CN113252792B - 组合轮式移动超声波结构检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合轮式移动超声波结构检测装置，包括：移动检测平台；至少一个超声检测滚轮；至少一个超声波传感器；转向平衡机构，包括连接臂和至少一个平衡装置；其中，平衡装置包括铰接于连接臂的平衡缸、设于平衡缸内的平衡弹簧和铰接于移动检测平台的转向连杆，转向连杆远离移动检测平台的一端连接有活塞，平衡弹簧与活塞接触，活塞能够沿着平衡缸的长度方向移动并由此限定转向连杆的方向。当遇到结构表面起伏、弯曲或转弯时，移动检测平台可以相对连接臂进行转动以改变运动姿态，从而适应各种复杂检测工况。移动载体能够牵引检测装置在移动状态下，实现超声波传感器和结构表面之间超声波的非接触式连续采集。

Description

组合轮式移动超声波结构检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种组合轮式移动超声波结构检测装置和检测方法。

背景技术

超声波检测仪是超声波检测的主要设备，它的作用是通过超声检测探头发射超声波对结构进行检测，并将超声检测探头送回的电信号进行放大，通过一定的方式显示出来，从而得到被检材料有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。

现有的超声检测探头主要包括滑靴式探头和轮式探头。滑靴式探头由超声波探头和撬板组合而成，多个超声波探头按不同角度嵌入撬板内，在检测时，超声波探头随撬板沿结构表面滑动。滑靴式探头可比较近距离地接触结构表面，最大程度地缩短结构表面外部的声程，因而可以实现较高速度的超声检测。

轮式探头又称轮式换能器、探轮，轮式探头通常包括探头支架和探轮外膜，探头支架安装在轮轴上用于固定超声波探头，探轮外膜由透声树脂材料制作，用于包裹整个内腔的透声耦合液。当轮式探头在结构表面上持续滚动时，可以实现对结构的不间断检测。

早期因为轮式探头设计和制作技术比较落后，适应性差，滑靴式探头曾占上风。最近十几年，轮式探头质量明显提高，所以轮式探头又逐渐成了主流。

然而，现有的带有轮式探头的超声波检测仪在移动过程中，遇到结构表面起伏、弯曲或转弯时，超声波检测仪很难保证能够完全跟随结构表面的变化而发生运动姿态的改变，因此很难适应具有复杂工况的结构表面。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合轮式移动超声波结构检测装置。

本发明的另一目的是提供一种组合轮式移动超声波结构检测方法。

针对上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种组合轮式移动超声波结构检测装置，其被配置为由移动载体牵引从而在结构表面上移动，并在移动状态下对结构缺陷进行超声波检测，所述组合轮式移动超声波结构检测装置包括：

移动检测平台；

至少一个超声检测滚轮，其与所述移动检测平台连接，所述超声检测滚轮的内部填充有超声波传递介质油；

至少一个超声波传感器，其对应至少一个所述超声检测滚轮进行设置，所述超声波传感器设于所述超声检测滚轮的内部并浸泡于所述超声波传递介质油中；

转向平衡机构，其与所述移动检测平台连接，所述转向平衡机构包括铰接于所述移动检测平台的连接臂和铰接于所述连接臂的至少一个平衡装置，所述平衡装置还与所述移动检测平台铰接，所述移动检测平台通过所述连接臂与移动载体连接；

其中，所述平衡装置包括铰接于所述连接臂的平衡缸、设于所述平衡缸内的平衡弹簧和铰接于所述移动检测平台的转向连杆，所述转向连杆远离所述移动检测平台的一端连接有活塞，所述平衡弹簧与所述活塞接触，所述活塞能够沿着所述平衡缸的长度方向移动并由此限定所述转向连杆的方向。

进一步地，还包括与所述移动检测平台连接的至少一个喷水器，所述喷水器被配置为能够向结构表面喷水。

进一步地，所述超声检测滚轮绕滚轮轴转动，所述滚轮轴不随所述超声检测滚轮转动，所述超声波传感器固定于所述滚轮轴以使其安装方向保持不变。

进一步地，还包括安装于所述滚轮轴的至少一个超声信号处理器。

进一步地，所述超声检测滚轮设置有多个，所述超声波传感器和所述超声信号处理器也分别对应所述超声检测滚轮设置有多个；

所述超声检测滚轮包括第一超声检测滚轮和第二超声检测滚轮，所述超声波传感器对应包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器被配置为发射和接收超声波，所述第二超声波传感器被配置为仅接收超声波；

