钢桥面板顶板焊缝超声检测自走小车的制作方法

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种钢桥面板顶板焊缝超声检测自走小车。

背景技术：

超声波焊缝裂纹检测的原理是利用超声波在异质界面反射的回波来判断缺陷。现有常规超声波检测仪器需要在被检测物体表面涂抹耦合剂，人工手持探头在被检测物体表面移动扫查，同时观察超声仪显示屏上的波形，判断缺陷。而正交异性钢桥面板的疲劳裂纹主要发生在顶板与u肋焊缝处，钢箱梁一般高3米左右，利用超声波对此位置进行人工检测时，检测人员需要借助爬梯，且由于梯子移动的限制，无法进行连续长距离扫查，因此目前，该位置的裂纹基本通过目视检测，目视检测发现明显裂纹后再人工进行超声检测，获得裂纹详细情况，然而一旦裂纹发展到可以目视发现的时候，损伤已经比较严重，对于后期的维护和修复都将产生不利的影响。并且，人工进行顶板超声波检测时难以按固定位置进行扫查，检测效果受检测人员素质影响较大。

因此，需要一种钢桥面板焊缝超声检测自走小车，通过自动化无人机检测手段解决上述人工检测的限制。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有超声波检测技术在正交异性钢桥面板上应用的局限性，提供一种桥面板焊缝超声检测自走小车。可以进行顶板与u肋裂纹的自动化扫查。

为了解决上述技术问题，本发明所述的钢桥面板焊缝超声检测自走小车采用如下技术方案：

一种钢桥面板顶板焊缝超声检测自走小车，包括履带式磁轮机构、车架、超声探头以及探头架，车架包括横梁和纵梁，横梁通过履带式磁轮机构支撑，纵梁可移动地安装在横梁上，探头架可移动地安装在纵梁上，且探头架能够绕自身轴线在在垂直面内旋转；超声探头安装在车架上；超声探头随着探头架沿着纵梁的平移、纵梁沿着横梁的平移来调整自身在车架上的位置，超声探头随着探头架在垂直面内的旋转而发生旋转；车架随着履带式磁轮机构的行走，带动超声探头行走。

作为本发明的进一步改进，所述履带式磁轮机构、横梁、、纵梁、超声探头以及探头架均为两个，且两个横梁中，其中一个横梁通过铰链与另一个横梁铰接，同时两个横梁之间通过锁定连接件实现两者的位置调节并锁定；两个超声探头中，其中一个超声探头为超声波发射探头，另一个超声探头为超声波接收探头；超声波发射探头朝向目标发射的超声波，在穿透目标后，能够被超声波接收探头接收到。

作为本发明的进一步改进，所述履带式磁轮机构，包括橡胶履带、若干磁铁履带片以及两个轮毂；各磁铁履带片的长度与橡胶履带的宽度相仿，相互平行地均匀安装在橡胶履带的外表面；橡胶履带通过两个轮毂张进，且两个轮毂之间通过转轴连接；所述转轴与第一动力驱动机构的动力输出端连接；橡胶履带在第一动力驱动机构的带动下行走。

作为本发明的进一步改进，所述纵梁通过丝杠机构安装横梁上。

作为本发明的进一步改进，所述丝杠机构包括丝杆以及第二动力驱动机构；纵梁的下表面具有丝杆套筒，丝杆的一端与第二动力驱动机构的动力输出端连接，另一端则穿过丝杆套筒放置，且丝杆与丝杆套筒之间螺纹配合连接。

作为本发明的进一步改进，所述的第一动力驱动机构、第二动力驱动机构共同合用一个驱动电机，该驱动电机的动力输出端通过齿轮传动机构与转轴连接，同时所述驱动电机的动力输出端通过冠状齿轮差速器与丝杆连接。

作为本发明的进一步改进，所述横梁沿着中部位置设置横梁顶面轨道，丝杠套筒嵌装于横梁顶面轨道中，并能够沿着横梁顶面轨道平动。

作为本发明的进一步改进，在横梁顶面轨道的两侧分别设置有一条的横梁侧面轨道，各横梁侧面轨道均与横梁顶面轨道的延伸方向相同；纵梁的下表面在丝杆套筒的两侧对称地设置有两根纵梁斜撑；每一根纵梁斜撑的一端与纵梁固定，另一端则嵌装在同侧设置的横梁侧面轨道中，并能够沿着该横梁侧面轨道平动。

