CN106448762A - 一种螺孔视频检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺孔视频检查装置，包括：自动定位车体(1)、扫描光电头(2)及传动装置(3)；自动定位车体(1)包括车体(101)、第一电机(102)、蜗轮蜗杆机构(103)、锥齿轮机构(104)、第一同步带传动机构(105)、主动轴(106)、从动轴(107)、张紧轮(108)、内外限位轮(109)及自动定位传感器(110)。本发明对反应堆螺栓孔螺纹表面的缺陷、可疑点等各种状态进行视频摄像，显示，并通过图像压缩实时将视频图像转换成数字信息并进行存储，实现主螺栓孔的自动检查。

Description

一种螺孔视频检查装置
技术领域
本发明涉及一种螺孔视频检查装置，用于反应堆压力容器的检测。
背景技术
反应堆压力容器是放置核反应原料的密闭容器。它主要包括顶盖和容器主体。顶盖和容器主体之间的螺纹联接必须保证安全、可靠，不能出现卡死、滑丝等问题。否则，会造成重大的经济损失，甚至导致安全生产事故。
在反应堆换料大修期间，需要对容器主体法兰面上的螺纹孔进行视频检查，观察并记录有无缺陷，为后续的相关维修活动作准备。
反应堆压力容器视频检查装置用于在主螺栓孔所在法兰面上进行自动行走、定位，同时对主螺栓孔进行视频检查，并通过图像压缩实时将视频图像转换成数字信息并进行存储，以备存档。
通常，核反应堆压力容器主螺栓孔的检查主要通过人工完成。这种方法检查时间长，劳动强度大，近距离操作对工作人员的辐射剂量大。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种螺孔视频检查装置，对反应堆螺栓孔螺纹表面的缺陷、可疑点等各种状态进行视频摄像，显示，并通过图像压缩实时将视频图像转换成数字信息并进行存储，实现主螺栓孔的自动检查。
本发明技术解决方案：一种螺孔视频检查装置，包括：自动定位车体(1)、扫描光电头(2)及传动装置(3)；自动定位车体(1)包括车体(101)、第一电机(102)、蜗轮蜗杆机构(103)、锥齿轮机构(104)、第一同步带传动机构(105)、主动轴(106)、从动轴(107)、张紧轮(108)、内外限位轮(109)及自动定位传感器(110)；所述的车体主动轮和从动轮是指车体的外侧驱动轮为主动轮，内侧车轮为从动轮，这样才能实现圆周运动，不受内侧和外侧的运动路程不等的影响；在车体(101)的内侧和外侧设置分别有内外限位轮(109)，以保证车体沿圆弧面行走，并防止车体意外情况下跑出法兰面，造成事故；张紧轮(108)压在第一同步带传动机构(105)上，这样便于同步带的安装更换，并且能提高同步带的张紧力，提高传动效率，减小传动间隙；第一电机(102)与蜗轮蜗杆机构(103)相连，锥齿轮机构(104)与第一同步带传动机构(105)相连，主动轴(106)带动第一同步带机构(105)，经过锥齿轮机构(104)传递到从动轴(107)；张紧轮(108)用于第一同步带传动机构的张紧，减少同步带运动间隙；
所述扫描光电头(2)包括图像传感器(201)、反射镜(202)、光源(203)及光纤(204)；所述反射镜(202)固联在图像传感器(201)前方；光纤(204)与光源(203)相连，光源(203)发出的光经光纤(204)传播用于螺纹孔照明，螺纹孔表面经反射镜(202)成像在图像传感器(201)上；
所述传动装置(3)包括传动机构箱体(301)、第二电机(302)、轴角编码器(303)、齿轮传动机构(304)、丝杠螺母机构(305)、第二同步带传动机构(306)、导电环(307)及连接轴(308)；第二电机(302)与齿轮传动机构(304)相连，轴角编码器(303)与齿轮传动机构相连，用于测量齿轮转角。齿轮传动机构(304)带动丝杠螺母机构(305)运动，第二同步带(306)与扫描光电头连接，在丝杠螺母机构(305)和第二同步带(306)的带动下形成螺旋运动。
