CN112557509A - 一种用于管道探伤的相控阵探头架及探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管道探伤的相控阵探头架，包括升降装置、摆叉、水包体、探头组件、耦合剂管道以及同轴度微适应机构；同轴微适应机构包括限位滚轮以及调节块；升降装置的升降端与摆叉连接，并用于驱动摆叉升降运动；限位滚轮可转动地安装于摆叉内，调节块与水包体的转轴转动连接，调节块具有弧形面，弧形面与限位滚轮抵接，限位滚轮跟随水包体沿其转轴方向的倾斜而转动，以适应待测管道沿其轴向的倾斜；探头组件安装于水包体内；耦合剂管道与水包体连通，并用于向水包体内输送耦合剂。本发明在管道探测时可以自适应管道椭圆度、弯曲度，同时可以自动适应管道轴向的微小倾斜，避免对检测精度造成影响。

Description

一种用于管道探伤的相控阵探头架及探测系统

技术领域

本发明涉及相控阵管道探伤技术领域，尤其涉及一种用于管道探伤的相控阵探头架及探测系统。

背景技术

相控阵检测技术是通过控制相控阵多个阵元按一定规则和时序激发，从而调节其控制焦点和聚焦方向，进而实现对目标的探测。初期主要应用于医疗领域，后续逐渐应用于工业检测中，例如管道探伤检测。

在管道探测时，通常会对管道的轴向和周向两个方向上的损伤分别进行探测。在管道的制作过程中，均存在一定的管材椭圆度及弯曲度，因此需要检测系统具有自适应局部管材调节的功能。同时，管道在传输以及旋转的过程中难免发生轴向的扭曲和偏斜，此时就需要对探头的探测方向进行相适应的调整，如果直接忽视这种倾斜则直接影响探测结果的精度，因此需要根据倾斜度进行相应调整，然而探头的自适调节动作要求为高速动态调整，且相控阵探头往往较长，对适应性要求较高，整体设计存在一定难度。。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种用于管道探伤的相控阵探头架及探测系统，用以解决目前相控阵检测时无法适应管道椭圆度、弯曲度以及轴向微小倾斜，导致检测精度较低的问题。

本发明提供一种用于管道探伤的相控阵探头架，包括升降装置、摆叉、水包体、探头组件、耦合剂管道以及同轴度微适应机构；所述同轴微适应机构包括限位滚轮以及调节块；

所述升降装置的升降端与所述摆叉连接，并用于驱动所述摆叉升降运动；所述限位滚轮可转动地安装于所述摆叉内，所述调节块与所述水包体的转轴转动连接，所述调节块具有弧形面，所述弧形面与所述限位滚轮抵接，所述限位滚轮跟随所述水包体沿其转轴方向的倾斜而转动，以适应待测管道沿其轴向的倾斜；所述探头组件安装于所述水包体内；所述耦合剂管道与所述水包体连通，并用于向所述水包体内输送耦合剂。

进一步的，所述升降装置包括直线导轨、滑块、气缸以及自复位弹簧；

所述滑块可滑动地安装于所述直线导轨上，所述气缸固定于所述直线导轨上，所述气缸的伸缩端与所述滑块连接，并用于驱动所述滑块升降运动，所述摆叉连接于所述滑块上，所述自复位弹簧的一端与所述直线导轨连接，所述自复位弹簧的另一端与所述滑块连接。

进一步的，还包括转动调节机构，所述转动调节机构包括轴承座、转动轴以及转动限位装置；

所述轴承座安装于所述升降装置的升降端，所述转动轴连接于所述摆叉上，所述转动轴与所述轴承座转动连接；所述转动限位装置包括限位座、左限位螺栓以及右限位螺栓；所述限位座安装于所述轴承座上，所述左限位螺栓以及右限位螺栓分别与所述限位座螺纹连接，并抵住所述摆叉，所述左限位螺栓以及右限位螺栓分别位于所述转动轴的两侧。

进一步的，所述水包体包括水包、前溢水板以及后溢水板；

所述水包通过其转轴与所述摆叉转动连接，所述探头组件安装于所述水包内，所述耦合剂管道与所述水包连通；所述前溢水板和后溢水板分别安装于所述水包的两侧。

进一步的，所述探头组件包括探头主体、角度调节座以及上下调节座；所述角度调节座可转动地安装于所述水包体内，所述角度调节座具有一腔体，所述上下调节座安装于所述腔体内，所述上下调节座包括横梁以及调节条，所述调节条上沿其长度方向开设有多个调节孔，所述探头主体通过其中一所述调节孔固定于所述上下调节座上，所述探头主体也位于所述腔体内。

