一种适用于汽轮机焊接转子的相控阵超声波无损检测机器人系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于检测机器人领域，特别是一种适用于汽轮机焊接转子的相控阵超声波无损检测机器人系统。
【背景技术】
[0002]转子是汽轮机的核心部件，其结构形式很多，如整锻转子、套装转子、焊接转子和组合转子等。与常规火电机组汽轮机转子相比，核电站汽轮机转子体积和重量都大，加工精度要求高，一般均采用焊接转子。
[0003]为保证焊接转子的质量，在制过程中、制备完成后、在役过程中均需要进行焊缝的相控阵超声波检测，相控阵探头和楔块较大，并且需要在焊缝不同位置，采用不同的楔块进行检测。特别是在制备完成后及在役过程中，由于转子装有叶片，作业空间变得极其狭小。
[0004]目前，针对相控阵超声检测已经具有成熟的夹具和检测系统，但由于焊接转子应用场合的特殊情况，现有方案都无法在焊接转子上进行使用。
[0005]如专利申请号为201010248503.2，申请日期为2010年8月14日，名为“焊缝超声检测扫查装置”的发明专利；以及申请号为201310685223.1，申请日期为2013年12月13日，名为“厚壁接管焊缝超声检测装置”，这两个方案均可以夹持超声探头进行检测，但两个方案均没有设计定位装置，在焊接转子的检测中，不能固定扫查的位置，使整个扫查数据不可靠；其次两套方案均无驱动机构，不能在工件上进行自动检查。基于以上两点，两个方案不能应用于焊接转子场合。
[0006]又如专利申请号为201210192602.2，申请日期为2012年6月12日，名为“焊缝智能跟踪超声检测机器人及其软件分析系统”的发明专利，该发明介绍了一种根据视觉传感器和测厚超声探头进行定位的超声检测机器人，由于焊接转子焊缝被加工后，无法通过视觉传感器进行识别，并且焊接转子厚度固定不变，所以视觉和测厚的方法无法在焊接转子的检测中进行使用，不适合焊接转子场合的使用。
[0007]
【发明内容】
[0008]为了克服【背景技术】中没有定位、驱动装置的缺陷以及利用视觉和测厚方法检测焊接转子焊缝的不足，本发明特提出一种新型的相控阵超声波无损检测机器人系统。
[0009]本发明是一种适用于汽轮机焊接转子的相控阵超声波无损检测机器人系统，所述系统主要包括移动平台(1)、定位杆(2)、相控阵探头(3)、相控阵探头夹具(4)、控制台(5)及超声检测设备(6);所述移动平台(I)吸附在焊接转子表面；所述定位杆(2)共有四组，其中移动平台(I)的前后部位具有两组，夹具(4)的前后部位具有两组，定位杆(2)与焊接转子两边侧壁(10)进行接触，对移动平台(I)和夹具(4)的位置进行固定；所述相控阵探头
(3)被相控阵探头夹具(4)夹持；所述相控阵探头夹具(4)与移动平台(I)通过球铰连接器[9]进行连接，相控阵探头夹具(4)本身没有驱动动力，可以自由移动，由移动平台(I)带动移动；所述超声检测设备(6)通过探头连线(8)与相控阵探头(3)连接；所述控制台(5)和移动平台(I)通过电源及通讯电缆(7 )进行连接。
[0010]定位杆(2)通过转子的侧壁(10)，将移动平台(I)和相控阵探头夹具(4)进行精确定位，移动平台(I)和相控阵探头夹具(4)在移动过程中不能左右移动，保证了检测过程中的位置要求；定位杆(2)的长度可以根据焊缝的位置进行自由的调节。
[0011]超声检测设备(6)和相控阵探头(3)之间通过探头连线进行连接，超声检测设备
(6)接受、处理相控阵探头(3)的信号，并且提供相控阵探头(3)的油路，排除相控阵探头
(3)和焊接转子之间的空气。