所述主动轴(106)、从动轴(107)均采用金属轮外面浇注橡胶，增大摩擦力的同时也可以避免划伤压力容器法兰面。
所述内外限位轮(109)包括固定板(1091)，弹簧(1092)，滚子(1093)，支杆(1094)以及调整螺钉(1095)；支杆(1094)与固定板(1091)相连，并可进行转动运动。滚子(1093)与支杆(1094)连接；调整螺钉(1095)与弹簧(1092)接触形成压紧力，对车体进行导向；弹簧用于将滚子压在压力容器侧壁上，调整螺钉用于调整压紧力。
所述自动定位传感器(110)由三个霍尔传感器组成，第一霍尔传感器运动到压力容器法兰面的孔边缘后，由于法兰面感应产生一个反馈信号反馈给外部的控制器，控制器控制电机降低车体的速度，当第二霍尔传感器检测到法兰面孔边缘后反馈给控制器一个到位停止运动的信号，第三霍尔传感器用于校验是否定位准确，若定位准确则无信号，若突发过冲现象则有反馈信号，阻止主控器的下一步动作，保护扫光电头的安全，并由控制器控制重新定位。
所述光源(203)采用卤钨灯，并设置有反射碗，光线经反射碗反射后出射平行光，聚焦于光纤(204)上。
所述光纤(204)是把一根粗光纤分散成数组细光纤，粗光纤直接对准光源采光，数组细光纤均匀分散布置在螺孔目标周围，并成一定的角度，经过光纤导光，变换照明角度后，目标螺纹上的照度均匀，明暗交替的目标少，成像效果好。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用光、机、电一体化技术，对反应堆螺栓孔螺纹表面的缺陷、可疑点等各种状态进行视频摄像，显示，并通过图像压缩实时将视频图像转换成数字信息并进行存储。该设备可以在压力容器法兰面自动行走，自动定位对中，并自动检查法兰面的主螺栓孔，可有效提高检查效率，降低工作人员的受辐射剂量。
(2)现有技术通过人工观察，不但工作强度大，而且现场环境具有辐射，对人体造成危害。本技术采用自动化手段，集成了光机电一体化技术实现了压力容器法兰面螺栓孔的自动检查，有效降低了人员工作强度和受辐射剂量。
附图说明
图1为本发明的螺孔视频检查装置结构图；
图2为本发明中的自动定位车体结构图；
图3为本发明中的限位轮结构图；
图4为本发明听扫描光电头结构图；
图5为本发明的传动装置结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明反应堆压力容器螺栓孔视频检查包括自动定位车体1、扫描光电头2及传动装置3。
如图2所示，自动定位车体1包括车体101、第一电机102、蜗轮蜗杆机构103、锥齿轮机构104、第一同步带传动机构105、主动轴106、从动轴107、张紧轮108、内外限位轮109及自动定位传感器110，所述的车体主动轮和从动轮是指车体的外侧驱动轮为主动轮，内侧车轮为从动轮，这样才能实现圆周运动，不受内侧和外侧的运动路程不等的影响；在车体101的内侧和外侧设置分别有内外限位轮109，以保证车体沿圆弧面行走，并防止车体意外情况下跑出法兰面，造成事故；张紧轮108压在第一同步带传动机构105上，这样便于同步带的安装更换，并且能提高同步带的张紧力，提高传动效率，减小传动间隙；第一电机102与蜗轮蜗杆机构103相连，锥齿轮机构104与第一同步带传动机构105相连，主动轴106带动第一同步带机构105，经过锥齿轮机构104传递到从动轴107。张紧轮108用于第一同步带传动机构的张紧，减少同步带运动间隙。
工作时，电机转动带动蜗杆转动，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮与主动轴固联驱动主动轮转动。主动轴的运动通过锥齿轮机构以及同步带机构传递到从动轴及从动轮，从而实现车体运动。
