碳纤维缠绕储气瓶检测装置及检测方法与流程

1.本发明属于气瓶检测设备技术领域，具体涉及一种碳纤维缠绕储气瓶检测装置及检测方法。


背景技术：

2.碳纤维缠绕储气瓶包括碳纤维缠绕层、防电偶腐蚀层和铝内胆。气瓶的最内层为内胆，该部分在承受瓶内气内压作用的同时，还受到复合材料纤维张力的作用。铝内胆只承受很小一部分的瓶内气体压力，大部分压力由外部碳纤维承担。国内目前储氢气瓶的内胆一般选择无缝铝，铝材具有轻量化、与氢气相容性好、抗氢脆、防泄漏、损伤容限高、温度适应范围广、价格合适等优点。纤维增强复合材料层包裹在铝内胆外侧，该层由碳纤维和树脂材料组成，是典型的复合材料层合板结构：该结构由多层单向纤维复合材料组成，每层纤维的缠绕角度不同，该层的主要作用是保证气瓶在较高的内压作用下具有足够的强度。气瓶整体结构中，碳纤维缠绕层承担了绝大部分的压力载荷，约75%～95%左右。
3.由于内胆外侧被碳纤维及玻璃纤维缠绕，且厚度超过15mm，碳纤维及玻璃纤维不导磁，因此现有的无损检测技术无法对碳纤维缠绕储氢气瓶进行检测，但是该储氢气瓶整体承压大，一旦发生事故，后果不堪设想。因此亟需设计一种从内部进行内胆检测的方法。
4.为此，近期申请人设计了检测储氢气瓶内胆检测装置，专利申请号：2021211380601，名称：基于单线圈探头检测储氢气瓶内胆的装置。该方案解决了碳纤维缠绕储气瓶无法检测的问题。但是在适用过程发现检测组件的结构太复杂，不易操作。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种碳纤维缠绕储气瓶检测装置及检测方法，解决现有技术中检测储氢气瓶内胆检测装置结构太复杂，不易操作的技术问题。
6.为了解决上述问题，本发明通过如下技术方案实现：碳纤维缠绕储气瓶检测装置，包括支架和设置在支架上的检测机构，以及用于驱动储气瓶转动的第一驱动机构；所述检测机构包括第一电机、减速器、第一丝杠、连接杆和检测探头；所述第一电机和第一减速器固定设置在支架上，第一电机的输出轴通过第一减速器与第一丝杆连接；第一丝杠的两端通第一支座与支架转动连接，第一丝杆上通过螺纹连接套设有第一滑块；所述连接杆包括第一连接杆和第二连接杆，其中第一连杆的一端与第一滑块固定连接，另一端与第二连接杆的一端铰接，检测探头安装在第二连杆的另一端；第一丝杠和第一连杆平行设置；第一电机驱动第一丝杠转动，带动第一滑块和连接杆和检测探头沿第一丝杠长度方向前后移动。
7.所述第一驱动机构包括第二电机、第二减速器和两个第二转轴，第所述第二电机和第二减速器设置在支架上，两个第二转轴通过第二支座与支架转动连接，第二转轴上固定设置有滚轮，第二转轴与丝杠平行设置；第二电机的输出轴通过第二减速器驱动两个第
二转轴同向转动；两个转轴之间的距离小于储气瓶外径，储气瓶放置在滚轮上，第一连接杆位于储气瓶轴线的延长线上；所述连接杆上设置有牵引组件，将第二连接杆和检测探头伸入储气瓶时，通过牵引组件使第一连接杆和第二连接杆平行；第二连接杆和检测探头伸入储气瓶后，通过牵引组件使第一连接杆和第二连接杆垂直。
8.利用本发明所述装置对碳纤维缠绕储气瓶内胆检测时，将第一连接杆和检测探头伸入储气瓶中，并通过牵引组件使第二连接杆的末端、检测探头与储气瓶内壁接触。然后启动第一电机，驱动第一滑块移动，带动第二连接杆和检测探头沿储气瓶长度方向向前移动；同时开启第二电机，驱动第二转轴的滚轮转动，利用摩檫力驱动储气瓶绕第一连接杆转动，使检测探头相对储气瓶螺旋式前移，实现储气瓶内壁全方位检测。
9.本发明通过设置第一驱动机构，使得在测过程中，驱动储气瓶检转动，而检测探头不需要旋转，因此检测组件的结构相对简单，因为储气瓶的瓶口较小，所以便于将检测探头放入储气瓶和取出，操作方便。
