阅读说明：本技术 适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备及检查方法 (Video inspection equipment and method suitable for steam generator tube plate ) 是由 武伟让 陶于春 唐西明 余桐 杨洵宗 王骏飞 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备,所述视频检查设备包括爬壁检查机器人、控制装置、连接在所述控制装置和爬壁检查机器人之间的线缆、用于检查的内窥镜以及用于收放所述线缆和内窥镜的协同驱动装置；所述爬壁检查机器人包括壳体、用于带动所述爬壁检查机器人移动的移动机构、设置在所述壳体内的探头驱动装置、内部供所述内窥镜贯穿的弯头、用于对所述弯头进行调节的弯头调节装置,所述探头驱动装置用于对所述内窥镜进行收放；所述协同驱动装置包括用于夹持并驱动所述线缆和内窥镜的夹持滚轮、驱动所述夹持滚轮的驱动单元、用于将所述协同驱动装置固定在蒸汽发生器手孔上的安装板。(The invention discloses video inspection equipment suitable for a steam generator tube plate, which comprises a wall climbing inspection robot, a control device, a cable connected between the control device and the wall climbing inspection robot, an endoscope for inspection and a cooperative driving device for winding and unwinding the cable and the endoscope; the wall climbing inspection robot comprises a shell, a moving mechanism for driving the wall climbing inspection robot to move, a probe driving device arranged in the shell, an elbow for the endoscope to penetrate through, and an elbow adjusting device for adjusting the elbow, wherein the probe driving device is used for retracting and releasing the endoscope; the cooperative driving device comprises a clamping roller for clamping and driving the cable and the endoscope, a driving unit for driving the clamping roller, and a mounting plate for fixing the cooperative driving device on a hand hole of the steam generator.)

适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备及检查方法

技术领域

本发明属于核电站压力容器视频检查技术领域，尤其涉及一种核电站停堆检修期间针对蒸汽发生器的管板的视频检查设备及采用该视频检查设备进行检查的方法。

背景技术

根据国内外压水堆核电站的运行反馈，蒸汽发生器视频检查是每次停堆检修期间的例行工作，其主要目的是验证蒸汽发生器高压清洗的效果和管板上表面是否有外来异物。为完成管板区域的视频检查，一般采用内窥镜圆探头或扁平的视频检查带从手孔进入，在导向工具或机器人载体的引导下进入管间完成视频数据采集。

管板视频检查区域一般包括外环廊(外环廊及邻近至少3排管间)、管间(3抽1)和中心管廊。目前，国外一般采用视频检查机器人携带外环廊检查头或柔性视频检查带分别进行外环廊检查或管间检查，能够较大程度上减少操作人员的劳动强度和辐照剂量；国内早期采用导向工具手动引导内窥镜探头沿外环廊或指定管间移动获取区域的泥渣图像，后来国内公司从国外引进了自动视频检查设备，也有国内研究院所专门开发了该区域的自动视频检查设备，由于应用过程中的效率低和不稳定性，仍然采用导向工具配合内窥镜探头完成管板的视频检查；根据国外自动视频检查设备及手动视频检查方法在国内的应用情况，不足之处有以下几点：

一、两者都需要更换视频检查摄像头或内窥镜探头，更换操作需要将机器人或导向工具移出蒸汽发生器，降低了工作效率。

二、国外自动视频检查设备携带的柔性视频检查带呈扁平状，在进入管间的入口处通常有较大的阻力，一方面视频检查带容易破损且价格昂贵，另一方面较大的阻力反作用于爬壁检查机器人，极端情况下，会导致爬壁检查机器人从内壁脱落，跌落到管板外环廊，一旦跌落，需要花费较长的时间使用专用工具进行恢复。

三、国外自动视频检查设备驱动柔性视频检查带进出管间，检查效率相对手动视频检查大幅度降低，在手孔安装的机器人尾部线缆的随动装置不同步驱动柔性带，易造成柔性带的卷曲，为后续进出管间带来不便。

四、国内手动视频检查设备劳动强度大，辐射剂量高，且手动导向工具操作较困难，个别情况下，探头调节角度有限，视频检查盲区大。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于蒸汽发生器管板的自动视频检查设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备，其特征在于，所述视频检查设备包括爬壁检查机器人、控制装置、连接在所述控制装置和爬壁检查机器人之间的线缆、用于检查的内窥镜以及用于收放所述线缆和内窥镜的协同驱动装置；所述爬壁检查机器人包括壳体、用于带动所述爬壁检查机器人移动的移动机构、设置在所述壳体内的探头驱动装置、内部供所述内窥镜贯穿的弯头、用于对所述弯头进行调节的弯头调节装置，所述探头驱动装置用于对所述内窥镜进行收放；所述协同驱动装置包括用于夹持并驱动所述线缆和内窥镜的夹持滚轮、驱动所述夹持滚轮的驱动单元、用于将所述协同驱动装置固定在蒸汽发生器手孔上的安装板。

