CN115420809B - 一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，包括探头，探头定位在移动装置上，所述移动装置包括第一球体、第二球体和螺纹杆；第一球体和第二球体均包含能够充放气的球囊，两个球囊之间通过螺杆和转动装置，利用两个球与管道的摩擦力，控制螺纹杆的转动，能够实现一个球体向另一个球体移动的效果。进而实现整个检测装置在金属管道内精确移动的效果。使得检测结果全面，精准，便于复核。

Description

一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置

技术领域

本发明涉及金属性能检测装置，具体涉及一种金属管道的相控阵超声检测装置。

背景技术

相控阵超声检测能够快速地发现金属内部的缺陷，以便于生产、安装和维护。

现有技术中，对金属的管材的检测也多有使用超声相控阵检测设备。其中现有技术CN114002333B油气管道相控阵超声检测自动扫查装置，提供了一种定位在管道外侧的超声相控阵检测装置，对管道进行自动的扫描。用以提高精确度。

但这种检测设备，仅适用于裸露的短距离直线水平管道的检测，对于长距离的已经完成安装的管道检测，无法使用。且对现有的从管道内侧进行检测的设备发现，现有的管道内检测设备存在以下几个弊端：1、移动装置的单位直线移动距离不精准，导致检测点位的缺失或是重复；2、移动装置在管道内发生左右或是轴向的偏移，如图2、3所示，移动车的移动会发生左右偏移，或是环状的抱箍装置或发生轴向的前后偏移，这就导致检测探头的基础点不准，漏检，或是重复检测问题发生的同时，即使检测出问题，在进行复检时，设备回到原位的状态不可控，可能找不到原检测位，导致无法复核问题部位，后果非常危险。

发明内容

本申请实施例通过提供一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，解决了现有技术中检测位置偏移，出现漏检，复检不到位的问题，实现了单位移动距离精确，检测位位置基础精准，能够全面检测，不漏检，便于后续复核检查的效果。