10.进一步改进，所述牵引组件包括第一牵引绳和第二牵引绳；所述第一连接杆和第二连接杆的上表面沿长度方向依次设置有多个第一限位环，第一连接杆表面沿长度方向设置有第一卡接件和第二卡接件，第一卡接件更靠近第一滑块；第一牵引绳的一端连接有第一定位件；另一端依次穿过所有的第一限位环后与第一连接杆的上表面固定连接；第一定位件用于和第一卡接件或第二卡接件连接；所述第一连接杆和第二连接杆的下表面沿长度方向依次设置有多个第二限位环，第一连接杆表面沿长度方向设置有第三卡接件和第四卡接件，第三卡接件更靠近第一滑块；第二牵引绳的一端连接有第二定位件；另一端依次穿过所有的第二限位环后与第一连接杆的下表面固定连接；第二定位件用于和第三卡接件或第四卡接件连接。
11.放入或取出检测探头时，将第一定位件与第一卡接件连接，此时第一牵引绳处于张紧状态，第二定位件与第四卡接件连接，第二牵引绳松弛，此时第一连接杆和第二连接杆平行；因为储气瓶瓶口较小，放置第二连接杆和检测探头与瓶口发生干涉，不易伸入。
12.将检测探头伸入储气瓶后，将第一定位件与第二卡接件连接，第一牵引绳处于松弛状态，第二连接杆和检测探头在重力作用向下转动；将第二定位件与第三卡接件连接，第二牵引绳处于张紧状态，此时，第二连接杆与第一连接杆垂直，耐磨刚性球与储气瓶内壁接触。
13.进一步改进，所述第一卡接件、第二卡接件、第三卡接件或第四卡接件均为开设在第一连接杆上的定位孔，第一定位件和第二定位件为定位插销；或者；所述第一卡接件、第二卡接件、第三卡接件或第四卡接件均为设置在第一连接杆上的挂环，第一定位件和第二定位件为挂钩；或者；所述第一卡接件、第二卡接件、第三卡接件或第四卡接件均为设置在第一连接杆上的卡扣，第一定位件和第二定位件为卡接头。
14.进一步改进，所述第二牵引绳为弹性绳。检测时，第二牵引绳处于张紧状态，弹性绳缓冲好，放置在检测过程第二连接杆和检测探头发生晃动，提高稳定性。
15.进一步改进，所述支架上固定设置有第一导向杆，第一导向杆与第一丝杠平行设置，第一滑块上卡设有第一光孔，第一滑块通过第一光孔活动使套设在第一光杆上。通过设
置第一导向杆，第一电机驱动第一丝杠转动，第一滑块沿第一导向杆移动，提高结构稳定性。
16.进一步改进，所述第二减速器的输出轴上固定设置有第一皮带轮，两个第二转轴上均固定套设有第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通皮带传动。
17.进一步改进，所述支架上固定设置有支撑块，支撑块上开设有凹槽或通孔，第一连接杆活动式卡设在凹槽中或者活动使穿过通孔。因为第一连接杆长度较长，通过设置支撑块，提高结构稳定性。
18.进一步改进，所述第一驱动机构设置在支撑板上，支撑板通过调节机构设置在支架上；所述调节机构包括第三电机、第二丝杠和第二导向杆，第三电安装支架上，第二丝杠和第二导向杆均竖直设置；其中，第二丝杠与支架转动连接，第二导向杆与支架固定连接；支撑板上开设有第二螺纹孔和第二光孔，支撑板通过第二螺纹孔和第二光孔分别与第二丝杠和第二导向杆对应连接；第二电机驱动第二丝杠转动，带动支撑板和第一驱动机构沿第二导向杆上下移动。
19.本发明通过设置调节机构，针对不同规格的储气瓶，只需要启动第三电机，驱动第二丝杠转动，带动支撑板、第一驱动机构和储气瓶一起沿第二导向杆向上或下移动，确保第一连接杆位于储气瓶轴线的延长线上，适用性更强。
