一种型材内壁状态智能检测装置的制作方法

1.本发明涉及内壁检测技术领域，尤其是一种型材内壁状态智能检测装置。


背景技术：

2.动车组型材内壁会在型材挤压生产时产生一定缺陷，生产完成后需对型材内腔表面质量进行检查，目前动车组型材内壁状态检测的解决方法主要是人工检测，使用手持内窥镜进行检查，这种检测方式检测速度较慢，检测人员工作量大，由于型材内部有多只贯通孔，安装座，内腔被分割成了多个待检区域，一是耗费了大量人工时，二是存在检测盲区不能百分之百的覆盖检测区域。


技术实现要素：

3.本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供了一种型材内壁状态智能检测装置，驱动机构带动在型材内部移动，摄像头采集型材内壁状态图像，实现型材内壁的检测作业。
4.为实现发明目的，本发明提供的一种型材内壁状态智能检测装置，其技术方案是：
5.一种型材内壁状态智能检测装置，包括驱动机构、支撑机构、摄像头和升降机构，其中：
6.支撑机构，包括底盘，所述底盘与所述驱动机构连接；
7.驱动机构：包括滚轮和驱动电机，带动整个装置移动；
8.摄像头，与所述升降机构的组装固定，拍摄所述型材内部情况；
9.升降机构，安装在所述底盘上，调整所述摄像头的高度；
10.所述底盘上设置有收纳所述升降机构和摄像头的容置空间，收纳后的高度小于等于所述滚轮直径，所述摄像头和升降机构全升状态下小于等于所述型材内径。
11.进一步的，所述滚轮为麦克纳姆轮。
12.进一步的，所述麦克纳姆轮包括行星轮、轮毂、麦轮小滚轮，所述行星轮的外壁处设置有清洁所述麦轮小滚轮表面以防止其行进中带动灰尘杂质飞扬的清洁毛刷。
13.进一步的，所述底盘包括通过安装架组装连接的前底盘和后底盘，所述安装架包括沿车体长度方向设置的安装轴，所述前底盘和后底盘可分别绕所述安装轴旋转。
14.进一步的，还包括调整所述摄像头拍摄方位的调整机构，所述调整机构与所述升降机构顶部组装固定。
15.进一步的，所述底盘上设置有收纳所述调整机构时的避让空间。
16.进一步的，所述底盘的左右两侧和/或前侧设置有接近开关和/或测距传感器。
17.进一步的，所述升降机构包括升降臂和升降电机，所述升降臂通过连动齿轮组与所述升降电机连接。
18.进一步的，所述升降臂为升降链条，所述容置空间设置有收纳所述升降链条的收纳槽。
19.进一步的，所述连动齿轮组和升降电机设置在防尘构件内。
20.综上所述，本发明提供的一种型材内壁状态智能检测装置，与现有技术相比，具有如下技术优势：
21.1.装置装备有摄像头，可实时采集型材内壁状态图像；
22.2.滚轮小型化，并设置有清洁毛刷，能满足在落尘、偶见铝屑的条件下，保证机器人正常移动，同时可以任意方向上实现平移和原地旋转，并防止滚轮带起的灰尘、杂质进入连动齿轮中；
23.3.升降机构小型化，收缩后可隐藏在车身内，展开时可以满足摄像头需要150mm高度的拍摄要求；
24.4.前、后底盘拼接设计，可满足滚轮在恶劣检测表面环境下行走要求，通过安装轴使得两块底盘的接口位置保留旋转自由度，避免特殊条件下(落尘、铝屑)轮子打滑悬空，保证装置在遇到型材表面不平的情况时四个滚轮始终保持与型材面接触状态，使装置运动始终受控，按规定路线行驶；
25.5.机器人小车整体尺寸较小，可保证最小41mm空间范围进行检测作业，并可根据要探测的型材内径，等比例配置不同规格的装置，以适用不同使用场景。
附图说明：
26.图1：本发明一种型材内壁状态智能检测装置的整体结构示意图(收纳状态)；
27.图2：本发明一种型材内壁状态智能检测装置的整体结构示意图(展开状态)；
28.图3：本发明一种型材内壁状态智能检测装置的整体结构示意图(升降电机裸露状态)；
