基于位移傳感器的管道內徑測量裝置制造方法
【專利摘要】一種基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，主要由主動行走機構(1)、輔助行走機構(2)、傳感器檢測機構(3)、燈光視覺部分(4)、傳動機構(5)以及電氣控制柜組成，由主動行走機構(1)和輔助行走機構(2)的12個行走輪對機器人中心進行定位。傳動機構(5)用于保持主動行走機構及輔助行走機構支撐臂打開和收縮的同步性。激光位移傳感器用于測量管道內壁徑向相對位移、里程輪用于記錄裝置行走里程、壓力傳感器用于測量管壁與行走輪間壓力。燈光視覺部分(4)用于觀察管道內部環(huán)境。本實用新型能夠在線對管道徑向位移、管道直徑進行測量，測量精度高、量程大、速度快。
【專利說明】基于位移傳感器的管道內徑測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種管道內徑測量裝置，尤其是可以在線對管道內徑徑向位移進行測量，檢查管道內壁腐蝕、磨損等情況，一種非接觸、高精度、高速度的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置。
【背景技術】
[0002]管道被認為是傳輸能量最為安全經濟的方法，在石油化工行業(yè)管道使用與日俱增。我國現(xiàn)有油氣管道總長超過30萬公里，且以每年數千里的速度鋪設新的管道，油氣管道由于工作環(huán)境惡劣，長期使用會出現(xiàn)腐蝕、磨損等情況，嚴重的將會引起安全事故。因此，對管道的定期檢測、清理、維護顯得尤為重要。
[0003]傳統(tǒng)檢測技術中射線檢測方法不適合管道在線檢測，超聲檢測方法需要耦合劑且需要離管壁非常近，渦流檢測方法檢測結果不直觀，由于以上原因，近年來利用激光技術對管道進行檢測得到了廣泛的應用。另一方面，現(xiàn)有檢測機器人主動行走能力弱，大多需要單獨設計行走機構帶動檢測機構。管徑適應能力差，不具備適應多種管徑的能力。越障能力差，多數情況下會在管道內發(fā)生打滑現(xiàn)象，影響里程輪定位。
[0004]正式由于以上問題，所以設計一種高精度、高速度、非接觸的檢測裝置能夠對管道內徑進行測量具有重大意義。
【發(fā)明內容】
[0005]根據【背景技術】所述，本實用新型的目的在于提供一種能夠在線對管道進行高精度、高速度、非接觸測量的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]—種基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，主要由主動行走機構(I)、輔助行走機構(2 )、傳感器機構(3 )、燈光視覺機構(4)、傳動機構(5 )以及電氣控制柜組成，其中:主動行走機構(I)和輔助行走機構(2)設置行走輪對機器人中心進行定位，傳動機構(5)控制主動行走機構(I)及輔助行走機構(2)設置的支撐臂同步打開和收縮，激光位移傳感器
(20)測量管道內壁徑向相對位移、里程輪(34)記錄行走里程、壓力傳感器測量管壁與行走輪間壓力，燈光視覺機構(4)觀察管道內部環(huán)境。
[0008]主動行走機構(I)由長連桿(10)、短連桿(25)、連桿固定座(24)、電機(11)、電機固定架(26)、驅動輪(12)、斜齒輪組成，主動行走機構(I)采用三個電機獨立全驅動方式，三組行走機構結構布置相同，成120°圓周均勻分布。
[0009]輔助行走機構(2)由連桿筋(17)、調整板(18)、碟簧(33)、里程輪(34)、行走輪軸座(16 )、壓力傳感器(32 )組成，行走輪軸座(16 )分別固定在固定輪轂(35 )和滑動輪轂(39 )上，長連桿上固定有調整板(18)，調整板(18)內裝有用于測量管壁與行走輪間壓力的壓力傳感器(32)，調整板(18)上固定有彈簧固定座(33)。
[0010]傳感器機構(3)由伺服驅動電機(9)、電機固定法蘭(23)、旋轉臂(22)、傳感器固定架(21)、激光位移傳感器(20)、配重塊(7)組成，伺服驅動電機(9)通過固定法蘭(23)固定在測量裝置本體上，電機輸出軸連接旋轉臂(22)，電機控制旋轉臂(22)繞軸心旋轉。
