CN116101396A - 一种基于tofd焊缝检测的汽包爬壁机器人及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，包括可环绕TOFD扫查架，安装在可环绕TOFD扫查架上的第一动力舵机、自动识别焊缝无线相机以及中心控制模块，通过转台轴承与可环绕TOFD扫查架连接的环状激光发射模块、扭压预紧模块；扭压预紧模块安装有TOFD探头；可环绕TOFD扫查架两侧安装有可转向永磁体吸附轮；中心控制模块控制环状激光发射模块、扭压预紧模块旋转，扭压预紧模块控制TOFD探头的升降，可转向永磁体吸附轮带动机器人运动，复合实现汽包焊缝缺陷的TOFD检测扫查动作。本发明具有扫查动作灵活、检测效率高、检测过程定位稳定等特点，特别适用于锅炉汽包的焊缝缺陷的检测需求。
Description
技术领域
本发明涉及特种工业机器人技术领域，特别涉及一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人及检测方法。
背景技术
汽包是锅炉设备中水汽系统的重要组成部分，其温度、压力高，工作条件恶劣，长期使用会产生腐蚀、裂纹等缺陷，进一步扩展开裂会带来严重的安全隐患，因此对汽包运行的安全性要求较高。现阶段主要通过射线检测、常规超声检测、磁铁检测和渗透检测方法来确定锅炉汽包焊缝处是否有缺陷。其中射线检测存在裂纹检测灵敏度较差、容易发生漏检现象等问题。而常规超声基于材料内部损伤反射回来的声波幅度大小与现场建议人员经验来判断缺陷，容易受到缺陷材质、角度、形状等因素影响。而TOFD方法对缺陷的定量精度远优于常规超声，采用TOFD检测方法具有较高的检出率。
目前，锅炉汽包焊缝缺陷的TOFD检测主要采用人工或半自动推动TOFD扫查架沿焊缝往复扫查来确定，实际应用时需要检察人员爬上脚手架，推动扫查架对工件表面焊缝进行检测，其流程繁琐、操作困难、检测成本高、检测效率低、检测评估效果不稳定。国外美、日等发达国家已经将TOFD检测方法广泛应用在压力容器的质量检测中，应用较为成熟。但检测时仍以人工操作为主，且目前的自动化TOFD检测设备难以适应锅炉汽包的曲面结构，存在转向困难、质量较重、检测效率低等问题。目前对于锅炉汽包焊缝缺陷TOFD检测多停留在人工或半自动推动TOFD扫查架运动，即使用结构简单的检测设备进行手动检测。自动化程度低，每次检测完一条焊缝都需要繁琐的流程进行转向。因此，需要在基于满足相关检测行业标准不漏检的条件下，根据动力学和自动化控制要求设计出一种高效、稳定的自动化检测方法，同时需要保证该装置能够便于操作工人搬运拆卸、遥控控制、能够很好的适应锅炉汽包表面检测作业需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人及检测方法，能够吸附于锅炉汽包表面，同时能够识别焊缝位置并结合当前扫查方式反馈调节机器人姿态，可对锅炉汽包表面的纵向焊缝和横向焊缝进行非平行扫查、平行扫查和斜向扫查，可在焊缝交叉处垂直转向并抬升探头高度跨越焊缝，对锅炉汽包表面的横向焊缝及纵向焊缝进行TOFD检测，杜绝了锅炉汽包发生安全事故的隐患。
本发明采用的技术方案如下：一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，包括可环绕TOFD扫查架，安装在可环绕TOFD扫查架上的第一动力舵机、自动识别焊缝无线相机以及中心控制模块，通过转台轴承与可环绕TOFD扫查架连接的环状激光发射模块、扭压预紧模块；所述扭压预紧模块连接有TOFD安装楔块，TOFD安装楔块上安装有TOFD探头；可环绕TOFD扫查架两侧安装有可转向永磁体吸附轮；中心控制模块提供控制信号以及接收反馈信号，由第一动力舵机带动转盘轴承上的环状激光发射模块、扭压预紧模块旋转，扭压预紧模块控制TOFD探头的升降，可转向永磁体吸附轮带动机器人运动，复合实现汽包焊缝缺陷的TOFD检测扫查动作。
