CN107615056B - 用于使探针相对于表面被动法向化的部署机构 - Google Patents

Abstract

本设备构造为承载仪器或探针，且可选地将其抵靠一表面部署，所述表面例如是金属管道或储罐。所述设备可以包括传感器探针和第一连接体，所述传感器探针用于检查表面的完整性，所述第一连接体可操作地联接到所述传感器探针，且构造为根据第一路径(在第一方向/第一自由度上)移动所述传感器探针。致动器可以可操作地连接到所述第一连接体以移动所述第一连接体，从而沿着所述第一路径移动所述传感器探针。第二连接体可操作地连接到所述传感器探针，且构造为根据第二自由度被动地移动所述传感器探针，以导致当所述设备的至少一部分接触所述表面时，所述传感器探针变成法向于所述表面。

Description

用于使探针相对于表面被动法向化的部署机构

技术领域

本发明涉及用于支撑仪器的设备，所述仪器例如是传感器(例如，超声波探针)，且更具体地，本发明涉及构造为承载传感器的设备，使得传感器能够抵靠表面(例如，管壁)降低或部署，且当设备的至少一部分与表面之间接触时，自动地变得至少基本上法向于所述表面。

背景技术

设备的日常检查对大多数行业至关重要，以确保安全性和优化性能。例如，在石油工业及相关领域，液体和气体及其混合物经由管道输送，这些材料也储存在大型罐中。

在该行业中已知的是，为了保持管道、储罐等的完整性，可能使用传感器装置来检查这样的表面。特别地，检查车可以用于行驶跨过目标对象(例如，管道或罐)的表面，并记录关于管壁质量的信息。这些检查车中的大多数使用超声波或磁性传感器进行检查。基于记录的信息，可以检测并注意到被检查的表面(例如管壁)中的任何裂纹或其他缺陷，以便采取后续的补救措施。

虽然在这样的检查车中可以使用许多不同的传感器，但一种优选类型的超声波传感器是干式耦合探针(DCP)，其构造为对表面执行超声波检查，以测量壁厚并检测腐蚀。干式耦合探针通常以轮的形式构建，其中轴(轮轴)意在保持固定，因为轴具有刚性地嵌入其中的换能器部件，而外轮围绕轴旋转。因此，探针的轴必须被保持和定位，使得换能器总是指向表面，这意味着车轮在其滚转和俯仰方向上没有倾斜。

因此，使用DCP的挑战之一是探针需要始终垂直(法向)于被检查的表面，这在检查车是可移动的并且在表面上巡航时可能是挑战性的。这是特别困难的，因为检查车可能在管道或罐表面上周向、纵向和螺旋状地行驶，这意味着DCP必须重新对准，以确保DCP法向于被检查的表面，而不论检查车的位置如何。

因此，本发明涉及一种机构(装置/设备)，其法向化传感器(例如，DCP)，并且还允许传感器在没有进行检查时从被检查的表面上抬起，以避免不必要的磨损，主要是在检查车被引导和/或移动到不同的检查位置时。

发明内容

本设备构造为承载构造为检查表面的仪器/探针，所述表面例如是金属管道或储罐，且所述设备还构造为联接到检查车。所述仪器可以是传感器探针的形式，例如构造为检查表面的完整性的传感器探针，以及第一连接体，其可操作地联接到所述传感器探针，且构造为根据第一自由度移动所述传感器探针。致动器可以可操作地连接到所述第一连接体以移动所述第一连接体，以便根据所述第一自由度移动所述传感器探针。第二连接体可操作地连接到所述传感器探针，且构造为根据第二自由度被动地移动所述传感器探针，以使得当所述设备的至少一部分(例如，第二连接体)与所述表面之间发生接触时，所述传感器探针变得至少基本上法向于所述表面。所述第一自由度可以是上下运动(例如，传感器可以沿着上下方向移动，但是沿着稍微弯曲的路径)(其大致可以认为是俯仰方向)以允许降低(部署)和升高传感器探针，且第二自由度可以是滚转方向上的运动。因此，第一自由度不限于仅在线性方向上的运动，而是可以包括弯曲路径。

所述第一连接体可以是主动机构，因为所述第一连接体由所述致动器的操作驱动；然而，所述第二连接体是被动机构，因为当所述传感器探针被部署，且所述设备的至少一部分(例如，第二连接体)接触所述表面时，所述第二连接体自动地法向化所述传感器探针。然而，在替代实施例中，装备不包括致动器，且所述探针总是针对所述表面部署。在该替代实施例中，偏置构件(例如弹簧)可以用于保持所述探针针对所述表面，以提供一些阻尼/悬挂。

因此，应当理解，当设备的至少一部分与表面发生接触时，将发生本文所讨论的法向化。例如，设备的进行接触的部分可以是第二连接体的形式，且可以包括或可以不包括不由设备(即，传感器(探针))承载的对象。例如，在一些实施例中，不希望承载的对象(例如，成像装置(相机)或激光仪器)与表面进行物理接触。相反，在这些实施例中，对象保持为由设备(例如，第二连接体)悬挂且稍微地与表面间隔开，而设备的另一部分(例如第二连接体)与表面接触。

