一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人。
【背景技术】
[0002]高空大型设备，如压力容器、港口物流设备等，都需要定期进行安全检测，磁粉探伤是最为常用的无损检测方法。目前，无损检测工作主要由人工实现，存在工作繁琐、效率低下、危险性高等问题。
[0003]爬壁机器人是一种能吸附在罐体表面的可移动自动化设备，可以在核工程、消防和大型非结构设备的制造和维护等危险和极限环境下代替工人完成工作。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术用人工对设备的进行磁探伤检测工作繁琐、效率低下、危险性高等问题，提供一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，这种自动化设备能极大地提高磁探伤效率，并且消灭了人员损伤。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，包括行动装置、喷磁装置、磁化装置、打标装置；
[0007]行动装置包括机架，在机架上安装有两组磁吸附轮，每组磁吸附轮分为主动轮和从动轮，主动轮与从动轮通过同步带连接，主动轮与驱动电机连接；磁吸附轮的转轴安装在抱毂上，抱毂上固定有弹簧轴，弹簧轴穿过机架的竖向通孔，弹簧轴顶部设有挡片，在弹簧轴外侧、机架的两侧安装有弹簧；
[0008]磁化装置，磁探头包括四个E型探头，这四个E型探头固定在工字形连接件的末端，柔性连接头设有上连接板和下连接板，上、下连接板间设有弹簧销轴，弹簧销轴外套设有压簧；上连接板外侧固定有带帽弹簧销轴，带帽弹簧销轴外套设有压簧，带帽弹簧销轴的末端设有用于阻挡弹簧的挡帽；安装在机架上的步进电机通过同步带与转轴连接，转轴上安装有偏心凸轮，偏心凸轮安装在上连接板的偏心轮外架内；磁探头的工字形连接件穿过柔性连接头下连接板的磁探头外架；机架上对应于四个E型探头固定有四个竖向的导轨；
[0009]在机架上固定有打标装置，打标装置包括推拉型电磁铁，在电磁铁的底部安装有标记印章。
[0010]上述的一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，还包括摄录装置，在车架上安装有向壁面照射的照明灯，以及可对照射区域进行摄录的摄像头。
[0011]上述的一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，减震梁板与机架螺纹连接，在减震梁板上开设有两个竖向通孔，用于磁吸附轮减震的两支弹簧轴分别穿过减震梁板上的两个竖向通孔。
[0012]上述的一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，磁吸附轮的外夹板与转轴螺纹连接，转轴为空心键轴，同步带轮与转轴通过键与键槽结构连接，内夹板通过螺栓与外夹板连接，阵列磁环内周面安装有环形导磁轭铁，阵列磁环的外周面安装有橡胶垫圈，环形轭铁固定于外夹板与内夹板的凹槽内；在转轴外固定有阵列磁环，阵列磁环包括若干组磁阵列单元，每组磁阵列单元依次包括N极向心到S极的径向磁块、N极到S极的顺时针环向磁块、N极外向心到S极的径向磁块，N板到S极的逆时针环向磁块。
[0013]上述的一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，阵列磁环包括四组磁阵列单元。
[0014]上述的一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，相邻的径向磁块和环向磁块，环向角度比为0.4-0.8。
[0015]上述的一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，磁化装置中的偏心凸轮外固定有两个轴承，轴承之间设有隔离环，轴承安装在柔性连接头上连接板的偏心轮外架内。
[0016]磁轮能使爬壁机器人牢牢地吸附于导磁罐体表面，通过本实用新型对磁轮阵列的优化，增强了磁轮的磁吸附力。
