一种半封闭空间辅助探伤、碳刨与焊接机器人的制作方法

本发明涉及一种管道焊接质量检测装置，特别是一种半封闭空间辅助探伤、碳刨与焊接机器人。

背景技术：

钢结构在船舶和建筑中占有重要的作用，钢制管道是一种非常常见的钢结构，应用相当广泛。钢结构整体是由多段钢制管道相焊接而成，管道间的焊接质量直接影响了钢结构的连接可靠性，关乎钢结构的安全性能。目前市场上存在的探伤机器人主要适用圆形横截面的管道，勉强适用方形横截面管道，对于其他形状横截面的钢结构不太适用；一些钢结构为了结构稳定等因素会在内部加装加强板，机器人难以在管道内行走。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种半封闭空间辅助探伤、碳刨与焊接机器人。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种半封闭空间辅助探伤、碳刨与焊接机器人，包括：

作业主体，其包括主杆体、第一夹持件和主旋转电机，所述第一夹持件安装在所述主杆体的一端，所述主旋转电机连接在主杆体的另一端；

传送装置，其包括第一底座、第一上支座、第一伸缩杆、第一连接杆和驱动机构，所述第一伸缩杆连接在第一底座和第一上支座之间，所述第一上支座上设有第一导向槽和第二导向槽，所述第一连接杆一端连接在所述第一夹持件上，所述驱动机构带动第一连接杆在第一导向槽和第二导向槽内移动；

超声波探伤装置，其包括第一伸缩机构和超声波探头，所述第一伸缩机构的固定端连接在所述主旋转电机的转动轴上，所述超声波探头安装在第一伸缩机构的伸缩端，所述超声波探头包括发射探头和接收探头；

碳刨装置，其包括第二伸缩机构、碳棒和气刨枪夹头，所述第二伸缩机构的固定端安装在所述主旋转电机的转动轴上，所述气刨枪夹头安装在第二伸缩机构的伸缩端，所述碳棒夹持在所述气刨枪夹头上，所述气刨枪夹头上设有压缩空气喷气口；

焊接装置，其包括第三伸缩机构、焊接头，所述第三伸缩机构的固定端安装在所述主旋转电机的转动轴上，所述焊接头安装在所述第三伸缩机构的伸缩端。

本发明相较于现有技术，通过钢结构半封闭空间端部设置的传送装置实现各装置在半封闭空间内轴线移动，通过主旋转电机实现各装置在半封闭空间内沿圆周向移动，超声波探伤装置对管道间焊缝进行超声波探伤检测，在焊接问题点处通过碳刨装置刨除不良焊缝焊料，最后通过焊接装置进行补焊，自动完成管道间焊接质量的检测和修补，检测效率高，降低劳动强度，确保管道间的焊接质量，提升钢结构安全可靠性；由于作业主体和第一连接杆比较细长，能够适应具有不同规格/横截面半封闭内部空间的钢结构，能避开半封闭空间内部的筋位阻挡，实现有效的焊缝检测和焊缝修补作业。

进一步地，所述第一连接杆的横截面成矩形，第一连接杆的下表面设有传送齿条，所述第一导向槽和第二导向槽的两侧面设有导向轮，所述导向轮与第一连接杆的侧面抵触，所述第一导向槽和第二导向槽的底面设有导向齿轮，所述导向齿轮与传送齿条相啮合。

采用上述优选的方案，能够确保第一连接杆的平稳移动。

进一步地，所述第一导向槽和第二导向槽上方设有可开闭的限位锁杆，所述限位锁杆锁合时，用于限制第一连接杆的上方位置。

采用上述优选的方案，方便第一连接杆的取放，确保第一连接杆的位置稳定性。

进一步地，所述驱动机构包括电机、驱动齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述驱动齿轮安装在电机的转轴上，所述第一传动齿轮与驱动齿轮相啮合，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮同轴连接，所述第二传动齿轮与第一连接杆的传送齿条相啮合。

进一步地，所述第二传动齿轮侧面设有手摇柄。

采用上述优选的方案，电机能平稳带动第一连接杆的稳定移动；在调试或缺电情况下，也可通过手摇柄转动第二传动齿轮实现第一连接杆的移动。

进一步地，还包括辅助支架，所述辅助支架包括第二底座、第二伸缩杆、第二上支座、第二连接杆和第二夹持件，所述第二伸缩杆竖直安装在第二底座和第二上支座之间，所述第二上支座上设有第三导向槽，所述第二连接杆设置在第三导向槽内，所述第二连接杆一端夹紧在所述第二夹持件上，所述第二夹持件通过轴承可转动地连接在主旋转电机的转轴上。

