CN105158337B - 基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪，它包括机体、同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、控制机构，机体的两侧安装可控制转向的前轮，机架的两侧安装驱动后轮，机体前端向前伸出一底板，无损检测机构安装在底板上，无损检测机构具有可调整位置的两个空气耦合超声波探头，两个空气耦合超声波探头呈V型倾斜设置，激光焊缝跟踪器置于两个探头之间；机体的顶端安装红外摄像头和红外传感器；控制机构分别连接前轮和驱动后轮，同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、无损检测机构、激光焊缝跟踪器、红外摄像头、红外传感器分别连接控制机构。本发明实现底板焊缝的智能化检测与评价，大大降低了人工检测的成本。
Description
技术领域
本发明涉及焊缝检测装置，具体涉及基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪。
背景技术
盛装油品的大型常压立式储罐在服役过程中，由于所处环境和运行工况变化的影响，储罐底板焊缝处极易产生腐蚀缺陷。这些缺陷的产生和恶化会导致储罐底板安全性能降低，严重时会使内置油品发生泄漏，发生重大事故，对环境和人民生命、财产安全构成严重威胁。储罐底板焊缝的定期检验是常压储罐安全运行的重要技术保障措施之一，但目前国内外对储罐底板进行检测主要采用人工手动检测，存在着劳动强度大、检测环境要求较高、检测时间长等诸多不便。因此，发展储罐底板焊缝缺陷的自动无损检测技术，实现底板焊缝的智能化检测与评价，提高检测效率，降低人力物力消耗就显得非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪，这种基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪用于解决目前对储罐底板采用人工手动检测存在着劳动强度大、检测环境要求较高、检测时间长的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪包括机体、同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、控制机构，机体的后面连接机架，机体的两侧安装可控制转向的前轮，机架的两侧安装驱动后轮，机体前端向前伸出一底板，无损检测机构安装在底板上，无损检测机构具有可调整位置的两个空气耦合超声波探头，两个空气耦合超声波探头呈V型倾斜设置，焊缝跟踪系统的激光焊缝跟踪器置于两个空气耦合超声波探头之间；机体的顶端安装有可视化视频监测机构的红外摄像头，两个红外传感器安装在机体的两侧，红外摄像头位于两个红外传感器中间；控制机构分别连接前轮和驱动后轮，同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、无损检测机构、激光焊缝跟踪器、红外摄像头、所述的红外传感器分别连接控制机构；控制系统采用自动循迹控制系统，控制前轮转向舵机以及后轮驱动电机，调整空气耦合超声波探头位姿，沿焊缝进行焊缝探伤，进行探伤信号的处理、分析，判断是否是危险点，报警并在地图中标记危险点，进行自动检测。
上述方案中无损检测机构包括箱体、升降框、探头梁，升降框位于箱体与探头梁之间，探头梁的两端安装空气耦合超声波探头，箱体的底部具有第一滑轨，第一滑轨位于底板上的第一滑槽内，箱体底部还设置有第一齿轮，第一齿轮与底板上的第一齿条啮合构成齿轮齿条啮合结构；升降框内设置有升降驱动电机，升降驱动电机连接第二齿轮，第二齿轮与第二齿条啮合，第二齿条还同时与垂直设置的螺柱相啮合，升降框具有第二滑轨，箱体上设置第二滑槽，第二滑轨位于第二滑槽内；探头梁固定在升降框上，旋转驱动舵机安装在升降框上，旋转驱动舵机通过曲柄及U轴连接探头梁，带动探头梁旋转。
