CN213715072U - 一种水冷壁现场无损检测平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水冷壁现场无损检测平台，属于电厂维修设备技术领域。包括三轴移动平台、电磁超声测厚模块、视觉捕捉模块、标记模块。三轴移动平台用于搭载无损检测装置及整体三轴移动，包括上下、横向和纵向；主要包括支架、横向电机、横向移动梁、纵向电机、纵向移动梁、上下电机和上下移动梁。横向电机和横向移动梁实现横向移动；纵向电机和纵向移动梁实现纵向移动；上下电机和上下移动梁实现上下移动。三轴移动平台上面安装有支架，整体通过固定螺栓固定在爬壁机器本体上。电磁超声测厚模块用于水冷壁厚度的检测，柔性设计，视觉捕捉模块用于缺陷检测，以及周围环境的观察，标记模块用于对于减薄部位或表面缺陷部位的标记。

Description

一种水冷壁现场无损检测平台

技术领域

本实用新型涉及一种水冷壁现场无损检测平台，属于电厂维修设备技术领域。

背景技术

在火电站领域，锅炉一般采用膜式水冷壁结构(高度方向共4个面，单面高度超过50米，单面宽度超过30米)，利用煤粉的燃烧加热水冷壁中的水，通过产生的高温高压蒸汽推动汽轮机转动，进而推动发电机产生电能。在机组运行过程中，水冷壁表面受到高温烟气腐蚀、表面结垢(结渣)等影响，导致水冷壁厚度减薄或表面产生裂纹，严重时发生爆管，致使机组非正常停机，严重影响机组安全运行。

目前，水冷壁管道现场的无损检测，一般采用手工超声测厚法、手工电磁超声法或者射线探伤法，需要在锅炉内部搭建脚手架平台或吊篮，由于水冷壁管道众多，单纯采用人工方式不可能实现全部检查，只能针对高风险区域进行局部检查。总体来说，现有的火电站膜式水冷壁现场无损检测存在以下的问题：

(1)、火电站膜式水冷壁现场检测普遍需要搭建脚手架平台或吊篮，工作量大，检修时间长；而且高空检修平台及脚手架风险高，一旦发生高空坠落将给当事人与公司造成严重后果；

(2)、火电站膜式水冷壁的检测工作复杂、工作量大，水冷壁厚度和表面状况检测仍以人工抽检为主，同时现有的水冷壁检测机器人工作效率低，每次行走只能实现对单根管子的厚度测量，无法实现对水冷壁进行全面或高效无损检测，难以系统性的对缺陷进行排查，存在漏检风险，增大了爆管发生的可能性，严重影响机组安全运行。

(3)电磁超声测厚仪探头与支架刚性连接，由于水冷壁表面呈波浪状以及不同，都有可能导致测厚探头与水冷壁之间距离发生变化，导致测试数据不准，甚至探头吸附到水冷壁上，难以取下，导致人工干预，失去远程操控的意义。随着爬壁机器人技术的发展，基于爬壁机器人的可远程操控的测厚装备在水冷壁检测方面得到了示范应用。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种水冷壁现场无损检测平台，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种水冷壁现场无损检测平台。本实用新型提供了一种基于视觉捕捉和电磁超声技术的水冷壁现场无损检测解决方案，实现了对水冷壁远程可视化自动无损检测，利用基于视觉捕捉的智能化缺陷识别技术和基于电磁超声技术的智能化厚度检测技术，以及测厚双探头结构柔性设计，确保获得可靠、高效的水冷壁监测数据，满足现场无损检测的实际需要。本发明解决了传统水冷壁无损检测中需要搭设脚手架或吊篮进行手工无损检测问题，可以实现远程可视化自动无损检测，单次行走可以实现对两根水冷壁管道厚度和表面状况的检测，缩短了工期、降低了焊接修复成本和技术难度。

本实用新型的一种水冷壁现场无损检测平台，包括三轴移动平台、电磁超声测厚模块、视觉捕捉模块、标记模块，

所述三轴移动平台包括水平设置的支架，所述支架前端水平安装有横向电机，所述横向电机上传动连接有横向移动梁，所述横向电机和横向移动梁实现三轴移动平台的横向移动，所述横向移动梁表面可滑动的安装有纵向移动梁，所述纵向移动梁尾部电性连接有纵向电机，所述纵向电机和纵向移动梁实现三轴移动平台的纵向移动，所述纵向移动梁前端可滑动的连接有上下移动梁，所述上下移动梁顶部电性连接有上下电机，所述上下电机和上下移动梁实现三轴移动平台的上下移动；