所述车体通过主动轴与从动轴的轴线相交于一点，且该点与压力容器法兰面圆心重合，在结构设计的理论上保证车体沿压力容器法兰面圆周行走，但由于加工和装配误差，以及法兰面本身的误差等因素影响，车体实际工作时的误差再由内限位轮精确定位，外限位轮在弹簧力作用下微调，实现车体实时准确沿法兰面圆周行走。
所述主动轮109和从动轮108均采用金属轮外面浇注橡胶，增大摩擦力的同时也可以避免划伤压力容器法兰面。
所述车体的内侧和外侧分别设置有限位轮，以保证车体沿圆弧面行走，并防止车体意外情况下跑出法兰面，造成事故。所述外侧限位轮如图所示。它主要包括固定板，弹簧，滚子，支杆以及调整螺钉。弹簧用于将滚子压在压力容器侧壁上，调整螺钉用于调整压紧力。
所述张紧轮压在同步带传动机构上，这样便于同步带的安装更换，并且能提高同步带的张紧力，提高传动效率，减小传动间隙。
所述的车体主动轮和从动轮是指车体的外侧驱动轮为主动轮，内侧车轮为从动轮，这样才能实现圆周运动，不受内侧和外侧的运动路程不等的影响。
如图3所示，扫描光电头2包括图像传感器201、反射镜202、光源203以及光纤204等。光源发出的光经过光纤照亮被观察的螺纹、螺纹通过反射镜、镜头在图像传感器中成像，从而实现螺纹的视频检查。光纤204与光源203相连，光源203发出的光经光纤204传播用于螺纹孔照明，螺纹孔表面经反射镜202成像在图像传感器201上。
所述的图像传感器为数字式传感器，能够采集高清数字图像并便于存储和压缩。
所述镜头固联在图像传感器前方，所述镜头是根据所设计的机构的相距、物距以及靶面尺寸自行研发设计的镜头。
所述的反射镜是为了在狭小空间实现成像而设置的，该反射镜改变了成像方向。
所述光源采用卤钨灯光源，并设置有反射碗，光线经反射碗反射后出射平行光，聚焦于光纤上。
所述的光纤是把一根粗光纤分散成数组细光纤，粗光纤直接对准光源采光，数组细光纤均匀分散布置在螺孔目标周围，并成一定的角度，这样经过光纤导光，变换照明角度后，目标螺纹上的照度均匀，明暗交替的目标少，成像效果好。
如图4所示，传动装置3主要包括传动机构箱体301、第二电机302、轴角编码器303、齿轮传动机构304、丝杠螺母机构305、第二同步带传动机构306、导电环以及其连接轴307。第二电机302与齿轮传动机构304相连，轴角编码器303与齿轮传动机构相连，用于测量齿轮转角。齿轮传动机构304带动丝杠螺母机构305运动，第二同步带306与扫描光电头连接，在丝杠螺母机构305和第二同步带306的带动下形成螺旋运动。
其中，电机直接驱动主动齿轮，并在主动齿轮上安装有编码器反馈旋转角度，从动齿轮与螺母固联，螺母与同步带轮设计为一个整体零件，从动齿轮带动螺母旋转升降的同时，也通过同步带轮机构驱动扫描头的旋转扫描。所述的螺母固联在传动装置3的腔体上，传动装置3的箱体由直线轴承和立柱光杆实现竖直方向上导向，螺母旋转升降带动传动装置3整体升降。此外扫描光电头2也固联在传动装置3上，因此，电机驱动螺母的同时，也是在驱动扫描光电头旋转升降。
所述的丝杠螺母机构中导程与所检测的主螺栓孔的螺纹导程相同，这样就能实现扫描头按照螺纹的螺旋线进行扫描成像，所成的图像连续均匀，能如实反馈螺纹的实际状况，如果螺孔有缺陷，则可以根据编码器和零位开关传感器反馈信息转化为实际螺孔的深度和角度坐标记录下来，为后续的修复和处理提供了准确的定位点。
所述的扫描光电头由于在旋转升降，为避免控制电缆、信号电缆以及电源电缆缠绕，本文中在旋转轴上设置了导电环，且旋转轴设计为中空结构用于走线，扫描头的电缆在旋转轴的中空结构中与导电环的动环电缆对接，导电环的静环电缆与传动装置3的箱体的电路板相连。
传动机构的导向立柱设置有两根，与固联在传动机构箱体上的两个直线轴承配合，实现导向功能。