本发明提供的这种机制对于敏感的定向传感器是特别有用的，例如干式耦合探针，其需要使其内部的换能器部件总是法向于被检查的表面，以便从其具有正确的读数。

附图说明

图1外部装置的侧视图，例如检查车，其具有根据本发明的用于承载传感器探针的装置；

图2是图1的装置的侧面透视图；

图3是图1的装置的侧视图，其示出了第一连接体；

图4是图1的装置的正视图，其示出了第二连接体；

图5是图1的装置的分解透视图；

图6是图1的装置的另一分解透视图；

图7是根据第一实施例的图1的装置的传动装置的一部分的正视图；

图8是根据第二实施例的图1的装置的传动装置的一部分的正视图；

图9A是示出了处于第一状态的第二连接体的示意图；

图9B是在施加力之后的处于第二状态的第二连接体的示意图；

图10A是示出了处于第一状态的常规T连接体的示意图；

图10B是示出了施加力之后的处于第二状态的常规T连接体的示意图；

图11A和11B示出了将作为常规T连接体(图11A)的一部分的传感器探针与作为第二连接体(图11B)的一部分的传感器探针的轨迹进行比较的图；

图12A是平坦表面上的传感器探针的侧视图，其示出了，由于本发明的构造，探针和表面之间的接触角可以至少为基本上法向；

图12B是8英寸管道上的传感器探针的侧视图，其示出了，由于本发明的构造，探针和表面之间的接触角可以至少为基本上法向；以及

图12C是13英寸管道上的传感器探针的侧视图，其示出了，由于本发明的构造，探针和表面之间的接触角可以至少为基本上法向。

具体实施方式

图1总体上示出了外部装置10和设备(机构)100，其构造为可释放地联接到外部装置10并承载探针传感器，使得传感器可以针对表面11(例如管道或储罐的表面)降低或部署，且当设备100的至少一部分和表面之间进行接触时，自动地变得法向于表面11。如本文所述，应当理解，外部装置10不一定必须与表面进行接触，而是设备100的一个或多个部分可以进行接触。

外部装置10可以是检查车的形式(例如本文所示的机器人)、手持式载具、机器人手臂夹持器、用于管道内检查的PIG或刮板机(scrapper)。换言之，根据特定的应用，设备100可以联接到任何数量的不同的设备。例如，设备100可以联接到手持式载具，且如本文所述，设备100的设计允许设备100遵循其他手持式载具不能做的螺旋图案。设备100与机器人手臂夹持器联接，用于在铸造厂或工厂自动选择性地检查管道、梁和钣金件或铸铁零件。为了说明的目的，设备100被描述和示出为附接到检查车10；然而，应当理解，如上所述，设备100可以附接到其他外部设备件。因此，对附接至检查车10的设备100的描述和说明不限制本发明的范围。

检查车10可以是能够可控地行驶跨越表面11的任何数量的不同车辆。例如，检查车10可以是能够由用户控制的机器人装置，用户可以向检查车10发送控制命令，以控制检查车10的操作。以此方式，用户可以有效地驱动检查车10跨越表面，并且也可以停止和转向车辆10。如下文所述，由设备100采集和记录的信息使用合适的通信协议发送给用户，所述通信协议包括有线和无线通信(无线天线15)。因此，机器人检查车10可以是具有两个或更多个轮12的车辆，其允许机器人检查车10被驱动跨越表面11。轮12可以由磁性材料形成，以允许机器人检查车10附接到金属表面11(例如金属管道或金属储罐)，且可以在其上移动。机器人检查车10还包括其他操作部件，包括用于控制轮的旋转的电机、以及处理器，其构造为产生用户命令以操作车辆10，并且还接收并记录从传感器接收的信息。

设备100的细节最好在图2-6的视图中进行理解。设备100包括多个部件，且可以被认为是配合在一起以形成设备100的不同的子组件(在组装后，设备100是图2所示的单个结构的形式)。特别地，设备100可以被认为包括驱动组件101(驱动部件)；第一连接体102、第二连接体103、以及传感器探针结构104。如本文所述，设备100构造为可附接地联接到检查车10，这是由于检查车10提供用于移动设备100跨越表面11的装置，以检查表面11的一个或多个区域。

设备100的驱动部件101包括致动器，其旨在对第一连接体102进行操作，以用于本文所述的受控运动。在所示的实施例中，驱动部件101包括电机110、以及可操作地连接到电机110和第一连接体102的传动装置150。电机110可以是适用于本申请的任何数量的不同类型的电机。例如，电机110可以是能够使用用户界面来控制的无刷DC电机(用户界面例如是远离车辆并由用户控制的主控制器)。电机110具有可旋转的驱动轴112，并连接到电源(例如电池组)。电机110还牢固地附接到电机安装件130，其包括用于接收电机110的开口(其可以具有如图所示的长形形状)且具有可以为平面表面的安装表面131。

电机110的驱动轴112的旋转通过传动装置150转换为第一连接体101的运动。根据一个实施例，传动装置150是蜗杆传动器组件的形式，其为已知类型的齿轮装置。更具体地，蜗杆传动器组件包括蜗杆152(其为螺钉形式的齿轮)，蜗杆152与蜗轮154啮合(其外观上与正齿轮类似，也称为蜗齿轮)。蜗杆152固定地联接到驱动轴112或者其一体部件，使得电机110的致动(操作)导致驱动轴112和蜗杆152的旋转。驱动轴112和蜗杆152从而是同轴的，且围绕固定轴线旋转。驱动部件101还包括可旋转地支撑蜗杆152的端帽155和轴承157等。