本申请实施例提供了一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，包括探头，探头定位在移动装置上，

所述移动装置包括第一球体、第二球体和螺纹杆；

所述第一球体包括第一球囊、第一支撑体、定位轴承、步进电机和气泵；

所述第一球囊为球形囊体，充气膨胀状态下外径不小于管道内径，使第一球体能够在管道内定位；

所述第一支撑体固定在第一球囊内，第一支撑体一端开口，开口处与第一球囊表面开口密封固定连接；

所述定位轴承固定在第一支撑体内，定位轴承轴线过第一球囊的球心；

所述螺纹杆的一端与轴承的内圈固定连接；所述步进电机固定在第一支撑体上，用于带动螺纹杆转动；螺纹杆从第一球囊开口伸出；

所述气泵固定在第一支撑体上，用于第一球囊的充放气；

所述第二球体包括第二球囊、第二支撑体、螺纹管和第二气泵；

第二球囊为球形囊体，充气膨胀状态下外径不小于管道内径，使第一球体能够在管道内定位；

所述第二支撑体固定在第二球囊内，第二支撑体两端开口，开口处与第二球囊表面开口密封固定连接；

所述螺纹管固定在第二支撑体内，所述螺纹杆与螺纹管螺纹配合；第二球囊上的两个开口相对，使螺纹杆能够穿过第二球囊；

所述第二气泵固定在第二支撑体上，第二气泵用于第二球囊的充放气。

进一步的，所述第一球囊与第二球囊相对的面上固定有压力开关；当第一球囊与第二球囊接触时，能够关闭步进电机。

进一步的，在管道为直管时，螺纹杆的轴线与管道轴线重合。

进一步的，所述探头通过定位组件安装在移动装置上；所述定位组件包括固定壳、环形滑轨、移动部和固定杆；

所述固定壳固定在第二球体远离第一球体的一侧；

固定壳为环形，且与螺纹杆同轴，螺纹杆能够穿过固定壳的环孔；

所述环形滑轨定位在固定壳外；

所述移动部包括滑块和转动轮；滑块在环形滑轨上滑动定位；所述转动轮由电机传动，转动轮抵触环形滑轨；转动轮转动能够使滑块在环形滑轨上移动；

所述固定杆固定在滑块远离环形滑轨的一侧，所述探头定位于固定杆临近管道壁的一端。

进一步的，还包括抵触杆其通过气弹簧与固定杆连接，所述探头固定在抵触杆上，气弹簧作用下，抵触杆始终抵触管道内壁。

进一步的，所述第二球囊的底部带有向内凹的腔室，腔室顶端与第二支撑体固定连接；还包括一个重球，重球通过一个硬质杆与腔室顶点铰接，铰接处转动轴线与螺纹杆轴线平行，使重球仅能向管道两侧摆动；铰接处固设角度传感器，检测重球摆动角度；

所述第二球囊的上部也带有向内凹的腔室，该腔室底端固定在第二支撑体上，该腔室内固定一个调向杆，调向杆包括转动杆和转轮，转动杆由电机转动，转动杆轴向与螺纹杆轴向相交或垂直；转动杆顶端转动连接转轮，转轮与转动杆之间通过弹簧连接，使转轮的轮面始终抵触管道内壁。

进一步的，所述角度传感器检测数值发送至控制器，控制器形成指令发送至转动杆的电机，进而调节转轮的方向，使第二球囊转动角度控制在预设范围内。

进一步的，所述固定壳内有内腔，内腔为同轴的环形，内腔填充石蜡；内腔外侧面中部与定位环的外环面铰接；

定位环为铁制空心环，在石蜡融化后能够悬浮在石蜡液体中；内腔内固定电热丝；电热丝用于融化石蜡；

所述固定壳的外壁带有一个球形滑轨，球形滑轨为弧线形，球形滑轨的球心位于定位环铰接处轴线上，环形滑轨通过两个滑杆与球形滑轨滑动配合，使环形滑轨能够沿球形滑轨移动；

环形滑轨内侧固定有电磁铁。

进一步的，所述第一球囊和第二球囊的外壁上粘附耐磨层。

进一步的，所述耐磨层为金属网或陶瓷片。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：通过两个充放气改变体积的球体，和螺纹杆的配合，能够实现检测装置在管道内精确的移动，确保探头不漏检，且便于后续的复核检测。

附图说明

图1本发明结构示意图；

图2现有技术环形移动设备在管道内轴向偏移的状态示意图；

图3现有技术车形移动设备在管道内径向偏移的状态示意图；

图4第二球体带有重球和调向杆的结构示意图；

图5第二球体有偏移时重球和调向杆的状态示意图；

图6定位组件结构示意图；

图7移动装置在弯管中移动的状态示意图；

图8定位组件倾斜装填示意图；

图9定位组件轴线平行时的状态示意图。

图中，管道100、移动装置200、第一球体210、第一球囊211、第一支撑体212、定位轴承213、步进电机214、气泵215；

第二球体220、第二球囊221、第二支撑体222、螺纹管223、第二气泵224、重球225、调向杆226、转动杆2261、转轮2262；

螺纹杆230、压力开关240；

定位组件300、固定壳310、内腔311、定位环312、球形滑轨313、环形滑轨320、移动部330、滑块331、转动轮332、固定杆340、抵触杆350、配重块360；

探头400。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

如图1、4、5所示，一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，包括探头400，探头400定位在移动装置200上，

