专利名称：管道内防腐涂层自动检测机的制作方法
技术领域：
本发明涉及到金属表面涂层厚度的测量，尤其是钢管道内壁涂层厚度的测 量及缺陷的检测，也涉及到在管道内可自行移动的装置。具体而言是一种管道 内防腐涂层自动检测机。
(二)
背景技术：
钢管道内壁防腐涂层的厚度是否达到要求，是否存在瑕疵、缺陷或损伤， 与其外壁防腐层一样，也是关系到管道工程使用寿命和安全运行的重大问题， 早已引起国内外管道工程界的高度重视。管道外壁防腐层的检测，已有多种成 熟技术及专用仪器设备。专用于检测管道内壁防腐涂层的仪器设备至今较少。 这是因为，管道内部检测难度要比管道外部检测难度更大。专用于检测管道内 壁腐蚀状况的自动装置，早已由美国商业树脂公司和PLS公司等研制成功；管 道内环焊缝射线照相自动装置，己由英国JME公司等研制成功；欧洲专利 EP282687是一种金属管道内部缺陷的检查装置。直到九十年代初期，未见国内 外公开报导管道内涂层自动检测技术信息。1991年12月11日胜利油田油建一 公司申请了一项发明专利一一钢管道内涂层自动检测补涂机(91107953.X)。其 特点是由PC工业控制器去控作业小车，在管道内自主行走，并按序先设定的程 序去完成内涂层检测及补涂作业。虽然其功能较多，自动化程度较高，但是由 于采用高电火花检测探头，可把薄涂层击穿，新的管道施工技术标准不允许再 用有损检测技术方法。还由于其行走扫描式的检测方法，只能发现大而明显的 涂层缺陷，不能确保内涂层的完好无损，所以不再适用。后来又出现了 "一种 用于管道检测的智能机器人"(02268360.7)和"管道无线遥控观察机" (03112105.5)。前者只是对管道内出现的锈蚀、结垢、穿孔、脱皮、裂纹、错 口、变形以及管内异物等进行全程的直接观察、检测和录像，并用无线或有线 传输方式把图像信号传送到管外。主要是为制定修理和施工方案提供依据，而 不能用于检测管道内涂层。后者虽然具有无线遥控功能，但是也和前者一样， 都是行走扫描式的宏观检测，只能发现管内较大的缺陷。它主要是用于观察管道焊口内部焊缝的外观状况，也不能用于检测管道内涂层。最重要的是，上述 三项专利技术都不能检测管道内涂层的厚度。然而，涂层厚度却是一项重要技 术指标，无论焊口处或其它全部内涂层的厚度，必须达到国家技术标准要求。
发明内容
鉴于上述己有技术存在一些缺点及不足之处，本发明的目的就是在于自主 创新，研制和提供一种与众不同的管道内防腐涂层自动检测机。它在管道内受 到管外无线遥控，自动完成内涂层检测及厚度测量。所检测的缺陷更细微，测 厚精度能达到施工标准要求。
上述目的是由下述技术方案实现的
管道内防腐涂层自动检测机，包括检测机头、驱动机身和无线遥控三大部 分。其检测机头在前部，驱动机身在后部，二者之间采用滑导、滑板联接。其 无线遥控部分由管内机载部分和管外手持部分组成。其特征是，检测机头由转 动、固定两部分组成，转动部分在前，固定部分在后，二者之间通过后转动环 和内齿环联接。机头转动部分由转动外壳、前端环、中支架环、后转动环、前 摄像头、照明灯、侧摄像头、探头机构、伸縮机构、测厚仪和内摄像头组成。 前端环、屮支架环、后转动环，分别安装在转动外壳的前端、中部、后端。前 端环上安装前端板，前摄像头安装在前端板中心，若干照明灯均布安装在前端 板周边上，侧摄像头安装在转动外壳前部侧面。探头机构安装在伸缩机构上， 并从转动外壳前部下面向外伸出。伸縮机构安装在中支架环前面，测厚仪和内 摄像头安装在中支架环后面。机头固定部分由固定外壳、封闭环、屮支承环、 后端盖、内齿环、空心轴、轴承套、小齿轮、谐波减速器、机头转动电机和支 架组成。封闭环、中支承环、后端盖，分别安装在固定外壳的前端、中部、后 端。轴承套安装在空心轴上，轴承套前端与内齿环、后转动环三者固定联接， 空心轴后部安装在中支承环上。小齿轮、谐波减速器和机头转动电机三者为一 体，并通过支架安装在固定外壳上。小齿轮与内齿环啮合。驱动机身由机身外 売、底架、前端盖、从动轮、驱动轮、行走电机、减速器、齿轮箱、机载遥控 箱和电池组组成。行走电机、减速器和齿轮箱三者为--体，通过齿轮箱安装在 底架后部。两对驱动轮安装在驱动机身的后半部下面两侧， 一对从动轮安装在 驱动机身前端下面两侧。机载遥控箱和电池组安装在驱动机身前半部。无线遥
