CN108267457A - 小管径管道内环焊缝激光视频检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，属于管道检测装置技术领域。其解决了现有管道内环焊缝检测装置存在的测量精度低和效率低等问题。本发明包括激光视频检测模块、搭载激光视频检测模块的周向旋转及支撑调节模块及与周向旋转及支撑调节模块连接的驱动模块，驱动模块用于提供给检测装置在管道内前进或后退的驱动力，周向旋转及支撑调节模块用于搭载前端的激光视频模块在管道内执行周向运动，激光视频检测模块连接有数据处理单元，还包括与周向旋转及支撑调节模块及驱动模块连接的控制系统，数据处理单元与控制系统连接。本发明降低了管道内环焊缝检测的误判几率，辅助焊接人员提高了焊接质量，提高了焊接效率。
Description
技术领域
本发明涉及小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，属于管道检测装置技术领域。
背景技术
相对于碳钢管焊接质量检测，复合管焊接检测有着较高的要求，在相关的标准中对焊缝根部缺陷有着极其严格的要求，要求根部焊接零缺陷，并且对于根部的焊缝成型也有众多要求，目前，对于管内焊缝表面状态往往采用内窥镜的方式检测，内窥镜检测的局限是无法精确测量焊缝的尺寸，容易发生误判，且只适用于等径的直管道内检测需求，对于变径管却无法执行内检测工作，此外，在管道检测过程中使用的辅助旋转工装只是作为简单角度调节，无法实现全面检测，进而无法保证测量精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有焊缝检测装置存在的上述缺陷，提出了一种小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，能够爬入管道内部，通过驱动模块实现前后运动，通过转向电机带动滑动旋转接头单元360°旋转，进而带动激光视频检测模块对焊缝全面扫描和图像采集，驱动模块和周向旋转及支撑调节模块宽度均可调节进而适应于不同管径的管道。
本发明是采用以下的技术方案实现的：包括激光视频检测模块、搭载激光视频检测模块的周向旋转及支撑调节模块及与周向旋转及支撑调节模块连接的驱动模块，驱动模块用于提供给检测装置在管道内前进或后退的驱动力，周向旋转及支撑调节模块用于搭载前端的激光视频模块在管道内执行周向运动，激光视频检测模块连接有数据处理单元，还包括与周向旋转及支撑调节模块及驱动模块连接的控制系统，数据处理单元与控制系统连接，激光视频检测模块用于采集整个管道内环焊缝的激光数据图像以及内窥镜数据图像，并将该图像信息传递给数据处理单元，进行数据处理单元进行图像信息处理、分析，控制系统用于控制周向旋转及支撑调节模块和驱动模块的运动；周向旋转及支撑调节模块包括滑动旋转接头单元、周向驱动单元和支撑单元，滑动旋转接头单元与周向驱动单元连接，周向驱动单元还分别与支撑单元和控制系统连接，周向驱动单元带动滑动旋转接头单元进行360°周向旋转，进而带动激光视频检测模块周向旋转，以实现管道内环焊缝全覆盖扫描检测；驱动模块包括驱动固定单元、驱动装置和导向调节单元，驱动固定单元分别与驱动装置和导向调节单元连接。
进一步地，滑动旋转接头单元包括端面轴承座和滑环，端面轴承座与滑环连接，滑环内设有周向传动轴。
进一步地，周向驱动单元包括转向电机和转向电机两端连接的传动外筒，转向电机和控制系统连接，转向电机的周向驱动轴穿过转向电机前端的传动外筒与滑动旋转接头单元的周向传动轴连接，传动外筒上设有主弹簧，主弹簧两端分别与弹簧锁紧旋钮和支撑单元连接；通过控制弹簧锁紧旋钮调节主弹簧伸缩状态进而调节支撑单元以适应不同管径的管道。转向电机工作时，其周向驱动轴带动滑环内的周向传动轴进行360°周向旋转进而带动激光视频检测模块360°周向旋转，激光视频检测模块通过转接盘与滑动旋转接头单元连接，滑环保证了激光视频检测模块在旋转时线缆不缠绕。
进一步地，支撑单元包括围绕传动外筒周围轴向设置的滑轨导线管，滑轨导线管上设有滑动底座，滑动底座与支撑轮铰接，支撑轮还与周向驱动单元铰接。