20.进一步改进，所述第二连接杆的顶端设置有弹性件，弹性件的另一端设置有耐磨刚性球，检测探头与弹性件连接，且连接点位于弹性件与耐磨刚性球的连接处。储气瓶内壁不一定平滑，其端面也不一定呈标准的圆形，通过设置弹性件，起到缓冲作用，保证刚性球与内胆内壁接触，确保检测过程中检测探头与内壁之间的间隙相同，提高检测精度。另外，通过设置耐磨刚性球，使其与内胆为点面接触，检测时整个检测组件在前进过程中能够顺利进行，减少卡阻等状况，提高检测效率。
21.本发明中，所述第一电机、第二电机和第三电机均为伺服电机。
22.基于上述碳纤维缠绕储气瓶检测装置的检测方法，包括如下步骤：步骤一、将待检测的储气瓶放置在第一驱动机构的滚轮上；启动第三电机，通过调节机构使储气瓶第一驱动机构向上或下移动，使第一连接杆位于储气瓶轴线的延长线上，然后停止第三电机；步骤二、将第一定位件与第一卡接件连接，此时第一牵引绳处于张紧状态，且第一连接杆和第二连接杆平行；第二牵引绳松弛，第二定位件与第四卡接件连接；步骤三、启动第一电机，驱动第一丝杠转动，带动第一滑块移动，将第二连接杆和检测探头伸入储气瓶中，然后停止第一电机；步骤四、将第一定位件与第二卡接件连接，第一牵引绳处于松弛状态，第二连接杆和检测探头在重力作用向下转动；将第二定位件与第三卡接件连接，第二牵引绳处于张紧状态，此时，第二连接杆与第一连接杆垂直，耐磨刚性球与储气瓶内壁接触；步骤五、再次启动第一电机，驱动第一滑块移动，带动第二连接杆和检测探头沿储气瓶长度方向向前移动；同时开启第二电机，驱动第二转轴的滚轮转动，利用摩檫力驱动储气瓶绕第一连接杆转动，使检测探头相对储气瓶螺旋式前移，实现储气瓶内壁全方位检测；检测结束后，停止第一电机和第三电机；
步骤六、将第二定位件与第四卡接件连接，第二牵引绳松弛；将第一定位件与第一卡接件连接，此时第一牵引绳处于张紧状态，此时第一连接杆和第二连接杆平行；然后启动第一电机，驱动第一丝杠转动，带动第二连接杆和检测探头向后移动，将其从储气瓶中退出，然后停止第一电机。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过设置第一驱动机构，使得在测过程中，驱动储气瓶检转动，而检测探头不需要旋转，因此检测组件的结构相对简单，因为储气瓶的瓶口较小，通过设置牵引组件，便于将检测探头放入储气瓶和取出，操作方便。
24.2、通过设置调节机构，针对不同规格的储气瓶，只需要启动第三电机，驱动第二丝杠转动，带动支撑板、第一驱动机构和储气瓶一起沿第二导向杆向上或下移动，确保第一连接杆位于储气瓶轴线的延长线上，适用性更强。
25.3、通过在第二连接杆的顶端设置弹性件，起到缓冲作用，保证刚性球与内胆内壁接触，确保检测过程中检测探头与内壁之间的间隙相同，提高检测精度。另外，通过设置耐磨刚性球，使其与内胆为点面接触，检测时整个检测组件在前进过程中能够顺利进行，减少卡阻等状况，提高检测效率。
附图说明
26.图1为本发明所述碳纤维缠绕储气瓶检测装置的结构示意图；图2为第一驱动机构及储气瓶的右视图；图3为连接杆和检测探头进入储气瓶后的结构示意图；图4为连接杆和检测探头位于储气瓶外的结构示意图；图5为采用碳纤维缠绕储气瓶检测装置进行储气瓶内胆检测的流程图。
具体实施方式
27.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。
28.实施例一：如图1-4所示，碳纤维缠绕储气瓶检测装置，包括支架1和设置在支架上的检测机构，以及用于驱动储气瓶转动的第一驱动机构；所述检测机构包括第一电机2、减速器、第一丝杠4、连接杆和检测探头；所述第一电机2和第一减速器固定设置在支架1上，第一电机的输出轴通过第一减速器与第一丝杆4连接；第一丝杠4的两端通第一支座3与支架1转动连接，第一丝杆4上通过螺纹连接套设有第一滑块5；所述连接杆包括第一连接杆6和第二连接杆7，其中第一连杆6的一端与第一滑块5固定连接，另一端与第二连接杆7的一端铰接，检测探头安装在第二连杆7的另一端；第一丝杠4和第一连杆6平行设置；第一电机2驱动第一丝杠4转动，带动第一滑块5和连接杆和检测探头沿第一丝杠4长度方向前后移动。所述支架上固定设置有第一导向杆，第一导向杆与第一丝杠平行设置，第一滑块上卡设有第一光孔，第一滑块通过第一光孔活动使套设在第一光杆上。