5控机载部分由可编程控制器、驱动模块、9个控制继电器、直流继电器、遥控接 收装置、天线和电源模块组成。可编程控制器为控制中心，其输入端与遥控接 收装置、电源模块和限位开关连接；其输出端与9个控制继电器、驱动模块、 抱闸和故障指示灯连接。控制继电器又分别与直流继电器、探头伸縮电机、照 明灯电源和摄像头电源连接。直流继电器分别与机头转动电机和侧摄像头连接。 无线遥控管外部分由遥控发送装置、天线、显示器和遥控手柄组成。遥控发送 装置的输入端与天线、遥控手柄连接，其输出端与显示器、天线连接。
上述管道内防腐涂层自动检测机的探头机构，由测厚探头、滑导、卡环、 垫板、拉簧和限位开关组成。测厚探头被卡在卡环上，卡环焊接在垫板上，垫 板固定在滑导上，滑导固定在伸縮杆上；另一个卡环固定在测厚探头上，两卡 环之间用拉簧拉住。限位开关固定在垫板h。
上述管道内防腐涂层自动检测机的伸縮机构，由伸縮杆、限位开关和伸缩 电机组成。伸縮电机带动伸縮杆和滑导一起伸縮，由限位开关控制伸缩行程。
上述管道内防腐涂层自动检测机中部的滑导、滑板，分别固定到检测机头 后端盖、驱动机身前端盖上，并由调节丝杠带动滑板在滑导中上下移动，来调 节检测机头中心的高度，适应不同的管径。
上述管道内防腐涂层自动检测机的两对驱动轮和一对从动轮，都外包橡胶 层，可增大摩擦力，防止爬坡或下坡时打滑，并有减振作用。
上述管道内防腐涂层自动检测机的可编程控制器PLC，选用三菱FX1S— 30MR—D型，用了其输入端的16个端口，输出端的12个端U。
按照上述技术方案制造成的管道内防腐涂层自动检测机，有两组若干LED 照明灯，既有前灯又有环灯，照度足够明亮，可看清涂层细小缺陷。其摄像头， 既可向正前方看，又可上下左右移动看近处，视野较广，无盲视区，可全方位 观察内涂层任何部位有无缺陷。其侧摄像头可径向近距离小范围摄像观察涂层 缺陷，精确定位测厚点，并与测厚仪配合，完成上、下、左、右四个点位的涂 层厚度测量。由安装在测厚仪显示屏对面的内摄像头，把涂层厚度数据无线传
输到管道外，由显示器实时显示出来，同时由机载打印机把厚度数据打印储存 下来。由此可见，该检测机能达到对管道内涂层精细检测和无损测厚的目的。 特别是其无线遥控功能齐全完善，实现了管内、外"人机对话"。其机头和机身，结构紧凑，布局合理，运行平稳，工作可靠，自动化工效高， 一次检测距离可 达1公里以上，并有较好的爬坡性能，可用于平原及山区。是一种机、电、讯、 光一体化管道施工自主创新设备，具有推广应用前景。
(四)
附图1是本发明的整体结构左侧主视示意图。 附图2是图1的A向俯视示意图。 附图3是图1的检测机头剖视示意图。
附图4是本发明的无线遥控电路原理图。
附图5是本发明的无线遥控电路组成及连接关系框图。
附图6是本发明的操作流程框图。
(五)
具体实施例方式
结合
一个实施例
附图l、 2、 3中，l是检测机头，2是驱动机身，3是转动外壳，4是固定 外壳，5是前摄像头，6是侧摄像头，7是LED照明灯，8是前端环，9是伸縮 电机(M3)， IO是中支架环，ll是内摄像头，12是后转动环，13是限位开关， 14是测厚探头，15是伸縮杆，16是测厚仪，17是封闭环，18是空心轴，19是 轴套，20是中支承环，21是后端盖，22是内齿环，23是小齿轮，24是谐波减 速器，25是支架，26是机头转动电机(M2)， 27是滑导(滑板)，28是调节丝 杠，29是驱动机身前端盖，30是机载遥控箱，31是行走电机抱闸，32是行走 电机(Ml)， 33是减速箱，34是齿轮箱，35是电源开关，36是从动轮，37是 电池组，38是驱动轮，39是底架，40是电压表。
