一种核电用自动化超声检验系统的制作方法

本发明属于核电检测设备领域，特别涉及一种核电用自动化超声检验系统。

背景技术：

反应堆压力容器、蒸汽发生器和稳压器均为核电厂重要的承压部件，是反应堆冷却剂压力边界的重要部件，其长期在高温、高压、强腐蚀、强辐射的恶劣环境下运行。该类压力容器采用直筒节锻件焊接而成，在加工制造过程中容易出现夹杂、折叠和裂纹等缺陷，在核电直筒节锻件制造阶段，就必须采取恰当的无损检测方法对锻件质量进行控制，以保障压力容器边界的完整性和核电厂的安全稳定运行。

目前，超声波检验是核电锻件质量控制的主要手段。制造厂普遍采用手动超声波检验，存在人员技能和责任心要求较高、劳动强度大、检验效率较低、检验结果人为因素影响大、持证人员短缺等问题，常规的超声检验装置存在占用固定场地、占用起重资源、扫查盲区大等问题，因此设计一套自动化超声检验系统，可实现高效可靠，轻便灵活的自动化超声检验系统非常有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高效可靠，轻便灵活的核电用自动化超声检验系统。可用于一定规格范围的核电直筒节锻件内外表面100%覆盖的超声检验。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种核电用自动化超声检验系统，其包括扫查机器人，与所述扫查机器人电连接的控制处理模块，耦合剂供给装置，以及用于防止扫查机器人在作业时坠落的防坠装置，其特征在于：所述防坠装置包括基板、分别安装于所述基板的后端部和前端部上用于使防坠装置卡设于检测对象上的后定位组件和前定位组件、转动连接于所述基板上的平衡轮、配重、以及两端分别于所述扫查机器人和配重连接且绕于所述平衡轮上的平衡绳，所述后定位组件、基板以及前定位组件之间形成夹紧空间，所述系统工作时，所述检测对象上端部位于所述夹紧空间内，所述后定位组件和前定位组件中至少一组能沿前后方向移动并锁定。

优化的，所述后定位组件包括与所述基板的后端部相固定连接的滚轮架、上端部固定于所述滚轮架上且向下延伸的滚轮杆、转动连接于所述滚轮杆的下端部上的定位轮。

优化的，所述前定位组件包括安装于所述基板前端部的电推安装座、安装于所述电推安装座上且沿前后方向伸缩的电动推杆、与所述电动推杆的伸缩端部转动连接的摆动安装座、安装于所述摆动安装座上的摆动轮，所述摆动安装座的摆动轴线、摆动轮的转动轴线以及定位轮的转动轴线相互平行。

优化的，所述防坠装置包括安装于所述基板下端面上的驱动辊轮以及用于驱动所述驱动辊轮转动的辊轮电机。

优化的，所述防坠装置还包括固定于所述基板上端面上的平衡底座、固定于所述平衡底座上的平衡安装座，所述平衡轮转动连接于所述平衡安装座上。

优化的，所述扫查机器人包括：探头机构，其包括探头架以及探头组件，探头架的角度可变化，探头组件随待测物表面的变化做自适应调整；

扫查模块，用于调节探头组件在所述待测物表面的位置；

底盘，其用于驱动所述扫查机器人整体在所述待测物表面运动，其包括底架、安装于所述底架上的电磁吸附模块、安装于所述底架上的驱动模块，所述驱动模块包括能吸附在待测物表面且能在待测物表面滚动的驱动轮、安装于所述底架上的换向架，所述驱动轮安装于所述换向架上且随其动作，所述驱动模块至少具有一下三个状态：转换状态、第一工作状态以及第二工作状态，所述第一工作状态以及所述第二工作状态时分别处于第一工作位置和第二工作位置，所述驱动模块处于第一工作状态时，所述驱动轮的滚动实现底盘沿第一方向移动，所述驱动模块处于第二工作状态时，所述驱动轮的滚动实现底盘沿第二方向移动，所述第一方向和第二方向相交，所述驱动模块处于转换状态时，所述驱动轮的滚动实现所述换向架在第一工作位置和第二工作位置的切换。

优化的，所述底架包括由长边和短边组成的矩形框架、设于所述矩形框架内的换向导轨，所述换向导轨呈弧形，所述换向架的一端转动连接于所述矩形框架上，另一端设于所述换向导轨上且可沿所述换向导轨滑动。

