CN113075285A - 一种爬行机器人磁粉自动化检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种爬行机器人磁粉自动化检测系统。其包括磁力爬行机器人，搭载在机器人上的磁粉检测装置和控制系统各部分运行的检测系统控制电路装置；在地面配套设置有操控爬行机器人动作的地面控制盒和控制终端，以及供电装置。所述磁力爬行机器人其车体采用前后分体式结构，包括前车头、后车头、和车架，所述车架包括车载板和与车载板前后两端分别固定连接的下探连接臂，车载板与两端的下探连接臂呈几字形，车载板两端的下探连接臂的下端分别于前、后车头铰接，每个磁力轮分别装配有单独的驱动电机机构。所述磁粉检测装置包括设置在磁力爬行机器人车体下方的交叉磁轭、磁粉相机、照明灯和配套的磁悬液喷淋装置。本发明解决了现有技术中存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种爬行机器人磁粉自动化检测系统。
背景技术
当工件的表面存在着切割磁力线的不连续性时，由于不连续性部位的磁导率低，磁阻很大，磁感应线将会改变途径。大部分改变途径的磁通将优先从磁阻较低的不连续性底部的工件内通过，当工件磁感应强度比较大，工件不连续性处底部难以接受更多的磁通，或不连续性部位的尺寸较大时，部分磁通就会从不连续性部位逸出工件，越过不连续性上方然后再进入工件，这种磁通的泄漏同时会使不连续性两侧部位产生了磁极化，形成所谓的漏磁场。
磁粉检测基本原理：当工件被磁化后，若工件表面及近表面存在不连续性（如裂纹），就会在不连续性部位的表面形成泄漏磁场（即漏磁场），通过漏磁场吸附、聚集检测过程施加的磁粉，最终形成磁痕，便可提供缺陷的位置、形状、大小的显示。
铁磁材料的储罐、管道的表面以及近表面的检测方法规程有对应方法，例如磁粉检测、漏磁检测等等，方法多样，但需要检测的地方大都在人不易触及的高处。现有常规检测方法需要搭载脚手架，人工进行检测，手工喷洒磁悬液、磁化、观察漏磁变化，现有技术的缺陷是：1、人工检测不仅工作量大而且成本高；2、高处地方的磁粉检测的磁粉喷淋、观察等都不方便；3、测量数据不能数据再现。因此，这便是现有技术中存在的技术难题，也是本发明亟待解决的技术问题。
目前国内的自动化检测机器人已有一些通用性的产品，例如用于衍射时差法超声检测TOFD、用于相控阵超声波PAUT等自动化检测的设备,但它们均不适用于磁粉检测的工况应用；也有极少量的论文关于本项目的论述，例如《磁粉探伤爬壁检测机器人的设计与研究》，但其缺陷是其研究设计采用是履带式，具有难转向、不易逾越焊缝、而且车体设计笨重复杂、灵活性较差等问题，其实用性有待加强，未见其应用于市场。
又例如浙江特种院在2015年申请的专利：201510173038.3《一种用于磁粉烫伤检测的爬壁机器人》,其缺点是：其爬壁机器人车体设计整体式设计并不合理，在工件便面行走时通过性任然不高，且车体搭载性差完成检测功能受限，车体动力设计的动力性能差，导致其安全性也会受到影响，其设计的磁化装置并未能实现完全避免与工件表面的碰撞，在实际使用时有很高的几率与工件表面发生碰撞；其设置的摄像装置结构很不合理并不能很清晰准确地观测并显示工件表面缺陷和焊缝表明缺陷等诸多缺点。总之该产品的实际使用性并不太高，也见其在市面实际使用。
目前在国内上还没有见到投入实用的用于磁粉自动化检测的设备。
发明内容
本发明的发明目的就在于针对现有技术的不足，提供了一种爬行机器人磁粉自动化无损检测系统，利用所设计的新型机器人运行自由灵活的特性，方便搭载多种检测手段，实现了高空铁磁材料近表面的完全自动化的磁粉检测，可对企业降低检测成本，对检测提高了安全性，提升了检测速度更高效，检测数据更精准且实现了检测结果的可记录性，且已经在实际中试验应用成功。