蜗轮154固定地联接到蜗轮轴159，蜗轮轴159沿着第二轴线延伸，所述第二轴线垂直于第一轴线。如下文更详细地描述的，蜗轮154和轴159联接到第一连接体101，以便定位蜗轮154与蜗杆152的啮合关系。蜗杆152的旋转转换为蜗轮154的旋转。轴159的第一端固定地附接到蜗轮154。

第一连接体102由形成连接体的多个部分组成，并且提供将设备100附接到检查车10的装置，并且还提供用于支撑驱动部件101的装置。第一连接板102包括第一连接板160、与第一连接板160间隔开的第二连接板180、第一连接臂190、以及第二连接臂200。在一个实施例中，第一连接臂190和第二连接臂200具有不同的长度。以下参考图12A-C描述该特征。

第一连接板160可以平面结构，其具有第一端(顶端)162和相反的第二端(底端)164。第一连接板160在第一端162处具放大的第一段(成角的段)163，且在第二端164处具有放大的第二段(水平段)165，以及形成在第一段163和第二段165之间的窄的中间段(垂直段)166。所示的第一段163和第二段165具有大致矩形的形状，第一段163以相对于第二段165的角度形成。窄的中间段166用于将第一段163与第二段165间隔开，且垂直于第二段165取向。

第一段163的尺寸和形状设定为配合安装件130的安装表面131。第一段163包括多个通孔167，其接收紧固件169，以将第一段163附接到安装件130的安装表面131。以此方式，限定驱动部件101的电机110、蜗杆152和安装件130通过第一连接板160牢固地附接板并支撑。

窄的中间段166包括第一通孔170、第二通孔172和第三通孔174。通孔170、172、174以线性方式形成，其中第一通孔170是最顶端的孔，第二通孔172是中间的孔，且第三通孔174是最底端的孔。轴159通过第一通孔170延伸，且在其中自由地旋转。

第二段165包括第一端表面175和相反的第二端表面177。

第二连接板180具有第一端(顶端)182和相反的第二(底端)184。第二连接板180包括在一端182处终止的第一垂直段183、以及第二端184处的第二水平段185。第一垂直段183和第二水平段185的尺寸和形状设定为与窄的中间段166和第二段165互补。更具体地，第二水平段185可以与第二段165相同。第一垂直段183包括形成其中的三个通孔，即，第一通孔186、第二通孔187和第三通孔188。通孔186、187、188形成为使得他们分别与形成在第一连接板160中的通孔170、172、174轴向地对准。

第二水平段185包括第一端表面181和相反的第二端表面189。

轴159穿过通孔170和通孔186，轴159相对于第一连接板160和第二连接板180自由地可旋转。

如图所示，第一连接板160和第二连接体180定位在彼此间隔开的平行平面中。更具体地，第一连接板160和第二连接板180固定地彼此连接，以保持固定的间隔关系并防止其之间的移动。第一连接板160和第二连接体180可以由连接器135连接，连接器135具有长形的形状且可以是杆的形式，所述杆的一端固定地连接到第一连接板160(例如通过紧固件)且在其相反的端部连接到第二连接板180(例如通过紧固件)。连接器135的两个端部可以插入孔172、187中。

第一连接板160和第二连接体180限定第一连接体102的第一连杆。

第一连接臂190和第二连接臂200是这样的结构形式，其均枢转地连接到第一连杆(第一连接板160和第二连接体180)和检查车10。如图所示，第一连接臂190位于第二连接臂200上方。第一连接臂190具有基部部分191(例如，水平杆)和第一对臂(凸缘)192，其从基部部分191的相对端向外延伸。第一对臂192垂直于基部部分191取向，且设置在平行的平面中，使得与基部部分191组合，限定第一U形结构。臂192的自由端接收紧固件193，以将臂192可枢转地附接到检查车10的本体。这允许第一连接臂190围绕检查车10的本体枢转。

第一连接臂190还包括从基部部分191向内延伸的多个臂，且位于基部部分191的两端之间。如图所示，第一内部臂194靠近基部部分191的一端形成，且第二内部臂195和第三内部臂196靠近基部部分的其他端部形成。第二内部臂195和第三内部臂196靠近彼此形成，以便限定其之间的空间或槽197。第一内部臂194、第二内部臂195和第三内部臂196垂直于基部部分191形成，且位于平行的平面中。包含第一对臂192和臂194、195、196的平面可以彼此平行。

内部臂194、195、196的自由端包括接收轴159的通孔。轴159相对于这些臂194、195、196自由地旋转，且如之前提到的，相对于第一连接板160和第二连接板180自由地旋转。

当第一连接臂190组装到第一连接板160和第二连接体180时，第二连接板180的第一垂直段183接收在槽197内，以便将第一垂直段183定位在臂195、196之间。第一连接板160的窄的中间段166定位邻近臂194且在臂194的内部。再次，通过这些部分延伸的轴159用于将所有部件联接在一起，但是是以轴159自由旋转的方式。

轴159的与蜗轮相反的端部可以接收在轴承构件或类似物161内，轴承构件161可以接收在沿着臂196的外表面形成的凹陷内。轴承构件161可以具有圆形形状。此外，端帽或紧固件137可以用于防止轴159的横向移动。特别地，螺栓137可以螺纹附接到邻近轴承构件161的轴159的自由端，从而限制轴159的横向移动。