优化的，所述驱动模块还包括当换向架处于所述第一工作位置和第二工作位置时，使换向架与所述底盘相对位置固定的锁定组件，所述锁定组件包括可伸缩的设于所述换向架上的锁销、固定设于所述底盘上且分别与所述第一工作位置和第二工作位置对应的第一锁定块和第二锁定块，所述第一锁定块和所述第二锁定块上均设有锁定孔，当所述换向架处于第一工作位置时，所述锁销伸出并插设于所述第一锁定块的锁定孔内，当所述换向架处于第二工作位置时，所述锁销伸出并插设于所述第二锁定块的锁定孔内，当需要切换至转换状态时，所述锁销从所述的第一锁定块或者第二锁定块的锁定孔内退出，所述驱动轮转动带动所述换向架摆动，从而使驱动模块在第一工作状态和第二工作状态之间的切换。

优化的，所述扫查模块包括安装于所述底盘上端面上且驱动方向相垂直的y向丝杆组件和x向丝杆组件，所述y向丝杆组件和x向丝杆组件的驱动方向分别与所述底盘的上端面相平行，所述x向丝杆组件安装于所述y向丝杆组件上，所述y向丝杆组件包括两个相平行地固定于所述底盘上的短安装杆、固定于两个所述短安装杆之间且相平行设置的y向长导向杆、转动连接于两个所述短安装杆之间且与所述y向长导向杆相平行设置y向丝杆、安装于所述短安装杆上且与所述y向丝杆相传动连接的y向电机、与所述y向丝杆相螺纹连接的y向驱动螺母，套接于所述y向长导向杆上且与所述y向驱动螺母向固定连接的y向滑块，所述x向丝杆组件包括固定于所述y向滑块两端部且沿x向排布的x向安装块、设于所述x向安装块之间且位于所述y向滑块上的x向导轨、两端分别转动连接于所述x向安装块上的x向丝杆、固定于其中一个所述x向安装块上且与所述x向丝杆相传动连接的x向电机、滑动连接于所述x向导轨上且与所述x向丝杆相螺纹连接的x向驱动螺母，所述探头架固定于所述x向驱动螺母上。

优化的，所述探头架包括安装于所述扫查模块上的横移架、上端部与所述横移架相垂直设置且向下延伸的垂向安装杆、呈l型的第一连杆、可调节长短的第二连杆、与所述第一连杆相固定连接的横向安装板，所述探头组件安装于所述横向安装板上，所述第一连杆的一端部与所述垂向安装杆相转动连接，所述第一连杆的另一端部与所述第二连杆的一端部相转动连接，所述第二连杆的另一端部与所述垂向安装杆相转动连接，通过调节所述第二连杆的长度从而调节横向安装板与待测物的倾斜角度，进而调整探头组件与所述待测物的倾斜角度，所述探头架上安装有用于反馈探头组件位置变化的计米轮组件，所述计米轮组件包括计米轮、用于使所述计米轮朝向待测物伸出或将所述计米轮背向所述待测物收回的计米驱动件以及用于使所述计米驱动件始终具有朝向所述待测物运动的趋势的计米复位件，计米复位件连接于所述横向安装板与所述计米驱动件之间。

本发明的有益效果在于：由于检测对象壁厚范围跨度大，因此防坠装置的定位轮和摆动轮间距可调，以适应不同壁厚；当扫查机器人沿垂直方向移动时，配重随之做反向移动，由于设置了配重，克服扫查机器人行走时常见的下滑现象。。扫查机器人的系统具有不固定场地、设备便捷、适应能力强、可拓展性好等优点；扫查机器人可纵向和横向行走，能满足不同的扫查路径需要；扫查机器人可搭载8个探头同时检验，检验效率高，定制探头外形小，内外表面均能良好耦合；采用的水基缓蚀耦合剂，具有防锈功能，耦合剂可循环利用，减少成本，节约用水，改善作业环境；系统的分片区扫查模式具有检验效率高、缺陷定位精准、覆盖率好等优点。

