一种碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置及检测方法

技术领域

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氢气瓶内胆的检测装置及检测方法。

背景技术

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。

由于内胆外侧被碳纤维及玻璃纤维缠绕，且厚度超过15mm，碳纤维及玻璃纤维缠不导磁，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。所以继续设计一种新的无损检测装置，来满足检测要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置及检测方法，解决现有技术中对无法对碳纤维缠绕储氢气瓶进行检测，潜在风险大的技术问题。

为了实现以上目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置，包括：

检测组件，所述检测组件用于对内胆的内壁进行无损检测；

第一驱动组件，所述第一驱动组件用于驱动检测组件在内胆中螺旋式前进。

本发明通过设置该检测装置，从储氢气瓶的内部对内胆进行无损检测，解决了现有技术中无法对碳纤维缠绕储氢气瓶进行检测的问题，大大降低了碳纤维缠绕储氢气瓶的安全风险。

进一步优化，所述第一驱动组件包括第一丝杠、第一电机和支架，第一丝杠上套设有第一连接环，第一丝杠与第一连接环螺纹连接，检测组件设置于第一丝杠的顶部，第一连接环上设置有用于将第一连接环与储氢气瓶固定连接的加持件，第一电机固定设置在支架上，第一电机驱动第一丝杠转动，从而带动整个检测组件在内胆中螺旋式前进对内胆进行无损检测。

通过设置第一驱动组件，第一电机驱动第一丝杠转动，带动整个检测组件在内胆中螺旋式前进，无损检测探头对内胆进行无损检测，并将检测数据传送至置于储氢气瓶外的控制终端。所述第一电机为伺服电机。

进一步优化，所述加持件为设置在第一连接环外周面的至少两个搭扣；第一连接环的前半段嵌设于瓶口内，且第一连接环的外周面与瓶口内壁紧密接触，然后通过搭扣与储氢气瓶瓶口锁紧，确保在第一丝杆转动过程中，第一连接环与储氢气瓶保持相对固定。

或者，加持件为抱箍，第一连接环包括内环和沿内外壁周向固定设置的多个定位卡板，定位板和内环之间设置有间隙，定位板外套设有抱箍，内环的前半段嵌设在储氢气瓶的瓶口内，定位板位于瓶口外，然后锁紧抱箍使定位卡板紧紧包裹住储氢气瓶，确保在第一丝杆转动过程中，第一连接环与储氢气瓶保持相对固定。

进一步优化，所述检测组件包括主杆、第二连接环、第二驱动组件和多个支撑组件；所述第二连接环套设在主杆上；

所述支撑组件包括第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆的一端与主杆的顶端连铰接，另一端与第二连接杆的中部铰接；主杆的末端与第一驱动组件连接；第二连接杆的一端与第二连接环铰接，另一端设置有至少一个无损检测探头；多个支撑组件沿主杆的周向均匀布置；所述无损检测探头为涡流无损检测探头。

所述第二驱动组件能够驱动第二连接环沿主杆长度方向移动，当第二连接环靠近主杆的顶端时，多个支撑组件被撑开，整体呈伞骨状；当第二连接环远离主杆的顶端时，多个支撑组件被收拢。

因为储氢气瓶的瓶口尺寸较小，第二驱动组件不容易放入内胆中和从内胆中取出，因此本发明设置主杆、第二驱动组件、第二连接环和多个支撑组件，进入或退出内胆时，通过第二驱动组件使多个支撑组件收拢；当进入内胆中进行检测时，通过第二驱动组件使多个支撑组被撑开，整体呈伞骨状，无损检测探头与内胆内壁接触或靠近。通过设置多个无损检测探头，大大提高检测效率。

另外，本发明中第二连接杆的长度大于第一连接杆，将无损检测探头设置在第二连接杆的端部，则检测接收后，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的末端移动，带动多个支撑组件逐渐收拢，此时无损检测探头收拢于主杆的顶端，该端体积较大，第二连接环移动至靠近第二丝杆的顶端，该端体积较小，更利用将整个检测组件从内胆中取出，检测探头不会卡在瓶口处。

进一步优化，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，无损检测探头固定设置在弹性件与耐磨刚性球的连接处。

因为内胆的内壁不一定平滑，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，保证每个均刚性球与内胆内壁接触，确保每个无损检测探头到内胆内壁的间隙相同，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螺旋前进过程中能够顺利进行，减少卡阻等状况，提高检测效率。

进一步优化，所述主杆为光杆，第二连接环活动式套设在光杆上；第二驱动组件为活塞缸，活塞缸与光杆平行设置；光杆的末端和活塞缸的缸体均固定设置在第一丝杠的顶端；活塞缸的活塞杆与第二连接环连接；活塞杆的伸缩推动第二连接环沿光杆移动；

