专利名称：高压釜探伤机器人的制作方法
技术领域：
本发明是一种综合应用机械、自动控制和无损探伤技术的自动化无损探伤设备。
专利检索情况。对国外有关无损探伤的专利进行了检索，共调出自1964年到1989年IPC Code Section G(物理部)Sub-section 01(仪器分部)有关无损探伤的专利309项，未见相同的项目。
本发明解决了水晶高压钢釜长期来用普通技术无法解决的原位探伤问题。利用高压釜生产人造水晶的技术是从国外引进的，水晶釜是一种深盲孔高压容器，外面有很厚的加温保温层，长期来国内外都采用从外部探伤的方法，每次探伤都要清除与恢复这些保护层，不仅要耗费大量人力物力，造成较长的停产时间，而且对内腔故障探测精度不高。本发明的特点是利用特制机器人携带专用传感器进入内腔，以微机为核心的控制机控制机器人在釜内按程序进行自动检测，发现故障时能自动报警，适时存储，打印输出。探测过程既可自动也可手控。可运用多种传感器对疑点进行反复比较与鉴别，既防止遗漏又防止误报。新方法不仅节省人力物力，减少停产时间，而且大大提高了探测的可信度。由于高压釜的高应力区在内腔，从内腔检测才能有效发现故障点，对裂纹发展速度进行适时的监控。本发明不仅解决了水晶高压釜长期来在无损探伤方面末能解决的问题，而且可适用于其它立式容器的内腔检测。
本发明的任务是1.设计有效的机械系统，2.设计有效的电子控制系统，3.设计有效的无损探测系统及专用传感器。现将这3个方面分述如下一、有效的机械系统。机器人本体和釜外辅助机构。
1.机器人本体，共包括5组机构，即自动定心机构、旋转机构、底平面探测机构、圆弧曲面探测机构和探头收放机构。
a.自动定心机构。由4组定位轮[1·3]与1组压紧导向轮[1·2]组成。定心器[1·5]可保证机器人本体在被探测容器内运动时，和容器始终保持同心。
b.旋转机构。由2级齿轮减速箱[2·2]和一对减速齿轮[2·8]组成，用1个步进电动机[2·1]驱动，使机器人作±360°旋转运动，以满足各部传感器探测的需要。
c.底平面探测机构。由2级齿轮减速器[3·2]、齿条[3·3]以及导轨[3·4]组成，用1个步进电动机[3·1]驱动，使底平面探测传感器[3·5]沿导轨的方向作水平直线运动。
d.底部圆弧曲面探测机构。对高压釜的底部圆弧曲面进行无损检测是探伤机器人要解决的核心问题。圆弧面探测机构有2种配置方式①大直径釜，由1个步进电机单独驱动1个3级齿轮箱与1对伞齿轮组成的圆弧摆动机构。②小直径釜，此机构与平行移动机构合用1个步进电机[3·1]，在导向器上再增加1齿条[4·1]和1对正齿轮[4·3]组成园弧摆动机构[4·2]。这2种摆动机构都可使圆弧曲面探测传感器[4·4]沿着曲面作±90°摆动，以保证传感器能对圆弧曲面以及此曲面和筒壁、筒底接合部进行有效的探测。这是深盲孔探测中最困难，也是最关键的环节。
e.探头收放机构。由电磁离合器[5·2]和探头缓冲器[5·3]组成。这套机构，使各种传感器不用时处于收进状态，使用时伸出，并能保持传感器对探测处有规定的压力与缓冲范围。
2、辅助机构包括机器人升降机构和电缆收放机构。
a.机器人升降机构由1个步进电机[6·2]驱动蜗轮螺杆[6·3]和钢索绞盘[6·1]，以控制机器人本体升降。
b.电缆收放机构[7·1～7·6]控制电缆的收放与机器人升降同步，根据釜直径大小，有两种配置方式。①小直径釜，这两个机构合用1个步进电动机驱动;②大直径釜，这两个机构各有1个电机，通过电控制协调，使电缆的收放和机器人的升降同步协调。
二、以微机为核心扩充功能配置专用接口的控制机构。包括以下5个部分(1)主机部分以单片微机为核心，扩展EPROM[4]为外部程序存储器，扩展RAM[5]为外部数据存储器，晶振[1]频率10MHz，一个机器周期1.2μs，能满足BF系列步进电机[11]最高1000Hz脉冲调速的要求。
(2)电机调速BF系列步进脉冲调速分配方式为3相6拍，由主机外接译码器、锁存器产生多台各自独立的3相6拍环形调速脉冲，控制电机的频率。主机从6个状态电门[21]获得高电平进行存储处理，控制由主机发出的3相6拍脉冲的相序与状态。
(3)输入输出接口系统设置3×6键盘[22]输入设备，由8031主机[2]扩展键盘显示接口芯片[15]与译码器[18]组成键盘接口。主机外部扩展键盘显示接口芯片及译码器驱动器组成显示接口，该系统设置9位共阴极数码管[12]。打印机[10]接口共设8根数据传送线，4根控制与联络信号线，驱动打印机由8031主机外接锁存器[9]组成主机与打印机之间数据输送与信号控制联络。