进一步的，所述可环绕TOFD扫查架包括车身主支撑，所述车身主支撑上方安装有第一舵机固定板，下方安装有依次连接上固定板、转台轴承、下固定板；下固定板下方安装有铝型材；所述铝型材用于安装扭压预紧模块与环状激光发射模块；第一动力舵机安装在第一舵机固定板上，自动识别焊缝无线相机安装在车身主支撑上。
进一步的，所述可转向永磁体吸附轮包括从上到下连接的第二舵机固定板、转盘轴承、第一电机固定板，第一电机固定板下方安装有电机连接板，无刷电机安装在电机连接板上并与磁力吸附轮连接；第二动力舵机通过紧固件安装在第二舵机固定板上。
进一步的，所述第二舵机固定板上方安装有车身连接件，用于与可环绕TOFD扫查架连接固定。
进一步的，所述扭压预紧模块包括蜗轮蜗杆电机，蜗轮蜗杆电机固定在第二电机固定板上，蜗轮蜗杆电机末端连接有扭力轴，扭力轴通过第一扭簧件与扭力支轴连接，扭力支轴末端连接有楔块连接件，楔块连接件通过第二扭簧件与楔块固定件连接，楔块固定件用于与TOFD安装楔块连接。
进一步的，所述楔块连接件能够绕扭力支轴转动，楔块固定件通过第二扭簧件与楔块连接件实现转动；蜗轮蜗杆电机接收控制信号，通过扭力轴和第一扭簧件驱动扭力支轴转动，从而实现楔块固定件的抬升和下降。
进一步的，所述可环绕TOFD扫查架下方的铝型材两端分别安装有两个扭压预紧模块，两个扭压预紧模块连接的TOFD安装楔块分别安装TOFD发射探头和TOFD接收探头，配合实现探测；所述扭压预紧模块通过第二电机固定板与铝型材固定。
进一步的，所述TOFD安装楔块上留有安装孔位以固定TOFD探头。
进一步的，所述可环绕TOFD扫查架的车身主支撑两侧安装有两根条形铝型材，四个相同可转向永磁体吸附轮两两安装在条形铝型材上形成四轮车身。
本发明还提出了一种基于上述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人的检测方法，包括：
步骤1、将汽包爬壁机器人放置到锅炉汽包上，通过遥控装置发送信号到汽包爬壁机器人的中心控制模块，控制汽包爬壁机器人到达一条横向焊缝或纵向焊缝上；通过自动识别焊缝无线相机与环状激光发射模块配合完成汽包爬壁机器人姿态矫正，使其行进方向与焊缝中心线方向垂直或平行；
步骤2、设定汽包爬壁机器人的TOFD检测模式为非平行扫查、斜向扫查、平行扫查等模式中的一项，设定完毕后，依据焊缝位置与当前姿态执行对应动作，并根据自动识别焊缝无线相机调整位置和姿态；
步骤3、在对焊缝进行检测时，控制扭压预紧模块将TOFD探头下压至与锅炉汽包表面贴合且实现良好耦合；在检测完毕或需要跨越焊缝时，控制扭压预紧模块将TOFD探头升起至间隙高度大于焊缝余高；
步骤4、当需要从横向焊缝切换至另一条相邻的纵向焊缝进行检测时，汽包爬壁机器人沿焊缝运动至两条焊缝的交点处，控制可转向永磁体吸附轮进行对应的角度旋转，同时在保持扭压预紧模块抬起的情况控制TOFD探头进行对应角度的旋转，完成汽包爬壁机器人整体的运动方向、扫查方向的调整；
步骤5、当汽包爬壁机器人进行TOFD检测时，若检测到缺陷反馈信号强度超出设定安全值，汽包爬壁机器人停在原地，并在操作人员的选择当前检测模式外的检测模式进行复检，进一步获取缺陷的特征，对缺陷进行分类及标识，并将检测信息同步至上位机，同步完成后，汽包爬壁机器人进行下一焊缝的检测；若探头检测反馈信号强度未超出设定安全值，汽包爬壁机器人直接进行下一焊缝的检测；
步骤6、所有焊缝检测完毕后，遥控控制汽包爬壁机器人退回至锅炉汽包靠近操作人员一侧，由操作人员拆卸设备脱离锅炉汽包表面。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明具有扫查动作灵活、检测效率高、检测过程定位稳定、环境适应性得到提高等特点，特别适用于锅炉汽包的现场焊缝缺陷的自动化检测需求。
附图说明
图1为本发明提出的基于TOFD焊缝检测的锅炉汽包爬壁机器人示意图。
图2为本发明提出的基于TOFD焊缝检测的锅炉汽包爬壁机器人结构爆炸示意图。
图3为本发明提出的可环绕TOFD扫查架结构示意图。
图4为本发明提出的可转向永磁体吸附轮结构示意图。
图5为本发明提出的扭压预紧模块结构示意图。
图6为本发明一实施例中基于TOFD焊缝检测的锅炉汽包爬壁机器人检测流程图。