采用上述优选的方案，采用辅助支架和传送装置对作业主体进行两端同轴定位，大大提高了作业主体的位置精度和移动稳定性。

进一步地，还包括耦合液涂布装置，所述耦合液涂布装置包括第一储液箱和第一喷液头，所述第一喷液头与所述超声波探头平行设置。

采用上述优选的方案，在待检焊缝处先涂布耦合液，超声波探头贴在耦合液涂布面上，提高超声波检测准确度。

进一步地，所述耦合液涂布装置还包括第二储液箱、液泵和溢液罩，所述液泵将第二储液箱内的耦合液供给到所述溢液罩内，所述溢流罩包括刚性罩体部和包设于刚性罩体部开口部的溢流软膜，所述刚性罩体部密封罩设于所述超声波探头的头端面四周，所述溢流软膜上设有密布的溢流孔，所述第二储液箱内的耦合液粘稠度小于所述第一储液箱内的耦合液粘稠度。

采用上述优选的方案，先通过第一喷液头在焊缝处喷涂高粘稠度的耦合液，再通过液泵将第二储液箱内的低粘稠度耦合液泵入到超声波探头头部的溢流罩内，溢流罩的溢流软膜与预先涂布的高粘稠度耦合液贴合，并通过溢流孔溢出低粘稠度耦合液，促使高、低粘稠度的高度吻合，有效防止超声波探头与管壁的抵触摩擦；采用双耦合液涂布方式，可以减少高粘稠度耦合液的预涂布量，总体上降低了耦合液的使用量。

进一步地，所述超声波探伤装置、碳刨装置和焊接装置上都设有倾角传感器和激光测距仪。

采用上述优选的方案，可以精准检知超声波探伤装置、碳刨装置和焊接装置作业机构的圆周向位置和与管壁之间的距离。

进一步地，还包括显示装置和主控制器，所述显示装置、超声波探伤装置、倾角传感器和激光测距仪均与主控制器信号连接，所述主控制器接收超声波探伤装置的超声波反馈信号，处理后发出控制显示装置显示管道间焊缝质量数据的指令。

采用上述优选的方案，通过显示装置可以直观了解管道间焊缝的焊接质量状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明一种实施方式的结构示意图；

图3是本发明一种实施方式的结构示意图；

图4是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图5是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图6是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图7是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图8是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图9是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图10是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图11是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图12是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图13是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图14是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图15是本发明另一种实施方式的结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件的名称：

1-作业主体；11-主杆体；12-主旋转电机；13-第一夹持件；2-传送装置；21-第一底座；22-第一上支座；221-第一导向槽；222-第二导向槽；223-限位锁杆；224-激光测速器安装盒；23-第一伸缩杆；231-第一主杆；232-第一副杆；233-锁紧机构；24-第一连接杆；25-驱动机构；251-电机；252-驱动齿轮；253-第一传动齿轮；254-第二传动齿轮；255-手摇柄；26-滚轮；27-推杆；261-刹车装置；3-辅助支架；31-第二底座；32-第二伸缩杆；33-第二上支座；331-第三导向槽；34-第二连接杆；35-第二夹持件；36-轴承；4-超声波探伤装置；41-第一伸缩机构；44-超声波探头；441-发射探头；442-接收探头；45-探伤不良点；5-碳刨装置；51-第二伸缩机构；52-碳棒；53-气刨枪夹头；6-焊接装置；61-第三伸缩机构；62-焊接头；7-耦合液涂布装置；71-第一储液箱；72-第一喷液头；73-第二储液箱；74-液泵；75-溢液罩；751-刚性罩体部；752-溢流软膜；7521-溢流孔；91-第四伸缩机构；92-外罩体；93-内罩体；94-喷水管；95-吸液管；96-毛刷辊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4、8-12所示，一种半封闭空间辅助探伤、碳刨与焊接机器人，包括：

作业主体1，其包括主杆体11、第一夹持件13和主旋转电机12，第一夹持件13安装在主杆体11的一端，主旋转电机12连接在主杆体11的另一端；

传送装置2，其包括第一底座21、第一上支座22、第一伸缩杆23、第一连接杆24和驱动机构25，第一伸缩杆23连接在第一底座21和第一上支座22之间，第一上支座22上设有第一导向槽221和第二导向槽222，第一连接杆24一端连接在第一夹持件13上，驱动机构25带动第一连接杆24在第一导向槽221和第二导向槽222内移动；

超声波探伤装置4，其包括第一伸缩机构41和超声波探头44，第一伸缩机构41的固定端连接在主旋转电机12的转动轴上，超声波探头44安装在第一伸缩机构41的伸缩端，超声波探头44包括发射探头441和接收探头442；

碳刨装置5，其包括第二伸缩机构51、碳棒52和气刨枪夹头53，第二伸缩机构51的固定端安装在主旋转电机12的转动轴上，气刨枪夹头53安装在第二伸缩机构51的伸缩端，碳棒52夹持在气刨枪夹头53上，气刨枪夹头53上设有压缩空气喷气口；

