專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能安裝多種類(lèi)型超聲波收/發(fā)探頭、適應(yīng)多種掃查方式、具有多種運(yùn)動(dòng)形式甚至能沿著物體形面或焊縫軌跡自動(dòng)跟蹤行進(jìn)的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人，簡(jiǎn)稱(chēng)爬行器。
背景技術(shù)：
在管道焊縫檢測(cè)系統(tǒng)中用于承載X光拍照探測(cè)的作業(yè)機(jī)器人已在多年前由哈工大與大慶油田聯(lián)合聯(lián)制成功，而用于承載超聲波相控陣探頭的國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有見(jiàn)到報(bào)道，而國(guó)外同類(lèi)的作業(yè)機(jī)器人一般在不太規(guī)整的管道檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)不能很好應(yīng)用，還有一種應(yīng)用于大型實(shí)驗(yàn)室超聲波無(wú)損探傷系統(tǒng)，盡管有復(fù)雜的多軸伺服控制和軌道跟蹤機(jī)器人功能，但體積有一層樓高一座小屋那樣龐大且沒(méi)有帶相控陣探頭的功能，不可能做成移動(dòng)型車(chē)載到敷設(shè)管道的現(xiàn)場(chǎng)作環(huán)形運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種體積小，檢測(cè)精確且可靠性高的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體，用于控制機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)或定位控制系統(tǒng)、提供機(jī)器人本體工作時(shí)所需耦合液的耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)、用于引導(dǎo)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)導(dǎo)軌。
本作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)只要在機(jī)械結(jié)構(gòu)上其尺寸稍作適當(dāng)縮放以及稍作變動(dòng)或控制軸數(shù)量上稍作增減就可以變成適用于石油/化工、冶金/機(jī)械、市政/建筑、航空/航天、造船/核電以及兵器等領(lǐng)域當(dāng)作無(wú)損探傷、焊縫檢測(cè)以及自動(dòng)焊機(jī)的爬行器之用。


圖1是本實(shí)用新型的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示本實(shí)用新型的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1、耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)2，機(jī)器人本體3、傳動(dòng)導(dǎo)軌4。所述的控制系統(tǒng)1用于控制機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)或定位，所述的耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)2提供機(jī)器人本體3工作時(shí)所需的耦合液，所述的機(jī)器人本體3沿傳動(dòng)導(dǎo)軌4及被檢測(cè)管道運(yùn)動(dòng)。下面我們?cè)敿?xì)描述上述各部分的結(jié)構(gòu)及其工作原理一、控制系統(tǒng)1它是由一臺(tái)工控微機(jī)11、兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器12、兩個(gè)交流伺服電機(jī)13、14及其光電編碼定位器15、齒輪減速箱16、17、工控微機(jī)顯示器18等構(gòu)成兩套數(shù)字伺服系統(tǒng)，所述的工控微機(jī)11通過(guò)多軸控制卡和電纜控制兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器12以分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)13、14，所述的伺服電機(jī)13、14與機(jī)器人本體2固定連接并可帶動(dòng)機(jī)器人本體作兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，該伺服電機(jī)13、14及光電編碼定位器15可確保帶著超聲波相控陣探頭的機(jī)器人本體3能以某種速度朝著某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)或精確定位到某個(gè)位置，確保整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)在小于10分鐘的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)管道焊縫每相距1毫米做一個(gè)橫斷面掃描檢測(cè)的任務(wù)，能給系統(tǒng)主機(jī)提供A/B/C超數(shù)字圖像重建并在其CRT(圖像終端)上顯示的時(shí)/空間原始檢測(cè)數(shù)據(jù)，能安裝其它類(lèi)型的超聲波檢測(cè)探頭，或只完成聚焦的相控陣超聲波探頭，輔以來(lái)回平移的機(jī)械動(dòng)作，完成更為細(xì)微的斷面掃描。該控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式可通過(guò)操作伺服驅(qū)動(dòng)器12的按鍵或工控微機(jī)11的鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行手動(dòng)控制，也可通過(guò)系統(tǒng)主機(jī)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。
