一种用于管道内测厚装置及厚度检测方法与流程

本发明涉管道探测技术领域，具体的是涉及一种用于管道内测厚装置及测厚方法。

背景技术：

随着社会的发展和人民生活水平的提高，天然气管道以及各种输送管道的应用越来越多。在我国及世界各个国家内，由于地形的限制和土地资源的有限，在地下都埋设了很多输送管道，在埋有管道的地面上都已经建成了很多的建筑物、公路等，给管道的维修和维护造成了很大的困难。另一方面，石油、天然气、化工、电力、冶金等工业的管道工程大多采用焊接管路，既有水平管道，也有竖直管道。为了保证焊接管路的焊接质量和运行安全，管道工程师需要对焊缝进行检测，检测焊接部位是否存在虚焊、漏焊、伤痕等焊接缺陷。

由于管道内部结构错综复杂、环境恶劣危险并且内径较小，人工难以在这样的环境下工作，而管道爬行器可代替人，搭载不同的功能模块，在狭窄空间中进行精密操作、检测或作业。这种技术提高了管道检测的准确性，便于管道工程管理维护人员分析了解管道缺陷产生的原因，开展对缺陷的评估，制订管道维护方案，消除管道安全隐患，在事故发生前就有计划地维修或更换管段，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本。

现有的管道侧厚装置基本都是在管道外进行检测，测量的厚度误差比较大。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种结构简单，能够在管道中进行爬行，在管道内对管道的厚度进行检测的用于管道内测厚装置和测厚方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种用于管道内测厚装置，其包括外壳，分别固定设在壳体两端的驱动电机和角度旋转电机，所述的靠近驱动电机的驱动轴固定连接有驱动麦克纳姆轮，该驱动麦克纳姆轮位于外壳的侧边，驱动麦克纳姆轮的中心线与与外壳的中心线位于同一条直线上，且驱动麦克纳姆轮的直径大于外壳的直径；所述的角度旋转电机的转轴与设在外壳侧边的检测头，所述的检测头的周面上设有向检测头中心线方向延伸的安装腔体，所述的安装腔体内设有厚度检测探头，所述的厚度检测探头与安装腔体的底部通过探头伸缩电缸固定连接，所述的外壳靠近角度旋转电机的端部外套设有与驱动麦克纳姆轮直径相同的从动麦克纳姆轮，该从动麦克纳姆轮与外壳通过连接轴承固定连接；

所述的驱动电机驱动驱动麦克纳姆轮进行转动，驱动麦克纳姆轮在管道中进行曲线运动，当到达需要进行检测点时，所述的探头伸缩电缸推动厚度检测探头使厚度检测探头与管道内壁进行接触，实现对管道的厚度进行检测，检测完成后角度旋转电机带动检测头转动进行多点的厚度检测。

所述的厚度检测探头包括与探头伸缩电缸的伸缩端固定连接的圆环壳体和厚度检测传感器，固定设在圆环壳体内将圆环壳体分为上腔体和下腔体的圆形隔板，套设在圆环壳体的上腔体中且与圆环壳体同心的内环体，所述的内环体内设有环形多个环形弹性片，所述的厚度检测传感器置于内环体中，并通过环形弹性片进行卡紧固定。

所述的圆环壳体的上端固定连接上封盖，所述的圆环壳体中下腔体中固定设有装有用于涂覆到管道内壁上耦合液的耦合液箱体，所述的耦合液箱体的出口连接有耦合液管线，所述的耦合液管线的端部依次穿过圆形隔板、圆环壳体与内环体形成的环形腔体，并与上封盖上设有的耦合液喷头连通，所述的耦合液管线上设有将耦合液箱体中的耦合液泵入到耦合液喷头中的耦合液泵。

所述的外壳的周向面两侧上分别设有与外壳中心线平行的安装槽，所述的安装槽的底部设有与外壳内腔相同的槽孔，所述的安装槽内设有支撑杆，该支撑杆的一端与安装槽的端部活动连接，另一端连接有用于与管道进行吸附的吸附装置，所述的外壳内设有支撑电缸，该支撑电缸的神缩端穿过槽孔与支撑杆的中部活动连接，且所述的支撑电缸推动支撑杆使支撑杆端部的吸附装置与管道内壁吸附，或支撑电缸伸缩是支撑杆置于安装槽中。