根据图4和图8最佳示出的一个实施例，轴159可以通过第一偏置构件210联接到第一连接臂190。更具体地，轴159可以包括安装结构212，第一偏置构件210的一端附接到安装结构212，第一偏置构件210的相反的第二端附接到第一连接臂190。第一偏置构件210可以是围绕轴的长度包裹(盘绕)的扭转弹簧的形式。安装结构212可以是在邻近第一连接板160的内表面的位置处固定地连接到轴159的盘的形式。扭转弹簧210的一端可以固定地附接到盘212(其与轴159一致地旋转)，且扭转弹簧210的另一端可以附接到第一连接臂190(其不移动)的臂195。作为该取向的结果，当驱动部件101使轴159在一个方向上旋转时，弹簧210将开始卷起并储存能量。如下文所述，扭转弹簧159将电机旋转转换为设备100的提升和降低。

替代地，如图7所示，固定销215可以用于将轴159联接到第一连接臂190，以便将轴159的旋转(作为电机致动的结果)转换为设备100的期望的提升和降低。

应当理解，盘212可以在初始时设置在两个连接板160、180之间，且轴159可以通过板160中的孔170馈送，然后通过盘212中的中心孔，然后穿过形成在第二连接板180和臂195、196中的相应的孔。可以使用任何数量的技术来将盘212固定地附接到轴160，包括使用紧固件、卡扣配合机构、等等。因此，盘212和扭转弹簧210设置在第一连接板160和臂195之间。

第二连接臂200类似于第一连接臂190，且包括基部部分201(例如，水平杆)和第一对臂(凸缘)202，第一对臂202从基部部分201的相对端向外延伸。第一对臂202垂直于基部部分201取向，且设置在平行的平面中，使得与基部部分201组合，限定第一U形结构。臂202的自由端接收紧固件205，以将臂202可枢转地附接到检查车10的本体。这允许第二连接臂200围绕检查车的本体枢转。

第二连接臂200还包括多个臂，其从基部部分201向内延伸，且位于基部部分201的两端之间。如图所示，一对内部臂204形成在基部部分201的两端之间。该对内部臂204垂直于基部部分201形成，且位于平行的平面中。包含第一对臂202的平面和该对内部臂204可以彼此平行。

该对内部臂204的自由端包括通孔，其接收横轴207。轴207还通过分别形成在第一连接板160和第二连接体180中的孔174、188。

轴207相对于内部臂204自由地旋转，且限定枢轴，第二连接臂200可以围绕所述枢轴旋转。紧固件209可以用于将轴207联接到内部臂204，并限制轴207的横向移动。这些紧固件209可以是螺栓。

应当理解，第一连接臂190和第二连接臂200中的每一个可以形成为单个、一体结构。

第一连接臂190限定第一连接体102的第二连杆，且第二连接臂200限定第一连接体102的第三连杆。第一连接体102的第四连杆由本文所述的检查车10本身来限定。因此，第一连接体102可以表征为四杆连接体。在下文阐述关于第一连接体102的操作的附加细节。

第二连接体103用于将传感器探针结构104联接到第一连接体102，且允许设备100在不同的自由度上移动(除了提升和降低第一连接体102的动作以外)。

传感器探针结构104由用于保持传感器310的壳体或外壳300组成。外壳300可以盒装结构的形式，其具有敞开的顶部和敞开的底部。外壳300可以具有正方形或矩形形状。外壳300从而由一对相反的侧壁(前壁和后壁)302和一对相反的端壁304限定。端帽305可以用于封闭端部304。中空的内部空间限定在壁302、304之间。传感器310可旋转地设置在该中空内部空间内，传感器310是围绕轮轴301旋转的轮的形式，轮轴301在端壁304/端帽305之间延伸。传感器310具有这样的直径，使得当传感器探针(轮)310可旋转地联接到轮轴301时，传感器探针310的一部分在外壳300的顶部边缘上方和外壳300的底部边缘下方延伸。

轮轴301还支撑一个或多个且优选为两个轮(辊)320，其进一步允许设备滚动跨越和引导跨越表面11，以允许其检查。在所示的实施例中，传感器探针(轮)310设置该对轮320之间。类似于作为检查车10的部分的轮，轮320优选由磁性材料形成，以允许设备100附接到金属表面11(例如金属管道和金属储罐)，并响应于检查车10的驱动在其上移动。

第二连接体103类似于第一连接体101，其为四杆连接体，构造为允许设备100(且特别地，其传感器探针110)如本文所述的响应于施加的力而移动。第二连接体103由两对交叉的连杆构件形成，且更具体地，第二连接体103由以下形成：形成第一对的第一连杆400和第二连杆410、以及形成第二对的第三连杆420和第四连杆430。

第一连杆400和第二连杆410布置为X形，第一连杆400的第一端在第一枢轴401处可枢转地附接到第一连接板160的第二段165的第一端表面175，且第一连杆400的第二端在第二枢轴403处可枢转地附接到外壳300的侧壁302。类似地，第二连杆410在第三枢轴405处可枢转地附接到第二连接板180的第二水平段185的第一端表面181，且第二连杆410的第二端在第四枢轴407处可枢转地附接到外壳300的侧壁302。

如图所示，第一连杆400和第二连杆410彼此不物理连接。

类似地，第三连杆420和第四连杆430布置为X形，第四连杆430的第一端在第一枢轴421处可枢转地附接到第一连接板160的第二段165的第二端表面177，且第四连杆430的第二端在第二枢轴423处可枢转地附接到外壳300的其他侧壁302。类似地，第三连杆420在第三枢轴425处可枢转地附接到第二连接板180的第二水平段185的第二端表面189，且第三连杆420的第二端在第四枢轴427处可枢转地附接到外壳300的其他侧壁302。

