CN108107116A - 一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人及其探伤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人及其探伤方法，混凝土桥墩裂纹探伤机器人包括行走小车、升降式机械臂、第一卷扬机、第二卷扬机以及探伤装置，行走小车能够固定绕桥墩进行圆周运动，升降式机械臂和第二卷扬机均安装在行走小车上，第一卷扬机安装在升降式机械臂的顶部，第一卷扬机和第二卷扬机之间设有钢丝绳，探伤装置可拆卸的固定在钢丝绳上，探伤装置设有若干朝向桥墩设置的探头。本发明的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，可以不用人工手持探测仪器进行探伤，避免安全事故的发生，还能加快探测的速度，提高效率，并且采用螺旋上升的探测方法可以使探测面更全，探测效果好，不会出现某处漏探的情况。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人及其探伤方法。
背景技术
公知的，桥墩是桥梁的主要支撑物，桥梁的上部建筑就设置在桥墩之上，桥墩多用石头或钢筋混凝土做成，为了全桥的安全和正常使用，不仅要求桥墩要有足够的强度、刚度和整体稳定性，也要求在使用年限中对其进行定期养护和探伤，来保证桥墩的正常工作状态；现有的桥墩探测方法大多是通过手持探测仪器对桥墩进行探伤，并且由于桥墩过高，大多需要借助扶梯攀爬至高处才能对桥墩的上部进行探伤，因此对于操作人员而言，具有一定的危险性；并且要将整个桥墩全部探完，还需要逐步的将扶梯移动至桥墩的各个方向上对不同的面进行探伤，因此需要往复的攀爬才能将整个桥墩的外表面探完，因此极为浪费时间并且劳动量太大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人及其探伤方法。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，包括行走小车、升降式机械臂、第一卷扬机、第二卷扬机以及探伤装置，行走小车能够固定绕桥墩进行圆周运动，升降式机械臂和第二卷扬机均安装在行走小车上，第一卷扬机安装在升降式机械臂的顶部，第一卷扬机和第二卷扬机之间设有钢丝绳，探伤装置可拆卸的固定在钢丝绳上，探伤装置设有若干朝向桥墩设置的探头，第一卷扬机在缠绕和放松钢丝绳的同时能够带动探伤装置垂直升降。
进一步的，行走小车包括车架，车架底部设有四个车轮，以及用于驱动车轮转动的驱动装置，车架上设有四个支撑臂，支撑臂可绕一定轴旋转伸出于车架外部以用于平衡升降式机械臂的重力，车架上对应每个支撑臂均设有锁固机构以用于对支撑臂的当前状态进行锁固；支撑臂的底部设有滚轮。
进一步的，锁固机构包括设置于支撑臂上的销钉，该销钉依次穿插在支撑臂及车架上，车架上设有供销钉穿插的两个定位孔，两个定位孔对应支撑臂伸出于车架外部时的状态以及收回至贴合车架侧部的状态。
进一步的，车架上还设有一限位装置，该限位装置能够固定在桥墩上并与行走小车构成限位配合，使得行走小车能够固定绕桥墩进行圆周运动。
进一步的，所述限位装置包括限位圈，限位圈的一端固定在车架上并以其与车架的连接处为起始向桥墩方向延伸并环抱住桥墩，限位圈上设有与其滑动配合的若干球轮安装支架，球轮安装支架的内侧设有与桥墩外圆周壁构成滚动配合的球轮。进一步的，探伤装置包括超声波探伤仪，超声波探伤仪固定在车架上，所述若干探头与超声波探伤仪电性连接。
进一步的，升降式机械臂的顶部前端以及行走小车上均设有滑轮，钢丝绳两端分别绕过升降式机械臂上的滑轮和行走小车上的滑轮后缠绕在第一卷扬机和第二卷扬机上。
进一步的，探伤装置还包括探头支架，若干探头延一竖直线等间距固定在探头支架上，探头支架的背部设有分布在同一水平面上的两个挂钩，所述钢丝绳设有两个，两个钢丝绳在同一高度位置结成两个活扣，两个挂钩挂设在两个活扣上通过探头支架的自身重力使活扣将挂钩锁紧。
混凝土桥墩裂纹探伤机器人的探伤方法：
（一）将所述行走小车行进至桥墩旁侧，将限位装置连接桥墩上,将四个锁固机构打开，将原本贴合在车架侧部的四个支撑臂向车架外侧旋转，支撑臂在完全伸出车架外部后，通过各自的锁固机构对支撑臂的当前状态重新进行锁固；