扫描头通过旋转轴与传动机构相连，在传动机构的带动下可实现扫描头旋转和升降复合运动，实现螺纹的视频检查。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种螺孔视频检查装置，其特征在于包括：自动定位车体(1)、扫描光电头(2)及传动装置(3)；自动定位车体(1)包括车体(101)、第一电机(102)、蜗轮蜗杆机构(103)、锥齿轮机构(104)、第一同步带传动机构(105)、主动轴(106)、从动轴(107)、张紧轮(108)、内外限位轮(109)及自动定位传感器(110)；所述的车体主动轮和从动轮是指车体的外侧驱动轮为主动轮，内侧车轮为从动轮，这样才能实现圆周运动，不受内侧和外侧的运动路程不等的影响；在车体(101)的内侧和外侧设置分别有内外限位轮(109)，以保证车体沿圆弧面行走，并防止车体意外情况下跑出法兰面，造成事故；张紧轮(108)压在第一同步带传动机构(105)上，这样便于同步带的安装更换，并且能提高同步带的张紧力，提高传动效率，减小传动间隙；第一电机(102)与蜗轮蜗杆机构(103)相连，锥齿轮机构(104)与第一同步带传动机构(105)相连，主动轴(106)带动第一同步带机构(105)，经过锥齿轮机构(104)传递到从动轴(107)；张紧轮(108)用于第一同步带传动机构的张紧，减少同步带运动间隙；
所述扫描光电头(2)包括图像传感器(201)、反射镜(202)、光源(203)及光纤(204)；所述反射镜(202)固联在图像传感器(201)前方；光纤(204)与光源(203)相连，光源(203)发出的光经光纤(204)传播用于螺纹孔照明，螺纹孔表面经反射镜(202)成像在图像传感器(201)上；
所述传动装置(3)包括传动机构箱体(301)、第二电机(302)、轴角编码器(303)、齿轮传动机构(304)、丝杠螺母机构(305)、第二同步带传动机构(306)、导电环(307)及连接轴(308)；第二电机(302)与齿轮传动机构(304)相连，轴角编码器(303)与齿轮传动机构相连，用于测量齿轮转角。齿轮传动机构(304)带动丝杠螺母机构(305)运动，第二同步带(306)与扫描光电头连接，在丝杠螺母机构(305)和第二同步带(306)的带动下形成螺旋运动。
2.根据权利要求1所述的螺孔视频检查装置，其特征在于：所述主动轴(106)、从动轴(107)均采用金属轮外面浇注橡胶，增大摩擦力的同时也可以避免划伤压力容器法兰面。
3.根据权利要求1所述的螺孔视频检查装置，其特征在于：所述内外限位轮(109)包括固定板(1091)，弹簧(1092)，滚子(1093)，支杆(1094)以及调整螺钉(1095)；支杆(1094)与固定板(1091)相连，并可进行转动运动；滚子(1093)与支杆(1094)连接；调整螺钉(1095)与弹簧(1092)接触形成压紧力，对车体进行导向；弹簧用于将滚子压在压力容器侧壁上，调整螺钉用于调整压紧力。
4.根据权利要求1所述的螺孔视频检查装置，其特征在于：所述自动定位传感器(110)由三个霍尔传感器组成，第一霍尔传感器运动到压力容器法兰面的孔边缘后，由于法兰面感应产生一个反馈信号反馈给外部的控制器，控制器控制电机降低车体的速度，当第二霍尔传感器检测到法兰面孔边缘后反馈给控制器一个到位停止运动的信号，第三霍尔传感器用于校验是否定位准确，若定位准确则无信号，若突发过冲现象则有反馈信号，阻止主控器的下一步动作，保护扫光电头的安全，并由控制器控制重新定位。
5.根据权利要求1所述的螺孔视频检查装置，其特征在于：所述光源(203)采用卤钨灯，并设置有反射碗，光线经反射碗反射后出射平行光，聚焦于光纤(204)上。
6.根据权利要求1所述的螺孔视频检查装置，其特征在于：所述光纤(204)是把一根粗光纤分散成数组细光纤，粗光纤直接对准光源采光，数组细光纤均匀分散布置在螺孔目标周围，并成一定的角度，经过光纤导光，变换照明角度后，目标螺纹上的照度均匀，明暗交替的目标少，成像效果好。
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