一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]高空大型設(shè)備，如壓力容器、港口物流設(shè)備等，都需要定期進(jìn)行安全檢測(cè)，磁粉探傷是最為常用的無(wú)損檢測(cè)方法。目前，無(wú)損檢測(cè)工作主要由人工實(shí)現(xiàn)，存在工作繁瑣、效率低下、危險(xiǎn)性高等問題。
[0003]爬壁機(jī)器人是一種能吸附在罐體表面的可移動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備，可以在核工程、消防和大型非結(jié)構(gòu)設(shè)備的制造和維護(hù)等危險(xiǎn)和極限環(huán)境下代替工人完成工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)用人工對(duì)設(shè)備的進(jìn)行磁探傷檢測(cè)工作繁瑣、效率低下、危險(xiǎn)性高等問題，提供一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，這種自動(dòng)化設(shè)備能極大地提高磁探傷效率，并且消滅了人員損傷。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，包括行動(dòng)裝置、噴磁裝置、磁化裝置、打標(biāo)裝置；
行動(dòng)裝置包括機(jī)架，在機(jī)架上安裝有兩組磁吸附輪，每組磁吸附輪分為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過同步帶連接，主動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；磁吸附輪的轉(zhuǎn)軸安裝在抱轂上，抱轂上固定有彈簧軸，彈簧軸穿過機(jī)架的豎向通孔，彈簧軸頂部設(shè)有擋片，在彈簧軸外偵U、機(jī)架的兩側(cè)安裝有彈簧；
磁化裝置，磁探頭包括四個(gè)E型探頭，這四個(gè)E型探頭固定在工字形連接件的末端，柔性連接頭設(shè)有上連接板和下連接板，上、下連接板間設(shè)有彈簧銷軸，彈簧銷軸外套設(shè)有壓簧；上連接板外側(cè)固定有帶帽彈簧銷軸，帶帽彈簧銷軸外套設(shè)有壓簧，帶帽彈簧銷軸的末端設(shè)有用于阻擋彈簧的擋帽；安裝在機(jī)架上的步進(jìn)電機(jī)通過同步帶與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸上安裝有偏心凸輪，偏心凸輪安裝在上連接板的偏心輪外架內(nèi)；磁探頭的工字形連接件穿過柔性連接頭下連接板的磁探頭外架；機(jī)架上對(duì)應(yīng)于四個(gè)E型探頭固定有四個(gè)豎向的導(dǎo)軌；
在機(jī)架上固定有打標(biāo)裝置，打標(biāo)裝置包括推拉型電磁鐵，在電磁鐵的底部安裝有標(biāo)記印章。
[0006]上述的一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，還包括攝錄裝置，在車架上安裝有向壁面照射的照明燈，以及可對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行攝錄的攝像頭。
[0007]上述的一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，減震梁板與機(jī)架螺紋連接，在減震梁板上開設(shè)有兩個(gè)豎向通孔，用于磁吸附輪減震的兩支彈簧軸分別穿過減震梁板上的兩個(gè)豎向通孔。
[0008]上述的一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，磁吸附輪的外夾板與轉(zhuǎn)軸螺紋連接，轉(zhuǎn)軸為空心鍵軸，同步帶輪與轉(zhuǎn)軸通過鍵與鍵槽結(jié)構(gòu)連接，內(nèi)夾板通過螺栓與外夾板連接，陣列磁環(huán)內(nèi)周面安裝有環(huán)形導(dǎo)磁軛鐵，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內(nèi)夾板的凹槽內(nèi)；在轉(zhuǎn)軸外固定有陣列磁環(huán)，陣列磁環(huán)包括若干組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊、N極到S極的順時(shí)針環(huán)向磁塊、N極外向心到S極的徑向磁塊，N板到S極的逆時(shí)針環(huán)向磁塊。
[0009]上述的一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。
[0010]上述的一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為0.4-0.8。
[0011]上述的一種用于磁粉探傷檢測(cè)的爬壁機(jī)器人，磁化裝置中的偏心凸輪外固定有兩個(gè)軸承，軸承之間設(shè)有隔離環(huán)，軸承安裝在柔性連接頭上連接板的偏心輪外架內(nèi)。
[0012]磁輪能使爬壁機(jī)器人牢牢地吸附于導(dǎo)磁罐體表面，通過本發(fā)明對(duì)磁輪陣列的優(yōu)化，增強(qiáng)了磁輪的磁吸附力。
[0013]環(huán)形Halbach的排列方式變化多樣，人們常把一個(gè)徑向的N極永磁單元和一個(gè)環(huán)向的S極永磁單元形成的磁極稱為一個(gè)極對(duì)。多極的Halbach環(huán)形陣列極對(duì)數(shù)有偶數(shù)和奇數(shù)兩類，奇數(shù)極對(duì)數(shù)Halbach圓形陣列為對(duì)內(nèi)加強(qiáng)型，偶數(shù)極對(duì)數(shù)Halbach陣列為對(duì)外加強(qiáng)型。根據(jù)爬壁機(jī)器人需要用到外加強(qiáng)型把爬壁機(jī)器人吸附在導(dǎo)磁體，通常吸附在鐵罐體上用于檢測(cè)鐵罐體的性能使用，故以4，6，8，12，16偶數(shù)極對(duì)數(shù)，進(jìn)行仿真分析。
[0014]附圖18中X為磁輪旋轉(zhuǎn)角度，單位為° 4為吸附力，單位為N。由附圖18可知極對(duì)數(shù)越多，吸附力越趨于平穩(wěn)，極對(duì)數(shù)較少的磁輪吸附力大小峰值波動(dòng)越大。采用8極對(duì)數(shù)磁輪吸附力波動(dòng)控制在5%以內(nèi)，而且磁吸附力也較高。
