CN104698074A - 一种储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于金属容器缺陷漏磁检测的储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置及测量方法。它克服现有检测器不能实现阶梯形变截面罐壁检测的不足。其技术方案是：车架由四根支撑柱分别与上支撑板和下支撑板螺纹连接；四个驱动轮分别锁定在四个驱动电机输出轴，驱动电机固定在下支撑板上；吸附机构安装在车架下面包含衔铁、铝制固定壳和钕铁硼永磁铁；丝杠通过孔再依靠丝杠螺母与衔铁连接；滑轨安在衔铁与上支撑板之间；检测探头的探头盒与螺杆连接，压缩弹簧安在螺杆的台阶轴；升降驱动器固定在上支撑板上；信号检测与分析装置安在上支撑板上。本装置通过在储罐内壁垂直行走达到检测目的，避免了危险的人工作业；本装置体积小、结构简单、使用方便。

Description

一种储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属容器缺陷漏磁检测，是一种利用永磁体实现吸附和漏磁检测的储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置及测量方法，适用于石化机械领域。

背景技术

储罐作为石化行业最常见的设备之一，担负着重要的储运功能，同时也是致命的威胁。罐内介质通常具有易燃、易爆、易腐蚀等性质，再加之储油罐由于罐内压力、外界雨水等因素的共同作用，储罐壁容易产生凹陷、裂缝、孔洞等缺陷。这些缺陷不仅会造成罐体泄漏，甚至可能引发火灾和爆炸，造成环境的污染和人员伤亡。所以，对储罐的检测与安全评估成为预防这一切严重后果发生的重要手段，但行业内通用的还是人工检测。人工检测须搭建脚手架，检测员再爬上脚手架手持检测仪器进行探伤，这样的方法效率低同时危险性高，并且需要清空储罐内的油品。随着石化行业的迅速发展，自动化检测仪器代替人工势在必行。

文献检索石化设备检测爬壁机器人表明：英国Silverwing公司生产的Scorpion D.C.P爬壁机器人采用永磁铁实现吸附，超声波完成罐壁探伤，但超声波的检测方式需要耦合剂，对底板表面情况要求较高，同时检测效率较低；清华大学的TH_Climber I，采用磁吸附、单车双履带方案，外带涡流检测装置完成对储罐内壁的缺陷检测，缺点是检测机构是集成化低，并且涡流检测具有趋肤效应，只适用于较薄的底板和厚底板的表面和近表面缺陷的检测。

大型立式圆筒形储罐罐壁采用的是阶梯形变截面结构，而固定尺寸的磁吸附机构的吸附力以和磁化能力有限，不能实现这一类储罐罐壁的吸附和检测，这增加了自动化检测的困难。此外根据文献检索也显示现有储罐检测爬壁装置没有实现依靠同一磁路产生足够磁吸力的同时，通过磁化强度调节检测阶梯形变截面罐壁的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了改变储罐罐壁人工检测的缺陷，克服现有检测器不能实现阶梯形变截面罐壁检测的不足。特提供一种储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置及测量方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置，是由车架1、驱动轮2、吸附机构3、检测探头4、驱动电机5、滑轨6、信号检测与分析装置7、丝杠8和升降驱动器9组成。

