CN103267499A - 一种曲板y型接头结构参数自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，包括磁吸附爬行主体、测量机构、耦合剂添加机构和控制机构，所述测量机构安装在所述磁吸附爬行主体底板和侧板上，磁吸附爬行主体能吸附在被测曲板Y型接头两板上爬行，所述耦合剂添加机构安装在所述磁吸附爬行主体底板和侧板上，并分布在所述测量机构的测厚构件前后两侧，为测量机构提供耦合，所述控制机构安装在所述磁吸附爬行主体底板上。本发明运行时适应被测Y型接头两板的夹角和曲率的不断变化，满足多姿态环境下平稳运行。装置沿焊缝行走一次便可完成沿焊缝每一个距离处两板的夹角、厚度和曲率的测量，使用方便，测量成本低，省时省力。

Description

一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置

 

技术领域

本发明涉及一种板与板Y型接头结构参数的自动测量装置，尤其涉及一种针对两个板的夹角随长度方向上板的厚度及曲率的变化而变化的Y型接头能一次性同时完成超声探伤所需结构参数测量的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置。

背景技术

超声检测法具有灵敏度高、检测范围大、检测速度快等优点，它不仅可以检测材料或构件的表面缺陷，还可以检测内部缺陷，对裂纹、叠层和分层等平面状缺陷具有很强的检出能力，作为一种优良的无损检测方法被广泛应用在工业检测中。

板与板焊接的Y形接头是结构中常用接头型式，若两个板之间的夹角在长度方向上随板厚度以及曲率的变化而变化，超声检测接头缺陷时，会因为接头角度、板厚、曲率的几何参数未知，无法确定检测参数而不能探伤。为能使用超声检测法对曲板Y型接头进行探伤，需要对曲板Y型接头两板的厚度、曲率以及夹角进行测量。

水轮机转轮中叶片与上冠或下环的接头作为曲板Y型接头的典型代表，接头两板夹角随长度方向上板的厚度及曲率的变化而变化，且转轮流道狭长、空间小。用量角器和超声测厚仪可测量两板的角度和厚度，用多个直尺组合的方式可测量板的曲率，用皮尺可测量从焊缝端点沿焊缝方向的距离。也可使用电磁测量、激光测量等技术进行结构参数测量或进行三维空间复原后提取超声探伤所需参数。

使用上述人工测量方式，需先进行测量点定位，再单一测量该测量点处厚度、角度和曲率，转轮流道狭长，测量不便、工作量大、效率低，测量误差大、重复性差，费时费力。使用电磁测量、激光测量等仪器，空间限制以至测量难度大，仪器昂贵以至测量成本高，超声探伤只需要Y型接头沿长度方向上两板厚度、曲率和夹角的参数，空间复原则存在大部分无用工作。超声探伤才是目的，而测量结构参数便花费了主要人力物力。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，包括磁吸附爬行主体、设置在磁吸附爬行主体上的测量机构、耦合剂添加机构以及控制机构；所述磁吸附爬行主体包括支架组件和磁吸附爬行组件，所述支架组件包括底板、固定在底板上的底板铰接座、侧板、固定在侧板上的侧板铰接座；所述底板和侧板通过两个铰接座链接在一起；所述底板和侧板上均设有测量机构；所述底板和侧板上均设有磁吸附爬行组件；所述底板上设有耦合剂添加机构；所述控制机构分别与测量机构、耦合剂添加机构以及磁吸附爬行组件电连接。

