CN107606387A - 一种自适应管道爬行器及管道焊缝检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应管道爬行器及管道焊缝检测方法，所述爬行器包括前车体、后车体和云台，所述前车体与后车体之间通过联轴器连接，所述后车体上设有第一焊缝检测装置，所述云台与后车体连接，且云台上设有第二焊缝检测装置。本发明解决了现有技术中不能适应管道直径变化，带电缆工作，行程受到限制，管道附着能力差，通融能力差，检测强度高，检测效率低等问题，其结构简单，检测可靠，效率高，适用于海底管道、天然气管道、城市管道等场合。

Description

一种自适应管道爬行器及管道焊缝检测方法

技术领域

本发明涉及一种爬行器，尤其是一种自适应管道爬行器及管道焊缝检测方法，属于自动化设备技术领域。

背景技术

管道运输广泛应用于石油、化工、能源、食品加工、城市供排水、农业灌溉等领域。但由于受到化学腐蚀等影响，导致管道焊缝开裂失效，从而导致输送物质泄漏，造成严重的环境污染、易燃物爆炸、能源浪费等严重事故。因此需定期对管道进行检测维修和保养。目前都是通过工作人员进入管道检测，存在工作量大、效力低下、工作环境恶劣危险等弊端，特别对于细小管道、输送有毒介质和海底石油天然气等管道，人员无法进行检测，因此有必要研究一种管道爬行器和管道焊缝检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应管道爬行器，该爬行器解决了现有技术中不能适应管道直径变化，带电缆工作，行程受到限制，管道附着能力差，通融能力差，检测强度高，检测效率低等问题，其结构简单，检测可靠，效率高，适用于海底管道、天然气管道、城市管道等场合。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述爬行器的管道焊缝检测方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种自适应管道爬行器，包括前车体、后车体和云台，所述前车体与后车体之间通过联轴器连接，所述后车体上设有第一焊缝检测装置，所述云台与后车体连接，且云台上设有第二焊缝检测装置。

进一步的，所述前车体包括壳体、至少三个履带轮和至少三个平行四边形机构，履带轮均匀分布在壳体的周围；

履带轮与平行四边形机构一一对应，且每个平行四边形机构的两端分别与壳体、对应的履带轮铰接。

进一步的，所述前车体的壳体内设有丝杆、滑块、伺服电机和控制单元，所述滑块设置在丝杆上，所述平行四边形机构通过连杆与滑块连接，构成曲柄滑块组件，所述丝杆与伺服电机连接，所述伺服电机与控制单元连接。

进一步的，所述后车体包括壳体、导向轮、至少两个履带轮和至少三个平行四边形机构，履带轮和导向轮均匀分布在壳体的周围；

导向轮与其中一个平行四边形机构对应，且该平行四边形机构的两端分别与壳体、导向轮铰接；

履带轮与其余的平行四边形机构一一对应，且每个平行四边形机构的两端分别与壳体、对应的履带轮铰接。

进一步的，所述后车体的壳体内设有丝杆、滑块、伺服电机和控制单元，所述滑块设置在丝杆上，所述平行四边形机构通过连杆与滑块连接，构成曲柄滑块组件，所述丝杆与伺服电机连接，所述伺服电机与控制单元连接。

进一步的，所述第一焊缝检测装置为超声波传感器，所述超声波传感器设置在导向轮对应的平行四边形机构上。

进一步的，所述第二焊缝检测装置包括多个超声波传感器和多个摄像机，多个超声波传感器和多个摄像机均匀分布在云台上。

进一步的，所述云台内设有电机、角度调节器和控制单元，所述电机和调节器分别与控制单元连接，所述电机用于带动云台在径向平面内旋转，所述角度调节器用于带动云台在轴向平面内摆动。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于上述爬行器的管道焊缝检测方法，其特征在于：所述方法包括：

爬行器在管道中前进后，后车体上的第一焊缝检测装置随爬行器一起前进，并不断发出和接收检测信号；

后车体的控制单元处理接收到的检测信号，并判断是否存在焊缝；

当判断不存在焊缝时，爬行器继续前进；

当判断存在焊缝时，爬行器前进到云台上第二焊缝检测装置到达焊缝位置时停止；

云台的控制单元控制云台摆动，使第二焊缝检测装置对准焊缝位置；

云台的控制单元控制云台旋转，同时通过第二焊缝检测装置获取焊缝信息。

进一步的，所述方法还包括：

第二焊缝检测装置检测焊缝信息，判断焊缝是否存在其他损伤情况，并反馈判断结果。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的爬行器设置了前车体、后车体和云台，并在后车体和云台上分别设置焊缝检测装置，后车体的焊缝检测装置可以在爬行器的前进过程中发出和接收检测信号，以检测是否存在焊缝，云台上的焊缝检测装置可以在存在焊缝时到达焊缝位置，以获取焊缝信息以及对焊缝信息进一步检测是否存在其他损伤情况(如裂缝、腐蚀等)，实现管道焊缝的全面检测，其结构简单，检测可靠，效率高，适用于海底管道、天然气管道、城市管道等场合。