附图标记：1-中心控制模块，2-可环绕TOFD扫查架，3-可转向永磁体吸附轮，4-自动识别焊缝无线相机，5-扭压预紧模块，6-TOFD安装楔块，7-环状激光发射模块；
201-第一动力舵机，202-第一舵机固定板，203-车身主支撑，204-上固定板，205-转台轴承，206-下固定板，207-铝型材，208-条形铝型材；
301-第二动力舵机，302-紧固件，303-第二舵机固定板，304-转盘轴承，305-车身连接件，306-无刷电机，307-磁力吸附轮，308-电机连接板，309-第一电机固定板；
501-第二电机固定板，502-蜗轮蜗杆电机，503-扭力轴，504-第一扭簧件，505-扭力支轴，506-楔块连接件，507-第二扭簧件，508-楔块固定件。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
参见图1、图2，本发明实施例提出了一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，包括可环绕TOFD扫查架2，安装在可环绕TOFD扫查架2上的第一动力舵机201、自动识别焊缝无线相机4以及中心控制模块1，通过转台轴承205与可环绕TOFD扫查架2连接的环状激光发射模块7、扭压预紧模块；所述扭压预紧模块5连接有TOFD安装楔块6，TOFD安装楔块6上安装有TOFD探头；可环绕TOFD扫查架2两侧安装有可转向永磁体吸附轮3；中心控制模块1提供控制信号以及接收反馈信号，由第一动力舵机201带动转盘轴承304上的环状激光发射模块7、扭压预紧模块旋转，扭压预紧模块5控制TOFD探头的升降，可转向永磁体吸附轮3带动机器人运动，复合实现汽包焊缝缺陷的TOFD检测扫查动作。
需要说明的是，本实施例中的环状激光发射模块7、自动识别焊缝无线相机4以及TOFD探头均为可采用现有装置实现。
环状激光发射模块7可发射出环状激光照射在工件表面，辅助电脑端上位机自动识别并计算焊缝中心位置与装置当前姿态的偏差并进行装置姿态的调整。
自动识别焊缝无线相机4能够实现对锅炉汽包表面的横向或纵向焊缝的识别。自动识别焊缝无线相机4拍摄锅炉汽包表面的焊缝图像并传回至电脑端上位机，上位机部分可通过图像中的灰度信息进行目标检测，以此识别焊缝中心坐标并与环状激光发射模块7发出的环状激光线进行对比，反馈至装置以调整装置姿态。同时，操作人员可根据图像进行手动的装置姿态调整。
TOFD探头利用衍射时差法超声检测实现缺陷的检测，本实施例中利用两个尺寸、频率、角度一致的纵波斜探头分别实现超声波信号的发射和接收。超声波在缺陷端点处产生衍射波，TOFD通过检测缺陷衍射波实现缺陷的检测，根据TSG0001-2012锅炉安全技术监察规程要求，对锅筒焊接接头进行A级无损检测时，可使用100％超声检测，且超声检测仪宜采用数字式可记录仪器。根据GB/T 23902-2009超声衍射声时技术检测和评价方法要求，对于壁厚不大于70mm厚的钢，可使用一对探头放置在焊缝两侧，根据扫查模式进行探头的移动方向并记录对应的扫描显示。根据NB/T 47013.10-2015承压设备无损检测衍射时差法超声检测部分要求，当工件厚度在50mm以内时，可采用一组探头对检测，且需将探头中心距设置为使该探头对的声束交点位于2/3壁厚深度处。根据NB/T 47013.10-2015承压设备无损检测衍射时差法超声检测部分要求，每次扫查长度不应超过2000mm；若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查区的重叠范围至少为20mm；对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少20mm。