所述爬壁检查机器人携带内窥镜和线缆吸附在蒸汽发生器内壁并通过线缆在控制装置的作用下完成所需的运动，协同驱动装置安装在蒸汽发生器的其中一个手孔上，并驱动内穿于该驱动装置的内窥镜探头或线缆实现随动控制，完成所需的管板自动视频检查工作。内窥镜探头，用来完成管间视频检查，同时在外环廊检查时完成邻近3排管间的视频检查，优选使用韦林XLG3内窥镜或其它类似产品，探头直径约6mm。线缆多芯集成、柔软耐磨、内置牵拉钢丝绳，用于异常情况下的检查机器人取出。

优选地，所述探头驱动装置包括用于驱动所述内窥镜移动的同步带、带动所述同步带转动的同步轮组以及带动所述同步轮组进行转动的驱动机构，所述同步带为两条，每条所述同步带对应设置有一组同步轮组，两条所述同步带之间形成供所述内窥镜移动的通道。

更加优选地，所述驱动机构包括第一电机、位于第一电机输出端的主动锥齿轮、与所述主动锥齿轮配合的从动锥齿轮、与所述从动锥齿轮同轴设置的驱动齿轮，所述主动锥齿轮所在的平面与从动锥齿轮所在的平面垂直；所述第一电机与所述线缆连接。

进一步优选地，所述同步轮组包括辅同步轮以及分别位于所述辅同步轮两端的主同步轮和次同步轮，所述主同步轮与驱动齿轮相互配合转动，所述探头驱动装置还包括用于推动所述辅同步轮移动的同步带压紧机构。两条同步带夹持内窥镜并可通过同步带压紧机构调节两条同步带间的距离，进而调节同步带与内窥镜的摩擦力，使得同步带带动内窥镜移动。

优选地，所述移动机构包括设置在壳体上的磁轮以及磁轮驱动机构，所述壳体上设置有两个磁轮，所述两个磁轮位于所述壳体靠近内壁一侧不同的边角边缘位置。

优选地，所述弯头通过转轴安装在所述壳体上，所述弯头调节装置包括设置在所述壳体前部的第一舵机以及连接在所述第一舵机与所述弯头之间的连杆机构，所述第一舵机用于通过连杆机构将弯头沿转轴进行调节。

优选地，所述爬壁检查机器人还包括设置在所述壳体前部的前视摄像头、设置在所述壳体下部的弹性支撑轮和俯视摄像头、用于提供所述爬壁检查机器人实时姿态的姿态传感器，所述俯视摄像头用于观察所述弹性支撑轮的支撑状态和辅助爬壁检查机器人移动。

具体的，在一些实施例中，爬壁检查机器人包括双磁轮、磁轮驱动机构、弹性支撑轮、探头驱动装置、弯头、弯头调节装置、前视摄像头和俯视摄像头、姿态传感器和壳体。其中，双磁轮安装在壳体靠近内壁的一侧，呈对侧交叉分布，并通过各自的磁轮驱动机构进行运动和转向。所述弹性支撑轮内置有一弹簧，在爬壁检查机器人运动时，弹性支撑轮支在管板上，保证检查机器人沿内壁运动的稳定性。所述探头驱动装置内置于壳体内，用来驱动内窥镜探头进出管间。所述弯头用来提供内窥镜的导向限位通道，并通过弯头调节装置调节内窥镜探头使探头前端正对待检管间。所述的前视摄像头和俯视摄像头安装在壳体特定的位置，用来辅助爬壁检查机器人的运动，并提供相应的检查数据。所述姿态传感器用来提供所述的爬壁检查机器人的实时姿态。前视摄像头和俯视摄像头，均配备LED光源，所述前视摄像头既用来完成外环廊检查，又用来辅助观察内窥镜探头进出弯头的驱动情况，所述俯视摄像头主要用来观察支撑轮的支撑状态和辅助爬壁检查机器人移动。

优选地，所述夹持滚轮包括用于夹持所述线缆的线缆夹持滚轮以及用于夹持所述内窥镜的探头夹持滚轮，所述驱动单元包括用于驱动所述线缆夹持滚轮的第二舵机以及用于驱动所述探头夹持滚轮的第三舵机。