由图l、 3所示，管道内防腐涂层自动检测机，包括检测机头l、驱动机身 2和无线遥控三大部分，其检测机头l在前部，驱动机身2在后部，二者之间采 用滑导、滑板联接。其无线遥控部分由管内机载部分和管外手持部分组成。其 特征是，检测机头由转动、固定两部分组成。转动部分在前，固定部分在后。 机头转动部分由转动外壳3、前端环8、中支架环10、后转动环12、前摄像头5、 照明灯7、侧摄像头6、探头机构、伸縮机构、测厚仪16和内摄像头11组成。 前端环8、中支架环IO、后转动环12，分别安装在转动外壳3的前端、中部、 后端。前端环8上安装前端板，前摄像头5安装在前端板中心，若干照明灯7均布安装在前端板周边上，侧摄像头6安装在转动外壳3前部侧面。探头机构 安装在伸縮机构上，并从转动外壳3前部下面向外伸出。伸縮机构安装在中支
架环10前面。测厚仪和内摄像头U安装在中支架环10后面。机头固定部分由 固定外壳4、封闭环17、屮支承环20、后端盖21、内齿环22、空心轴18、轴 承套19、小齿轮23、谐波减速器24、机头转动电机26 (M2)和支架25组成。 封闭环17、中支承环20、后端盖21，分别安装在固定外壳4的前端、屮部、后 端。轴承套19安装在空心轴18上，轴承套19前端与内齿环22、后转动环12 三者固定连接，空心轴18后端安装在中支承环20上。小齿轮23、谐波减速器 24和机头转动电机26 (M2)三者为一体，并通过支架25安装在固定外壳4上。 小齿轮23与内齿环22啮合。驱动机身2由机身外売4、底架39、前端盖29、 从动轮36、驱动轮38、行走电机32 (Ml)、抱闸31、减速器33、齿轮箱34、 机载遥控箱30和电池组37组成。行走电机32 (Ml)、抱闸31、减速器33和 齿轮箱34为一体，通过齿轮箱34安装在底架39后部。两对驱动轮38安装在 驱动机身2的后半部下面两侧， 一对从动轮36安装在驱动机身2前端下面两侧。 机载遥控箱30和电池组37安装在驱动机身2前半部。由图4、 5所示，无线遥 控机载部分由可编程控制器PLC (IC4)、驱动模块IGBT (1C6 1C9)、 9个控制 继电器J1 J9、直流继电器、遥控接收装置、天线和电源模块组成。可编程控制 器PLC为控制中心，其输入端与遥控接收装置、电源模块和限位开关连接，其 输出端与9个控制继电器J1 J9、驱动模块IGBT、抱闸和故障指示灯连接。控 制继电器J1 J9又分别与直流继电器、探头伸縮电机M3、照明灯LED电源和 摄像头电源连接。直流继电器分别与机头转动电机M2和侧摄像头6连接。无 线遥控管外部分由遥控发送装置、天线、显示器和遥控手柄组成。遥控发送装 置的输入端与天线、遥控手柄连接，其输出端与显示器、天线连接。
由图1、 3所示，探头机构由测厚探头14、滑导、卡环、垫板、拉簧和限位 开关13组成。测厚探头14被卡在卡环上，卡环焊接在垫板上，垫板固定在滑 导上，滑导固定在伸縮杆15上；另一个卡环固定在探头14上，两个卡环之间 用拉簧拉住。限位开关13固定在垫板上。
由图1、 3所示，伸缩机构由伸縮杆15、限位开关和伸縮电机9组成。伸縮 电机9带动伸縮杆15和滑导一起伸縮，由限位开关控制伸縮行程。
由图l、 3所示，检测机头1与驱动机身2联接部分的滑导、滑板，分别固
8定到检测机头的后端盖27、驱动机身的前端盖29上，并由调节丝杠28带动滑 板在滑导中上下移动，来调节检测机头1中心的高度，适应不同的管径。
由图l、 2所示，两对驱动轮38和 -对从动轮36都外包橡胶层，可增大摩 擦力，防止爬坡或下坡时打滑，并有减振作用。
图4、 5中可编程控制器PLC (IC4)，选用三菱FX1S—30MR—D型，用了 其输入端16个端口，输出端12个端口。