附图说明

图1是核电用自动化超声检验系统的原理框图。

图2是本系统的扫查机器人沿y轴方向（y向）运动即第一工作状态时的结构示意图；

图3是本系统的扫查机器人处于转换状态时的结构示意图；

图4是本系统的扫查机器人沿x轴方向（x向）运动即第二工作状态时的结构示意图；

图5是本系统的扫查机器人的锁定组件的安装结构示意图；

图6是本系统的扫查机器人的y向丝杆组件的结构示意图；

图7是本系统的扫查机器人的视频摄像头的安装位置示意图；

图8是本系统的扫查机器人的计米轮组件的结构示意图；

图9是本系统的扫查机器人的探头组件的结构示意图；

图10是本系统的防坠机器人的主视图。

图11是本系统的防坠机器人除去平衡驱动电机、平衡齿轮组、平衡绳以及配重后的立体视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：

如图1所示，核电用自动化超声检验系统包括扫查机器人01，与扫查机器人01电连接的控制处理模块，耦合剂供给装置，以及用于防止扫查机器人01在作业时坠落的防坠装置5，控制处理模块包括与安全防坠装置电连接的电器分配盒、与电器分配盒相电连接且带有控制屏的控制箱、与电器分配盒电连接的超声仪、与超声仪电连接的超声采集计算机模块。

如图2-9所示，扫查机器人01包括：探头机构1，其包括探头架11以及探头组件12，通过探头架11的角度可变化，探头组件12随待测物表面的变化做自适应调整；扫查模块2，用于调节探头组件12在待测物表面的位置；底盘3，其用于驱动扫查机器人01整体在待测物表面运动。

具体而言，底盘3包括底架31、安装于底架31上的电磁吸附模块32、安装于底架31上的驱动模块33以及安装于底架上的激光测距仪34，驱动模块33包括能吸附在待测物表面且能在待测物表面滚动的驱动轮331、安装于底架31上的换向架332、固定安装于换向架332上且与驱动轮331相传动连接的驱动电机333、锁定组件334。

驱动轮331为永磁轮，其安装于换向架332上且随其动作，驱动模块33至少具有一下三个状态：转换状态、第一工作状态以及第二工作状态，第一工作状态以及第二工作状态时分别处于第一工作位置和第二工作位置，驱动模块33处于第一工作状态时，驱动轮331的滚动实现底盘3沿第一方向移动，驱动模块33处于第二工作状态时，驱动轮331的滚动实现底盘3沿第二方向移动，第一方向和第二方向相交，在本实施中，第一方向和第二方向相垂直，驱动模块33处于转换状态时，驱动轮331的滚动实现换向架332在第一工作位置和第二工作位置的切换。

底架31包括由长边311和短边312组成的矩形框架313、设于矩形框架313内的换向导轨314，换向导轨314呈弧形，换向架332的一端转动连接于矩形框架313上，另一端设于换向导轨314上且可沿换向导轨314滑动。电磁吸附模块32安装于长边311上且位于矩形框架313的中部，驱动模块33和换向导轨314各有两个，一个驱动模块33和一个换向导轨314搭配形成一组，两组驱动模块33和换向导轨314分别位于电磁吸附模块32的两侧。第一工作状态和第二工作状态下，两个驱动模块33的驱动轮331的转轴相平行。

当换向架332处于第一工作位置和第二工作位置时，锁定组件334使换向架332与底盘3相对位置固定，锁定组件334包括可伸缩的设于换向架332上的锁销3341、驱动锁销3341伸缩的锁定气缸3344固定设于底盘3上且分别与第一工作位置和第二工作位置对应的第一锁定块3342和第二锁定块3343，本实施例中第一锁定块3342和第二锁定块3343分别安装在换向导轨314上，第一锁定块3342和第二锁定块3343上均设有锁定孔，当换向架332处于第一工作位置时，锁销3341伸出并插设于第一锁定块3342的锁定孔内，当换向架332处于第二工作位置时，锁销3341伸出并插设于第二锁定块3343的锁定孔内，当需要切换至转换状态时，锁销3341从的第一锁定块3342或者第二锁定块3343的锁定孔内退出，驱动轮331转动带动换向架332摆动，从而使驱动模块33在第一工作状态和第二工作状态之间的切换。