所述电磁超声测厚模块包括左右对称设置的第1测厚探头和第2测厚探头，所述第1测厚探头和第2测厚探头前表面分别设置有第1测厚导向装置和第2测厚导向装置，所述第1测厚导向装置和第2测厚导向装置顶部分别设置有第1测厚柔性装置、第2测厚柔性装置；

所述视觉捕捉模块主要由无损检测摄像头和图像采集装置构成，所述无损检测摄像头竖直安装在电磁超声测厚模块最前端。

所述标记模块与电磁超声测厚模块装配，一起固定在三轴移动平台的上下移动梁上。

进一步的，所述三轴移动平台上面安装有支架，整体通过固定螺栓固定在爬壁机器人本体上。

进一步的，所述第1测厚导向装置和第2测厚导向装置用于测厚时沿水冷壁管道方向行走的导向，由前后导向轮和测厚探头固定支架组成。

进一步的，所述第1测厚柔性装置、第2测厚柔性装置用于第1测厚探头和第2测厚探头沿水冷壁管道方向行走上下柔性调整，保证探头与管道之间距离不变，由四个弹簧组件和固定支架构成，同时横向在一定范围内可调，适应不同的管间距。

进一步的，所述电磁超声测厚模块整体通过螺栓固定在三轴移动平台的上下移动梁上，厚度采集装置通过螺栓固定在三轴移动平台的纵向移动梁上。

进一步的，所述无损检测摄像头与电磁超声测厚模块装配，一起固定在三轴移动平台的上下移动梁上。

进一步的，所述图像采集装置通过螺栓固定在三轴移动平台的纵向移动梁上。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、本实用新型的水冷壁现场无损检测平台，可以实现对水冷壁壁厚和表面缺陷状况的系统性无损检查，可全面了解水冷壁的运行状况，降低爆管发生的概率；避免了搭设脚手架或吊篮，无损检查成本低、风险低、工期短。

2、本实用新型的水冷壁现场无损检测平台，测厚模块双探头结构设计，单次行走可以实现对两根水冷壁管道厚度和表面状况的检测，大大提高了无损检测效率；同时，测厚模块采用柔性设计，测厚探头沿水冷壁管道方向行走时上下、横向可自动柔性调整，保证探头与管道之间距离不变、避免产生吸附，大大提高测厚数据的准确性，而且可以自适应不同的管间距，适应性大大提高。

3、本实用新型的水冷壁现场无损检测平台，基于视觉捕捉的智能化缺陷识别技术利用模板匹配、SVM(支持向量机)图像识别算法和卷积神经网络技术，构建了水冷壁缺陷形貌识别模型，对水冷壁表面缺陷进行精确识别、记录和定位。

4、本实用新型的水冷壁现场无损检测平台，基于电磁超声技术的智能化厚度检测技术利用电磁耦合方法，不需要接触和耦合剂，不受水冷壁表面状况影响，即可快速测出水冷壁厚度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台的立体图；

图2为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台的二维主视图；

图3为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台的二维左视图；

图4为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台的二维俯视图；

图5为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台的智能化缺陷识别技术流程图；

图6为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台缺陷形貌数据生成技术流程图；

图7为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台缺陷形貌识别模型建立流程图；

图8为本实用新型的水冷壁现场无损检测平台的基于SVM的缺陷检测识别方法流程图；

其中，图中，

1、爬壁机器人；2、三轴移动平台；5、标记模块；

21、支架；22、横向电机；23、横向移动梁；24、纵向电机；25、纵向移动梁；26、上下电机；27、上下移动梁；28、固定螺栓；

31、第1测厚探头；32、第2测厚探头；33、第1测厚导向装置；34、第2测厚导向装置；35、第1测厚柔性装置；36、第2测厚柔性装置；37、厚度采集装置；

41、无损检测摄像头；42、图像采集装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1至图4，本实用新型一较佳实施例所述的一种水冷壁现场无损检测平台，包括三轴移动平台2、电磁超声测厚模块、视觉捕捉模块、标记模块5。

三轴移动平台2用于搭载无损检测装置及整体三轴移动，包括上下、横向和纵向；主要包括支架21、横向电机22、横向移动梁23、纵向电机24、纵向移动梁25、上下电机26和上下移动梁27。横向电机22和横向移动梁23实现三轴移动平台的横向移动；纵向电机24和纵向移动梁25实现三轴移动平台的纵向移动；上下电机26和上下移动梁27实现三轴移动平台的上下移动。三轴移动平台上面安装有支架21，整体通过固定螺栓28固定在爬壁机器人1本体上。

