一種適用于汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子的相控陣超聲波無損檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于檢測(cè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種適用于汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子的相控陣超聲波無損檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的核心部件，其結(jié)構(gòu)形式很多，如整鍛轉(zhuǎn)子、套裝轉(zhuǎn)子、焊接轉(zhuǎn)子和組合轉(zhuǎn)子等。與常規(guī)火電機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子相比，核電站汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子體積和重量都大，加工精度要求高，一般均采用焊接轉(zhuǎn)子。
[0003]為保證焊接轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，在制過程中、制備完成后、在役過程中均需要進(jìn)行焊縫的相控陣超聲波檢測(cè)，相控陣探頭和楔塊較大，并且需要在焊縫不同位置，采用不同的楔塊進(jìn)行檢測(cè)。特別是在制備完成后及在役過程中，由于轉(zhuǎn)子裝有葉片，作業(yè)空間變得極其狹小。
[0004]目前，針對(duì)相控陣超聲檢測(cè)已經(jīng)具有成熟的夾具和檢測(cè)系統(tǒng)，但由于焊接轉(zhuǎn)子應(yīng)用場(chǎng)合的特殊情況，現(xiàn)有方案都無法在焊接轉(zhuǎn)子上進(jìn)行使用。
[0005]如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010248503.2，申請(qǐng)日期為2010年8月14日，名為“焊縫超聲檢測(cè)掃查裝置”的發(fā)明專利；以及申請(qǐng)?zhí)枮?01310685223.1，申請(qǐng)日期為2013年12月13日，名為“厚壁接管焊縫超聲檢測(cè)裝置”，這兩個(gè)方案均可以夾持超聲探頭進(jìn)行檢測(cè)，但兩個(gè)方案均沒有設(shè)計(jì)定位裝置，在焊接轉(zhuǎn)子的檢測(cè)中，不能固定掃查的位置，使整個(gè)掃查數(shù)據(jù)不可靠；其次兩套方案均無驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不能在工件上進(jìn)行自動(dòng)檢查。基于以上兩點(diǎn)，兩個(gè)方案不能應(yīng)用于焊接轉(zhuǎn)子場(chǎng)合。
[0006]又如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210192602.2，申請(qǐng)日期為2012年6月12日，名為“焊縫智能跟蹤超聲檢測(cè)機(jī)器人及其軟件分析系統(tǒng)”的發(fā)明專利，該發(fā)明介紹了一種根據(jù)視覺傳感器和測(cè)厚超聲探頭進(jìn)行定位的超聲檢測(cè)機(jī)器人，由于焊接轉(zhuǎn)子焊縫被加工后，無法通過視覺傳感器進(jìn)行識(shí)別，并且焊接轉(zhuǎn)子厚度固定不變，所以視覺和測(cè)厚的方法無法在焊接轉(zhuǎn)子的檢測(cè)中進(jìn)行使用，不適合焊接轉(zhuǎn)子場(chǎng)合的使用。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服【背景技術(shù)】中沒有定位、驅(qū)動(dòng)裝置的缺陷以及利用視覺和測(cè)厚方法檢測(cè)焊接轉(zhuǎn)子焊縫的不足，本發(fā)明特提出一種新型的相控陣超聲波無損檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明是一種適用于汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子的相控陣超聲波無損檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要包括移動(dòng)平臺(tái)(1)、定位桿(2)、相控陣探頭(3)、相控陣探頭夾具(4)、控制臺(tái)(5)及超聲檢測(cè)設(shè)備(6);所述移動(dòng)平臺(tái)(I)吸附在焊接轉(zhuǎn)子表面；所述定位桿(2)共有四組，其中移動(dòng)平臺(tái)(I)的前后部位具有兩組，夾具(4)的前后部位具有兩組，定位桿(2)與焊接轉(zhuǎn)子兩邊側(cè)壁(10)進(jìn)行接觸，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)(I)和夾具(4)的位置進(jìn)行固定；所述相控陣探頭
