基于檢測機器人的燃燒器檢測及健康分析

孟德彪，李歡，王寶，徐光平，張文強

1.淮浙電力有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽淮南，232131；2.北京中安吉泰科技有限公司，北京，100048

0 引言

在工業領域中，鍋爐作為能源生產和加工的重要設備之一，在其運行過程中面臨著諸多挑戰和問題。其中，鍋爐燃燒器作為鍋爐的核心部件之一，其性能和運行狀態直接關系到鍋爐的燃燒效率和安全性。為了保證鍋爐的正常運行和優化能源利用，對燃燒器的檢測和維護工作變得尤為關鍵。

然而，在現實應用中，鍋爐燃燒器吹灰孔的檢測卻是一個具有挑戰性的任務。吹灰孔作為燃燒器的關鍵組成部分，用于排放燃燒過程中產生的灰渣，其清潔狀態直接影響著鍋爐的熱效率和安全運行。然而，傳統的吹灰孔檢測方法常常面臨著效率低下、人力高耗和操作風險大等問題。例如，需要在停機檢修的環境下搭設腳手架、升降臺，通過人工目視或手持照明工具進行檢測，不僅操作復雜且存在一定的危險性，而且往往難以全面準確地檢測各個吹灰孔的情況[1]。

為了克服傳統吹灰孔檢測方法的局限性，近年來，基于機器人技術的自動化檢測裝置逐漸引起了研究者們的關注。在這一背景下，本文旨在介紹一種新型的水冷壁檢測機器人，該機器人采用基于六軸機械臂的設計，解決鍋爐燃燒器吹灰孔的檢測問題。機械臂檢測模塊包括高清攝像頭和補光燈，通過線纜連接實現機械臂和檢測器件的協同工作。同時，通過后臺軟件的遠程遙控和圖像查看功能，操作人員可以在安全的環境下對機器人進行遙控和監控，實現對吹灰孔的全方位、精準檢測。

在本文中，將首先介紹鍋爐燃燒器和吹灰孔的重要性，探討傳統吹灰孔檢測方法存在的問題和挑戰。隨后，將詳細描述基于六軸機械臂的水冷壁檢測機器人的設計原理和構造，闡述機械臂、攝像頭和補光燈之間的協同工作機制。進一步，將介紹后臺軟件的實現，包括遠程遙控和圖像查看功能的具體操作方式。最后，將通過實驗分析驗證本設計方案的有效性和可行性，以及對未來進一步優化和應用的展望。

1 方法

1.1 六軸機械臂控制

六軸機械臂可以通過正反解控制實現對機械臂的運動控制。機械臂可以按照指定的姿態移動，通過遠程遙控實現控制。在本燃燒器缺陷視覺識別方法中，機械臂的六軸自由度被充分利用，可以自由地移動、旋轉和調整機械臂的姿態，以便更好地觀察和檢測燃燒器的缺陷。

為了安裝機械臂更快捷方便，節省作業時間，方便現場人員操作，在機械臂安裝位置增加快裝工裝。如圖1所示機械臂及快裝工裝安裝后狀態。

圖1 機械臂及快裝工裝安裝后狀態

1.2 機械臂快裝工裝具體操作步驟

（1）將限位零件及彈簧鎖安裝在底座上，如圖2所示。

圖2 限位零件及彈簧鎖安裝

（2）將裝配好的底座安裝到機器人本體連接板上，并用預留螺栓孔將底座緊定在機器人本體連接板上，如圖3所示。

圖3 機器人本體連接板快裝

（3）將機械臂通過螺栓與安裝板緊定，限位板安裝在安裝板預留位置并通過螺栓緊固，如圖4與圖5所示。

圖4 安裝板快裝

圖5 限位板快裝

（4）將組裝好的機械臂安裝到底板上，限位板與底座限位凹槽配合，安裝后將彈簧鎖打開對限位板2起到阻擋作用，安裝到位后將M8螺栓擰緊即可，機械臂安裝全部完成。如圖6及圖7所示。

