CN1477392A - 相贯管道焊缝机器人自动检测系统 - Google Patents

Abstract

一种相贯管道焊缝机器人自动检测系统，包括剖分式固定支座、剖分式圆周方向旋转机构和机器人手臂三部分，剖分式固定支座采用移动滑块结构，剖分式圆周方向旋转机构由电动机、行星小齿轮、大齿轮圈及上下连接板组成，剖分式固定支座通过快速定位连接装置固定在被检测支管上，形成检测系统的安装平台与定位基准，剖分式圆周方向旋转机构安装在平台上。本发明采用剖分式结构来适应在线、在役、封闭及超长管道焊缝自动检测，扩大了被夹紧支管的适应范围，保证检测需要的精度，可以应用于核工业、化学工业、天然气等相贯管道焊缝自动检测。

Description

相贯管道焊缝机器人自动检测系统

技术领域：

本发明涉及一种相贯管道焊缝机器人自动检测系统，适用于核能、化工、油、气和水的输送等行业。可安装在被检测管道上，在远离检测现场的安全环境中通过远程控制技术，操作和控制机器人系统完成垂直相贯管道焊缝的自动检测，消除人工检测过程所带来的劳动强度大、检测效率低、检测质量难保证、以及核辐射环境对操作人员的伤害等问题。属于机电技术领域。

背景技术：

核能、化工、油、气和水的输送等行业有大量插接相贯管道，这些插接相贯管道通常采用焊接连接，插接焊缝管道需要进行安全检测与维护，以保证各种设备安全、稳定工作，常规检测方法是检测人员携带超声波换能器进入核电站内部，人工携带超声波换能器实现焊缝手动检测。这种检测方式对操作人员来讲具有极大危害，核辐射现场对操作员人身安全影响极大、劳动强度大，检测效率低；对检测人员操作素质要求较高，不同操作人员检测得到的结果可能不一样，检测质量得不到保证。丹麦Force公司生产的PS-Scan4是一种插接焊缝检测系统，这种检测系统是一种价格昂贵、远程控制超声波检测系统，这种检测系统可以检测插接相贯管道形成的焊缝，但其机器人安装采用定直径卡箍环来适应在线、在役管道安装，对变化直径管道检测的适应性差，使得这种插接焊缝检测系统的应用受到极大限制。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，开发一种适应于在线、在役相贯管道插接焊缝机器人自动检测系统，可以适应被检测管道直径变化的不同要求，取代手动检测方式以减轻检测人员的劳动强度，提高检测效率，保证检测质量。

为实现这样的目的，本发明采用特殊的剖分式固定支座结构、绕支管轴线剖分式圆周方向旋转机构及六自由度机器人手臂组成机器人自动检测系统，采用剖分结构适应在线、在役管道焊缝检测，设计了快速连接定位装置保证安装拆卸方便快捷及剖分前后功能不会发生改变。移动滑块夹具结构扩大了被夹紧支管的应用范围，使被检测支管直径可以在φ100～φ400mm范围内变化。绕支管轴线剖分式圆周方向旋转机构采用行星齿轮结构，实现在线、在役管道圆周方向旋转运动功能，以保证检测需要的精度。机器人手臂采用六自由度结构，实现机器人手臂末端平面位置控制和空间姿态控制的目的，保证超声波换能器更好地帖紧被检测主管表面。本发明通过网络远程控制方式控制机器人自动检测系统携带超声波换能器实现焊缝自动检测。机器人自动检测系统将检测得到的结果发送到操作人员所在的计算机进行处理。

本发明主要由剖分式固定支座、剖分式圆周方向旋转机构和机器人手臂三大部分组成。剖分式固定支座由移动滑块、丝杠及快速定位连接装置及联动齿轮组成，剖分式圆周方向旋转机构主要由电动机、行星小齿轮、上下连接板、大齿轮圈和快速定位连接装置组成，机器人手臂由六自由度机构手臂组成。剖分式圆周方向旋转机构通过螺栓固定在固定支座上；上下连接板通过螺栓固定成为一个整体，电动机法兰盘固定在下连接板上，行星小齿轮固定在电动机输出轴上，可以在上下连接板形成的空腔绕大齿轮圈外啮合旋转，机器人手臂固定在上下连接板上；超声波换能器则固定在机器人手臂末端。