所述超声信号处理器对应包括第一超声信号处理器和第二超声信号处理器，所述第一超声信号处理器被配置为发射和接收超声信号，所述第二超声信号处理器被配置为仅接收超声信号。

进一步地，多个所述超声检测滚轮按单列或多列布置构成阵列分布，使得所述超声波传感器也形成阵列分布，阵列分布的超声波传感器适于在移动载体的牵引下连续地在结构的不同位置采集到各次不同幅值和相位的超声回波信息，以形成整体结构或结构大范围的超声探测图像。

进一步地，所述超声检测滚轮通过滚轮位移调节机构与所述移动检测平台连接，所述滚轮位移调节机构包括与所述移动检测平台连接的第一套筒、与所述超声检测滚轮连接的第二套筒以及限位于所述第一套筒和所述第二套筒之间的位移调节弹簧，所述第二套筒与所述滚轮轴连接，使得所述超声检测滚轮在所述位移调节弹簧的弹力作用下始终与结构表面紧贴。

进一步地，所述移动检测平台设有第一回转支座，所述连接臂通过第一回转销与所述第一回转支座铰接；

所述平衡装置设置有两个，分别铰接于所述连接臂的两端；所述连接臂的两端分别设有第二回转支座，两个所述平衡缸分别通过第二回转销与两个所述第二回转支座铰接；

其中，在初始状态下，两个所述平衡装置关于所述连接臂的中轴线对称。

进一步地，还包括与所述移动检测平台连接并位于所述移动检测平台两端的多个导轮，其中在所述移动检测平台的每一端，所述导轮设置成单个或单排或多排，所述导轮通过具有预定长度的导轮-平台连杆与所述移动检测平台连接，以引导所述移动检测平台移动并限定所述移动检测平台与结构表面之间的距离。

为实现上述目的，本发明还提供以下技术方案：

一种组合轮式移动超声波结构检测方法，包括以下步骤：

提供上述的组合轮式移动超声波结构检测装置；

通过移动载体牵引组合轮式移动超声波结构检测装置，使得组合轮式移动超声波结构检测装置在结构表面上移动，并且通过转向平衡机构对移动检测平台的运动姿态进行调节，以适应不同的结构表面；

在移动状态下通过安装有超声波传感器的超声检测滚轮对结构缺陷进行超声波检测，并使超声波通过超声波传递介质油传递，实现超声波传感器和结构表面之间超声波的非接触式连续采集；

将检测所获的超声回波信号用于结构内部缺陷的识别。

本发明的有益效果包括：当遇到结构表面起伏、弯曲或转弯时，移动检测平台可以相对连接臂进行转动以改变运动姿态，从而适应各种复杂检测工况。

附图说明

图1为本发明的组合轮式移动超声波结构检测装置的正面示意图；

图2为图1的侧面示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图1中B处的放大图；

图5为滚轮位移调节机构的结构示意图。

附图标号说明：100、检测装置；1、导轮；2、导轮轴承；3、导轮-平台连杆；4、移动检测平台；5、第二超声检测滚轮；6、第二超声波传感器；7、超声波传递介质油；8、滚轮位移调节机构；9、滚轮轴；10、第二超声信号处理器；11、第一超声波传感器；12、第一超声信号处理器；13、第一套筒；14、位移调节弹簧；15、第一超声检测滚轮；16、连接臂；17、平衡缸；18、转向连杆；19、缸盖；20、喷水器；21、垫圈；22、平衡弹簧；23、第二回转销；24、第三回转销；25、活塞；26、第一回转销；27、回转支座；28、超声探测波；29、超声回波；30、结构缺陷；31、结构表面；32、第二套筒；33、安装部；34、螺栓；35、密封环；36、密封圈；37、缸体；38、连接部；39、排气孔；40、转向平衡机构；50、平衡装置。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。此外，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例的一种组合轮式移动超声波结构检测装置100，其被配置为由移动载体牵引从而在结构表面31上移动，并在移动状态下对结构缺陷30进行超声波检测，例如超声波探伤。移动载体可以是检测车辆或其他移动装置。根据检测的需要，结构表面31可以是钢轨的表面或者其他需要检测的结构的表面。