29.图4：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中驱动机构结构示意图；
30.图5：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中滚轮结构示意图；
31.图6：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中升降机构结构示意是图；
32.图7：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中链条收纳状态示意图；
33.图8：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中链条收纳槽部视图；
34.图9：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中调整机构结构示意图；
35.图10：本发明一种型材内壁状态智能检测装置中底盘结构示意图；
36.图中：外壳1，驱动机构2，滚轮21，轮毂211、麦轮小滚轮212，清洁毛刷213，行星轮214，驱动电机22，电机支架23，防尘装置24，升降机构3，升降电机31，传动齿轮组32，大齿轮321，小齿轮322，链轮323，升降链条33，收纳槽4，导轨35，调整机构4，像机支架41，水平舵机42，固定轴421，连杆422，俯仰舵机43，摄像头5，激光测距传感器51，信号接收装置6，接近开关7，开关支架71，支撑机构8，前底盘81，插槽811，切割区812，后底盘82，折弯821，安装架83，前支架831，后支架832，螺杆833，螺母834，顶板9，安装板10。
具体实施方式
37.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
38.本发明提供了一种型材内壁状态智能检测装置，包括驱动机构2、支撑机构8、摄像头5和升降机构3，其中：
39.支撑机构8，包括底盘，所述底盘与所述驱动机构2连接；
40.驱动机构2：包括滚轮21和驱动电机22，带动整个装置移动；
41.摄像头5，与所述升降机构3的组装固定，拍摄所述型材内部情况；升降机构3，安装在所述底盘上，调整所述摄像头5的高度；
42.所述底盘上设置有收纳所述升降机构3和摄像头5的容置空间，收纳后的高度小于等于所述滚轮直径，所述摄像头5和升降机构3全升状态下小于等于所述型材内径。
43.本发明提供的一种型材内壁状态智能检测装置，包括驱动机构2，如图1至图10所示，驱动机构2包括由驱动电机22驱动从而带动整个装置移动的滚轮21，进一步的，滚轮21采用全向驱动的麦克纳姆轮，可实现任意方向上平移和原地旋转，考虑型材内部存在易打滑、有不同程度的落尘、偶见铝屑等杂质的条件，为保证装置的正常移动，滚轮21的材质选用硅胶材质。在本实施例中，设置有四个麦克纳姆轮，其中两个轮为主动轮，与驱动电机22连接，另两个轮为从动轮，驱动电机22驱动主动轮转动，两个从动轮同步滚动，并起到平衡、稳定整个装置的作用，从而带动整个装置移动在实际应用中，根据型材内径，确定麦克纳姆轮的直径以及数量，可稳定带动整个装置运行即可。进一步的，在本实施例中，如图3所示，每个麦克纳姆轮上均设置有驱动电机22，驱动电机22通过电机支架23与麦克纳姆轮安装，电机支架23呈l型，驱动电机22安装在横向侧板的顶部，竖向侧板位于麦克纳姆轮内侧，并在竖向侧板的中上部，设置有通孔，驱动电机22的输出轴穿过通孔后，与麦克纳姆轮的轴心孔连接，带动麦克纳姆轮转动，驱动电机22的输出轴与麦克纳姆轮的轴心孔之间设置有限位结构和紧固定结构，防止在移动过程中驱动电机22的输出轴与麦克纳姆轮脱离，或输出轴在轴心孔内空转。驱动电机22可为减速电机，输出轴通过减速齿轮组、连接杆与麦克纳姆轮连接，并将驱动电机22的尾部(带有输出轴的一端)、减速齿轮组和连接杆设置在减速防尘装置24，防止灰尘进入。在本实施例中，每个麦克纳姆轮均设置有一个驱动电机22，同步驱动，四个轮均为主动轮，可有效保证装置的有效移动。
