專利名稱：渦流檢測探頭自動定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動檢驗和維修系統(tǒng)，更具體地涉及一種將渦流檢測探頭定位于蒸汽發(fā)生器管中的自動裝置。
背景技術(shù)：
定期檢驗和測試蒸汽發(fā)生器管板對蒸汽發(fā)生裝置的運行至關(guān)重要。管板為可從至少一端接近并且其中的管端設(shè)于單個平面的并聯(lián)管陣列。各管的檢測棘手而耗時。過去， 是將檢測探頭手動置于各管內(nèi)進行檢測。本文描述了一種將檢測及維修設(shè)備置于蒸汽發(fā)生器管板的改進的自動裝置。此自動裝置的優(yōu)點包括單人快速安裝、整體裝卸抓夾特點、保護緩沖器、獨立于管板和蒸汽發(fā)生器的特性、簡化的電纜系統(tǒng)和單點電纜連接、校準(zhǔn)簡化、便于去污、與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完全集成、快速而準(zhǔn)確的性能以及對維修工具的支撐。

發(fā)明內(nèi)容
一種特別適用于將工具和檢測設(shè)備定位于列管的自動工具定位器，例如蒸汽發(fā)生器中的列管。此工具定位器有下述幾個新穎特點在實施例中，此工具定位器適用于橫向越過開口管的管板。此定位器包括滑動體部分，此滑動體部分包括具有至少一個管夾的旋轉(zhuǎn)夾容器；各具有至少一個管夾的左、右外殼部分；以及用于支撐各附件的工具頭聯(lián)接器，該工具頭聯(lián)接器包括渦流檢測探頭及維修工具?；瑒芋w部分相對于外殼部分橫向移動越過管板。旋轉(zhuǎn)夾容器使該定位器在垂直于管板平面的軸線內(nèi)旋轉(zhuǎn)。工具頭聯(lián)接器將檢測探頭及維修工具與滑動體部分連接起來。該自動裝置還包括機器視覺裝置及機器視覺照明裝置。在實施例中，該管夾具有氣動傳動裝置、至少一個夾靴及適用于探測布置和伸縮位置的集成傳感器。在實施例中，傳感器為霍爾效應(yīng)傳感器。管夾用于使得工具定位器脫離管板的反作用力使管夾靴緊靠管壁。若要收回管夾，將夾頭輕輕向上推入管中，以釋放夾靴上的壓力，隨后彈簧牽引器收回夾靴。在實施例中，包含機載微處理器的裝置電子元件由簡化串行網(wǎng)絡(luò)互連，該串行網(wǎng)絡(luò)減少了裝置內(nèi)部電子模塊之間的互連電線，能安裝新模塊并使得無需進行昂貴的線束更換即可互換和更新現(xiàn)有模塊。該裝置由通過簡化串行網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備通信的外部控制器控制。在實施例中，簡化串行網(wǎng)絡(luò)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的控制器局域網(wǎng)或總線。
4A



結(jié)合以下附圖描述本發(fā)明，其中相同的參考數(shù)字代表相同的元件，其中圖1為自動定位器示例設(shè)計的等距圖；圖2為管夾頭的等距圖；圖3為插入管中的管夾的示例設(shè)計的橫截面圖；圖4是示例性管夾的分解圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種檢驗和維修裝置。該設(shè)計提供了一種在蒸汽發(fā)生器內(nèi)移動及再定位渦流檢測探頭的非常高效的成果。獨特的運動及小巧的尺寸使得無需進行復(fù)雜的重新定位活動便能非常靈活地到達管板內(nèi)的各管。這使得將裝置定位于目標(biāo)區(qū)域或特定管的動作快速而高效。這一切均以出眾的速度實現(xiàn)。在示例性實施例中，該裝置能以5英尺/秒的速度橫向越過管板而實現(xiàn)大幅度移動，并能在測試或維修作業(yè)中達到4英寸/秒的管到管速度。該裝置使用內(nèi)置機器視覺裝置進行所有隨附工具的二次管內(nèi)檢驗。裝置主體參考圖1，示例性維修和檢驗自動裝置具有包括4個外殼夾20的外殼10 ；包括旋轉(zhuǎn)夾容器40的滑動體中心30，旋轉(zhuǎn)夾容器40具有3個夾子50?