进一步优化，所述主杆为圆管，圆管上沿其长度方向开设有滑槽，第二驱动组件为活塞缸，活塞缸设置在圆管中，圆管的末端和活塞缸的缸体均固定设置在第一丝杠的顶端；第二连接环上固定连接有限位块，限位块的一端穿过滑槽与活塞缸的活塞杆连接，活塞杆的伸缩带动第二连接环沿主杆长度方向移动。

进一步优化，所述主杆为第二丝杆，第二连接环与第二丝杠螺纹连接，第二丝杆的顶端通过轴承转动连接有第三连接环，第一连接杆的一端与第三连接环铰接，另一端与第二连接杆的中部铰接；与第二丝杆平行设置有导向杆，导向杆的一端与第三连接环固连，另一端与第一丝杆的顶端固连；第二连接环上开设有通孔，第二连接环通过通孔活动式套设在导向杆上；

所述第二驱动组件为第二电机，第二电机固定设置在第一丝杠的顶端，第二电机的转轴与第二丝杠固定连接，第二电机驱动第二丝杠转动，带动第二连接环沿第二丝杠和导向杆长度方向移动。

进一步优化，所述主杆为圆管，圆管上沿其长度方向开设有滑槽，第二驱动组件为第二电机，第二电机设置在圆管中，圆管的末端和第二电机均固定设置在第一丝杠的顶端；圆管中设置有第二丝杠，第二丝杠与圆管平行设置，第二丝杠的顶端通过轴承与圆管的顶端转动连接，另一端与第二电机的输出轴固连，第二丝杠上螺纹连接套设有第四连接环，第二连接环上固定连接有限位块，限位块的一端穿过滑槽与第四连接环固定连接，第二电机驱动第二丝杠转动，带动第四连接环沿第二丝杠长度方向移动，推动第二连接环一起移动。

基于上述碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤一、通过将加持件与储氢气瓶固定连接，使整个检测装置与储氢气瓶连接，检测组件置入内胆中，第一驱动组件的第一丝杠前半段位于内胆中，第一丝杠的后半段、第一电机和支架位于储氢气瓶外部；

步骤二、通过置于储氢气瓶外的第一开关开启第二驱动组件，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的顶端移动，带动多个支撑组件逐渐被撑开，直至第二连接杆顶端的刚性球与内胆内壁接触，整体呈伞骨状；然后通过第一开关关闭第二驱动组件，并保持第二连接环与主杆的相对位置固定；

步骤三、通过置于储氢气瓶外的第二开关开启第二驱动组件的第一电机，第一电机驱动第一丝杠转动，带动整个检测组件在内胆中螺旋式前进，无损检测探头对内胆进行无损检测，并将检测数据传送至置于储氢气瓶外的控制终端；

步骤四、内胆的内壁全面检测完毕后，通过第一开关再次开启第二驱动组件，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的末端移动，带动多个支撑组件逐渐收拢；然后通过第二开关开启第一电机反向转动，带动整个检测组件向内胆瓶口处移动；

步骤五、关闭电源，松开加持件，使整个检测装置与储氢气瓶连接与储氢气瓶固定连接脱离，并从内胆中取出，然后放入收纳箱中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置该检测装置，从储氢气瓶的内部对内胆进行无损检测，解决了现有技术中无法对碳纤维缠绕储氢气瓶进行检测的问题，大大降低了碳纤维缠绕储氢气瓶的安全风险。

2、储氢气瓶的瓶口尺寸较小，第二驱动组件不容易放入内胆中和从内胆中取出，因此本发明设置主杆、第二驱动组件、第二连接环和多个支撑组件，进入或退出内胆时，通过第二驱动组件使多个支撑组件收拢；当进入内胆中进行检测时，通过第二驱动组件使多个支撑组被撑开，整体呈伞骨状，无损检测探头与内胆内壁接触或靠近。通过设置多个无损检测探头，大大提高检测效率。

3、本发明中第二连接杆的长度大于第一连接杆，将无损检测探头设置在第二连接杆的端部，则检测接收后，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的末端移动，带动多个支撑组件逐渐收拢，此时无损检测探头收拢于主杆的顶端，该端体积较大，第二连接环移动至靠近第二丝杆的顶端，该端体积较小，更利用将整个检测组件从内胆中取出，检测探头不会卡在瓶口处。

4、通过设置弹性件，起到缓冲作用，保证每个均刚性球与内胆内壁接触，确保每个无损检测探头到内胆内壁的间隙相同，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螺旋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