焊接装置6，其包括第三伸缩机构61、焊接头62，第三伸缩机构61的固定端安装在主旋转电机12的转动轴上，焊接头61安装在第三伸缩机构61的伸缩端。

采用上述技术方案的有益效果是：通过钢结构半封闭空间端部设置的传送装置2实现各装置沿半封闭空间内轴线移动，通过主旋转电机12实现各装置在半封闭空间内沿圆周向移动，超声波探伤装置4对管道间焊缝进行超声波探伤检测，在焊接问题点处通过碳刨装置5刨除不良焊缝焊料，最后通过焊接装置6进行补焊，自动完成管道间焊接质量的检测和修补，检测效率高，降低劳动强度，确保管道间的焊接质量，提升钢结构安全可靠性；由于作业主体1和第一连接杆24比较细长，能够适应具有不同规格/横截面半封闭内部空间的钢结构，能避开半封闭空间内部的筋位阻挡，实现有效的焊缝检测和焊缝修补作业。

如图2-4所示，在本发明的另一些实施方式中，第一连接杆24的横截面成矩形，第一连接杆24的下表面设有传送齿条(未示出)，第一导向槽221和第二导向槽222的两侧面设有导向轮(未示出)，所述导向轮与第一连接杆24的侧面抵触，第一导向槽221和第二导向槽222的底面设有导向齿轮(未示出)，所述导向齿轮与传送齿条相啮合。采用上述技术方案的有益效果是：能够确保第一连接杆的平稳移动。

如图2、3所示，在本发明的另一些实施方式中，第一导向槽221和第二导向槽222上方设有可开闭的限位锁杆223，限位锁杆223锁合时，用于限制第一连接杆24的上方位置。采用上述技术方案的有益效果是：方便第一连接杆的取放，确保第一连接杆的位置稳定性。

如图4所示，在本发明的另一些实施方式中，驱动机构25包括电机251、驱动齿轮252、第一传动齿轮253和第二传动齿轮254，驱动齿轮252安装在电机251的转轴上，第一传动齿轮253与驱动齿轮252相啮合，第一传动齿轮253和第二传动齿轮254同轴连接，第二传动齿轮254与第一连接杆24的传送齿条(未示出)相啮合；第二传动齿轮254侧面设有手摇柄255。采用上述技术方案的有益效果是：电机能平稳带动第一连接杆的稳定移动；在调试或缺电情况下，也可通过手摇柄转动第二传动齿轮实现第一连接杆的移动。

如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，第一伸缩杆23包括第一主杆231、第一副杆232和锁紧机构233，第一主杆231的部分杆体套设于第一副杆232外周，锁紧机构233用于固定第一主杆231和第一副杆232的相对位置。采用上述技术方案的有益效果是：可以对第一上支座22的高度有效调节，确保作业主体1位于半封闭空间的中心轴线。

如图2、3所示，在本发明的另一些实施方式中，第一底座21上设有带有刹车装置261的滚轮26；第一底座21上设有用于推行移动的推杆27。采用上述技术方案的有益效果是：便于传动装置的移动和固定。

如图5-7所示，在本发明的另一些实施方式中，还包括辅助支架3，辅助支架3包括第二底座31、第二伸缩杆32、第二上支座33、第二连接杆34和第二夹持件35，第二伸缩杆32竖直安装在第二底座31和第二上支座33之间，第二上支座33上设有第三导向槽331，第二连接杆34设置在第三导向槽331内，第二连接杆34一端夹紧在所述第二夹持件35上，第二夹持件35通过轴承36可转动地连接在主旋转电机12的转轴上。采用上述技术方案的有益效果是：采用辅助支架3和传送装置2对作业主体1进行两端同轴定位，大大提高了作业主体1的位置精度和移动稳定性。

如图13所示，在本发明的另一些实施方式中，还包括耦合液涂布装置7，耦合液涂布装置7包括第一储液箱71和第一喷液头72，第一喷液头72与超声波探头44平行设置。采用上述技术方案的有益效果是：在待检焊缝处先涂布耦合液，超声波探头贴在耦合液涂布面上，提高超声波检测准确度。