如图所示，第三连杆420和第四连杆430不物理地彼此连接。

根据本发明，第一连接体和第二连接体以及传感器探针结构104构造为使得传感器310可以针对表面11降低或部署，且当设备100的至少一部分与表面11之间发生接触时，自动地变得法向于表面11(例如，在一些实施例中，传感器310本身可以与表面11接触，然而，这不是当接触表面11时，使得设备100自动法向化的要求)。第一连接体102经由包括阻尼蜗轮传动装置的驱动部件101致动，且第二连接体103允许传感器探针310针对表面11的被动法向化，如本文所描述的。本发明提供的这种机构对于敏感方向的传感器特别有用，例如干式耦合探针，其需要使其内部传感器部件总是法向于被检查的表面，以便从其具有正确的读数。

当组装时，第一连接板160和第二连接体180与外壳300之间存在空间，部分地为了容纳轮和传感器轮。

第一连接体的操作

第一连接体102构造为作为提升机构，其允许设备100按照命令相对于表面11提升和降低。因此，第一连接体102和驱动部件101之间的相互作用在垂直方向上为提升机构增加了一个自由度，从而允许传感器探针310在需要时被提升并放在需要的地方。在执行侧向运动的情况下，通过防止其拖动，该自由度以良好的形状保持传感器探针310的完整性。此外，驱动部件101为传感器探针310提供被检查的表面11上的足够的压缩力，以进行相当好的数据采集。

第一连接体102如下操作。当希望将传感器探头410针对表面11部署时，用户将命令(指令)发送到驱动部件101，从而使其致动。更具体地，电机110在操作的第一模式下操作(降低传感器探针)，使得驱动轴112和蜗杆152在第一方向上旋转。蜗杆152的旋转被转换为蜗轮154的旋转。由于横轴159固定地连接到蜗轮154，轴159也旋转。轴159的旋转导致固定地联接至其的盘212的旋转。第一偏置构件(扭转弹簧)210附接到第一连接臂190的盘212和臂195两者，且因此盘212(以及轴159)的旋转导致扭转弹簧210沿着轴159的长度缠绕，由此储存能量。

扭转弹簧210的缠绕及其与第一连接臂190的连接引起施加到第一连接臂190的向上的力。由于第一连接臂190可枢转地附接到检查车10以及第一连接板160和第二连接体180，第一连接臂190在向上的方向上枢转。由于传感器探针310被本身连接到第一连接体102(通过第二连接体103)的外壳300承载，将传感器探针310从表面11向上提升。外壳300的向上运动导致传感器探针310从表面11提升。

为了降低传感器探针310，操作被反转，电机110在操作的第二模式下操作，以使得驱动轴112和蜗杆152在与第一方向相反的第二方向上旋转。扭转弹簧210沿着轴159解绕，且这导致第一连接臂190在向下方向上雅迪斯，从而降低外壳300和传感器探针310，导致在所示的实施例中，传感器探针310与表面11接触。

因此，该扭转弹簧210用作传递电机110的旋转的线性线圈，并且用作作用在第一连接体102上的扭转弹簧。线圈(弹簧210)在传感器探针310和表面11之间产生阻尼效应。因此，当在粗糙或不平的表面上移动传感器探针310时，扭转弹簧210使由传感器上的压力引起的损伤和干扰最小化。换言之，当传感器探针310在稍微不平的表面上移动时，在不干扰设备100的运动的情况下，传感器探针310保持接触。弹簧210的阻尼效果相比图7所示的固定销设计提供了优点，是因为固定销设计不经由第一连接体102将电机110的旋转运动转换为垂直线性运动/力，固定销设计缺乏阻尼效果。

应当理解，除了图中所示的技术之外的其他技术可以用于将轴159联接到第一连接臂190，使得电机110的旋转运动经由第一连接体102转换为设备100的垂直线性运动/力。

此外，应当理解，设备本身可以构造为在设备100在表面11上运动期间保持与表面11的接触。换言之，由设备100承载的对象可以不接触表面，而是设备100的一部分(例如第二连接体)在与表面接触时用来法向化，并且当设备100沿着表面11移动时，保持与表面11的这种接触。

不同长度的连接臂

在一个实施例中，第一连接臂190和第二连接臂200可以具有不同的长度。参考图12A-C，考虑到设备100相对于外部装置10(例如，检查车)的本体的具体布置以及外部装置10的解构，根据表面11的曲率，探针310在不同的高度接触表面11。结果是，由于第一级(第一连接体)构造为沿着弯曲路径而不吃沿着直线路径移动探针310。探针310和表面11之间的接触角(在俯仰方向上)可以被优化为近乎完美的法向。换言之，这种长度上的差异将决定设备100的第一级是否构造为用于直线运动或沿着弯曲路径的运动。如本文所述，致动器(驱动电机)构造为沿着弯曲路径移动，且驱动电机具有双重目的：探针的提升/降低，延迟探针在俯仰方向上针对表面的法向化。

图12A示出了表面11为平坦表面，且包括连接臂190、200的设备100与检查车10一起示出。在图12A中，可以看出，探针310与表面11之间的角度为大约89.6°(即，俯仰方向上的法向化近乎完美)。