2、本发明的前车体包括壳体、至少三个履带轮和至少三个平行四边形机构，履带轮和平行四边形机构一一对应，每个平行四边形机构的两端分别与壳体、对应的履带轮铰接，使得各个履带轮能够进行升降，以适应不同直径的管道；相应地，后车体包括壳体、导向轮、至少两个履带轮和至少三个平行四边形机构，导向轮与其中一个平行四边形机构对应，履带轮与其余的平行四边形机构一一对应，使得导向轮和各个履带轮能够进行升降，以适应不同直径的管道，而且导向轮可以在爬行器的前进过程中进行升降运动。

3、本发明的后车体上的焊缝装置采用超声波传感器，将超声波传感器设置在导向轮对应的平行四边形机构上，超声波传感器可以随导向轮一起运动，使得超声波传感器可以对管道中的各个位置发出超声波信号。

4、本发明的云台上的焊缝装置采用超声波传感器和摄像机配合，超声波传感器和摄像机可以随云台的旋转和摆动获取焊缝位置的焊缝信息，并检测焊缝信息是否存在其他损伤情况。

附图说明

图1为本发明实施例1的自适应管道爬行器立体结构图。

图2为本发明实施例1的自适应管道爬行器正视结构图。

图3为本发明实施例1的前车体中第一丝杆、第一滑块和三个平行四边形机构的相互关系立体结构图。

图4为本发明实施例1的前车体中第一丝杆、第一滑块和三个平行四边形机构的相互关系正视结构图。

其中，1-前车体，2-后车体，3-云台，4-联轴器，5-第一壳体，6-第一履带轮，7-第二履带轮，8-第三履带轮，9-第一平行四边形机构，10-第二平行四边形机构，11-第三平行四边形机构，12-第一丝杆，13-第一滑块，14-第一连杆，15-第二连杆，16-第三连杆，17-第二壳体，18-导向轮，19-第四履带轮，20-第五履带轮，21-第四平行四边形机构，22-第五平行四边形机构，23-第六平行四边形机构，24-第二丝杆，25-第二滑块，26-第四连杆，27-第五连杆，28-第六连杆，29-第一超声波传感器，30-第二超声波传感器，31-第三超声波传感器，32-第一摄像机，33-第二摄像机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种自适应管道爬行器，该爬行器包括前车体1、后车体2和云台3，所述前车体1与后车体2之间通过联轴器4连接，联轴器4优选采用柔性的联轴器，所述云台3与后车体2连接。

所述前车体1包括第一壳体5、第一履带轮6、第二履带轮7、第三履带轮8、第一平行四边形机构9、第二平行四边形机构10和第三平行四边形机构11；第一履带轮6、第二履带轮7和第三履带轮8的大小和结构相同，内置独立电机，且均为主动轮，三个履带轮均匀分布在第一壳体5的周围，即任意两个履带轮之间的夹角为120度；第一平行四边形机构9的两端分别与第一壳体5、第一履带轮6铰接，以实现第一履带轮6相对第一壳体5升降，第二平行四边形机构10的两端分别与第一壳体5、第二履带轮7铰接，以实现第二履带轮7相对第一壳体5升降，第三平行四边形机构11的两端分别与第一壳体5、第三履带轮8铰接，以实现第三履带轮8相对第一壳体5升降，通过通过对三个履带轮进行升降来适应不同直径的管道。

进一步地，结合图3和图4，第一壳体5为空心结构，第一壳体5内设有第一丝杆12、第一滑块13、第一伺服电机和第一控制单元，第一滑块13为两个，两个第一滑块13前后设置在第一丝杆12上，第一平行四边形机构9通过第一连杆14与第一滑块13连接，构成第一曲柄滑块组件，第二平行四边形机构10通过第二连杆15与第一滑块13连接，构成第二曲柄滑块组件，第三平行四边形机构11通过第三连杆16与第一滑块13连接，构成第三曲柄滑块组件，第一连杆14、第二连杆15和第三连杆16均为两个，分别对应前边的第一滑块13和后边的第二滑块13，第一丝杆12与第一伺服电机连接，第一伺服电机与第一控制单元连接，第一伺服电机带动第一丝杆12转动，第一丝杆12转动后带动第一滑块13前后移动，从而实现三个履带轮的同时自动升降。