本发明装置能在此结构下沿着Y型接头长度方向轨迹运行，并记录沿焊缝方向的运行距离，并且在该距离下同时测量两板厚度、夹角和两板各自的曲率。测量空间狭小，装置整体尺寸小。测量装置运行时适应被测Y型接头两板的夹角和曲率的不断变化，满足多姿态环境下平稳运行。装置沿焊缝行走一次便可完成沿焊缝每一个距离处两板的夹角、厚度和曲率的测量，使用方便，测量成本低，省时省力。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述磁吸附爬行组件包括两个固定在底板后部的后轮座、安装在两个后轮座之间的轴承、两端安装在轴承上的轴、以及安装在轴上的两个全向轮；直流驱动电机与配接减速箱，减速箱和全向轮的轴通过齿轮传动，编码器与齿轮连接获得全向轮转动速度；该磁吸附爬行组件还包括安装底板前部的一套前轮，安装侧板的三套侧边轮以及通过螺栓安装于底板下部两个全向轮之间的方形永磁铁。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述前轮和侧边轮结构相同，均包括：通过万向节和侧板或底板连接的中间片；所述中间片呈三角形状，靠近三个角分别安装一个万向球，三个万向球中部安装一个圆形永磁铁，所述圆形永磁铁和中间片固定。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述测量机构由包括角度测量组件、厚度测量组件和距离测量组件；角度测量组件包括两套三轴陀螺仪及加速度传感器单元；第一套三轴陀螺仪及加速度传感器单元安装于底板上，第二套三轴陀螺仪及加速度传感器安装于侧板上。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，厚度测量组件包括固定片、三个厚度测量万向球、短弹簧、直线轴承和超声测厚探头；固定片为三角形板，三个厚度测量万向球分别安装于固定片的三个角附近，超声测厚探头通过短弹簧穿过固定片上的直线轴承，并布置于三个厚度测量万向球之间，三个厚度测量万向球使固定片和被测面距离恒定，短弹簧使超声测厚探头和被测面良好贴合，且短弹簧压缩量固定使超声测厚探头压力恒定。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述距离测量组件包括距离测量万向节、长弹簧、应力传感器和距离测量直线轴承；距离测量万向节同厚度测量组件连接，距离测量万向节顶端通过长弹簧和底板连接，距离测量万向节使厚度测量组件与被测面能三点贴合，应力传感器设置在长弹簧和距离测量万向节顶端之间。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述厚度测量组件和距离测量组件分别在底板和侧板中部安装三套，且底板和侧板上的三套分别分布在一条直线上，该直线垂直于底板和侧板铰接轴的方向。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述耦合剂添加机构包括耦合剂箱体、粘稠耦合剂、步进电机、推压体和海绵滚动轮；耦合剂箱体同底板固定安装，通过步进电机使设置在耦合剂箱体内的推压体上下运动，海绵滚动轮安装于耦合剂箱体底部。

在上述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，所述控制组件安装于所述底板后部，控制组件将编码器数据和厚度测量组件、厚度测量组件的数据记录并反馈到上位机，控制组件通过上位机信号控制直流驱动电机和步进电机。

因此，本发明具有如下优点：1.本发明的直流驱动电机通过减速箱后驱动轴旋转90°输出，有利于减小装置的体积，使装置可以在具有空间限制的构件上进行测量；本发明的主板和侧板之间可以相对旋转，底板和侧板上安装有磁吸附爬行机构，使装置可以沿着Y型接头长度方向爬行，且底板和侧板夹角随Y型接头两板夹角变化；总之，本发明可适用于具有空间限制的曲板Y型接头的测量，克服了现有技术的不足；2.本发明还设置万向节部件，使中间片和固定片上的万向球都能和爬行面良好贴合；本发明设置弹性部件，设置三个万向球支撑固定片部件，使超声测厚探头能以恒定压力和受检面良好贴合；本发明还设置有耦合剂添加机构，以便对超声测厚探头进行良好耦合；本发明还设置了步进电机组件，使耦合剂的添加速度根据需求量进行调节。

附图说明

图1为本发明的一种立体结构示意图。

图2为本发明的另一种立体结构示意图。

图3为本发明的厚度测量组件和距离测量组件剖视图。

图4为本发明的耦合剂添加机构剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1~2所示，本发明具体实施例的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置由磁吸附爬行主体1、测量机构2、耦合剂添加机构3和控制机构4组成，控制机构驱动磁吸附爬行主体，使其沿着被测Y型接头移动进行结构参数测量。