[0011 ] 燈光視覺機構(4)由LED燈(8 )和攝像機(6 )組成，設置的兩個攝像機(6 )分開成
一定角度放置。
[0012]傳動機構(5 )由蝸輪(14 )、蝸桿(30 )組成電機輸出軸連接蝸輪(14 )，蝸輪(14 )與蝸桿(30)咬合傳動，蝸桿通過聯(lián)軸器(13)與主動行走機構(I)和輔助行走機構(2)的絲杠
(29)相連接，兩個絲杠方向相反設置，蝸桿(30)與絲杠(29)通過聯(lián)軸器相連。
[0013]前固定輪轂(35)、滑動輪轂(39)、后固定輪轂(37)通過三根導桿(36)相連，滑動輪轂與導桿間有導柱套(38)相連。
[0014]由于采用了以上技術方案，本實用新型具有以下優(yōu)點和效果:
[0015]1、本實用新型采用電機獨立全驅動方式，行走能力強，通過差速控制電機，裝置具有主動轉向能力；
[0016]2、本實用新型通過采集管道內壁與行走輪間壓力，可以換算出支撐臂是否完全打開，以使測量裝置最大限度的適合管徑，保證管道中心線與測量裝置中心線重合；
[0017]3、本實用新型中傳感器固定架可以在旋轉臂上上下移動，對傳感器與管壁距離進行微調，達到最佳測量距離的目的；
[0018]4、本實用新型采用一個步進電機同時帶動兩個滾珠絲杠，保持兩個支撐臂的同步性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型檢測裝置三維視圖；
[0020]圖2為本實用新型檢測裝置左視圖；
[0021]圖3為本實用新型檢測裝置剖視圖；
[0022]圖4為本實用新型檢測裝置固定架示意圖。
【具體實施方式】
[0023]由圖1示出一種基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，主要由主動行走機構1、輔助行走機構2、傳感器機構3、燈光視覺機構4、傳動機構5組成。
[0024]由圖2示出攝像機6通過固定板以一定角度對稱固定在前固定輪轂35上，LED燈8照亮管道內部，兩個攝像機6成一定角度放置，避免因旋轉臂20旋轉同時遮擋兩個相機，可以保證至少一個攝像機能夠觀察到管道內部環(huán)境。
[0025]由圖3示出主動行走機構I主要由長連桿10、短連桿25、連桿固定底座24、電機固定夾板26、斜齒輪、行走輪12組成，主動行走機構I采用三個電機獨立全驅動方式，電機為maxon EC16直流無刷電機,直流伺服電機輸出軸連接齒輪箱,通過電機固定法蘭、電機固定夾板固定在長連桿筋板上，齒輪箱輸出軸帶有一個傳動齒輪，通過斜齒輪傳動將電機的旋轉運動轉變?yōu)轵寗虞喌膱A周運動。三組行走機構布置相同，成120°圓周均勻分布。
[0026]由圖3示出輔助行走機構2主要由長連桿17、短連桿31、連桿固定底座16、調整板32、彈簧固定座33、里程輪34組成，長、短連桿固定座分別固定在固定輪轂35和滑動輪轂39上，長連桿筋板和短連桿筋板相連，可簡化為一種四桿機構，兩長連桿筋板上固定有調整板，調整板內裝有壓力傳感器18，壓力傳感器用于測量管壁與行走輪間壓力，通過換算可以知道支撐臂是否完全打開。調整板上固定有彈簧固定座，彈簧固定座內有碟簧母和碟簧釘，碟簧母和碟簧釘可以起到柔性緩沖作用。彈簧固定座上固定有行走輪底座，輔助行走輪通過軸連接在底座上。行走輪上裝有里程輪，可以記錄測量裝置行駛距離。
[0027]由圖3示出傳感器機構3由伺服驅動電機9、電機固定法蘭23、旋轉臂22、傳感器固定架21、激光位移傳感器20組成，電機通過固定法蘭固定在測量裝置本體上，電機輸出軸連接旋轉臂，通過控制電機使旋轉臂繞軸心旋轉。傳感器固定架一端連接旋轉臂，一端固定傳感器，固定架可在旋轉臂上滑動，通過旋轉螺母可以控制固定架在旋轉臂上的位置，對傳感器到管壁的距離進行調節(jié)。
[0028]由圖3不出傳動機構5由蝸桿30、蝸輪14組成，電機輸出軸連接蝸輪，蝸輪與蝸桿咬合傳動，將電機的轉動轉化為蝸桿的旋轉運動，蝸桿通過聯(lián)軸器與主動行走機構和輔助行走機構的絲杠相連接，兩個絲杠方向相反，這樣可以保證主動行走機構和輔助行走機構支撐臂打開和收縮的同步性。
