CN203615897U - 基于位移传感器的管道内径测量装置 - Google Patents

基于位移传感器的管道内径测量装置 Download PDF

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Abstract

一种基于位移传感器的管道内径测量装置，主要由主动行走机构(1)、辅助行走机构(2)、传感器检测机构(3)、灯光视觉部分(4)、传动机构(5)以及电气控制柜组成，由主动行走机构(1)和辅助行走机构(2)的12个行走轮对机器人中心进行定位。传动机构(5)用于保持主动行走机构及辅助行走机构支撑臂打开和收缩的同步性。激光位移传感器用于测量管道内壁径向相对位移、里程轮用于记录装置行走里程、压力传感器用于测量管壁与行走轮间压力。灯光视觉部分(4)用于观察管道内部环境。本实用新型能够在线对管道径向位移、管道直径进行测量，测量精度高、量程大、速度快。

Description

基于位移传感器的管道内径测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种管道内径测量装置，尤其是可以在线对管道内径径向位移进行测量，检查管道内壁腐蚀、磨损等情况，一种非接触、高精度、高速度的基于位移传感器的管道内径测量装置。
背景技术
管道被认为是传输能量最为安全经济的方法，在石油化工行业管道使用与日俱增。我国现有油气管道总长超过30万公里，且以每年数千里的速度铺设新的管道，油气管道由于工作环境恶劣，长期使用会出现腐蚀、磨损等情况，严重的将会引起安全事故。因此，对管道的定期检测、清理、维护显得尤为重要。
传统检测技术中射线检测方法不适合管道在线检测，超声检测方法需要耦合剂且需要离管壁非常近，涡流检测方法检测结果不直观，由于以上原因，近年来利用激光技术对管道进行检测得到了广泛的应用。另一方面，现有检测机器人主动行走能力弱，大多需要单独设计行走机构带动检测机构。管径适应能力差，不具备适应多种管径的能力。越障能力差，多数情况下会在管道内发生打滑现象，影响里程轮定位。
正式由于以上问题，所以设计一种高精度、高速度、非接触的检测装置能够对管道内径进行测量具有重大意义。
发明内容
根据背景技术所述，本实用新型的目的在于提供一种能够在线对管道进行高精度、高速度、非接触测量的基于位移传感器的管道内径测量装置。
为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：
一种基于位移传感器的管道内径测量装置，主要由主动行走机构（1）、辅助行走机构（2）、传感器机构（3）、灯光视觉机构（4）、传动机构（5）以及电气控制柜组成，其中：主动行走机构(1)和辅助行走机构(2)设置行走轮对机器人中心进行定位，传动机构(5)控制主动行走机构（1）及辅助行走机构（2）设置的支撑臂同步打开和收缩，激光位移传感器（20）测量管道内壁径向相对位移、里程轮（34）记录行走里程、压力传感器测量管壁与行走轮间压力，灯光视觉机构(4)观察管道内部环境。
主动行走机构（1）由长连杆（10）、短连杆（25）、连杆固定座（24）、电机（11）、电机固定架（26）、驱动轮（12）、斜齿轮组成，主动行走机构（1）采用三个电机独立全驱动方式，三组行走机构结构布置相同，成120°圆周均匀分布。
辅助行走机构（2）由连杆筋（17）、调整板（18）、碟簧（33）、里程轮（34）、行走轮轴座（16）、压力传感器（32）组成，行走轮轴座（16）分别固定在固定轮毂（35）和滑动轮毂（39）上，长连杆上固定有调整板（18），调整板（18）内装有用于测量管壁与行走轮间压力的压力传感器（32），调整板（18）上固定有弹簧固定座（33）。
传感器机构（3）由伺服驱动电机（9）、电机固定法兰（23）、旋转臂（22）、传感器固定架（21）、激光位移传感器（20）、配重块（7）组成，伺服驱动电机（9）通过固定法兰（23）固定在测量装置本体上，电机输出轴连接旋转臂（22），电机控制旋转臂（22）绕轴心旋转。