自动检测机操作流程由图1所示，检测机头1先进于待检测管线端口， 再推动其机身2向前移动，使驱动轮38进入管口，然后合上电源开关35，观察 电压表40读数应正常。此时各电源模块工作，给各电子器件供电。由图6所示， 先由可编程控制PLC控制抱闸，使行走电机M1处于"刹车"状态。当检测机收 到"前进"或"后退"无线指令信号时，由PLC控制IGBT驱动模块，自动释 放抱闸并使行走电机M1按指令要求前进或后退。此时LED照明灯的前灯亮， 前摄像头5开始工作，受PLC控制可进行"远景/近景"切换和镜头"上、下、 左、右"移动，进行全方位观察和摄像。如果要对某部位(如焊口区)详细观 察并测量涂层厚度，由前摄像头5初步定位后，按下"停止"键。然后按下"摄 像头切换键"，这时LED照明灯的环灯亮，摄像头切换到侧摄像6，进行第二次 精确定位。定位完华按下"工作"键。在此状态下，探头仲縮电机M3带动伸 縮杆和测厚探头向外伸出，由限位开关限位，探头刚触及到内涂层为止，由测
厚仪自动测得第-"个点位的涂层厚度数据。此数据由机头内的打印机打印储存 起来，同时内摄像头11把打印机显示屏上的厚度数摄录下来传送到管外显示器。 然后，伸縮电机M3反转带动伸縮杆和测厚探头縮回，由机头转动电机M2带动 机头1前半部分正转90。停住。此时探头伸縮电机M3再次工作，带动伸縮杆 和测厚探头向外伸出，测厚仪自动完成同-载面上第二个点位的涂层测厚。然 后依次自动完成同一载面上第三、四个点位的涂层测厚。此时上、下、左、右 四个点位的厚度数据被自动打印储存下来。然后由PLC控制机头转动电机M2 带动机头1前半部分反转360。，复位到初始位置。同时摄像头切换到前摄像头 5， LED照明灯也切换到前灯亮。行走电机M1由停止状态再次工作，检测机继 续向前行走，重复上述工作流程，直到一段管线全部检测完毕。
该检测机在管线内自动行走时，如果遇到有水、障碍物、电池组欠压或过 流，会自动退出管外，具有自保护功能，这也是其创新和先进之处。
权利要求
1.一种管道内防腐涂层自动检测机，包括检测机头(1)、驱动机身(2)和无线遥控三大部分，其检测机头(1)在前部，驱动机身(2)在后部，其无线遥控部分由管内机载部分和管外手持部分组成，其特征是检测机头(1)由转动、固定两部分组成，转动部分在前，固定部分在后；机头转动部分由转动外壳(3)、前端环(8)、中支架环(10)后转动环(12)、前摄像头(5)、照明灯(7)、侧摄像头(6)、探头机构、伸缩机构、测厚仪(16)和内摄像头(11)组成，前关环(8)、中支架环(10)、后转动环(12)，分别安装在转动外壳(3)的前端、中部、后端，前端环(8)上安装前端板，前摄像头(5)安装在前端板中心，若干照明灯(7)均布安装在前端板周边上，侧摄像头(6)安装在转动外壳(3)前部侧面，探头机构安装在伸缩机构上，并从转动外壳(3)前部下面向外伸出，伸缩机构安装在中支架环(10)前面，测厚仪和内摄像头(11)安装在中支架环(10)后面；机头固定部分由固定外壳(4)、封闭环(17)、中支承环(20)、后端盖(21)、内齿环(22)、空心轴(18)、轴承套(19)、小齿轮(23)、谐波减速器(24)、机头转动电机(26)和支架(25)组成，封闭环(17)、中支承环(20)、后端盖(21)，分别安装在固定外壳(4)的前端、中部、后端，轴承套(19)安装在空心轴(18)上，轴承套(19)前端与内齿环(22)、后转动环(12)三者固定连接，空心轴(18)后端安装在中支承环(20)上，小齿轮(23)、斜坡减速器(24)和机头转动电机(26)三者为一体，并通过支架(25)安装在固定外壳(4)上，小齿轮(23)与内齿环(22)啮合；驱动机身(2)由机身外壳(4)、底架(39)、前端盖(29)、从动轮(36)、驱动轮(38)、行走电机(32)、抱