上述方案中控制系统位于机体内部，包括STC89C52RC-40I-LQFP44主控器模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块、显示模块。
上述方案中驱动后轮通过后轮驱动机构驱动，后轮驱动机构包括后轮驱动电机、减速器，后轮驱动电机的输出轴旁安装编码盘和位移传感器，可以采集后轮驱动电机转速的脉冲信号，经位移传感器捕获后来进行速度以及前进位移的一系列计算，完成检测仪速度的闭环控制，实现对检测仪的速度进行控制和检测仪位置的定位。
上述方案中机体内携带4块可充电的锂电池，为整个仪器中提供动力支持。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明搭载的各个组成部分能够有效完成各自任务，实现不同环境下的储罐底板焊缝无损检测。同步定位与地图构建系统与焊缝追踪系统的相互配合可以进行焊缝的全自动精确追踪；齿轮齿条啮合机构能够实现检测探头的水平移动，避免探头与储罐附件的刮碰，后轮驱动、前轮转向能够有效实现检测仪的行进与转向；无线数据通信模块可以实现检测信号的远距离无线传输，避免了一定的麻烦，能够克服现有检测技术的一些不便，降低工人劳动强度，提高检测效率，实现储罐底板焊缝的无损检测与评价。
2、本发明能够进行储罐底板焊缝的自动检测，提高储罐底板焊缝缺陷检测效率，降低人工劳动强度，最终实现储罐底板焊缝的实时监测和信号传输，所测数据也具有较强的准确性和可靠性，实现底板焊缝的智能化检测与评价，大大降低了人工检测的成本，具有极大的实际应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明内部结构示意图；
图3是本发明中无损检测机构结构示意图；
图4是本发明中无损检测机构水平调整结构示意图；
图5是本发明中无损检测机构距离调整结构示意图；
图6是本发明中无损检测机构角度调整结构示意图；
图7是本发明中后轮驱动机构结构示意图。
图中：1-机架，2-后轮，3-机体，4-红外传感器，5-红外摄像头，6-无损检测机构，7-前轮，8-中央处理器，9-前轮转向机构，10-后轮驱动机构，11-集成电路板，12-固定环，13-探头梁，14-焊缝跟踪器，15-空气耦合超声波探头，16-螺母，17-曲柄，18- U轴，19-旋转驱动舵机，20-箱体，21-顶盖，22-底板，23-升降框，24-第一滑槽，25-第一齿条，26-第一齿轮，27-第二滑槽，28-升降驱动电机，29-第二齿条，30-螺柱，32-输出轴，33-驱动电机驱动器，34-减速箱，35-后轮驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
结合图1、图2所示，这种基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪包括机体3、同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、控制机构，机体3的后面连接机架1，机体3的两侧安装可控制转向的前轮7，机架1的两侧安装驱动后轮2，机体3前端向前伸出一底板22，无损检测机构6安装在底板22上，无损检测机构6具有可调整位置的两个空气耦合超声波探头15，两个空气耦合超声波探头15呈V型倾斜设置，即向内对称倾斜，焊缝跟踪系统的激光焊缝跟踪器14置于两个空气耦合超声波探头15之间；机体3的顶端安装有可视化视频监测机构的红外摄像头5，两个红外传感器4安装在机体3的两侧，红外摄像头5位于两个红外传感器4中间；控制机构分别连接前轮7和驱动后轮2，同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、无损检测机构6、激光焊缝跟踪器14、红外摄像头5、上述两个红外传感器4分别连接控制机构；控制系统采用自动循迹控制系统，控制前轮转向舵机以及后轮驱动电机35，调整空气耦合超声波探头15位姿，沿焊缝进行焊缝探伤，进行探伤信号的处理、分析，判断是否是危险点，报警并在地图中标记危险点，进行自动检测。