本发明的工作(过程)原理为：进行焊缝检测时检测人员进入被检测焊缝现场，将剖分式固定支座通过快速定位连接装置定位并连接成为一个整体，转动丝杠和移动滑块，使之固定在被检测支管上。与剖分式固定支座通过螺栓连接在一起的剖分式圆周方向旋转机构也随之固定在被检测支管上，通过快速定位连接装置将剖分式圆周方向旋转机构连接成为一个整体，然后将机器人手臂固定在剖分式圆周方向旋转机构上，即完成机器人自动检测系统安装。检测人员离开被检测焊缝现场，通过远程控制方式控制机器人手臂各关节及剖分式圆周方向旋转机构的电动机，实现机器人手臂的位置控制及姿态控制，携带超声波换能器实现马鞍形焊缝检测。当检测完毕后，检测人员首先将剖分式圆周方向旋转机构的快速定位连接装置拆卸下来，然后将剖分式固定支座的快速定位连接装置拆卸下来，转动丝杠将剖分式固定支座从支管上拆卸下来，即完成相贯管道焊缝自动检测的任务。

本发明的机器人自动检测系统可以适应在线、在役相贯管道焊缝检测，采用特殊的剖分式结构夹具设计，适应大范围内变直径管道焊缝检测要求，扩大了被检测管道的适应范围；实现了绕被检测支管高精度的圆周方向运动，提高了检测质量。本发明现场安装、拆卸方便快捷，通过基于网络远程控制的控制方式实现机器人系统的远程控制，检测得到的信号发送到操作人员所在计算机进行处理，可以取代检测人员手动检测方式，避免操作人员处在危险的核辐射环境或其它有害环境，极大地保护了检测人员，减轻操作人员的劳动强度，提高了检测效率，保证了检测质量。本发明可应用于核工业、化工、石油、天然气等相贯管道焊缝自动检测，具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1为相贯管道焊缝机器人自动检测系统总体结构示意图。

图1中，1为被检测主管，2为超声波换能器，3为六自由度机器人手臂，4为上下连接板，5为上下连接板的连接螺栓，6为大齿轮圈，7为剖分式圆周方向旋转机构与剖分式固定支座的连接螺栓，8为快速定位连接装置，9为剖分式固定支座，10为行星小齿轮，11为电动机，12为被检测支管。

图2为相贯管道焊缝机器人自动检测系统剖面结构示意图。

图1中，1为被检测主管，2为超声波换能器，3为六自由度机器人手臂，4为上下连接板，5为上下连接板的连接螺栓，6为大齿轮圈，7为剖分式圆周方向旋转机构与剖分式固定支座的连接螺栓，9为剖分式固定支座，10为行星小齿轮，11为电动机，12为被检测支管。

图3为剖分式固定支座9的结构示意图。

图3中，13为丝杠，14为移动滑块，15为联动齿轮。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1图2所示，剖分式圆周方向旋转机构主要由电动机11、行星小齿轮10、上下连接板4、大齿轮圈6、快速定位连接装置8、连接螺栓5等主要部件组成；机器人手臂主要由六自由度机器人手臂3和超声波换能器2等主要部件组成。六自由度机器人手臂3实现超声波换能器的位置控制和姿态控制。

各部分结构连接关系为：剖分式固定支座9与大齿轮圈6通过螺栓7连接成为一个整体，上下连接板4通过螺栓5连接成为一个整体，电动机11的法兰盘固定在上下连接板4上，行星小齿轮10固定在电动机11的输出轴上，且可以在上下连接板4形成的空腔之间绕大齿轮圈6外啮合旋转，六自由度机器人手臂3与电动机11对称地固定在上下连接板4的两侧。上下连接板4嵌入大齿轮圈6的凹槽内，在电动机11的带动下可以绕支管12轴心线自由旋转，从而带动机器人手臂3绕支管12轴心线实现圆周方向旋转运动功能。机器人手臂3具有空间六自由度，三个关节实现超声波换能器2平面内位置控制要求，三个关节实现超声波换能器2姿态控制要求。