磁吸附爬行主体1包括支架组件11和磁吸附爬行组件12，支架组件中，底板111上固定底板铰接座113，侧板112上固定侧板铰接座114，底板和侧板通过两个铰接座链接在一起，底板和侧板之间的夹角随着Y型接头两板夹角的变化而变化，从而保证装置始终沿着变角度Y型接头行走并进行测量。

本实施例中，磁吸附爬行组件12部分，后轮座121固定在底板上，通过轴承将轴安装在两个后轮座之间并将全向轮122安装在轴上，直流驱动电机124通过减速箱125后将输出轴旋转了90°，直流驱动电机则可沿着底板前后方向安装，减小了底板部分总体宽度，减速箱输出轴和全向轮轴通过齿轮127传动，编码器126也通过齿轮随动获得全向轮转动速度，编码器记录全向轮行走速度并反馈至控制机构，控制机构根据需求调整直流驱动电机输出速度，实现装置行走速度按照要求运行，底板前部安装一套前轮129，侧板安装三套侧边轮128，此即实现了装置爬行功能，底板和侧板均可在变曲率曲面上爬行。

本实施例中，方形永磁铁123通过螺栓安装于底板下部两个全向轮之间，前轮129和侧边轮128结构一样，中间片1282通过万向节1281和侧板连接，中间片呈三角形状，靠近三个角分别安装一个万向球1283，三个万向球中部安装一个圆形永磁铁1284，圆形永磁铁和中间片固定，此即实现了装置吸附在被测构件上行走功能。

如图3所示，测量机构2由角度测量组件21、厚度测量组件22和距离测量组件23组成。角度测量组件22包括两套三轴陀螺仪及加速度传感器单元；第一套三轴陀螺仪及加速度传感器单元211安装于底板111上，第二套三轴陀螺仪及加速度传感器212安装于侧板112上；由于三轴陀螺仪和加速度传感器要配合使用精度才高，所以一套三轴陀螺仪及加速度传感器单元包括了三轴陀螺仪和加速度传感器的组合。

本实施例中，厚度测量组件22和距离测量组件23分别在底板和侧板中部安装三套，且底板和侧板上的三套分别分布在一条直线上，该直线垂直于装置底板和侧板铰接轴的方向。

本实施例中，厚度测量组件22包括固定片221、三个厚度测量万向球222、短弹簧223、直线轴承224和超声测厚探头225；固定片221为三角形板，三个厚度测量万向球222分别安装于固定片221的三个角附近，超声测厚探头225通过短弹簧223穿过固定片221上的直线轴承224，并布置于三个厚度测量万向球222之间，三个厚度测量万向球222使固定片221和被测面距离恒定，短弹簧223使超声测厚探头225和被测面良好贴合，且短弹簧225压缩量固定使超声测厚探头225压力恒定。

本实施例中，

距离测量组件23包括距离测量万向节231、长弹簧232、应力传感器233和距离测量直线轴承234；距离测量万向节231同厚度测量组件22连接，距离测量万向节231顶端通过长弹簧232和底板111连接，距离测量万向节231使厚度测量组件22与被测面能三点贴合，长弹簧232拉伸力通过距离测量万向节231传递给厚度测量组件22，使厚度测量组件22能压合在被测面上；应力传感器233设置在长弹簧232和距离测量万向节231顶端之间，通过应力传感器233可知长弹簧232拉伸力，从而计算长弹簧长度，进而得出被测面在该测量点与所述底板111或侧板112的高度，底板111和侧板112上分别测算出同一直线上三个点距离底板和侧板的距离，从而可以确定底板111和侧板112三个测量点所在的圆弧即圆弧直径。