进一步的，还包括耐磨垫，所述耐磨垫可拆卸地安装于所述水包体的底部，所述耐磨垫上开设有探头窗，所述探头组件的探测端伸入所述探头窗内，且不伸出所述探头窗。

进一步的，所述耦合剂管道包括管体以及进水座，所述进水座安装于所述水包体上，所述进水座内开设有与所述水包体连通的管道，所述管道的进水口通过所述管体与外部供水源连通。

本发明还提供一种用于管道探伤的相控阵探测系统，包括所述相控阵探头架，还包括探伤车；

所述相控阵探头架安装于所述探伤车上，所述探伤车用于运输所述相控阵探头架至待测管道处，并沿待测管道轴向行驶，实现待测管道的探伤。

进一步的，所述相控阵探头架的数量为四个，其中两个相控阵探头架的探头阵元排布方向沿待测管道的轴向设置，另外两个相控阵探头架的探头阵元排布方向沿待测管道的轴向的垂直方向设置。

进一步的，还包括传输托辊、检测工作台以及挡料轮；

所述待测管道放置于所述传输托辊上，所述传输托辊用于运输所述待测管道至所述检测工作台上的检测工位处，所述挡料轮安装于所述检测工作台上检测工位处，且位于所述检测工位与待测管道管尾相对应的位置处。

有益效果：本实施例中，升降装置用于控制探头架上下移动，以便靠近或远离待测管道；水包体使用转轴可转动地安装在摆叉上，探头组件跟随水包体一同在摆叉内转动，用于对待测管道轴向弯曲度进行部分适应、对待测管道的周向不圆度进行局部适应；水包体用于安装固定超声波探头组件，并接受供水耦合剂管路供给的耦合剂；整体实现待测管道的探测。同时，设置同轴度微适应机构用于自动适应水包体与待测管道接触的局部存在的扭曲偏斜，同轴度微适应机构由调节块以及围绕调节块上的弧形面转动的限位滚轮组成，当待测管道发生轴向倾斜时，待测管道推动水包体的转轴，水包体的转轴通过调节块推动限位滚轮，限位滚轮滚动并施加反向作用力给调节块以及水包体，从而推动待测管道调整为同轴状态。本发明在管道探测时可以自动适应管道轴向的微小倾斜，避免探头组件探测方向与待测管道的不同轴对检测精度造成影响。

附图说明

图1为本发明提供的用于管道探伤的相控阵探头架第一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的用于管道探伤的相控阵探头架第一实施例的另一角度的结构示意图；

图3为本发明提供的用于管道探伤的相控阵探头架第一实施例的同轴微适应机构的结构示意图；

图4为本发明提供的用于管道探伤的相控阵探头架第一实施例的部分结构的结构示意图；

图5为本发明提供的用于管道探伤的相控阵探头架第一实施例的上下调节座的结构示意图。

附图标记：

11、直线导轨；12、滑块；13、气缸；14、自复位弹簧；15、轴承座；16、限位座；17、左限位螺栓；18、右限位螺栓；2、摆叉；31、水包；32、前溢水板；33、后溢水板；41、探头主体；42、角度调节座；421、缓冲板；43、上下调节座；431、横梁；432、调节条；433、调节孔；44、角度指示板；45、耐磨垫；451、扳手；51、进水座；61、限位滚轮；62、调节块。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1、图2、图3所示，本发明的实施例1提供了用于管道探伤的相控阵探头架，以下简称探头架，包括升降装置、摆叉2、水包体、探头组件、耦合剂管道以及同轴度微适应机构；所述同轴微适应机构包括限位滚轮61以及调节块62；

所述升降装置的升降端与所述摆叉2连接，并用于驱动所述摆叉2升降运动；所述限位滚轮61可转动地安装于所述摆叉2内，所述调节块62与所述水包体的转轴转动连接，所述调节块62具有弧形面，所述弧形面与所述限位滚轮61抵接，所述限位滚轮61跟随所述水包体沿其转轴方向的倾斜而转动，以适应待测管道沿其轴向的倾斜；所述探头组件安装于所述水包体内；所述耦合剂管道与所述水包体连通，并用于向所述水包体内输送耦合剂。

