專利名稱：鋼管道內(nèi)x射線探傷自動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到無損檢測探傷設(shè)備，具體而言是一種管道內(nèi)X射線探傷自動裝置。
管道焊縫探傷對確保管道工程質(zhì)量至關(guān)重要。多年來，國內(nèi)外最常用的探傷技術(shù)有超聲波探傷，γ射線探傷，X射線探傷等，相應(yīng)的專用探傷設(shè)備已普遍應(yīng)用。在管道施工中常用的射線探傷方法是外照法雙壁投影拍片，也就是將射線機置于管外一側(cè)，將膠片置于管外另一側(cè)。因此，射線要穿過雙層管壁使膠片感光。這就要求射線輻射強度較高，人身防護比較困難。對于大直徑管道探傷，每道焊縫要分幾段多次拍片，所以工作效率較低。由于在管外進行探傷作業(yè)，在焊口處要挖一個足夠大的操作坑，增加工作量。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，國外已有鋼管道內(nèi)照法單壁投影拍片設(shè)備。例如，美國專利3904878，是一種管道內(nèi)爬行式X射線機，以液化氣發(fā)電機提供電源驅(qū)動輪子前進或后退，采用機載X射線源在管內(nèi)對管道焊縫進行探傷，在管外用γ射線源控制管內(nèi)爬行機移動、停止及X射線機工作。由于機載裝置包括了發(fā)電供電系統(tǒng)，所以整機結(jié)構(gòu)比較復雜龐大。同時還由于采用γ射線源在管外控制，會給人身防護帶來新的問題。又例如，英國JME公司研制的管道X射線爬行器，以蓄電池為動力源，以X射線源或γ射線源作為管內(nèi)探傷射線源，所用的銥192γ射線源放射性活度高達20～120居里。以同位素銫137或鉆60源在管外控制，其放射性活度為20毫居里。這兩部分放射性源對人身安全防護構(gòu)成更大威脅，并且給運輸、保管和使用帶來更大麻煩。再例如，中國專利92232940.0，稱作“一種管道探傷爬機”，也是采用γ射線源作為管內(nèi)探傷源。其控制方式是在管外焊縫處放置定位接收器，用來接收管內(nèi)γ射線源泄漏射線信號，再通過管外控制儀表對管內(nèi)爬機進行控制?？刂苾x表與管內(nèi)爬機之間，控制儀表與定位接收器之間，都用信號電纜相連。該機不但存在γ射線源人身防護困難的缺點，而且拖兩根較長的信號電纜很不方便，深入管內(nèi)工作的距離受到限制。從已有技術(shù)的供電方式來看，有的只能直流供電，有的只能交流供電，而不能同一臺設(shè)備既能用直流又能用交流供電。
鑒于上述已有技術(shù)的缺點和不足之處，本實用新型的目的就在于提供一種既能以交流電，又能以蓄電池為動力，以X射線源為管內(nèi)探傷源，采用無線遙控方式的鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置。它既能克服外照法雙壁投影拍片的一系列缺點，又能克服上述內(nèi)照法單壁投影拍片設(shè)備的某些缺點，并且操作更加靈活方便，工作更加可靠，適用性更強。
上述目的是由下述技術(shù)方案實現(xiàn)的該裝置包括管內(nèi)機載部分和管外監(jiān)控部分兩大部分。管內(nèi)機載部分是組裝式變徑可調(diào)機電一體化自動作業(yè)小車，主要包括X射線機、變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)、滾動測長機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、機載控制系統(tǒng)、機載發(fā)收信號系統(tǒng)和電源等。管外監(jiān)控部分主要包括收發(fā)信號主機及監(jiān)視器。其特征是管內(nèi)機載部分作業(yè)小車分為前后兩節(jié)，前節(jié)的最前端是第一個被動行走輪，通過第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝在X射線機頭的前端。X射線機頭與射線機控制箱體之間一側(cè)徑向安裝攝像頭和發(fā)光二極管。射線機控制箱體后部增加副電瓶組，箱體尾端是第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)、第二個被動行走輪及前后節(jié)小車連接件。后節(jié)小車的最前端是前后節(jié)小車連接件和第二種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)，裝在后節(jié)小車殼體前端。殼體內(nèi)前部裝有機載圖像信號發(fā)射及遙控信號接收系統(tǒng)及其天線，再向后依次是第三被動輪及滾動側(cè)長機構(gòu)總成、主電瓶組、驅(qū)動機構(gòu)、機載可編程控制器系統(tǒng)、最后是電源總開關(guān)和動力電纜。管外監(jiān)控部分的收發(fā)信號主機是一臺圖像信號接收及遙控信號發(fā)射裝置，配有專用天線、監(jiān)視器、手持鍵盤(也叫手持操作器)和電源。