闸(31)、减速器(33)、齿轮箱(34)、机载遥控箱(30)和电池组(37)组成，行走电机(32)、抱闸(31)、减速器(33)和齿轮箱(34)为一体，通过齿轮箱(34)安装在底架(39)后部，两对驱动轮(38)安装在驱动机身(2)的后半部下面两侧，一对从动轮(36)安装在驱动机身(2)的前端下面两侧，机载遥控箱(30)和电池组(37)安装在驱动机身(2)前半部；无线遥控机载部分，由可编程控制器PLC(IC4)、驱动模块IGBT(IC6～IC9)、9个控制继电器(J1～J9)、直流继电器、遥控接收装置、天线和电源模块组成，可编程控制器PLC(IC4)为控制中心，其输入端与遥控接收装置、电源模块和限位开关连接，其输出端与9个控制继电器(J1～J9)、驱动模块IGBT(IC6～IC9)、抱闸(31)和故障指示灯连接，控制继电器(J1～J9)又分别与直流继电器、探头伸缩电机(M3)、照明灯LED电源和摄像头电源连接，直流继电器分别与机头转动电机(M2)和侧摄像头(6)连接；无线遥控管外部分由遥控发送装置、天线、显示器和遥控手柄组成，遥控发送装置的输入端与天线、遥控手柄连接，其输出端与显示器、天线连接。
2. 根据权利要求l所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是探头机构 由测厚探头(14)、滑导、-环、垫板、拉簧和限位开关(13)组成，测厚探头(14)被卡在卡环上，卡环焊接在垫板上，垫板固定在滑导上，滑导固定在仲 縮杆(15)上，另一个卡环固定在探头(14)上，两个卡环之间用拉簧拉住， 限位开关(13)固定在垫板上。
3. 根据权利耍求l所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是伸缩机构 由伸缩杆(15)、限位开关和伸縮电机(9)组成，伸縮电机(9)带动仲缩杆(15) 和滑导-一起伸縮，由限位开关控制伸縮行程。
4. 根据权利耍求l所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是检测机头 (1)与驱动机身(2)联接部分的滑导、滑板，分别固定到检测机头的后端盖 (27)、驱动机身的前端盖(29)上，并由调节丝杠(28)带动滑板在滑导中上下移动，来调节检测机头(1)中心的高度。
5. 根据权利要求l所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是两对驱动 轮(38)和一对从动轮(36)都外包橡胶层，可增大摩擦力。
6. 根据权利要求l所述的管道内防腐涂层自动检测机，其特征是可编程控 制器PLC (IC4)，选用三菱FX1S—30MR—D型，用了其输入端16个端口， 输出端12个端口。
全文摘要
本发明是一种管道内防腐涂层自动检测机，属于金属表面涂层厚度测量及检测领域。包括检测机头、驱动机身和无线遥控三部分。检测机头由前半部的转动部分和后半部的固定部分组成。机头转动部分由前摄像头、侧摄像头、照明灯和测厚仪构组成。机头固定部分由电机、减速器、空心轴、轴套、齿轮和内齿环组成。机身部分的行走电机、抱闸、减速器、齿轮箱和驱动轮装在后半部，机载遥控箱、电池组和从动轮装在前半部。受无线遥控在管内行走，检测涂层缺陷和测量涂层厚度，并将实时图像无线传送到管外显示器，实现了人机对话。整机结构紧凑，布局合理，运行平稳，工作可靠，自动化功效高。是一种机、电、讯、光一体化管道施工创新设备，具有推广应用前景。
文档编号G01N21/88GK101539415SQ20091002048
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者杰 刘, 斌 叶, 明 叶, 孟庆春, 涛 杨, 王开怀, 王绍智, 马云军 申请人:东营市科威智能技术有限公司