如图4所示，耦合剂添加机构3包括耦合剂箱体31、粘稠耦合剂32、步进电机33、推压体35和海绵滚动轮34；耦合剂箱体31同底板111固定安装，通过步进电机22使设置在耦合剂箱体31内的推压体35上下运动，海绵滚动轮34安装于耦合剂箱体31底部。装置爬行时海绵滚动轮34在爬行面上呈压缩状态，使海绵滚动轮34和爬行面良好贴合且随着装置的行走进行滚动，根据耦合需求可控制步进电机33运行速度，从而控制推压体35推进速度，粘稠耦合剂受推压体35推进后，在海绵滚动轮34的滚动下，附着在海绵滚动轮34表面被刷涂到被测面表面，从而使超声测厚探头225得到良好耦合。

控制组件4安装于所述底板111后部，控制组件4将编码器126数据和厚度测量组件22、厚度测量组件22的数据记录并反馈到上位机，控制组件4通过上位机信号控制直流驱动电机124和步进电机33，从而控制装置前行速度和耦合剂添加速度。

以装置在水轮机转轮叶片与上冠或下环Y型接头的测量为例，具体讲述本发明的测量过程。

转轮叶片与上冠或下环Y型接头在出水边处叶片间距小，流道狭长，叶片与上冠或下环的Y型接头角夹角随叶片长度方向上板的厚度和曲率的不断变化而变化。测量装置在上冠与叶片上行走，装置基本为倒挂状态，在下环与叶片上行走时，在转轮入水边处近似水平行走，而到出水边处则几乎为竖直状态，而在检测过程中装置将出现各种空间姿态。

本发明整体设计尺寸为宽度280mm，高度为260mm，前后长度200mm，以装置在转轮流道内沿着上冠与叶片爬行测量上冠与叶片Y型接头为例，首先将装置进行初始化，操作人员将测量装置倒置，使底板上的全向轮和万向球贴近上冠，装置则吸附在上冠上，将侧板上的侧边轮和叶片贴近，侧板则与叶片贴合，操作人员调整装置位置，使底板、侧板分别和上冠、叶片良好贴合，此时编码器记录装置沿着Y型接头行走距离为零，操作人员记录下此时装置沿Y型接头距离入水边的距离。

开始运行装置进行测量，直流电机和编码器配合实现测量装置平稳向前运动，磁铁使装置和上冠和叶片始终贴合，保证装置沿着曲板Y型接头长度方向前行，装置行进时，步进电机控制探耦合剂的添加，保证超声测厚探头始终耦合良好，并测得该处叶片与上冠的厚度，若因叶片或上冠自身的两个表面角度太大超声波无法返回，则此处无法测量且无数据返回控制机构，若叶片或上冠自身的两个表面平行或角度不大，则超声测厚探头能测得此处厚度，同时距离测量组件能测出该处底板或侧板离行走面的距离，通过底板或侧板上三个点测出的距离可以获得该处叶片或上冠表面的曲率。装置行进时，底板和侧板随着Y型接头角度变化而变化，通过两个三轴陀螺仪和加速度传感器空间位置角度相减可计算装置底板和侧板角度，再根据厚度测量组件和距离测量组件测出的测量点与底板和侧板相对位置以及测量点处板厚，便可获知Y型接头该点处的截面外形尺寸。