具体的，如图3所示，可环绕TOFD扫查架2包括车身主支撑203，所述车身主支撑203上方安装有第一舵机固定板202，下方安装有依次连接上固定板204、转台轴承205、下固定板206，即上固定板204与下固定板206分别安装与转台轴承205两侧，由转台轴承205实现旋转运动；下固定板206下方安装有铝型材207；所述铝型材207用于安装扭压预紧模块与环状激光发射模块7；第一动力舵机201安装在第一舵机固定板202上，自动识别焊缝无线相机4安装在车身主支撑203上。第一动力舵机201通过转台轴承205驱动扭压预紧模块5和环状激光发射模块7进行环绕转向，使得TOFD探头检测方向与机器人行进方向垂直或呈一定角度，从而实现非平行扫查、斜向扫查、平行扫查等扫查动作。
进一步的，如图4所示，可转向永磁体吸附轮包括从上到下连接的第二舵机固定板303、转盘轴承304、第一电机固定板309，第一电机固定板309下方安装有电机连接板308，无刷电机306安装在电机连接板308上并与磁力吸附轮307连接；第二动力舵机301通过紧固件302安装在第二舵机固定板303上，第二舵机固定板303与第一电机固定板309通过转盘轴承304实现旋转运动。在实际应用中，通过接收控制信号，由无刷电机306驱动磁力吸附轮307的转动，第二动力舵机301通过转盘轴承304驱动磁力吸附轮307的垂直转向，
优选的，可环绕TOFD扫查架2的车身主支撑203两侧安装有两根条形铝型材208，四个相同可转向永磁体吸附轮两两安装在条形铝型材208上形成四轮车身。四轮独立控制转速及方向，可以实现整体设备的前后移动及转向移动，能在锅炉汽包表面全方位行走。
优选的，所述第二舵机固定板303上方安装有车身连接件305，用于与可环绕TOFD扫查架2连接固定。
进一步的，如图5所示，扭压预紧模块5包括蜗轮蜗杆电机502，蜗轮蜗杆电机502固定在第二电机固定板501上，蜗轮蜗杆电机502末端连接有扭力轴503，扭力轴503通过第一扭簧件504与扭力支轴505连接，扭力支轴505末端连接有楔块连接件506，楔块连接件506通过第二扭簧件507与楔块固定件508连接，楔块固定件508用于与TOFD安装楔块6连接。
楔块连接件506能够绕扭力支轴505转动，楔块固定件508通过第二扭簧件507与楔块连接件506实现转动；蜗轮蜗杆电机502接收控制信号，通过扭力轴503和第一扭簧件504驱动扭力支轴505转动，从而实现楔块固定件508的抬升和下降。
在实际应用中，可环绕TOFD扫查架2下方的铝型材207两端分别安装有两个扭压预紧模块5，两个扭压预紧模块5连接的TOFD安装楔块6分别安装TOFD发射探头和TOFD接收探头，配合实现探测；所述扭压预紧模块5通过第二电机固定板501与铝型材207固定。
在一个优选实施例中，TOFD安装楔块6上留有安装孔位以固定TOFD探头。
本实施例提出的汽包爬壁机器人工作过程如下：
机器人通过可转向永磁体吸附轮3稳定吸附在锅炉汽包表面，同时基于可自动识别焊缝无线相机4对锅炉汽包表面的横向或纵向焊缝的识别，驱动其机器人在工件表面做出对应扫查动作的移动，控制扭压预紧模块将TOFD探头在焊缝两侧进行扭压预紧以达到超声探伤过程的良好耦合，实现锅炉汽包焊缝缺陷的自动扫查。
该汽包爬壁机器人采用自动识别焊缝以及手动辅助调整双控制方式，能通过陀螺仪数据计算出的当前姿态数据精准调节自身的位置及姿态，从而保证TOFD探头对锅炉汽包表面焊缝识别的准确性。在使用过程中，根据锅炉汽包壳体厚度手动调整连接在可环绕TOFD扫查架2上的TOFD探头中心距，并根据当前扫查方式控制所述可环绕TOFD扫查架2的旋转角度来实现非平行扫查、斜向扫查及平行扫查动作。
该汽包爬壁机器人具有扫查动作灵活、检测效率高、检测过程定位稳定、环境适应性得到提高等特点，特别适用于锅炉汽包的现场焊缝缺陷的自动化检测需求。
实施例1