进一步地，滑轨导线管一端与周向驱动单元的端盖连接，其另一端及周向驱动单元均与接线仓Ⅰ连接；滑轨导线管上套有支撑臂弹簧和限位环，支撑臂弹簧设置在限位环和滑动底座之间，防止两个用于支撑滑轮的支撑臂间的角度太小。转向电机与控制器连接的线缆穿过传动外筒接到接线仓Ⅰ，激光视频检测模块与数据处理单元连接的线缆穿过滑轨导线管连接到接线仓Ⅰ，因此，滑轨导线管一方面可使滑动底座在滑轨导线管上滑动，另一方面用于线缆的走线，防止线缆缠绕。
进一步地，支撑轮包括滑轮和两支撑臂，两支撑臂一端通过铰接轴与滑轮连接，其中一支撑臂还与滑动底座铰接，另一支撑臂还与铰接杆底座铰接，铰接杆底座与传动外筒连接；旋转弹簧锁紧旋钮以调节主弹簧伸缩状态，使滑动底座在滑轨导线管滑动，以改变滑动底座与铰接杆底座的间距，进而调节两个用于支撑滑轮的支撑臂升高或下压的状态，使滑轮远离或靠近传动外筒以适应不同管径的管道。
进一步地，驱动装置包括互相连接的驱动机构和驱动履带行走单元，驱动履带行走单元包括设置在两侧面固定板间的履带、履带两端中间设有齿轮，齿轮与驱动机构连接，齿轮中间的齿轮轴两端设有固定块，固定块通过缓冲弹簧与侧面固定板连接。
进一步地，驱动固定单元包括支撑底座，支撑底座两端连接接线仓Ⅱ和接线仓Ⅲ。
进一步地，导向调节单元包括调节安装座、导向螺钉和安装在导向螺钉上的螺钉弹簧，调节安装座通过导向螺钉与支撑底座连接，螺钉弹簧设置在支撑底座下方的导向螺钉上。
进一步地，还包括与控制系统连接的距离测量单元，距离测量单元包括编码器，编码器通过支撑杆支撑，支撑杆铰接于滑轨导线管。编码器能够精确的记录检测装置在管道内运行的距离，使用时，调节支撑杆以适应不同管径的管道，增大了检测装置的适用范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，能够爬入管道内部，定位至焊缝位置，采用激光手段，采集得到根部焊缝的结构数据，配合内窥镜检测实现了对焊缝根部表面缺陷的检测，降低了误判的几率，提高了焊接的质量。
(2)本发明所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，通过控制系统控制控制驱动机构驱动驱动履带行走单元使检测装置移至焊缝处，再通过控制系统控制转向电机转动，其周向驱动轴驱动滑环内的周向传动轴360°旋转进而使前端搭载的激光视频检测模块对焊缝进行360°全面检测；
(3)本发明所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，可通过弹簧锁紧旋钮调节主弹簧的伸缩形变状态，进而使滑动底座靠近或远离铰接杆底座，与滑动底座及铰接杆底座连接的支撑臂升高或压低，以实现支撑单元的高度调节以使小管径管道内环焊缝激光视频检测装置适应不同管径的管道；驱动单元通过更换不同高度的导向螺钉即可实现适应不同尺寸的管径；
(4)本发明所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，具有结构设计巧妙、实用性强、适用范围广、经济价值大。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是视频检测模块内部结构示意图。
图3是周向旋转及支撑调节模块的结构示意图。
图4是视频检测模块与周向旋转及支撑调节模块连接结构示意图。
图5是驱动模块的结构示意图之一。
图6是驱动模块的结构示意图之二。
图7是驱动模块的内部结构示意图。
图8是图7中去除支撑底座的结构示意图。
图9是滑动底座的横截面示意图。
图10是支撑臂的结构示意图。
图11是图10的左视图。
图中：1视频检测模块，2，周向旋转及支撑调节模块，3驱动模块；
101点阵激光器，102摄像头；
201滑环，202端面轴承座，
211转向电机，212传动外筒，213主弹簧，214弹簧锁紧旋钮，215端盖，
221滑轨导线管，222滑环底座。223支撑臂，224支撑臂弹簧，225限位环，226滑轮，227铰接杆底座，228加强支撑环；
301支撑底座，
311固定块，312齿轮轴，313缓冲弹簧，314履带，
