CN111060593B - 基于超声检测的自动扫查架及其在管道内的行径方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于超声检测的自动扫查架及其在管道内的行径方法，包括固定架、驱动自动扫查架移动的驱动装置，固定架内设有中控系统，固定架前后两端均滑动安装有第一磁块，复杂铝制管道外壁转弯处设有第二磁块，第一磁块与第二磁块相对面为同极；通过固定架前后端各自设置第一磁块，直到扫查架进入管道的转弯处时，前后两个第一磁块滑动的变化差值和扫查架本身长度来确定复杂管道转弯处的角度，从而使得扫查架能够较为轻松的穿过复杂管道的转弯处。其解决了检测时管道内的介质也不能完全清空时，管道内的介质以及光线问题会影响摄像装置的检测效果的技术问题。

Description

基于超声检测的自动扫查架及其在管道内的行径方法

技术领域

本发明涉及缺陷检测技术领域，具体为基于超声检测的自动扫查架及其在管道内的行径方法。

背景技术

超声检测已广泛应用于对焊缝进行缺陷检测的技术领域，通常的检测对象涉及储罐、各种各样的管道，现有技术中涉及一种反馈式的自动扫查装置，不需要人工手持移动检测，且在扫查过程中不容易走偏，能够多焊缝进行自动扫查，提升了扫查装置的扫查效率，降低了人工的劳动强度。

上述现有技术中的一种反馈式自动扫查装置通过摄像装置来判断转向位置，从而使自动扫查装置自动完成转向，但是由于管道内的光线较暗，且检测时管道内的介质也不能完成清空，管道内的介质以及光线问题会影响摄像装置的检测效果，所以该装置不适用于复杂管道内的检测。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了基于超声检测的自动扫查架及其在管道内的行径方法。使得自动扫查架能在复杂铝制管道内自由行走，且能够遇到管道转弯处自动转向，防止对管壁的碰撞，以及与现有技术中的采用摄像装置来判断转向位置相比更具有实用性。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：基于超声检测的自动扫查架，包括固定架、驱动所述自动扫查架移动的驱动装置，所述固定架内设有中控系统，所述固定架底端设有若干固定块，所述固定块转动连接有若干组方向轮，所述固定块内还安装有驱动万向轮转动的第一电机，所述固定架内滑动连接有液动小车，所述固定架前后两端均滑动安装有第一磁块，初始位置时所述第一磁块均位于固定架前后两端中心，所述固定架前后两端均设有用于检测第一磁块上位置的感应装置，复杂铝制管道外壁转弯处设有第二磁块，所述第一磁块与第二磁块相对面为同极；所述中控系统与所述感应装置、第一电机电连接。

进一步优化，所述液动小车包括主板、车轮、超声波探头，所述主板底部设有若干组车轮，每组所述车轮之间连接有车轮轴。

进一步优化，所述液动小车与所述固定架之间还连接有调节机构，所述调节机构包括弹簧挡板、Y向滑动板，所述Y向滑动板上设有第一调节固定座，所述第一调节固定座与弹簧挡板之间连接有第一弹簧。

进一步优化，所述主板与超声波探头之间还设有连接块，所述连接块包括探头固定夹具，所述探头固定夹具的下方设有夹具底板，所述夹具底板下方设有底板支撑架，所述底板支撑架远离夹具底板的一端设置在主板上。

进一步优化，所述感应装置包括设置在第一磁块上的光电发射器，所述固定架前后两端设有长条状的光电接收器。

进一步优化，所述固定架两侧壁设有测距头，所述测距头与所述中控系统电连接。

本扫查架采用如下方式对管底壁进行检测：先将固定架与万向轮和管底壁进行贴合，然后调节第一调节固定座，使得液动小车的车轮也能与管底壁贴合，然后调节超声波探头的位置与管壁之间的距离相适应。然后驱动液动小车在固定架内滑动，从而带动超声波探头在管底壁也做一个直线性的滑动，超声波探头在滑动的过程中向管底壁发射超声波并且收到反射过来的超声波，最终完成管底壁的检测，超声波探头完成滑动后，液动小车返回，从而带动超声波探头复位，复位的过程中，超声波探头可以对刚刚检测的结果进行验证，并将检测结果反馈至中控系统，完成对一个区域内的检测。为了使得本自动扫查架能完成对整个复杂铝制管道的检测采用如下方法：

基于超声检测的自动扫查架及其在管道内的行径方法，包括以下步骤：

（1）将所述自动扫查架放入至所述复杂铝制管道内，并根据自动扫查架尺寸以及复杂铝制管道确警报值的预设值；

（2）液动小车在固定架上来回滑动使超声波探头完成检测，并将检测结果反馈至中控系统；

（3）检测完毕后，测距头测量固定架侧壁与复杂铝制管壁之间的距离S1、S2,并反馈至所述中控系统，中控系统判断S1、S2与警报值的预设值大小，若S1或S2任意一个数值小于警报值的预设值大小，中控系统驱动自动扫查架转动角度α以回正；

