[发明专利]一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置

权利要求书

1.一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：包括钳形机械臂组件、导向轮组件和超声波探伤盒组件；

所述钳形机械臂组件为两个三轴机械臂，两个所述三轴机械臂分别连接在水下机器人的左右，用于固定机器人；

所述导向轮组件安装在钳形机械臂组件的末端，用于引导钳形机械臂组件的运动及切换运动方式；

所述超声波探伤盒组件与钳形机械臂组件的四叉端连接，用于确认钳形机械臂组件是否展开至合适角度，以及用于完成管道的超声波探伤和数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：每个所述三轴机械臂包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂，所述第一机械臂的首端与水下机器人连接，所述第一机械臂的末端通过第一水平旋转轴承与第二机械臂的首端连接，所述第二机械臂的末端通过阻尼器分别与第三机械臂和第四机械臂的首端连接，且阻尼器通过第二水平旋转轴承与第二机械臂的末端连接，所述第三机械臂和第四机械臂的末端分别与导向轮组件连接；所述第三机械臂和第四机械臂均为二分叉结构，所述第三机械臂和第四机械臂与阻尼器连接组成钳形结构。

3.根据权利要求2所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：所述导向轮组件包括电机、旋转法兰和轮子，所述电机的输出轴与旋转法兰连接，所述旋转法兰通过连接支架与轮子连接，所述轮子内部嵌有RFID芯片，用以定位轮子目前的具体位置；所述电机带动旋转法兰运动，可切换轮子的水平朝向状态和竖直朝向状态。

4.根据权利要求3所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：所述旋转法兰上分别设有第一限位器和第二限位器；所述轮子为橡胶轮子，所述轮子的表面设有波浪形条纹。

5.根据权利要求4所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：所述超声波探伤盒组件包括外盒、以及内置于外盒内的超声波探头和单片机，所述超声波探头的晶片面通过开在外盒下表面的圆形洞外漏；所述外盒的四角内置有第一拉力传感器、第二拉力传感器、第三拉力传感器和第四拉力传感器；所述外盒的四角外侧通过弹簧组件与对应方位的第三机械臂和第四机械臂的分叉末端连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：所述弹簧组件包括分布于外盒四角的第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧和第四弹簧。

7.根据权利要求6所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：所述超声波探伤装置的工作流程为：

A、水下机器人定位水下管道后，两个三轴机械臂开始运动，使导向轮组件触碰到管壁但弹簧形变较小，即读取到的拉力传感器数据较小，完成对管道的粗环抱；

B、读取每个轮子内部的RFID芯片信息，完成对每个轮子位置的细定位，根据读取到的轮子位置信息，将每个轮子的位置视为一个点，即可通过多点拟合圆形的方式确定管道圆形截面的圆心；

C、机械臂慢速运动，细调轮子的位置，使左右两个三轴机械臂的轮子在管道上呈镜像对称，两个三轴机械臂施加的压力指向管道圆形截面的圆心并镜像对称；

D、三轴机械臂逐渐增大施加的压力，在导向轮组件的带动下钳形展开角度逐渐增大，弹簧形变增大，直到读取到的拉力传感器数据到达预设值，此时超声波探伤盒已紧贴管道，可以开始探伤作业；

E、锁死阻尼器，使钳形展开角度不再变化，启动超声波探头，水下机器人开始围绕管道做水平圆周运动，水下机器人运动的同时三轴机械臂也根据轮子的定位信息，随时细调位置，时刻满足左右两个三轴机械臂的轮子在管道上呈镜像对称，两个三轴机械臂施加的压力指向管道圆形截面的圆心并镜像对称的要求，以获得最稳固的环抱姿势；

F、水下机器人完成一圈圆周运动回到原位后，启动换向程序将轮子由水平朝向切换为竖直朝向，水下机器人竖直运动，带动机械臂竖直运动，前往管道上下一个需要检测的位置，到达该位置后，再启动换向程序将轮子切换回水平朝向；

G、重复B～F步骤，即可完成对水下竖直管道的超声波探伤检测作业。

8.根据权利要求7所述的一种适用于不同直径水下竖直管道的超声波探伤装置，其特征在于：所述步骤F中，换向程序具体步骤为：

a、记录当前拉力传感器数据，机械臂略微减小施加的压力，使拉力传感器数据减小，轮子不再紧压管道表面；

b、旋转法兰开始做中心旋转，带动轮子一起旋转，直至到达水平朝向或竖直朝向限位器；

c、机械臂重新施加压力，使拉力传感器数据与换向前大致相同，换向程序完成。