[0012]进一步的，所述移动平台(I)的底部由永磁磁铁(20)和防滑轮(19)构成，所述永磁磁铁(20)间隙吸附在焊接转子的表面；采用永磁磁铁(20)间隙吸附在焊接转子的表面，永磁磁铁(20)与焊接转子表面不接触，留有间隙，依靠永磁磁铁(20)的吸引力将移动平台吸附在焊接转子的表面。
[0013]进一步的，所述夹具(4)包括夹具骨架(12)、探头夹持器(11)、万向轮(15)、滚动轮(14)、夹具驱动电机(16)，移动滑轨(13)及导向套(17);夹具骨架(12)的两端分别包括两个万向轮(15)和两个滚动轮(14)，四个轮可以自由移动；夹具骨架(12)上固定安装了移动滑轨(13)，通过电机(16)可以改变导向套(17)的横向位置；导向套(17)和探头夹持器
(11)进行连接。
[0014]进一步的，所述相控阵探头夹具(4)夹持一个相控阵探头(3)，相控阵探头(3)的位置可以根据需要，通过夹具驱动电机(16)进行调节，夹持相控阵探头(3)的探头夹持器
(11)确保了探头和转子充分接触。
[0015]进一步的，所述移动平台(I)包括直流有刷电机、编码器、驱动器、ARM控制板、步进电机驱动器以及限位开关接口电路；所述移动平台内部采用左右两套驱动器分别驱动左右两个直流有刷电机；所述ARM控制板通过RS232与两台驱动器连接，所述ARM控制板发送运动指令，并且读取驱动器状态，完成运动控制的功能；所述编码器安装于电机轴进行速度反馈。
[0016]进一步的，所述移动平台(I)通过夹具驱动电缆(21)和夹具驱动电机(16 )进行连接；所述ARM控制板接受限位开关接口电路的信号，驱动夹具驱动电机(16)。
[0017]进一步的，所述控制台(5)包括电源部分、ATOM电脑和人机交互软件；所述电源部分用于电源的转换和保护功能，为ARM控制板和驱动器提供电源供给；AT0M电脑作为上位机，运行人机交互软件，完成移动平台的控制。
[0018]控制台(5)是整套系统的控制部件，提供了机器人系统的电源和人机交互功能，通过控制台(5)可以设定切换机器人的工作模式，设定机器人的工作参数。
[0019]通过控制台(5)可以控制移动平台(I)以给定速度，前后进行移动；移动平台(I)是整套系统的移动主体；探头前后移动主要靠移动平台进行带动；移动平台上设计了把手，方便移动平台的拆装。
[0020]进一步的，所述人机交互软件采用分层的软件结构，分为驱动接口、运动控制、上位机通讯、人机交互四个功能层次。
[0021]在以上阐述的控制结构下，可以方便的实现焊接转子的自动化相控阵超声波无损检测，这套机器人系统的工作步骤为:
1、通过探头连线将相控阵探头和超声检测设备进行连接，探头可以正常进行检测。
[0022]2、固定相控阵探头在夹具上，并且根据工艺要求，调整相控阵探头的横向位置。
[0023]3、将相控阵探头夹具和移动平台进行固定连接。
[0024]4、根据焊缝位置，调整移动平台和夹具左右两边的定位杆。
[0025]4、将移动平台和控制台进行连接，移动平台能够根据控制台的指令进行移动。
[0026]5、将移动平台和探头夹具一同放置于焊接转子的表面，通过控制台控制机器人的行走，并且观察相控阵检测的结果。
[0027]本发明的优点在于:
1、本套系统通过在焊接转子狭小的作业空间部署超声检测机器人系统来延伸作业空间，极大简化了焊接转子的相控阵超声检测。
[0028]2、本套系统具有吸附在焊接转子表面的移动平台，该移动平台根据设定速度移动，检测过程中，无需人工的干预，极大的减轻了作业强度，提高了检测的精度。
[0029]3、本套系统采用定位杆进行定位，这种方式简单，可靠，精度高，特别适合焊接转子这种环境的自动化超声检测。
[0030]4、相控阵探头夹具，具有驱动系统，可以横向改变位置，在检测作业中，无需对探头拆卸就可以进行位置的改变，提升了检测的效率。
【附图说