扫查模块2包括安装于底盘3上端面上且驱动方向相垂直的y向丝杆组件21和x向丝杆组件22，y向丝杆组件21和x向丝杆组件22的驱动方向分别与底盘3的上端面相平行，x向丝杆组件22安装于y向丝杆组件21上。y向丝杆组件21包括两个相平行地固定于底盘3上的短安装杆211、固定于两个短安装杆211之间且相平行设置的y向长导向杆212、转动连接于两个短安装杆211之间且与y向长导向杆212相平行设置y向丝杆213、安装于短安装杆211上且与y向丝杆213相传动连接的y向电机214、与y向丝杆213相螺纹连接的y向驱动螺母215，套接于y向长导向杆212上且与y向驱动螺母215向固定连接的y向滑块216，x向丝杆组件22包括固定于y向滑块216两端部且沿x向排布的x向安装块221、设于x向安装块221之间且位于y向滑块216上的x向导轨222、两端分别转动连接于x向安装块221上的x向丝杆223、固定于其中一个x向安装块221上且与x向丝杆223相传动连接的x向电机224、滑动连接于x向导轨222上且与x向丝杆223相螺纹连接的x向驱动螺母225，探头架11固定于x向驱动螺母225上。

探头架11包括安装于扫查模块2的x向驱动螺母225上的横移架111、安装于横移架111两端部的视频摄像头112、上端部与横移架111相垂直设置且向下延伸的垂向安装杆113、呈l型的第一连杆114、可调节长短的第二连杆115、与第一连杆114相固定连接的横向安装板116以及计米轮组件4，探头组件12安装于横向安装板116上，第一连杆114的一端部与垂向安装杆113相转动连接，第一连杆114的另一端部与第二连杆115的一端部相转动连接，第二连杆115的另一端部与垂向安装杆113相转动连接，通过调节第二连杆115的长度从而调节横向安装板116与待测物的倾斜角度，进而调整探头组件12与待测物的倾斜角度，第二连杆115包括两端部周面设有反向螺纹的中段1151以及分别螺纹连接于中段1151两端的侧段1152，通过旋转中段1151，调节第二连杆115的整体长度。

探头组件12包括探头121、用于使探头121始终具有朝向待测物运动的趋势的探头复位件122。探头复位件122包括与探头架11相固定连接的探头安装板123、固定于探头安装板123上且开设有贯通的探头安装槽的探头导向块124、穿设于探头安装槽内且在探头安装槽内滑动的探头导向板125、转动地设置于探头导向板上端部上的探头复位转轴128、固定于探头导向板其中一端部上的探头卷簧127、固定于探头导向板125上的探头固定板126，探头121探头安装定于能够万向转动地探头固定板126上，探头卷簧127的内侧端部部固定设于探头复位转轴128上，且其外侧端部与探头导向块相固定连接，当探头抵在待测物上时，探头导向板克服探头卷簧的弹力并受压缩朝向其安装有探头复位转轴的一侧移动，此时探头卷簧伸展并使探头始终具有朝向待测物运动的趋势。

计米轮组件4安装在探头架11的横向安装板116上，其用于反馈探头组件12的探头121的位置变化，计米轮组件4包括计米轮41、用于使计米轮41朝向待测物伸出或将计米轮41背向待测物收回的计米驱动件42以及用于使计米驱动件始终具有朝向待测物运动的趋势的计米复位件43，计米驱动件42为气缸或液压缸，计米复位件43连接于横向安装板116与计米驱动件42之间。计米复位件43包括与探头架11的横向安装板116相固定连接的计米安装板431、固定于计米安装板431上且开设有贯通的计米安装槽的计米导向块436、穿设于计米安装槽内且在计米安装槽内滑动的计米导向板432、转动地设置于计米导向板432上端部上的计米复位转轴433、安装于计米导向板432其中一端部上的计米卷簧434、固定于计米轮导向板上的计米固定板435，计米轮驱动件42固定于计米固定板435上，计米卷簧434的内侧端部固定设于计米复位转轴433上，且其外侧端部与计米导向块432相固定连接，当计米轮抵在待测物上时，计米导向板432克服计米卷簧434的弹力并受压缩朝向其安装有计米复位转轴433的一侧移动，此时计米卷簧434伸展并使计米轮始终具有朝向待测物运动的趋势，计米轮组件4有两个，两个计米轮的转轴向垂直，分别用于检测探头组件12在y方向和x方向上的位置变化，即探头121y方向运动时y计米轮组件的驱动件伸出，使计米轮41与待测物表面贴紧，记录y向位置，而探头x方向运动时x计米轮组件的驱动件伸出，记录x向位置，在机器人所有动作过程，两个计米轮有且只有1个的驱动件伸出，使计米轮与待测物表面贴紧，记录探头组件相应方向的位置变化。