所述移动装置200包括第一球体210、第二球体220和螺纹杆230；

所述第一球体210包括第一球囊211、第一支撑体212、定位轴承213、步进电机214和气泵215；

所述第一球囊211为球形囊体，充气膨胀状态下外径不小于管道内径，使第一球体210能够在管道内定位；

所述第一支撑体212固定在第一球囊211内，第一支撑体212一端开口，开口处与第一球囊211表面开口密封固定连接；

所述定位轴承213固定在第一支撑体212内，定位轴承213轴线过第一球囊211的球心；

所述螺纹杆230的一端与轴承213的内圈固定连接；所述步进电机214固定在第一支撑体212上，用于带动螺纹杆230转动；螺纹杆230从第一球囊211开口伸出；

所述气泵215固定在第一支撑体212上，用于第一球囊211的充放气；

所述第二球体220包括第二球囊221、第二支撑体222、螺纹管223和第二气泵224；

第二球囊221为球形囊体，充气膨胀状态下外径不小于管道内径，使第一球体210能够在管道内定位；

所述第二支撑体222固定在第二球囊221内，第二支撑体222两端开口，开口处与第二球囊221表面开口密封固定连接；

所述螺纹管223固定在第二支撑体222内，所述螺纹杆230与螺纹管223螺纹配合；第二球囊221上的两个开口相对，使螺纹杆230能够穿过第二球囊221；

所述第二气泵224固定在第二支撑体222上，第二气泵224用于第二球囊221的充放气；

在管道100为直管时，螺纹杆230的轴线最好与管道100轴线重合。

工作时，第一球囊211膨胀并定位在管道内时，第二球囊221放出部分气体，但仍然保持与管道内壁抵触。

之后步进电机214带动螺纹杆230转动，第二球囊221因为仍然抵触管道内壁，第二球囊221与管道内壁的摩擦力小于第一球囊211与管道内壁的摩擦力，使得螺纹杆230转动会使第二球囊221向第一球囊211移动。

反之，第二球囊221膨胀定位时，第一球囊211放气之后步进电机214带动螺纹杆230转动，能够带动第一球囊211远离第二球囊221，使移动装置200能够沿管道移动。所以球囊的囊体最好有多层，外层贴附金属网，或是陶瓷片，达到耐磨的作用。

这样，在扫描管道某一轴向位置对应的一圈内壁后，第一球囊211充气膨胀定位在管道内，第二球囊221放气，步进电机214转动，带动第二球囊221向第一球囊211移动特定距离。使探头400能够继续扫描下一轴向位置对应的管道。

球形的移动部件使移动装置沿管道移动时，单位移动距离能够精准的确定，其本身不会因管道倾斜、弯曲而偏移，定位基础稳定，探头单位移动距离精准，能够完整全面的检测管道。此外，球形囊充满管道内壁，不会在管道内发生横向偏移，探头每次的扫描的起始点位置准确，便于后续的复检核对。

所述第一球囊211与第二球囊221相对的面上固定有压力开关240；当第一球囊211与第二球囊221接触时，能够关闭步进电机214。

压力开关240的作用主要是辅助精准控制单次移动距离。气泵、步进电机以及扫描探头的开闭，均可通过远程的方式进行人工控制。在球囊上安装摄像头，来观察管道内的情况，远程控制整个装置的行进和工作过程。

所述探头400通过定位组件300安装在移动装置200上；所述定位组件300包括固定壳310、环形滑轨320、移动部330、固定杆340和抵触杆350；

所述固定壳310固定在第二球体220远离第一球体210的一侧；

固定壳310为环形，且与螺纹杆230同轴，螺纹杆230能够穿过固定壳310的环孔；

所述环形滑轨320定位在固定壳310外；

所述移动部330包括滑块331和转动轮332；滑块331在环形滑轨320上滑动定位；所述转动轮332由电机传动，转动轮332抵触环形滑轨320；转动轮332转动能够使滑块331在环形滑轨320上移动；

所述固定杆340固定在滑块331远离环形滑轨320的一侧，所述抵触杆350通过气弹簧与固定杆340连接，所述探头400固定在抵触杆350上，气弹簧作用下，抵触杆350始终抵触管道内壁。

这样，使用时，移动装置200移动到确定位置，转动轮332转动，能够带动探头沿管道内壁周向转动，对某一周向位置对应的管道壁进行环向扫描。

实施例二

球体的移动，因为要依靠螺纹杆230的转动来完成，球体自身的转动不可避免，为了使探头每次扫描的初始位置能够确定，在二次复检时能够快速精确的找到损伤位置，对第二球体220的结构做进一步的改良，如图1、4、5所示。

所述第二球囊221的底部带有向内凹的腔室，腔室顶端与第二支撑体222固定连接；还包括一个重球225，重球225通过一个硬质杆与腔室顶点铰接，铰接处转动轴线与螺纹杆230轴线平行，使重球225仅能向管道两侧摆动；铰接处固设角度传感器，检测重球摆动角度；