(3)被相控陣探頭夾具(4)夾持；所述相控陣探頭夾具(4)與移動(dòng)平臺(tái)(I)通過球鉸連接器[9]進(jìn)行連接，相控陣探頭夾具(4)本身沒有驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，可以自由移動(dòng)，由移動(dòng)平臺(tái)(I)帶動(dòng)移動(dòng)；所述超聲檢測(cè)設(shè)備(6)通過探頭連線(8)與相控陣探頭(3)連接；所述控制臺(tái)(5)和移動(dòng)平臺(tái)(I)通過電源及通訊電纜(7 )進(jìn)行連接。
[0010]定位桿(2)通過轉(zhuǎn)子的側(cè)壁(10)，將移動(dòng)平臺(tái)(I)和相控陣探頭夾具(4)進(jìn)行精確定位，移動(dòng)平臺(tái)(I)和相控陣探頭夾具(4)在移動(dòng)過程中不能左右移動(dòng)，保證了檢測(cè)過程中的位置要求；定位桿(2)的長(zhǎng)度可以根據(jù)焊縫的位置進(jìn)行自由的調(diào)節(jié)。
[0011]超聲檢測(cè)設(shè)備(6)和相控陣探頭(3)之間通過探頭連線進(jìn)行連接，超聲檢測(cè)設(shè)備
(6)接受、處理相控陣探頭(3)的信號(hào)，并且提供相控陣探頭(3)的油路，排除相控陣探頭
(3)和焊接轉(zhuǎn)子之間的空氣。
[0012]進(jìn)一步的，所述移動(dòng)平臺(tái)(I)的底部由永磁磁鐵(20)和防滑輪(19)構(gòu)成，所述永磁磁鐵(20)間隙吸附在焊接轉(zhuǎn)子的表面；采用永磁磁鐵(20)間隙吸附在焊接轉(zhuǎn)子的表面，永磁磁鐵(20)與焊接轉(zhuǎn)子表面不接觸，留有間隙，依靠永磁磁鐵(20)的吸引力將移動(dòng)平臺(tái)吸附在焊接轉(zhuǎn)子的表面。
[0013]進(jìn)一步的，所述夾具(4)包括夾具骨架(12)、探頭夾持器(11)、萬向輪(15)、滾動(dòng)輪(14)、夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，移動(dòng)滑軌(13)及導(dǎo)向套(17);夾具骨架(12)的兩端分別包括兩個(gè)萬向輪(15)和兩個(gè)滾動(dòng)輪(14)，四個(gè)輪可以自由移動(dòng)；夾具骨架(12)上固定安裝了移動(dòng)滑軌(13)，通過電機(jī)(16)可以改變導(dǎo)向套(17)的橫向位置；導(dǎo)向套(17)和探頭夾持器
(11)進(jìn)行連接。
[0014]進(jìn)一步的，所述相控陣探頭夾具(4)夾持一個(gè)相控陣探頭(3)，相控陣探頭(3)的位置可以根據(jù)需要，通過夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)進(jìn)行調(diào)節(jié)，夾持相控陣探頭(3)的探頭夾持器
(11)確保了探頭和轉(zhuǎn)子充分接觸。
[0015]進(jìn)一步的，所述移動(dòng)平臺(tái)(I)包括直流有刷電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)器、ARM控制板、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及限位開關(guān)接口電路；所述移動(dòng)平臺(tái)內(nèi)部采用左右兩套驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)直流有刷電機(jī)；所述ARM控制板通過RS232與兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)器連接，所述ARM控制板發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，并且讀取驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)，完成運(yùn)動(dòng)控制的功能；所述編碼器安裝于電機(jī)軸進(jìn)行速度反饋。