本实施例提出了一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，包括可环绕TOFD扫查架2，安装在可环绕TOFD扫查架2上的第一动力舵机201、自动识别焊缝无线相机4以及中心控制模块1，通过转台轴承205与可环绕TOFD扫查架2连接的环状激光发射模块7、扭压预紧模块；所述扭压预紧模块5连接有TOFD安装楔块6，TOFD安装楔块6上安装有TOFD探头；可环绕TOFD扫查架2两侧安装有可转向永磁体吸附轮3；中心控制模块1提供控制信号以及接收反馈信号，由第一动力舵机201带动转盘轴承304上的环状激光发射模块7、扭压预紧模块旋转，扭压预紧模块5控制TOFD探头的升降，可转向永磁体吸附轮3带动机器人运动，复合实现汽包焊缝缺陷的TOFD检测扫查动作。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中可环绕TOFD扫查架2包括车身主支撑203，所述车身主支撑203上方安装有第一舵机固定板202，下方安装有依次连接上固定板204、转台轴承205、下固定板206；下固定板206下方安装有铝型材207；所述铝型材207用于安装扭压预紧模块与环状激光发射模块7；第一动力舵机201安装在第一舵机固定板202上，自动识别焊缝无线相机4安装在车身主支撑203上。
实施例3
在实施例1或2的基础上，本实施例中可转向永磁体吸附轮包括从上到下连接的第二舵机固定板303、转盘轴承304、第一电机固定板309，第一电机固定板309下方安装有电机连接板308，无刷电机306安装在电机连接板308上并与磁力吸附轮307连接；第二动力舵机301通过紧固件302安装在第二舵机固定板303上。
实施例4
在实施例3的基础上，本实施例中第二舵机固定板303上方安装有车身连接件305，用于与可环绕TOFD扫查架2连接固定。
实施例5
在实施例3的基础上，本实施例中扭压预紧模块5包括蜗轮蜗杆电机502，蜗轮蜗杆电机502固定在第二电机固定板501上，蜗轮蜗杆电机502末端连接有扭力轴503，扭力轴503通过第一扭簧件504与扭力支轴505连接，扭力支轴505末端连接有楔块连接件506，楔块连接件506通过第二扭簧件507与楔块固定件508连接，楔块固定件508用于与TOFD安装楔块6连接。
实施例6
在实施例5的基础上，本实施例中楔块连接件506能够绕扭力支轴505转动，楔块固定件508通过第二扭簧件507与楔块连接件506实现转动；蜗轮蜗杆电机502接收控制信号，通过扭力轴503和第一扭簧件504驱动扭力支轴505转动，从而实现楔块固定件508的抬升和下降。
实施例7
在实施例1的基础上，本实施例中可环绕TOFD扫查架2下方的铝型材207两端分别安装有两个扭压预紧模块5，两个扭压预紧模块5连接的TOFD安装楔块6分别安装TOFD发射探头和TOFD接收探头，配合实现探测；所述扭压预紧模块5通过第二电机固定板501与铝型材207固定。
实施例8
在实施例1的基础上，本实施例中TOFD安装楔块6上留有安装孔位以固定TOFD探头。
实施例9
在实施例1的基础上，本实施例中可环绕TOFD扫查架2的车身主支撑203两侧安装有两根条形铝型材208，四个相同可转向永磁体吸附轮两两安装在条形铝型材208上形成四轮车身。
实施例10
本实施例中提出了一种基于实施例1-9任一实施例所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人的检测方法，如图6所示，包括：
步骤1、将汽包爬壁机器人放置到锅炉汽包上，通过遥控装置发送信号到汽包爬壁机器人的中心控制模块1，控制汽包爬壁机器人到达一条横向焊缝或纵向焊缝上；通过可自动识别焊缝无线相机4识别焊缝中心位置并与环状激光发射模块7发出的激光线进行对比，自动矫正设备姿态，使其行进方向与焊缝中心线方向垂直或平行；矫正完毕后，准备TOFD检测；
步骤2、设定汽包爬壁机器人的TOFD检测模式为非平行扫查、斜向扫查、平行扫查等模式中的一项，设定完毕后，依据焊缝位置与当前姿态执行对应动作，并根据自动识别焊缝无线相机4调整位置和姿态；
本实施例中，在TOFD检测模式设定为非平行扫查时，通过可环绕TOFD扫查架2将TOFD探头声束方向旋转至与焊缝方向垂直，机器人平行于焊缝前进。
在TOFD检测模式设定为斜向扫查时，通过可环绕TOFD扫查架2将TOFD探头声束方向旋转至与焊缝方向呈一定夹角，机器人平行于焊缝中心线方向运动。
在TOFD检测模式设定为平行扫查时，通过可环绕TOFD扫查架2将探头声束方向旋转至与焊缝方向平行，机器人垂直于焊缝前进。
需要说明的是，本实施例仅提出了3中扫查模式，而实际可以采用更多的模式，例如偏置非平行扫查等。