管內(nèi)機載部分作業(yè)小車前進、倒退、停車、焊縫的對準、X射線機工作啟停，均受機載可編程控制器系統(tǒng)控制。機載可編程控制器系統(tǒng)又受到管外監(jiān)控部分控制、管外監(jiān)控部分又是根據(jù)管內(nèi)發(fā)射出來的圖像信號進行控制操作的。操作人員一邊觀察管道內(nèi)的情況，一邊操作手持操作器鍵盤，去完成要求的動作。
上述管內(nèi)機載部分前節(jié)作業(yè)小車的前后兩端具有第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)，該機構(gòu)由被動輪支架、固定螺栓、支架導向板、固緊螺母、調(diào)節(jié)絲杠、絲杠固定螺母組成、支架導向板焊在X射線機的前、后端，被動輪支架通過緊固螺母安裝在支架導向板上。調(diào)節(jié)絲杠上端通過鉸鏈和橫板安裝在支架導向板上，可上下大幅度調(diào)節(jié)作業(yè)小車使其與管道基本同心。固定螺栓具有上下微調(diào)作用。
上述管內(nèi)機載部分后節(jié)作業(yè)小車的前端是第二種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)，采用左右相同的兩個平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)，由四根水平連桿、四塊連接板、一根調(diào)節(jié)絲杠、一根橫軸、一根十字軸構(gòu)成。左邊的兩根水平連桿與左邊的前后兩塊連接板構(gòu)成左邊平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)，右邊相同。調(diào)節(jié)絲杠上端通過鉸鏈安裝在兩塊后連接板之間的橫軸上，絲杠下部裝進十字軸的孔中。以上各部分構(gòu)成一個立體整體結(jié)構(gòu)，通過絲杠調(diào)節(jié)平行四邊形連桿上下擺動，使后節(jié)小車中心線與不同直徑的管道同心。
上述管內(nèi)機載部分后節(jié)作業(yè)小車前部的第三被動輪及滾動測長機構(gòu)總成，由小車第三被動輪、齒輪軸、被動齒輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、支架組成。齒輪軸也就是第三被動輪的軸，軸的中間一段帶有齒輪，與被動齒輪嚙合，被動齒輪與旋轉(zhuǎn)編碼器同軸，旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在支架上，支架安裝在第三被動輪軸的軸承套上。
上述管內(nèi)機載部分后節(jié)作業(yè)小車后部的驅(qū)動機構(gòu)，由直流電機、蝸輪減速器、驅(qū)動輪、輪軸、軸承組成。輪軸通過軸承安裝在小車骨架底部。蝸輪減速器與電機同軸相聯(lián)成為一體，也安裝在小車骨架底部。
上述機載部分的主蓄電瓶組的正負極接到主切換開關(guān)上，切換到直流供電時，原交流供電系統(tǒng)中的高壓整流電路輸入端被切斷，由主蓄電瓶供電。副蓄電瓶組的正負極接到副切換開關(guān)上，切換到直流供電時，X射線機的保護部分和控制部分轉(zhuǎn)換成用副蓄電瓶組供電。主切換開關(guān)和副切換開關(guān)都裝在X射線機控制箱體內(nèi)的操作面板上。
上述管內(nèi)機載部分后節(jié)作業(yè)小車后部的機載可編程控制器，由可編程控制器配上180多條用梯形圖語言編制的控制指令、接口擴展電路、繼電器組組成。接口擴展電路介于可編程控制器與繼電器組之間。以可編程控制器為控制主機，通過接口電路輸入指令信號，去控制相應(yīng)的繼電器動作，執(zhí)行操作指令，完成要求的動作。
上述管內(nèi)機載部分后節(jié)作業(yè)小車前部的機載圖像信號發(fā)射及遙控信號接收系統(tǒng)，分為發(fā)射和接收兩個通道。發(fā)射通道由CCD攝像頭、視頻放大器、微波調(diào)制器、雙工器和天線組成。接收通道由天線、雙工器、高頻放大器、一體化調(diào)諧器、鎖相環(huán)和繼電器組成。兩個通道共用一個雙工器和一個天線，同時工作，互不干擾。