本实施例中，所述第一控制单元包括控制器、中央处理器、存储器、电池等。

所述后车体2包括第二壳体17、导向轮18、第四履带轮19、第五履带轮20、第四平行四边形机构21、第五平行四边形机构22和第六平行四边形机构23；本实施例的导向轮18前后各设置一个，两个导向轮18为从动轮，并排设置形成导向轮组，第四履带轮19和第五履带轮20的大小和结构相同，内置独立电机，且均为主动轮，导向轮组、第四履带轮19和第五履带轮20均匀分布在壳体的周围，即导向轮组与第四履带轮19之间的夹角为120度，导向轮组与第五履带轮20之间的夹角为120度，第四履带轮19和第五履带轮20之间的夹角为120度；第四平行四边形机构21的两端分别与第二壳体17、导向轮组铰接，以实现导向轮组相对第二壳体17升降，第五平行四边形机构22的两端分别与第二壳体17、第四履带轮19铰接，以实现第四履带轮19相对第二壳体17升降，第六平行四边形机构23的两端分别与第二壳体17、第五履带轮20铰接，以实现第五履带轮20相对第二壳体17升降，通过对导向轮和两个履带轮进行升降来适应不同直径的管道，而且导向轮可以在爬行器的前进过程中进行升降运动。

进一步地，第二壳体17为空心结构，第一壳体16内设有第二丝杆24、第二滑块25、第二伺服电机和第二控制单元，第二滑块25为两个，两个第二滑块25前后设置在第二丝杆24上，第四平行四边形机构21通过第四连杆26与第二滑块25连接，构成第四曲柄滑块组件，第五平行四边形机构22通过第五连杆27与第二滑块25连接，构成第五曲柄滑块组件，第六平行四边形机构23通过第六连杆28与第二滑块25连接，构成第六曲柄滑块组件，第四连杆26、第五连杆27和第六连杆28均为两根，分别对应前边的第二滑块25和后边的第二滑块25，第二丝杆24与第二伺服电机连接，第二伺服电机与第二控制单元连接，第二伺服电机带动第二丝杆24转动，第二丝杆24转动后带动第二滑块25前后移动，从而实现导向轮组和两个履带轮的同时自动升降。

本实施例中，两个导向轮18的中间设有第一超声波传感器29，第一超声波传感器29设置在第四平行四边形机构21上，并与第二控制单元连接，可以随导向轮18一起运动，使得第一超声波传感器29可以对管道中的各个位置发出超声波信号，第一超声波传感器29随爬行器一起前进，并不断发出和接收超声波信号，第二控制单元处理接收到的超声波信号，并判断是否存在焊缝。

本实施例中，所述第二控制单元包括控制器、中央处理器、存储器、电池等，存储器可以存储第一超声波传感器29接收的超声波信号。

所述云台3为空壳体，云台3内设有电机、角度调节器和第三控制单元，电机和调节器分别与第三控制单元连接，电机可以带动云台在径向平面内360度旋转，角度调节器可以带动云台在轴向平面内小角度摆动；云台3的第一面与后车体2连接，与第一面相反的第二面上设有第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33，第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33均匀分布，且第二超声波传感器30和第三超声波传感器31相对设置，第一摄像机32和第二摄像机33相对设置，即第二超声波传感器30与第一摄像机32之间的夹角为120度，第二超声波传感器30与第二摄像机33之间的夹角为120度，第三超声波传感器31与第一摄像机32之间的夹角为120度，第三超声波传感器31与第二摄像机33之间的夹角为120度；第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33与第二控制单元连接，当通过第一超声波传感器29检测存在焊缝时，爬行器前进到两个超声波传感器和两个摄像机到达焊缝位置时停止，此时通过角度调节器带动云台3摆动，以调整两个超声波传感器和两个摄像机的位置，使它们对准焊缝位置，然后通过电机带动云台3旋转，同时两个超声波传感器和两个摄像机开始工作，获取焊缝信息，通过两个超声波传感器和两个摄像机检测焊缝信息，进一步判断焊缝是否存在其他损伤情况(如裂缝、腐蚀等)。

本实施例中，所述角度调节器采用电动式角度调节器，其包括小型可逆式直流电动机、减速齿轮和电磁离合器；所述第三控制单元包括控制器、中央处理器、存储器等，存储器可以存储第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33获取的焊缝信息，以及第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33检测焊缝信息的判断结果。

本实施例还提供了一种管道焊缝检测方法，该方法基于上述爬行器实现，包括以下步骤：

S1、爬行器在管道中前进后，第一超声波传感器29随爬行器一起前进，并不断发出和接收超声波信号。

S2、第二控制单元通过实时运算处理接收到的超声波信号，并判断是否存在焊缝，若不存在焊缝，爬行器继续前进，若存在焊缝，进入步骤S3。

S3、爬行器前进到第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33到达焊缝位置时停止。

S4、第三控制单元通过角度调节器控制云台3摆动，调整第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33的位置，使它们对准焊缝位置。