所述第二球囊221的上部也带有向内凹的腔室，该腔室底端固定在第二支撑体222上，该腔室内固定一个调向杆226，调向杆226包括转动杆2261和转轮2262，转动杆2261由电机转动，转动杆2261轴向与螺纹杆230轴向相交或垂直；转动杆2261顶端转动连接转轮2262，转轮2262与转动杆2261之间通过弹簧连接，使转轮的轮面始终抵触管道100内壁。

所述角度传感器检测数值发送至控制器，控制器形成指令发送至转动杆2261的电机，进而调节转轮2262的方向，使第二球囊221转动角度控制在预设范围内。当然，角度传感器的数值也可以发送至控制端，由人工读取，在通过人工来控制转轮的转动。控制器选择很多，普通市售PLC即可完成该操作。

通过重球225随重力转动，来检测第二球囊的转动角度，超出预设角度，如5度时，控制器控制转动杆2261的电机转动，使转轮转动，向重球反向转动，使第二球囊轴向移动时受到额外的力，纠正偏移。如此，使第二球囊能够始终保持其自身基本不发生转动，进而使探头每次初始检测位基本保持在同一条线上。这样在复核检测时，能够有效的进行对比，避免误判，或是漏检。

实施例三

移动装置200在直管内移动没有问题，但在弯管，尤其是竖向和横向连接的弯管移动时，移动装置200不但要转向，还要爬升或是下移。这是这种由两个球来完成移动的优势很明显，移动位置依然精确，且能够稳定移动。但是，定位组件如何使探头能够无遗漏的扫描各处管壁就是问题，如图7-9所示。对定位组件300做进一步的改良。

所述固定壳310内有内腔311，内腔311为同轴的环形，内腔311填充石蜡；内腔外侧面中部与定位环312的外环面铰接；

定位环312为铁制空心环，在石蜡融化后能够悬浮在石蜡液体中；内腔311内固定电热丝；电热丝用于融化石蜡；

所述固定壳310的外壁带有一个球形滑轨313，球形滑轨313为弧线形，球形滑轨313的球心位于定位环312铰接处轴线上，环形滑轨320通过两个滑杆与球形滑轨313滑动配合，使环形滑轨320能够沿球形滑轨移动；

环形滑轨320内侧固定有电磁铁。

实际工作时，当移动装置200要进入弯管，且定位组件位于竖向管道内时，螺纹杆230轴线与两侧管道均不平行。此时，通过摄像头能够观察到该状态。此时，先停下移动装置，移动装置200停止移动。开启电热丝，融化石蜡。定位环312悬浮在石蜡中，重力作用下，保持基本平行状态，停滞1-2分钟后。关闭电热丝，再停滞5-10分钟，等待石蜡硬化。然后开启电磁铁，使环形滑轨320沿球形滑轨转动移动至与定位环312基本平行的状态，再进行检测操作。如此，移动一个单位距离时重复一次上述操作。如此能够使探头完全检测弯管处的管壁。这样检测，虽然弯管的小直径端扫描会重复，但大直径侧的检测不会漏测。这对于弯管检测来说，非常必要，弯管处出现微裂纹的几率更高，不漏检能够确保产品的安全性。

为了使环形滑轨320更精确的与定位环312平行，滑块331也为环形，其上与固定杆340相对的位置处固定一个配重块360，便于使环形滑轨320重量平衡，电磁铁吸附定位环312时，环形滑轨320位置更平衡。

因为定位环312的一侧与内腔311铰接，不管是向那一侧转弯，定位环312总能在浮力和重力作用下相对的移动。同时，在重新回到水平状态时，铰接点相对的一侧，在浮力和重力作用下，也会回到轴线与螺纹杆230平行的状态。如此，能够有效的完整检测所有管道壁。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，包括探头（400），探头（400）定位在移动装置（200）上，其特征在于，所述移动装置（200）包括第一球体（210）、第二球体（220）和螺纹杆（230）；

