CN206891996U - 一种药柱裂纹的检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种药柱裂纹的检测设备，包括四轴对准平台、伸缩臂及蛇形机器人，四轴对准平台用于实现水平方向的平动自由度、垂直方向的升降自由度、垂直平面内的俯仰自由度和水平平面内的偏航自由度，伸缩臂分为三节，一节臂固定在伸缩臂安装板上，二节臂、三节臂同步伸缩，蛇形机器人的尾部固定在伸缩臂的末端，蛇形机器人由蛇身、万向关节、末端视觉单元部分组成。本实用新型能适用于具有复杂内壁结构的药柱裂纹表面检测，也能适用于其他狭窄空间的表面检测操作；采用钢丝驱动方式，动力元件无需进入检测目标，基本无需维护；对准平台及蛇形机器人均具有多个自由度，适应性强，可根据需求灵活减少某些自由度，降低成本。

Description

一种药柱裂纹的检测设备

技术领域

本实用新型涉及一种检测设备，具体涉及一种药柱裂纹的检测设备。

背景技术

固体火箭发动机在固体火箭发动机在制造、运输和贮存等过程中，因受各种载荷的作用和自身的老化影响，发动机药柱内部和表面会产生各种裂纹、夹杂、疏松活内聚空洞等缺陷。在这些缺陷中，表面药柱裂纹最为危险，是火箭发动机失效的重要原因之一，严重时甚至会引起爆炸等灾难性后果。

因此，国内外采用理论分析、计算机仿真和试验测量等手段，对发动机药柱裂纹做了大量工作。目前最常用的超声、X射线以及内窥镜的检测方式均存在一定的局限性，尚无一种理想的裂纹检测设备。

目前国内外常用无损检测方法有超声、X射线、微波、工业CT等。超声反射法检测灵敏度高，缺陷定位精度高，但对材料表面和近表面缺陷的检测能力稍差。X射线检测法检测材料缺陷具有尺寸、形状和表面适应性强，检测时间短，结果直观等优点，虽然大功能X射线检测的精度越来越高，但其分辨率仍然难以达到0.1mm以下。高性能工业计算机断层扫描（Industry Computed Tomography，ICT）技术具有良好的空间分辨率和密度分辨率，并且检测结果生成的数字图像易于传输、储存、便于处理分析，使其成为缺陷无损检测研究领域的发展方向，但同X射线检测一样也存在分辨率和精度不高的问题。微波探伤具有穿透能力强、非接触（不需要耦合介质）、成本低、速度快和无污染等优点，但由于集肤效应，不能深入金属内部检测，同时检测灵敏度受到波长限制。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种药柱裂纹的检测设备，以解决将高分辨率光学探头送入含能产品的内部，在无人工干预的条件下自动完成药柱内壁的裂痕检测的问题。

为解决存在的技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种药柱裂纹的检测设备，包括四轴对准平台、伸缩臂及蛇形机器人，

所述的四轴对准平台用于实现水平方向的平动自由度、垂直方向的升降自由度、垂直平面内的俯仰自由度和水平平面内的偏航自由度，四轴对准平台下部安装一台升降车实现垂直方向的升降自由度，用于四轴对准平台上部设备的整体升降；升降车上固定滑台实现水平方向的平动自由度，用于四轴对准平台水平方向的平移；滑台上固定有旋转工作台实现水平平面内的偏航自由度，用于四轴对准平台水平平面内的偏航；旋转工作台上固定有安装板，伸缩臂上固定有伸缩臂安装板，电动缸两端分别与伸缩臂安装板和安装板一侧铰接，伸缩臂安装板和安装板的安装电动缸相对一侧通过转轴连接，电动缸伸缩运动时，使伸缩臂安装板绕转轴转动，实现四轴对准平台垂直平面内的俯仰自由度；

所述的伸缩臂分为三节，一节臂固定在伸缩臂安装板上，二节臂、三节臂同步伸缩，伸缩臂安装板下侧固定直线模组，控制伸缩臂收缩的钢丝绕过定滑轮Ⅰ和定滑轮Ⅱ连接在直线模组的滑块上，控制伸缩臂拉伸的钢丝绕过布置在伸缩臂及支架上的定滑轮连接在滑块另一侧，直线模组做直线运动，控制伸缩臂做伸缩运动；