[0015]針對(duì)8個(gè)極對(duì)數(shù)組成的磁環(huán)，相鄰縱向永磁單元和橫向永磁單元的體積配比對(duì)吸附力也有不同的影響。為直觀的反應(yīng)兩者的大小引入系數(shù)環(huán)向角度比k，
k=n/(n+m)
上式中:/?為徑向永磁單元角度；》為環(huán)向永磁單元角度。
[0016]附圖19中Xl為k值；Y為吸附力，單位為N。由附圖19可知對(duì)有限元的仿真圖中，可見吸附力在k=0.6左右，磁輪吸附力將達(dá)到峰值。而k在0.4-0.8的區(qū)間內(nèi)，吸附力也是令人滿意的。
[0017]本發(fā)明優(yōu)化了永磁吸附輪中永磁吸附單元結(jié)構(gòu)，排列了永磁吸附單元充磁角度，使得磁環(huán)的外圈吸附力增強(qiáng)，內(nèi)圈吸附力幾乎為零。同時(shí)提高了永磁單元的單位磁效能，達(dá)到了同體積磁環(huán)近2倍的吸附力。
[0018]爬壁機(jī)器人通過四個(gè)磁輪吸附在壁面上，吸輪的減震梁彈性自適應(yīng)結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人與壁面緊密貼合。每個(gè)主動(dòng)輪由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，依靠同步帶帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可依靠?jī)蓚?cè)輪子的差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。同步帶輪分別與前后輪的轉(zhuǎn)軸相連，通過同步帶使主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)方式相同，保證了爬壁機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)有著合理的摩擦力分布，大大提高了吸附的可靠性與安全性。
[0019]在遇到曲面環(huán)境或者局部突起時(shí)，由于車架懸掛，即安裝于抱轂上的彈簧使得磁吸附輪有一定的彈性活動(dòng)范圍，從而保證車輪與壁面四點(diǎn)接觸，同時(shí)安全行進(jìn)。
[0020]磁吸附輪在同一支彈簧軸上、在機(jī)架通孔的兩側(cè)安裝彈簧，使得爬壁機(jī)器人能適應(yīng)導(dǎo)磁面在機(jī)器人下方，和導(dǎo)磁面在機(jī)器人上方兩種正爬和懸爬的方式，延長(zhǎng)彈簧的使用壽命，使爬壁機(jī)器人適應(yīng)更多的壁面攀爬工況。
[0021]步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，驅(qū)動(dòng)同步帶帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪將這一運(yùn)動(dòng)通過軸承傳遞給柔性連接頭，帶動(dòng)E型探頭組成的磁探頭的升降。當(dāng)磁探頭下降時(shí)，對(duì)四個(gè)E型探頭采用交流電移相技術(shù)，使之產(chǎn)生隨時(shí)間變化的合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所謂旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)，從而可以對(duì)噴涂于罐體表面的磁液進(jìn)行磁化，罐體損傷處與非損傷處的磁液排列不一樣，從而通過攝錄功能判斷罐體的損傷情況。
[0022]磁化裝置的柔性連接頭的彈簧組可因磁探頭碰到壁面的障礙而被壓縮，使磁探頭能向機(jī)架一側(cè)縮回，不致被電機(jī)帶動(dòng)直接向壁面擠壓而遭致?lián)p壞。使用2組彈簧，是為了滿足當(dāng)機(jī)器人正常吸附在壁面上端、倒懸吸附于壁面下端這兩種情況時(shí)，由不同組的彈簧進(jìn)行收縮回復(fù)，延長(zhǎng)彈簧的使用壽命。解決了機(jī)器人行進(jìn)過程中磁探頭對(duì)壁面障礙的避障，而且驅(qū)動(dòng)磁探頭下降也解決了機(jī)器人重心高的問題，減少了爬壁機(jī)器人行進(jìn)過程中的阻力，提高了作業(yè)的自動(dòng)化程度。
[0023]噴磁裝置采用市售的通用噴磁裝置，爬壁機(jī)器人行進(jìn)過程中，磁液通過液泵從霧化噴嘴中向壁面噴出，以便磁化裝置對(duì)磁液進(jìn)行磁化。爬壁機(jī)器人通常的工作流程是先噴磁液，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人對(duì)這塊面積的磁液進(jìn)行磁化，再對(duì)通過磁化后的磁液進(jìn)行觀察，對(duì)疑似損傷或者損傷處進(jìn)行標(biāo)記。
[0024]磁液噴出后，再通過磁探頭進(jìn)行磁化，通過照明燈和攝像頭，遠(yuǎn)程獲取磁化后的磁液圖像，驅(qū)動(dòng)爬壁機(jī)器行進(jìn)到合適的位置，通過推拉電磁鐵驅(qū)動(dòng)標(biāo)記印章在罐體的損傷部位蓋上標(biāo)記。使檢測(cè)人員通過遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)了以前需要通過在罐體內(nèi)外搭設(shè)腳手架進(jìn)行的人工檢測(cè)，避免了人身傷害的危險(xiǎn)和操作的麻煩。并且檢測(cè)過程攝錄的視頻可能保存，方便觀察、記錄、查實(shí)與存檔。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明爬壁機(jī)器人行動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明磁輪減震結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明磁吸附輪的外輪廓示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明磁吸附輪的側(cè)剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6為本發(fā)明磁吸附輪的正剖視結(jié)構(gòu)示意圖。