本实施例中，升降装置用于控制探头架上下移动，以便靠近或远离待测管道。水包体使用转轴可转动地安装在摆叉2上，探头组件跟随水包体一同在摆叉2内转动，用于对待测管道轴向弯曲度进行部分适应、对待测管道的周向不圆度进行局部适应。水包体用于安装固定超声波探头组件，并接受供水耦合剂管路供给的耦合剂，本实施例中耦合剂为水，形成局部水腔。

本实施例采升降装置实现探头架的探测状态切换，通过摆叉的摆动实现待测管道轴向弯曲度以及周向不圆度(椭圆度)的部分适应，与此同时设置同轴微适应机构进行倾斜适应。具体的，同轴度微适应机构可以自动适应水包体与待测管道接触的局部存在的扭曲偏斜，同轴度微适应机构由调节块62以及围绕调节块62上的弧形面转动的限位滚轮61组成，当待测管道发生轴向倾斜时，待测管道推动水包体的转轴，水包体的转轴通过调节块62推动限位滚轮61，限位滚轮61滚动并施加反向作用力给调节块62以及水包体，从而推动待测管道调整为同轴状态。具体的，如图3所示，本实施例中调节块62有两个，两个调节块62上设置的弧形面分布于转轴的两侧，限位滚轮61有四个，其中两个限位滚轮61位于摆叉2一侧，另两个限位滚轮61位于摆叉2另一侧，位于同一侧的两个限位滚轮61分别位于水包体的转轴的两侧，从而实现对待测管道轴向两个不同方向倾斜的自动适应调节，摆叉2两侧的两组限位滚轮61，分别用于对待测管道两端的轴向倾斜进行自动适应调节，最终实现整体的同轴度自适应调节效果，以适应待测管道的扭曲偏斜。本实施例在管道探测时可以自动适应管道轴向的微小倾斜，避免探头组件探测方向与待测管道的不同轴对检测精度造成影响。

优选的，如图1、图2所示，所述升降装置包括直线导轨11、滑块12、气缸13以及自复位弹簧14；

所述滑块12可滑动地安装于所述直线导轨11上，所述气缸13固定于所述直线导轨11上，所述气缸13的伸缩端与所述滑块12连接，并用于驱动所述滑块12升降运动，所述摆叉2连接于所述滑块12上，所述自复位弹簧14的一端与所述直线导轨11连接，所述自复位弹簧14的另一端与所述滑块12连接。

探头架安装在探伤车上，探伤车沿待测管道轴向行进，实现探头架向待测管道的轴向靠近，升降装置实现探头架向待测管道的升降靠近。具体的，滑块12可以在直线滑轨上滑动，气缸13用于驱动滑块12在直线滑轨上滑动。摆叉2连接在滑块12上，而探头组件通过水包体连接在摆叉2上，因此可以实现探头组件的升降运动，当探头架靠近待测管道到达检测工位时，通过气缸13驱动探头组件下降靠近待测管道实现探测，当探头架离开待测管道的检测工位时，气缸13驱动探头组件上升原理待测管道，随后可以快速离开待测管道准备下一次探测。升降装置还设置自复位弹簧14，自复位弹簧14可以保证气缸13临时停气后，水包体可以收水包体内输送耦合剂。回离开待测管道，避免撞坏探头架。

优选的，如图1所示，还包括转动调节机构，所述转动调节机构包括轴承座15、转动轴以及转动限位装置；

所述轴承座15安装于所述升降装置的升降端，所述转动轴连接于所述摆叉2上，所述转动轴与所述轴承座15转动连接；所述转动限位装置包括限位座16、左限位螺栓17以及右限位螺栓18；所述限位座16安装于所述轴承座15上，所述左限位螺栓17以及右限位螺栓18分别与所述限位座16螺纹连接，并抵住所述摆叉2，所述左限位螺栓17以及右限位螺栓18分别位于所述转动轴的两侧。

增设转动调节机构，用于调节摆叉2的转动角度，调整好后通过转动限位装置实现转动限位，即通过左限位螺栓17以及右限位螺栓18让摆叉2旋转限位，防止摆叉2翻倒。

优选的，如图1、图2、图4所示，所述水包体包括水包31、前溢水板32以及后溢水板33；

所述水包31通过其转轴与所述摆叉2转动连接，所述探头组件安装于所述水包31内，所述耦合剂管道与所述水包31连通；所述前溢水板32和后溢水板33分别安装于所述水包31的两侧。

