專利名稱：高壓釜探傷機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種綜合應(yīng)用機(jī)械、自動控制和無損探傷技術(shù)的自動化無損探傷設(shè)備。
專利檢索情況。對國外有關(guān)無損探傷的專利進(jìn)行了檢索，共調(diào)出自1964年到1989年IPC Code Section G(物理部)Sub-section 01(儀器分部)有關(guān)無損探傷的專利309項，未見相同的項目。
本發(fā)明解決了水晶高壓鋼釜長期來用普通技術(shù)無法解決的原位探傷問題。利用高壓釜生產(chǎn)人造水晶的技術(shù)是從國外引進(jìn)的，水晶釜是一種深盲孔高壓容器，外面有很厚的加溫保溫層，長期來國內(nèi)外都采用從外部探傷的方法，每次探傷都要清除與恢復(fù)這些保護(hù)層，不僅要耗費大量人力物力，造成較長的停產(chǎn)時間，而且對內(nèi)腔故障探測精度不高。本發(fā)明的特點是利用特制機(jī)器人攜帶專用傳感器進(jìn)入內(nèi)腔，以微機(jī)為核心的控制機(jī)控制機(jī)器人在釜內(nèi)按程序進(jìn)行自動檢測，發(fā)現(xiàn)故障時能自動報警，適時存儲，打印輸出。探測過程既可自動也可手控?？蛇\用多種傳感器對疑點進(jìn)行反復(fù)比較與鑒別，既防止遺漏又防止誤報。新方法不僅節(jié)省人力物力，減少停產(chǎn)時間，而且大大提高了探測的可信度。由于高壓釜的高應(yīng)力區(qū)在內(nèi)腔，從內(nèi)腔檢測才能有效發(fā)現(xiàn)故障點，對裂紋發(fā)展速度進(jìn)行適時的監(jiān)控。本發(fā)明不僅解決了水晶高壓釜長期來在無損探傷方面末能解決的問題，而且可適用于其它立式容器的內(nèi)腔檢測。
本發(fā)明的任務(wù)是1.設(shè)計有效的機(jī)械系統(tǒng)，2.設(shè)計有效的電子控制系統(tǒng)，3.設(shè)計有效的無損探測系統(tǒng)及專用傳感器。現(xiàn)將這3個方面分述如下一、有效的機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)器人本體和釜外輔助機(jī)構(gòu)。
1.機(jī)器人本體，共包括5組機(jī)構(gòu)，即自動定心機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、底平面探測機(jī)構(gòu)、圓弧曲面探測機(jī)構(gòu)和探頭收放機(jī)構(gòu)。
a.自動定心機(jī)構(gòu)。由4組定位輪[1·3]與1組壓緊導(dǎo)向輪[1·2]組成。定心器[1·5]可保證機(jī)器人本體在被探測容器內(nèi)運動時，和容器始終保持同心。
b.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。由2級齒輪減速箱[2·2]和一對減速齒輪[2·8]組成，用1個步進(jìn)電動機(jī)[2·1]驅(qū)動，使機(jī)器人作±360°旋轉(zhuǎn)運動，以滿足各部傳感器探測的需要。
c.底平面探測機(jī)構(gòu)。由2級齒輪減速器[3·2]、齒條[3·3]以及導(dǎo)軌[3·4]組成，用1個步進(jìn)電動機(jī)[3·1]驅(qū)動，使底平面探測傳感器[3·5]沿導(dǎo)軌的方向作水平直線運動。
d.底部圓弧曲面探測機(jī)構(gòu)。對高壓釜的底部圓弧曲面進(jìn)行無損檢測是探傷機(jī)器人要解決的核心問題。圓弧面探測機(jī)構(gòu)有2種配置方式①大直徑釜，由1個步進(jìn)電機(jī)單獨驅(qū)動1個3級齒輪箱與1對傘齒輪組成的圓弧擺動機(jī)構(gòu)。②小直徑釜，此機(jī)構(gòu)與平行移動機(jī)構(gòu)合用1個步進(jìn)電機(jī)[3·1]，在導(dǎo)向器上再增加1齒條[4·1]和1對正齒輪[4·3]組成園弧擺動機(jī)構(gòu)[4·2]。這2種擺動機(jī)構(gòu)都可使圓弧曲面探測傳感器[4·4]沿著曲面作±90°擺動，以保證傳感器能對圓弧曲面以及此曲面和筒壁、筒底接合部進(jìn)行有效的探測。這是深盲孔探測中最困難，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