(4)断电保护由于高压釜进行全面检测所需工作时间较长，为了保证不因工作中断而造成检测数据的丢失，特设置了断电保护系统。即断电前自动“存储”，以保护断电前的位置坐标。重新启动时，探头位置保持在断电前位置。
(5)延时线路由于电磁离合器有两组线圈，即大电流动作线圈与小电流保持线圈，专门设置的延时线路，可满足探头收放的要求。
(6)步进电机驱动电路它由多套大功率脉冲功率放大器电路及150瓦27v电机驱动电源和3瓦12v脉冲电路电源组成，提供机器人4个自由度运动和其它辅助机构的动力源。
(7)软件，采用汇编语言，由主程序，中断服务程序以及各种运算、显示、打印等子程序组成。
3.可靠的无损检测系统对水晶钢釜进行自动无损检测的过程是涡流探伤仪或超声波探伤仪把激励信号传输给传感器。在探测过程中如迂到裂纹等缺陷时，传感器的电性能将发生变化同时产生一个与裂纹密切相关的电信号，并返回到涡流仪或超声仪中使之发出报警信号，再通过涡流仪或超声仪把报警信号传送到控制机。
由于水晶钢釜的内壁上约有0.5毫米厚的硅酸铁钠复盖层传感器不可能与钢釜内壁金属本体接触。同时又要有很高的探测灵敏度，能把深度0.5毫米以上的裂纹探测出来，而且在无裂纹的部位不允许有误报信号。为满足上述要求，本发明设计了下述三种类型的特殊传感器。
(1)探测釜壁用的低频微分涡流传感器本传感器可在与釜壁保持2毫米间隙的条件下，能探测钢釜内壁上任何方向的裂纹缺陷。每次探测的有效范围为φ20毫米的面积。
(2)探测釜底和转角R处的高频双屏蔽聚焦涡流传感器。
本传感器采用双层屏蔽聚焦，具有远场高灵敏度的特性。可在与釜壁保持1毫米间隙的条件下，能把深度为0.5毫米以上的裂纹探测出来。性能稳定可靠。每次探测的有效范围为φ4毫米的面积。
(3)探测釜体用的自耦合超声波压电换能器，设计成3种形式a.纵波传感器，b.横波纵向扫描传感器，c.横波横向扫描传感器，这些传感器都用钢玉或水晶等耐磨材料做保护层，并用自来水自进耦合，不仅能探测釜体的内部缺陷，而且可以探测出釜壁上深度在0.5毫米以上的裂纹。
附图
图一 全系统原理二 机械系统三 自动控制系统图
权利要求
1.高压釜探伤机器人是一种机电一体化与无损探伤技术相结合的自动化无损探伤设备，其主要特征是由可进入釜内工作的机器人本体和釜外的辅助机构、以微机为核心扩充功能配置专用接口的控制机、按照高压釜探伤要求专门设计的传感器三个部分组成探伤机器人。
2.如权利要求1所述，其机器人本体的特征是由自动定心机构[1·1～1·5]、旋转机构[2·1～2·8]、传感器平衡移动机构[3·1～3·6]、传感器园弧摆动机构[4·1～4·4]、传感器收放与缓冲机构[5·1～5·5]组成。
3.如权利要求1所述，其釜外辅助机构的特征是机器人升降机构[6·1～6·6]与电缆收放机构[7·1～7·6]都采用蜗轮蜗杆自锁变速，采用2种驱动方式，a.大直径釜，两个机构由各自的步进电机通过电控协调分别驱动，b.小直径釜两个机构共用一个步进电机驱动。
4.如权利要求1所述，其控制机的特征是以单片微机为核心，扩展EPROM为程序存储器，扩展RAM为数据存储器，并设置断电保护、故障报警、传感器收放、电机驱动等电路。
5.如权利要求1所述，专用探伤传感器的特征是同时配置5种类型的传感器，它们是低频微分涡流传感器、高频双屏蔽聚焦涡流传感器、纵波超声传感器、横波超声纵向扫描传感器、横波超声横向扫描传感器，这些传感器与釜壁接触面都用具有良好匹配性能的耐磨材料进行防护。
全文摘要
一种机电一体化与无损探伤技术相结合的自动化探伤设备。本发明解决了长期以来水晶高压钢釜用普通技术无法解决的原位探伤问题。钢釜外部有很厚的加温保温层，长期来采用从外部探伤的方式，清除与恢复外部保温层，不仅费时费钱费力，而且对内腔故障探测精度不高。本发明利用特制机器人携带传感器进入内腔，实现了程控自动内腔直接原位检测，省时省力，运用多种传感器进行比较鉴别，提高检测可信度。本发明可适用于各种立式容器的内腔无损探伤。
文档编号B25J9/18GK1055239SQ90101719
公开日1991年10月9日 申请日期1990年3月29日 优先权日1990年3月29日
发明者张德万, 王中育, 缪曙云, 郭德广, 王镇中 申请人:中国人民解放军空军第一研究所