水包31用于盛放耦合剂，以实现探测。前溢水板32和后溢水板33实现耦合剂过多时的溢流。

优选的，如图1、图3、图5所示，所述探头组件包括探头主体41、角度调节座42以及上下调节座43；所述角度调节座42可转动地安装于所述水包体内，所述角度调节座42具有一腔体，所述上下调节座43安装于所述腔体内，所述上下调节座43包括横梁431以及调节条432，所述调节条432上沿其长度方向开设有多个调节孔433，所述探头主体41通过其中一所述调节孔433固定于所述上下调节座43上，所述探头主体41也位于所述腔体内。

角度调节座42可转动地安装于水包体内，从而可以调节探头主体41绕待测管道轴线的偏转角度；上下调节座43的调节条432上设置多个调节孔433，多个调节孔433对应不同的安装高度，选择相应的调节孔433对探头主体41进行固定，即可达到调节探头主体41上下高度的效果。

具体的，如图1、图2所示，所述水包体上还安装有用于指示所述角度调节座42的调节角度的角度指示板44。

在水包31上设置角度指示板44，用于指示探头主体41的调节角度。

具体的，如图2、图4所示，角度调节座42上还安装有缓冲板421，所述缓冲板421开设有朝向水包31内设置的缓流槽，所述缓流槽朝向所述进水座51的出水口设置。

缓冲板421对由进水口流入的耦合剂流进行缓冲，避免液滴飞溅。

优选的，如图1、图2、图3、图4所示，还包括耐磨垫45，所述耐磨垫45可拆卸地安装于所述水包体的底部，所述耐磨垫45上开设有探头窗，所述探头组件的探测端伸入所述探头窗内，且不伸出所述探头窗。

在水包31底部安装耐磨垫45，耐磨垫45靠近待测管道的一侧设置为与管道形状相匹配的弧形，用于匹配待测管道。探测时，待测管道贴住耐磨垫45，探头组件在探头窗内实现探测，耐磨垫45防止待测管道磨损探头主体41的同时防止水包31漏水。具体的，本实施例中，耐磨垫45通过扳手451可拆卸地安装于水包体的底部，将扳手451扳开后，耐磨垫45就可以取下来，从而实现耐磨垫45的更换，相比螺丝固定等一般的现有方式更加方便，可以实现快捷拆卸更换。

优选的，如图1、图3、图4所示，所述耦合剂管道包括管体以及进水座51，所述进水座51安装于所述水包体上，所述进水座51内开设有与所述水包体连通的管道，所述管道的进水口通过所述管体与外部供水源连通。

耦合剂由外部供水源中流出经管体以及进水座51中管道流入水包31中。

实施例2

本发明的实施例2提供了用于管道探伤的相控阵探测系统，包括实施例1提供的相控阵探头架，还包括探伤车；

所述相控阵探头架安装于所述探伤车上，所述探伤车用于运输所述相控阵探头架至待测管道处，并沿待测管道轴向行驶，实现待测管道的探伤。

探伤车行驶，找到待测管体管端后，通过升降装置放下探头架，然后以一恒定速度沿待测管道前进，对待测管道进行超声波检测。

优选的，所述相控阵探头架的数量为四个，其中两个相控阵探头架的探头阵元排布方向沿待测管道的轴向设置，另外两个相控阵探头架的探头阵元排布方向沿待测管道的轴向的垂直方向设置。

四个探头架中，一个用于纵向横波检测，沿待测管道圆周方向顺时针；一个用于纵向横波检测，沿待测管道圆周方向逆时针；一个用于横向横波检测，沿待测管道轴向向前；一个用于、横向横波检测，沿待测管道轴向向后。根据需要，纵向检测可以兼容斜向检测，牺牲一定速度。

每个探头架由于功能不同，必须经过待测管道的全段长度，各探头架沿探伤车的行驶方向，即待测管道的轴向依次安装于探伤车上，每个探头架依次沿待测管道轴向重复前面探头架的扫查轨迹。

优选的，还包括传输托辊、检测工作台以及挡料轮；

所述待测管道放置于所述传输托辊上，所述传输托辊用于运输所述待测管道至所述检测工作台上的检测工位处，所述挡料轮安装于所述检测工作台上检测工位处，且位于所述检测工位与待测管道管尾相对应的位置处。