上述管外監(jiān)控部分的圖像信號接收及遙控信號發(fā)射系統(tǒng)，分為接收和發(fā)射兩個通道。接收通道由天線、雙工器、高頻放大器、一體化調(diào)諧器、視頻放大器和監(jiān)視器組成。發(fā)射通道由手持鍵盤、編碼器、頻率綜合器、微波調(diào)制器、雙工器和天線組成。兩個通道共用一個雙工器和一個天線，同時工作，互不干擾。
上述管內(nèi)外發(fā)收及收發(fā)系統(tǒng)中的雙工器，是一個三端器件，由環(huán)形器和濾波器組成。環(huán)形器利用波的走向不同使進出波隔離，濾波器是將進出電波頻率拉遠而增加隔離度。該設(shè)備所用雙工器蓋頻119MHz，與環(huán)形器雙管齊下，使輸往天線的電波與從天線來的電波同時進出，互不影響。該系統(tǒng)圖像信號的載波頻率為1337MHz，遙控信號的載波頻率為1218MHz。
本實用新型由于采用了上述技術(shù)方案，其主要優(yōu)點是與已有技術(shù)中的管道外照法雙壁投影拍片探傷對比，可以實現(xiàn)360°周向一次曝光， 拍照一道φ529×7mm管道焊縫，曝光時間直流供電1分鐘，交流供電0.5分鐘，工效分別提高25倍和50倍。由于X射線機置于管道里面，所以X射線對人的傷害大大減輕，只有原來的約九分之一。焊口原有的操作坑不需再挖擴大，減少了一定工作量。與已有技術(shù)中的管道內(nèi)照法單壁投影拍片上述專用設(shè)備對比，采用X射線作探傷源，雖然耗電量較大，但它只在拍片工作時發(fā)出X射線，停止工作后對人無任何傷害，而γ射線源卻一直在發(fā)出γ射線，時刻對人構(gòu)成威脅，防護或保管不好就會傷人。尤其是上述放射性活度高達20～120居里的探傷設(shè)備，危險性更大，傷人更加嚴重。從控制方式來看，本發(fā)明采用了雙向無線遙控微波傳輸技術(shù)，既克服了γ射線控制方式的上述缺點，又克服了有線控制拖長電纜不方便的缺點，非常靈活方便，并且相當于直觀找焊縫，定位精度更高。由于改裝成直流和交流兩種供電方式，適用性更好，用戶可根據(jù)現(xiàn)場條件，選用一種供電方式。若選用交流供電方式，需要拖一根長約200米的電纜，其工作距離不宜再長苦選用電瓶供電方式，其深入管道內(nèi)工作的距離可達到500米左右。
附

圖1A和1B是本實用新型的管內(nèi)機載部分作業(yè)小車整體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是附圖1B中被動輪及滾動測長機構(gòu)總成傳動示意圖。
附圖3是本實用新型的管外監(jiān)控部分方框圖。
附圖4是本實用新型的工作過程示意方框圖。
附圖5是本實用新型的管內(nèi)機載部分圖像信號發(fā)射及遙控信號接收系統(tǒng)方框圖。
附圖6是本實用新型的管外監(jiān)控部分圖像信號接收及遙控信號發(fā)射系統(tǒng)方框圖。
附圖7是圖5和圖6中的雙工器結(jié)構(gòu)原理示意圖。
結(jié)合附圖對本實用新型的實施例闡述如下附圖1A和1B中，1是前面第一被動輪支架；2是固定螺栓，固定軸承套，并可上下微調(diào)；3是調(diào)節(jié)絲杠，能上下大幅度調(diào)節(jié)作業(yè)小車與管道同心；4是絲杠固定螺母；5是支架導向板；6是緊固螺栓；以上部件構(gòu)成第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)，本實施例適用管徑范圍φ273～529；7是管道對口焊縫；8是X射線發(fā)生器；9是被探傷管道；10是發(fā)光二級管，為攝像頭提供光源；11是CCD攝像頭，用來探尋管道焊縫；12是X射線機的交直流電源轉(zhuǎn)換操作面板；13是X射線機原有的交流供電系統(tǒng)；14是X射線機控制箱體；15是副蓄電池組，本實施例為兩節(jié)蓄電池，每節(jié)12伏，在不用交流供電的情況下專為保護部分和控制部分供電；16是前節(jié)小車的后被動輪；17是后被動輪支架；18是前后兩節(jié)小車的牽引連接件，與19相連；19是十字連接板，與18相連；20是平行四邊形連桿，既有牽引作用，又有調(diào)節(jié)后節(jié)小車與管道同心的作用；21是鎖緊螺母，連桿調(diào)好角度后鎖緊；22是調(diào)節(jié)絲桿；以上20～22是第二種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)，圖中是剖掉左側(cè)的連桿，只看到右側(cè)的連桿結(jié)構(gòu)；23是圖像信號