电磁超声测厚模块用于水冷壁厚度的检测，柔性设计，主要由第1测厚探头31、第2测厚探头32、第1测厚导向装置33、第2测厚导向装置34、第1测厚柔性装置35、第2测厚柔性装置36和厚度采集装置37构成。测厚导向装置用于测厚时沿水冷壁管道方向行走的导向，由前后导向轮和测厚探头固定支架组成；测厚柔性装置用于测厚探头沿水冷壁管道方向行走上下柔性调整，保证探头与管道之间距离不变，由四个弹簧组件和固定支架构成，同时横向在一定范围内可调，适应不同的管间距。整体通过螺栓固定在三轴移动平台2的上下移动梁27上。厚度采集装置37通过螺栓固定在三轴移动平台2的纵向移动梁25上。测厚时，两个测厚导向装置分别落到水冷壁表面，此种结构设计不仅可以保证探头与水冷壁之间距离保持不变，而且保证带有强磁行的探头与水冷壁不会发生接触，导致非正常停机。

视觉捕捉模块用于对水冷壁表面裂纹、砸伤、变形、焊接、高温腐蚀等缺陷检测，以及周围环境的观察，主要由无损检测摄像头41和图像采集装置42构成。无损检测摄像头41与电磁超声测厚模块装配，一起固定在三轴移动平台的上下移动梁上。图像采集装置42通过螺栓固定在三轴移动平台2的纵向移动梁25上。

标记模块5用于对于减薄部位或表面缺陷部位的标记。标记模块5与电磁超声测厚模块装配，一起固定在三轴移动平台2的上下移动梁27上。

参见图5至图8，本实用新型的工作原理和工作方法如下：

基于电磁超声技术的智能化厚度检测技术：

电磁超声技术(EMAT)，利用电磁耦合方法在磁性金属中中产生激励和接收超声波，不需要接触和耦合剂。电磁超声测厚系统主要由换能器、匹配电路、发射电路、接收电路和处理端。电磁超声换能器在接收到回波信号后，通过放大和滤波处理，交给计算端进行处理，进行厚度的求值计算。

基于视觉捕捉的智能化缺陷识别技术：首先利用缺陷形貌数据生成技术，建立水冷壁表面各类缺陷形貌特征数据库，然后利用模板匹配、SVM(支持向量机)和卷积神经网络技术，构建水冷壁缺陷形貌识别模型。最后，通过SVM图像识别算法对摄像头捕捉到的水冷壁表面状况与水冷壁缺陷形貌识别模型进行比对，对于相匹配的图像进行缺陷记录、定位和标记。

以下具体阐述下本实施例的工作过程，包括：

(1)、测试、安装爬壁机器人和水冷壁无损检测平台：

对水冷壁无损检测平台各模块进行组装，整体安装于爬壁机器人上。

对爬壁机器人和水冷壁无损检测平台进行功能测试，检查其状况，保证能够正常运行。调节三轴移动平台至最高高度，以防爬壁机器人行走时检测模块与水冷壁发生碰撞。

(2)、行走至指定位置：

转运设备至水冷壁人孔，将爬壁机器人和水冷壁无损检测平台，分别搬运到炉膛内部，组装完毕后，将机器人吸附到水冷壁上面，并挂载安全绳，防止非正常设备坠落。通过观察爬壁机器人自带摄像头和调节遥控器控制爬壁机器人行走至需要无损检测部位。

(3)、无损测试前工作准备：

调整爬壁机器人姿态，使横向移动梁垂直于水冷壁管道长度方向。调节三轴移动平台，使得测厚导向装置落到两根相邻的水冷壁管道上，调整无损检测摄像头焦距。

(4)、无损检测实施：

通过远程控制手柄，启动机器人行走，实施无损检测。

机器人沿水冷壁管道方向按照一定速度行走，电磁超声测厚仪探头不断采集数据和实时记录测点的坐标位置，厚度传输到控制系统，与设定的阈值进行对比，如果满足要求，爬壁机器人继续行走；如果厚度数据在一定数值之下，系统会发出报警，机器人停止行走，人工确定后，标记模块会喷出荧光漆，同时控制系统会记录测厚点坐标位置和测厚值，并归类存储。同时，无损检测摄像头不断对水冷壁表面进行视觉捕捉和实时记录测点的坐标位置，图像数据传输到控制系统，与水冷壁缺陷形貌识别模型进行对比，如果满足要求，爬壁机器人继续行走；如果不满足要求，系统会发出报警，机器人停止行走，人工确定后，标记模块会喷出荧光漆，同时控制系统会记录异常点坐标位置和捕捉到的图像，并归类存储。