29.在本实施例中，所述支架上固定设置有支撑块8，支撑块8上开设有凹槽，第一连接
杆6活动式卡设在凹槽中。因为第一连接杆长度较长，通过设置支撑块，提高结构稳定性。在其他实施例中，支撑块上开设有通孔，第一连接杆活动式卡穿过通孔设置。
30.所述第一驱动机构包括第二电机9、第二减速器和两个第二转轴11，第所述第二电机9和第二减速器设置在支撑板16上，两个第二转轴11通过第二支座10与支撑板16转动连接，第二转轴上固定设置有滚轮12，第二转轴11与第一丝杠4平行设置；第二电机9的输出轴通过第二减速器驱动两个第二转轴同向转动；两个转轴11之间的距离小于储气瓶100外径，储气瓶100放置在滚轮上，第一连接杆6位于储气瓶100轴线的延长线上。
31.在本实施例中，支撑板16通过调节机构设置在支架1上；所述调节机构包括第三电机13、第二丝杠14和第二导向杆15，第三电安装13支架1上，第二丝杠14和第二导向杆15均竖直设置；其中，第二丝杠14与支架1转动连接，第二导向杆15与支架1固定连接；支撑板16上开设有第二螺纹孔和第二光孔，支撑板通过第二螺纹孔和第二光孔分别与第二丝杠和第二导向杆对应连接；第二电机驱动第二丝杠转动，带动支撑板和第一驱动机构沿第二导向杆上下移动。
32.所述连接杆上设置有牵引组件，将第二连接杆7和检测探头伸入储气瓶时，通过牵引组件使第一连接杆6和第二连接杆7平行；第二连接杆和检测探头伸入储气瓶后，通过牵引组件使第一连接杆6和第二连接杆垂直。
33.利用本发明所述装置对碳纤维缠绕储气瓶内胆检测时，将第一连接杆和检测探头伸入储气瓶中，并通过牵引组件使第二连接杆的末端、检测探头与储气瓶内壁接触。然后启动第一电机，驱动第一滑块移动，带动第二连接杆和检测探头沿储气瓶长度方向向前移动；同时开启第二电机，驱动第二转轴的滚轮转动，利用摩檫力驱动储气瓶绕第一连接杆转动，使检测探头相对储气瓶螺旋式前移，实现储气瓶内壁全方位检测。
34.本发明通过设置第一驱动机构，使得在测过程中，驱动储气瓶检转动，而检测探头不需要旋转，因此检测组件的结构相对简单，因为储气瓶的瓶口较小，所以便于将检测探头放入储气瓶和取出，操作方便。
35.所述检测探头为超声波探头或相控阵无损检测探头。
36.在本实施例中，所述牵引组件包括第一牵引绳701和第二牵引绳601；所述第一连接杆6和第二连接杆7的上表面沿长度方向依次设置有多个第一限位环702，第一连接杆6表面沿长度方向设置有第一卡接件703和第二卡接件704，第一卡接件703更靠近第一滑块5；第一牵引绳的一端连接有第一定位件；另一端依次穿过所有的第一限位环后与第一连接杆的上表面固定连接；第一定位件用于和第一卡接件或第二卡接件连接。
37.所述第一连接杆6和第二连接杆7的下表面沿长度方向依次设置有多个第二限位环602，第一连接杆表面沿长度方向设置有第三卡接件603和第四卡接件604，第三卡接件603更靠近第一滑块5；第二牵引绳的一端连接有第二定位件；另一端依次穿过所有的第二限位环后与第一连接杆的下表面固定连接；第二定位件用于和第三卡接件或第四卡接件连接。
38.如图3所示，放入或取出检测探头时，将第一定位件与第一卡接件连接，此时第一牵引绳处于张紧状态，第二定位件与第四卡接件连接，第二牵引绳松弛，此时第一连接杆和第二连接杆平行；因为储气瓶瓶口较小，放置第二连接杆和检测探头与瓶口发生干涉，不易伸入。