实现上述发明目的本发明技术方案为：
本发明一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其包括磁力爬行机器人，搭载在机器人上的磁粉检测装置和控制系统各部分运行的检测系统控制电路装置；在地面配套设置有操控爬行机器人动作的地面控制盒和控制终端，以及供电装置；所述磁力爬行机器人上的的检测系统控制电路装置通过有线或无线方式与地面接控制盒连接，地面控制盒再与控制端连接。
所述磁力爬行机器人其车体采用前后分体式结构，包括前车头、后车头、和车架，所述车架包括车载板和与车载板前后两端分别固定连接的下探连接臂，车载板与两端的下探连接臂呈几字形，车载板两端的下探连接臂的下端分别于前、后车头铰接，所述前、后车头分别装配有两个对称的磁力轮，每个磁力轮分别装配有单独的驱动电机机构，所述爬行机器人的动作驱动及控制电路集成在检测系统控制电路装置内，检测系统控制电路装置的盒体配设安装在车载板上，所述车体采用硬铝合金，所述车轮采用高强磁材料。
所述磁粉检测装置包括设置在磁力爬行机器人车体下方的交叉磁轭、磁粉相机、照明灯和配套的磁悬液自动喷淋装置；所述交叉磁轭设置在车载板下方在几字形车架之内且位于车体四轮中间；磁粉相机也固定在车载板下方，且磁粉相机位于交叉磁轭之间中央位置，在磁粉相机四方位于各交叉磁轭之间分别设有一个照明强度可调的照明灯，所述每个照明灯通过可调机角度的支架固定连接在车载板下方，每个照明灯的照明强度和照射角度可调这样就能实现照明达到无影效果和最佳照明亮度效果保证摄像和拍摄的清晰准确无误。所述交叉磁轭通过磁轭供电电缆连接地面供电装置。
进一步，本发明所述配套磁悬液自动喷淋装置包括装配在磁力爬行机器人车头前方的磁悬液喷淋头，和配套设置在地面的磁悬液搅拌桶和压力泵，磁悬液喷淋头通过气液管线连接磁悬液搅拌桶和压力泵，控制电磁阀装配搭载在爬行机器人车体一侧，在爬行机器人和检测系统工作期间磁悬液搅拌桶始终在搅拌工作中，以保证磁悬液始终保持均匀不会有沉淀。
进一步，本发明在所述磁轭的磁极下端部安装有防碰撞托轮。
进一步，本发明所述磁力爬行机器人的检测系统控制电路装置通过控制电缆连接地面控制盒。
进一步，本发明在所述爬行机器人车体上设置有安全钩，以防止爬行机器人意外掉落的情况。
进一步，本发明在所述爬行机器人的前、后车头上装配有用于能将整体机器人车体提起的提手，以方便将爬行机器人从被检测工件表面取下。
进一步，本发明在车体前后端单独或者分别均搭载安装有用于焊缝跟踪的寻迹系统，寻迹系统内集成有看路相机。
进一步，本发明上述气液管线、供电电缆和控制电缆汇装成为车体混合线缆后，再进入磁力爬行机器人的车体，以方便保护电缆和管线，和快速、方便的拆装以方便后期维修检修。
进一步，本发明所述磁粉相机采用500万像素网络相机。
进一步，本发明所述控制端可以为便携电脑或工程电脑、或平板电脑等其他控制设备。
进一步，所述磁粉检测装置的照明灯也可设为黑光灯，以方便采用荧光磁粉时使用。
本发明的有益效果为：
相对于现有技术，本发明提供了一种磁力爬行机器人磁粉自动化无损检测系统和方法，利用机器人自由爬行且能搭载无损检测设备便利的优点，搭载磁粉检测系统进行铁磁表面的无损检测，与传统的人工检测相比，通过本发明全自动多功能磁粉检测的实施可对企业降低检测成本，对检测提高了安全性，提升检测速度、实现检测结果的可记录性。保障企业的安全生产，保护人民的生命财产安全。大大提高了检测效率和经济效益。