e.探頭收放機(jī)構(gòu)。由電磁離合器[5·2]和探頭緩沖器[5·3]組成。這套機(jī)構(gòu)，使各種傳感器不用時處于收進(jìn)狀態(tài)，使用時伸出，并能保持傳感器對探測處有規(guī)定的壓力與緩沖范圍。
2、輔助機(jī)構(gòu)包括機(jī)器人升降機(jī)構(gòu)和電纜收放機(jī)構(gòu)。
a.機(jī)器人升降機(jī)構(gòu)由1個步進(jìn)電機(jī)[6·2]驅(qū)動蝸輪螺桿[6·3]和鋼索絞盤[6·1]，以控制機(jī)器人本體升降。
b.電纜收放機(jī)構(gòu)[7·1～7·6]控制電纜的收放與機(jī)器人升降同步，根據(jù)釜直徑大小，有兩種配置方式。①小直徑釜，這兩個機(jī)構(gòu)合用1個步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動;②大直徑釜，這兩個機(jī)構(gòu)各有1個電機(jī)，通過電控制協(xié)調(diào)，使電纜的收放和機(jī)器人的升降同步協(xié)調(diào)。
二、以微機(jī)為核心擴(kuò)充功能配置專用接口的控制機(jī)構(gòu)。包括以下5個部分(1)主機(jī)部分以單片微機(jī)為核心，擴(kuò)展EPROM[4]為外部程序存儲器，擴(kuò)展RAM[5]為外部數(shù)據(jù)存儲器，晶振[1]頻率10MHz，一個機(jī)器周期1.2μs，能滿足BF系列步進(jìn)電機(jī)[11]最高1000Hz脈沖調(diào)速的要求。
(2)電機(jī)調(diào)速BF系列步進(jìn)脈沖調(diào)速分配方式為3相6拍，由主機(jī)外接譯碼器、鎖存器產(chǎn)生多臺各自獨立的3相6拍環(huán)形調(diào)速脈沖，控制電機(jī)的頻率。主機(jī)從6個狀態(tài)電門[21]獲得高電平進(jìn)行存儲處理，控制由主機(jī)發(fā)出的3相6拍脈沖的相序與狀態(tài)。
(3)輸入輸出接口系統(tǒng)設(shè)置3×6鍵盤[22]輸入設(shè)備，由8031主機(jī)[2]擴(kuò)展鍵盤顯示接口芯片[15]與譯碼器[18]組成鍵盤接口。主機(jī)外部擴(kuò)展鍵盤顯示接口芯片及譯碼器驅(qū)動器組成顯示接口，該系統(tǒng)設(shè)置9位共陰極數(shù)碼管[12]。打印機(jī)[10]接口共設(shè)8根數(shù)據(jù)傳送線，4根控制與聯(lián)絡(luò)信號線，驅(qū)動打印機(jī)由8031主機(jī)外接鎖存器[9]組成主機(jī)與打印機(jī)之間數(shù)據(jù)輸送與信號控制聯(lián)絡(luò)。
(4)斷電保護(hù)由于高壓釜進(jìn)行全面檢測所需工作時間較長，為了保證不因工作中斷而造成檢測數(shù)據(jù)的丟失，特設(shè)置了斷電保護(hù)系統(tǒng)。即斷電前自動“存儲”，以保護(hù)斷電前的位置坐標(biāo)。重新啟動時，探頭位置保持在斷電前位置。
(5)延時線路由于電磁離合器有兩組線圈，即大電流動作線圈與小電流保持線圈，專門設(shè)置的延時線路，可滿足探頭收放的要求。
(6)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路它由多套大功率脈沖功率放大器電路及150瓦27v電機(jī)驅(qū)動電源和3瓦12v脈沖電路電源組成，提供機(jī)器人4個自由度運動和其它輔助機(jī)構(gòu)的動力源。
(7)軟件，采用匯編語言，由主程序，中斷服務(wù)程序以及各種運算、顯示、打印等子程序組成。
3.可靠的無損檢測系統(tǒng)對水晶鋼釜進(jìn)行自動無損檢測的過程是渦流探傷儀或超聲波探傷儀把激勵信號傳輸給傳感器。在探測過程中如迂到裂紋等缺陷時，傳感器的電性能將發(fā)生變化同時產(chǎn)生一個與裂紋密切相關(guān)的電信號，并返回到渦流儀或超聲儀中使之發(fā)出報警信號，再通過渦流儀或超聲儀把報警信號傳送到控制機(jī)。