如图13所示，在本发明的另一些实施方式中，耦合液涂布装置7还包括第二储液箱73、液泵74和溢液罩75，液泵74将第二储液箱73内的耦合液供给到溢液罩75内溢流罩75包括刚性罩体部751和包设于刚性罩体部751开口部的溢流软膜752，刚性罩体部751密封罩设于超声波探头44的头端面四周，溢流软膜752上设有密布的溢流孔7521，第二储液箱73内的耦合液粘稠度小于第一储液箱71内的耦合液粘稠度。采用上述技术方案的有益效果是：先通过第一喷液头在焊缝处喷涂高粘稠度的耦合液，再通过液泵将第二储液箱内的低粘稠度耦合液泵入到超声波探头头部的溢流罩内，溢流罩的溢流软膜与预先涂布的高粘稠度耦合液贴合，并通过溢流孔溢出低粘稠度耦合液，促使高、低粘稠度耦合液的高度吻合，有效防止超声波探头与管壁的抵触摩擦；采用双耦合液涂布方式，可以减少高粘稠度耦合液的预涂布量，总体上降低了耦合液的使用量。在碳刨的同时会清除掉绝大部分的耦合液，但难免会有极少量的耦合液残留，当残留的耦合液影响到焊接的质量时，应使用对耦合液有一定耐受性的焊接材料。

如图15所示，在本发明的另一些实施方式中，为了达到杜绝探伤耦合液残留对焊接性能产生影响的目的，还包括耦合液洗干装置，其通过第四伸缩机构91安装在主旋转电机12的转动轴上，所述耦合液洗干装置包括水洗装置和吹风管(未示出)，所述水洗装置包括外罩体92、内罩体93、喷水管94和吸液管95，内罩体93内设有毛刷辊96，喷水管94的喷水口设于内罩体93内并朝向毛刷辊96，吸液管95插设到外罩体92内，伸入到外罩体内部的吸液管管壁上设有均匀密布的吸液口，喷水管94通过水管连接外部水泵，吸液管95通过水管连接外部吸液泵，吹风管(未示出)通过风管连接外部暖风机，在探伤作业完成后，耦合液洗干装置移动到耦合液涂布处，喷水管94喷水带动毛刷辊96转动对管道管壁进行清洗，吸液管95将流入到外罩体92内的废液吸出，水洗完成后，通过吹风管对清洗面进行吹干处理，以得到清洁干燥的管壁表面。

在本发明的另一些实施方式中，超声波探伤装置4、碳刨装置5和焊接装置6上都设有倾角传感器和激光测距仪。采用上述技术方案的有益效果是：可以精准检知超声波探伤装置、碳刨装置和焊接装置作业机构的圆周向位置和与管壁之间的距离。

在本发明的另一些实施方式中，还包括显示装置和主控制器，所述显示装置、超声波探伤装置、倾角传感器和激光测距仪均与主控制器信号连接，所述主控制器接收超声波探伤装置的超声波反馈信号，处理后发出控制显示装置显示管道间焊缝质量数据的指令。采用上述技术方案的有益效果是：通过显示装置可以直观了解管道间焊缝的焊接质量状态，如图14所示，每一圆环代表一条焊缝，焊缝上的探伤不良点45可用圆球在圆环上标注出来，还可以用不同颜色的圆球表示不同的缺陷。

在本发明的另一些实施方式中，超声波探伤装置4、碳刨装置5和焊接装置6可以单体式分别安装在主旋转电机的转动轴上，每一步作业完成后，进行更换下一工序所需装置进行寻点作业。在另一种更优的实施方式中，耦合液涂布装置7、超声波探伤装置4、碳刨装置5和焊接装置6都集成安装在主旋转电机11的转动轴上。

下面是本发明一种实施方式的主要工作原理和过程：

1.编写程序输入机器人控制装置，在作业主体上安装超声波探伤装置、耦合液涂布装置、碳刨装置和焊接装置后，一起装夹到第一连接杆和第二连接杆之间，通过传送装置传送到钢结构半封闭空间的焊缝处；

2.超声波探伤装置的第一伸缩机构动作，使超声波探头靠近焊缝位置，耦合液涂布装置同步开启，主旋转电机转动带动超声波探伤装置和耦合液涂布装置进行圆周向作业，一周完成后传送装置移动小段距离后重复上述动作直至完成整个焊缝探测，如未发现不良，则移动到下一节焊缝作业；

3.若探测到焊接不良点，则收回超声波探伤装置，碳刨装置移动到不良点，第二伸缩机构带动碳刨装置的碳棒移至不良点进行碳弧气刨作业；

4.碳弧气刨作业完成后，收回碳刨装置，焊接装置移动到碳刨完成处，第三伸缩机构带动焊接头移至碳刨缝处进行焊接作业；

5.焊接完成后，装置向前移动到下一条焊缝，并重复第2-4步骤，直至完成整个半封闭空间相关焊缝的检测修补工作。

6.完成整个半封闭空间的探伤、碳刨、焊接工作后，装置停滞一段时间，待焊缝冷却后且超过间隔时间后(防止冷裂纹等滞后焊接缺陷)，再次对该管道重复2-5步骤，检查前面的焊缝修补工作有无出现新的焊接缺陷并修补，可仅针对前面已完成碳刨和焊接工作的原焊缝不良点，而不必针对整个焊缝。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。