S5、第三控制单元通过电机控制云台3旋转，同时第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33开始工作，获取焊缝信息，实现管道焊缝的检测。

进一步地，所述方法还可以包括：

S6、第二超声波传感器30、第三超声波传感器31、第一摄像机32和第二摄像机33检测焊缝信息，判断焊缝是否存在其他损伤情况，并反馈判断结果，实现管道焊缝的进一步检测。

实施例2：

本实施例的主要特点是：所述前车体的履带轮还可以为四个或四个以上，以四个为例，任意两个履带轮之间的夹角为90度；所述后车体的履带轮还可以为三个或以上，以三个为例，任意两个履带轮之间的夹角为90度，导向轮与相邻的两个履带轮之间的夹角为90度。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的主要特点是：所述云台上的超声波传感器和摄像机均可以为三个或三个以上，以三个为例，超声波传感器与相邻两个摄像机之间的夹角为60度。其余同实施例1。

综上所述，本发明的爬行器设置了前车体、后车体和云台，并在后车体和云台上分别设置焊缝检测装置，后车体的焊缝检测装置可以在爬行器的前进过程中发出和接收检测信号，以检测是否存在焊缝，云台上的焊缝检测装置可以在存在焊缝时到达焊缝位置，以获取焊缝信息以及对焊缝信息进一步检测是否存在其他损伤情况(如裂缝、腐蚀等)，实现管道焊缝的全面检测，其结构简单，检测可靠，效率高，适用于海底管道、天然气管道、城市管道等场合。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应管道爬行器，其特征在于：包括前车体、后车体和云台，所述前车体与后车体之间通过联轴器连接，所述后车体上设有第一焊缝检测装置，所述云台与后车体连接，且云台上设有第二焊缝检测装置。

2.根据权利要求1所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述前车体包括壳体、至少三个履带轮和至少三个平行四边形机构，履带轮均匀分布在壳体的周围；

履带轮与平行四边形机构一一对应，且每个平行四边形机构的两端分别与壳体、对应的履带轮铰接。

3.根据权利要求2所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述前车体的壳体内设有丝杆、滑块、伺服电机和控制单元，所述滑块设置在丝杆上，所述平行四边形机构通过连杆与滑块连接，构成曲柄滑块组件，所述丝杆与伺服电机连接，所述伺服电机与控制单元连接。

4.根据权利要求1所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述后车体包括壳体、导向轮、至少两个履带轮和至少三个平行四边形机构，履带轮和导向轮均匀分布在壳体的周围；

导向轮与其中一个平行四边形机构对应，且该平行四边形机构的两端分别与壳体、导向轮铰接；

履带轮与其余的平行四边形机构一一对应，且每个平行四边形机构的两端分别与壳体、对应的履带轮铰接。

5.根据权利要求4所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述后车体的壳体内设有丝杆、滑块、伺服电机和控制单元，所述滑块设置在丝杆上，所述平行四边形机构通过连杆与滑块连接，构成曲柄滑块组件，所述丝杆与伺服电机连接，所述伺服电机与控制单元连接。

6.根据权利要求4所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述第一焊缝检测装置为超声波传感器，所述超声波传感器设置在导向轮对应的平行四边形机构上。

7.根据权利要求1所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述第二焊缝检测装置包括多个超声波传感器和多个摄像机，多个超声波传感器和多个摄像机均匀分布在云台上。

8.根据权利要求1所述的一种自适应管道爬行器，其特征在于：所述云台内设有电机、角度调节器和控制单元，所述电机和调节器分别与控制单元连接，所述电机用于带动云台在径向平面内旋转，所述角度调节器用于带动云台在轴向平面内摆动。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述爬行器的管道焊缝检测方法，其特征在于：所述方法包括：

爬行器在管道中前进后，后车体上的第一焊缝检测装置随爬行器一起前进，并不断发出和接收检测信号；

后车体的控制单元处理接收到的检测信号，并判断是否存在焊缝；

当判断不存在焊缝时，爬行器继续前进；

当判断存在焊缝时，爬行器前进到云台上第二焊缝检测装置到达焊缝位置时停止；

云台的控制单元控制云台摆动，使第二焊缝检测装置对准焊缝位置；

云台的控制单元控制云台旋转，同时通过第二焊缝检测装置获取焊缝信息。

10.根据权利要求9所述的管道焊缝检测方法，其特征在于：所述方法还包括：

第二焊缝检测装置检测焊缝信息，判断焊缝是否存在其他损伤情况，并反馈判断结果。