[0017]环形Halbach的排列方式变化多样，人们常把一个径向的N极永磁单元和一个环向的S极永磁单元形成的磁极称为一个极对。多极的Halbach环形阵列极对数有偶数和奇数两类，奇数极对数Halbach圆形阵列为对内加强型，偶数极对数Halbach阵列为对外加强型。根据爬壁机器人需要用到外加强型把爬壁机器人吸附在导磁体，通常吸附在铁罐体上用于检测铁罐体的性能使用，故以4，6，8，12，16偶数极对数，进行仿真分析。
[0018]附图18中X为磁轮旋转角度，单位为° 4为吸附力，单位为N。由附图18可知极对数越多，吸附力越趋于平稳，极对数较少的磁轮吸附力大小峰值波动越大。采用8极对数磁轮吸附力波动控制在5%以内，而且磁吸附力也较高。
[0019]针对8个极对数组成的磁环，相邻纵向永磁单元和横向永磁单元的体积配比对吸附力也有不同的影响。为直观的反应两者的大小引入系数环向角度比k，
[0020]k=n/ (n+m)
[0021]上式中:/?为径向永磁单元角度；》为环向永磁单元角度。
[0022]附图19中Xl为k值；Y为吸附力，单位为N。由附图19可知对有限元的仿真图中，可见吸附力在k=0.6左右，磁轮吸附力将达到峰值。而k在0.4-0.8的区间内，吸附力也是令人满意的。
[0023]本实用新型优化了永磁吸附轮中永磁吸附单元结构，排列了永磁吸附单元充磁角度，使得磁环的外圈吸附力增强，内圈吸附力几乎为零。同时提高了永磁单元的单位磁效能，达到了同体积磁环近2倍的吸附力。
[0024]爬壁机器人通过四个磁轮吸附在壁面上，吸轮的减震梁弹性自适应结构使得机器人与壁面紧密贴合。每个主动轮由电机单独驱动，依靠同步带带动后轮转动，可依靠两侧轮子的差速实现转弯。同步带轮分别与前后轮的转轴相连，通过同步带使主动轮和从动轮的运转方式相同，保证了爬壁机器人在行进时有着合理的摩擦力分布，大大提高了吸附的可靠性与安全性。
[0025]在遇到曲面环境或者局部突起时，由于车架悬挂，即安装于抱毂上的弹簧使得磁吸附轮有一定的弹性活动范围，从而保证车轮与壁面四点接触，同时安全行进。
[0026]磁吸附轮在同一支弹簧轴上、在机架通孔的两侧安装弹簧，使得爬壁机器人能适应导磁面在机器人下方，和导磁面在机器人上方两种正爬和悬爬的方式，延长弹簧的使用寿命，使爬壁机器人适应更多的壁面攀爬工况。
[0027]步进电机转动180°，驱动同步带带动偏心轮转动，偏心轮将这一运动通过轴承传递给柔性连接头，带动E型探头组成的磁探头的升降。当磁探头下降时，对四个E型探头采用交流电移相技术，使之产生随时间变化的合成旋转磁场，所谓旋转磁场即磁感应矢量在空间以固定频率旋转的一种磁场，从而可以对喷涂于罐体表面的磁液进行磁化，罐体损伤处与非损伤处的磁液排列不一样，从而通过摄录功能判断罐体的损伤情况。
[0028]磁化装置的柔性连接头的弹簧组可因磁探头碰到壁面的障碍而被压缩，使磁探头能向机架一侧缩回，不致被电机带动直接向壁面挤压而遭致损坏。使用2组弹簧，是为了满足当机器人正常吸附在壁面上端、倒悬吸附于壁面下端这两种情况时，由不同组的弹簧进行收缩回复，延长弹簧的使用寿命。解决了机器人行进过程中磁探头对壁面障碍的避障，而且驱动磁探头下降也解决了机器人重心高的问题，减少了爬壁机器人行进过程中的阻力，提高了作业的自动化程度。
[0029]喷磁装置采用市售的通用喷磁装置，爬壁机器人行进过程中，磁液通过液泵从雾化喷嘴中向壁面喷出，以便磁化装置对磁液进行磁化。爬壁机器人通常的工作流程是先喷磁液，然后驱动机器人对这块面积的磁液进行磁化，再对通过磁化后的磁液进行观察，对疑似损伤或者损伤处进行标记。
[0030]磁液喷出后，再通过磁探头进行磁化，通过照明灯和摄像头，远程获取磁化后的磁液图像，驱动爬壁机器行进到合适的位置，通过推拉电磁铁驱动标记印章在罐体的损伤部位盖上标记。使检测人员通过远程操作实现了以前需要通过在罐体内外搭设脚手架进行的人工检测，避免了人身伤害的危险和操作的麻烦。并且检测过程摄录的视频可能保存，方便观察、记录、查实与存档。
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0032]图2为本实用新型爬壁机器人行动装置结构示意图。
[0033]图3为本实用新型磁轮减震结构示意图。
[0034]图4为本实用新型磁吸附轮的外轮廓示意图。
[0035]图5为本实用新型磁吸附轮的侧剖视结构示意图。
[0036]图6为本实用新型磁