本发明的工作原理如下：本发明适用储罐底板焊缝的自动超声检测。将检测仪放入储罐，焊缝跟踪技术开始工作，进行焊缝识别与定位，并实时更新地图坐标等内容；控制系统根据定位结果控制前轮转向舵机以及后轮驱动电机35，开始沿焊缝移动进行探伤；遇到障碍，检测仪会根据系统反馈信息控制行进方向和探头位置，实现有效避障；检测过程中，通信模块通过模拟微波传输将检测信号发送至人孔处的信号基站，实现无线传输，同时检测仪会根据实际状况对缺陷位置进行标记，如此循环往复，直至完成检测任务。
本发明中无损检测机构6搭载非接触式V型空气耦合超声波检测技术对储罐底板焊缝进行无损探伤。如图3所示，无损检测机构6包括箱体20、升降框23、探头梁13，升降框23位于箱体20与探头梁13之间，探头梁13的两端安装空气耦合超声波探头15，空气耦合超声波探头15通过固定环12和螺母16固定，空气耦合超声波探头15被两个固定环12夹在中间，螺母16穿过两个固定环12后，将空气耦合超声波探头15固定住，固定环12与空气耦合超声波探头15相接触的一侧设置有防滑垫片，使用两个探头分别发射和接收超声信号；舅如图4所示，箱体20的底部具有第一滑轨，第一滑轨位于底板22上的第一滑槽24内，箱体20底部还设置有第一齿轮26，第一齿轮26与底板22上的第一齿条25啮合构成齿轮齿条啮合结构，通过机构底部与底板22采用齿轮齿条啮合机构连接，遇障时采用齿轮齿条啮合机构控制空气耦合超声波探头15水平移动；如图5所示，升降框23内设置有升降驱动电机28，升降驱动电机28连接第二齿轮，第二齿轮与第二齿条29啮合，第二齿条29还同时与垂直设置的螺柱30相啮合，升降框23具有第二滑轨，箱体20上设置第二滑槽27，第二滑轨位于第二滑槽27内，用齿轮齿条啮合机构、螺柱30、升降框23配合控制空气耦合超声波探头15与底板22的距离，保证探头的提离高度；如图6所示，探头梁13固定在升降框23上，旋转驱动舵机19安装在升降框23上，旋转驱动舵机19通过曲柄17及U轴18连接探头梁13，带动探头梁13旋转，利用舵机和曲柄17调整空气耦合超声波探头15的角度，使其始终保持水平。
控制系统位于机体3内部，包括STC89C52RC-40I-LQFP44主控器模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块、显示模块。从单片机发出PWM波，驱动直流电机对检测仪进行加减速控制以及控制电机对检测仪进行转向。
焊缝跟踪模块采用激光跟踪系统利用焊缝灰度差异对焊缝进行识别、定位；同步定位与地图构建模块能够对所处环境进行分析，确定自身所处位置，并不断对全局地图进行实时更新。
本发明采用后轮驱动和前轮转向进行控制，实现检测仪器的自由行进。前轮7通过前轮转向机构9控制，前轮转向机构9设置在机体3中，包括中央处理器8和集成电路板11；驱动后轮2通过后轮驱动机构10驱动，后轮驱动机构10设置于机架1内，并通过顶盖21封闭，如图7所示，后轮驱动机构10包括后轮驱动电机35、减速箱34、驱动电机驱动器33，后轮驱动电机35的输出轴32旁安装编码盘和位移传感器，可以采集后轮驱动电机35转速的脉冲信号，经位移传感器捕获后来进行速度的一系列计算，完成检测仪速度的闭环控制，实现对检测仪的速度进行控制和检测仪位置的定位。
可视化视频监测机构及动力模块是本发明的辅助部分，可视化视频监测模块能够实现储罐内部环境及检测仪运行状况的罐外实时观察；动力模块能够为整个仪器中提供动力支持，通过机体3内携带四块可充电的锂电池实现为整个仪器中提供动力支持。
无线数据通信模块实现检测信号的实时传输，该功能是通过采用模拟微波传输来实现的：将视频信号直接调制在微波的信道上，并通过天线发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机解调出原来的视频信号，这样就能实现检测信号的实时、无损传输。检测时，在储罐人孔处设置信号传输基站，接收并发射检测信号，实现信号的实时传输。