本发明其设置的爬行机器人采用分体式结构，分成车架和前、后车头，而车架为由车载板和下探连接臂构成的几字形结构，这样车架就和前后车头的磁力轮之间形成以很安全的保护空间，其一：是能够很好地保护车载板下面搭载的各种检测装备，而且下探连接臂和车头铰接能够使得车载板（即车体）具有相当好的升降空间相当于所谓悬架结构，但是结构简单很多，如果再配合磁极上安装的托轮结构能够完美解决磁极意外碰撞工件表面造成磁极以及其他车体下面搭载设备损伤的情况。其二：是车体分体结构配合车架和车头铰接的结构能够适用于不同曲面工件。其三：是前后两个车头配置的四个车轮皆配置独立的驱动电机，其不仅操控性能灵活，且动力性能大幅度提高。行走能力和通过能力都很强。
本发明不仅可以对小型管道（直径305mm以上）进行纵向焊缝的扫查检测，还可以针对管道的螺旋焊缝进行扫查检测。
本发明设计的磁悬液自动喷淋装置解决了现有技术中存在的不实用等问题，现有技术201510173038.3《一种用于磁粉烫伤检测的爬壁机器人》该专利中在爬行机器人车体上装配一个盛装磁悬液的容器的设计其缺陷：一是容量设计的小了根本就不够实际探伤的用量需要多次加液，工作量和难度无形会增加很多，这明显并不适合实际实用；二是容量设计大了爬行机器人没有那么大的承载能力，一般正常的一次检测基本都是需要至少5公斤地的磁悬液，显然这是很难安装在机器人上的，机器人车体设置的笨重后很难具备相应的灵活性和操作性；三是磁悬液其磁粉很容易沉淀，人工在喷洒磁悬液时都需要在喷洒前搅拌均匀再喷洒使用的。因上诉几点缺陷现有技术存在明显不实用和设计不合理等问题。而本发明设计的磁悬液自动喷淋装置采用了一个搅拌桶，且设置在地面，其容量大小可任意进行适当的设置，又完全不影响爬行机器人的灵活性，而配设一个自动搅拌桶能始终在检测时保持磁悬液始终均匀不沉淀，这是非常实用且解决问题的合理设计。
本发明把自动化机器人、数字成像技术应用到磁粉探伤领域,既可对现场检测过程实时成像，也可把检测过程变为视频保存下来，方便检测过程的回放和检测结果研判。达到了我们的研究目的。今后还可进一步通过图像处理技术直接由设备自动判断检测结果的好坏。从而有望推动磁粉探伤技术向智能化、自动化更多还原。
本发明采用先进技术设计的表面磁粉检测设备。其主要针对球罐/储罐等工件的检测现状，充分考虑了现场操作环境、使用条件等实际需求，集成了自动稳压泵送喷淋、高速高清视频、智能运动定位等功能。该发明设备具有抗干扰性强、重复性高、有效性好、操作便捷的特点，其突出的“功能一体化、操作简便化、作业远程化”的特点，使得内表面磁粉检验的精准度和效率大大提高。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的底部结构示意图。
图3是本发明实施例的俯视结构示意图。
图4是本发明实施例的仰视结构示意图。
图5是本发明实施例的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式，基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1、2、3、4、5所示为本发明一种爬行机器人磁粉自动化检测系统实施例，其包括磁力爬行机器人1，磁力爬行机器人1其车体采用前后分体式结构，包括前车头15、后车头16、和车架，所述车架包括车载板17和与车载板17前后两端分别固定连接的下探连接臂18，车载板17与两端的下探连接臂18呈几字形，车载板17两端的下探连接臂18的下端分别于前、后车头15、16铰接；所述前、后车头15、16分别装配有两个对称的磁力轮19，每个磁力轮19分别装配有单独的驱动电机机构，所述爬行机器人的动作驱动及控制电路集成在检测系统控制电路装置20内，检测系统控制电路装置20的盒体配设安装在车载板17上，所述车体采用硬铝合金，所述车轮采用高强磁材料。