所述第一球体（210）包括第一球囊（211）、第一支撑体（212）、定位轴承（213）、步进电机（214）和气泵（215）；

所述第一球囊（211）为球形囊体，充气膨胀状态下外径不小于管道内径，使第一球体（210）能够在管道内定位；

所述第一支撑体（212）固定在第一球囊（211）内，第一支撑体（212）一端开口，开口处与第一球囊（211）表面开口密封固定连接；

所述定位轴承（213）固定在第一支撑体（212）内，定位轴承（213）轴线过第一球囊（211）的球心；

所述螺纹杆（230）的一端与轴承（213）的内圈固定连接；所述步进电机（214）固定在第一支撑体（212）上，用于带动螺纹杆（230）转动；螺纹杆（230）从第一球囊（211）开口伸出；

所述气泵（215）固定在第一支撑体（212）上，用于第一球囊（211）的充放气；

所述第二球体（220）包括第二球囊（221）、第二支撑体（222）、螺纹管（223）和第二气泵（224）；

第二球囊（221）为球形囊体，充气膨胀状态下外径不小于管道内径，使第一球体（210）能够在管道内定位；

所述第二支撑体（222）固定在在第二球囊（221）内，第二支撑体（222）两端开口，开口处与第二球囊（221）表面开口密封固定连接；

所述螺纹管（223）固定在第二支撑体（222）内，所述螺纹杆（230）与螺纹管（223）螺纹配合；第二球囊（221）上的两个开口相对，使螺纹杆（230）能够穿过第二球囊（221）；

所述第二气泵（224）固定在第二支撑体（222）上，第二气泵（224）用于第二球囊（221）的充放气；

所述探头（400）通过定位组件（300）安装在移动装置（200）上；所述定位组件（300）包括固定壳（310）、环形滑轨（320）、移动部（330）和固定杆（340）；

所述固定壳（310）固定在第二球体（220）远离第一球体（210）的一侧；

固定壳（310）为环形，且与螺纹杆（230）同轴，螺纹杆（230）能够穿过固定壳（310）的环孔；

所述环形滑轨（320）定位在固定壳（310）外；

所述移动部（330）包括滑块（331）和转动轮（332）；滑块（331）在环形滑轨（320）上滑动定位；所述转动轮（332）由电机传动，转动轮（332）抵触环形滑轨（320）；转动轮（332）转动能够使滑块（331）在环形滑轨（320）上移动；

所述固定杆（340）固定在滑块（331）远离环形滑轨（320）的一侧，所述探头（400）定位于固定杆（340）临近管道壁的一端；

还包括抵触杆（350），其通过气弹簧与固定杆（340）连接，所述探头（400）固定在抵触杆（350）上，气弹簧作用下，抵触杆（350）始终抵触管道内壁；

所述第二球囊（221）的底部带有向内凹的腔室，腔室顶端与第二支撑体（222）固定连接；还包括一个重球（225），重球（225）通过一个硬质杆与腔室顶点铰接，铰接处转动轴线与螺纹杆（230）轴线平行，使重球（225）仅能向管道两侧摆动；铰接处固设角度传感器，检测重球摆动角度；

所述第二球囊（221）的上部也带有向内凹的腔室，该腔室底端固定在第二支撑体（222）上，该腔室内固定一个调向杆（226），调向杆（226）包括转动杆（2261）和转轮（2262），转动杆（2261）由电机转动，转动杆（2261）轴向与螺纹杆（230）轴向相交或垂直；转动杆（2261）顶端转动连接转轮（2262），转轮（2262）与转动杆（2261）之间通过弹簧连接，使转轮的轮面始终抵触管道（100）内壁；

所述角度传感器检测数值发送至控制器，控制器形成指令发送至转动杆（2261）的电机，进而调节转轮（2262）的方向，使第二球囊（221）转动角度控制在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，其特征在于，所述第一球囊（211）与第二球囊（221）相对的面上固定有压力开关（240）；当第一球囊（211）与第二球囊（221）接触时，能够关闭步进电机（214）。

3.根据权利要求1所述的检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，其特征在于，在管道（100）为直管时，螺纹杆（230）的轴线与管道（100）轴线重合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，其特征在于，所述第一球囊和第二球囊的外壁上粘附耐磨层。

5.根据权利要求4所述的检测金属材料性能的超声相控阵检测装置，其特征在于，所述耐磨层为金属网或陶瓷片。

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