所述的吸附装置包括吸附壳体，设在吸附壳体下端并与支撑杆端部活动连接的连接座，所述的吸附壳体的内设有屏蔽壳体，且该屏蔽壳体的外壁与吸附壳体固定连接，所述的屏蔽壳体中设有电磁铁柱，所述的电磁铁柱上缠绕有电磁线圈，电磁线圈在通电情况下，所述的电磁铁柱产生磁性与管道内壁进行吸附。

所述的外壳的两端分别固定连接有第一法兰盖和第二法兰盖，所述的驱动电机通过第一法兰盖固定在外壳一端中，且该驱动电机的驱动轴穿过第一法兰盖并与第一法兰盖通过驱动轴轴承连接，所述的角度旋转电机通过第二法兰盖固定在外壳的另一端中，且该角度旋转电机的转轴穿过第二法兰盖并与第二法兰盖通过转轴轴承连接。

所述的外壳内设有第一隔板和第二隔板，所述的第一隔板和第二隔板将外壳内分为驱动电机安装腔、中部腔体和角度旋转电机安装腔；且所述的驱动电机固定安装在驱动电机安装腔中，角度旋转电机固定安装在角度旋转电机安装腔中，所述的中部腔体设有元器件安装套管，该元器件安装套管的两端分别与第一隔板和第二隔板固定连接，设在外壳内的支撑电缸的缸体与元器件安装套管的外壁固定连接。

所述的驱动电机安装腔内设有电机安装壳体，所述的电机安装壳体的周向面上开设有缺口，电机安装壳体的内部设有凸起，所述的驱动电机安装腔对应的外壳的两侧设有锁紧槽，所述的锁紧槽的底部设有与外壳内相通的螺纹孔，该螺纹孔内连接有锁紧螺钉，该锁紧螺钉的端部延伸到外壳内并与电机安装壳体抵触，使电机安装壳体发生变形，通过电机安装壳体内的凸起与驱动电机的表面挤压将驱动电机固定在电机安装壳体中；

所述的第二法兰盖的内侧面上固定连接有压板，所述的角度旋转电机通过该压板压在角度旋转电机安装腔中。

所述的元器件安装套管内设有pcb板，该pcb板上设有微处理器、通讯模块、控制模块和电源模块，所述的电源模块分别与驱动电机、角度旋转电机、探头伸缩电缸和支撑电缸通过控制模块电连接，所述的微处理器与控制模块电连接，所述的厚度检测传感器与微处理器双向电连接，所述的微处理器与通讯模块双向连接，所述的通讯模块与远端的控制器无线连接；

所述的控制器发出指令，通讯模块接受控制器发生的指令，并将接受到的指令发送给微处理器，微处理器根据接收到的发送的指令控制驱动电机、角度旋转电机、探头伸缩电缸和支撑电缸发生相对的运动，当达到指定的位置时，厚度检测传感器对管道的厚度进行检测，并将检测后的数据发送给微处理器，微处理器将接受到的数据通过通讯模块发送给控制器进行储存和读取。

一种侧厚方法，按照以下步骤进行：

步骤一：将测厚装置放入到管道中，通过控制器开启驱动电机带动驱动麦克纳姆轮进行转动，测厚装置在管道中进行曲线运动；

步骤二：达到需要检测的位置时，微处理器控制支撑电缸推动支撑杆立起，当支撑杆端部的吸附装置与管道接触时，微处理器将电源与电磁线圈接通，电磁铁柱产生电磁与管道进行吸附，将整个机器人固定起来；

步骤三：当步骤二中的机器人固定完成后，微处理器控制探头伸缩电缸推动厚度检测传感器的端部与管道内壁进行接触，在接触的同时微处理器控制耦合液泵工作，将耦合液箱体中的耦合液通过耦合液喷头涂覆在管道上，厚度检测传感器对管道的厚度进行检测，并将检测到的数据传送给微处理器，微处理器将检测到的数据通过通信模块发送给控制器进行储存和读取，完成一个点的检测；

