偏移具有主动的调整适应能力，配合相应的自动化设备能够高速、高质量完成对于压力管道的无损探伤，可以提高企业的无损探伤检验效率，从而提高企业的经济效益。

    本发明的目的由以下技术措施实现

非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构，其特点是该装置由超声波探头的前后（钢管进给方向）安装非接触式的检测装置，以及用于在三维空间驱动调整超声波探头的驱动装置和通信控制装置构成。

检测装置和超声波探头驱动装置安装在同一支架（或相互位置确定不变的支架）上，超声波探头则安装固定在超声波探头驱动装置上。

检测装置采用非接触式的检测原理，其目的是测量管道的直径，确定管道的轴心线相对于检测装置的位置和角度信息，以及在管道与超声波探头的相对位移过程中所发生的各种位置、姿态变化；这些信息被用于与超声探头工作时的理想位置、姿态相比较，用以控制探头驱动装置将探头保持在最佳的检测位置上。具体的来说，可以是将传感器沿垂直于管道轴线的方向排列成线列阵，传感器得到的关于传感器与管道表面的距离数据通过曲线拟合的方式得到管道的外轮廓尺寸和位置，进而定位管道截面最高点的位置与管道截面曲线,前后检测装置至少拥有两组以上的传感器阵列，通过对两组阵列提供的数据进行处理可以得到管道直径的精确尺寸，以及管道轴心线的位置和角度信息；当管道与探头处于相对高速运动时，管道轴心线的位置和角度信息也是动态的。

超声波探头驱动装置用于安装超声波探头，而超声波探头可以自动根据检测装置得到的管道尺寸参数由驱动装置自动更换适合于管道尺寸的探头，而驱动装置的主要功能是带动超声探头调整探头相对于管道的位置与姿态，确保在整个探伤过程中探头处于正确的检测位置。

通信控制装置的功能是实时收集检测装置发回的数据，及时的处理得到管道的参数以及管道与探头的相对位置信息；发出指令驱动、超声波探头驱动装置完成探头更换以及调整探头位置姿态，以保证探伤过程的进行；与与包括本系统的整个探伤机的其他设备交流信息，协同工作。

本发明具有如下优点：

1、本发明的出现解决了超声探伤设备中探头与管道之间的相对位置调节，简化了操作使用要求。

2、由于探头能够自动的调节位置，解决了高速探伤时由于各种内外部机械因素导致的探头与管道间位置变化可能导致的探头损伤以及探测失误，为超声管道无损探伤的高速化提供解决方案。

附图说明

图1为非接触式管道无损探伤的超声波探头自动调节机构示意图；

图2为超声波探头驱动装置示意图；

图3为超声波探头示意图；

1为前检测区，2为超声波探头驱动装置区，3为后检测区, 4为待更换的超声波探头，5为被检测管道，6为被检测管道运动方向，A、B、C、D、E为五个驱动电机，F为超声波探头安装连接机构，G为单个的非接触式距离测量探头，H为单个的超声波探头，I为超声波探头组安装座，J为与E对应的超声波探头安装连接机构。 

具体实施方式

为实现对超声波探头的自动调整，构建如图1所示的机构。被检测管道5沿方向6旋转着依次通过前检测区1、超声波探头驱动装置区2，后检测区3，检测区的非接触式距离传感器沿垂直于管道轴线的方向排成阵列，前后检测区总共有至少传两列感器阵列，管道由传感器阵列下方通过时，可以得到一组管道表面与传感器的距离数据，利用得到的数据进行曲线拟合，可以得到管道的表面轮廓，而轮廓最高点的下方就是管道的轴线，通过对表面轮廓的数学计算还可以确定管道的外径数据。结合两组传感器阵列的数据还可以确定管道轴线的偏移与角度。控制装置采集传感器阵列的数据，通过实时计算取得管道的外径，管道轴心线位置和角度偏移等数据，并控制驱动装置及时调整超声波探头与管道的相对位置，使得超声波探头始终处于最佳的工作位置，以确保探伤工作能顺利进行。

    超声波探头驱动装置可以驱动超声波探头沿图2中的X、Y坐标移动，以调整超声波探头的高度和相对管道轴心线的偏心距离变化；并可在C、D、E三个电机的驱动下绕X、Y、Z三轴的轴线旋转，以适应管道在运动中的轴线偏摆，在保证检测准确的情况下适应高速探伤的需求。

    同时，本发明的自动调整装置中，超声波探头被安装固定在装有快速装卸的夹具上，配以相应的机械装置后，可以根据检测工艺的要求自动选择装卸相应的超声波探头。从而实现无损超声探伤的高度自动化。

Claims (4)

1.非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构是一种用于非接触式管道无损探伤的装置及其方法；其特征在于将利用非接触式的传感器测量定位管道轴线的位置与角度，并以此信息调整超声波探头与管道的相对位置从而快速准确的完成管道无损探伤。

2.如权利要求1所述的非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构，其特征在：该装置由与管道轴线相对的分别位于超声波探头前后的非接触式测量装置(1)和(3)、超声波探头驱动装置(2)、待更换的超声波探头(4)以及相应的通信控制设备组成。

3.如权利要求1所述的非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构，其特征在于：该装置的检测手段采用了非接触式的距离传感器阵列，通过两组或以上的传感器线列数据的处理得到管道轴心线位置角度数据，以及管道外径参数。

4.如权利要求1所述的非接触式管道无损探伤超声波探头自动调节机构，其特征在于：该装置可以根据非接触式测量装置(1)和(3)得到的数据参数驱动超声波探头驱动装置(2)实时调整超声波探头与管道的位置角度，保证探伤的准确无误。

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