步骤3、在对焊缝进行检测时，控制扭压预紧模块5将TOFD探头下压至与锅炉汽包表面贴合且实现良好耦合；在检测完毕或需要跨越焊缝时，控制扭压预紧模块5将TOFD探头升起至间隙高度大于焊缝余高；
步骤4、当需要从横向焊缝切换至另一条相邻的纵向焊缝进行检测时，汽包爬壁机器人沿焊缝运动至两条焊缝的交点处，控制可转向永磁体吸附轮3进行对应的角度旋转，同时在保持扭压预紧模块5抬起的情况控制TOFD探头进行对应角度的旋转，完成汽包爬壁机器人整体的运动方向、扫查方向的调整；
步骤5、当汽包爬壁机器人进行TOFD检测时，若检测到缺陷反馈信号强度超出设定安全值，汽包爬壁机器人停在原地，并在操作人员的选择当前检测模式外的检测模式进行复检，进一步获取缺陷的特征，对缺陷进行分类及标识，并将检测信息同步至上位机，同步完成后，汽包爬壁机器人进行下一焊缝的检测；若探头检测反馈信号强度未超出设定安全值，汽包爬壁机器人直接进行下一焊缝的检测。
不同的扫查动作对不同朝向的裂缝具有不同的敏感度，为了保障锅炉汽包的安全运行。在任意的扫查动作中检测出缺陷，都需要使用其他扫查动作进行复检，以获得更详细的缺陷信息，并做记录。
例如，TOFD检测的基本扫查动作为非平行扫查，由于非平行扫查对斜向裂缝、平行裂缝的检出性不足，因此当非平行扫查检测到缺陷反馈信号时(短信号，在TOFD的D扫图像中为较短的衍射弧)，需要对检出的区域，进行平行扫查和斜向扫查的复检，以进一步确定缺陷的信息(长度、深度、朝向等)。平行扫查以及斜向扫查同理。
步骤6、所有焊缝检测完毕后，遥控控制汽包爬壁机器人退回至锅炉汽包靠近操作人员一侧，由操作人员拆卸设备脱离锅炉汽包表面。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，包括可环绕TOFD扫查架(2)，安装在可环绕TOFD扫查架(2)上的第一动力舵机(201)、自动识别焊缝无线相机(4)以及中心控制模块(1)，通过转台轴承(205)与可环绕TOFD扫查架(2)连接的环状激光发射模块(7)、扭压预紧模块(5)；所述扭压预紧模块(5)连接有TOFD安装楔块(6)，TOFD安装楔块(6)上安装有TOFD探头；可环绕TOFD扫查架(2)两侧安装有可转向永磁体吸附轮(3)；中心控制模块(1)提供控制信号以及接收反馈信号，由第一动力舵机(201)带动转盘轴承上的环状激光发射模块(7)、扭压预紧模块(5)旋转，扭压预紧模块(5)控制TOFD探头的升降，可转向永磁体吸附轮(3)带动机器人运动，复合实现汽包焊缝缺陷的TOFD检测扫查动作。
2.根据权利要求1所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述可环绕TOFD扫查架(2)包括车身主支撑(203)，所述车身主支撑(203)上方安装有第一舵机固定板(202)，下方安装有依次连接上固定板(204)、转台轴承(205)、下固定板(206)；下固定板(206)下方安装有铝型材(207)；所述铝型材(207)用于安装扭压预紧模块(5)与环状激光发射模块(7)；第一动力舵机(201)安装在第一舵机固定板(202)上，自动识别焊缝无线相机(4)安装在车身主支撑(203)上。
3.根据权利要求1或2所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述可转向永磁体吸附轮(3)包括从上到下连接的第二舵机固定板(303)、转盘轴承(304)、第一电机固定板(309)，第一电机固定板(309)下方安装有电机连接板(308)，无刷电机(306)安装在电机连接板(308)上并与磁力吸附轮(307)连接；第二动力舵机(301)通过紧固件(302)安装在第二舵机固定板(303)上。
4.根据权利要求3所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述第二舵机固定板(303)上方安装有车身连接件(305)，用于与可环绕TOFD扫查架(2)连接固定。