發(fā)射及遙控信號接收系統(tǒng)；24是發(fā)射及接收天線；25是后節(jié)小車的被動輪；26是軸承支承套；27是齒輪軸；28是被動齒輪；29是編碼器，通過螺栓安裝在支架40上，支架40又固定在軸承套26上，以上25～29是滾動測長機構(gòu)，如圖2所示；30是后節(jié)小車殼體；31是主蓄電池組，本實施例用10節(jié)蓄電池，每節(jié)12伏；32是驅(qū)動直流電機，本實施例電機功率為100瓦；33是渦輪減速器；34是驅(qū)動輪，以上32～34是驅(qū)動機構(gòu)；35是作業(yè)小車操作面板；36是可編程控制器及其接口電路；37是繼電器組；38是電源總開關(guān)39是動力電纜，交流供電時用。
附圖3所示的管外監(jiān)控部分，包括管外收發(fā)信號主機、天線、監(jiān)視器、手持操作器和電源。具有管內(nèi)圖像接收及遙控信號發(fā)射功能。其中的手持操作器具有6個遙控動作，按操作順序分別為停車、點進(低速)、點退(低速)、啟高壓、停高壓、退車。其中的天線采用螺旋管形式，用細銅管繞制而成。其中的監(jiān)視器采用工業(yè)電視。
其工作過程如圖4所示在作業(yè)小車進入管道之前，通過操作面板12和35上的開關(guān)選定供電方式，設(shè)置X射線工作電壓、曝光時間等參數(shù)。然后將小車送入管道，合上電源總開關(guān)38。小車就在管道內(nèi)自動向前行走，機載各系統(tǒng)同時開始工作。小車向前邊行走邊攝像，當攝像頭到達焊口7處，機載發(fā)收信號系統(tǒng)同時將圖像信號發(fā)射出來。管外監(jiān)控系統(tǒng)的天線同時接收到該圖像信號，經(jīng)主機處理后，由監(jiān)視器看到該焊口。操作者按下手持操作器的“停車”按鍵，小車停住。再按“點進”和“點退”按鍵，使攝像頭對準焊縫7并使小車停住。這時再按手持控制器的“啟高壓”按鍵，使小車再向后移動確定的一段距離，使X射線機頭上的環(huán)形輻射縫隙對準管道焊縫7。向后移動的這段距離要求誤差越小越好，是由圖2所示被動輪及滾動測長機構(gòu)總成與機載可編程控制器共同實現(xiàn)的。被動輪25在管道內(nèi)滾動，帶動輪軸27轉(zhuǎn)動(輪軸27當中有一段加工成齒輪，所以又叫齒輪軸)。齒輪軸27再帶動被動齒輪28轉(zhuǎn)動，28再帶動編碼器29轉(zhuǎn)動。編碼器將轉(zhuǎn)動量變成電脈沖數(shù)值，輸送到可編程控制器36解碼，再去控制小車向后行走所確定的那段距離，使X射線輻射縫隙對準焊縫7并停車，此時機載可編程控制器36就去執(zhí)行“啟高壓”，使X射線發(fā)生器8輻射出X射線，預先貼在管道外焊縫7處的膠片曝光，到預定時間自動停止曝光，然后按下“停高壓”按鍵。完成一道焊縫探傷后，小車再繼續(xù)向前行走，去完成下一道焊縫探傷。當小車在管道內(nèi)遇到障礙時，通過監(jiān)視器立即可以發(fā)現(xiàn)。按動手持控制器的“退車”按鍵，機載發(fā)收信號系統(tǒng)接收到指令信號，再使可編程控制器36去驅(qū)動小車退出管道外。由于小車遇到障礙后停止或前進速度變慢，在預定的時間內(nèi)末走過預定的距離，此時可編程控制器不需接收到“停車”指令，也能去自動停車、退車，退出管道外。
管內(nèi)機載發(fā)收信號系統(tǒng)如圖5所小。其中虛線框內(nèi)部分為圖像信號發(fā)射通道。雙工器和天線是發(fā)收信號共用部分。其余為遙控信號接收通道。
管外收發(fā)信號系統(tǒng)如圖6所示。其中虛線框內(nèi)部分為圖像信號接收通道。雙工器和天線是收發(fā)信號共用部分。其余為遙控信號發(fā)射通道。
雙工器的組成原理示意圖如7所示。由濾波器1、濾波器2組成。通使發(fā)收信號同時通過，互不影響。
權(quán)利要求1.一種鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置，包括管內(nèi)機載部分和管外監(jiān)控兩大部分，管內(nèi)機載部分是組裝式變徑可調(diào)機電一體化自動作業(yè)小車，主要包括X射線機、變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)、滾動測長機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、機載控制系統(tǒng)、機載發(fā)收信號系統(tǒng)和電源等，管外監(jiān)控部分主要包括收發(fā)信號主機及監(jiān)視器，其特征是管內