本实用新型属于特种工业机器人技术领域，特别是涉及一种TOFD探伤爬壁机器人。
背景技术：
随着科技的发展，机器人代替人完成简单重复、高危险性、高强度的劳动逐渐变成了主流趋势。间隙式永磁吸附爬壁机器人是一种广泛应用于核工业、石化、造船等其他危险行业的特种机器人。超声波衍射时差法(Time Of Flight Diffraction，TOFD)，是一种依靠从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，主要用于缺陷的检测、定量和定位。随着作业要求的提高和作业危险性的逐步提升，尤其是在石油化工行业中，在对大型钢制容器的制造过程中，由于球壳是由多块压制成球面的球瓣以橘瓣式分瓣法、足球式分瓣法或足球橘瓣混合式分瓣法组焊而成，导致球罐存在大量的焊缝，为保证制造完成后，生产的安全性，需要对球罐表面的所有焊缝进行无损探伤，以检测焊缝内部缺陷。该工作量大，户外工作条件恶劣，要求检测标准高，人工完成的难度可想而知，故亟需一种自动的TOFD爬壁机器人来完成工作。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种TOFD探伤爬壁机器人，以解决现有技术中存在的技术问题，实现对球罐表面的所有焊缝进行无损探伤检测，减少人工操作劳动量，适应恶劣的户外工作条件，避免人工检测时事故发生的危险，满足严格的焊缝缺陷检测标准，保证检测过程中机器人的安全可靠行走定位。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种TOFD探伤爬壁机器人，包括电气部件、爬行部件和探伤部件，电气部件设置在一安装板一侧，爬行部件和探伤部件设置在安装板另一侧，探伤部件能沿平行于安装板的板面进行直线运动；爬行部件包括能吸附于爬行面的吸附体和爬行轮，爬行轮突出于吸附体的吸附表面；其中探伤部件用于对焊缝进行检测，电气部件用于控制探伤部件、爬行部件动作；爬行部件用于驱动整个机器人行进；
优选的，电气部件包括探伤控制器、运动控制器、电机驱动器，探伤部件包括直线驱动电机、直线模组和扫查架组件，扫查架组件可直线移动的设置在直线模组上，直线驱动电机设置在直线模组一端控制扫查架组件的运动；实现扫查架组件的直线运动，对焊缝进行检测；爬行轮包括两组驱动轮组件、两组从动轮组件和驱动轮电动机，驱动轮组件设置在驱动轮电动机上，作为主动轮组驱动整体结构行进；控制探伤控制器用于控制扫查架组件动作实现缺陷检测，运动控制器控制爬行轮和直线驱动电机，电机驱动器与直线驱动电机和驱动轮电动机电联接；
优选的，直线模组包括直线模组固定板、丝杠和端限位部件，端限位部件设置在直线模组固定板的两端，丝杠以可旋转的且平行于直线模组固定板的平面方式设置在两端限位部件之间，在丝杠上设有扫查架活动座并以螺纹方式连接，扫查架组件安装在扫查架活动座上；丝杠的一端通过联轴器与直线驱动电机连接，直线驱动电机通过电机安装架固定在端限位部件外；
优选的，还包括支撑杠，支撑杠穿过扫查架活动座，辅助扫查架活动座的直线运动；
优选的，驱动轮组件包括驱动轮、减速器、驱动轴、驱动轮架和轴连接组件，驱动轮通过驱动轴设置在驱动轮架上，驱动轮与驱动轴为法兰方式连接，减速器固定在驱动轮架上，且减速器的输出轴与驱动轮的轮轴相连，减速器的输入轴端通过轴连接组件与驱动轮电动机连接，驱动轮电动机的固定端固定；
优选的，从动轮组件包括从动轮、从动轴和轮轴安装架，从动轮通过从动轴设置在轮轴安装架上，从动轮与从动轴为法兰方式连接；从动轴与轮轴安装架间设有轴承，驱动轮电动机的固定端固定在轮轴安装架上；
优选的，吸附体包括磁铁和磁轭板；在轮轴安装架下方设有磁轭板，磁轭板下帖附有磁铁；在驱动轮组件处的磁轭板上设有若干磁铁，磁铁间隙设置，且磁铁的N极、S极交错排布，且相邻两磁铁间隙排布，使其形成闭合的磁场，从动轮和驱动轮的爬行外轮面均突出于磁铁的外面。