（二）升降式机械臂抬升至桥墩顶部，抬升的同时第二卷扬机不工作使第二卷扬机的卷筒处于可转动的状态，第一卷扬机工作使第一卷扬机的卷筒处于不可转动的状态，升降式机械臂在逐渐抬升的过程中将原本卷绕在第二卷扬机上的两根钢丝绳拉出，并使其处于放松状态；
（三）在放松状态的两根钢丝绳上的同一高度分别结成一个活扣，将探头支架背部的两个挂钩挂设在两个活扣上，通过探头支架的自身重力使活扣将挂钩锁紧，第一卷扬机和第二卷扬机同时卷绕两根钢丝绳使两根钢丝绳绷紧；
（四）驱动装置驱动行走小车的四个车轮转动，行走小车通过限位装置的配合，固定绕桥墩进行圆周运动，行进的同时第一卷扬机缓慢卷绕两根钢丝绳，第二卷扬机同步放松两根钢丝绳，探头支架随行走小车行进绕桥墩旋转的同时通过两根钢丝绳向上爬升，超声波探伤仪在行走小车行进的同时打开，若干呈竖直排列的探头向桥墩的表面发射超声波对桥墩进行探伤，其探测面随探头支架的螺旋上升能够全面覆盖在桥墩的表面。
有益效果：本发明的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，针对圆柱型的桥墩，其行走小车能够固定绕桥墩进行圆周运动，使若干探头能够自动饶桥墩进行移动，并且在移动的同时，通过第一卷扬机带动探头逐渐抬升，使若干探头能够自动沿一螺旋向上的轨迹进行移动，因此既可以不用人工手持探测仪器进行探伤，避免安全事故的发生，还能加快探测的速度，提高效率，并且采用螺旋上升的探测方法可以使探测面更全，探测效果好，不会出现某处漏探的情况。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明正视结构示意图；
图3为本发明俯视结构示意图；
图4为图1中A处放大图；
图5为图2中B处放大图；
图6为图3中C处放大图；
附图标记说明：行走小车1，支撑臂1a，限位圈1b，球轮安装支架1c，升降式机械臂2，第一卷扬机3，第二卷扬机4，钢丝绳6，探头7a，探头支架7b，挂钩7c，桥墩8，滑轮9。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施例做进一步详细描述：
参照图1至图6的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，包括行走小车1、升降式机械臂2、第一卷扬机3、第二卷扬机4以及探伤装置，行走小车1能够固定绕桥墩8进行圆周运动，升降式机械臂2和第二卷扬机4均安装在行走小车1上，第一卷扬机3安装在升降式机械臂2的顶部，第一卷扬机3和第二卷扬机4之间设有钢丝绳6，探伤装置可拆卸的固定在钢丝绳6上，探伤装置设有若干朝向桥墩8设置的探头7a，第一卷扬机3在缠绕和放松钢丝绳6的同时能够带动探伤装置垂直升降。
本发明针对圆柱型的桥墩8，其行走小车1能够固定绕桥墩8进行圆周运动，使若干探头7a能够自动饶桥墩8进行移动，并且在移动的同时，通过第一卷扬机3带动探头7a逐渐抬升，使若干探头7a能够自动沿一螺旋向上的轨迹进行移动，因此既可以不用人工手持探测仪器进行探伤，避免安全事故的发生，还能加快探测的速度，提高效率，并且探测面全，探测效果好，不会出现某处漏探的情况。
行走小车1包括车架，车架底部设有四个万向的车轮，以及用于驱动车轮转动的驱动装置，车架上设有四个支撑臂1a，支撑臂1a可绕一定轴旋转伸出于车架外部以用于平衡升降式机械臂2的重力，车架上对应每个支撑臂1a均设有锁固机构以用于对支撑臂1a的当前状态进行锁固；支撑臂1a的底部设有滚轮。锁固机构包括设置于支撑臂1a上的销钉，该销钉依次穿插在支撑臂1a及车架上，车架上设有供销钉穿插的两个定位孔，两个定位孔对应支撑臂1a伸出于车架外部时的状态以及收回至贴合车架侧部的状态；销钉拔出后可旋转支撑臂1a调整其状态，支撑臂1a到达至某个状态后可重新将销钉插入车架内，将支撑臂1a进行固定，支撑臂1a的设计是为了平衡升降式机械臂2的重力，可旋转的设计则是为了在不使用的时候可以收回至贴合车架侧部从而节省空间。
车架上还设有一限位装置，该限位装置能够固定在桥墩8上并与行走小车1构成限位配合，使得行走小车1能够固定绕桥墩8进行圆周运动；所述限位装置包括限位圈（1b），限位圈（1b）的一端固定在车架上并以其与车架的连接处为起始向桥墩（8）方向延伸并环抱住桥墩（8），限位圈（1b）上设有与其滑动配合的若干球轮安装支架（1c），球轮安装支架（1c）的内侧设有与桥墩（8）外圆周壁构成滚动配合的球轮。
