一种全自动换热器管端角焊缝检查系统的制作方法

本发明属于热交换器、蒸发器及其它类似结构的管端焊缝无损检测技术领域，具体涉及一种全自动换热器管端角焊缝检查系统。

背景技术：

目前对换热器管端角焊缝检测主要采用射线成像技术，而射线数字化成像技术经过近几年的发展，具备了现场适应能力强，对气孔等缺陷检测灵敏度相对较高等特点，因此数字成像技术也越来越多的应用在换热器管端角焊缝的检测技术上。但是由于换热器大小不一，且换热器的传热管数量繁多，手动或者半自动检测设备仍然存在检测速度慢，自动化程度低等问题。特别是大直径的换热器类似的问题尤为突出。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全自动换热器管端角焊缝检查系统，以对换热器管端角焊缝进行有效率、高精度的射线检查。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种全自动换热器管端角焊缝检查系统，包括控制单元、爬行定位装置、气动快速锁紧装置、射线探测器，控制单元对爬行定位装置、射线探测器和气动快速锁紧装置进行控制；爬行定位装置与射线探测器通过气动快速锁紧装置连接；爬行定位装置是由基座和活动块组成的十字交叉结构，基座与活动块可以相对转动和相对直线运动；气动快速锁紧装置由气锁公接头和气锁母接头构成，气锁公接头安装在爬行定位装置上，气锁母接头安装在射线探测器上。

所述的控制单元采取集成化设计，由控制计算机和运动控制箱组成，运动 控制箱与控制计算机通过LAN连接；电源、运动控制卡、电磁阀安装在运动控制箱中。

所述的基座与活动块通过直线导轨和丝杆连接，电机带动丝杆转动，丝杆将旋转运动转化为直线运动，从而实现活动块在直线导轨上平移。

所述的基座和活动块分别含有两个脚爪，当基座的两个脚爪固定在换热管上时，松开活动块的脚爪，利用活动块的转动和直线运动，改变活动块两脚爪要固定的孔位，到达预定孔位后，活动块的脚爪固定好；松开基座的脚爪，利用基座的转动和直线运动，改变基座两脚爪固定的孔位，到达预定孔位后，基座的脚爪固定好，按照路径规划，如此往复，实现管板上的全自动高效定位。

所述的射线探测器由连接块、支撑板、升降气缸、摆动气缸、滑动导轨、射线探测头、射线源组成；升降气缸、摆动气缸、滑动导轨安装在支撑板上，射线探测头安装在摆动气缸的摆动轴上，射线源安装在射线探测头上，连接块与支撑板通过螺钉连接；射线探测头需要在换热管中不同角度的位置定位并实现射线拍照。

所述的摆动气缸集成了角度位移编码器，可以实现平稳圆周旋转运动，根据成像系统分辨率和成像时间精确控制多个角度的旋转，可以实施射线拍照。

所述的气锁公接头由外壳、气锁活塞及滚珠组成，气锁母接头由外壳和止松环组成；气锁公接头内部是一个类气缸结构，由气锁活塞推动三个滚珠向外胀开，胀开后的滚珠和气锁母接头的止松环紧配，防止松开。

工作时，控制单元启动，接收上位机发出的控制命令对爬行定位装置对应的电磁阀发出控制信号，电磁阀动作，从而实现对爬行定位装置的运动控制，将爬行定位装置安装在换热器上；对气动快速锁紧装置对应的电磁阀发出控制信号，当气锁公接头的气锁活塞顶出时，气锁活塞的锥面推动滚珠向外侧胀开， 与气锁母接头上的止松环接触实现快速锁紧，将射线探测器通过气动快速锁紧装置固定在爬行定位装置上；根据设定的需要检查传热管，控制爬行定位装置在换热器走位，定位完成后，射线探测器到达换热器目标管位，通过升降气缸和滑动导轨带动射线探测头的射线源插入换热管；按照设定的角度，摆动气缸实现平稳圆周旋转运动，到达目标位置后，完成射线拍照；这样就完整的完成一根换热气传热管的检查，按照规划的路径和计划，重复上述步骤，完成换热管100％的检查。

本发明所取得的有益效果为：

本发明通过爬行定位装置在换热器管板上自动行走并定位，代替目前主流的手动或者半自动检查方式，射线探测器作为检查实体，通过快速锁紧装置，搭载在爬行定位装置上，使其射线源可以准确插入每根待检传热管的管口。这种系统极大的降低了人的劳动强度，提高了检查的效率及准确性。

本发明为换热器传热管管端角焊缝实施射线自动检查而提出一套全自动检查机器人系统，本系统中爬行定位装置的主要功能是配合射线数字成像设备(即射线探测器)的使用，使其射线源可以准确插入每根待检传热管的管口，射线探测器安装于摆动机构上，能精确控制棒阳极旋转一定角度实施射线拍照任务，最后对产生的完整焊接接头图像进行图像处理，生成检测结果，实现数字成像。

(1)控制单元采用集成化设计，但对爬行定位装置、射线探测器和气动快速锁紧装置三者的控制仍然相对独立，这种方式可以有效避免误操作。在控制计算机中通过导入不同被检换热管的模型及相关数据参数设置，可以实现对不同大小的换热器管端角焊缝的射线检查。

(2)利用两组气动快速锁紧装置，爬行定位装置和射线探测器可以快速组成整体，两组气动快速锁紧装置的使用不仅可以使连接更牢固，同时由于射线 探测器长度较长也有效减小了射线探测器自重产生的力矩。