优选的，在电气部件上设有电源连接器和信号连接器；安装板上还设有把手；磁铁为钕铁硼磁铁；驱动轮和从动轮为铝合金材质，轮毂上设有减重孔，轮外包胶聚氨酯；磁铁与爬行面间隙距离大于5mm；
优选的，扫查架组件还包括固定架、连接架、主支架、探头支架和探头，固定架用于安装在扫查架活动座下方,连接架通过转轴铰接在固定架下方，主支架固定在连接架的端部，主支架上对称设有两探头支架，探头支架的自由端设有探头安装架，探头安装在探头安装架上，在固定架与主支架之间还设有提升释放组件，提升释放组件用于控制主支架的提升与释放；在固定架上还设有摄像头，摄像头设置在两探头之间的上方，摄像头主要作用是实时监控小车前方运行路线以及探头的工作状态；
优选的，提升释放组件包括吊环和定滑轮；吊环设置在主支架的中部，定滑轮设置在固定架上，吊环与定滑轮相对设置，在固定架上固定一电动推杆，电动推杆的末端设有绳索，绳索的另一端固接吊环上，且绳索设置在定滑轮上；通过电动推杆的伸缩作用从而牵引主支架、探头支架和探头的提升与释放运动；其中，在连接架与固定架之间设有扭簧组件，扭簧组件使主支架具有向下的压力，从而保证探头紧贴工件表面；其中，在主支架与探头支架之间还设有衔接架，衔接架一端固定在主支架上，另一端通过扭簧结构连接在探头支架的端部；扭簧结构使探头支架受力均衡，从而在装置整体运行过程中完成缺陷检测工作；
相对于现有技术，本实用新型所述的一种TOFD探伤爬壁机器人具有以下优势：
本实用新型能实现TOFD探伤机器人沿着球罐、管壁等曲面进行爬行检测焊接缺陷，且机器人的越障能力强，交错布置的磁铁，可以达到很高的磁铁利用率(吸附力/重量)，检测过程机器人定位稳定可靠，提高检测精度，同时还减少人工检测带来的危险，提高检测机器人的环境适应性，扩大检测范围，实现智能化的高标准的检测工作；所述扫查架组件的探伤效率更高，探伤结果更加精确，避免人为因素的检测误差；同时整个机器人单元模块方便维修与维护。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例所述的TOFD探伤爬壁机器人整体示意图；
图2为本实用新型实施例所述的安装板及把手示意图；
图3为本实用新型实施例所述的直线模组与扫查架组件结构示意图；
图4为本实用新型实施例所述的爬行部件示意图；
图5为本实用新型实施例所述的爬行部件上磁铁安装示意图；
图6为本实用新型实施例所述的扫查架组件示意图；
图7为本实用新型实施例所述的扫查架组件端面示意图；
图8为本实用新型实施例所述的交错排布的磁铁所产生磁场示意图；
附图标记说明：
10-安装板；11-探伤控制器；12-运动控制器；13-电机驱动器；21-扫查架组件；22-驱动轮组件；23-从动轮组件；24-直线驱动电机；25-直线模组；31-电源连接器；32-信号连接器；101-把手；210-扫查架活动座；211-固定架；212-扭簧组件；2120-转轴；2121-连接架；213-主支架；2130-衔接架；214-探头支架；2140-探头安装架；215-探头；216-摄像头；217-吊环；218-定滑轮；240-电机安装架；250-直线组件固定板；251-丝杠；252-支撑杠；253-端限位部件；254-联轴器；220-驱动轮；221-减速器；222-磁轭板；223-轴连接组件；224-驱动轮电动机；230-从动轮；231-轮轴安装架；232-磁铁；2320-吸附体间隙；A-爬行面。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
结合图1所示，一种TOFD探伤爬壁机器人，包括电气部件、爬行部件和探伤部件，电气部件设置在一安装板10一侧，爬行部件和探伤部件设置在安装板10另一侧，探伤部件能沿平行于安装板10的板面进行直线运动；爬行部件包括能吸附于爬行面的吸附体和爬行轮，爬行轮突出于吸附体的吸附表面；其中探伤部件用于对焊缝进行检测，电气部件用于控制探伤部件、爬行部件动作；爬行部件用于驱动整个机器人行进；