传输托辊用于传输待测管道，检测时，待测管道使用传输托辊输送到检测工位，挡料轮升起，顶住被检钢管。传输托辊下降，待测管道在传输托辊上原地旋转。挡料轮用来标定管尾位置，并防止待测管道旋转过程中发生轴向窜动。随后，探伤车前进，找到管端后，依次放下各探头架，然后以一恒定速度前进，对待测管道进行超声波检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，包括升降装置、摆叉、水包体、探头组件、耦合剂管道以及同轴度微适应机构；所述同轴微适应机构包括限位滚轮以及调节块；

所述升降装置的升降端与所述摆叉连接，并用于驱动所述摆叉升降运动；所述限位滚轮可转动地安装于所述摆叉内，所述调节块与所述水包体的转轴转动连接，所述调节块具有弧形面，所述弧形面与所述限位滚轮抵接，所述限位滚轮跟随所述水包体沿其转轴方向的倾斜而转动，以适应待测管道沿其轴向的倾斜；所述探头组件安装于所述水包体内；所述耦合剂管道与所述水包体连通，并用于向所述水包体内输送耦合剂。

2.根据权利要求1所述的用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，所述升降装置包括直线导轨、滑块、气缸以及自复位弹簧；

所述滑块可滑动地安装于所述直线导轨上，所述气缸固定于所述直线导轨上，所述气缸的伸缩端与所述滑块连接，并用于驱动所述滑块升降运动，所述摆叉连接于所述滑块上，所述自复位弹簧的一端与所述直线导轨连接，所述自复位弹簧的另一端与所述滑块连接。

3.根据权利要求2所述的用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，还包括转动调节机构，所述转动调节机构包括轴承座、转动轴以及转动限位装置；

所述轴承座安装于所述升降装置的升降端，所述转动轴连接于所述摆叉上，所述转动轴与所述轴承座转动连接；所述转动限位装置包括限位座、左限位螺栓以及右限位螺栓；所述限位座安装于所述轴承座上，所述左限位螺栓以及右限位螺栓分别与所述限位座螺纹连接，并抵住所述摆叉，所述左限位螺栓以及右限位螺栓分别位于所述转动轴的两侧。

4.根据权利要求1所述的用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，所述水包体包括水包、前溢水板以及后溢水板；

所述水包通过其转轴与所述摆叉转动连接，所述探头组件安装于所述水包内，所述耦合剂管道与所述水包连通；所述前溢水板和后溢水板分别安装于所述水包的两侧。

5.根据权利要求1所述的用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，所述探头组件包括探头主体、角度调节座以及上下调节座；所述角度调节座可转动地安装于所述水包体内，所述角度调节座具有一腔体，所述上下调节座安装于所述腔体内，所述上下调节座包括横梁以及调节条，所述调节条上沿其长度方向开设有多个调节孔，所述探头主体通过其中一所述调节孔固定于所述上下调节座上，所述探头主体也位于所述腔体内。

6.根据权利要求5所述的用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，还包括耐磨垫，所述耐磨垫可拆卸地安装于所述水包体的底部，所述耐磨垫上开设有探头窗，所述探头组件的探测端伸入所述探头窗内，且不伸出所述探头窗。

7.根据权利要求1所述的用于管道探伤的相控阵探头架，其特征在于，所述耦合剂管道包括管体以及进水座，所述进水座安装于所述水包体上，所述进水座内开设有与所述水包体连通的管道，所述管道的进水口通过所述管体与外部供水源连通。

8.一种用于管道探伤的相控阵探测系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的相控阵探头架，还包括探伤车；

所述相控阵探头架安装于所述探伤车上，所述探伤车用于运输所述相控阵探头架至待测管道处，并沿待测管道轴向行驶，实现待测管道的探伤。

9.根据权利要求8所述的用于管道探伤的相控阵探测系统，其特征在于，所述相控阵探头架的数量为四个，其中两个相控阵探头架的探头阵元排布方向沿待测管道的轴向设置，另外两个相控阵探头架的探头阵元排布方向沿待测管道的轴向的垂直方向设置。

10.根据权利要求8所述的用于管道探伤的相控阵探测系统，其特征在于，还包括传输托辊、检测工作台以及挡料轮；

所述待测管道放置于所述传输托辊上，所述传输托辊用于运输所述待测管道至所述检测工作台上的检测工位处，所述挡料轮安装于所述检测工作台上检测工位处，且位于所述检测工位与待测管道管尾相对应的位置处。

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