专利名称：超声波检测作业机器人系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能安装多种类型超声波收/发探头、适应多种扫查方式、具有多种运动形式甚至能沿着物体形面或焊缝轨迹自动跟踪行进的超声波检测作业机器人，简称爬行器。
背景技术：
在管道焊缝检测系统中用于承载X光拍照探测的作业机器人已在多年前由哈工大与大庆油田联合联制成功，而用于承载超声波相控阵探头的国内尚没有见到报道，而国外同类的作业机器人一般在不太规整的管道检测现场不能很好应用，还有一种应用于大型实验室超声波无损探伤系统，尽管有复杂的多轴伺服控制和轨道跟踪机器人功能，但体积有一层楼高一座小屋那样庞大且没有带相控阵探头的功能，不可能做成移动型车载到敷设管道的现场作环形运动检测。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种体积小，检测精确且可靠性高的超声波检测作业机器人系统。
本实用新型的超声波检测作业机器人系统包括机器人本体，用于控制机器人本体运动或定位控制系统、提供机器人本体工作时所需耦合液的耦合液自动循环系统、用于引导机器人本体运动的传动导轨。
本作业机器人系统只要在机械结构上其尺寸稍作适当缩放以及稍作变动或控制轴数量上稍作增减就可以变成适用于石油/化工、冶金/机械、市政/建筑、航空/航天、造船/核电以及兵器等领域当作无损探伤、焊缝检测以及自动焊机的爬行器之用。
图1是本实用新型的超声波检测作业机器人系统的总体结构示意图。
具体实施方式
如图1所示本实用新型的超声波检测作业机器人系统包括控制系统1、耦合液自动循环系统2，机器人本体3、传动导轨4。所述的控制系统1用于控制机器人本体运动或定位，所述的耦合液自动循环系统2提供机器人本体3工作时所需的耦合液，所述的机器人本体3沿传动导轨4及被检测管道运动。下面我们详细描述上述各部分的结构及其工作原理一、控制系统1它是由一台工控微机11、两个伺服驱动器12、两个交流伺服电机13、14及其光电编码定位器15、齿轮减速箱16、17、工控微机显示器18等构成两套数字伺服系统，所述的工控微机11通过多轴控制卡和电缆控制两个伺服驱动器12以分别驱动两个伺服电机13、14，所述的伺服电机13、14与机器人本体2固定连接并可带动机器人本体作两个自由度的运动，该伺服电机13、14及光电编码定位器15可确保带着超声波相控阵探头的机器人本体3能以某种速度朝着某个方向运动或精确定位到某个位置，确保整个检测系统在小于10分钟的时间内完成对管道焊缝每相距1毫米做一个横断面扫描检测的任务，能给系统主机提供A/B/C超数字图像重建并在其CRT(图像终端)上显示的时/空间原始检测数据，能安装其它类型的超声波检测探头，或只完成聚焦的相控阵超声波探头，辅以来回平移的机械动作，完成更为细微的断面扫描。该控制系统的驱动方式可通过操作伺服驱动器12的按键或工控微机11的键盘来进行手动控制，也可通过系统主机来进行自动控制。
二、机器人本体3其包括耦合液盒31，置于耦合液盒31内的固定相连接探头32，安装于耦合液盒31底部的用于方便机器人本体前后左右运动并使底部与被检测道表面间保持一定间隙的带有滚珠的滚珠板33、该耦合液盒31通过导杆34、悬壁梁35及恒压杆36与两个伺服电机固定连接，所述恒压杆可采用气动或液压保持其内压力在支杆的伸缩范围内保持恒等，且具有吸收机械震动和噪音的功效，不致因为机器人本体爬在管道的上壁表或下壁表受自重影响不同或因管道的椭圆度不同使耦合液盒31压向壁表的压力不同，或由于机械震动和噪音影响运动状态下的检测精度。
三、耦合液自动循环系统2其包括耦合液槽21、增压箱22、液泵23、进出液导管24以及恒温控制部件25等组成，所述的液泵22将耦合液槽21中的耦合液输送至增压箱22内并通过进出液导管输送至耦合液盒31，所述的进出液导管24与所述耦合液盒31的进出液口相连接，所述增压箱22结构与抽水马桶结构相似，当其耦合液水位低于一定的高度时，液泵23工作将耦合液抽至增压箱，当耦合液水位高于一定的高度时，液泵23停止工作，这样就可确保增压箱内的耦合液的水位保持在一定的范围内，增压箱22的高度高于耦合液盒31的高度，使增压箱内的耦合液以正常流速送入耦合液盒31内，从而确保运动着的超声波探头与有机玻璃楔块之间以及有机玻璃楔块下底边与被检管道表面之间始终均匀地分布有超声波耦合液，令超声波能在两种介质间顺利传导而不致影响检测结果，所述的恒温控制部件25可使耦合液保持恒温，且温度为30-65度可调，保持耦合液恒温的目的是为了使超声波检测在冬天/北方/野外均能正常进行，不致于因为寒冷或结冰影响检测结果或无法进行检测。所述的耦合液可以是水或甘油或机油。