（4）所述光电接收器接收所述光电发射器的信号并分别确定第一磁块在固定架前端的位置A1，第一磁块在固定架后端的位置A2，并计算出相对距离△L=A1-A2，若△L的数值不为0,则反馈至中控系统，中控系统调节所述自动扫查架旋转角度β；若△L的数值为0,则反馈至中控系统，中控系统反馈至驱动装置，驱动装置调节所述自动扫查架前进一段距离，并开始准备下一块区域的检测；

（5）直到自动扫查架从复杂铝制管道的另一端离开，完成复杂铝制管道的一部分区域检测；

（6）重新选择适当的复杂铝制管道的摆放方式，准备为未检测区域部分检测。

进一步优化，所述旋转角度β=arcsin（L/△L）,其中L为扫查架的长度。

进一步优化，所述转动角度α=arcsin(ǀS₁-S₂ǀ/L),其中，S_1、S₂分别为固定架两侧壁上的测距头分别与复杂铝制管壁之间的距离，L为扫查架的长度。

本发明的优点在于：1、通过在固定架两侧壁上设置测距头，从而可以感应本自动扫查架与管壁之间的距离，便于自动扫查架与管壁之间始终保持在警报值以下的距离，并以总结了转动角度α的公式，便于修正自动扫查架走偏，具有自动扫查装置安全检测的特点。2、自动扫查架上设置液动小车，液动小车内设有超声波探头，通过超声波探头对复杂管壁进行检测，且采用调节机构可以进行液动小车的竖向调节，适应于管壁内凹凸不平的现象。3、自动扫查架底部设有万向轮，第一电机可以根据中控系统所给的信号调节万向轮以适合的转向来通过复杂铝制管道的转弯处。且驱动装置可以使得自动扫查装置进行驱动以检测下一块区域。4、通过固定架前后端各自设置第一磁块，即初始位置时第一磁块处于固定架前后端的中心，直到扫查架进入管道的转弯处时，由于同极相斥的作用，导致第一磁块滑动，从而使得前后两个第一磁块滑动的变化差值和扫查架本身长度来确定复杂管道转弯处的角度，从而使得扫查架能够较为轻松的穿过复杂管道的转弯处。5、由于本检测管道为铝制管道，因此可以使得较为廉价的第一磁块与第二磁块的滑动变化差值来检测扫查架的具体位置情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行 描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而 言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它 的实施例及其附图。

图1是本发明中基于超声检测的自动扫查架的结构示意图。

图2是本发明自动扫查架在复杂铝制管道内的路径行进图。

图3是本发明中液动小车的结构示意图。

图中：固定架1、固定块2、万向轮3、主板4、车轮5、超声波探头6、车轮轴7、第一磁块8、第二磁块9、探头固定夹具10、夹具底板11、底板支撑架12、弹簧挡板13、Y向滑动板14、第一调节固定座15、第一弹簧16、光电发射器17、光电接收器18、测距头19、复杂管道20、自动扫查架21。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的 前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

本发明的实施例，如图1至图3所示，提供基于超声检测的自动扫查架21，包括固定架1、驱动所述自动扫查架21移动的驱动装置，所述固定架1内设有中控系统，所述固定架1底端设有四块固定块2，所述固定块2转动连接有两组方向轮，所述固定块2内还安装有驱动万向轮3转动的第一电机，所述固定架1内滑动连接有液动小车，所述固定架1前后两端均滑动安装有第一磁块8，初始位置时所述第一磁块8均位于固定架1前后两端中心，所述固定架1前后两端均设有用于检测第一磁块8上位置的感应装置，复杂铝制管道外壁转弯处设有第二磁块9，所述第一磁块8与第二磁块9相对面为同极；所述中控系统与所述感应装置、第一电机电连接。

所述液动小车包括主板4、车轮5、超声波探头6，所述主板4底部设有两组车轮5，每组所述车轮5之间连接有车轮轴7。液动小车的驱动可以使用第二电机和丝杠的配合进行，将第二电机安装在固定架1外，丝杆安装在固定架1内。驱动装置可以是电动马达，电动马达可以驱动自动扫查装置整体向前移动，电动马达与中控系统连接。

所述液动小车与所述固定架1之间还连接有调节机构，所述调节机构包括弹簧挡板13、Y向滑动板14，所述Y向滑动板14上设有第一调节固定座15，所述第一调节固定座15与弹簧挡板13之间连接有第一弹簧16。

所述主板4与超声波探头6之间还设有连接块，所述连接块包括探头固定夹具10，所述探头固定夹具10的下方设有夹具底板11，所述夹具底板11下方设有底板支撑架12，所述底板支撑架12远离夹具底板11的一端设置在主板4上。