图12B示出了表面11为8英寸管道的形式，且包括连接臂190、200的设备100的相对位置与检查车10一起示出。在图12B中，可以看出，探针310与表面11之间的角度为大约180.1°(即，俯仰方向上的法向化近乎完美)。

图12C示出了表面11的构造的三个示例，其中表面11被示出为平坦表面(图12A)；8英寸管道(图12B)；以及13英寸管道。在图12C中，可以看出在13英寸管道的情况下，探针310与表面11之间的角度为大约181.9°(即，俯仰方向上的法向化近乎完美)。

如本文所述，设备100优选地构造为使得，在设备的正常使用期间，探针至少以自动方式基本上法向化。如本文所使用的，术语基本上法向化意味着探针相对于表面定位在至少5度的完美法向化内，且优选地定位在至少3度的完美法向化内，且更优选地定位在至少2度的完美法向化内，且在一些实施例中定位在至少1度的完美法向化内(参见图12A和12B)。

第二连接体的操作

第二连接体103设计为控制传感器探针310的滚动构造，且因此，通过向设备100添加被动接头而为设备提供获得的第二自由度。图9A和9B示出了根据一个实施例的被动接头，且图10A和10B示出了根据另一实施例的被动接头。图10A和10B所示的被动接头可以被认为是T形接头(摆动锤)。当力施加到外壳300(其承载传感器探针310)时，外壳300围绕单个枢转点枢转，以引起外壳300和传感器探针310的位移。

根据本发明，如包括图9A和9B的附图所示，第二连接体103为X形四杆连接体的形式，其被使用和设计为设定得尽可能低且靠近表面11(金属表面)，传感器轴线的旋转的移除中心。图9A和9B示出了外壳300和传感器探针310响应于施加的力(F)的运动，以及图9A和9B(X形)之间的比较，且图10A和10B(T形)示出了，与T形中的单个枢轴的位置相比，旋转中心在X形设计中低于其多个枢轴的位置。参考图2，当使用X连接体103时传感器探针310的水平位移显著地小于当使用具有一个较高的旋转中心的正常自由度时获得的位移(参见图10A和10B)。当将图9A和9B(X形)的实施例与图10A和10B的实施例进行比较时，可以发现X形设计的水平位移是T形连杆设计的水平位移的大约一半(1/2)。

此外，参考图11A和B，由于其拥有的两个被动接头，X连杆机构(第二连接体103)产生传感器探针310的触点的轨迹，传感器探针310随着外壳300(及传感器探针310)的旋转向下移动，而在T接头的情况下，如图10A和10B所示，触点向上移动。在图11A和B中呈现的曲线图清楚了看到了这种运动上的差异，更具体地，在图11A和B中，相对于T连杆的轨迹如图11A所示，并且相对于X连杆的轨迹如图11B所示。这种轨迹上的差异示出了使用X连杆的优点，因为X-连杆机构倾向于通过将传感器探针310压向金属表面11而产生更稳定的接触点，而在T形接头的情况下，传感器探针310倾向于逃逸并最终失去接触点。当在管道上移动时，特别是跟随比如轨迹的螺旋线时，此功能特别有用。

根据本发明，X形连接体(第二连接体103)在将传感器探针310与被检查表面11的法线轴线紧密对准中起重要作用。包括两个辊(轮320)使传感器探针310的每一侧上的一个轮320提高了法向化。当适当的力施加在机构上时，两个辊(轮320)最终接触表面11，并用作传感器探针310的支撑件，传感器探针310进而又使传感器探针310在表面11上法向化。

在本发明的一个应用中，为了进行超声波检查以测量壁厚(例如，管壁或储存壁的厚度)，传感器探针310为干式耦合探针(DCP)的形式，以避免在机上携带耦合剂。如本文提到的，必须在管道表面和传感器探针310之间实现法向接触，以接收发射的超声波并获取干净的厚度信号(在这种情况下，当传感器探针310与表面11接触时–在其他实施例中，法向接触在承载传感器的框架(例如，第二机构)与表面之间。为了实现该法向化，本发明的设备100提供了具有两个自由度的两级机构。第一级包括第一连接体102，其在从侧面观察时具有平面自由度，如图3所示。该第一级可以发挥两个作用，即，其通过弹簧加载以确保传感器探针310按压抵靠表面11，而允许传感器探针310降低和提升以针对不同的管道曲率。它还将传感器探针11提起以避免损坏。当传感器探针10在稍微不平的表面上行进时，本文所述的阻尼效果允许传感器保持接触而不干扰检查车10(机器人)的运动。DCP传感器探针(轮)310可以构造为通过在检查期间考虑传感器探针310的期望压力而在支撑辊320的内径内具有被动阻尼运动。

此外，当传感器310为橡胶轮传感器探针的形式时，本申请人观察到，为了获得最佳性能，提升机构的设计需要考虑探针橡胶的刚度。该刚度将驱动涉及参数，例如探针传感器310的侧面上的辊轴承的直径和/或传感器探针相对于接触辊320的布置。例如，辊320的直径及其相对于探针310的布置优选地被优化，以确保在两个辊320与表面11接触时，探针310在大约1至2Kg的压力下。替代地，传感器探针310周围的辊320可以被磁化。通过确保辊320与表面11的完美接触，磁辊320辅助探针310的法向化。辊320优选地构造为使得辊320不对表面11产生很大的吸引力；否则，在完成检查之后，机构(第一连接体102)可能难以提升传感器探针310。此外，可以将辊制成为具有相对于传感器探针310的更纤细的轮廓，且弹簧负载可以添加到辊320和传感器探针310之间，以当在不平的表面上移动时引入阻尼效果。