；瑒芋w中心30還具有工具頭接口 60、機器視覺照明裝置63及集成機器視覺攝像機64，工具頭接口 60包括具有熱靴(未示出)的工具頭鎖61。工具頭鎖可旋轉(zhuǎn)地附于工具頭支架。該裝置通過外殼10或旋轉(zhuǎn)夾容器40交替插入管夾并將其鎖定在管內(nèi)橫向越過管板?？煽吹剑?dāng)三個中心管夾插入管時，外殼可旋轉(zhuǎn)到任何角度，并通過中心體及外殼之間的滑動關(guān)系從旋轉(zhuǎn)夾容器進行有限距離的平移。一旦外殼10自身相對于中心體重新定位，外殼10上的管夾20便被插入管中，然后鎖定，而旋轉(zhuǎn)夾容器40內(nèi)的管夾50便被釋放并從管板縮回。然后，滑動體便能相對于外殼自由移動，以嚙合新管。重復(fù)該過程，直到外殼在達到管板上所要求位置。4個外殼夾20及3個旋轉(zhuǎn)夾容器設(shè)計用于支持大范圍的正方形三間距管板配置、 間距和管布置形式。主體設(shè)計用于適合穿過現(xiàn)有設(shè)備中的最小人孔開口。裝置的控制器同樣盡可能小，以最大化平臺空間。小直徑控制纜將電纜纏結(jié)減到最少。裝置定位在示例性實施例中，主機置于管板環(huán)境之外。管板環(huán)境中還有與主機及該裝置通信的外部控制器。主機及軟件設(shè)計該裝置的運動，并向控制器發(fā)送指令。主機通常遠離該裝置及控制器工作的放射性環(huán)境。主機通過以太網(wǎng)向裝置外部的控制器發(fā)送指令。 控制器通過承載CAN通信和各器件電力的電力電纜/數(shù)據(jù)電纜與該裝置通信。該裝置具有用于特定功能的多個CAN器件。該裝置從控制器直接接收指令并執(zhí)行此類指令?？刂破髋c該裝置及主機/軟件通信。該裝置從一處移動到另一位置的順序由主機確定，并傳輸至該裝置的外部控制
ο外部控制器發(fā)出指令以及特定類型器件的自變量及器件地址，以使裝置移動。對于運動軸線，該指令可包括形式為各角度旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度的針對電機的指令以及針對在軸線上的旋轉(zhuǎn)速度和該器件在串行總線上的地址。主機軟件管理移動邏輯并向控制器發(fā)送指令，控制器反過來將指令格式化為上述器件的指令。管內(nèi)徑夾圖2展示了示例性管夾頭100。夾頭具有3個夾靴110，夾靴110沿夾頭外壁周圍的三個等距通道滑動。各通道具有與夾靴接觸的傾斜面115。當(dāng)夾靴從遠離裝置主體10的方向向上推入管中時，傾斜面115使夾靴110遠離夾頭中心。管夾由此自鎖。一旦夾靴被推入管內(nèi)，施加氣壓形成的力使管夾體與管板分離，由此將夾靴壓至管壁。當(dāng)該裝置位于管板之下時，即使消除動力，壓在夾頭上的該裝置的重量使夾靴鎖靠管壁。當(dāng)管板處于非水平面時，遠離各管的反作用力使管夾保持鎖定。任何易將該裝置拉離各管的力將管夾鎖定到位。僅通過用力將管夾體略深入到管壁來協(xié)助將夾靴110推回到斜面115之下并使之遠離管壁，即可收回夾靴。在實施例中，依靠減摩元件(未示出)來減少夾靴110表面及傾斜面115之間的摩擦。對夾靴操作而言，控制夾靴與傾斜面之間的摩擦至關(guān)重要，以便移動夾靴越過傾斜面所需的力小于移動夾靴越過管壁所需的力。在實施例中，塑料嵌入件插入夾靴110與傾斜面115之間。圖3為橫截面圖，顯示了已插入管壁200的夾頭。圖上顯示了夾靴110壓在管壁上，使得夾靴110由夾頭內(nèi)插槽的傾斜面115推入管壁。在示例性設(shè)計中，各夾靴110均與推桿120接觸。為了使夾靴鎖靠管壁200，板150向上推動推桿120。當(dāng)板150縮回時，彈簧130復(fù)位銷140使推桿120回位，由此釋放夾靴110上的外部壓力。如前所述，為了協(xié)助從管壁200釋放夾靴110，整個夾頭組件被略微向上推入管中，使傾斜面115上移，并釋放夾靴110上的外部壓力。所示實施例是不會導(dǎo)致管損壞并能提供高負荷能力(每個管夾的負荷能力達300 磅)且能自動提供抓夾力以匹配施加于該裝置的負荷的先進高性能抓夾設(shè)計。供電中斷期間，所有這一切在保持故障安全的同時得以實現(xiàn)。