5.根据权利要求3所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述扭压预紧模块(5)包括蜗轮蜗杆电机(502)，蜗轮蜗杆电机(502)固定在第二电机固定板(501)上，蜗轮蜗杆电机(502)末端连接有扭力轴(503)，扭力轴(503)通过第一扭簧件(504)与扭力支轴(505)连接，扭力支轴(505)末端连接有楔块连接件(506)，楔块连接件(506)通过第二扭簧件(507)与楔块固定件(508)连接，楔块固定件(508)用于与TOFD安装楔块(6)连接。
6.根据权利要求5所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述楔块连接件(506)能够绕扭力支轴(505)转动，楔块固定件(508)通过第二扭簧件(507)与楔块连接件(506)实现转动；蜗轮蜗杆电机(502)接收控制信号，通过扭力轴(503)和第一扭簧件(504)驱动扭力支轴(505)转动，从而实现楔块固定件(508)的抬升和下降。
7.根据权利要求2所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述可环绕TOFD扫查架(2)下方的铝型材(207)两端分别安装有两个扭压预紧模块(5)，两个扭压预紧模块(5)连接的TOFD安装楔块(6)分别安装TOFD发射探头和TOFD接收探头，配合实现探测；所述扭压预紧模块(5)通过第二电机固定板(501)与铝型材(207)固定。
8.根据权利要求7所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述TOFD安装楔块(6)上留有安装孔位以固定TOFD探头。
9.根据权利要求1所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人，其特征在于，所述可环绕TOFD扫查架(2)的车身主支撑(203)两侧安装有两根条形铝型材(208)，四个相同可转向永磁体吸附轮(3)两两安装在条形铝型材(208)上形成四轮车身。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的基于TOFD焊缝检测的汽包爬壁机器人的检测方法，其特征在于，包括：
步骤1、将汽包爬壁机器人放置到锅炉汽包上，通过遥控装置发送信号到汽包爬壁机器人的中心控制模块(1)，控制汽包爬壁机器人到达一条横向焊缝或纵向焊缝上；通过自动识别焊缝无线相机(4)与环状激光发射模块(7)配合完成汽包爬壁机器人姿态矫正，使其行进方向与焊缝中心线方向垂直或平行；
步骤2、设定汽包爬壁机器人的TOFD检测模式为非平行扫查、斜向扫查、平行扫查中的一项，设定完毕后，依据焊缝位置与当前姿态执行对应动作，并根据自动识别焊缝无线相机(4)调整位置和姿态；
步骤3、在对焊缝进行检测时，控制扭压预紧模块(5)将TOFD探头下压至与锅炉汽包表面贴合且实现良好耦合；在检测完毕或需要跨越焊缝时，控制扭压预紧模块(5)将TOFD探头升起至间隙高度大于焊缝余高；
步骤4、当需要从横向焊缝切换至另一条相邻的纵向焊缝进行检测时，汽包爬壁机器人沿焊缝运动至两条焊缝的交点处，控制可转向永磁体吸附轮(3)进行对应的角度旋转，同时在保持扭压预紧模块(5)抬起的情况控制TOFD探头进行对应角度的旋转，完成汽包爬壁机器人整体的运动方向、扫查方向的调整；
步骤5、当汽包爬壁机器人进行TOFD检测时，若检测到缺陷反馈信号强度超出设定安全值，汽包爬壁机器人停在原地，并在操作人员的选择当前检测模式外的检测模式进行复检，进一步获取缺陷的特征，对缺陷进行分类及标识，并将检测信息同步至上位机，同步完成后，汽包爬壁机器人进行下一焊缝的检测；若探头检测反馈信号强度未超出设定安全值，汽包爬壁机器人直接进行下一焊缝的检测；
步骤6、所有焊缝检测完毕后，遥控控制汽包爬壁机器人退回至锅炉汽包靠近操作人员一侧，由操作人员拆卸设备脱离锅炉汽包表面。
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