所述感应装置包括设置在第一磁块8上的光电发射器17，所述固定架1前后两端设有长条状的光电接收器18。所述光电发射器17与所述光电接收器18相对应。

所述固定架1两侧壁设有测距头19，所述测距头19与所述中控系统电连接。所述固定架1上设有两个传感器，传感器分别位于固定架1侧边靠近两端的位置，所述液动小车上设有用于感应液动小车在所述固定架1上位置的传感器感应支架。传感器感应支架可以随着液动小车横向滑动，当传感器感应支架回到原传感器位置，即对该区域检测完毕，此时传感器传感信号给中控系统，中控系统控制电动马达开启一段时候自动关闭。

中控系统为了能及时将检测结果反馈，可以通过无线传输的方式反馈至管道外侧的设备以备实时观测数据。

本自动扫查架21采用如下方式对复杂铝制管底壁进行检测：先将固定架1与万向轮3和管底壁进行贴合，然后调节第一调节固定座15，使得液动小车的车轮5也能与管底壁贴合，然后调节超声波探头6的位置与管壁之间的距离相适应。然后驱动液动小车在固定架1内滑动，从而带动超声波探头6在管底壁也做一个直线性的滑动，超声波探头6在滑动的过程中完成管底壁的检测，超声波探头6完成滑动后，液动小车返回，从而带动超声波探头6复位，复位的过程中，超声波探头6可以对刚刚检测的结果进行验证，并将检测结果反馈至中控系统，完成对一个区域内的检测。为了使得本扫查架能完成整个铝制复杂管道20的检测采用如下方法：

基于超声检测的自动扫查架21及其在管道内的行径方法，包括以下步骤：

(1)将所述自动扫查架21放入至所述复杂铝制管道内，并根据自动扫查架21尺寸以及复杂铝制管道确警报值的预设值；

(2)液动小车在固定架1上来回滑动使超声波探头6完成缺陷检测，并将检测结果反馈至中控系统；

(3)检测完毕后，测距头19测量固定架1侧壁与复杂铝制管壁之间的距离S1、S2,并反馈至所述中控系统，中控系统判断S1、S2与警报值的预设值大小，若S1或S2任意一个数值小于警报值的预设值大小，中控系统驱动自动扫查架21转动角度α以回正；

(4)所述光电接收器18接收所述光电发射器17的信号并分别确定第一磁块8在固定架1前端的位置A1，第一磁块8在固定架1后端的位置A2，并计算出相对距离△L=A1-A2，若△L的数值不为0,则反馈至中控系统，中控系统调节所述自动扫查架21旋转角度β；若△L的数值为0,则反馈至中控系统，中控系统反馈至驱动装置，驱动装置调节所述自动扫查架21前进一段距离，并开始准备下一块区域的检测；

(5)直到自动扫查架21从复杂铝制管道的另一端离开，完成复杂铝制管道的一部分区域检测；

(6)重新选择适当的复杂铝制管道的摆放方式，准备为未检测区域部分检测。

所述旋转角度β=arcsin(L/△L),其中L为扫查架的长度。

所述转动角度α=arcsin(ǀS1-S2ǀ/L),其中，S1、S2分别为固定架1两侧壁上的测距头19分别与复杂铝制管壁之间的距离，L为扫查架的长度。

自动扫查架21的进行路径如图2所示，自动扫查架21转动到管道转弯处能够根据△L的数值反馈至中控系统，从而中控系统控制第一电机带动万向轮3转向，从而能自动转弯，无需人工操作。如图2所示的一种情况，第一磁块8的左侧为N极，第一磁块8的右侧为S极，管道转弯处的上侧为N极朝着管道一侧，管道转弯处的下侧为S极朝着管道一侧，本发明采用第一磁块8和第二磁块9同性相斥的原理，第二磁块9安装在复杂管道20转弯处，当扫查架上的第一磁块8与第二磁块9相互作用时，第二磁块9会作用带动第一磁块8滑动，从而使得固定架1前后端的第一磁块8产生滑动，并产生△L的数值，并结合旋转角度β=arcsin(L/△L)来计算出转弯处的转弯角度，从而避免扫查架上的部分部件撞击管道壁。其解决了检测时管道内的介质不能完全清空或者管道内还留有一些残余介质，以及光线问题会影响摄像装置的检测效果的技术问题。

本发明总结了自动扫查架21在直线管道偏移的公式，通过固定架1两侧的测距头19所测出的S1、S2与管壁的差值得出偏移量，再由偏移量和扫查架长度的比值，最终由反三角公式得到转动角度α，并输入至中控系统，实时根据转动角度进行相应调节。此转动角度α的调节适用于直线管道上扫查架出现偏移进行调节的现象。