321调节安装座，322导向螺钉，323螺钉弹簧，
331防护外壳；
401转接盘，402接线仓Ⅰ，403航插头，404铰接连接座，405接线仓Ⅱ，406接线仓Ⅲ；
501编码器，502支撑杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和具体实例，对本发明提出的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为了有效地解决管道内窥镜检测存在的无法精确测量焊缝尺寸、无法适应变径管道，且对焊缝无法定量的问题，提出了一种小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，如图1至图6所示，包括依次连接的激光视频检测模块1、周向旋转及支撑调节模块2及驱动模块3，周向旋转及支撑调节模块2用于搭载前端的激光视频模块在管道内执行周向运动，驱动模块3用于提供给检测装置在管道内前进或后退的驱动力使检测装置进行前后运动，激光视频检测模块1连接有数据处理单元，还包括与周向旋转及支撑调节模块2及驱动模块3连接的控制系统，数据处理单元与控制系统连接，激光视频检测模块1用于采集整个管道内环焊缝的激光数据图像以及内窥镜数据图像，并将该图像信息传递给数据处理单元，进行数据处理单元进行图像信息处理、分析，控制系统用于控制周向旋转及支撑调节模块2和驱动模块3的运动。
如图2所示，激光视频检模块包括防尘外壳及设置在防尘外壳内的点阵激光器101和两个用于判断管道内是否有障碍物的摄像头102，一摄像头102设置在防尘外壳前端，另一摄像头102设置在防尘外壳侧面，并与点阵激光器101相对设置；点阵激光器101作用是进行激光扫描将焊缝位置的结构进行3D成像，与激光视频检模块的数据处理单元进行图形分析，从成像结果评估焊缝处的质量评估，数据处理单元中设有数据采集卡，用于采集图像信息。
如图3或图4所示，周向旋转及支撑调节模块2包括滑动旋转接头单元、周向驱动单元和支撑单元，滑动旋转接头单元与周向驱动单元连接，周向驱动单元还分别与支撑单元和控制系统连接，周向驱动单元带动滑动旋转接头单元进行360°周向旋转，进而带动通过转接盘401与滑动旋转接头单元连接的激光视频检测模块1执行周向旋转，以实现管道内环焊缝全覆盖扫描检测。滑动旋转接头单元包括端面轴承座202和滑环201，激光视频检测模块1通过转接盘401与端面轴承，端面轴承座202与滑环201连接，滑环201内设有周向传动轴。周向驱动单元包括转向电机211和转向电机211两端连接的传动外筒212，转向电机211与控制系统连接，两个传动外筒212上均设有主弹簧213，主弹簧213两端分别与弹簧锁紧旋钮214和支撑单元连接；支撑单元包括围绕传动外筒212周围轴向均匀间隔设置的三个滑轨导线管221，三个滑轨导线管221一端与周向驱动单元的端盖215连接，三个滑轨导线管221的另一端及周向驱动单元均与接线仓Ⅰ402连接，即：端盖215、传动外筒212、转向电机211、传动外筒212及接线仓Ⅰ402依次连接，转向电机211的周向驱动轴穿过转向电机211前端的传动外筒212与滑环201内的周向传动轴连接，转向电机211后端的传动外筒212与接线仓Ⅰ402连接，滑轨导线管221上设有滑动底座222，滑动底座222的横截面图如图9所示，滑动底座222与支撑轮铰接，支撑轮还与传动外筒212上套有的铰接杆底座227铰接，可根据管道的内径手动调节弹簧锁紧旋钮214进而实现调节支撑轮的使用尺寸，适用范围广。滑轨导线管221一方面可使滑动底座222在滑轨导线管221上滑动，另一方面用于线缆的走线，防止线缆缠绕。支撑轮包括滑轮226和两个用于支撑滑轮226的支撑臂223，支撑臂223的结构图如图10、图11所示，两支撑臂223顶端通过铰接轴与滑轮226连接，其中一支撑臂223的底端与滑动底座222铰接，另一支撑臂223的底端与铰接杆底座227铰接，通过旋转弹簧锁紧旋钮214以调节主弹簧213伸缩状态，使滑动底座222在滑轨导线管221滑动以改变滑动底座222与铰接杆底座227的间距，进而调节两个支撑臂223的距离支撑臂223升高或下压，使滑轮226远离或靠近传动外筒212以适应不同管径的管道。滑轨导线管221上套有支撑臂弹簧224和限位环225，支撑臂弹簧224设置在限位环225和滑动底座222之间，防止两个用于支撑滑轮226的支撑臂223间的角度太小。