本发明的自动测量装置，是一种适用于检测空间狭小，测量装置多姿态运行，沿着受检Y型接头长度方向特定轨迹行走，受检Y型接头两板夹角随长度方向上板的厚度及角度的变化而变化的Y型接头的结构参数自动测量装置，除了用于水轮机转轮的Y型接头结构参数测量，也可用于类似结构Y型接头的测量。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，包括磁吸附爬行主体（1）、设置在磁吸附爬行主体（1）上的测量机构（2）、耦合剂添加机构（3）以及控制机构（4）；所述磁吸附爬行主体（1）包括支架组件（11）和磁吸附爬行组件（12），所述支架组件（11）包括底板（111）、固定在底板（111）上的底板铰接座（113）、侧板（112）、固定在侧板（112）上的侧板铰接座（114）；所述底板（111）和侧板（112）通过两个铰接座链接在一起；所述底板（111）和侧板（112）上均设有测量机构（2）；所述底板（111）和侧板（112）上均设有磁吸附爬行组件（12）；所述底板（111）上设有耦合剂添加机构（3）；所述控制机构（4）分别与测量机构（2）、耦合剂添加机构（3）以及磁吸附爬行组件（12）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述磁吸附爬行组件（12）包括两个固定在底板（111）后部的后轮座（121）、安装在两个后轮座（121）之间的轴承、两端安装在轴承上的轴、以及安装在轴上的两个全向轮（122）；直流驱动电机（124）与配接减速箱（125），减速箱（125）和全向轮（122）的轴通过齿轮（127）传动，编码器（126）与齿轮（127）连接获得全向轮转动速度；该磁吸附爬行组件（12）还包括安装底板前部的一套前轮（129），安装侧板的三套侧边轮（128）以及通过螺栓安装于底板（11）下部两个全向轮（122）之间的方形永磁铁（123）。

3.根据权利要求2所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述前轮（129）和侧边轮（128）结构相同，均包括：通过万向节（1281）和侧板（112）或底板（111）连接的中间片（1282）；所述中间片（1282）呈三角形状，靠近三个角分别安装一个万向球（1283），三个万向球（1283）中部安装一个圆形永磁铁（1284），所述圆形永磁铁（1284）和中间片（1282）固定。

4.根据权利要求2所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述测量机构（2）由包括角度测量组件（21）、厚度测量组件（22）和距离测量组件（23）；角度测量组件（22）包括两套三轴陀螺仪及加速度传感器单元；第一套三轴陀螺仪及加速度传感器单元（211）安装于底板（111）上，第二套三轴陀螺仪及加速度传感器（212）安装于侧板（112）上。

5.根据权利要求4所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，厚度测量组件（22）包括固定片（221）、三个厚度测量万向球（222）、短弹簧（223）、直线轴承（224）和超声测厚探头（225）；固定片（221）为三角形板，三个厚度测量万向球（222）分别安装于固定片（221）的三个角附近，超声测厚探头（225）通过短弹簧（223）穿过固定片（221）上的直线轴承（224），并布置于三个厚度测量万向球（222）之间，三个厚度测量万向球（222）使固定片（221）和被测面距离恒定，短弹簧（223）使超声测厚探头（225）和被测面良好贴合，且短弹簧（225）压缩量固定使超声测厚探头（225）压力恒定。

6.根据权利要求5所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述距离测量组件（23）包括距离测量万向节（231）、长弹簧（232）、应力传感器（233）和距离测量直线轴承（234）；距离测量万向节（231）同厚度测量组件（22）连接，距离测量万向节（231）顶端通过长弹簧（232）和底板（111）连接，距离测量万向节（231）使厚度测量组件（22）与被测面能三点贴合，应力传感器（233）设置在长弹簧（232）和距离测量万向节（231）顶端之间。

7.根据权利要求6所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述厚度测量组件（22）和距离测量组件（23）分别在底板（111）和侧板（112）中部安装三套，且底板（111）和侧板（112）上的三套分别分布在一条直线上，该直线垂直于底板（111）和侧板（112）铰接轴的方向。

8.根据权利要求4所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述耦合剂添加机构（3）包括耦合剂箱体（31）、粘稠耦合剂（32）、步进电机（33）、推压体（35）和海绵滚动轮（34）；耦合剂箱体（31）同底板（111）固定安装，通过步进电机（22）使设置在耦合剂箱体（31）内的推压体（35）上下运动，海绵滚动轮（34）安装于耦合剂箱体（31）底部。

9.根据权利要求8所述的一种曲板Y型接头结构参数自动测量装置，其特征在于，所述控制组件（4）安装于所述底板（111）后部，控制组件（4）将编码器（126）数据和厚度测量组件（22）、厚度测量组件（22）的数据记录并反馈到上位机，控制组件（4）通过上位机信号控制直流驱动电机（124）和步进电机（33）。

Images