灯光视觉机构（4）由LED灯（8）和摄像机（6）组成，设置的两个摄像机（6）分开成一定角度放置。
传动机构（5）由蜗轮（14）、蜗杆（30）组成电机输出轴连接蜗轮（14），蜗轮（14）与蜗杆（30）咬合传动，蜗杆通过联轴器（13）与主动行走机构（1）和辅助行走机构（2）的丝杠（29）相连接，两个丝杠方向相反设置，蜗杆（30）与丝杠（29）通过联轴器相连。
前固定轮毂（35）、滑动轮毂（39）、后固定轮毂（37）通过三根导杆（36）相连，滑动轮毂与导杆间有导柱套（38）相连。
由于采用了以上技术方案，本实用新型具有以下优点和效果：
1、本实用新型采用电机独立全驱动方式，行走能力强，通过差速控制电机，装置具有主动转向能力；
2、本实用新型通过采集管道内壁与行走轮间压力，可以换算出支撑臂是否完全打开，以使测量装置最大限度的适合管径，保证管道中心线与测量装置中心线重合；
3、本实用新型中传感器固定架可以在旋转臂上上下移动，对传感器与管壁距离进行微调，达到最佳测量距离的目的；
4、本实用新型采用一个步进电机同时带动两个滚珠丝杠，保持两个支撑臂的同步性。
附图说明
图1为本实用新型检测装置三维视图；
图2为本实用新型检测装置左视图；
图3为本实用新型检测装置剖视图；
图4为本实用新型检测装置固定架示意图。
具体实施方式
由图1示出一种基于位移传感器的管道内径测量装置，主要由主动行走机构1、辅助行走机构2、传感器机构3、灯光视觉机构4、传动机构5组成。
由图2示出摄像机6通过固定板以一定角度对称固定在前固定轮毂35上，LED灯8照亮管道内部，两个摄像机6成一定角度放置，避免因旋转臂20旋转同时遮挡两个相机，可以保证至少一个摄像机能够观察到管道内部环境。
由图3示出主动行走机构1主要由长连杆10、短连杆25、连杆固定底座24、电机固定夹板26、斜齿轮、行走轮12组成，主动行走机构1采用三个电机独立全驱动方式，电机为maxon EC16直流无刷电机，直流伺服电机输出轴连接齿轮箱，通过电机固定法兰、电机固定夹板固定在长连杆筋板上，齿轮箱输出轴带有一个传动齿轮，通过斜齿轮传动将电机的旋转运动转变为驱动轮的圆周运动。三组行走机构布置相同，成120°圆周均匀分布。
由图3示出辅助行走机构2主要由长连杆17、短连杆31、连杆固定底座16、调整板32、弹簧固定座33、里程轮34组成，长、短连杆固定座分别固定在固定轮毂35和滑动轮毂39上，长连杆筋板和短连杆筋板相连，可简化为一种四杆机构，两长连杆筋板上固定有调整板，调整板内装有压力传感器18，压力传感器用于测量管壁与行走轮间压力，通过换算可以知道支撑臂是否完全打开。调整板上固定有弹簧固定座，弹簧固定座内有碟簧母和碟簧钉，碟簧母和碟簧钉可以起到柔性缓冲作用。弹簧固定座上固定有行走轮底座，辅助行走轮通过轴连接在底座上。行走轮上装有里程轮，可以记录测量装置行驶距离。
由图3示出传感器机构3由伺服驱动电机9、电机固定法兰23、旋转臂22、传感器固定架21、激光位移传感器20组成，电机通过固定法兰固定在测量装置本体上，电机输出轴连接旋转臂，通过控制电机使旋转臂绕轴心旋转。传感器固定架一端连接旋转臂，一端固定传感器，固定架可在旋转臂上滑动，通过旋转螺母可以控制固定架在旋转臂上的位置，对传感器到管壁的距离进行调节。
由图3示出传动机构5由蜗杆30、蜗轮14组成，电机输出轴连接蜗轮，蜗轮与蜗杆咬合传动，将电机的转动转化为蜗杆的旋转运动，蜗杆通过联轴器与主动行走机构和辅助行走机构的丝杠相连接，两个丝杠方向相反，这样可以保证主动行走机构和辅助行走机构支撑臂打开和收缩的同步性。
由图4示出前固定轮毂35、滑动轮毂39、后固定轮37毂通过三根导杆36相连，滑动轮毂与导杆间有导柱套38相连。这样可以保证滑动轮毂沿导柱运动。
另知，电气控制柜由传感器控制器、电机控制器、电源、电缆组成，电机控制器控制电机方向和转速，三个直流伺服电机用于控制驱动轮行走，一个直流伺服电机用于控制传感器旋转臂旋转，步进电机用于控制滚珠丝杠的旋转，传感器控制器用于控制激光位移传感器采集管道内壁径向位移参数。