作为优选地，滑轨导线管221上还套有加强支撑环228，加强支撑环228设置在转向电机211外壳的前端处，用于加强滑轨导线管221，防止滑轨导线管221弯曲变形。
如图5至图8所示，驱动模块3包括驱动固定单元、驱动装置和导向调节单元，驱动固定单元分别与驱动装置和导向调节单元连接；驱动装置包括互相连接的驱动机构和三个驱动履带行走单元，两两驱动履带行走单元之间外侧设有表面护板，驱动履带行走单元包括设置在两侧面固定板间的履带314、履带314两端中间设有齿轮，齿轮与驱动机构连接，履带314下方设有滑板，滑板设置在驱动机构上方，驱动机构内设有驱动电机，驱动电机带动履带314转动，齿轮中间的齿轮轴312两端设有固定块311，固定块311通过缓冲弹簧313与侧面固定板连接。驱动固定单元包括支撑底座301，支撑底座301中空方便走线，支撑底座301及表面护板两端连接有接线仓Ⅱ405和接线仓Ⅲ406。导向调节单元包括调节安装座321、导向螺钉322和安装在导向螺钉322上的螺钉弹簧323，调节安装座321为L型板，调节安装座321通过导向螺钉322与支撑底座301连接，螺钉弹簧323设置在支撑底座301下方的导向螺钉322上，导向螺钉322上装有螺钉弹簧323，使得驱动模块3在管道内可以具有一定的伸缩性，当需要检测不同尺寸的管径时，只需要更换不同高度的导向螺钉322即可，如图5、图6，将较短的导向螺钉322更换成较长的导向螺钉322，驱动履带行走单元被抬高，进而驱动模块3所占空间变大。
驱动模块3通过航插头403和铰接连接座404与周向旋转及支撑调节模块2连接，驱动模块3与周向旋转及支撑调节模块2连接的线缆穿过支撑底座301，驱动模块3可以很好的适应管径的变化，提高了适应性和通过性，可满足不同管道规格的内检测需求，能够顺利通过管道内。此外，接线仓Ⅲ406外侧设有挂钩，方便悬挂该检测装置。
本发明还包括与控制系统连接的距离测量单元，距离测量单元包括编码器501，编码器501通过支撑杆502支撑，支撑杆502铰接于滑轨导线管221。编码器501能够精确的记录检测装置在管道内运行的距离，进而可实现记录焊缝拍摄照片的位置，使用时，调节支撑杆502以适应不同管径的管道，增大了检测装置的适用范围。
相对于传统内窥镜，本发明能够准确记录焊缝拍摄照片的位置，配合点阵激光器101激光扫描的数据图像，能够执行焊缝内表面的定量分析，大大提高了内窥镜检测的准确度，降低了管道环焊缝检测的误判几率，辅助焊接人员提高了焊接质量，提高了焊接效率，能够自动爬入6英寸-10英寸管道内，实现小管径管道内环焊缝的激光和高清视频360度环焊缝全覆盖检测，驱动模块3用于给整个系统提供在管道内前进后退的驱动力，而本发明的用于搭载前端激光视频模块的旋转结构在管道内执行周向运动，使得激光视频模块能够360°采集管道内环焊缝。
本发明的使用过程为；首先将该装置放入管道内部，通过前端的激光视频检测模块1辅助，控制系统控制驱动模块3移动至焊缝区域；然后开启安装在激光视频检测模块1上的线阵激光器，并设置360度的旋转扫描，通过控制系统控制转向电机带动激光视频检测模块360°旋转，完成周向检测，激光视频检测模块1采集整个焊缝的激光数据图像以及内窥镜数据图像；数据处理单元对采集到的数据执行分析，判断焊缝根部是否有结构缺陷。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：包括激光视频检测模块(1)、搭载激光视频检测模块(1)的周向旋转及支撑调节模块(2)和与周向旋转及支撑调节模块(2)连接的驱动模块(3)，驱动模块(3)用于提供给检测装置在管道内前进或后退的驱动力，周向旋转及支撑调节模块(2)用于搭载前端的激光视频模块在管道内执行周向运动，激光视频检测模块(1)连接有数据处理单元，还包括与周向旋转及支撑调节模块(2)及驱动模块(3)连接的控制系统，数据处理单元与控制系统连接；周向旋转及支撑调节模块(2)包括滑动旋转接头单元、周向驱动单元和支撑单元，滑动旋转接头单元与周向驱动单元连接，周向驱动单元还分别与支撑单元和控制系统连接；驱动模块(3)包括驱动固定单元、驱动装置和导向调节单元，驱动固定单元分别与驱动装置和导向调节单元连接。