因此，根据本发明，通过考虑探针材料的刚度以及检查期间探针的期望压力来选择支撑辊320的直径。通过考虑探针材料的刚度以及在检查期间探针的期望压力，也可以在传感器探针轮310的轴线与支撑辊320之间引入偏移。

在其他实施例中，辊320与表面11接触。

如图4所示，当从后面观察时，由第二连接体103构成的第二级提供第二自由度。当检查车10以螺旋路径而不是周向地或纵向行驶时，这允许传感器探针310适应管道倾斜。如本文所讨论的，该自由度是被动的。当传感器探针310与表面11接触时，位于传感器探针310的两侧的两个辊320支撑传感器探针并迫使机构法向化。

应当理解，本发明涵盖这样的设备，其保持传感器且包括至少两个自由度，以进行本文所述的操作。一个自由度与构造为提升和降低传感器(垂直运动)的主动机构(主动连接体)相关联，另一自由度与法向化传感器的被动机构相关联。

本发明的传感器保持设备100提供了常规竞争产品中没有发现的许多优点，并且克服了与现有技术相关的缺陷。更具体地，本发明的设备获得了以下优点：

●横向拖动造成的探针损伤：现有技术中的以前的设备被设计成在DCP轮和表面之间不断施加压力，这意味着，除了从整个装置将其移除，没有办法从表面提升探针。本设备的第一4杆连接体机构(连接体102)附接到蜗杆传动电机，允许探针从表面提升。这对于检查机器人尤其重要，因为机器人需要侧向转向，并且如果在表面上侧向拖动，则DCP轮探针将被损坏。

●经由单个致动器的俯仰法向化&探针部署，而不是两个：现有技术公开了4杆连接体的一般用途以部署探针，其通常沿着直线路径朝向和远离表面移动。然而，现有技术无法经由这种连接体解决探针在“俯仰”方向上的正确法向化，隐含地引入了对第二致动器的需要，以增加用于法向化的探针安装的附加自由度。然而，所提出的发明与现有技术的区别在于，它引入了用于第一四杆连接体的部件的定制设计，使得探针沿弯曲路径而不是沿着直线移动，使得探针自动地被法向化(至少在“俯仰”方向)，而不需要第二致动器。然而，如前所述，应当理解，本文公开的机构可以在不使用致动器的情况下使用，而是采用确保探针总是针对表面部署的偏置元件等。

●针对表面的可靠恒定压力：现有技术需要手动处理扫描头，以确保针对表面对探针施加足够的力。本设备中的四杆连杆机构，其附接到扭转弹簧，允许探针降低并压靠弯曲/平坦的表面。探针的侧面的支撑辊允许施加到探针的可靠的恒定压力。

●探针在“滚转”方向上的法向化：以适当的探针法向化沿着管道螺旋地行驶在现有技术中尚未得到解决。由顶部上的第四连杆机构(第一连接体102)的压力支撑的X型连杆机构允许探针的一个自由度接近弯曲表面的法线。随着足够的压力，获得良好的UT读数。

因此，应该理解，本设备可以构造为承载仪器或探针，并且可选地，可以将其针对表面部署。本设备非常有效地承载必须针对弯曲表面部署和/或最终从弯曲表面取回的任何类型的对象，同时确保对象直线指向表面。这可以通过单个致动器来实现。

虽然本设备被描述为用于承载探针，但这只是本设备的一个示例性应用，其可以承载其他对象、包括但不限于激光器、其他类型的传感器、例如红外传感器、相机、等等。例如，该设备可以承载构造为在透明PVC管道或曲面玻璃面板上运行的激光或红外传感器。设备可以沿着透明管道被驱动或以其他方式移动，并且通过匹配测量信号中发现的签名，设备可以计算哪个产品在管道内流动。产品可以有任何数量的不同形式，如液体或气体等。例如，产品可以是原油或不同类型的气体。类似地，如果本设备承载相机或其他成像设备，则可以以至少几种不同的方式来使用设备。首先，它可以用于如上所述的透明材料上，并且可以对透明表面内部发生的任何事情获取一个或一系列的图像(特写照片等)，或者第二，如果成像装置(相机)旋转90度，则它将指向为不法向于表面但几乎与其相切，并且这允许装置对任何材料执行非常好的特写目视检查。

虽然以上已经使用具体实施例描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，存在许多变化和修改。因此，所描述的实施例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述来表示。在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。

Claims (26)

1.一种仪器承载设备，构造为承载仪器并可选择性地相对于表面部署所述仪器，所述设备包括：

第一连接体，其配置为可操作地联接到所述仪器，且构造为在第一方向上且根据第一路径相对于所述表面移动所述仪器；以及

第二连接体，其配置为可操作地联接到所述仪器，且构造为根据第二方向移动所述仪器，以使得当所述设备的至少一部分与所述表面之间接触时，致使所述仪器变成至少基本上法向于所述表面；

其中，所述第一连接体包括第一四杆连接体，所述第二连接体包括X形的第二四杆连接体，并且，第一方向包括俯仰方向，第二方向包括滚转方向。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述仪器包括用于检查所述表面的传感器探针，且至少所述第二连接体被构造为使得所述仪器变成至少基本上法向于所述表面。