Claims (7)

1.一种基于位移传感器的管道内径测量装置，主要由主动行走机构（1）、辅助行走机构（2）、传感器机构（3）、灯光视觉机构（4）、传动机构（5）以及电气控制柜组成，其特征在于：主动行走机构(1)和辅助行走机构(2)设置行走轮对机器人中心进行定位，传动机构(5)控制主动行走机构（1）及辅助行走机构（2）设置的支撑臂同步打开和收缩，激光位移传感器（20）测量管道内壁径向相对位移、里程轮（34）记录行走里程、压力传感器测量管壁与行走轮间压力，灯光视觉机构(4)观察管道内部环境。
2.根据权利要求1所述的基于位移传感器的管道内径测量装置，其特征在于：主动行走机构（1）由长连杆（10）、短连杆（25）、连杆固定座（24）、电机（11）、电机固定架（26）、驱动轮（12）、斜齿轮组成，主动行走机构（1）采用三个电机独立全驱动方式，三组行走机构结构布置相同，成120°圆周均匀分布。
3.根据权利要求1所述的基于位移传感器的管道内径测量装置，其特征在于：辅助行走机构（2）由连杆筋（17）、调整板（18）、碟簧（33）、里程轮（34）、行走轮轴座（16）、压力传感器（32）组成，行走轮轴座（16）分别固定在固定轮毂（35）和滑动轮毂（39）上，长连杆上固定有调整板（18），调整板（18）内装有用于测量管壁与行走轮间压力的压力传感器（32），调整板（18）上固定有弹簧固定座（33）。
4.根据权利要求1所述的基于位移传感器的管道内径测量装置，其特征在于：传感器机构（3）由伺服驱动电机（9）、电机固定法兰（23）、旋转臂（22）、传感器固定架（21）、激光位移传感器（20）、配重块（7）组成，伺服驱动电机（9）通过固定法兰（23）固定在测量装置本体上，电机输出轴连接旋转臂（22），电机控制旋转臂（22）绕轴心旋转。
5.根据权利要求1所述的基于位移传感器的管道内径测量装置，其特征在于：灯光视觉机构（4）由LED灯（8）和摄像机（6）组成，设置的两个摄像机（6）分开成一定角度放置。
6.根据权利要求1所述的基于位移传感器的管道内径测量装置，其特征在于：传动机构（5）由蜗轮（14）、蜗杆（30）组成电机输出轴连接蜗轮（14），蜗轮（14）与蜗杆（30）咬合传动，蜗杆通过联轴器（13）与主动行走机构（1）和辅助行走机构（2）的丝杠（29）相连接，两个丝杠方向相反设置，蜗杆（30）与丝杠（29）通过联轴器相连。
7.根据权利要求3所述的基于位移传感器的管道内径测量装置，其特征在于：所述的固定轮毂（35）、滑动轮毂（39）、后固定轮毂（37）通过三根导杆（36）相连，滑动轮毂与导杆间有导柱套（38）相连。
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