车架1由上支撑板20、支撑柱21及下支撑板22构成，四根支撑柱21两端设置有螺纹，支撑柱21两端配上螺母分别与上支撑板20和下支撑板22螺纹连接；四个驱动轮2分别用螺钉锁死在四个驱动电机5的输出轴，驱动电机5再用螺钉固定在车架1下方的下支撑板22上；吸附机构3安装在车架1下面，吸附机构3由衔铁10、铝制固定壳11和钕铁硼永磁铁12组成，两块钕铁硼永磁铁12磁极相反地嵌入铝制固定壳11中，铝制固定壳11螺栓螺母固定在衔铁10的左右两边，衔铁10、钕铁硼永磁铁12以及被检测的罐壁形成局部磁回路；衔铁10上设置有孔，丝杠8通过孔再依靠丝杠螺母与衔铁10连接；滑轨6安装在衔铁10与上支撑板20之间；检测探头4由探头盒13、螺杆14及压缩弹簧15组成，探头盒13与螺杆14螺纹连接，压缩弹簧15安装在螺杆14的台阶轴与上支撑板20之间，螺杆14穿过上支撑板20与衔铁10的定位孔使整个检测探头4挂在上支撑板20上；上述探头盒13是由探头壳16、探头端17、聚磁片18和霍尔元件19组成，霍尔元件19镶嵌在探头端17的七个圆孔内，霍尔元件19端部与探头端17端部齐平贴近被检工件，霍尔元件19两侧各嵌入聚磁片18，探头盒13与探头壳16过盈配合再用紧定螺钉定位；升降驱动器9用螺钉固定在上支撑板20上，升降驱动器9与丝杠8的上端用带传动相连接；信号检测与分析装置7安装在上支撑板20上。所述的信号检测与分析装置7是由霍尔元件19、模拟多路开关23、前置放大电路24、信号调理电路25、A/D转换电路26、微处理器27、硬盘接口28和硬盘29组成；微处理器27的控制输出端用导线与模拟多路开关23的控制信号输出端相连接；霍尔元件19的信号输出端连接模拟多路开关23的信号输入端；前置放大电路24的信号输入端与模拟多路开关23的信号输出端相连接，前置放大电路24的信号输出端与信号调理电路25的信号输入端相连接；信号调理电路25的信号输出端与A/D转换电路26的模拟信号输入端相连接，A/D转换电路26的数字信号输出端连接微处理器27；微处理器27的控制端用导线与A/D转换电路26的控制端相连接；微处理器27的I/O接口通过硬盘接口28与硬盘29连接。

一种储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置的测量方法：先通过丝杠8调节使得吸附机构3置于最高，再将本漏磁检测爬壁装置安放在储罐内壁运行；然后慢慢调节吸附机构3离罐壁的距离使罐壁局部磁化并吸附；最后打开电源使装置在驱动轮2的带动下前进；行进过程中，安装在正中位置的检测探头4用探头盒13中的七个霍尔元件19感应漏磁信号，霍尔元件19将磁场信号转化为电信号传给信号检测与分析装置7处理和分析；信号检测与分析装置7的工作步骤是，首先由微处理器27控制端输出一组地址信号给模拟多路开关23，选择一路漏磁信号送给前置放大电路24，前置放大电路24对输入漏磁信号进行初步放大处理；其次将初步放大处理后的信号送入信号调理电路25进行滤波、二次放大等处理后送给A/D转换电路26；A/D转换器对经过调理后的信号进行模数转换，转换完了之后产生中断信号，微处理器27重新发出地址信号给模拟多路开关23，选择下一路信号，如此重复进行；再由微处理器27控制硬盘接口28，将采集后的漏磁信号通过硬盘接口28存入硬盘29；最后将存入硬盘29的数据进行离线处理、分析，得到缺陷的具体数据。

本发明的有益效果是：(1)本发明产品将装置竖直放到储罐罐壁上，通过吸附机构的作用就能吸附在罐壁上使用方便；(2)本装置通过丝杠的调节可以改变气隙大小从而改变永磁铁对罐壁的磁吸力大小，有利于安放和取下检测装置；(3)本装置通过判断霍尔元件检测到的磁感应强度数据，由控制部分作出控制，调节丝杠改变吸附机构的提离值，致使爬壁装置能检测到阶梯形变截面罐壁；(4)本检测装置体积小、结构简单、变磁力调节使得行走灵活。

附图说明

图1为本发明储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置的结构示意图。

图2为本漏磁检测爬壁装置中吸附机构3的结构图。

图3为本漏磁检测爬壁装置中检测探头4的结构示意图。

图4为本装置检测探头4的探头装配图。

图5为本装置车架1的示意图。

图6为本装置测量方法的信号处理过程示意图。

图中：1、车架，2、驱动轮，3、吸附机构，4、检测探头，5、驱动电机，6、滑轨，7、信号检测与分析装置，8、丝杠，9、升降驱动器，10、衔铁，11、铝制固定壳，12、钕铁硼永磁铁，13、探头盒，14、螺杆，15、压缩弹簧，16、探头壳，17、探头端，18、聚磁片，19、霍尔元件，20、上支撑板，21、支撑柱，22、下支撑板，23、模拟多路开关,24、前置放大电路，25、信号调理电路，26、A/D转换电路，27、微处理器，28、硬盘接口，29、硬盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本漏磁检测爬壁装置作进一步说明，本实施例在以技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程。