在示例性設(shè)計中，裝置管夾(圖2-圖4)具有以下特點該裝置的負載幫助鎖定和固定鎖的情況下自鎖管ID管夾；管夾110及夾頭116沿鎖定收回路徑同時布置；多級定制氣缸布置/釋放機構(gòu)、伸縮氣缸；同時布置但單獨收回夾靴110 ；可單獨地更換夾靴；使用涂層或其他減摩元件來確保管夾心軸及夾靴面之間的表面平滑；夾頭內(nèi)其他類型的霍爾效應(yīng)光學(xué)傳感器感應(yīng)布置情況及管內(nèi)的插頭；多級氣動鎖定夾；該裝置的負荷加強對表面的鎖定；平滑的夾靴不會在管壁上產(chǎn)生壓力點，不會損壞蒸汽發(fā)生器管系統(tǒng)；集成霍爾傳感器檢測布置及收縮位置；供電中斷時有故障安全夾；夾頭設(shè)計為快速更換型；分散式輸入/ 輸出及機載伺服及控制；自動并單獨調(diào)整各管夾而實現(xiàn)管夾在管內(nèi)壁的最佳定位，以適應(yīng)管直徑差異而進行抓夾及釋放操作。在實施例中，管夾在管內(nèi)的位置作適應(yīng)性調(diào)整，以解決管直徑差異和滿足開度容差。管夾插入管內(nèi)存在最佳深度范圍。如管夾插入管太深，管夾便難以拔出，因為抽出管夾需要將管夾略微伸入管內(nèi)的深度大于其固定位置處的深度。在某些情況下，將管夾固定于管開口端附近可能會損壞管。因此，能將管夾定位于管內(nèi)限定插入范圍是有益的。實現(xiàn)此目的的一種手段包括管夾上的位置傳感器。位置傳感器可為霍爾效應(yīng)傳感器或光學(xué)傳感器。 管夾插入管內(nèi)并鎖定后，其位置是固定的。如管夾未進入所需的區(qū)域，可釋放管夾并重新插入。定位管夾為兩個時間參數(shù)的函數(shù)管夾插入時長及使夾靴外移而夾住管壁的時間。調(diào)整這兩個時間參數(shù)的結(jié)合以將管夾放置在管內(nèi)不同深度。由于管直徑及形狀差異，所述時間參數(shù)非通用參數(shù)。因此，采用上述適應(yīng)方法通過調(diào)整插入時間及每次重新定位夾靴的驅(qū)動時間將管夾至于需要位置，直到管夾固定于管內(nèi)的所需位置。串行網(wǎng)絡(luò)在示例性實施例中，串行網(wǎng)絡(luò)連接該裝置的內(nèi)部電子模塊。串行網(wǎng)絡(luò)也連接附于工具頭的任何電子元件、外部控制器及安裝裝置。串行網(wǎng)絡(luò)避免了這些器件之間的定制布線需要，減少了電線使用量，因此增加了可靠性，降低了成本。由于可加入通過簡單接入串行網(wǎng)絡(luò)即能與現(xiàn)有模塊通信的額外模塊，使用串行網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)有硬件得以擴展和改進。在實施例中，串行網(wǎng)絡(luò)為電子網(wǎng)絡(luò)，由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CAN總線實現(xiàn)。在替代實施例中，串行網(wǎng)絡(luò)為光纖網(wǎng)絡(luò)。串行網(wǎng)絡(luò)還允許單個外部控制器控制同一總線上該裝置系統(tǒng)內(nèi)的多個系統(tǒng)元件。 附加的串行網(wǎng)絡(luò)以“1線”存儲芯片的形式提供，以傳送和管理存儲于系統(tǒng)組件中用于控制系統(tǒng)庫存、數(shù)據(jù)存儲及軟件運行配置的信息?！?線”網(wǎng)絡(luò)提供了遵照系統(tǒng)正常運行參數(shù)以避免不良操作的保證。裝置工具頭在示例性設(shè)計中，裝置工具頭接口有以下特點結(jié)合電源(電力和信號)接頭和鄰近/霍爾效應(yīng)自鎖特征的快速閉合/斷開空氣接頭。控制軟件用于示例性設(shè)計的軟件包括運動力學(xué)、若干裝置配合、碰撞探測/避免；軟件檢驗規(guī)劃及模擬；用于驗證凹處運行的運動路徑規(guī)劃算法；為目標(biāo)位置提供最佳路徑的軌跡規(guī)劃算法；用于控制插頭和拉線周圍運動的運動優(yōu)化算法；優(yōu)化渦流檢測及維修工具輸送的高效檢驗規(guī)劃算法。