由于水晶鋼釜的內(nèi)壁上約有0.5毫米厚的硅酸鐵鈉復(fù)蓋層傳感器不可能與鋼釜內(nèi)壁金屬本體接觸。同時又要有很高的探測靈敏度，能把深度0.5毫米以上的裂紋探測出來，而且在無裂紋的部位不允許有誤報信號。為滿足上述要求，本發(fā)明設(shè)計了下述三種類型的特殊傳感器。
(1)探測釜壁用的低頻微分渦流傳感器本傳感器可在與釜壁保持2毫米間隙的條件下，能探測鋼釜內(nèi)壁上任何方向的裂紋缺陷。每次探測的有效范圍為φ20毫米的面積。
(2)探測釜底和轉(zhuǎn)角R處的高頻雙屏蔽聚焦渦流傳感器。
本傳感器采用雙層屏蔽聚焦，具有遠(yuǎn)場高靈敏度的特性?？稍谂c釜壁保持1毫米間隙的條件下，能把深度為0.5毫米以上的裂紋探測出來。性能穩(wěn)定可靠。每次探測的有效范圍為φ4毫米的面積。
(3)探測釜體用的自耦合超聲波壓電換能器，設(shè)計成3種形式a.縱波傳感器，b.橫波縱向掃描傳感器，c.橫波橫向掃描傳感器，這些傳感器都用鋼玉或水晶等耐磨材料做保護(hù)層，并用自來水自進(jìn)耦合，不僅能探測釜體的內(nèi)部缺陷，而且可以探測出釜壁上深度在0.5毫米以上的裂紋。
附圖
圖一 全系統(tǒng)原理二 機(jī)械系統(tǒng)三 自動控制系統(tǒng)圖
權(quán)利要求
1.高壓釜探傷機(jī)器人是一種機(jī)電一體化與無損探傷技術(shù)相結(jié)合的自動化無損探傷設(shè)備，其主要特征是由可進(jìn)入釜內(nèi)工作的機(jī)器人本體和釜外的輔助機(jī)構(gòu)、以微機(jī)為核心擴(kuò)充功能配置專用接口的控制機(jī)、按照高壓釜探傷要求專門設(shè)計的傳感器三個部分組成探傷機(jī)器人。
2.如權(quán)利要求1所述，其機(jī)器人本體的特征是由自動定心機(jī)構(gòu)[1·1～1·5]、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[2·1～2·8]、傳感器平衡移動機(jī)構(gòu)[3·1～3·6]、傳感器園弧擺動機(jī)構(gòu)[4·1～4·4]、傳感器收放與緩沖機(jī)構(gòu)[5·1～5·5]組成。
3.如權(quán)利要求1所述，其釜外輔助機(jī)構(gòu)的特征是機(jī)器人升降機(jī)構(gòu)[6·1～6·6]與電纜收放機(jī)構(gòu)[7·1～7·6]都采用蝸輪蝸桿自鎖變速，采用2種驅(qū)動方式，a.大直徑釜，兩個機(jī)構(gòu)由各自的步進(jìn)電機(jī)通過電控協(xié)調(diào)分別驅(qū)動，b.小直徑釜兩個機(jī)構(gòu)共用一個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。
4.如權(quán)利要求1所述，其控制機(jī)的特征是以單片微機(jī)為核心，擴(kuò)展EPROM為程序存儲器，擴(kuò)展RAM為數(shù)據(jù)存儲器，并設(shè)置斷電保護(hù)、故障報警、傳感器收放、電機(jī)驅(qū)動等電路。
5.如權(quán)利要求1所述，專用探傷傳感器的特征是同時配置5種類型的傳感器，它們是低頻微分渦流傳感器、高頻雙屏蔽聚焦渦流傳感器、縱波超聲傳感器、橫波超聲縱向掃描傳感器、橫波超聲橫向掃描傳感器，這些傳感器與釜壁接觸面都用具有良好匹配性能的耐磨材料進(jìn)行防護(hù)。
全文摘要
一種機(jī)電一體化與無損探傷技術(shù)相結(jié)合的自動化探傷設(shè)備。本發(fā)明解決了長期以來水晶高壓鋼釜用普通技術(shù)無法解決的原位探傷問題。鋼釜外部有很厚的加溫保溫層，長期來采用從外部探傷的方式，清除與恢復(fù)外部保溫層，不僅費時費錢費力，而且對內(nèi)腔故障探測精度不高。本發(fā)明利用特制機(jī)器人攜帶傳感器進(jìn)入內(nèi)腔，實現(xiàn)了程控自動內(nèi)腔直接原位檢測，省時省力，運用多種傳感器進(jìn)行比較鑒別，提高檢測可信度。本發(fā)明可適用于各種立式容器的內(nèi)腔無損探傷。
文檔編號B25J9/18GK1055239SQ90101719
公開日1991年10月9日 申請日期1990年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月29日
發(fā)明者張德萬, 王中育, 繆曙云, 郭德廣, 王鎮(zhèn)中 申請人:中國人民解放軍空軍第一研究所