如图1、2、3、4、5和6所示，首先将两块钕铁硼永磁铁12分别装进两个铝制固定壳11，并且使得磁极相反；再将铝制固定壳11固定到衔铁10下方，磁铁磁化方向为竖直方向，那么衔铁10、钕铁硼永磁铁12以及被检测的罐壁形成磁回路，实现对罐壁的吸附和磁化检测；后期通过固定在衔铁10上的丝杠8调节，使吸附机构3上下升降，改变气隙的大小，从而可以在不同壁厚的情况下达到吸附及检测的目的；将两根滑轨6的一端用螺钉固定到衔铁10的左右两边；丝杠8用丝杠螺母与衔铁10联接，丝杠8的下端与固定到吸附机构3上的丝杠螺母构成运动副，丝杠螺母用螺钉固定在衔铁10正中。

四个驱动轮2用螺钉分别锁紧固定到驱动电机5的输出轴上，四个驱动电机5再分别安装到下支撑板22上，下支撑板22与上支撑板20用4根支撑柱21完成螺纹固定连接；装配好的吸附机构3与丝杠8通过丝杠8的下端装配到车架1上，丝杠上端用推力球轴承和固定件安放在车架1的上支撑板20正中；至此，再将两根滑轨6的另一端固定在上支撑板20的下方。

七个霍尔元件19镶嵌在探头端17的七个圆孔内，霍尔元件19端部与探头端17端部齐平以贴近被检工件，霍尔元件19两侧再各嵌入聚磁片18，探头盒13与探头壳16用紧定螺钉定位再过盈配合；两根螺杆14一端穿过衔铁10后通过螺纹联接与探头壳16联接，压缩弹簧15安装在螺杆14的台阶轴与上支撑板20之间，两根螺杆14的另一端穿过上支撑板20并通过限位的螺母挂在上支撑板20上，且处于吸附机构3的正中以检测缺陷信号；探头端17是始终贴在被检工件上的，而夹在螺杆14台阶轴与上支撑板20之间的压缩弹簧15可保证探头端17遇到焊缝等障碍可上下浮动以始终紧贴，检测探头4即可始终与底板紧贴而检测到最大幅值的信号，探头端17作为最易损坏的部件，采用高耐磨性的铜，并倒角以平滑过渡，同时延长使用寿命；以纯铁制成的聚磁片18导磁性强，增强了霍尔元件19拾取漏磁信号的效果。

将升降驱动器9穿过上支撑板20并用螺钉固定，升降驱动器9与丝杠8的上端通过带传动实现吸附机构3的上下升降；通过检测探头4测得的磁感应强度值，控制升降驱动器9的电机，带动丝杠8做转动，吸附机构3做直线升降，改变磁路尺寸，进而适应阶梯形变截面罐壁的吸附和缺陷检测。

最后将信号检测与分析装置7固定到上支撑板20上；信号检测与分析装置7上电时，由微处理器27发出复位指令，置信号检测与分析装置7于初始状态。微处理器27控制模拟多路开关23将七路霍尔传感器输出的漏磁信号按一定的时序分别送给前置放大电路24进行初步放大处理，再经过信号调理电路25的滤波器滤波和程控放大器再次放大后送给A/D转换电路26进行采样，将采样后的数据输入微处理器27，再由微处理器27控制硬盘接口28将数据存入硬盘29。

Claims (3)