作为本发明的进一步改进，所述铰链为柱形铰，包括多段柱形铰套管以及一根柱形铰栓，相邻的两段柱形铰套管分别设置在两根横梁上，柱形铰栓依次穿过各柱形铰套管设置。

作为本发明的进一步改进，所述锁定连接件包括连接件上板、连接件下板以及将连接件上板、连接件下板连接固定的连接件固定螺栓；连接件上板安装在其中一根横梁上，而连接件下板则安装在另一根横梁上。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

1、本发明采用三维位置可调的超声探头进行正交异性钢桥面板上顶板与u肋焊缝自动化扫查，克服了人工检测的诸多不便，同时将整个系统划分为几个模块，相互组合实现功能，也可以通过更换模块实现在其他检测方法上的应用。

2、本发明采用两个超声探头（超声波发射探头+超声波接收探头），有效地克服了单探头在扫查焊缝探伤方面存在的局限性。

附图说明

图1是本发明所述的超声检测行走小车结构示意图；

图2是图1所述超声检测行走小车的整体拆解透视图

图3是本发明的磁轮系统透视图

图4是本发明的纵横梁系统透视图

图5是本发明的连接系统组合透视图

图6是本发明的连接系统拆解透视图

图7是本发明实桥使用示意图

图1至7中：1、横梁；1a、横梁顶面轨道；1b、横梁侧面轨道；2、驱动箱；2a、悬臂支架；2b、轴架；3、纵梁；3a、纵梁轨道；3b、丝杆套筒；4、探头架；5、磁轮；5a、橡胶履带；5b、磁铁履带片；5c、轮毂；6、丝杆；6a、冠齿轮；7、纵梁斜撑；8、柱形铰；8a、柱形铰套管；8b、柱形铰栓；9、锁定连接件；9a、连接件下板；9b、连接件上板；9c、连接件固定螺母；10、超声探头。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置。表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

如图1至7所示，本发明公开了一种钢桥面板顶板焊缝超声检测自走小车，包括履带式磁轮机构、车架、超声探头以及探头架，车架包括横梁和纵梁，横梁通过履带式磁轮机构支撑，纵梁可移动地安装在横梁上，探头架可移动地安装在纵梁上，且探头架能够绕自身轴线在在垂直面内旋转；超声探头安装在车架上；超声探头随着探头架沿着纵梁的平移、纵梁沿着横梁的平移来调整自身在车架上的位置，超声探头随着探头架在垂直面内的旋转而发生旋转；车架随着履带式磁轮机构的行走，带动超声探头行走。由此可知，本发明所述的超声探头三维位置可调，能够很好地进行目标焊缝探伤。另外，本发明采用履带式磁轮机构，使得所述小车能够通过磁吸的方式附着在钢桥面板或者钢桥顶板的下表面，实现对顶板和u肋间焊缝的探查。此时，采用的是单探头探伤模式，即超声探头向目标发射的超声波，会沿原路返回，由超声探头接收后，进行焊缝探查结果判断。

另外，本发明还可以采用双探头探伤模式，此时，所述履带式磁轮机构、横梁、、纵梁、超声探头以及探头架均为两个，且两个横梁中，其中一个横梁通过铰链与另一个横梁铰接，同时两个横梁之间通过锁定连接件实现两者的位置锁定；两个超声探头中，其中一个超声探头为超声波发射探头，另一个超声探头为超声波接收探头；超声波发射探头朝向目标发射的超声波，在穿透目标后，能够被超声波接收探头接收到。

本发明中，所述履带式磁轮机构，包括橡胶履带、若干磁铁履带片以及两个轮毂；各磁铁履带片的长度与橡胶履带的宽度相仿，相互平行地均匀安装，主要通过粘贴的方式粘结在橡胶履带的外表面；橡胶履带通过两个轮毂张进，且两个轮毂之间通过转轴连接；所述转轴与第一动力驱动机构的动力输出端连接；橡胶履带在第一动力驱动机构的带动下行走。

本发明中，所述纵梁通过丝杠机构安装横梁上。所述丝杠机构包括丝杆以及第二动力驱动机构；纵梁的下表面具有丝杆套筒，丝杆的一端与第二动力驱动机构的动力输出端连接，另一端则穿过丝杆套筒放置，且丝杆与丝杆套筒之间螺纹配合连接。