在本发明中，磁力爬行机器人在铁磁材料上爬行，可以前后左右灵活运行，磁力强劲，磁力爬行机器人1上搭载磁粉检测装置进行磁粉检测，并在车体前后端均搭载安装有用于焊缝跟踪的寻迹系统21，所述寻迹系统可采用现有的成熟产品。
磁粉检测装置包括设置在磁力爬行机器人1车体下方的交叉磁轭2、磁粉相机3、照明灯4和喷淋装置。所述交叉磁轭2设置在车载板17的下面且位于车体四轮即四个磁力轮19中间；磁粉相机3也固定在车载板17下方，且磁粉相机3位于交叉磁轭2的四个磁极之间中央位置，磁粉相机可采用500万像素网络相机；在磁粉相机3四方位于各交叉磁轭磁极之间分别设有一个照明强度可调的照明灯4，所述每个照明灯4通过可调机角度的支架固定连接在车载板17下方，每个照明灯4的照明强度和照射角度可调这样就能实现照明达到无影效果和最佳照明亮度效果保证摄像和拍摄的清晰准确无误。所述交叉磁轭2通过磁轭供电电缆连接地面供电装置10。根据实际情况，照明灯4也可替换成黑光灯。
喷淋装置包括磁悬液喷淋头5，磁悬液喷淋头5通过气液管线13连接磁悬液自动搅拌桶和压力泵12，控制电磁阀25装配搭载在爬行机器人车体一侧，在爬行机器人和检测系统工作期间磁悬自动液搅拌桶始终在搅拌工作中，以保证磁悬液始终保持均匀不会有沉淀。交叉磁轭2通过磁轭供电电缆11连接磁轭供电装置10，磁力爬行机器人1上的检测系统控制电路装置20通过控制电缆7连接机器人控制盒6，机器人控制盒6通过PC控制网线9连接控制端8，控制端8可以为便携电脑或其他控制设备，方便远程控制盒监测。在装备时，气液管线13、磁轭供电电缆11和机器人控制电缆7汇装成为车体混合电缆14后，再进入磁力爬行机器人的车体，混合电缆的接头为26设置在检测系统控制电路装置20的一端。需要说明的是，磁悬液搅拌桶和压力泵12、磁轭供电装置10、机器人控制盒6和控制端8构成地面设备，其主要完成视频录像、拍照、测量、数据查询等功能。
本发明可在所述爬行机器人车体上设置安全钩22，以防止爬行机器人意外掉落的情况。在所述爬行机器人的前、后车头15、16上装配有用于能将整体机器人车体提起的提手23，以方便将爬行机器人从被检测工件表面取下。
本发明本在所述磁轭2的磁极下端部通过可调架安装有防碰撞托轮24，在实际使用中车载板17和下探连接臂18的几字形结构设计已经能够很好地保护车载板下面安装的各种设备了，但是难免有些工件曲面过度很小或者是有些工件表面有异常凸的情况。这时四个磁极的托轮会先碰到工件，因下探连接臂18和车头的铰接能很好地实现车载板上升，就能够完全杜绝磁轭的磁极和工件表秒碰撞避免使用中磁轭意外受损的情况。
本发明的工作过程为：
步骤一：磁力爬行机器人，在铁磁材料上可以各个方向灵活运行，磁力强（搬离铁磁表面需要隔磁垫），能过焊缝，能搭载各种检测装置，比如：寻迹系统21等（用于焊缝跟踪，兼当做看路相机）；
步骤二：磁粉检测系统：地面磁粉液搅拌桶、压力泵、磁轭供电系统、导管以及线缆、喷淋装置、交叉磁轭、磁粉相机（500万像素网络相机，位于交叉磁轭后上方：这样放置目的是先磁化后观察）、磁粉照明（可替换成黑光灯，位于交叉磁轭上方四周，灯光强度可以调节）；
步骤三：地面PC：控制和接收车体信息，完成视频录像、拍照、测量、数据查询等磁粉检测功能；能够实现录像、照片与实际位置对应；
步骤四：工作流程：
1）、磁力爬行机器人放置检测表面，爬行至检测处；
2）、磁粉液搅拌桶搅拌磁悬液、压力泵将磁悬液输送到车体喷淋头；
3）、车体行走；
4）、启动喷淋；
5）、开通磁轭连续磁化，如果使用荧光磁粉的则开通黑光灯，否则开通照明灯；
6）、磁粉相机将视频传回地面PC；
7）、操控人员观察磁化表面；
8）、视频同步录像，同时可以拍照、缩放、拍照图像进行标注以及测量；
9）、操控人员可查看PC历史数据。