检测装置100包括移动检测平台4、与移动检测平台4连接的超声检测滚轮、对应超声检测滚轮进行设置的超声波传感器、与移动检测平台4连接的转向平衡机构40。其中，超声检测滚轮和超声波传感器可以根据需要设置一个或多个。

根据需要，超声波传感器可以具有发射或接收超声波的能力，或者可以同时具有发射和接收超声波的能力。超声检测滚轮的内部填充有超声波传递介质油7，超声波传感器设于超声检测滚轮的内部并浸泡于超声波传递介质油7中，使超声波通过超声波传递介质油7传递，并实现超声波传感器和结构表面31之间超声波的非接触式连续采集。转向平衡机构40适于与移动载体连接，转向平衡机构40被配置为能够使得移动检测平台4改变运动姿态以适应不同结构表面31。

转向平衡机构40包括铰接于移动检测平台4的连接臂16和铰接于连接臂16的平衡装置50，平衡装置50还与移动检测平台4铰接，移动检测平台4通过连接臂16与移动载体连接。平衡装置50可以根据需要设置一个或多个。

平衡装置50包括铰接于连接臂16的平衡缸17、设于平衡缸17内的平衡弹簧22和铰接于移动检测平台4的转向连杆18，转向连杆18远离移动检测平台4的一端连接有活塞25，平衡弹簧22与活塞25接触，从而可以对活塞25施加弹簧力，活塞25能够沿着平衡缸17的长度方向移动并由此限定转向连杆18的方向。

当遇到结构表面31起伏、弯曲或转弯时，移动检测平台4可以相对连接臂16进行转动以改变运动姿态，从而适应各种复杂检测工况。当移动检测平台4转动，活塞25能够沿着平衡缸17的长度方向移动，平衡弹簧22对应地压缩或伸长，使得连杆和平衡缸17之间的相对位置发生变化，以与移动检测平台4的转动相互适应，并且平衡弹簧22还可以起到蓄能减震的作用。

检测装置100还可以包括与移动检测平台4连接的喷水器20，喷水器20可以设置一个或多个。喷水器20被配置为能够向结构表面31喷水，由此减少界面上超声波的能量反射。

超声检测滚轮绕滚轮轴9转动，滚轮轴9不随超声检测滚轮转动，超声波传感器固定于滚轮轴9以使其安装方向保持不变，从而保持其在最有利于超声波发射和接收的安装方向。

如图2和图3所示，超声检测滚轮的内部两侧设有安装部33，密封环35通过螺栓34安装于安装部33，密封环35的中部形成通孔供滚轮轴9穿过，在密封环35和滚轮轴9之间还设置有密封圈36。通过密封环35和密封圈36的设置，使得超声检测滚轮和滚轮轴9之间形成良好的密封作用。

检测装置100还可以包括安装于滚轮轴9的超声信号处理器，这样可以把超声波信号就地编码转成数字信号进行传输，增强超声探测过程的抗环境电磁干扰能力。

超声检测滚轮可以设置有多个，超声波传感器和超声信号处理器也分别对应超声检测滚轮设置有多个。超声检测滚轮包括一个第一超声检测滚轮15和多个第二超声检测滚轮5，其中第一超声检测滚轮15设置在中间位置，多个第二超声检测滚轮5分布在第一超声检测滚轮15的两侧。超声波传感器对应包括一个第一超声波传感器11和多个第二超声波传感器6，即第一超声波传感器11安装于第一超声检测滚轮15，第二超声波传感器6安装于第二超声检测滚轮5。第一超声波传感器11为超声波发射与接收传感器，集超声波发射和接收为一体，用于发射和接收超声波，第二超声波传感器6为超声波接收传感器，仅用于接收超声波。如图1和图2所示，第一超声波传感器11发出超声探测波28，经由结构缺陷30返回的超声回波29被第一超声波传感器11和第二超声波传感器6接收。

超声信号处理器对应包括一个第一超声信号处理器12和多个第二超声信号处理器10，即第一超声信号处理器12安装于第一超声检测滚轮15，第二超声信号处理器10安装于第二超声检测滚轮5。第一超声信号处理器12为超声信号发射与接收处理器，用于发射和接收超声信号，第二超声信号处理器10为超声信号接收处理器，仅用于接收超声信号。