3.如权利要求1所述的设备，还包括致动器，所述致动器可操作地联接到所述第一连接体以移动所述第一连接体，以便根据所述第一路径移动所述仪器，并且其中，所述第二连接体本质上是被动的，且在没有所述致动器的动作的情况下在所述第二方向上自动地移动所述仪器。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述仪器包括超声波探针。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述超声波探针包括超声波干式耦合轮探针。

6.如权利要求3所述的设备，其中所述致动器包括电动机。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述电动机通过传动装置可操作地联接到所述第一连接体。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述传动装置包括由蜗杆和蜗轮限定的蜗杆传动器，所述蜗杆连接到所述电动机的驱动轴，所述蜗轮连接到蜗轮轴，所述蜗轮轴联接到所述第一连接体，使得所述蜗轮轴的旋转被转换为所述仪器根据所述第一路径的移动。

9.如权利要求7所述的设备，还包括阻尼线圈，所述阻尼线圈将所述传动装置联接到所述第一连接体。

10.如权利要求7所述的设备，其中，所述传动装置通过销刚性地联接到所述第一连接体。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述第一路径包括所述仪器相对于所述表面的提升和降低。

12.如权利要求2所述的设备，其中所述传感器探针包括可旋转轮，所述可旋转轮安装在外壳内，且设置在一对支撑辊之间，所述支撑辊也在所述外壳内可旋转。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述支撑辊被磁化，以确保所述辊和所述表面之间的接触。

14.如权利要求1所述的设备，其中所述第一四杆连接体构造为使得所述仪器沿着弯曲路径而不是沿着直线移动，使得当所述仪器被部署且与所述表面接触时，所述仪器至少在俯仰方向上自动地至少基本上被法向化。

15.如权利要求1所述的设备，其中所述第二四杆连接体可枢转地联接到保持所述仪器的外壳和所述第一四杆连接体。

16.如权利要求1所述的设备，其中所述第二四杆连接体设置在所述第一四杆连接体的下方，且构造为在相对于所述表面的滚转方向上至少基本上法向化所述仪器。

17.如权利要求1所述的设备，其中所述第一四杆连接体包括：

第一连接板，其固定地连接到致动器；

第二连接板，其固定地连接到所述第一连接板，并与所述第一连接板间隔开；

第一连接臂，其可枢转地连接到所述第一连接板和所述第二连接板，且构造为可枢转地附接到检查车；以及

第二连接臂，其可枢转地连接到所述第一连接板和所述第二连接板，且构造为可枢转地附接到所述检查车，其中所述第一连接臂联接到致动器，所述致动器可操作地连接到所述第一连接体，使得所述致动器的旋转被转换为所述第一连接臂相对于所述表面的升高或降低，由此所述仪器也相对于所述表面升高或降低。

18.如权利要求3所述的设备，其中所述第二四杆连接体包括：

第一连杆，其可枢转地附接到所述第一四杆连接体和保持所述仪器的外壳；

第二连杆，其可枢转地附接到所述第一四杆连接体和保持所述仪器的外壳；

第三连杆，其可枢转地附接到所述第一四杆连接体和保持所述仪器的外壳；以及

第四连杆，其可枢转地附接到所述第一四杆连接体和保持所述仪器的外壳，其中所述第一连杆和所述第二连杆布置为具有X形，且沿着所述外壳的前部设置，且所述第三连杆和所述第四连杆布置为具有X形，且沿着所述外壳的后部设置。

19.如权利要求1所述的设备，其中所述设备联接到检查车。

20.一种仪器承载设备，其构造为承载仪器，且联接到外部装置，所述设备包括：

第一四杆连接体，其可操作地联接到所述仪器，使得所述仪器由所述第一四杆连接体支撑，所述第一四杆连接体构造为沿着第一路径且在第一方向上相对于表面移动所述仪器，所述设备的至少一部分能施加在所述表面上；以及

第二四杆连接体，其可操作地联接到所述仪器，且构造为在第二方向上被动地相对于所述表面移动所述仪器，其中，所述第二四杆连接体具有X形；

其中，所述第一四杆连接体和所述第二四杆连接体构造为将所述至少一部分部署在所述表面上，以便相对于所述表面定位所述仪器，并且保持所述至少一部分和所述表面之间的接触，且所述第一方向包括俯仰方向，所述第二方向包括滚转方向。

21.如权利要求20所述的设备，其中所述仪器包括超声波探针，其定位为与所述表面直接接触，且所述外部装置包括能够在所述表面上行进的检查车。

22.如权利要求20所述的设备，其中所述第一四杆连接体和所述第二四杆连接体构造为使得当所述仪器接触所述表面时，致使所述仪器自动地变成至少基本上法向于所述表面。

23.如权利要求20所述的设备，还包括致动器，所述致动器可操作地联接到所述第一四杆连接体，以在所述第一方向上并沿着所述第一路径移动所述第一四杆连接体，导致所述仪器也在所述第一方向上并沿着所述第一路径移动。

24.如权利要求23所述的设备，还包括传动装置，所述传动装置可操作地联接在所述致动器和所述第一四杆连接体之间，且构造为将致动器的旋转转换为所述第一四杆连接体在所述第一方向上且沿着所述第一路径的移动。

25.如权利要求24所述的设备，其中所述致动器包括电动机。

26.如权利要求20所述的设备，其中所述外部装置包括机器人检查车。

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