图1为实施例一中碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的结构示意图。

图2为图1中检测组件撑开后的俯视图。

图3为图1中检测组件的放大视图。

图4为实施例一中检测组件收拢时的结构示意图。

图5为实施例二中碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的结构示意图。

图6为图5中检测组件的放大视图。

图7为实施例三中碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的结构示意图。

图8为图7中检测组件的放大视图。

图9为实施例四中碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的结构示意图。

图10为图9中检测组件的放大视图。

图11为本发明基于碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的检测方法流程图。

具体实施方式

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。

实施例一：

如图1-4所示，一种碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置，包括：

检测组件1，所述检测组件用于对内胆的内壁进行无损检测；

第一驱动组件2，所述第一驱动组件用于驱动检测组件在内胆中螺旋式前进。

本发明通过设置该检测装置，从储氢气瓶的内部对内胆进行无损检测，解决了现有技术中无法对碳纤维缠绕储氢气瓶进行检测的问题，大大降低了碳纤维缠绕储氢气瓶的安全风险。

在本实施例中，所述第一驱动组件包括第一丝杠21、第一电机22和支架，第一丝杠21上套设有第一连接环23，第一丝杠21与第一连接环23螺纹连接，检测组件1设置于第一丝杠21的顶部，第一连接环上设置有用于将第一连接环与储氢气瓶固定连接的加持件24，第一电机固定设置在支架上，第一电机驱动第一丝杠转动，从而带动整个检测组件在内胆中螺旋式前进对内胆进行无损检测。

通过设置第一驱动组件，第一电机驱动第一丝杠转动，带动整个检测组件在内胆中螺旋式前进，无损检测探头对内胆进行无损检测，并将检测数据传送至置于储氢气瓶外的控制终端。所述第一电机22为伺服电机。

在本实施例中，所述加持件24为设置在第一连接环外周面的四个搭扣；第一连接环的前半段嵌设于瓶口内，且第一连接环23的外周面与瓶口内壁紧密接触，然后通过搭扣与储氢气瓶瓶口锁紧，确保在第一丝杆转动过程中，第一连接环与储氢气瓶保持相对固定。所述搭扣为现有技术，不再赘述。在其他实施例中，搭扣的数量可以为二、三、五等。

在其他实施例中，加持件为抱箍，第一连接环包括内环和沿内外壁周向固定设置的多个定位卡板，定位板和内环之间设置有间隙，定位板外套设有抱箍，内环的前半段嵌设在储氢气瓶的瓶口内，定位板位于瓶口外，然后锁紧抱箍使定位卡板紧紧包裹住储氢气瓶，确保在第一丝杆转动过程中，第一连接环与储氢气瓶保持相对固定。

在本实施例中，所述检测组件2包括主杆12、第二连接环13、第二驱动组件和八个支撑组件；所述第二连接环13套设在主杆12上。

所述支撑组件包括第一连接杆18和第二连接杆17，第一连接杆18的一端与主杆12的顶端连铰接，另一端与第二连接杆17的中部铰接；主杆12的末端与第一驱动组件连接；第二连接杆的一端与第二连接环铰接，另一端设置有三个无损检测探头；八个支撑组件沿主杆的周向均匀布置；所述无损检测探头为涡流无损检测探头。

所述第二驱动组件能够驱动第二连接环沿主杆长度方向移动，当第二连接环靠近主杆的顶端时，多个支撑组件被撑开，整体呈伞骨状；当第二连接环远离主杆的顶端时，多个支撑组件被收拢。

因为储氢气瓶的瓶口尺寸较小，第二驱动组件不容易放入内胆中和从内胆中取出，因此本发明设置主杆、第二驱动组件、第二连接环和多个支撑组件，进入或退出内胆时，通过第二驱动组件使多个支撑组件收拢；当进入内胆中进行检测时，通过第二驱动组件使多个支撑组被撑开，整体呈伞骨状，无损检测探头与内胆内壁接触或靠近。通过设置多个无损检测探头，大大提高检测效率。

另外，本发明中第二连接杆的长度大于第一连接杆，将无损检测探头设置在第二连接杆的端部，则检测接收后，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的末端移动，带动多个支撑组件逐渐收拢，此时无损检测探头收拢于主杆的顶端，该端体积较大，第二连接环移动至靠近第二丝杆的顶端，该端体积较小，更利用将整个检测组件从内胆中取出，检测探头不会卡在瓶口处。

在其他实施例中，支撑组件的数量可以为二、三、四、五、六等，根据具体需要而定；同样，每个第二连接环端部设置的无损检测探头数量可以为一、二、四等，根据具体需要而定。

在本实施例中，所述第二连接杆的顶端设置有弹性件102，弹性件的另一端设置有耐磨刚性球101，无损检测探19头固定设置在弹性件与耐磨刚性球的连接处。

因为内胆的内壁不一定平滑，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，保证每个均刚性球与内胆内壁接触，确保每个无损检测探头到内胆内壁的间隙相同，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螺旋前进过程中能够顺利进行，减少卡阻等状况，提高检测效率。