44.麦克纳姆轮采用自清洁模式，包括外部的轮毂211、麦轮小滚轮21221以及内圈的行星轮214，行星轮214包括同心设置的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮具有外齿牙，第二齿轮具有内齿牙，第一齿轮的中心轴与驱动电机22的输出轴连接，第一齿轮和第二齿轮之间均衡布置三个小齿轮322，各个小齿轮322同时与第一齿轮和第二齿轮啮合。麦轮小滚轮21221布置在第二齿轮的外圈，通过滚动轴与轮毂211固定，并可在第二齿轮的外圈转动，麦轮小滚轮21221的主体结构采用硅胶材质，在第二齿轮的外圈设置清洁毛刷213，自动清理在在移动过程中带起的灰尘、铝屑等杂质，避免杂质被带起后沾到麦轮小滚轮21221上，导致麦轮小滚轮21221被杂质损伤或沿进入到滚动轴、驱动电机22以及驱动电机22的输出轴处，损伤整个驱动机构2。
45.支撑机构8包括底盘，驱动机构2可通过电机支架23的横向侧板与底盘的搭接后固定，如焊接或通过螺栓固定，进一步的，也可通过电机外的防尘装置24与底盘固定，从而将驱动机构2与支撑机构8相互组装固定。底盘包括分体设置的前底盘81和后底盘82，如图10所示方位，前底盘81的前端(图10的左侧方向为前，后同)沿装置行进方向的中心线处设置有插槽811，插槽811的左右两侧做l型切割，驱动机构2的麦克纳姆轮通过电机支架23或防尘装置24在切割后形成的空白区与前底盘81固定，切割区812为与驱动装置组装提供避让空间，减小装置整体宽度。前底盘81的后端与后底盘82的前端组装固定，前底盘81的后端大
体“凸”形，对应的，后底盘82的前端呈对应的“凹”形，前底盘81后端的凸出结构插入到后底盘82前端的凹陷部位中，安装架83包括分别设置在前底盘81上的前支架831和设置在后底盘82上的后支架832，前支架831和后支架832为板状，上部对应设置有通孔，安装轴插入到两个通孔中，从而将前后两个底盘组装成一体结构，安装轴可为螺杆833，顺序穿过前支架831和后支架832上的通孔后，两端分别用螺母834紧固限位。组装后，前底盘81和后底盘82之间留有一定间隙，并通过螺杆833，使得接口位置保留旋转自由度，保证装置在移动过程中遇到型材表面不平的情况时四个滚轮21始终保持与型材表面的接触状态，使装置的运行始终受控，按规定路线行驶。进一步，前支架831和后支架832可分别与对应的底盘表面焊接固定，也可为一体成型，沿装置行进方向的中心线对应布置。当与底盘一体成型时，以前底盘81为例，前底盘81后端的凸起部位的中心线两侧分别切割，将切割部分向上折弯821，形成前支架831，并在前支架831的上部设置供螺杆833穿过的通孔，对应的，在后底盘82的前端做同样切割折弯821后形成后支架832。后底盘82的宽度小于前底盘81的主体宽度，与前底盘81前端两侧切割后的宽度相同，以使安装麦克纳姆轮后，前后宽度一致。后底盘82的后端向上折弯821，用于保护安装在底盘上的升降机构3和摄像头5。
46.为使装置可适用于不同直径、不同结构的型材内壁的检测，摄像头5通过升降机构3调整高度，升降机构3包括升降电机31和带动摄像头5高度升降的升降臂，升降臂可为剪叉机构，也可如图6至8所示，采用链条结构，升降电机31的输出轴与连动齿轮组32组装固定，连动齿轮组32包括相互啮合的大齿轮321、小齿轮322和链轮323，大齿轮321与升降电机31的输出轴同轴固定，小齿轮322与大齿轮321啮合，并与链轮323同轴固定，链轮323外周设有多个连接齿，连接齿插入到升降链条33的插孔中，驱动电机22动作，带动大齿轮321旋转，与其啮合的小齿轮322将转速降低，并带动同轴固定的链轮323旋转，通过升降电机31的正反向转动，驱动升降链条33带动前端的摄像头5升降。