需要说明的是，本发明中，控制端8与车体通讯使用CAN，用于车体方向与速度控制等车体信息交换；视频通信使用网络；视频信息存储为avi格式，每帧视频有对应车体的距离信息。
以上所述的仅是本发明的一个实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：其包括磁力爬行机器人，搭载在机器人上的磁粉检测装置和控制系统各部分运行的检测系统控制电路装置；在地面配套设置有操控爬行机器人动作的地面控制盒和控制终端，以及供电装置；所述磁力爬行机器人上的的检测系统控制电路装置通过有线或无线方式与地面接控制盒连接，地面控制盒再与控制端连接；
所述磁力爬行机器人其车体采用前后分体式结构，包括前车头、后车头、和车架，所述车架包括车载板和与车载板前后两端分别固定连接的下探连接臂，车载板与两端的下探连接臂呈几字形，车载板两端的下探连接臂的下端分别于前、后车头铰接，所述前、后车头分别装配有两个对称的磁力轮，每个磁力轮分别装配有单独的驱动电机机构，所述爬行机器人的动作驱动及控制电路集成在检测系统控制电路装置内，检测系统控制电路装置的盒体配设安装在车载板上，所述车体采用硬铝合金，所述车轮采用高强磁材料；
所述磁粉检测装置包括设置在磁力爬行机器人车体下方的交叉磁轭、磁粉相机、照明灯和配套的磁悬液自动喷淋装置；所述交叉磁轭设置在车载板下方在几字形车架之内且位于车体四轮中间；磁粉相机也固定在车载板下方，且磁粉相机位于交叉磁轭之间中央位置，在磁粉相机四方位于各交叉磁轭之间分别设有一个照明强度可调的照明灯，所述每个照明灯通过可调机角度的支架固定连接在车载板下方。
2.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：所述配套磁悬液自动喷淋装置包括装配在磁力爬行机器人车头前方的磁悬液喷淋头，和配套设置在地面的磁悬液自动搅拌桶和压力泵，磁悬液喷淋头通过气液管线连接磁悬液搅拌桶和压力泵，控制电磁阀装配搭载在爬行机器人车体一侧。
3.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：在所述磁轭的磁极下端部安装有防碰撞托轮。
4.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：所述磁力爬行机器人的检测系统控制电路装置通过控制电缆以有线方式连接地面控制盒。
5.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：在所述爬行机器人车体上设置有以防止爬行机器人意外掉落情况的安全钩，。
6.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：在所述爬行机器人的前、后车头上装配有用于能将整体机器人车体提起的提手。
7.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：在车体前后端单独或者分别均搭载安装有用于焊缝跟踪的寻迹系统。
8.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：所述磁粉相机采用500万像素网络相机。
9.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：所述控制端可以为便携电脑或工程电脑、或平板电脑等其他控制设备。
10.根据权利要求1所述一种爬行机器人磁粉自动化检测系统，其特征在于：所述磁粉检测装置的照明灯也可设为黑光灯，以方便采用荧光磁粉时使用。
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