步骤四：完成一点检测后，探头伸缩电缸回缩，微处理器控制角度旋转电机进行转动，带动厚度检测传感器旋转九十度，按照步骤三进行第二点的测试，依次完成四个点的测试。

本发明的有益效果是：结构简单，能够在管道内进行爬行，能够在管道内对管道的厚度进行检测，检测到的数据误差小，更加的准确。

附图说明

图1是本发明中机器人的示意图；

图2是本发明中厚度检测探头的剖视结构示意图；

图3是本发明中吸附装置的结构示意图；

图4是本发明中电机安装壳体的结构示意图；

图5是本发明中电连接关系结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1一种用于管道内测厚装置，包括外壳1，该外壳1采用圆柱状，能够保证在管道中进行行走时不会对管道的内壁造成碰撞，造成管道发生损伤，分别固定设在壳体1两端的驱动电机6和角度旋转电机8，所述的靠近驱动电机6的驱动轴固定连接有驱动麦克纳姆轮7，该驱动麦克纳姆轮7位于外壳1的侧边，驱动麦克纳姆轮7的中心线与与外壳1的中心线位于同一条直线上，且驱动麦克纳姆轮7的直径大于外壳1的直径；采用驱动麦克纳姆轮7作为驱动轮，能够保证整个机器人进行多个方向的运动，同时采用驱动麦克纳姆轮7能够保证该机器人能够在管道中进行曲线运动，并且能够进行前行，所述的角度旋转电机8的转轴与设在外壳1侧边的检测头9，所述的检测头9的周面上设有向检测头9中心线方向延伸的安装腔体10，所述的安装腔体10内设有厚度检测探头12，所述的厚度检测探头12与安装腔体10的底部通过探头伸缩电缸11固定连接，所述的厚度检测探头12用于对管道的厚度进行检测，所述的角度旋转电机8带动检测头进行角度转动，本实施例中的角度调节为90°，及在转动90°后停止，能够实现多个点的厚度检测，保证了检测的准确率；所述的外壳1靠近角度旋转电机8的端部外套设有与驱动麦克纳姆轮7直径相同的从动麦克纳姆轮14，该从动麦克纳姆轮14与外壳1通过连接轴承13固定连接；采用从动麦克纳姆轮和驱动麦克纳姆轮相互之间的配合，能够保证机器人能够稳定的在管道中进行曲线行走，采用此种结构方式较少了整个机器人的体积，同时避免了方便机器人在管道中尽心全方位的行走；

具体在检测时，所述的驱动电机6驱动驱动麦克纳姆轮7进行转动，驱动麦克纳姆轮7在管道中进行曲线运动，当到达需要进行检测点时，所述的探头伸缩电缸11推动厚度检测探头12使厚度检测探头12与管道内壁进行接触，实现对管道的厚度进行检测，检测完成后角度旋转电机8带动检测头9转动进行多点的厚度检测。

进一步的，如图2所示，为了能够保证厚度检测探头中的厚度检测传感器方便安装，所述的厚度检测探头12包括与探头伸缩电缸11的伸缩端固定连接的圆环壳体1201和厚度检测传感器1205，固定设在圆环壳体1201内将圆环壳体1201分为上腔体和下腔体的圆形隔板1203，套设在圆环壳体1201的上腔体中且与圆环壳体1201同心的内环体1202，所述的内环体1202内设有环形多个环形弹性片1206，所述的厚度检测传感器1205置于内环体1203中，并通过环形弹性片1206进行卡紧固定。探头伸缩电缸11能够将厚度检测传感器推出上腔体，是传感器与管道进行接触，能够对管道的厚度进行检测，当检测完成后，探头伸缩电缸11将传感器拉回到上腔体中，避免在行走的过程中传感器与管道发生碰撞造成传感器发生损坏，同时采用环形弹性片来对传感器进行夹持固定方便传感器的更换，本实施例中的侧厚传感器采用超声波侧厚探头，属于本技术领域的公知常识，在此不再进行详细的描述。

同时，为了能够保证传感器能够与管道内壁在测试后紧密的接触，保证检测到的数据更加的精确，所述的圆环壳体1201的上端固定连接上封盖1204，所述的圆环壳体1201中下腔体中固定设有装有用于涂覆到管道内壁上耦合液的耦合液箱体1209，所述的耦合液箱体1209的出口连接有耦合液管线1208，所述的耦合液管线1208的端部依次穿过圆形隔板1203、圆环壳体1201与内环体1202形成的环形腔体，并与上封盖1204上设有的耦合液喷头1207连通，所述的耦合液管线1208上设有将耦合液箱体1209中的耦合液泵入到耦合液喷头1207中的耦合液泵1210。在进行测厚时涂覆耦合液能够有效的保证了检测到数据的误差最小，具体在使用时，当探头伸缩电缸将厚度检测探头12推出上腔体，传感器与管道接触前，耦合液泵1210将耦合液箱体1209中的耦合液泵入到耦合液喷头1207，通过耦合液喷头1207对管道上的进行喷涂耦合液，同时为了保证全方位的喷涂，所述的耦合液喷头1207为多个，均匀环绕爱上封盖1204上。