47.升降电机31通过支架与前底盘81的一侧固定，链轮323位于前底盘81前端的插槽811槽底的侧部，对应的，升降链条33的升降起始位置位于插槽811的槽底正后方，且升降链条33收纳后，其中心线与前底盘81的中心线重合。升降链条33带动摄像头5下降到最低位置后，升降链条33收纳在前底盘81上，如图7和图8所示，在前底盘81上设置链条收纳槽34，在收纳槽34内设置导轨35，导轨35大体设置成类似回形针状，升降链条33沿导轨35回转收纳，减小升降链条33在底盘上的收纳体积，进一步降低装置的整体长度，并通过设置导轨35，使链条收纳更整洁、有序，防止升降链条33的各节链节之间相互勾结在一起，无法正常升降。
48.进一步的，收纳槽34包括两块间隔设置并通过螺栓连接固定的竖向侧板，导轨35设置在两块侧板之间，导轨35侧部可与其中与侧板的内侧固定，用于支撑导轨35。收纳槽34的顶部开放，或通过保护板封闭，并在保护板前端设置供升降链条33进出升降的槽口，槽口下方设置链轮323，链轮323的中心轴穿过侧板后与小齿轮322连接。收纳槽34的前端位于前底盘81前端的插槽811的槽底正后方，大齿轮321、小齿轮322和升降电机31设置在收纳槽34一侧侧板的外部，l型的支架底部横向臂与前底盘81顶面固定，升降电机31与l型支架的外侧固定，大齿轮321对应设置在l型支架的内侧，升降电机31的输出轴穿过l型支架的纵向侧臂后与大齿轮321的中心固定。在收纳槽34侧板的后侧的下方，设置有安装槽，开关支架71插入到安装槽中，与收纳槽34固定，在开关支架71上设置接近开关7，用于检测装置侧部与型材内壁之间的距离，通过检测到的距离以控制装置的行进方向，避免装置与型材侧壁碰
撞。通过开关支架71将接近开关7与收纳槽34的侧部固定，而不直接将接近开关7与底盘固定，可有效防止底盘的震动导致检测结果不准。对应的，在摄像头5或调整机构4上设置激光测距传感器51，检测摄像头5与前进方向上型材侧壁之间的距离，通过测距传感器和接近开关7，实现装置贴边行走、行走测距，保证行走路线的稳定及位置反馈，防止与型材内壁产生碰撞。进一步的，每侧的接近开关7至少为一个，可为两个或更多个，通过开关支架71与收纳槽34侧部固定，也可借用升降电机31的l型支架与收纳槽34固定，可实现固定即可。在实际应用中，可根据需要，确定在装置上安装激光测距传感器和/或接近开关7。
49.进一步，装置还包括顶板9，顶板9与前底板结构相近，前端具有插槽811，收纳槽34位于该插槽811内，有收纳槽34的顶部高于顶部一定距离，以使收纳槽34内具有足够的收纳空间。顶板9的前端与前底盘81前端两侧l型切割区812域横向边平齐，或略向后，可覆盖住前底盘81与顶板9之间的升降电机31、连动齿轮组32等结构，避免行走过程中带起的扬尘进入到链条、连动齿轮组32、升降电机31内，对相关部件产生损伤。顶板9的后端大体呈“凸”形，位于后底盘82的上方，在顶板9后端与后底盘82尾部的向上折弯821部分可设置信号接接装置等必备的其他结构。
50.再进一步的，装置还包括外壳1，外壳1可为u型壳体，开口朝下，覆盖住顶板9后与底盘的顶固定，将升降机构3整体封存起来，进一步保护升降机构3。在实际应用中，可不设置顶板9，直接由外壳1与底盘相互固定，外壳1与底盘之间，形成收纳升降机构3的容置空间。外壳1的侧部对应设置有镂空区，使接近开关7裸露出来，以便有效检测装置与侧壁之间的距离。外壳1的侧部还可设置有便于操作人员握持的把手、凹陷区等，或外壳1包括通过螺栓、扭簧、或折页等结构连接的左右两部分，与底盘卡接固定，通过扣动一侧的镂空区，可打开壳体的一侧。同样的，在外壳1对应收纳槽34顶部槽口位置处，设置镂空区，供升降链条33出入。或，顶板9的两侧通过折页等结构连接侧板，侧板的底部与底盘连接，顶板9、侧板形成装置的外壳1。外壳和底盘相互固定，形成升降电机31和连动齿轮组32的防尘构件，防止滚轮21移动过程中带起的灰尘、杂质损伤升降机构，在实际应用中，还可在升降电机31和连动齿轮组32处单独设置防尘构件，其结构不做要求和限定，可实现防尘即可。