另外，所述的第一动力驱动机构、第二动力驱动机构共同合用一个驱动电机，该驱动电机的动力输出端通过齿轮传动机构与转轴连接，同时所述驱动电机的动力输出端通过冠状齿轮差速器与丝杆连接。

所述横梁沿着中部位置设置横梁顶面轨道，丝杠套筒嵌装于横梁顶面轨道中，并能够沿着横梁顶面轨道平动。

为进一步保证纵梁的运行平稳，本发明在横梁顶面轨道的两侧分别设置有一条的横梁侧面轨道，各横梁侧面轨道均与横梁顶面轨道的延伸方向相同；纵梁的下表面在丝杆套筒的两侧对称地设置有两根纵梁斜撑；每一根纵梁斜撑的一端与纵梁固定，另一端则嵌装在同侧设置的横梁侧面轨道中，并能够沿着该横梁侧面轨道平动。

本发明中，所述铰链为柱形铰，包括多段柱形铰套管以及一根柱形铰栓，相邻的两段柱形铰套管分别设置在两根横梁上，柱形铰栓依次穿过各柱形铰套管设置。所述锁定连接件包括连接件上板、连接件下板以及将连接件上板、连接件下板连接固定的连接件固定螺栓；连接件上板安装在其中一根横梁上，而连接件下板则安装在另一根横梁上。

以下将结合附图详细地说明本发明所述的技术方案。

参阅图1至图7所示，本发明的钢桥面板焊缝超声检测自走小车，包括履带式磁轮机构、车架和连接系统三个部分。履带式磁轮机构包括橡胶履带5a、磁铁履带片5b、轮毂5c；车架包括横梁1、驱动箱2、纵梁3、探头架4、丝杆6、纵梁斜撑7；连接系统包括柱形连接铰8、连接件9。

如图1、图2、图3所示，履带式磁轮机构的履带由磁铁履带片5b粘在橡胶履带5a上构成，顶部磁铁履带片吸附在钢桥面板顶板和u肋肋板上，通过轮毂5c转动带动履带片交替吸附在钢板上，实现履带轮的前后移动，吸附在钢板上的磁铁履带片5b个数根据其每个履带片吸附力和整个装置的重量计算得出。轮毂通过转轴和轴承与电机相连，轴承和转轴均置于轴架2b中，轴架2b、悬臂支撑2a共同起到连接、支撑轮毂5c的作用。

如图1、图3、图4所示，车架负责在小车前后移动的同时，控制超声探头沿小车运动方向横向或纵向运动，纵梁2主要通过置于横梁顶部轨道1a中的底座以及斜撑7与横梁1相连，斜撑的底座安置于横梁侧面轨道中，斜撑顶部与纵梁底部相连接，纵梁3的横向移动通过丝杆6和固定在纵梁底座中的丝杆套筒3b实现，丝杆的一端设有一对相对的冠齿轮6a，两个齿轮通过控制器以一定的周期分别于主驱动齿轮相咬合，以实现丝杆6的周期性顺时针、逆时针转动，丝杆6往复转动通过套筒3b转化为纵梁的横向往复直线运动。探头架的纵向运动通过探头架内4的小电机控制齿轮转动，从而在纵梁顶端凹槽轨道3a中运动，同时探头架4的自传也由探头架内部小电机实现。

如图1、图4、图5所示，连接系统由柱形铰8和锁定连接件9组成，柱形铰由套管8a和柱形铰栓8b组成，该柱形铰应有较大的阻尼，以保证两个横梁的相对位置固定；连接件9由连接件下板9a、连接件上板9b和固定螺母9c组成，上下板均开有条形孔用于连接，其中一块两边凸出，形成凹槽，另一块板上焊接螺栓，通过螺母拴紧固定，两块板的接触面进行制粗处理，保证两板之间有足够的摩擦力。通过两板间的相对移动，实现两个横梁夹角的变化。

实桥检测时，将各部分组装完整，根据顶板u肋夹角调整两横梁角度并固定，人工手持设备并将其吸附于顶板与u肋焊缝附近如图6所示，选用较长的连接线连接探头和超声仪，人工站立手持超声仪跟随小车行进小车根据程序自动化或人工遥控进行扫查，扫查之前需要进行预处理，可以在纵梁的前进方向端安置耦合剂自动涂抹装置。