由于本检测管道为铝制管道，因此可以使得较为廉价的第一磁块8与第二磁块9的滑动变化差值来检测扫查架的具体位置情况。

本发明总结了自动扫查架21在管道转弯处偏移的公式，通过光电传感器来检测出固定架1前后两端上第一磁块8的滑动量，再由滑动量的差值△L和扫查架长度的比值，最终由反三角公式得到旋转角度β，并输入至中控系统，实时根据旋转角度进行相应调节。此旋转角度的调节适用于转弯管道上扫查架出现偏移进行调节的现象。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求进行限定，而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.基于超声检测的自动扫查架，包括固定架、驱动所述自动扫查架移动的驱动装置，所述自动扫查架能在复杂铝制管道内自由行走，所述固定架内设有中控系统，所述固定架底端设有若干固定块，其特征在于，所述固定块转动连接有若干组方向轮，所述固定块内还安装有驱动万向轮转动的第一电机，所述固定架内滑动连接有液动小车，所述固定架前后两端均滑动安装有第一磁块，初始位置时所述第一磁块均位于固定架前后两端中心，所述固定架前后两端均设有用于检测第一磁块上位置的感应装置，复杂铝制管道外壁转弯处设有第二磁块，所述第一磁块与第二磁块相对面为同极，所述第二磁块会作用带动第一磁块滑动；所述中控系统与所述感应装置、第一电机电连接，所述液动小车包括主板、车轮、超声波探头，所述主板底部设有若干组车轮，每组所述车轮之间连接有车轮轴，所述固定架前后两端设有长条状的光电接收器，所述感应装置包括设置在第一磁块上的光电发射器，所述光电接收器接收所述光电发射器的信号并分别确定第一磁块在固定架前端的位置A1，第一磁块在固定架后端的位置A2，并计算出相对距离△L=A1-A2，若△L的数值不为0,则反馈至中控系统，中控系统调节所述自动扫查架旋转角度β；若△L的数值为0，则反馈至中控系统，中控系统反馈至驱动装置，驱动装置调节所述自动扫查架前进一段距离，并开始准备下一块区域的检测。

2.根据权利要求1所述的基于超声检测的自动扫查架，其特征在于：所述液动小车与所述固定架之间还连接有调节机构，所述调节机构包括弹簧挡板、Y向滑动板，所述Y向滑动板上设有第一调节固定座，所述第一调节固定座与弹簧挡板之间连接有第一弹簧。

3.根据权利要求2所述的基于超声检测的自动扫查架，其特征在于：所述主板与超声波探头之间还设有连接块，所述连接块包括探头固定夹具，所述探头固定夹具的下方设有夹具底板，所述夹具底板下方设有底板支撑架，所述底板支撑架远离夹具底板的一端设置在主板上。

4.根据权利要求3所述的基于超声检测的自动扫查架，其特征在于：所述固定架两侧壁设有测距头，所述测距头与所述中控系统电连接。

5.一种权利要求4所述的基于超声检测的自动扫查架在管道内的行径方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将所述自动扫查架放入至复杂铝制管道内，并根据自动扫查架尺寸以及铝制管道确警报值的预设值；

（2）液动小车在固定架上来回滑动使超声波探头完成检测，并将检测结果反馈至中控系统；

（3）检测完毕后，测距头测量固定架侧壁与复杂铝制管壁之间的距离S1、S2,并反馈至所述中控系统，中控系统判断S1、S2与警报值的预设值大小，若S1或S2任意一个数值小于警报值的预设值大小，中控系统驱动自动扫查架转动角度α以回正；

（4）所述光电接收器接收所述光电发射器的信号并分别确定第一磁块在固定架前端的位置A1，第一磁块在固定架后端的位置A2，并计算出相对距离△L=A1-A2，若△L的数值不为0,则反馈至中控系统，中控系统调节自动扫查架旋转角度β；若△L的数值为0,则反馈至中控系统，中控系统反馈至驱动装置，驱动装置调节所述自动扫查架前进一段距离，并开始准备下一块区域的检测；

（5）直到自动扫查架从复杂铝制管道的另一端离开，完成复杂铝制管道的一部分区域检测；

（6）重新选择适当的复杂铝制管道的摆放方式，准备为未检测区域部分检测。

6.根据权利要求5所述的基于超声检测的自动扫查架在管道内的行径方法，其特征在于，所述旋转角度β=arcsin（L/△L）,其中L为扫查架的长度。

7.根据权利要求5所述的基于超声检测的自动扫查架在管道内的行径方法，其特征在于，所述转动角度α=arcsin(ǀS₁-S₂ǀ/L),其中，S_1、S₂分别为固定架两侧壁上的测距头分别与复杂铝制管壁之间的距离，L为扫查架的长度。

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