CN104864272B - 一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，包括固定支架（1）、轴向运动机构（2）、周向运动机构（3）、以及用于夹持相控阵超声探头（5）的探头架（4）；所述的轴向运动机构（2）安装于固定支架（1）上、控制周向运动机构（3）沿管道轴向运动扫查；所述的周向运动机构（3）安装于轴向运动机构（2）上、控制设置在周向运动机构（3）上的探头架（4）沿管道周向运动扫查；本发明通过设置轴向运动机构和周向运动机构，能够控制相控阵超声探头沿管道外表面实现轴向或周向精确自动移动，利用相控阵超声信号对管道自动进行无损探伤扫查。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，属于油气管道检测技术领域。
背景技术
石油天然气已成为当今社会最重要的能源战略物资。管道运输作为石油天然气最经济，最有效的运输手段，其发展迅猛。但是随着管线的增多、管龄的增长、以及高温高压的运输环境，管道内的缺陷很容易导致泄漏事故的发生，造成严重的安全事故。因此，定时对油气管道进行无损检测，具有显著的经济效益与社会效益。
相控阵超声检测技术最先起源于雷达相控阵电磁波技术，90年代末开始在工业无损检测领域被普遍接受和应用。该技术通过电子系统控制换能器阵列中的各个阵元，按照一定的延迟时间规则发射和接收超声波，从而动态控制超声束在工件中的偏转和聚焦来实现探伤。与常规超声相比，相控阵超声检测技术可以控制声束聚焦和扫描，使检测速度成倍提高，不需更换探头就可实现整个体积或所关心区域的多角度多方向扫查，在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有明显的优势。
相控阵超声探伤作为一种功能强大的无损检测技术，可以有效的检测出油气管道上的缺陷，但是目前油气管道相控阵超声扫查仍普遍采用手工扫查方式：手工扫查由于人生理因素限制，无法匀速扫查，导致超声信号采集不理想或者引入干扰，这不利于超声信号的系统处理与缺陷识别；并且由于人为疏忽等原因，很容易造成部分管道表面漏检。
因此，现有的手工扫查的方式，大大影响信了号采集效果、其缺陷漏检率比较高，结果不够可靠，而且检测效率较低。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，能够排除人工因素，实现对管道外表面轴向或周向精确自动化扫查。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，
它包括固定支架、轴向运动机构、周向运动机构、以及用于夹持相控阵超声探头的探头架；所述的轴向运动机构安装于固定支架上、控制周向运动机构沿管道轴向运动扫查；所述的周向运动机构安装于轴向运动机构上、控制设置在周向运动机构上的探头架沿管道周向运动扫查。
所述的固定支架由两条对称的钢梁组成，每条钢梁通过一条带卡扣的弹性橡胶带固定于待检测管道外表面。
所述的钢梁由一块主梁和两块侧梁构成；两块侧梁分别安装于主梁的两侧，并且每块侧梁与主梁之间的角度均可变。
所述的每块主梁及侧梁与管道直接接触的下表面均粘有防滑橡胶垫。
所述的轴向运动机构安装于固定支架的主梁上，由第一步进电机、第一滚珠丝杠、导轨以及支撑座构成；
所述的第一步进电机控制第一滚珠丝杠转动，从而带动支撑座沿导轨运动。
所述的周向运动机构安装于轴向运动机构的支撑座上，其中，周向运动机构与支撑座之间安装有4个相同的角度调节弹簧，以调节支撑座与周向运动机构的角度。
所述的周向运动机构由底座、第二步进电机、第二滚珠丝杠以及滚珠丝杠螺母座构成；
其中，底座安装于支撑座上，第二滚珠丝杠固定在底座上，第二步进电机控制第二滚珠丝杠转动，从而带动滚珠丝杠螺母座沿第二滚珠丝杠的轴向进行直线运动，滚珠丝杠螺母座的运动带动探头架沿管道外表面周向运动。
所述的探头架由探头架基座、高度调节弹簧以及探头夹具组成；探头架基座固定于周向运动机构的滚珠丝杠螺母座上，探头夹具与探头架基座之间安装有2个相同的高度调节弹簧，以控制探头夹具距离管道外表面的高度。
所述的探头夹具夹持相控阵超声探头，并且探头夹具上安装有4个相同的探头调节弹簧，以调节相控阵超声探头与管道外表面的角度，使相控阵超声探头与管道外表面密切接触，其中，探头夹具与相控阵超声探头直接接触表面粘贴有探头保护橡胶垫。
所述的第一步进电机和第二步进电机均为带编码器的步进电机。