其中，电气部件包括探伤控制器11、运动控制器12、电机驱动器13，探伤部件包括直线驱动电机24、直线模组25和扫查架组件21，扫查架组件21可直线移动的设置在直线模组25上，直线驱动电机24设置在直线模组25一端控制扫查架组件21的运动；实现扫查架组件21的直线运动，对焊缝进行检测；爬行轮包括两组驱动轮组件22和两组从动轮组件23，驱动轮组件22设置在驱动轮电动机224上，作为主动轮组驱动整体结构行进；控制探伤控制器11用于控制扫查架组件动作实现缺陷检测，运动控制器12控制爬行轮和直线驱动电机24，电机驱动器13与直线驱动电机24和驱动轮电动机224电联接；
结合图2所示，安装板10上还设有把手101，把手安装在安装板的上表面，方便机器人在罐体表面放置、取下，以及搬运；
结合图3所示，直线模组25包括直线模组固定板250、丝杠251和端限位部件253，端限位部件253设置在直线模组固定板250的两端，丝杠251以可旋转的且平行于直线模组固定板250的平面方式设置在两端限位部件253之间，在丝杠251上设有扫查架活动座210并以螺纹方式连接，扫查架组件21安装在扫查架活动座210上；丝杠251的一端通过联轴器254与直线驱动电机24连接，直线驱动电机24通过电机安装架240固定在端限位部件253外；
其中，还包括支撑杠252，支撑杠252穿过扫查架活动座210，辅助扫查架活动座210的直线运动；
结合图4所示，驱动轮组件22包括驱动轮220、减速器221、驱动轴、驱动轮架和轴连接组件223，驱动轮220通过驱动轴设置在驱动轮架上，驱动轮220与驱动轴为法兰方式连接，减速器221固定在驱动轮架上，且减速器221的输出轴与驱动轮220的轮轴相连，减速器221的输入轴端通过轴连接组件223与驱动轮电动机224连接，驱动轮电动机224的固定端固定；
其中，从动轮组件23包括从动轮230、从动轴和轮轴安装架231，从动轮230通过从动轴设置在轮轴安装架231上，从动轮230与从动轴为法兰方式连接；从动轴与轮轴安装架231间设有轴承，驱动轮电动机224的固定端固定在轮轴安装架231上；
其中，吸附体包括磁铁232和磁轭板222，在驱动轮组件22中的驱动轮架下方设有磁轭板222，磁铁232帖附在磁轭板222的下方；驱动轮220的爬行外轮面突出于磁铁232的外面；在轮轴安装架231下方设有磁轭板222，磁轭板222下帖附有磁铁232；从动轮230的爬行外轮面突出于磁铁232的外面；
其中，磁铁232与爬行面呈间隙式吸附方式，磁铁与爬行面距离大于5mm；
结合图5所示，在驱动轮组件22处的磁轭板222上设有若干磁铁232，磁铁232间隙设置，且磁铁的N极、S极交错排布，且相邻两磁铁间隙排布，如图5所示的吸附体间隙2320的设置形式，使其形成闭合的磁场；磁铁232为钕铁硼强磁铁；驱动轮220和从动轮230为铝合金材质，轮毂上设有减重孔，轮外包胶聚氨酯；
其中，在电气部件上设有用于电源连接的电源连接器31和用于信息传送的信号连接器32；
结合图6和图7所示，扫查架组件21包括固定架211、连接架2121、主支架213、探头支架214和探头215，固定架211用于安装在扫查架活动座210下方,连接架2121通过转轴2120铰接在固定架211下方，主支架213固定在连接架2121的端部，主支架213上对称设有两探头支架214，探头支架214的自由端设有探头安装架2140，探头215安装在探头安装架2140上，在固定架211与主支架213之间还设有提升释放组件，提升释放组件用于控制主支架213的提升与释放；在固定架211上还设有摄像头216，摄像头216设置在两探头215之间的上方，摄像头216主要作用是实时监控小车前方运行路线以及探头的工作状态；