特點及有益效果本發(fā)明的一些特點及有益效果包括裝置體積小，在占地更小的同時，為管板所有區(qū)域的有效重新定位提供了極限操縱性，從而使各工具頭使用若干個裝置。重量輕，裝置的重量小于40磅，易于運輸和安裝。與小巧的體積結(jié)合后，只需較少的能量便能在管板中抓夾。創(chuàng)新的自動防故障安全型管夾設(shè)計確保裝置在斷電的情況下仍保持與管板連接， 同時也能在緊急情況下保持易于拆除。運行快速而強勁，管到管速度達4英寸/秒，各管夾的負荷能力達300磅。裝置能進行高速檢驗及支撐維修工具的負荷。簡化系統(tǒng)采用CAN總線(控制器局域網(wǎng))控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該裝置提供了行業(yè)內(nèi)最小的電纜束，電纜直徑小于1英寸。智能軟件控制器管理蒸汽發(fā)生器內(nèi)所有裝置的遙測，以避免裝置運行于相對通道頭時裝置相撞以及探針相撞。具有ktec公司的MIZ -80iD智能系統(tǒng)性能的無縫接口用于硬件組件與工具之間的信息交流。 盡管已根據(jù)具體實例對本發(fā)明進行了詳細描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然能在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行若干更改及改造。
權(quán)利要求
1.一種用于自動檢驗和輸送維修工具至管板的裝置，所述管板包括可達到內(nèi)管直徑的端開口管，所述裝置包括含旋轉(zhuǎn)夾容器的滑動體部分； 所述旋轉(zhuǎn)夾容器，其包括至少一個管夾； 包括至少一個管夾的外殼部分；和工具頭聯(lián)接器，其中所述滑動體部分相對于所述外殼部分移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述工具頭聯(lián)接器是所述滑動體部分或所述滑動外殼部分之一的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括機器視覺裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述工具頭聯(lián)接器支撐包括用于插入所述管板中管的渦流檢測探頭的工具頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述工具頭聯(lián)接器支撐包括管維修設(shè)備的工具頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括所述外殼部分上的四個管夾和所述旋轉(zhuǎn)夾容器上的三個管夾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述管夾包括氣動傳動裝置；夾靴；和用于檢測布置和縮回位置的傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述管夾靴通過定向脫離所述管的反作用力鎖靠管內(nèi)壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述管夾包括連通所述夾靴的彈簧牽引器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述夾靴有管接觸面和內(nèi)表面，所述管夾進一步包括夾靴配合面和夾靴減阻件，其中所述夾靴減阻件減少所述夾靴內(nèi)表面和所述夾靴配合面之間的摩擦，使得沿所述夾靴配合面滑動所述夾靴所需的力小于緊靠所述管壁滑動所述夾靴管接觸面所需的力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括由串行網(wǎng)絡(luò)互連的若干電子模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述串行網(wǎng)絡(luò)也連接所述裝置至外部控制器。