多个超声检测滚轮可以按单列或多列布置构成阵列分布，使得超声波传感器也形成阵列分布，阵列分布的超声波传感器适于在移动载体的牵引下连续地在结构的不同位置采集到各次不同幅值和相位的超声回波29的信息，以形成整体结构或结构大范围的超声探测图像。

如图2和图5所示，超声检测滚轮通过滚轮位移调节机构8与移动检测平台4连接，滚轮位移调节机构8包括与移动检测平台4连接的第一套筒13、与超声检测滚轮连接的第二套筒32以及限位于第一套筒13和第二套筒32之间的位移调节弹簧14，位移调节弹簧14可以对第二套筒32施加弹簧力，由于第二套筒32与滚轮轴9连接，超声检测滚轮又与滚轮轴9连接，因此，超声检测滚轮可以受到位移调节弹簧14的弹簧力，使得超声检测滚轮在位移调节弹簧14的弹力作用下始终与结构表面31紧贴。

移动检测平台4设有第一回转支座27，连接臂16通过第一回转销26与第一回转支座27铰接。平衡装置50设置有两个，分别铰接于连接臂16的两端。连接臂16的两端分别设有第二回转支座27，两个平衡缸17分别通过第二回转销23与两个第二回转支座27铰接。转向连杆18通过第三回转销24与移动检测平台4铰接。

在初始状态下(即移动检测平台4处于水平的结构表面31上)，两个平衡装置50关于连接臂16的中轴线对称。当遇到结构表面31起伏、弯曲或转弯时，移动检测平台4可以绕第一回转销26转动以改变运动姿态(包括运动方向)，以适应各种复杂检测工况。两个平衡装置50的设置能够提供更好的平衡移动检测平台4的作用，以及更好的减震作用，使得移动检测平台4移动得更加平稳。

如图1和图4所示，平衡缸17包括缸体37，缸体37的一端连接有缸盖19，另一端设有与第二回转支座27铰接的连接部38。缸体和缸盖19之间设有垫圈21。转向连杆18穿过缸盖19伸入缸体37的内部。缸盖19还设有与缸体内部连通的排气孔。

检测装置100还可以包括与移动检测平台4连接并位于移动检测平台4两端的多个导轮1，导轮1的侧部设有导轮轴承2。其中在移动检测平台4的每一端，导轮1设置成单个或单排或多排，导轮1通过具有预定长度的导轮-平台连杆3与移动检测平台4连接，以引导移动检测平台4移动并限定移动检测平台4与结构表面31之间的距离。

本发明实施例的一种组合轮式移动超声波结构检测方法，利用上述的组合轮式移动超声波结构检测装置100，通过移动载体牵引组合轮式移动超声波结构检测装置100，使得组合轮式移动超声波结构检测装置100在结构表面31上移动，并且通过转向平衡机构40对移动检测平台4的运动姿态进行调节，以适应不同的结构表面31，在移动状态下通过安装有超声波传感器的超声检测滚轮对结构缺陷30进行超声波检测，并使超声波通过超声波传递介质油7传递，实现超声波传感器和结构表面31之间超声波的非接触式连续采集，将检测所获的超声回波29信号用于结构内部缺陷的识别。

以上详细说明仅为本发明之较佳实施例的说明，非因此局限本发明之专利范围，所以，凡运用本创作内容所为之等效技术变化，均包含于本创作之专利范围内。

Claims (9)

1.一种组合轮式移动超声波结构检测装置，其被配置为由移动载体牵引从而在结构表面上移动，并在移动状态下对结构缺陷进行超声波检测，其特征在于，所述组合轮式移动超声波结构检测装置包括：

移动检测平台，沿一直线方向延伸；

多个超声检测滚轮，其沿所述直线方向与所述移动检测平台连接并且与所述结构表面滚动接触，所述超声检测滚轮的内部填充有超声波传递介质油；所述超声检测滚轮的转动轴线垂直于所述直线方向；

多个超声波传感器，其对应多个所述超声检测滚轮进行设置，每个所述超声波传感器设于对应的所述超声检测滚轮的内部并浸泡于所述超声波传递介质油中；

转向平衡机构，其与所述移动检测平台连接，所述转向平衡机构包括铰接于所述移动检测平台的连接臂和铰接于所述连接臂沿所述直线方向的两侧的两个平衡装置，每个所述平衡装置还与所述移动检测平台铰接，所述移动检测平台通过所述连接臂与移动载体连接；