四传动导轨4传动导轨4包括水平传动导轨41及爬行传动导轨42，伺服电机13可带动机器人本体3沿爬行传动导轨42运行，所述的爬行导轨可配合被测管道的形状，弯成圆周形或直线形，在本实施例中做成绕被检测管道外园一周的园周型，使机器人本体可沿管道外园爬行。所述的水平传动导轨42与机器人本体固定连接，当伺机服电机14带动水平传动导轨42左右运动的同时也带动机器人本体3左右平移，使机器人本体中的超声波检测探头具有两个自由度，从而使本机器人构成具有两个自由度进行数字控制的系统，可对各种管道或平板进行全方位检测，这样做的出发点是为了在现场安装使用时，很能容易把焊缝的中心线调到两个探头间隙的当中，其次是为了当焊缝的中心线所构成的园环平面不与管道的中轴线垂直时，就要求两探头间隙的中心点在沿管道爬行时要不断地平移才能始终保持其与焊缝中心线重合，最为重要的是，系统有了这套平移的自动装置，就能用同一个聚焦方案辅以机械平移完成逐点扫查，像第一代的CT一样可作出精确的CT断层图像。
所述的该运行导轨甚至可做成随焊缝或物体形边运动的闭环跟踪独立装置。
权利要求1.一种超声波检测作业机器人系统，包括机器人本体(3)，用于控制机器人本体运动或定位的控制系统(1)，其特征在于，还包括提供机器人本体(3)工作时所需耦合液的耦合液自动循环系统(2)、用于引导机器人本体(3)运动的传动导轨(4)。
2.根据权利要求1所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述的控制系统(1)包括一台工控微机(11)、两个伺服驱动器(12)、两个交流伺服电机(13、14)及其光电编码定位器(15)、齿轮减速箱(16、17)、工程微机显示器(18)等构成的两套数字伺服系统，所述的工控微机(11)通过多轴控制卡和电缆控制两个伺服驱动器(12)以分别驱动两个伺服电机(13、14)，所述的伺服电机(13、14)与机器人本体(3)固定连接并可带动机器人本体(3)作两个自由度的运动，所述的光电编码定位器(15)用于机器人本体(3)精确定位。
3.根据权利要求1所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述的机器人本体(3)包括设有进出液口的耦合液盒(31)，置于耦合液盒(31)内的固定相连接探头(32)，安装于耦合液盒(31)底部的用于方便机器人本体前后左右运动并使底部与被检测道表面间保持一定间隙的带有滚珠的滚珠板(33)、该耦合液盒(31)通过导杆(34)、悬壁梁(35)及恒压杆(36)与两个伺服电机(13、14)固定连接。
4.根据权利要求1所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述的耦合液自动循环系统(2)包括耦合液槽(21)、增压箱(22)、液泵(23)、进出液导管(24)以及可使合液保持一定温度的恒温控制部件(25)，所述的液泵(22)将耦合液槽(21)中的耦合液输送至增压箱(22)内并通过进出液导管输送至耦合液盒(31)，所述的进出液导管(24)与所述耦合液盒(31)的进出液口相连接。
5.根据权利要求4所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述增压箱(22)结构与抽水马桶结构相似，当其耦合液水位低于一定的高度时，液泵(23)工作将耦合液抽至增压箱，当耦合液水位高于一定的高度时，液泵(23)停止工作。
6.根据权利要求5所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述的增压箱(22)的放置高度高于耦合液盒(31)的高度。
7.根据权利要求1所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述的传动导轨(4)包括水平传动导轨(41)及爬行传动导轨(42)，所述的爬行导轨的形状与被测管道的形状相配合。
8.根据权利要求7所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，所述的爬行传动导轨(42)为圆周形或直线形。
9.根据权利要求7所述的超声波检测作业机器人系统，其特征在于，水平传动导轨(41)与机器人本体间固定连接。
专利摘要一种超声波检测作业机器人系统，包括机器人本体(3)，用于控制机器人本体运动或定位的控制系统(1)，其特征在于，还包括提供机器人本体(3)工作时所需耦合液的耦合液自动循环系统(2)、用于引导机器人本体(3)运动的传动导轨(4)。本作业机器人系统只要在机械结构上其尺寸稍作适当缩放以及稍作变动或控制轴数量上稍作增减就可以变成适用于石油/化工、冶金/机械、市政/建筑、航空/航天、造船/核电以及兵器等领域当作无损探伤、焊缝检测以及自动焊机的爬行器之用。
文档编号B25J5/02GK2616346SQ03228489
公开日2004年5月19日 申请日期2003年1月28日 优先权日2003年1月28日
发明者熊明光 申请人:上海市计祘技术研究所