与现有的手工扫查的方式相比，本发明通过设置轴向运动机构和周向运动机构，能够控制相控阵超声探头沿管道外表面轴向或周向精确自动移动，利用相控阵超声信号进行无损探伤扫查；有效排除了手工扫查方对检测信号采集的影响以及避免人为误差的引入，减少漏检情况的发生，有利于相控阵超声信号的采集与缺陷的识别；
并且本装置拆装方便，通过改变固定支架的角度可以应用于不同规格的管道，显著提高了油气管道相控阵超声检测的精度与效率。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明中固定支架结构示意图；
图3是本发明中探头架结构示意图。
图中：1、固定支架，2、轴向运动机构，3、周向运动机构，4、探头架，5、相控阵超声探头，1-1、主梁，1-2、侧梁，1-3、弹性橡胶带，1-4、防滑橡胶垫，2-1、第一步进电机，2-2、第一滚珠丝杠，2-3、导轨，2-4、支撑座，2-5、角度调节弹簧，3-1、底座，3-2、第二步进电机，3-3、第二滚珠丝杠，3-4、滚珠丝杠螺母座，4-1、探头架基座，4-2、高度调节弹簧，4-3、探头夹具，4-4、探头调节弹簧，4-5、探头保护橡胶垫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，它包括固定支架1、轴向运动机构2、周向运动机构3以及探头架4；所述的轴向运动机构2安装于固定支架1上、控制周向运动机构3沿管道轴向运动扫查；所述的周向运动机构3安装于轴向运动机构2上、控制设置在周向运动机构3上的探头架4沿管道周向运动进行扫查；探头架4夹持相控阵超声探头5，使相控阵超声探头5与管道外表面保持密切接触。
如图2所示，固定支架1由两条对称的钢梁组成，安装时，每条钢梁通过一条带卡扣的弹性橡胶带1-3固定于待检测管道外表面。每块钢梁由一块主梁1-1和两块侧梁1-2构成；侧梁1-2分别安装于主梁1-1的两侧，并且每块侧梁1-2与主梁1-1之间的角度均可变；每块主梁1-1及侧梁1-2与管道直接接触的下表面均粘有防滑橡胶垫1-4。
当在公称直径为900mm的钢板卷管外表面安装时，先将本扫查装置放到该管道表面，将两条钢梁用两条带卡扣的弹性橡胶带1-3固定于管道上，由于侧梁1-2与主梁1-1之间的角度可变，所以侧梁1-2与主梁1-1的下表面就会紧紧切合管道，此时防滑橡胶垫1-4会增大接触摩檫力，使整个扫查装置牢固固定在该管道上。由于侧梁1-2与主梁1-1之间的角度可以在一定范围内变化，因此，本装置的应用对象包括但不限于公称直径为900mm的钢板卷管。
如图1和图3所示；轴向运动机构2安装于固定支架1的主梁1-1上，由第一步进电机2-1、第一滚珠丝杠2-2、导轨2-3以及支撑座2-4构成；所述的第一步进电机2-1控制第一滚珠丝杠2-2转动，从而带动支撑座2-4沿导轨2-3运动，即控制相控阵超声探头5沿管道轴向运动扫查检测。
如图1所示，周向运动机构3安装于轴向运动机构2的支撑座2-4上，其中，周向运动机构3与支撑座2-4之间安装有4个相同的具有压紧与复位功能的角度调节弹簧2-5，其可以调节支撑座2-4与周向运动机构3两者之间的角度。
周向运动机构3由底座3-1、第二步进电机3-2、第二滚珠丝杠3-3以及滚珠丝杠螺母座3-4构成；其中，底座3-1安装于支撑座2-4上，第二滚珠丝杠3-3固定在底座3-1上，第二步进电机3-2控制第二滚珠丝杠3-3转动，从而带动滚珠丝杠螺母座3-4沿第二滚珠丝杠3-3的轴向进行直线运动，滚珠丝杠螺母座3-4的运动带动探头架4沿管道外表面周向运动扫查，即控制相控阵超声探头5沿管道外表面周向运动扫查检测。
由于本发明的控制软件需要位置信息的反馈信号，以达到精确控制相控阵超声探头5运动的目的，因此第一步进电机2-1，第二步进电机3-2均选用带编码器的步进电机。
如图3所示，探头架4由探头架基座4-1、高度调节弹簧4-2以及探头夹具4-3组成；探头架基座4-1固定于周向运动机构3的滚珠丝杠螺母座3-4上，探头夹具4-3与探头架基座4-1之间安装有2个相同的并具有压紧与复位功能高度调节弹簧4-2，以调节探头夹具4-3距离管道外表面的高度。
探头夹具4-3夹持相控阵超声探头5，并且探头夹具4-3上安装有4个相同的探头调节弹簧4-4，以调节相控阵超声探头5与管道外表面的角度，使相控阵超声探头5与管道外表面密切接触；
其中，探头夹具4-3与相控阵超声探头5直接接触表面粘贴有探头保护橡胶垫4-5，以保护相控阵超声探头5以及增大两者的接触摩擦力。
本装置的运动控制可以由运动控制机箱与控制软件联合完成：本发明与控制机箱连接，控制机箱与计算机连接，控制软件安装在计算机上，控制软件具有良好的人机交互界面。