39.如图4所示，将检测探头伸入储气瓶后，将第一定位件与第二卡接件连接，第一牵引绳处于松弛状态，第二连接杆和检测探头在重力作用向下转动；将第二定位件与第三卡接件连接，第二牵引绳处于张紧状态，此时，第二连接杆与第一连接杆垂直，耐磨刚性球与储气瓶内壁接触。
40.在本实施例中，所述第一卡接件、第二卡接件、第三卡接件或第四卡接件均为开设在第一连接杆上的定位孔，第一定位件和第二定位件为定位插销。
41.在其他实施例中，所述第一卡接件、第二卡接件、第三卡接件或第四卡接件均为设置在第一连接杆上的挂环，第一定位件和第二定位件为挂钩；或者；所述第一卡接件、第二卡接件、第三卡接件或第四卡接件均为设置在第一连接杆上的卡扣，第一定位件和第二定位件为卡接头。
42.在本实施例中，所述第二牵引绳601为弹性绳。检测时，第二牵引绳处于张紧状态，弹性绳缓冲好，放置在检测过程第二连接杆和检测探头发生晃动，提高稳定性。
43.在本实施例中，所述第二减速器的输出轴上固定设置有第一皮带轮，两个第二转轴上均固定套设有第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通皮带17传动，如图2所示。
44.在其他实施例中，可以通过其他传动方式第二转轴转动。
45.在本实施例中，所述第二连接杆7的顶端设置有弹性件20，弹性件20的另一端设置有耐磨刚性球21，检测探头与弹性件连接，且连接点位于弹性件与耐磨刚性球的连接处。储气瓶内壁不一定平滑，其端面也不一定呈标准的圆形，通过设置弹性件，起到缓冲作用，保证刚性球与内胆内壁接触，确保检测过程中检测探头与内壁之间的间隙相同，提高检测精度。另外，通过设置耐磨刚性球，使其与内胆为点面接触，检测时整个检测组件在前进过程中能够顺利进行，减少卡阻等状况，提高检测效率。
46.在本实施例中，弹性件为弹簧。
47.本发明中，所述第一电机、第二电机和第三电机均为伺服电机。
48.实施例二：如图5所示，基于上述碳纤维缠绕储气瓶检测装置的检测方法，包括如下步骤：步骤一、将待检测的储气瓶放置在第一驱动机构的滚轮上；启动第三电机，通过调节机构使储气瓶第一驱动机构向上或下移动，使第一连接杆位于储气瓶轴线的延长线上，然后停止第三电机；步骤二、将第一定位件与第一卡接件连接，此时第一牵引绳处于张紧状态，且第一连接杆和第二连接杆平行；第二牵引绳松弛，第二定位件与第四卡接件连接；步骤三、启动第一电机，驱动第一丝杠转动，带动第一滑块移动，将第二连接杆和检测探头伸入储气瓶中，然后停止第一电机；步骤四、将第一定位件与第二卡接件连接，第一牵引绳处于松弛状态，第二连接杆和检测探头在重力作用向下转动；将第二定位件与第三卡接件连接，第二牵引绳处于张紧状态，此时，第二连接杆与第一连接杆垂直，耐磨刚性球与储气瓶内壁接触；步骤五、再次启动第一电机，驱动第一滑块移动，带动第二连接杆和检测探头沿储气瓶长度方向向前移动；同时开启第二电机，驱动第二转轴的滚轮转动，利用摩檫力驱动储气瓶绕第一连接杆转动，使检测探头相对储气瓶螺旋式前移，实现储气瓶内壁全方位检测；检测结束后，停止第一电机和第三电机；
步骤六、将第二定位件与第四卡接件连接，第二牵引绳松弛；将第一定位件与第一卡接件连接，此时第一牵引绳处于张紧状态，此时第一连接杆和第二连接杆平行；然后启动第一电机，驱动第一丝杠转动，带动第二连接杆和检测探头向后移动，将其从储气瓶中退出，然后停止第一电机。
49.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。