51.升降链条33的首、末端与链轮323之间设置限位结构，防止升降链条33与链条脱离；摄像头5固定在升降链条33的前端，由升降链条33调整摄像头5的纵向位置，摄像头5通过像机支架41与升降链条33的前端固定，像机支架41包括两块横向臂和一块竖向臂，两块横向臂分别反向固定在一块竖向臂的两端，并形成“z”型结构，水平位置较高的一块横向臂与升降链条33顶部固定，较低一块横向臂的顶面固定摄像头5。摄像头5可为360
°
无死角监控摄像头5，以全面检测型材内壁的整体情况，也可如本实施例所述，摄像头5也可采用具有一定观察角度的普通摄像头5，通过调整机构4调整摄像头5的检测方向，具体的，调整机构4包括水平舵机42和俯仰舵机43，水平舵机42固定在位置较低的横向臂的底部，输出轴穿过该横向臂后与摄像头5底部的安装板10固定，具体的，输出轴穿过该横向臂后，与固定轴固定，固定轴通过连杆与安装板10连接，水平舵机42旋转，通过固定轴、连杆带动摄像头5沿水平方向转动，调整水平方向的检测角度，在本实施例中，水平舵机42可带动摄像头5沿水平方向旋转270
°
，以充分检测水平方向的情况。进一步的，俯仰舵机43的输出轴与安装板10连接，驱动安装板10带动摄像头5在纵向方向上做180
°
转动，调整纵向方向上的检测角度。
52.收纳(升降链条33整体完整下降状态)时，前底盘81前端的插槽811形成调整装置
的收纳避让区，使像机支架41及支架底部的水平舵机42位于插槽811内，通过设置电机支架23纵向侧板的高度和/或防尘装置24与底盘的固定位置，调整底盘与麦克纳姆轮底面之间的距离，并通过调整水平舵机42的高度，使得收纳后，水平舵机42的底面与型材内壁底面留有一定的距离，不影响或干涉麦克纳姆轮的滚动，并通过调整像机支架41的高度、固定轴、连杆的高度，使得收纳后，摄像头5的顶部高度不高于麦克纳姆轮的顶部，从而降低收纳后装置的整体高度。通过在前底盘81上设置形成收纳调整机构4时的避让区，避免调整机构4及摄像头5在收纳后堆积在前底盘81上，增大整个装置收纳后的高度。升降链条33全部收纳进收纳槽34后，像机支架41位置较高、与升降链条33固定的横向臂的顶面与收纳槽34的顶部搭接，限定升降链条33的收纳位置，防止升降链条33过度收纳，进一步的，可在收纳槽34的顶部设置凹槽，使该横向臂收纳在凹槽中，顶面与由纳槽的顶面平齐。该横向臂向前伸展，越过位于前底盘81上的其他结构后，竖向臂向下，使调整机构4及摄像头5收纳在前底盘81的前端，在摄像头5及调整机构4高度较大时，前底盘81前端的插槽811形成收纳避让区，使收纳后，摄像头5的顶部与收纳槽34顶部平齐或略低于收纳槽34顶部。进一步的，摄像头5收纳后，位于整个装置的最前端，突出于前底盘81限定的范围，最佳的，与前侧两个滚轮21的前端面平齐或突出于前侧两个滚轮21的前端面，使得在收纳状态下仍可进行内壁的检测。
53.需要说明的是，本发明提供的型材内壁智能检测装置还包括控制终端，在装置上设置有信号接收装置6，可将信号接收装置6如前文所述，设置在后底盘82后部折弯821顶部与顶板9之间的位置处，便于接收控制器发射的控制信号。信号接收装置6与驱动机构2、升降机构3和调整机构4电连接或信号连接，将接收到的控制信号根据信号类型分别控制驱动电机22动作，驱动整个装置移动，控制升降电机31动作，控制摄像头5的高度，控制水平舵机42和/或俯仰电机动作，调整摄像头5的检测角度和方位，同时，还可控制摄像头5的开关机。或控制器与各电器件直接信号连接，通过控制器直接控制各电器件的动作。接近开关7和位置传感器检测到的信号可直接或间接传输给控制器，控制器根据预设程序，控制、调整装置的行进方向。