[0016]進(jìn)一步的，所述移動(dòng)平臺(tái)(I)通過夾具驅(qū)動(dòng)電纜(21)和夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16 )進(jìn)行連接；所述ARM控制板接受限位開關(guān)接口電路的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)。
[0017]進(jìn)一步的，所述控制臺(tái)(5)包括電源部分、ATOM電腦和人機(jī)交互軟件；所述電源部分用于電源的轉(zhuǎn)換和保護(hù)功能，為ARM控制板和驅(qū)動(dòng)器提供電源供給；AT0M電腦作為上位機(jī)，運(yùn)行人機(jī)交互軟件，完成移動(dòng)平臺(tái)的控制。
[0018]控制臺(tái)(5)是整套系統(tǒng)的控制部件，提供了機(jī)器人系統(tǒng)的電源和人機(jī)交互功能，通過控制臺(tái)(5)可以設(shè)定切換機(jī)器人的工作模式，設(shè)定機(jī)器人的工作參數(shù)。
[0019]通過控制臺(tái)(5)可以控制移動(dòng)平臺(tái)(I)以給定速度，前后進(jìn)行移動(dòng)；移動(dòng)平臺(tái)(I)是整套系統(tǒng)的移動(dòng)主體；探頭前后移動(dòng)主要靠移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行帶動(dòng)；移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)計(jì)了把手，方便移動(dòng)平臺(tái)的拆裝。
[0020]進(jìn)一步的，所述人機(jī)交互軟件采用分層的軟件結(jié)構(gòu)，分為驅(qū)動(dòng)接口、運(yùn)動(dòng)控制、上位機(jī)通訊、人機(jī)交互四個(gè)功能層次。
[0021]在以上闡述的控制結(jié)構(gòu)下，可以方便的實(shí)現(xiàn)焊接轉(zhuǎn)子的自動(dòng)化相控陣超聲波無損檢測(cè)，這套機(jī)器人系統(tǒng)的工作步驟為:
1、通過探頭連線將相控陣探頭和超聲檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行連接，探頭可以正常進(jìn)行檢測(cè)。
[0022]2、固定相控陣探頭在夾具上，并且根據(jù)工藝要求，調(diào)整相控陣探頭的橫向位置。
[0023]3、將相控陣探頭夾具和移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行固定連接。
[0024]4、根據(jù)焊縫位置，調(diào)整移動(dòng)平臺(tái)和夾具左右兩邊的定位桿。
[0025]4、將移動(dòng)平臺(tái)和控制臺(tái)進(jìn)行連接，移動(dòng)平臺(tái)能夠根據(jù)控制臺(tái)的指令進(jìn)行移動(dòng)。
[0026]5、將移動(dòng)平臺(tái)和探頭夾具一同放置于焊接轉(zhuǎn)子的表面，通過控制臺(tái)控制機(jī)器人的行走，并且觀察相控陣檢測(cè)的結(jié)果。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本套系統(tǒng)通過在焊接轉(zhuǎn)子狹小的作業(yè)空間部署超聲檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)來延伸作業(yè)空間，極大簡(jiǎn)化了焊接轉(zhuǎn)子的相控陣超聲檢測(cè)。
[0028]2、本套系統(tǒng)具有吸附在焊接轉(zhuǎn)子表面的移動(dòng)平臺(tái)，該移動(dòng)平臺(tái)根據(jù)設(shè)定速度移動(dòng)，檢測(cè)過程中，無需人工的干預(yù)，極大的減輕了作業(yè)強(qiáng)度，提高了檢測(cè)的精度。
[0029]3、本套系統(tǒng)采用定位桿進(jìn)行定位，這種方式簡(jiǎn)單，可靠，精度高，特別適合焊接轉(zhuǎn)子這種環(huán)境的自動(dòng)化超聲檢測(cè)。
[0030]4、相控陣探頭夾具，具有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以橫向改變位置，在檢測(cè)作業(yè)中，無需對(duì)探頭拆卸就可以進(jìn)行位置的改變，提升了檢測(cè)的效率。
【附圖說