实施例2

在实施例1的基础上，为了能够使机器人在进行厚度检测时，能够稳定的至于管道中，需要支撑装置将机器人与管道进行暂时的连接，具体的是所述的外壳1的周向面两侧上分别设有与外壳1中心线平行的安装槽20，所述的安装槽20的底部设有与外壳1内腔相同的槽孔22，所述的安装槽20内设有支撑杆21，该支撑杆21的一端与安装槽20的端部活动连接，另一端连接有用于与管道进行吸附的吸附装置23，所述的外壳1内设有支撑电缸24，该支撑电缸24的神缩端穿过槽孔22与支撑杆21的中部活动连接，且所述的支撑电缸24推动支撑杆21使支撑杆21端部的吸附装置23与管道内壁吸附，或支撑电缸24伸缩是支撑杆21置于安装槽20中。设有对称的安装槽，且安装槽中都设有支撑杆，能够保证将整个机器人稳定的支撑固定在管道中，通过支撑电缸24时支撑杆支起或收回，能够保证在需要进行支撑时能够进行支撑，在机器人在管道中进行行走时不影响机器人的行走，具体的是支撑杆21的端部与安装槽20的一侧通过铰链活动连接，保证了支撑杆21能够进行立起，设有的槽孔22能够保证支撑电缸24在对支撑杆进行支撑时，不会发生干涉；

具体在进行支撑起来后，如图3所述的吸附装置23包括吸附壳体2301，设在吸附壳体2301下端并与支撑杆21端部活动连接的连接座2306，在支撑杆与连接座2306进行连接时，通过转轴进行连接，保证吸附装置能够在支撑杆的端部进行转动，具体的是当支撑杆的端部与管道内壁将要接触时，吸附装置绕着支撑杆进行转动与管道内壁进行吸附，达到在任何情况下，都能够稳定与管道的内壁进行吸附；所述的吸附壳体2301的内设有屏蔽壳体2302，且该屏蔽壳体2302的外壁与吸附壳体2301固定连接，所述的屏蔽壳体2302中设有电磁铁柱2304，所述的电磁铁柱2304上缠绕有电磁线圈2305，电磁线圈2305在通电情况下，所述的电磁铁柱2304产生磁性与管道内壁进行吸附。所述的电磁线圈与电磁铁柱形成了电磁铁，在电磁线圈通电的情况下，产生磁性与管道进行吸附，将整个机器人连接在管道中，然后进行检测厚度，使其检测的过程中更加的稳定。

实施例3

在实施例1的基础上，为了方便整个机器人中的部件安装，所述的外壳1的两端分别固定连接有第一法兰盖4和第二法兰盖5，所述的驱动电机6通过第一法兰盖4固定在外壳1一端中，且该驱动电机6的驱动轴穿过第一法兰盖4并与第一法兰盖4通过驱动轴轴承16连接，所述的角度旋转电机8通过第二法兰盖5固定在外壳1的另一端中，且该角度旋转电机8的转轴穿过第二法兰盖5并与第二法兰盖5通过转轴轴承17连接。通过轴承连接，能够保证电机在转动时与法兰盖之间的摩擦力较小。

所述的外壳1内设有第一隔板2和第二隔板3，所述的第一隔板2和第二隔板3将外壳1内分为驱动电机安装腔、中部腔体和角度旋转电机安装腔；且所述的驱动电机6固定安装在驱动电机安装腔中，角度旋转电机8固定安装在角度旋转电机安装腔中，所述的中部腔体设有元器件安装套管19，该元器件安装套管19的两端分别与第一隔板2和第二隔板3固定连接，设在外壳1内的支撑电缸24的缸体与元器件安装套管19的外壁固定连接。采用不同的腔体来进行安装，避免在工作时发生相互的磁干扰情况。