所述的蛇形机器人的尾部固定在伸缩臂的末端，蛇形机器人由蛇身、万向关节、末端视觉单元部分组成，蛇身分为3节，每节包括一段蛇身和一个万向关节，每个万向关节由两个转动关节、一个支撑环以及四根销轴构成，蛇形机器人3采用钢丝传动，钢丝传动结构包括一组钢丝和三组滑轮，钢丝用于控制蛇形机器人的姿态，钢丝一端固定在蛇形机器人的关节上，在蛇形机器人的尾部与伸缩臂结合位置穿入钢丝套管，将钢丝套管穿过伸缩臂，在伸缩臂尾部固定，钢丝从钢丝套管中穿出，绕过定滑轮Ⅰ、定滑轮Ⅱ和动滑轮，再通过另一段钢丝套管与驱动模块相连。

本发明涉及的药柱裂纹检测设备，包括四轴对准平台，伸缩臂，蛇形机器人等，其主运动完全由钢丝绳驱动，动力元件无需进入检测目标，保证检测过程的安全性。其工作过程为：四轴对准平台工作，对准检测目标；伸缩臂伸长，进入检测目标内部；蛇形机器人摆动将摄像头对准检测位置，取得图像信息，定位裂纹位置。此设备适用于类似于火箭发动机药柱表面检测等，具有狭长腔体，复杂曲面的结构，用其他方式很难全面观测的场合。

有益效果

本发明的基于柔性钢丝驱动的悬臂式蛇形机器人，通过四轴对准平台和伸缩臂实现自动控制，将高分辨率光学探头送入含能产品的内部，在无人工干预的条件下自动完成药柱内壁的裂痕检测,能够在无人工干预的条件下进入药柱内部各个位置,采集图像，定位裂纹位置，完成内壁的裂痕检查。

本发明能适用于具有复杂内壁结构的药柱裂纹表面检测，也能适用于其他狭窄空间的表面检测操作；采用钢丝驱动方式，动力元件无需进入检测目标，基本无需维护；对准平台及蛇形机器人均具有多个自由度，适应性强，可根据需求灵活减少某些自由度，降低成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为设备局部结构图；

图4为伸缩臂钢丝传动方案；

图5为蛇形机器人钢丝传动方案。

图中：1为四轴对准平台，2为伸缩臂，3为蛇形机器人，4为升降车，5为滑台，6为旋转工作台，7为电动缸，8转轴，9为安装板，10为伸缩臂安装板，11为直线模组，12为钢丝，13为驱动模块，14为定滑轮Ⅰ，15为定滑轮Ⅱ，16为钢丝套管，17为动滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明提供的一种药柱裂纹检测设备，整体布局如图1所示：包括四轴对准平台1，伸缩臂2，蛇形机器人3以及布置在蛇形机器人头部的CCD摄像单元。其主运动完全由钢丝绳驱动，动力元件无需进入检测目标，保证检测过程的安全性。其工作过程为：四轴对准平台工作，对准检测目标；伸缩臂伸长，进入检测目标内部；蛇形机器人摆动将CCD摄像头对准检测位置，取得图像信息。

四轴对准平台包括水平（X轴）和垂直方向（Y轴）上的两个平动自由度和俯仰（A轴）、偏航（B轴）两个转动自由度。如图1，图2所示，Y轴由一台升降车4实现，实现设备整体的升降，升降车有两个万向轮，两个单向轮，可进行移动和锁定；X轴由滑台5实现，滑台5固定在升降车上，实现水平方向的平移；B轴由一个旋转工作台6实现，旋转工作台基座固定在滑台上，旋转工作台与安装板9用螺栓把合。A轴由一个电动缸7与转轴8组成，如图3所示，电动缸7与伸缩臂安装板10以及安装板9分别铰接，电动缸7伸缩运动，则伸缩臂安装板10绕转轴8转动。

伸缩臂2为三节，一节臂固定在伸缩臂安装板10上，二节臂、三节臂同步伸缩，采用直线模组驱动结构，直线模组11固定在伸缩臂安装板10下侧，传动方案如图4所示。控制伸缩臂收缩的钢丝绕过定滑轮14和定滑轮15连接在模组的滑块上，控制伸缩臂拉伸的钢丝绕过布置在伸缩臂及支架上的定滑轮连接在滑块另一侧，直线模组11做直线运动，控制伸缩臂做伸缩运动。臂身采用铝合金方管型材料加工而成。