第一趟行走完成后，机器人转弯，接着检测相邻的两根管道，直至检测任务完成。

(5)、爬壁机器人和水冷壁无损检测平台：

无损检测完成后，调节三轴移动平台至最高高度，以防爬壁机器人行走时检测模块与水冷壁发生碰撞，通过观察环境摄像头和调节遥控器控制爬壁机器人返回人孔附近，关闭机器人电源及控制箱电源，拆除安全绳，最后，将爬壁机器人与水冷壁自动GTAW堆焊平台拆开，转运出人孔。

本实用新型的水冷壁现场无损检测平台可以实现对水冷壁壁厚和表面缺陷状况的系统性无损检查，可全面了解水冷壁的运行状况，降低爆管发生的概率；避免了搭设脚手架或吊篮，无损检查成本低、风险低、工期短。测厚模块双探头结构设计，单次行走可以实现对两根水冷壁管道厚度和表面状况的检测，大大提高了无损检测效率；同时，测厚模块采用柔性设计，测厚探头沿水冷壁管道方向行走时上下、横向可自动柔性调整，保证探头与管道之间距离不变、避免产生吸附，大大提高测厚数据的准确性，而且可以自适应不同的管间距，适应性大大提高；基于视觉捕捉的智能化缺陷识别技术利用模板匹配、SVM(支持向量机)图像识别算法和卷积神经网络技术，构建了水冷壁缺陷形貌识别模型，对水冷壁表面缺陷进行精确识别、记录和定位。基于电磁超声技术的智能化厚度检测技术利用电磁耦合方法，不需要接触和耦合剂，不受水冷壁表面状况影响，即可快速测出水冷壁厚度。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种水冷壁现场无损检测平台，包括三轴移动平台(2)、电磁超声测厚模块、视觉捕捉模块、标记模块(5)，其特征在于：

所述三轴移动平台(2)包括水平设置的支架(21)，所述支架(21)前端水平安装有横向电机(22)，所述横向电机(22)上传动连接有横向移动梁(23)，所述横向电机(22)和横向移动梁(23)实现三轴移动平台的横向移动，所述横向移动梁(23)表面可滑动的安装有纵向移动梁(25)，所述纵向移动梁(25)尾部电性连接有纵向电机(24)，所述纵向电机(24)和纵向移动梁(25)实现三轴移动平台的纵向移动，所述纵向移动梁(25)前端可滑动的连接有上下移动梁(27)，所述上下移动梁(27)顶部电性连接有上下电机(26)，所述上下电机(26)和上下移动梁(27)实现三轴移动平台的上下移动；

所述电磁超声测厚模块包括左右对称设置的第1测厚探头(31)和第2测厚探头(32)，所述第1测厚探头(31)和第2测厚探头(32)前表面分别设置有第1测厚导向装置(33)和第2测厚导向装置(34)，所述第1测厚导向装置(33)和第2测厚导向装置(34)顶部分别设置有第1测厚柔性装置(35)、第2测厚柔性装置(36)；

所述视觉捕捉模块主要由无损检测摄像头(41)和图像采集装置(42)构成，所述无损检测摄像头(41)竖直安装在电磁超声测厚模块最前端；

所述标记模块(5)与电磁超声测厚模块装配，一起固定在三轴移动平台(2)的上下移动梁(27)上。

2.根据权利要求1所述的一种水冷壁现场无损检测平台，其特征在于：所述三轴移动平台(2)上面安装有支架(21)，整体通过固定螺栓(28)固定在爬壁机器人(1)本体上。

3.根据权利要求1所述的一种水冷壁现场无损检测平台，其特征在于：所述第1测厚导向装置(33)和第2测厚导向装置(34)用于测厚时沿水冷壁管道方向行走的导向，由前后导向轮和测厚探头固定支架组成。

4.根据权利要求1所述的一种水冷壁现场无损检测平台，其特征在于：所述第1测厚柔性装置(35)、第2测厚柔性装置(36)用于第1测厚探头(31)和第2测厚探头(32)沿水冷壁管道方向行走上下柔性调整，保证探头与管道之间距离不变，由四个弹簧组件和固定支架构成，同时横向在一定范围内可调，适应不同的管间距。

5.根据权利要求1所述的一种水冷壁现场无损检测平台，其特征在于：所述电磁超声测厚模块整体通过螺栓固定在三轴移动平台(2)的上下移动梁(27)上，厚度采集装置(37)通过螺栓固定在三轴移动平台(2)的纵向移动梁(25)上。

6.根据权利要求1所述的一种水冷壁现场无损检测平台，其特征在于：所述无损检测摄像头(41)与电磁超声测厚模块装配，一起固定在三轴移动平台的上下移动梁(27)上。

7.根据权利要求1所述的一种水冷壁现场无损检测平台，其特征在于：所述图像采集装置(42)通过螺栓固定在三轴移动平台(2)的纵向移动梁(25)上。

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