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基于机器人的大型承压设备多功能检测系统

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基于机器人的大型承压设备多功能检测系统

发布日期:2020-03-18 作者:青岛发现检验技术咨询有限公司 点击:


  压力容器是完成反应、换热、分离、储存等生产工艺过程必不可少的核心设备,并逐渐向大型化、高参数的方向发展,例如“西气东输”沿线天然气调峰用球罐容积达104 m3,直径超过26m。


  在实际工作中,球罐不仅承受外压,还要承受其自身质量以及操作时罐内介质的质量、梯子平台以及其他附件的质量等各种载荷,同时压力容器受到内部介质的侵蚀,其壁面、焊缝等处容易出现腐蚀、裂纹、孔洞等缺陷。


  根据国家标准,必须定期对球罐进行安全检测,以确保设备的正常运行。我国检验规程规定的压力容器定期检验项目,以宏观检验、壁厚测定、表面缺陷检测、安全附件检验等为主。


  由于球罐检测环境恶劣、工作空间密闭,目前采用的人工检测方法面临着检测人员劳动强度大、效率低等问题,同时还需要搭脚手架,作业周期长且费用高。


  目前,针对球罐的承压设备机器人设计,主要是采用磁吸附的爬壁机器人形式。浙江省特种设备科学研究院和浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室的研究人员针对目前标准要求的主要检测方法,设计开发了综合集成永磁爬壁机器人、磁悬液喷淋、视频检测、超声测厚检测、交叉磁轭磁粉检测等技术的一体化多功能检测系统,实现了在不搭脚手架的情况下对球罐等大型承压设备进行检测。


  1、系统设计


  总体方案设计:


  系统分为机器人主体、显示及控制箱、磁悬液供给3个部分,检测系统总体方案如图1所示。

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  磁悬液由水泵通过水管输送到机器人本体喷淋头。机器人本体由驱动电机、2个驱动磁轮和2个转向用万向轮组成运动系统,检测模块包括2个摄像头、1个磁粉检测模块和1个超声测厚模块,其中摄像头1主要用于宏观检测,摄像头2主要用于磁粉检测的结果图像采集。机器人本体的图像及数据通过信号线与控制箱相连,同时供电由供电线路与控制箱UPS(不间断电源)相连,为了工程使用方便,将供电线、信号和控制线包覆电磁屏蔽层后,外加磁悬液喷淋管组合在一起,形成一条电缆及输液线。控制箱显示用于显示2个摄像头和超声测厚等检测结果。


  机械结构设计:


  根据总体设计方案,机械结构采用模块化设计,将多功能检测爬壁机器人分为吸附功能模块、爬行功能模块、宏观视频检测功能模块、超声测厚检测功能模块、磁粉自动检测功能模块等,对各个功能模块进行研究设计,将各个模块系统分布安装于一个底盘系统上,该底盘系统由车底平板、从动轮组件、驱动电机及驱动轮等组成。磁轮结构采取两端支撑,避免单端支撑形成悬臂梁结构从而产生过大的弯矩,同时两端支撑的磁轮在旋转过程中比单端支撑的磁轮更为平稳。


  宏观视频检测功能模块、超声测厚检测功能模块和磁粉自动检测功能模块均固定于底盘系统上。超声测厚检测功能模块包括固定筒、电磁铁推杆、超声测厚探头等,超声测厚探头通过电磁铁推杆装置推送测厚探头压紧壁面测厚,同时辅助以喷淋耦合。磁粉自动检测功能模块安装于机器人的中心部位,四角均设有弹性支撑组件,用以保证磁粉检测仪能够在弹力作用下上下移动,以使其下端与检测平台贴合,完成检测工作。


  2、试验结果


  运行性能测试:


  良好的运行性能是实现后续检测的基础,通过对样机进行运动速度、负重能力、轨迹偏移、越障性能等4个方面的试验,样机在模拟壁面的最大运动速度超过3m·min-1,能够在整体仪器质量超过15kg的情况下正常运行,直线运行偏移量为每1m偏移3mm,并可以平稳越过5mm高的焊缝高度,可以满足现场检验的需要。


  宏观视频检测测试:


  样机配套2个宏观视频检测摄像头,可以从2个尺度进行宏观视频检测,并且在机器人控制箱显示屏上观察结果,使用该样机对储罐焊缝进行宏观检测,2种尺度的样机宏观检测图像如图2所示。

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  超声测厚检测结果:


  样机超声测厚模块的检测结果通过数据线反馈至机器人控制箱,操作机器人对储罐壁板厚度进行测试,机器人超声测厚结果如图3所示。

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  为了验证机器人厚度检测的准确性,用游标卡尺对储罐壁板进行厚度测量。


  机器人检测结果:30.44mm

  游标卡尺检测结果:30.46mm

  差异率:-0.066%


  磁粉自动检测测试:


  采用A1:30μm/100μm灵敏度试片对样机磁粉检测的灵敏度进行测试,在储罐表面反贴灵敏度试片,检测结果如图4(a)所示,操作机器人样机喷洒磁悬液并磁化,磁粉检测结果如图4(b)所示。

4.png

  对焊缝进行预制缺陷,检测结果如图5所示。

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  检测结果显示,磁粉检测灵敏度能够达到A1:30μm/100μm,并且能够清楚检测出焊缝预制裂纹,可以满足实际工程检测需求。


  结语

  高空恶劣环境下的机器代人作业是未来发展的方向,本文提出的这种基于机器人的大型承压设备多功能检测系统,能够实现大型承压设备的多种检测方式一体化作业,改善作业条件,提高检测自动化水平。

  试验结果表明,该检测系统具有满足工程应用的运动速度、负重能力、轨迹偏移和越障性能等,能够实现2个尺度的宏观检测,超声测厚精度高,磁粉检测灵敏度能够达到A1:30μm/100μm,并且能够清楚检测出焊缝的预制裂纹,具有较好的工程应用前景。



 


本文网址:http://www.discovery-test.com/news/567.html

相关标签:无损检测,超声测厚检测,超声检测

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