本发明检测时，各组成部分间相互结合、约束，共同完成检测过程。具体工作过程如下：将检测仪放入储罐内部，利用焊缝跟踪技术进行焊缝识别，经过图像处理、分析、运算，对焊缝进行定位，然后更新原始地图上的坐标等内容；传入控制系统，依据焊缝跟踪系统的信号，输出电信号，控制前轮转向舵机以及后轮驱动电机35，改变储板焊缝自动检测仪的位姿，同时对储板焊缝自动检测仪进行定位，传入已更新的地图，进行坐标比对，得出偏差，同时对比环境，判断障碍物是否阻碍行走路径，发出电信号，控制舵机和各个电机工作，校正储板焊缝自动检测仪的位姿；然后开始沿焊缝移动，同时进行焊缝探伤；最后进行探伤信号的处理、分析，并判断是否是危险点，无论是否为危险点，都将记录在地图中，而如果是，还需进行报警，并在地图中标记危险点。以此循环往复，直到完成检测任务。
Claims (4)
1.一种基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪，其特征在于：这种基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪包括机体（3）、同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、控制机构，机体（3）的后面连接机架（1），机体（3）的两侧安装可控制转向的前轮（7），机架（1）的两侧安装驱动后轮（2），机体（3）前端向前伸出一底板（22），无损检测机构（6）安装在底板（22）上，无损检测机构（6）具有可调整位置的两个空气耦合超声波探头（15），两个空气耦合超声波探头（15）呈V型倾斜设置，焊缝跟踪系统的激光焊缝跟踪器（14）置于两个空气耦合超声波探头（15）之间；机体（3）的顶端安装有可视化视频监测机构的红外摄像头（5），两个红外传感器（4）安装在机体（3）的两侧，红外摄像头（5）位于两个红外传感器（4）中间；控制机构分别连接前轮（7）和驱动后轮（2），同步定位与地图构建模块、无线数据通信模块、无损检测机构（6）、激光焊缝跟踪器（14）、红外摄像头（5）、所述的红外传感器（4）分别连接控制机构；控制系统采用自动循迹控制系统，控制前轮转向舵机以及后轮驱动电机（35），调整空气耦合超声波探头（15）位姿，沿焊缝进行焊缝探伤，进行探伤信号的处理、分析，判断是否是危险点，报警并在地图中标记危险点，进行自动检测；所述的无损检测机构（6）包括箱体（20）、升降框（23）、探头梁（13），升降框（23）位于箱体（20）与探头梁（13）之间，探头梁（13）的两端安装空气耦合超声波探头（15），箱体（20）的底部具有第一滑轨，第一滑轨位于底板（22）上的第一滑槽（24）内，箱体（20）底部还设置有第一齿轮（26），第一齿轮（26）与底板（22）上的第一齿条（25）啮合构成齿轮齿条啮合结构；升降框（23）内设置有升降驱动电机（28），升降驱动电机（28）连接第二齿轮，第二齿轮与第二齿条（29）啮合，第二齿条（29）还同时与垂直设置的螺柱（30）相啮合，升降框（23）具有第二滑轨，箱体（20）上设置第二滑槽（27），第二滑轨位于第二滑槽（27）内；探头梁（13）固定在升降框（23）上，旋转驱动舵机安装在升降框（23）上，旋转驱动舵机通过曲柄（17）及U轴（18）连接探头梁（13），带动探头梁（13）旋转。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪，其特征在于：所述的控制系统位于机体（3）内部，包括STC89C52RC-40I-LQFP44主控器模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块、显示模块。
3.根据权利要求2所述的基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪，其特征在于：所述的驱动后轮（2）通过后轮驱动机构（10）驱动，后轮驱动机构（10）包括后轮驱动电机（35）、减速器，后轮驱动电机（35）的输出轴旁安装编码盘和位移传感器。
4.根据权利要求3所述的基于无线传输的储罐底板焊缝自动检测仪，其特征在于：所述的机体（3）内携带四块可充电的锂电池。
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