蛇形机器人尾部固定在伸缩臂末端，由蛇身、万向关节、末端视觉单元部分组成，蛇身设计为3节，每节包括一段蛇身和一个万向关节，每个万向关节由两个转动关节、一个支撑环以及四根销轴构成，其钢丝传动方案如图5所示。为说明方便，以其中一根钢丝为例说明，实际结构包括一组钢丝和三组滑轮。钢丝12用于控制蛇形机器人的姿态，其一端固定在蛇形机器人3的关节上，在蛇尾与伸缩臂结合位置穿入钢丝套管16。钢丝套管16所起的作用为：在其发生弯曲和转向的情况下，保持管内钢丝长度不变。将钢丝套管16穿过伸缩臂，在伸缩臂尾部固定，钢丝12从中穿出，绕过定滑轮14、定滑轮15、动滑轮17，再通过另一段钢丝套管16与驱动模块13相连。伸缩臂2伸缩过程中，若直线模组11的滑块运动位移量为s，则伸缩臂2和蛇形机器人3一起向前运动2s；动滑轮17固定在直线模组滑块上，因此钢丝12在动滑轮17侧缩短2s，总长度保持不变。避免了因钢丝长度变化所需的补偿装置。末端视觉单元部分采用CCD摄像头。

蛇身选用碳纤维管材，关节采用铝合金材料，以及空心的结构设计，使得蛇身的重量很轻。

本发明已经过实验验证，可自由进入复杂的翼槽型星孔药柱，得到了满意的检测结果。

Claims (2)

1.一种药柱裂纹的检测设备，包括四轴对准平台（1）、伸缩臂（2）及蛇形机器人（3），其特征在于：

所述的四轴对准平台（1）用于实现水平方向的平动自由度、垂直方向的升降自由度、垂直平面内的俯仰自由度和水平平面内的偏航自由度，四轴对准平台（1）下部安装一台升降车（4）实现垂直方向的升降自由度，用于四轴对准平台（1）上部设备的整体升降；升降车（4）上固定滑台（5）实现水平方向的平动自由度，用于四轴对准平台（1）水平方向的平移；滑台（5）上固定有旋转工作台（6）实现水平平面内的偏航自由度，用于四轴对准平台（1）水平平面内的偏航；旋转工作台（6）上固定有安装板（9），伸缩臂（2）上固定有伸缩臂安装板（10），电动缸（7）两端分别与伸缩臂安装板（10）和安装板（9）一侧铰接，伸缩臂安装板（10）和安装板（9）的安装电动缸（7）相对一侧通过转轴（8）连接，电动缸（7）伸缩运动时，使伸缩臂安装板（10）绕转轴（8）转动，实现四轴对准平台（1）垂直平面内的俯仰自由度；

所述的伸缩臂（2）分为三节，一节臂固定在伸缩臂安装板（10）上，二节臂、三节臂同步伸缩，伸缩臂安装板（10）下侧固定直线模组（11），控制伸缩臂收缩的钢丝（12）绕过定滑轮Ⅰ（14）和定滑轮Ⅱ（15）连接在直线模组（11）的滑块上，控制伸缩臂拉伸的钢丝（12）绕过布置在伸缩臂（2）及支架上的定滑轮连接在滑块另一侧，直线模组（11）做直线运动，控制伸缩臂（2）做伸缩运动；

所述的蛇形机器人（3）的尾部固定在伸缩臂（2）的末端，蛇形机器人（3）由蛇身、万向关节、末端视觉单元部分组成，蛇身分为3节，每节包括一段蛇身和一个万向关节，每个万向关节由两个转动关节、一个支撑环以及四根销轴构成，蛇形机器人（3）采用钢丝传动，钢丝传动结构包括一组钢丝和三组滑轮，钢丝（12）用于控制蛇形机器人的姿态，钢丝（12）一端固定在蛇形机器人（3）的关节上，在蛇形机器人（3）的尾部与伸缩臂（2）结合位置穿入钢丝套管（16），将钢丝套管（16）穿过伸缩臂（2），在伸缩臂（2）尾部固定，钢丝（12）从钢丝套管（16）中穿出，绕过定滑轮Ⅰ（14）、定滑轮Ⅱ（15）和动滑轮（17），再通过另一段钢丝套管（16）与驱动模块（13）相连。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于：所述的蛇身选用碳纤维管材，关节采用铝合金材料，蛇身采用空心的结构。