优选地，所述协同驱动装置还包括用于组装夹持滚轮的连接装置、用于对所述线缆和内窥镜运动进行导向的随动板、位于所述安装板远离所述随动板一侧的外置线缆架。安装板为与蒸汽发生器的手孔相匹配的法兰。

具体的，在一些实施例中，协同驱动装置包括多组夹持滚轮、用于驱动部分夹持滚轮的第二舵机和第三舵机、连接装置、随动板、监控摄像头、法兰和外置线缆架，所述协同驱动装置通过法兰安装于蒸汽发生器手孔，多组滚轮间设置有连接装置，方便穿过内窥镜和线缆，所述的第二舵机通过线缆夹持滚轮驱动线缆，所述的第三舵机通过探头夹持滚轮驱动内窥镜，所述的多组夹持滚轮安装于手孔内部，并在前端设置有随动板便于内窥镜和线束的转向，并在监控摄像头的辅助下观察随动情况，在法兰的外部安装有外置线缆架，用于线缆在外部的导向和梳理，所述的监控摄像头配备LED光源通过支架连接于法兰，并可调节轴向位置和转向以找到适当的监控视野；优选在协同驱动装置设置有两套用于输送内窥镜和线缆的机构。

本发明还提供了一种如上所述的适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备的检查方法，包括如下步骤：

S1：将内窥镜装入爬壁检查机器人内部并使内窥镜的探头前端置于弯头出口处；

S2：将爬壁检查机器人通过手孔放入到蒸汽发生器内部并吸附在内壁上；

S3：将内窥镜和线缆穿过协同驱动装置，并将协同驱动装置安装于蒸汽发生器的手孔上；

S4：操作爬壁检查机器人使其位于适当的检查位置，并控制弹性支撑轮与管板上表面紧贴接触；

S5：控制爬壁检查机器人沿内壁移动至对侧的手孔，并同步启动协同驱动装置，通过爬壁检查机器人上的前视摄像头和内窥镜的探头记录图像完成外环廊视频检查；

S6：操作爬壁检查机器人移动到第一个待检管间，通过弯头调节装置调节弯头位置并通过内窥镜的探头确定是否满足位置要求，若满足，则通过爬壁检查机器人的探头驱动装置将探头送入待检管间，通过内窥镜的探头完成管间视频检查，之后通过探头驱动装置将内窥镜的探头回收至弯头的出口处；

S7：操作检查机器人移动到下一个待检管间，调节弯头位置并通过内窥镜探头确定是否针对管间，若位置满足要求，则通过探头驱动装置将探头送入管间，通过探头完成管间视频检查并回收至弯头出口处，即重复步骤S6，完成所有待检管间视频检查；

S8：取出所有进入蒸汽发生器内部的装置。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备，自动化程度高、检查效率和稳定性高，其能满足管板冲洗前后自动视频检查和现有蒸汽发生器结构下同时安装两套视频检查设备的要求，其安装便捷，故障率低、爬行过程中不易翻车，同时具备外环廊检查和管间检查功能，工作时无需更换前端检查工具。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例中的适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备的工作示意图；

图2是蒸汽发生器管板自动视频检查区域图；

图3是本发明优选实施例中爬壁检查机器人的第一视角的立体示意图；

图4是本发明优选实施例中爬壁检查机器人的第二视角的立体示意图；

图5是本发明优选实施例中爬壁检查机器人的侧视示意图；

图6是本发明优选实施例的爬壁检查机器人中探头驱动装置第一视角的立体图；

图7是本发明优选实施例的爬壁检查机器人中探头驱动装置第二视角的立体图；

图8是本发明优选实施例的探头驱动装置中第一电机和齿轮传动机构的第一视角立体图；

图9是本发明优选实施例的协同驱动装置的立体图；

图10是本发明优选实施例的协同驱动装置隐藏部分部件之后的立体图。

附图中：1、爬壁检查机器人；11、磁轮；12、磁轮驱动机构；13、弹性支撑轮；14、探头驱动装置；141、同步轮组；1411、主同步轮；1412、次同步轮；1413、辅同步轮；142、第一电机；143、同步带；144、齿轮传动机构；1441、主动锥齿轮；1442、从动锥齿轮；1443、驱动齿轮；145、同步带压紧机构；15、前视摄像头；16、弯头调节装置；161、第一舵机；162、连杆机构；163、转轴；164、弯头；17、俯视摄像头；18、姿态传感器；19、壳体；110、弹簧；2、协同驱动装置；21、法兰；22、外置线缆架；23、线缆夹持滚轮；24、探头夹持滚轮；25、第二舵机；26、第三舵机；27、调节杆；28、监控摄像头；29、随动板；210、连接装置；2101、快速安装板；2102、快速安装杆；3、管板；31、外环廊检查区域；32、管间检查区域；33、中心管廊检查区域；4、内窥镜；5、线缆；6、内壁；7、手孔；8、传热管；9、控制装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，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，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1适用于蒸汽发生器管板的视频检查机器人