剖分式固定支座9的结构如图3所示，主要由丝杠13、移动滑块14、联动齿轮15组成。两根丝杠13对称地分布在剖分式固定支座的两侧，丝杠13两端各连接两个旋向相反的移动滑块14，转动丝杠13，同一丝杠上两个滑块就实现方向相反的运动。两根丝杆13一端共同连接联动齿轮15，联动齿轮15使两根丝杠13实现联动，这样当任意一根丝杠13运动时带动四个移动滑块14实现向心运动或离心运动，利用四个移动滑块14的斜楔面与被夹紧支管相切的功能，实现夹紧支管的功能。四个移动滑块14的极限位置确定了被夹紧管道的最大最小直径。

采用本发明进行焊缝自动检测时，检测人员首先将剖分式固定支座9通过图1所示的快速定位连接装置8定位连接成为一个整体，转动丝杠14使之固定在被检测支管12上。剖分式固定支座9形成剖分式圆周方向旋转机构的安装平台与定位基准，将剖分式上下连接板4安装在大齿轮圈6上，采用快速定位连接装置8将剖分式圆周方向旋转机构定位连接成为一个整体，即完成机器人自动检测系统安装固定在被检测支管12上的操作。

机器人自动检测系统进行实际检测时，电动机11通电后驱动行星小齿轮10绕大齿轮圈6外啮合旋转，实现绕大齿轮圈6轴心线圆周运动，由于电动机11的法兰盘固定在上下两连接板4上，上下连接板4随行星小齿轮10绕被检测支管12作圆周方向旋转运动，带动机器人手臂3绕被检测支管12作圆周方向旋转运动。带动机器人手臂末端的超声波换能器2实现绕被检测支管12圆周方向焊缝检测，沿支管半径方向的焊缝检测则通过机器人手臂3的位置控制关节和姿态控制关节来完成。由此相贯管道焊缝在圆周方向和半径方向的焊缝检测都可以由自动检测系统来完成。

检测操作完成之后，检测人员将剖分式圆周方向旋转机构的快速定位连接装置8拆卸下来，将机器人手臂3及剖分式圆周方向旋转机构从大齿轮圈6上拆卸下来，随后将剖分式固定支座9的快速定位连接装置8拆卸下来，转动丝杠将剖分式固定支座9从被检测支管拆卸下来，并离开被检测现场，从而完成相贯管道焊缝检测任务。在焊缝检测过程中检测人员只是在机器人系统安装和拆卸时停留在被检测现场，采用快速定位连接装置，机器人系统的安装和拆卸时间都尽可能缩短了，保证了检测人员的人身安全，通过远程控制方式控制机器人系统实现焊缝自动检测，减轻了操作人员的劳动强度。

Claims (1)

1、一种相贯管道焊缝机器人自动检测系统，其特征在于包括剖分式固定支座(9)、由电动机(11)、行星小齿轮(10)、大齿轮圈(6)及上下连接板(4)组成的剖分式圆周方向旋转机构和机器人手臂(3)三部分，剖分式固定支座(9)与大齿轮圈(6)通过螺栓(7)连接成整体，上下连接板(4)通过螺栓(5)连接成整体，并嵌入大齿轮圈(6)的凹槽内，六自由度机器人手臂(3)与电动机(11)对称地固定在上下连接板(4)的两侧，机器人手臂(3)末端携带超声波换能器(2)，行星小齿轮(10)固定在电动机(11)的输出轴上，且可在上下连接板(4)形成的空腔之间绕大齿轮圈(6)外啮合旋转，剖分式固定支座(9)中，两根丝杠(13)对称分布在固定支座的两侧，丝杠(13)两端各连接两个旋向相反的斜楔面移动滑块(14)，两根丝杆(13)一端共同连接联动齿轮(15)实现两根丝杠的联动，剖分式固定支座(9)通过快速定位连接装置(8)固定在被检测支管(12)上，形成检测系统的安装平台与定位基准，剖分式圆周方向旋转机构安装在剖分式固定支座(9)形成的安装平台上。

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