如图10-11所示，防坠装置5兼具配重功能，其包括基板51、分别安装于基板51的后端部和前端部上用于使防坠装置5卡设于检测对象上的后定位组件52和前定位组件53、配重54、固定于基板51上端面上的平衡底座55、固定于平衡底座55上的平衡安装座56、连接于平衡底座55上的吊装环57、转动连接于平衡安装座56上的平衡轮58、两端分别于扫查机器人01和配重54连接且绕于平衡轮58上的平衡绳59、以及安装于基板51下端面上的驱动辊轮511以及用于驱动驱动辊轮511转动的辊轮电机512。

后定位组件52包括与基板51的后端部相固定连接的滚轮架521、上端部固定于滚轮架521上且向下延伸的滚轮杆522、转动连接于滚轮杆522的下端部上的定位轮523。

前定位组件53包括安装于基板51前端部的电推安装座531、安装于电推安装座531上且沿前后方向伸缩的电动推杆532、与电动推杆532的伸缩端部转动连接的摆动安装座533、安装于摆动安装座533上的摆动轮534，摆动安装座533的摆动轴线、摆动轮534的转动轴线以及定位轮531的转动轴线相互平行。

后定位组件52的定位轮523、基板51下方的驱动辊轮511以及前定位组件53的摆动轮534之间形成夹紧空间，系统工作时，检测对象上端部位于夹紧空间内，摆动轮534能沿前后方向移动，电动推杆532伸出并锁定，随后扫查机器人01进行轴向检查，当需要随扫查机器人01周向运动时，电动推杆532稍微回收，使防坠装置不卡死在检测对象上，滚轮电机512启动带动防坠装置沿检测对象的端面与扫查机器人01同步移动。

平衡轮58的转动轴线与摆动轮534以及驱动辊轮511的转动轴线分别垂直，平衡底座55、平衡安装座56以及基板51上分别开设有通过孔，平衡绳59绕于平衡轮58上且两端部通过孔后分别于扫查机器人01和配重54连接，通过孔的左右两侧的平衡安装座56上设有用于调节平衡轮58安装位置的第一调节孔561，吊装环57安装于平衡底座55的左右侧面上，平衡底座55的左右侧面上开设有多个用于调节吊装环57安装位置的第二调节孔551。

检查开始前对扫查机器人01进行校核和调试。将扫查机器人01吸附在检测对象表面，使用记号笔绘制轴向定长线段，控制扫查机器人01运动至线段起始点，将当前坐标重置为零，控制扫查机器人01沿线段方向运动至末端，根据线段实际长度和计米轮组件设置轴向转换因子，采取同样的方法设置周向转换因子。完成对扫查机器人01的限位功能、水平监测、编码器信号反馈、气动功能等进行测试。打开超声仪和超声采集计算机模块，连接计米轮线缆，按照转换因子设置方法进行运动控制，校准超声采集计算机模块的坐标。

在检测对象上按照程序标记扫查机器人01起始位置，使用定制工装将扫查机器人01转移至起始点，与防坠装置连接好，将控制线缆、超声线缆、气管以及水管连接并整理走线。打开耦合剂循环系统，检查探头耦合情况并通过超声采集软件验证信号。检验人员按照超声扫查计划对超声采集计算机模块进行参数设置，包括检验范围、分辨率、速度、扫查灵敏度、探头参数、探头方向以及工件规格等，完成设置后点击采集按钮进入采集界面。同时操作人员设置好运动轨迹规划，点击开始运动按钮，数据采集开始，检验人员观察采集界面的超声信号确认耦合是否良好，操作人员观察控制软件各项监测参数确认扫查机器人01运动状态是否正常。

对采集的超声数据进行分析，首先确认数据的有效性，数据有无漏采，灵敏度是否满足要求。数据满足要求后，用分析软件对数据进行分析，对显示或缺陷进行记录，确认是否有必要补采数据。

检验结果确认后，将扫查机器人01、超声仪、控制模块、耦合剂供给循环装置、防坠装置等逐一拆除，清理现场。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰如驱动轮采用真空吸附轮，或者驱动轮为一个，在底盘下端面上配以万向轮与驱动轮配合实现换向驱动等变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。