圖6 機械臂連接件設計圖

圖7 機器人搭載機械臂效果圖

1.3 高清攝像頭和環形補光燈

本燃燒器缺陷視覺識別方法使用高清攝像頭和環形補光燈來實現對燃燒器周圍環境的觀察和拍攝。高清攝像頭可以拍攝高清晰度的圖像，使得觀察者可以更加清晰地觀察燃燒器周圍的環境和缺陷情況。而環形補光燈則可以提供均勻的光線，避免直射檢測部位反光導致不清晰的情況出現，從而更加準確地識別燃燒器缺陷[2]。

1.4 軟件功能實現

本燃燒器缺陷視覺識別方法的軟件功能包括遙控器控制機械臂移動、遙控器控制補光燈開關、支持作業錄像、回放下載導出、機械臂姿態監控等功能。這些功能的實現可以大大提高燃燒器缺陷識別的效率和準確性[3]。

2 實驗結果

通過對多個燃燒器進行缺陷視覺識別實驗，本燃燒器缺陷視覺識別方法的效果非常明顯。通過使用高清攝像頭和環形補光燈，觀察者可以清晰地觀察到燃燒器周圍的環境和缺陷情況，而且機械臂的六軸自由度控制可以快速準確地移動機械臂，達到最佳的拍攝角度。此外，機械臂安裝在永磁吸附爬壁機器人上，可以避免人工搭設升降臺和爬行，更加高效和安全[4-5]。

3 結果與分析

本研究設計并實現了一個六軸機械臂搭載高清攝像頭和補光燈的系統，可以通過人工遠程遙控對燃燒器周圍環境進行缺陷視覺識別，解決了傳統人工檢測方式低效、不安全、不準確的問題。

通過對實驗數據的分析，我們得出了如下結論。機械臂控制方案的設計和實現具有較高的可行性和穩定性。搭載環形光源的補光燈可以有效避免直射檢測部位反光導致不清晰的問題。機械臂姿態監控功能可以幫助遠程操作者了解機械臂的狀態，從而更好地掌控操作進程。通過作業錄像、回放下載導出等功能，可以提高操作效率和數據管理的便捷性。

4 結論與展望

本文設計了一種用于水冷壁爬壁機器人搭載的基于機械臂的檢測裝置，用于燃燒器吹灰孔的視覺檢測，其具有廣闊的應用前景。隨著工業自動化技術的不斷發展，傳統的人工檢測方法將逐漸被自動化裝置所取代。

首先，該裝置可以顯著提高檢測效率。機械臂的自由度和精準控制使得吹灰孔檢測可以更快速、全面地完成。相比傳統人工檢測，機械臂裝置可以在短時間內對各個吹灰孔進行全方位的檢測，大大提高了檢測效率。

其次，該裝置能夠減少人力風險。在高溫高壓環境下進行吹灰孔檢測存在一定的人身安全風險。機械臂裝置可以避免人工進入危險環境，降低了操作人員的人身風險。

此外，該裝置還能提高檢測準確性。機械臂的精確控制和高清攝像頭的應用使得吹灰孔的檢測結果更加準確。裝置可以捕捉到微小的缺陷和異常，有助于提前發現潛在問題，減少故障風險。

最后，后臺軟件的遠程遙控和圖像查看功能使得裝置的使用更加靈活，操作人員可以在安全的位置進行裝置的控制和監控。這使得裝置的應用范圍更廣，可以在遠程實時監控下進行檢測和維護。

綜上所述，基于機械臂的燃燒器吹灰孔檢測裝置為水冷壁檢測提供了一種創新的解決方案。未來，隨著技術的不斷演進和應用的推廣，這種裝置有望在工業領域取得更廣泛的應用，為鍋爐設備的維護和運行貢獻更多的價值。