其中，提升释放组件包括吊环217和定滑轮218；吊环217设置在主支架213的中部，定滑轮218设置在固定架211上，吊环217与定滑轮218相对设置，在固定架1上固定一电动推杆，电动推杆未在图中示出，电动推杆的末端设有绳索，绳索的另一端固接吊环217上，且绳索设置在定滑轮218上；通过电动推杆的伸缩作用从而牵引主支架213、探头支架214和探头215的提升与释放运动；其中，在连接架2121与固定架211之间设有扭簧组件212，扭簧组件212使主支架213具有向下的压力，从而保证探头紧贴工件表面；其中，在主支架213与探头支架214之间还设有衔接架2130，衔接架2130一端固定在主支架213上，另一端通过扭簧结构连接在探头支架214的端部；扭簧结构使探头支架214受力均衡，从而在装置整体运行过程中完成缺陷检测工作；
本实用新型具体的组装过程：机器人以安装板为中心，下部分为机械部分，上部分为控制部分；两驱动轮和两从动轮分别安装在安装板的四个角，轮子两边布置吸附体，使机器人吸附在罐体表面；机器人安装板腹部安装有直线模组，在机器人稳定在罐体表面时，直线驱动电机采用步进电机，驱动直线模组带动扫查架移动，从而对罐体上的焊缝进行探伤；其中驱动轮子的驱动轮电动机配置有行星减速机，再通过蜗轮蜗杆减速机进行减速与扭矩提升、自锁后，驱动轮子转动；在驱动轮的减速器下或轮轴安装架的下方安装磁轭板，磁轭板上安装钕铁硼强磁铁；驱动轮电动机外包括防护罩，防护罩实现对驱动电机外壳的防护，防止水、铁屑进入电机内部；在防护罩的尾部设有电机电源控制，电源控制包括电源和编码器；轮子为铝合金材质轮毂设有减重孔，外侧包胶为聚氨酯，以保证其耐磨性和行走所需的摩擦力；从动轮组件包括从动轮、支撑从动轮的从动轴、轴承、轮轴安装架、磁铁，磁铁通过磁轭板安装在轴承磁铁支架上，轴承安装在轴承磁铁支架的竖直面上，保证从动轴可以自由转动，从动轴与轮子为法兰方式安装；直线模组在安装板下方的中间部位，实现扫查架在机器人的腹部移动，从而保证了整个探伤过程的稳定可靠；直线模组的扫查架活动座运动到最前端时，扫查架组件中的超声探头从底盘下露出，操作工人可以很方便的调节探头间距和检查探头是否损坏；强力钕铁硼磁铁分布在安装板的四个顶点下方位置，保证机器人可以牢固的吸附在球罐的表面上；且磁铁与球罐表面呈间隙式吸附方式，即当轮子与球罐接触时，磁铁与球罐表面的距离大于5mm，保证机器人在行走过程中有一定的越障能力；把手安装在安装板的上表面，安装孔的位置与磁铁的分布一直，方便机器人在罐体表面放置、取下，以及搬运；运动控制器和探伤控制都在安装板的上表面，放在防护盒内，防止水、铁屑等杂质损坏电气元件，防护盒内外的连线都经过防水连接器；驱动轮处的磁铁N极、S极交错排布，且两块磁铁有间隙的排布，使其形成闭合的磁场；
如图8所示，以两个交错布置的磁铁产生的磁场为例；两个磁铁由于磁轭板对磁感线的导通作用，使之在非爬行面A侧方向上形成马蹄形磁铁模型，该形式的磁铁对于铁磁性爬行面A的吸附力比同种材质的其他磁铁模型要大的多，因此，使用本实用新型中的布置方法，可以达到很高的磁铁利用率(吸附力/重量)；
探伤工作时，机器人向前运行，当机器人不进行探伤工作，向下一指定地点快速运行时，首先，固定在推杆安装座上的电动推杆收缩，带动绳索向后运动，进一步使连接于绳索另一端的吊环及主支架向上提升，直至固定于探头支架上的探头完全脱离工件表面，然后机器人空载运行，这样避免了磁吸附小车在空载运行时对探头的磨损；悬挂在推杆安装座前端的摄像头主要作用是实时监控小车前方运行路线以及探头的工作状态；
本实用新型能实现TOFD探伤机器人沿着球罐、管壁等曲面进行爬行检测焊接缺陷，且机器人的越障能力强，检测过程机器人定位稳定可靠，提高检测精度，同时还减少人工检测带来的危险，提高检测机器人的环境适应性，扩大检测范围，实现智能化的高标准的检测工作；所述扫查架组件的探伤效率更高，探伤结果更加精确，避免人为因素的检测误差；同时整个机器人单元模块方便维修与维护。
本实用新型主要针对石化领域的大型钢制容器的焊缝进行TOFD超声探伤，用以检测球罐焊缝内部缺陷、伤痕等；但不限于石化领域，还可适用于其他焊接缺陷及伤痕的检测。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。