进一步的，为了方便电机的安装，所述的驱动电机安装腔内设有电机安装壳体15，所述的电机安装壳体15的周向面上开设有缺口1501，电机安装壳体15的内部设有凸起1502，所述的驱动电机安装腔对应的外壳1的两侧设有锁紧槽25，所述的锁紧槽25的底部设有与外壳1内相通的螺纹孔26，该螺纹孔26内连接有锁紧螺钉27，该锁紧螺钉27的端部延伸到外壳1内并与电机安装壳体15抵触，使电机安装壳体15发生变形，通过电机安装壳体15内的凸起1502与驱动电机6的表面挤压将驱动电机6固定在电机安装壳体15中；所述的电机安装壳体15是由钢合金制成，设有的缺口为了保证通过锁紧螺钉进行锁紧时，能够时缺口处发生变形，将驱动电机固定安装在电机安装壳体15中，同时电机安装壳体15通过锁紧螺钉与外壳进行固定连接，方便了电机的安装和拆卸。

由于角度旋转电机在使用时，震动较小，因此在安装时只需要在所述的第二法兰盖5的内侧面上固定连接有压板18，所述的角度旋转电机8通过该压板18压在角度旋转电机安装腔中。

进一步的，为了保证该机器人能够在方便操作，所述的元器件安装套管19内设有pcb板，该pcb板上设有微处理器、通讯模块、控制模块和电源模块，所述的电源模块分别与驱动电机6、角度旋转电机8、探头伸缩电缸11和支撑电缸24通过控制模块电连接，所述的微处理器与控制模块电连接，所述的厚度检测传感器1205与微处理器双向电连接，所述的微处理器与通讯模块双向连接，所述的通讯模块与远端的控制器无线连接；所述的微处理器为本技术领域的公知芯片，在使用时主要接受控制器发出的信号，根据接受到的信号对控制模块发出指令，同时接受厚度检测传感器发送的数据，并将接受到的数据通过通讯模块发送给控制器端，所述的通讯模块采用无线通讯模块，具体的为3g或4g通讯模块或wifi通讯模块，能够保证控制器与整个机器人端的无线连接，进行数据的传送和控制，所述的电源模块采用充电锂电池，为整个机器人供电，保证整个机器人的正常运行，所述的控制模块能够控制电源模块与驱动电机6、角度旋转电机8、探头伸缩电缸11、支撑电缸24电磁线圈和耦合液泵连接与断开，保证各个部件的正常运作，该控制模块通过微处理器发生指令进行控制，微处理器发出的指令来自控制器发出的指令或者自身发出的指令。

在具体的检测过程中，所述的控制器发出指令，通讯模块接受控制器发生的指令，并将接受到的指令发送给微处理器，微处理器根据接收到的发送的指令控制驱动电机6、角度旋转电机8、探头伸缩电缸11和支撑电缸24发生相对的运动，当达到指定的位置时，厚度检测传感器1205对管道的厚度进行检测，并将检测后的数据发送给微处理器，微处理器将接受到的数据通过通讯模块发送给控制器进行储存和读取。

一种侧厚方法，按照以下步骤进行：

步骤一：将测厚装置放入到管道中，通过控制器开启驱动电机6带动驱动麦克纳姆轮7进行转动，测厚装置在管道中进行曲线运动；侧厚机器人在管道中运动的轨迹为曲线运动轨迹；

步骤二：达到需要检测的位置时，微处理器控制支撑电缸24推动支撑杆21立起，当支撑杆21端部的吸附装置23与管道接触时，微处理器将电源与电磁线圈2305接通，电磁铁柱2304产生电磁与管道进行吸附，将整个机器人固定起来；

步骤三：当步骤二中的机器人固定完成后，微处理器控制探头伸缩电缸11推动厚度检测传感器1205的端部与管道内壁进行接触，在接触的同时微处理器控制耦合液泵1210工作，将耦合液箱体1209中的耦合液通过耦合液喷头1207涂覆在管道上，厚度检测传感器1205对管道的厚度进行检测，并将检测到的数据传送给微处理器，微处理器将检测到的数据通过通信模块发送给控制器进行储存和读取，完成一个点的检测；

步骤四：完成一点检测后，探头伸缩电缸11回缩，微处理器控制角度旋转电机8进行转动，带动厚度检测传感器1205旋转九十度，按照步骤三进行第二点的测试，依次完成四个点的测试。

当完成此处厚度的侧视时，吸附装置与管道内壁松开，支撑杆收回到安装槽中，驱动电机带动驱动麦克纳姆轮7进行转动，前往下个测试点进行测试。

以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。