二、機(jī)器人本體3其包括耦合液盒31，置于耦合液盒31內(nèi)的固定相連接探頭32，安裝于耦合液盒31底部的用于方便機(jī)器人本體前后左右運(yùn)動(dòng)并使底部與被檢測(cè)道表面間保持一定間隙的帶有滾珠的滾珠板33、該耦合液盒31通過(guò)導(dǎo)桿34、懸壁梁35及恒壓桿36與兩個(gè)伺服電機(jī)固定連接，所述恒壓桿可采用氣動(dòng)或液壓保持其內(nèi)壓力在支桿的伸縮范圍內(nèi)保持恒等，且具有吸收機(jī)械震動(dòng)和噪音的功效，不致因?yàn)闄C(jī)器人本體爬在管道的上壁表或下壁表受自重影響不同或因管道的橢圓度不同使耦合液盒31壓向壁表的壓力不同，或由于機(jī)械震動(dòng)和噪音影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的檢測(cè)精度。
三、耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)2其包括耦合液槽21、增壓箱22、液泵23、進(jìn)出液導(dǎo)管24以及恒溫控制部件25等組成，所述的液泵22將耦合液槽21中的耦合液輸送至增壓箱22內(nèi)并通過(guò)進(jìn)出液導(dǎo)管輸送至耦合液盒31，所述的進(jìn)出液導(dǎo)管24與所述耦合液盒31的進(jìn)出液口相連接，所述增壓箱22結(jié)構(gòu)與抽水馬桶結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)其耦合液水位低于一定的高度時(shí)，液泵23工作將耦合液抽至增壓箱，當(dāng)耦合液水位高于一定的高度時(shí)，液泵23停止工作，這樣就可確保增壓箱內(nèi)的耦合液的水位保持在一定的范圍內(nèi)，增壓箱22的高度高于耦合液盒31的高度，使增壓箱內(nèi)的耦合液以正常流速送入耦合液盒31內(nèi)，從而確保運(yùn)動(dòng)著的超聲波探頭與有機(jī)玻璃楔塊之間以及有機(jī)玻璃楔塊下底邊與被檢管道表面之間始終均勻地分布有超聲波耦合液，令超聲波能在兩種介質(zhì)間順利傳導(dǎo)而不致影響檢測(cè)結(jié)果，所述的恒溫控制部件25可使耦合液保持恒溫，且溫度為30-65度可調(diào)，保持耦合液恒溫的目的是為了使超聲波檢測(cè)在冬天/北方/野外均能正常進(jìn)行，不致于因?yàn)楹浠蚪Y(jié)冰影響檢測(cè)結(jié)果或無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。所述的耦合液可以是水或甘油或機(jī)油。
四傳動(dòng)導(dǎo)軌4傳動(dòng)導(dǎo)軌4包括水平傳動(dòng)導(dǎo)軌41及爬行傳動(dòng)導(dǎo)軌42，伺服電機(jī)13可帶動(dòng)機(jī)器人本體3沿爬行傳動(dòng)導(dǎo)軌42運(yùn)行，所述的爬行導(dǎo)軌可配合被測(cè)管道的形狀，彎成圓周形或直線形，在本實(shí)施例中做成繞被檢測(cè)管道外園一周的園周型，使機(jī)器人本體可沿管道外園爬行。所述的水平傳動(dòng)導(dǎo)軌42與機(jī)器人本體固定連接，當(dāng)伺機(jī)服電機(jī)14帶動(dòng)水平傳動(dòng)導(dǎo)軌42左右運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也帶動(dòng)機(jī)器人本體3左右平移，使機(jī)器人本體中的超聲波檢測(cè)探頭具有兩個(gè)自由度，從而使本機(jī)器人構(gòu)成具有兩個(gè)自由度進(jìn)行數(shù)字控制的系統(tǒng)，可對(duì)各種管道或平板進(jìn)行全方位檢測(cè)，這樣做的出發(fā)點(diǎn)是為了在現(xiàn)場(chǎng)安裝使用時(shí)，很能容易把焊縫的中心線調(diào)到兩個(gè)探頭間隙的當(dāng)中，其次是為了當(dāng)焊縫的中心線所構(gòu)成的園環(huán)平面不與管道的中軸線垂直時(shí)，就要求兩探頭間隙的中心點(diǎn)在沿管道爬行時(shí)要不斷地平移才能始終保持其與焊縫中心線重合，最為重要的是，系統(tǒng)有了這套平移的自動(dòng)裝置，就能用同一個(gè)聚焦方案輔以機(jī)械平移完成逐點(diǎn)掃查，像第一代的CT一樣可作出精確的CT斷層圖像。
所述的該運(yùn)行導(dǎo)軌甚至可做成隨焊縫或物體形邊運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)跟蹤獨(dú)立裝置。