54.考虑到型材整体结构较小，内部空间有限，检测装置需要微型化，要求整体尺寸、驱动机构2、升降机构3部分进行相应的尺寸调整，并进行如前文所述的收纳整理、合理避让，以减小整体尺寸，本实施例提供的装置的整体尺寸可控制在长度为150mm、宽度为94mm、高度(摄像头5降落收纳后)为37mm以内，可对内腔高度小于41mm的内腔进行有效检测，内腔高度与装置高度之间的高度差可保证装置不会卡在型腔内，同样的，装置宽度与型腔宽度方向应该也存在合理的尺寸差。滚轮21的直径尽量小，并通过支架使底盘低于滚轮21的中心轴，使升降机构3降落收纳后，摄像头5、升降机构3的最大高度小于等于滚轮21的直径，升降机构3全升(摄像头5上升到最高，包括调整俯仰角度)状态下，摄像头5及升降机构3的高度小于等于待测型材内径，检测装置可对滚轮21直径≤型材内径(高度)≤全升高度且装置宽度≤型材宽度的型材进行有效检测，如前文所述，最佳的内腔高度与装置高度之间以及装置宽度与型腔宽度方向应该也存在合理的尺寸差，避免装置卡在型腔内，使得一台检测装置可同时对多种不同规格的型材内型进行检测，通过分别设置水平舵机42和俯仰舵机43，并通过设置前底盘81的插槽811的避让区，使得在摄像头5在全降落、收纳状态下仍可进行检测角度的调整。在现场应用时，可根据常见的型材的内径，参考装置与型材内径的尺寸
关系，配置多台不同规格、尺寸的检测装置，用于不同型材的检测。通过设置调整机构4，除可对单一型腔内壁进行不同角度的检测外，还可在当型腔内设置有分支空腔时，对分支空腔在一定范围内、无需伸入到分支空腔的有效检测。
55.在实际使用时，装置在型材内腔的端口进入到型材内腔中，由于型材端口处通常设置有安装座等结构，开口尺寸较小，进入时，升降链条33、摄像头5处于降落、收纳状态，此时装置的整体高度最小，保证装置顺利通过端口进入到型材内部，进入到型材内部较开阔位置后，控制升降电机31动作，摄像头5升高，并通过调整机构4调整摄像头5的角度，对型材内壁进行有效检测，需要说明的是，为保证摄像头5检测范围无死角，需将升降机构3升起后再进行检测。摄像头5将采集的检测图像实时传输给控制终端，控制终端可实时显示检测检测图像，并对检测图像进行存储、导出，备案。
56.综上所述，本发明提供的一种型材内壁状态智能检测装置，与现有技术相比，具有如下技术优势：
57.1.装置装备有摄像头5，可实时采集型材内壁状态图像；
58.2.滚轮21小型化，并设置有清洁毛刷213，能满足在落尘、偶见铝屑的条件下，保证机器人正常移动，同时可以任意方向上实现平移和原地旋转，并防止滚轮21带起的灰尘、杂质进入连动齿轮中；
59.3.升降机构3小型化，收缩后可隐藏在车身内，展开时可以满足摄像头5需要150mm高度的拍摄要求；
60.4.底盘采用前底盘81和后底盘82的拼接设计，可满足滚轮在恶劣检测表面环境下行走要求，通过安装轴使得两块底盘的接口位置保留旋转自由度，避免特殊条件下(落尘、铝屑)轮子打滑悬空，保证装置在遇到型材表面不平的情况时四个滚轮21始终保持与型材面接触状态，使装置运动始终受控，按规定路线行驶；
61.5.机器人小车整体尺寸较小，可保证最小41mm空间范围进行检测作业，并可根据要探测的型材内径，等比例配置不同规格的装置，以适用不同使用场景。
62.如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。