1.一种储罐罐壁缺陷的漏磁检测爬壁装置，是由车架、驱动轮、吸附机构、检测探头、驱动电机、丝杠、滑轨、信号检测与分析装置和升降驱动器组成，其特征在于：车架(1)由上支撑板(20)、支撑柱(21)及下支撑板(22)构成，四根支撑柱(21)两端设置有螺纹，支撑柱(21)两端配上螺母分别与上支撑板(20)和下支撑板(22)螺纹连接；四个驱动轮(2)分别用螺钉锁死在四个驱动电机(5)的输出轴，驱动电机(5)再用螺钉固定在车架(1)下方的下支撑板(22)上；吸附机构(3)安装在车架(1)下面，吸附机构(3)由衔铁(10)、铝制固定壳(11)和钕铁硼永磁铁(12)组成，两块钕铁硼永磁铁(12)磁极相反地嵌入铝制固定壳(11)中，铝制固定壳(11)螺栓螺母固定在衔铁(10)的左右两边；衔铁(10)上设置有孔，丝杠(8)通过孔再依靠丝杠螺母与衔铁(10)连接；滑轨(6)安装在衔铁(10)与上支撑板(20)之间；检测探头(4)由探头盒(13)、螺杆(14)及压缩弹簧(15)组成，探头盒(13)与螺杆(14)螺纹连接，压缩弹簧(15)安装在螺杆(14)的台阶轴与上支撑板(20)之间，螺杆(14)穿过上支撑板(20)与衔铁(10)的定位孔使整个检测探头(4)挂在上支撑板(20)上；上述探头盒(13)是由探头壳(16)、探头端(17)、聚磁片(18)和霍尔元件(19)组成，霍尔元件(19)镶嵌在探头端(17)的七个圆孔内，霍尔元件(19)端部与探头端(17)端部齐平贴近被检工件，霍尔元件(19)两侧各嵌入聚磁片(18)，探头盒(13)与探头壳(16)过盈配合再用紧定螺钉定位；升降驱动器(9)用螺钉固定在上支撑板(20)上，升降驱动器(9)与丝杠(8)的上端用带传动相连接；信号检测与分析装置(7)安装在上支撑板(20)上，所述的信号检测与分析装置(7)是由霍尔元件(19)、模拟多路开关(23)、前置放大电路(24)、信号调理电路(25)、A/D转换电路(26)、微处理器(27)、硬盘接口(28)和硬盘(29)组成；微处理器(27)的控制输出端用导线与模拟多路开关(23)的控制信号输出端相连接；霍尔元件(19)的信号输出端连接模拟多路开关(23)的信号输入端；前置放大电路(24)的信号输入端与模拟多路开关(23)的信号输出端相连接，前置放大电路(24)的信号输出端与信号调理电路(25)的信号输入端相连接；信号调理电路(25)的信号输出端与A/D转换电路(26)的模拟信号输入端相连接，A/D转换电路(26)的数字信号输出端连接微处理器(27)；微处理器(27)的控制端用导线与A/D转换电路(26)的控制端相连接；微处理器(27)的I/O接口通过硬盘接口(28)与硬盘(29)连接。

2.一种测量储罐罐壁缺陷的方法，其特征在于使用权利要求1所述的漏磁检测爬壁装置进行测量，其测量过程如下：先通过丝杠(8)调节使得吸附机构(3)置于最高，再将本漏磁检测爬壁装置安放在储罐内壁运行；然后慢慢调节吸附机构(3)离罐壁的距离使罐壁局部磁化并吸附；最后打开电源使装置在驱动轮(2)的带动下前进；行进过程中，安装在正中位置的检测探头(4)用探头盒(13)中的七个霍尔元件(19)感应漏磁信号，霍尔元件(19)将磁场信号转化为电信号传给信号检测与分析装置(7)处理和分析；信号检测与分析装置(7)的工作步骤是，首先由微处理器(27)控制端输出一组地址信号给模拟多路开关(23)，选择一路漏磁信号送给前置放大电路(24)，前置放大电路(24)对输入漏磁信号进行初步放大处理；其次将初步放大处理后的信号送入信号调理电路(25)进行滤波、二次放大等处理后送给A/D转换电路(26)；A/D转换器对经过调理后的信号进行模数转换，转换完了之后产生中断信号，微处理器(27)重新发出地址信号给模拟多路开关(23)，选择下一路信号，如此重复进行；再由微处理器(27)控制硬盘接口(28)，将采集后的漏磁信号通过硬盘接口(28)存入硬盘(29)；最后将存入硬盘(29)的数据进行离线处理、分析，得到缺陷的具体数据。

3.如权利要求1所述的漏磁检测爬壁装置在测量储罐罐壁缺陷中的应用。