该限位装置可以是包括绑缚带，绑缚带一端固定在车架上并以其与车架的连接处为起始向桥墩8方向延伸并绕桥墩8一圈后与自身通过其起始端设置的锁扣紧固，绑缚带上设有与其滑动配合的若干球轮安装支架1c，球轮安装支架1c的内侧设有与桥墩8外圆周壁构成滚动配合的球轮；行走小车1行进的过程带动绑缚带绕桥墩8旋转，相对的通过绑缚带使得行走小车1绕桥墩8做圆周运动；绑缚带的设计可以使得限位装置可以适应大多数直径的桥墩8。
当然除上述对行走小车1的行进轨迹进行限定的办法外，所述限位装置还可以是包括连接臂，连接臂一端固定在车架上并以其与车架的连接处为起始向桥墩8方向直线延伸，连接臂的外侧端焊接固定有一半圆型的固定臂，固定臂上通过螺栓连接有活动臂，固定臂和活动臂共同环抱在桥墩8上，固定臂及活动臂的内侧上设有若干与桥墩8外圆周壁构成滚动配合的球轮；相较于绑缚带1b与车架柔性连接的方式，采用连接臂与车架硬性连接的方式，可增强连接强度，使整个机构更加稳固，并且固定臂和活动臂采用共同环抱在桥墩8上后通过螺栓进行锁固的方式，也可以使固定臂和活动臂环抱在一定直径范围内的桥墩8上。
探伤装置包括超声波探伤仪，超声波探伤仪固定在车架上，所述若干探头7a与超声波探伤仪电性连接；超声波探伤是利用超声能透入材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查材料缺陷的一种方法。超声波探伤应用广泛，操作简单，较适于对钢筋混凝土材料进行探伤。当然除此之外，还可以采用射线探伤、渗透探伤等其它方式和设备进行探伤。
升降式机械臂2的顶部前端以及行走小车1上均设有滑轮9，钢丝绳6两端分别绕过升降式机械臂2上的滑轮9和行走小车1上的滑轮9后缠绕在第一卷扬机3和第二卷扬机4上；通过滑轮9可减少摩擦力。
探伤装置还包括探头支架7b，若干探头7a延一竖直线等间距固定在探头支架7b上，探头支架7b的背部设有分布在同一水平面上的两个挂钩7c，所述钢丝绳6设有两个，两个钢丝绳6在同一高度位置结成两个活扣，两个挂钩7c挂设在两个活扣上并通过探头支架7b的自身重力使活扣将挂钩7c锁紧；采用自锁紧的方式无疑对于安装拆卸而言更加方便，并且采用两根钢丝绳6可以增加连接的稳固性，并使若干探头7a保持竖直排列，使探测面更趋近于一条直线，进而可以使探测面更加全面，使探测效果更好。
混凝土桥墩裂纹探伤机器人的探伤方法：
第一步，将所述行走小车1行进至桥墩8旁侧，将限位装置连接桥墩8上,将四个锁固机构打开，将原本贴合在车架侧部的四个支撑臂1a向车架外侧旋转，支撑臂1a在完全伸出车架外部后，通过各自的锁固机构对支撑臂1a的当前状态重新进行锁固；
第二步，升降式机械臂2抬升至桥墩8顶部，抬升的同时第二卷扬机4不工作使第二卷扬机4的卷筒处于可转动的状态，第一卷扬机3工作使第一卷扬机3的卷筒处于不可转动的状态，升降式机械臂2在逐渐抬升的过程中将原本卷绕在第二卷扬机4上的两根钢丝绳6拉出，并使其处于放松状态；
第三步，在放松状态的两根钢丝绳6上的同一高度分别结成一个活扣，将探头支架7b背部的两个挂钩7c挂设在两个活扣上，通过探头支架7b的自身重力使活扣将挂钩7c锁紧，第一卷扬机3和第二卷扬机4同时卷绕两根钢丝绳6使两根钢丝绳6绷紧；
第四步，驱动装置驱动行走小车1的四个车轮转动，行走小车1通过限位装置的配合，固定绕桥墩8进行圆周运动，行进的同时第一卷扬机3缓慢卷绕两根钢丝绳6，第二卷扬机4同步放松两根钢丝绳6，探头支架7b随行走小车1行进绕桥墩8旋转的同时通过两根钢丝绳6向上爬升，超声波探伤仪在行走小车1行进的同时打开，若干呈竖直排列的探头7a向桥墩8的表面发射超声波对桥墩8进行探伤，其探测面随探头支架7b的螺旋上升能够全面覆盖在桥墩8的表面。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：包括行走小车（1）、升降式机械臂（2）、第一卷扬机（3）、第二卷扬机（4）以及探伤装置，行走小车（1）能够固定绕桥墩（8）进行圆周运动，升降式机械臂（2）和第二卷扬机（4）均安装在行走小车（1）上，第一卷扬机（3）安装在升降式机械臂（2）的顶部，第一卷扬机（3）和第二卷扬机（4）之间设有钢丝绳（6），探伤装置可拆卸的固定在钢丝绳（6）上，探伤装置设有若干朝向桥墩（8）设置的探头（7a），第一卷扬机（3）在缠绕和放松钢丝绳（6）的同时能够带动探伤装置垂直升降。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：行走小车（1）包括车架，车架底部设有四个车轮，以及用于驱动车轮转动的驱动装置，车架上设有四个支撑臂（1a），支撑臂（1a）可绕一定轴旋转伸出于车架外部以用于平衡升降式机械臂（2）的重力，车架上对应每个支撑臂（1a）均设有锁固机构以用于对支撑臂（1a）的当前状态进行锁固；支撑臂（1a）的底部设有滚轮。