(nèi)機載部分作業(yè)小車分為前后兩節(jié)，前節(jié)的最前端是第一個被動行走輪，通過第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝在X射線機頭的前端，X射線機頭與射線機控制箱體之間一側(cè)徑向安裝攝像頭和發(fā)光二極管，射線機控制箱體后部增加副電瓶組，箱體尾端是第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)、第二個被動行走輪及前后節(jié)小車連接件；后節(jié)小車的最前端是前后節(jié)小車連接件和第二種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)，裝在后節(jié)小車殼體前端，殼體內(nèi)前部裝有機載圖像信號發(fā)射及遙控信號接收系統(tǒng)及其天線，再向后依次是第三被動輪及滾動測長機構(gòu)總成、主電瓶組、驅(qū)動機構(gòu)、機載可編程控制器系統(tǒng)，最后是電源總開關(guān)和動力電纜管外監(jiān)控部分的收發(fā)信號主機是一臺圖像信號接收及遙控信號發(fā)射裝置，配有專用天線、監(jiān)視器、手持鍵盤和電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置，其特征是第一種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)由被動輪支架、固定螺栓、支架導向板、緊固螺母、調(diào)節(jié)絲杠、絲杠固定螺母組成，支架導向板焊在X射線機的前、后端，被動輪支架通過緊固螺母安裝在支架導向板上，調(diào)節(jié)絲杠上端通過鉸鏈和橫板安裝在支架導向板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置，其特征是第二種變徑調(diào)節(jié)機構(gòu)采用左右相同的兩個平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)，由四根水平連桿、四塊連接板一根調(diào)節(jié)絲杠、一根橫軸、一根十字軸構(gòu)成，左邊的兩根水平連桿與左邊的前后兩塊連接板構(gòu)成左平行四邊形結(jié)構(gòu)，右邊相同，調(diào)節(jié)絲杠上端通過鉸鏈安裝在兩塊后連接板之間的橫軸上，絲杠下部裝進十字軸的孔中，構(gòu)成一個立體整體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置，其特征是第三被動輪及滾動測長機構(gòu)總成，由小車第三被動輪、齒輪軸、被動齒輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、支架組成，齒輪軸也就是第三被動輪的軸，軸的中間一段帶有齒輪，與被動齒輪嚙合。被動齒輪與旋轉(zhuǎn)編碼器同軸，旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在支架上，支架安裝在第三被動輪軸的軸承套上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置，其特征是驅(qū)動機構(gòu)由直流電機、渦輪減速器、驅(qū)動輪、輪軸、軸承組成，輪軸通過軸承安裝在小車骨架底部，渦輪減速器與電機同軸相聯(lián)成為一體，也安裝在小車骨架底部。
專利摘要本實用新型是一種鋼管道內(nèi)X射線探傷自動裝置,屬于無損檢測、控制、信號裝置等領(lǐng)域。本裝置由管內(nèi)機載部分和管外監(jiān)控部分組成。機載部分是機電一體化自動作業(yè)小車,主要包括X射線機、變徑機構(gòu)、測長機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、發(fā)收信號系統(tǒng)和電瓶等。管外監(jiān)控部分主要包括發(fā)收信號主機及監(jiān)視器。該裝置通過無線遙控方式,能在管道內(nèi)自動完成焊縫探傷作業(yè)。操作靈活方便,工作安全可靠,工效大大提高,交直流供電均可,適用性好。
文檔編號G01N23/00GK2285469SQ96221410
公開日1998年7月1日 申請日期1996年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月30日
發(fā)明者吳進軍, 宋長山, 孫法遠, 田宗民, 高天寶, 于志鑫 申請人:勝利石油管理局油建一公司