如图1-10所示，本实施例的适用于蒸汽发生器管板自动视频检查设备包括爬壁检查机器人1、内窥镜4、线缆5、协同驱动装置2以及控制装置9。爬壁检查机器人1携带内窥镜4和线缆5通过手孔7引入到蒸汽发生器内部，吸附在蒸汽发生器内壁6并在控制装置9的作用下通过线缆5完成所需的运动，协同驱动装置2安装在蒸汽发生器手孔7上，并驱动内穿于装置的内窥镜4或线缆5实现随动控制，完成所需的管板3自动视频检查工作。

如图3-8所示，爬壁检查机器人1包括两个磁轮11、两个磁轮驱动机构12、弹性支撑轮13、探头驱动装置14、前视摄像头15、弯头调节装置16、俯视摄像头17、姿态传感器18、壳体19和弹簧110，磁轮11安装在壳体19底部，呈对侧交叉分布，并通过各自的磁轮驱动机构12进行运动和转向，磁轮11和磁轮驱动机构12间通过联轴器直接连接，弹性支撑轮13内置有一弹簧110。

在爬壁检查机器人运动时，弹性支撑轮13支在管板3上，保证爬壁检查机器人1沿内壁6运动时的稳定性，弹性支撑轮13为万向轮。探头驱动装置14内置于壳体19内弹性支撑轮13的对侧，用来驱动内窥镜4进出传热管8管间，弯头164用来提供内窥镜4的导向限位通道，并通过弯头调节装置16调节内窥镜4使探头前端正对待检管间，前视摄像头15安装在壳体19内前侧，即弯头调节装置16侧位置，前视摄像头15既用来完成外环廊检查，又用来辅助观察内窥镜探头进出弯头的驱动情况；俯视摄像头17和姿态传感器18安装在壳体19内弹性支撑轮13侧位置，俯视摄像头17主要用来观察支撑轮的支撑状态并辅助爬壁检查机器人1的运动，姿态传感器18用来提供爬壁检查机器人1的实时姿态。

如图3-7所示，探头驱动装置14包括驱动机构、两条同步带143、两组同步轮组141、齿轮传动机构144、同步带压紧机构145，两条同步带143通过两组同步轮组141进行安装和固定，两条同步带143夹持内窥镜4并可通过同步带压紧机构145调节两条同步带143间的距离，进而调节同步带143与内窥镜4的摩擦力，驱动机构驱动同步轮组141实现内窥镜4的移动。

本实施例中，如图8所示，驱动机构包括第一电机142、位于第一电机142输出端的主动锥齿轮1441、与主动锥齿轮1441配合的从动锥齿轮1442、与从动锥齿轮1442同轴设置的驱动齿轮1443，第一电机142与线缆5连接。主动锥齿轮1441所在的平面与从动锥齿轮1442所在的平面垂直。

如图6-7所示，同步轮组141包括辅同步轮1413以及分别位于辅同步轮1413两端的主同步轮1411和次同步轮1412，主同步轮1411与驱动齿轮1443相互配合转动。

如图3-5所示，弯头调节装置16包括第一舵机161、连杆机构162、转轴163和弯头164，弯头164通过转轴163球接于壳体19前端，第一舵机161固定于壳体19前端，设置有一金属保护壳，第一舵机161通过转动连杆机构162调节弯头164沿球接竖直轴左右摆动。

如图9-10所示，协同驱动装置2包括法兰21、外置线缆架22、线缆夹持滚轮23、探头夹持滚轮24、第二舵机25、第三舵机26、调节杆27、监控摄像头28、随动板29、连接装置210，协同驱动装置2通过法兰21安装于手孔7，设置有多组探头夹持滚轮24和线缆夹持滚轮23间分别用来驱动内窥镜4和线缆5，同时设置有连接装置210，连接装置210包括快速安装板2101和快速安装杆2102，方便安装和拆除内窥镜4和线缆5，第二舵机25通过线缆夹持滚轮23驱动线缆5，第三舵机26通过探头夹持滚轮24驱动内窥镜4，多组夹持滚轮安装于手孔7内部，并在前端设置有随动板29便于内窥镜4和线缆5向外环廊的转向，避免与内壁6转角的摩擦，并在监控摄像头28的辅助下观察随动情况，监控摄像头28配备LED光源，安装于调节杆27，线束通过调节杆27内向手孔7外部延伸，调节杆27穿过法兰21并可调节穿过法兰21的轴向位置和转向以找到最佳的监控视野后进行固定；外置线缆架22安装于法兰21的外部，用于内窥镜4和线缆5在外部的导向和梳理。