權(quán)利要求1.一種超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體(3)，用于控制機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)或定位的控制系統(tǒng)(1)，其特征在于，還包括提供機(jī)器人本體(3)工作時(shí)所需耦合液的耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)(2)、用于引導(dǎo)機(jī)器人本體(3)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)導(dǎo)軌(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)(1)包括一臺(tái)工控微機(jī)(11)、兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(12)、兩個(gè)交流伺服電機(jī)(13、14)及其光電編碼定位器(15)、齒輪減速箱(16、17)、工程微機(jī)顯示器(18)等構(gòu)成的兩套數(shù)字伺服系統(tǒng)，所述的工控微機(jī)(11)通過(guò)多軸控制卡和電纜控制兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(12)以分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)(13、14)，所述的伺服電機(jī)(13、14)與機(jī)器人本體(3)固定連接并可帶動(dòng)機(jī)器人本體(3)作兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，所述的光電編碼定位器(15)用于機(jī)器人本體(3)精確定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的機(jī)器人本體(3)包括設(shè)有進(jìn)出液口的耦合液盒(31)，置于耦合液盒(31)內(nèi)的固定相連接探頭(32)，安裝于耦合液盒(31)底部的用于方便機(jī)器人本體前后左右運(yùn)動(dòng)并使底部與被檢測(cè)道表面間保持一定間隙的帶有滾珠的滾珠板(33)、該耦合液盒(31)通過(guò)導(dǎo)桿(34)、懸壁梁(35)及恒壓桿(36)與兩個(gè)伺服電機(jī)(13、14)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)(2)包括耦合液槽(21)、增壓箱(22)、液泵(23)、進(jìn)出液導(dǎo)管(24)以及可使合液保持一定溫度的恒溫控制部件(25)，所述的液泵(22)將耦合液槽(21)中的耦合液輸送至增壓箱(22)內(nèi)并通過(guò)進(jìn)出液導(dǎo)管輸送至耦合液盒(31)，所述的進(jìn)出液導(dǎo)管(24)與所述耦合液盒(31)的進(jìn)出液口相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述增壓箱(22)結(jié)構(gòu)與抽水馬桶結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)其耦合液水位低于一定的高度時(shí)，液泵(23)工作將耦合液抽至增壓箱，當(dāng)耦合液水位高于一定的高度時(shí)，液泵(23)停止工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的增壓箱(22)的放置高度高于耦合液盒(31)的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳動(dòng)導(dǎo)軌(4)包括水平傳動(dòng)導(dǎo)軌(41)及爬行傳動(dòng)導(dǎo)軌(42)，所述的爬行導(dǎo)軌的形狀與被測(cè)管道的形狀相配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的爬行傳動(dòng)導(dǎo)軌(42)為圓周形或直線形。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，水平傳動(dòng)導(dǎo)軌(41)與機(jī)器人本體間固定連接。
專(zhuān)利摘要一種超聲波檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體(3)，用于控制機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)或定位的控制系統(tǒng)(1)，其特征在于，還包括提供機(jī)器人本體(3)工作時(shí)所需耦合液的耦合液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)(2)、用于引導(dǎo)機(jī)器人本體(3)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)導(dǎo)軌(4)。本作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)只要在機(jī)械結(jié)構(gòu)上其尺寸稍作適當(dāng)縮放以及稍作變動(dòng)或控制軸數(shù)量上稍作增減就可以變成適用于石油/化工、冶金/機(jī)械、市政/建筑、航空/航天、造船/核電以及兵器等領(lǐng)域當(dāng)作無(wú)損探傷、焊縫檢測(cè)以及自動(dòng)焊機(jī)的爬行器之用。
文檔編號(hào)B25J5/02GK2616346SQ03228489
公開(kāi)日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者熊明光 申請(qǐng)人:上海市計(jì)祘技術(shù)研究所