在本实施例中，弹性件102为弹簧。在其他实施例中，弹性件102可以为橡胶块。

在本实施例中，所述主杆12为光杆，第二连接环13活动式套设在光杆上；第二驱动组件为活塞缸，活塞缸与光杆平行设置；光杆的末端和活塞缸的缸体104均固定设置在第一丝杠的顶端；活塞缸的活塞杆103与第二连接环13连接；活塞杆103的伸缩推动第二连接环沿光杆移动，起到撑开或收拢支撑架的目的。

在本实施例中，所述活塞缸为液压活塞缸，在其他实施例中可以为气缸。

实施例二：

在本实施例中，如图5、6所示，所述主杆12为圆管，圆管上沿其长度方向开设有滑槽，第二驱动组件为活塞缸，活塞缸设置在圆管中，圆管的末端和活塞缸的缸体104均固定设置在第一丝杠21的顶端；第二连接环13上固定连接有限位块16，限位块16的一端穿过滑槽与活塞缸的活塞杆103连接，活塞杆103的伸缩带动第二连接环13沿主杆12长度方向移动，起到撑开或收拢支撑架的目的。

其他部分与实施例一中相同。

实施例三：

在本实施例中，如图7、8所示，所述主杆为12第二丝杆，第二连接环13与第二丝杠螺纹连接，第二丝杆的顶端通过轴承转动连接有第三连接环107，第一连接杆18的一端与第三连接环107铰接，另一端与第二连接杆17的中部铰接；与第二丝杆平行设置有导向杆106，导向杆106的一端与第三连接环107固连，另一端与第一丝杆21的顶端固连；第二连接环13上开设有通孔，第二连接环13通过通孔活动式套设在导向杆13上。

所述第二驱动组件为第二电机11，第二电机11固定设置在第一丝杠21的顶端，第二电机的转轴与第二丝杠固定连接，第二电机驱动第二丝杠转动，带动第二连接环沿第二丝杠和导向杆106长度方向移动，起到撑开或收拢支撑架的目的。所述第二电机为伺服电机。

其他部分与实施例一中相同。

实施例四：

在本实施例中，如图9、10所示，所述主杆12为圆管，圆管上沿其长度方向开设有滑槽，第二驱动组件为第二电机11，第二电机11设置在圆管12中，圆管的末端和第二电机11均固定设置在第一丝杠21的顶端；圆管中设置有第二丝杠14，第二丝杠14与圆管12平行设置，第二丝杠14的顶端通过轴承与圆管12的顶端转动连接，另一端与第二电机的输出轴固连，第二丝杠14上螺纹连接套设有第四连接环15，第二连接环13上固定连接有限位块16，限位块16的一端穿过滑槽与第四连接环15固定连接，第二电机11驱动第二丝杠14转动，带动第四连接环15沿第二丝杠14长度方向移动，从而推动第二连接环13一起移动，起到撑开或收拢支撑架的目的。所述第二电机为伺服电机。

其他部分与实施例一中相同。

实施例五：

如图11所示，基于上述碳纤维缠绕储氢气瓶内胆的检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1、通过将加持件与储氢气瓶固定连接，使整个检测装置与储氢气瓶连接，检测组件置入内胆中，第一驱动组件的第一丝杠前半段位于内胆中，第一丝杠的后半段、第一电机和支架位于储氢气瓶外部；

S2、通过置于储氢气瓶外的第一开关开启第二驱动组件，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的顶端移动，带动多个支撑组件逐渐被撑开，直至第二连接杆顶端的刚性球与内胆内壁接触，整体呈伞骨状；然后通过第一开关关闭第二驱动组件，并保持第二连接环与主杆的相对位置固定；

S3、通过置于储氢气瓶外的第二开关开启第二驱动组件的第一电机，第一电机驱动第一丝杠转动，带动整个检测组件在内胆中螺旋式前进，无损检测探头对内胆进行无损检测，并将检测数据传送至置于储氢气瓶外的控制终端；

S4、内胆的内壁全面检测完毕后，通过第一开关再次开启第二驱动组件，第二驱动组件驱动第二连接环向主杆的末端移动，带动多个支撑组件逐渐收拢；然后通过第二开关开启第一电机反向转动，带动整个检测组件向内胆瓶口处移动；

S5、关闭电源，松开加持件，使整个检测装置与储氢气瓶连接与储氢气瓶固定连接脱离，并从内胆中取出，然后放入收纳箱中。

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。