3.根据权利要求2所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：锁固机构包括设置于支撑臂（1a）上的销钉，该销钉依次穿插在支撑臂（1a）及车架上，车架上设有供销钉穿插的两个定位孔，两个定位孔对应支撑臂（1a）伸出于车架外部时的状态以及收回至贴合车架侧部的状态。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：车架上还设有一限位装置，该限位装置能够固定在桥墩（8）上并与行走小车（1）构成限位配合，使得行走小车（1）能够固定绕桥墩（8）进行圆周运动。
5.根据权利要求4所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：所述限位装置包括限位圈（1b），限位圈（1b）的一端固定在车架上并以其与车架的连接处为起始向桥墩（8）方向延伸并环抱住桥墩（8），限位圈（1b）上设有与其滑动配合的若干球轮安装支架（1c），球轮安装支架（1c）的内侧设有与桥墩（8）外圆周壁构成滚动配合的球轮。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：探伤装置包括超声波探伤仪，超声波探伤仪固定在车架上，所述若干探头（7a）与超声波探伤仪电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：升降式机械臂（2）的顶部前端以及行走小车（1）上均设有滑轮（9），钢丝绳（6）两端分别绕过升降式机械臂（2）上的滑轮（9）和行走小车（1）上的滑轮（9）后缠绕在第一卷扬机（3）和第二卷扬机（4）上。
8.根据权利要求7所述的一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人，其特征在于：探伤装置还包括探头支架（7b），若干探头（7a）延一竖直线等间距固定在探头支架（7b）上，探头支架（7b）的背部设有分布在同一水平面上的两个挂钩（7c），所述钢丝绳（6）设有两个，两个钢丝绳（6）在同一高度位置结成两个活扣，两个挂钩（7c）挂设在两个活扣上并通过探头支架（7b）的自身重力使活扣将挂钩（7c）锁紧。
9.一种混凝土桥墩裂纹探伤机器人的探伤方法：
将所述行走小车（1）行进至桥墩（8）旁侧，将限位装置连接桥墩（8）上,将四个锁固机构打开，将原本贴合在车架侧部的四个支撑臂（1a）向车架外侧旋转，支撑臂（1a）在完全伸出车架外部后，通过各自的锁固机构对支撑臂（1a）的当前状态重新进行锁固；
升降式机械臂（2）抬升至桥墩（8）顶部，抬升的同时第二卷扬机（4）不工作使第二卷扬机（4）的卷筒处于可转动的状态，第一卷扬机（3）工作使第一卷扬机（3）的卷筒处于不可转动的状态，升降式机械臂（2）在逐渐抬升的过程中将原本卷绕在第二卷扬机（4）上的两根钢丝绳（6）拉出，并使其处于放松状态；
在放松状态的两根钢丝绳（6）上的同一高度分别结成一个活扣，将探头支架（7b）背部的两个挂钩（7c）挂设在两个活扣上，通过探头支架（7b）的自身重力使活扣将挂钩（7c）锁紧，第一卷扬机（3）和第二卷扬机（4）同时卷绕两根钢丝绳（6）使两根钢丝绳（6）绷紧；
驱动装置驱动行走小车（1）的四个车轮转动，行走小车（1）通过限位装置的配合，固定绕桥墩（8）进行圆周运动，行进的同时第一卷扬机（3）缓慢卷绕两根钢丝绳（6），第二卷扬机（4）同步放松两根钢丝绳（6），探头支架（7b）随行走小车（1）行进绕桥墩（8）旋转的同时通过两根钢丝绳（6）向上爬升，超声波探伤仪在行走小车（1）行进的同时打开，若干呈竖直排列的探头（7a）向桥墩（8）的表面发射超声波对桥墩（8）进行探伤，其探测面随探头支架（7b）的螺旋上升能够全面覆盖在桥墩（8）的表面。
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