使用时，由操作人员按照现场检测需求，通过软件界面，对扫查装置下达指令。比如控制相控阵超声探头5以某个速度沿管道轴向运动扫查一段距离，或者控制相控阵超声探头5以某个速度沿管道周向运动扫查一段距离，如果同时下达两个方向的指令，就可以实现某倾斜角度的扫查；由于扫查过程全部由扫查装置按照命令自动完成，所以减小了环境干扰，有利于检测信号的采集与缺陷的识别。
综上所述：本发明通过设置轴向运动机构2和周向运动机构3，能够控制相控阵超声探头5沿管道外表面轴向或周向精确自动移动，利用相控阵超声信号进行无损探伤扫查；有效排除了手工扫查方对检测信号采集的影响以及避免人为误差的引入，减少漏检情况的发生，有利于相控阵超声信号的采集与缺陷的识别；并且本装置拆装方便，通过改变固定支架1的角度可以应用于不同规格的管道，显著提高了油气管道相控阵超声检测的精度与效率。
Claims (5)
1.一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，其特征在于，
它包括固定支架（1）、轴向运动机构（2）、周向运动机构（3）、以及用于夹持相控阵超声探头（5）的探头架（4）；所述的轴向运动机构（2）安装于固定支架（1）上、控制周向运动机构（3）沿管道轴向运动扫查；所述的周向运动机构（3）安装于轴向运动机构（2）上、控制设置在周向运动机构（3）上的探头架（4）沿管道周向运动扫查；
所述的固定支架（1）由两条对称的钢梁组成，每条钢梁通过一条带卡扣的弹性橡胶带（1-3）固定于待检测管道外表面；
所述的钢梁由一块主梁（1-1）和两块侧梁（1-2）构成；两块侧梁（1-2）分别安装于主梁（1-1）的两侧，并且每块侧梁（1-2）与主梁（1-1）之间的角度均可变；
所述的轴向运动机构（2）安装于固定支架（1）的主梁（1-1）上，由第一步进电机（2-1）、第一滚珠丝杠（2-2）、导轨（2-3）以及支撑座（2-4）构成；
所述的第一步进电机（2-1）控制第一滚珠丝杠（2-2）转动，从而带动支撑座（2-4）沿导轨（2-3）运动；
所述的周向运动机构（3）安装于轴向运动机构（2）的支撑座（2-4）上；其中，周向运动机构（3）与支撑座（2-4）之间安装有4个相同的角度调节弹簧（2-5），以调节支撑座（2-4）与周向运动机构（3）的角度；
所述的周向运动机构（3）由底座（3-1）、第二步进电机（3-2）、第二滚珠丝杠（3-3）以及滚珠丝杠螺母座（3-4）构成；
其中，底座（3-1）安装于支撑座（2-4）上，第二滚珠丝杠（3-3）固定在底座（3-1）上，第二步进电机（3-2）控制第二滚珠丝杠（3-3）转动，从而带动滚珠丝杠螺母座（3-4）沿第二滚珠丝杠（3-3）的轴向进行直线运动，滚珠丝杠螺母座（3-4）的运动带动探头架（4）沿管道外表面周向运动。
2.根据权利要求1所述的一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，其特征在于，所述的每块主梁（1-1）及侧梁（1-2）与管道直接接触的下表面均粘贴防滑橡胶垫（1-4）。
3.根据权利要求1所述的一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，其特征在于，所述的探头架（4）由探头架基座（4-1）、高度调节弹簧（4-2）以及探头夹具（4-3）组成；探头架基座（4-1）固定于周向运动机构（3）的滚珠丝杠螺母座（3-4）上，探头夹具（4-3）与探头架基座（4-1）之间安装有2个相同的高度调节弹簧（4-2），以调节探头夹具（4-3）距离管道外表面的高度。
4.根据权利要求3所述的一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，其特征在于，所述的探头夹具（4-3）夹持相控阵超声探头（5），并且探头夹具（4-3）上安装有4个相同的探头调节弹簧（4-4），以调节相控阵超声探头（5）与管道外表面的角度，使相控阵超声探头（5）与管道外表面密切接触，其中，探头夹具（4-3）与相控阵超声探头（5）直接接触表面粘贴有探头保护橡胶垫（4-5）。
5.根据权利要求1所述的一种油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，其特征在于，所述的第一步进电机（2-1）和第二步进电机（3-2）均为带编码器的步进电机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170818 Termination date: 20180418 |