(3)射线探测器在爬行定位器的搭载下，通过爬行定位器角度的设置和电机丝杠传动，按规划路径，实现精确定位，实现管板面所有管口的全自动检测。

(4)射线探测器到达目标换热管后，由于使用了集成角度位移编码器的摆动气缸，可以实现旋转角度的精细控制和微调，提高了成像分辨率。

(5)为消除中心以外的盲区，射线探测器旋转至少3个位置。为消除旋转时射线探测器与定位机器人的运动干涉，根据具体检查的换热器尺寸，摆动气缸调节成合适角度可以缩短探测器与爬行定位装置连接块的基座部件方向长度，提升爬行定位装置的覆盖范围。

附图说明

图1是本发明的全自动检查系统结构示意图；

图2是本发明的机械结构示意图A；

图3是本发明的机械结构示意图B；

图4是本发明的射线探测器示意图；

图5是本发明的气动快速锁紧装置示意图；

图中：1、爬行定位装置；2、基座；3、气动快速锁紧装置；4、连接块；5、支撑板；6、射线探测器；7、升降气缸；8、摆动气缸；9、滑动导轨；10、射线探测头；11、换热器；12、射线源；13、活动块；14、电机；15、脚爪；16、直线导轨；17、丝杆；18、气锁公接头；19、气锁母接头；20、气锁活塞；21、滚珠；22、止松环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明所述全自动换热器管端角焊缝检查系统包括控制单元、 爬行定位装置1、气动快速锁紧装置3、射线探测器6；

控制计算机和运动控制箱组成系统控制单元，控制单元采取集成化设计：电源，运动控制卡，电磁阀等控制元器件统一安装在运动控制箱中，运动控制箱与控制计算机通过LAN连接，按照各控制元器件的逻辑和执行关系，控制单元的功能主要分为对爬行定位装置1、射线探测器6和气动快速锁紧装置3三者的控制，三者之间的控制相对独立，操作互不影响。

如图2、图3所示，爬行定位装置1由基座2和活动块13组成十字交叉结构，基座2主要由主支撑板和两个脚爪15构成，活动块13由直线导轨16、丝杆17以及两个脚爪15构成，基座2和活动块13可以相对转动，两者通过直线导轨16和丝杆17相连，直线导轨16起支撑和导向作用，电机14带动丝杆17转动，丝杆17将旋转运动转化为直线运动，从而活动块13在直线导轨16上平移，因此基座2和活动块13之间还可以实现相对直线运动。基座2和活动块13分别含有两个脚爪15，脚爪15利用胀紧原理可以在换热管上实现固定。当基座2的两个脚爪15固定在换热管上时，可以松开活动块13脚爪15，利用活动块13的转动和直线运动，可以改变活动块13两脚爪15要固定的孔位，到达预定孔位后，活动块13脚爪15固定好；松开基座2脚爪15，利用基座2的转动和直线运动，可以改变基座2两脚爪15固定的孔位，到达预定孔位后，基座2脚爪15固定好，按照路径规划，如此往复，可以实现管板上的全自动高效定位。爬行定位装置1和射线探测器6由气动快速锁紧装置3连接。

如图4所示，射线探测器6由连接块4、支撑板5、升降气缸7、摆动气缸8、滑动导轨9、射线探测头10、射线源12组成。以支撑板5为基础零件，升降气缸7、摆动气缸8、滑动导轨9安装在支撑板5上，射线探测头10安装在摆动气缸8的摆动轴上，射线源12则安装在射线探测头10上。连接块4则与 支撑板5用螺钉连接。由于射线探测头10的成像特点，一般成像区会分成几个方形区域，为了消除区域边缘影响，射线探测头10需要在换热管中不同角度的位置定位并实现射线拍照。安装在射线探测头10下部的摆动气缸8集成了角度位移编码器，可以实现平稳圆周旋转运动，根据成像系统分辨率和成像时间精确控制多个角度的旋转，可以实施射线拍照。

如图5所示，气动快速锁紧装置3由气锁公接头18和气锁母接头19构成，气锁公接头18主要由外壳、气锁活塞20及滚珠21组成，气锁母接头19主要由外壳和止松环22组成。气锁公接头18安装爬行定位装置1上，气锁母接头19安装在连接块4上。气锁公接头18内部是一个类气缸结构，由气锁活塞20推动三个滚珠21向外胀开，胀开后的滚珠21可以和气锁母接头19止松环22紧配，防止松开。由于射线探测头10长度较长，利用两个气动快速锁紧装置3不仅可以使爬行定位装置1和射线探测器6连接更牢固，同时也有效减小了射线探测器6自重产生的力矩。

控制单元启动，打开控制软件，控制计算机与运动控制箱局域网LAN自动开始连接，连接成功后，对控制软件中的功能按钮进行相应的操作，运动控制箱中对操作做出相应的处理，以工控单板计算机为核心，该工控计算机接收上位机发出的控制命令并转化为控制代码发送至运动控制卡，对爬行定位装置1对应的电磁阀发出控制信号，然后电磁阀动作，从而实现对爬行定位装置1的运动控制，将爬行定位装置1安装在换热器11上；接着对气动快速锁紧装置3对应的电磁阀发出控制信号，当气锁公接头18的气锁活塞20顶出时，气锁活塞20的锥面推动滚珠21向外侧胀开，与气锁母接头19上的止松环22接触实现快速锁紧，将射线探测器6通过气动快速锁紧装置3固定在爬行定位装置1上。然后，根据设定的需要检查传热管，控制爬行定位装置1在换热器11走位， 定位完成后，射线探测器6到达换热器11目标管位，通过升降气缸7和滑动导轨9带动射线探测头10的射线源12插入换热管。按照设定的角度，摆动气缸8实现平稳圆周旋转运动，到达目标位置后，完成射线拍照。多次拍照合成图，可以有效解决盲区问题。这样就完整的完成一根换热气传热管的检查，按照规划的路径和计划，重复上述步骤，可以完成换热管100％的检查。