2.根据权利要求1所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：滑动旋转接头单元包括端面轴承座(202)和滑环(201)，端面轴承座(202)与滑环(201)连接，滑环(201)内设有周向传动轴。
3.根据权利要求2所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：周向驱动单元包括转向电机(211)和转向电机(211)两端连接的传动外筒(212)，转向电机(211)和控制系统连接，转向电机(211)的周向驱动轴穿过转向电机(211)前端的传动外筒(212)与滑动旋转接头单元的周向传动轴连接，传动外筒(212)上设有主弹簧(213)，主弹簧(213)两端分别与弹簧锁紧旋钮(214)和支撑单元连接。
4.根据权利要求3所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：支撑单元包括围绕传动外筒(212)周围轴向设置的滑轨导线管(221)，滑轨导线管(221)上设有滑动底座(222)，滑动底座(222)与支撑轮铰接，支撑轮还与周向驱动单元铰接。
5.根据权利要求4所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：滑轨导线管(221)一端与周向驱动单元的端盖(215)连接，其另一端及周向驱动单元均与接线仓Ⅰ(402)连接；滑轨导线管(221)上套有支撑臂弹簧(224)和限位环(225)，支撑臂弹簧(224)设置在限位环(225)和滑动底座(222)之间。
6.根据权利要求5所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：支撑轮包括滑轮(226)和两支撑臂(223)，两支撑臂(223)一端通过铰接轴与滑轮(226)连接，其中一支撑臂(223)还与滑动底座(222)铰接，另一支撑臂(223)还与铰接杆底座(227)铰接，铰接杆底座(227)与传动外筒(212)连接。
7.根据权利要求1所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：驱动装置包括互相连接的驱动机构和驱动履带行走单元，驱动履带行走单元包括设置在两侧面固定板间的履带(314)、履带(314)两端中间设有齿轮，齿轮与驱动机构连接，齿轮中间的齿轮轴(312)两端设有固定块(311)，固定块(311)通过缓冲弹簧(313)与侧面固定板连接。
8.根据权利要求7所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：驱动固定单元包括支撑底座(301)，支撑底座(301)两端连接接线仓Ⅱ(405)和接线仓Ⅲ(406)。
9.根据权利要求8所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：导向调节单元包括调节安装座(321)、导向螺钉(322)和安装在导向螺钉(322)上的螺钉弹簧(323)，调节安装座(321)通过导向螺钉(322)与支撑底座(301)连接，螺钉弹簧(323)设置在支撑底座(301)下方的导向螺钉(322)上。
10.根据权利要求1、6或9所述的小管径管道内环焊缝激光视频检测装置，其特征在于：还包括与控制系统连接的距离测量单元，距离测量单元包括编码器(501)，编码器(501)通过支撑杆(502)支撑，支撑杆(502)铰接于滑轨导线管(221)。
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