13.一種用于自動檢驗和測試管板的裝置，其中所述管板具有若干設(shè)置在管板平面的管開口，所述裝置包括核心組件，包括 帶三個管夾的旋轉(zhuǎn)模塊； 用鉸鏈安裝于所述核心組件的工具頭聯(lián)接器；和外殼驅(qū)動器；和左、右夕卜殼；各外殼包括一個或多個管夾；其中所述核心組件設(shè)置在所述左、右外殼部分之間，且其中所述核心組件，包括所述旋轉(zhuǎn)模塊，所述左、右外殼部分的上表面設(shè)置在公共平面上，當(dāng)所述裝置使用時，所述公共平面與所述管板平面平行，且其中所述管夾分別自所述旋轉(zhuǎn)模塊和左、右外殼顯露出來并與所述公共平面垂直，和其中所述核心組件驅(qū)動器相對于所述核心組件移動所述左、右外殼，使得所述上表面仍位于所述公共平面內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述工具頭聯(lián)接器交替支撐渦流檢測探頭和管維修裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中各所述管夾包括驅(qū)動器；和夾靴；其中所述夾靴具有管接觸面和內(nèi)表面，所述管夾進一步包括夾靴配合面和夾靴減阻件，其中所述夾靴減阻件減少所述夾靴內(nèi)表面和所述夾靴配合面之間的摩擦，使得沿所述夾靴配合面滑動所述夾靴所需的力小于緊靠所述管壁滑動所述夾靴管接觸面所需的力。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中至少兩個所述旋轉(zhuǎn)模塊管夾鎖定在管中且所述外殼管夾均不插入管中時，可驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)模塊繞垂直于所述管板平面的軸轉(zhuǎn)動所述裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中至少兩個所述旋轉(zhuǎn)模塊管夾鎖定在管中且所述外殼管夾均不插入管中時，可驅(qū)動所述外殼驅(qū)動器使所述外殼橫向越過與所述管板平面平行的所述管板。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中至少兩個所述外殼管夾鎖定在管中且所述旋轉(zhuǎn)模塊管夾均不插入管中時，可驅(qū)動所述外殼驅(qū)動器使所述核心組件橫向越過與所述管板平面平行的所述管板。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，進一步包括由串行網(wǎng)絡(luò)互連的若干電子模塊，其中所述串行網(wǎng)絡(luò)也連接所述裝置至外部控制器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述串行網(wǎng)絡(luò)也連接安裝裝置至所述外部控制ο
21.一種用于控制將設(shè)備夾在管內(nèi)壁的裝置的方法，所述裝置具有插入驅(qū)動器，夾靴，夾靴驅(qū)動器，和位置傳感器， 所述方法包括激活所述插入驅(qū)動器第一時間段，期間將所述設(shè)備插入所述管中； 激活所述夾靴驅(qū)動器第二時間段； 感應(yīng)所述管中所述裝置的位置；通過收回所述裝置和以不同值重新插入所述裝置達到所述第一和第二時間段中的至少一個時間段調(diào)整所述管內(nèi)所述驅(qū)動器的位置。
全文摘要
一種用于自動檢驗和維修管板的裝置。所述裝置具有包括至少一個管夾的旋轉(zhuǎn)夾容器、含有夾容器的滑動體部分以及包括至少一個管夾和工具頭聯(lián)接器的外殼部分。所述工具頭聯(lián)接器可調(diào)動地連接渦流檢測探頭和至少一種管維修工具。還公開了新型自動鎖定管夾。串行總線連接所述裝置內(nèi)的電子模塊，也連接所述裝置至外部控制器。
文檔編號F22B37/00GK102388266SQ201080011051
公開日2012年3月21日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者托馬斯.奧德爾 申請人:捷特公司