其中，每个所述平衡装置包括铰接于所述连接臂的平衡缸、设于所述平衡缸内的平衡弹簧和铰接于所述移动检测平台的转向连杆，所述转向连杆远离所述移动检测平台的一端连接有活塞，所述平衡弹簧与所述活塞接触，所述活塞能够沿着所述平衡缸的长度方向移动并由此限定所述转向连杆的方向；

其中，所述移动检测平台设有第一回转支座，所述连接臂通过第一回转销与所述第一回转支座铰接；所述连接臂的两端分别设有第二回转支座，两个所述平衡缸分别通过第二回转销与两个所述第二回转支座铰接；

其中，在初始状态下，两个所述平衡装置关于所述连接臂的中轴线对称；

其中，所述连接臂与所述移动检测平台的铰接，使得移动检测平台能够围绕一铰接轴线相对所述连接臂进行转动，使得所述平衡弹簧能够对应地压缩或伸长，以与所述移动检测平台的转动相互适应；其中所述铰接轴线垂直于所述直线方向并且平行于所述超声检测滚轮的转动轴线。

2.如权利要求1所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：还包括与所述移动检测平台连接的至少一个喷水器，所述喷水器被配置为能够向结构表面喷水。

3.如权利要求1所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：还包括对应多个超声检测滚轮设置的多个滚轮轴，每个所述超声检测滚轮绕对应的滚轮轴转动，所述滚轮轴不随所述超声检测滚轮转动，所述超声波传感器固定于所述滚轮轴以使其安装方向保持不变。

4.如权利要求3所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：还包括对应多个所述滚轮轴设置的多个超声信号处理器，所述超声信号处理器安装于对应的所述滚轮轴。

5.如权利要求4所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：所述超声检测滚轮包括第一超声检测滚轮和第二超声检测滚轮，所述超声波传感器对应包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器被配置为发射和接收超声波，所述第二超声波传感器被配置为仅接收超声波；

所述超声信号处理器对应包括第一超声信号处理器和第二超声信号处理器，所述第一超声信号处理器被配置为发射和接收超声信号，所述第二超声信号处理器被配置为仅接收超声信号。

6.如权利要求5所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：多个所述超声检测滚轮按单列或多列布置构成阵列分布，使得所述超声波传感器也形成阵列分布，阵列分布的超声波传感器适于在移动载体的牵引下连续地在结构的不同位置采集到各次不同幅值和相位的超声回波信息，以形成整体结构或结构大范围的超声探测图像。

7.如权利要求3所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：所述超声检测滚轮通过滚轮位移调节机构与所述移动检测平台连接，所述滚轮位移调节机构包括与所述移动检测平台连接的第一套筒、与所述超声检测滚轮连接的第二套筒以及限位于所述第一套筒和所述第二套筒之间的位移调节弹簧，所述第二套筒与所述滚轮轴连接，使得所述超声检测滚轮在所述位移调节弹簧的弹力作用下始终与结构表面紧贴。

8.如权利要求1所述的组合轮式移动超声波结构检测装置，其特征在于：还包括与所述移动检测平台连接并位于所述移动检测平台两端的多个导轮，其中在所述移动检测平台的每一端，所述导轮设置成单个或单排或多排，所述导轮通过具有预定长度的导轮-平台连杆与所述移动检测平台连接，以引导所述移动检测平台移动并限定所述移动检测平台与结构表面之间的距离。

9.一种组合轮式移动超声波结构检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供权利要求1~8任意一项所述的组合轮式移动超声波结构检测装置；

通过移动载体牵引组合轮式移动超声波结构检测装置，使得组合轮式移动超声波结构检测装置在结构表面上移动，并且通过转向平衡机构对移动检测平台的运动姿态进行调节，以适应不同的结构表面；

在移动状态下通过安装有超声波传感器的超声检测滚轮对结构缺陷进行超声波检测，并使超声波通过超声波传递介质油传递，实现超声波传感器和结构表面之间超声波的非接触式连续采集；

将检测所获的超声回波信号用于结构内部缺陷的识别。

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