如图2所示，蒸汽发生器管板3自动视频检查分为清洗前检查和清洗后检查，检查区域分为外环廊检查区域31、管间检查区域32、中心管廊检查区域33，中心管廊检查区域33不在爬壁检查机器人1的工作范围内；前视摄像头15和俯视摄像头17均配备LED光源；外环廊区域31检查时，内窥镜4用来检查邻近3排管间区域，前视摄像头15用来检查外环廊区域；管间检查区域32时，内窥镜探头用来对准管间及管间内检查，前视摄像头15用来监视内窥镜探头进出管间的情况。

为提高检查效率和设备稳定性，优选在手孔7左右两侧各安装一个爬壁检查机器人1，同时在协同驱动装置2上设置有两套用于输送内窥镜和线缆的机构。内窥镜4优选使用韦林XLG3内窥镜或其它类似产品，探头直径约6mm；线缆5优选类型为多芯集成、柔软耐磨，且内置牵拉钢丝绳，用于异常情况下的检查机器人取出。

本实施例中的适用于蒸汽发生器管板的视频检查设备与现有技术相比，具有如下优点：

一、功能集成化设计，将核电站蒸汽发生器管板自动视频检查所需的外环廊检查和管间检查功能集成于一个自动检查装置，外环廊和管间检查时，无需更换检查摄像头，外环廊检查时，内窥镜的探头用来检查邻近3排管间区域，前视摄像头用来检查外环廊区域；管间检查时，内窥镜探头用来对准管间及管间内检查，前视摄像头用来监视内窥镜探头进出管间的情况。

二、自动检查装置稳定性更高。本发明采用经过现场多轮次验证的内窥镜圆探头代替柔性视频检查带完成管间检查数据的采集，圆探头进出管间的阻力较小，爬壁检查机器人所承受的反作用力更小，其跌落风险更小；同时，爬壁检查机器人底部增加一个弹性支撑轮，能够更好的防止爬壁检查机器人移动过程中的翻车。

三、配备协同驱动装置，能够根据探头或线缆前端的移动距离随动，防止线缆的扭绕增加爬壁检查机器人移动的阻力；同时采用圆探头和更细更柔软的线缆使得手孔内安装的协同驱动装置能够同时驱动两套爬壁检查机器人的内窥镜和线缆，使得手孔两侧的视频检查同时进行，检查效率大幅度提高。

实施例2使用实施例1中检查设备进行检查的方法

本实施例提供了一种使用实施例1中检查设备进行检查的方法，包括如下步骤：

S1：将内窥镜4置入爬壁检查机器人1内部并使内窥镜4的探头穿过弯头使探头前端置于弯头164出口处。

S2：将爬壁检查机器人1通过一手孔7引入到蒸汽发生器内部并吸附在内壁6上，为提高检查效率，优选在手孔7的两侧各装一套爬壁检查机器人1，如图1所示。

S3：将内窥镜4和线缆5通过连接装置210穿过限位于协同驱动装置2，并安装于法兰7上。

S4：操作爬壁检查机器人1使其位于适当的检查位置、姿态，并确保弹性支撑轮13与管板3上表面紧贴接触。

S5：沿内壁6使爬壁检查机器人1移动至蒸汽发生器的对侧手孔，并同步启动协同驱动装置2，通过前视摄像头15和内窥镜4记录图像完成外环廊视频检查。

S6：操作爬壁检查机器人1移动到第一个待检管间，调节弯头164位置并通过内窥镜4确定是否正对管间，若位置满足要求，则通过探头驱动装置14将内窥镜4送入管间，通过内窥镜4完成管间视频检查并回收至弯头164出口处。

S7：操作爬壁检查机器人1移动到下一个待检管间，调节弯头164位置并通过内窥镜4确定是否正对管间，若位置满足要求，则通过探头驱动装置14将内窥镜4送入管间，通过内窥镜4完成管间视频检查并回收至弯头164出口处，即重复步骤S6，完成所有待检管间视频检查。

S8：取出所有进入蒸汽发生器内部的设备。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。