[0029]由圖4示出前固定輪轂35、滑動輪轂39、后固定輪37轂通過三根導桿36相連，滑動輪轂與導桿間有導柱套38相連。這樣可以保證滑動輪轂沿導柱運動。
[0030]另知，電氣控制柜由傳感器控制器、電機控制器、電源、電纜組成，電機控制器控制電機方向和轉速，三個直流伺服電機用于控制驅動輪行走，一個直流伺服電機用于控制傳感器旋轉臂旋轉，步進電機用于控制滾珠絲杠的旋轉，傳感器控制器用于控制激光位移傳感器采集管道內壁徑向位移參數。
【權利要求】
1.一種基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，主要由主動行走機構(I)、輔助行走機構(2)、傳感器機構(3)、燈光視覺機構(4)、傳動機構(5)以及電氣控制柜組成，其特征在于:主動行走機構(I)和輔助行走機構(2)設置行走輪對機器人中心進行定位，傳動機構(5)控制主動行走機構(I)及輔助行走機構(2)設置的支撐臂同步打開和收縮，激光位移傳感器(20)測量管道內壁徑向相對位移、里程輪(34)記錄行走里程、壓力傳感器測量管壁與行走輪間壓力，燈光視覺機構(4)觀察管道內部環(huán)境。
2.根據權利要求1所述的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，其特征在于:主動行走機構(I)由長連桿(10)、短連桿(25)、連桿固定座(24)、電機(11)、電機固定架(26)、驅動輪(12)、斜齒輪組成，主動行走機構(I)采用三個電機獨立全驅動方式，三組行走機構結構布置相同，成120°圓周均勻分布。
3.根據權利要求1所述的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，其特征在于:輔助行走機構(2)由連桿筋(17)、調整板(18)、碟簧(33)、里程輪(34)、行走輪軸座(16)、壓力傳感器(32 )組成，行走輪軸座(16 )分別固定在固定輪轂(35 )和滑動輪轂(39 )上，長連桿上固定有調整板(18)，調整板(18)內裝有用于測量管壁與行走輪間壓力的壓力傳感器(32)，調整板(18)上固定有彈簧固定座(33)。
4.根據權利要求1所述的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，其特征在于:傳感器機構(3)由伺服驅動電機(9)、電機固定法蘭(23)、旋轉臂(22)、傳感器固定架(21)、激光位移傳感器(20 )、配重塊(7 )組成，伺服驅動電機(9 )通過固定法蘭(23 )固定在測量裝置本體上，電機輸出軸連接旋轉臂(22)，電機控制旋轉臂(22)繞軸心旋轉。
5.根據權利要求1所述的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，其特征在于:燈光視覺機構(4)由LED燈(8)和攝像機(6)組成，設置的兩個攝像機(6)分開成一定角度放置。
6.根據權利要求1所述的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，其特征在于:傳動機構(5 )由蝸輪(14 )、蝸桿(30 )組成電機輸出軸連接蝸輪(14 )，蝸輪(14 )與蝸桿(30 )咬合傳動，蝸桿通過聯(lián)軸器(13)與主動行走機構(I)和輔助行走機構(2)的絲杠(29)相連接，兩個絲杠方向相反設置，蝸桿(30)與絲杠(29)通過聯(lián)軸器相連。
7.根據權利要求3所述的基于位移傳感器的管道內徑測量裝置，其特征在于:所述的固定輪轂(35)、滑動輪轂(39)、后固定輪轂(37)通過三根導桿(36)相連，滑動輪轂與導桿間有導柱套(38)相連。
【文檔編號】G01B11/12GK203615897SQ201320586988
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權日:2013年9月23日
【發(fā)明者】曹建樹, 李魁龍, 李瑞慶, 韋義弟, 李貴軍, 張磊 申請人:北京石油化工學院