CN105618930A - 一种可移动式的野外管道激光修复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可移动式的野外管道激光修复装置，包括主体机箱、固定在所述主体机箱两侧的活动轮板、通过底座固定在所述主体机箱上端的六轴机器人、固定在所述六轴机器人末端法兰上的末端执行器以及通过电缆线与所述主体机箱连接的控制面板；本发明具有可攀越较为复杂地形的能力，可以自动对故障区域进行图像识别并定位缺陷，并根据该处故障给出修复方案选项，降低了对工人操作的技术要求，提高了工作效率并降低了人工成本。

Description

一种可移动式的野外管道激光修复装置
技术领域
本发明涉及一种野外管道修复装置，具体是涉及一种可移动式的野外管道激光修复装置。
背景技术
目前的野外管道修复设备，大多数是以便携式为主，便携式设备机动性强，可以随人携带到很多需要处理与焊接的故障处，便携式设备结构简单，一般包括电源线、操作区、散热隔热板、工作区和整体支架，但同时便携式设备的缺点也很明显，其在修复过程中每个步骤都需要人工手动操作，而焊接过程中环境较为恶劣，工人容易疲劳，对身体会产生不良影响，而且焊接质量难以保证，即使修复后该处依然存在人工误差，而且便携式设备一般为小型设备，对于较大的管道故障问题无能为力，而且便携式设备修复方式单一，对于不通过种类的管道故障和破损只能用一种修复方式，这对于管道修复存在明显的不足。
目前的可自移动的野外管道焊接设备，一般以汽车作为焊接设备的承载器，电弧焊作为焊接方法，依靠机械手臂进行焊接操作，这类焊接设备可以解决一部分便携式焊接设备所存在的问题，以机械操作代替人工操作，一定程度上保证了焊接的质量，提高了工人的工作环境，并且可以长时间的进行作业，此类自动焊接车一般由车体、工作舱、机械臂和用于控制机械臂和工作舱的控制系统组成，焊枪主要通过驱动滑块机进行移动；但这类野外管道修复方式单一，大多以电弧焊为主，存在焊接时热输入量大，焊缝深宽比较小，焊缝和热影响区大，焊后变形大，冷却速度慢，焊缝精粒尺寸粗大等缺点，由于其修复时是靠工作舱进行修复，这就限定了其修复对象的尺寸范围，而且范围不大。
因此，需要提出一种新型的装置用于野外管道修复。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可实现自动修复、工作效率高、准确率高的可移动式的野外管道激光修复装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的可移动式的野外管道激光修复装置，包括主体机箱、固定在所述主体机箱两侧的活动轮板、通过底座固定在所述主体机箱上端的六轴机器人、固定在所述六轴机器人末端法兰上的末端执行器以及通过电缆线与所述主体机箱连接的控制面板；
所述主体机箱包括激光器、位于所述激光器后端的水冷机、位于所述水冷机一侧的外置电源、位于所述外置电源前端的送丝装置、位于所述外置电源一侧的中央数控系统、位于所述中央数控系统一侧的小型气瓶、位于所述小型气瓶前端的送粉装置以及置于所述中央数控系统内部的机器人控制箱和电机驱动箱；
所述六轴机器人通过所述底座内置的电缆线与所述中央数控系统内的机器人控制箱连接；
所述控制面板通过电缆线与所述主体机箱内的中央数控系统连接，所述中央数控系统与所述机器人控制箱连接；
所述末端执行器包括CCD摄像机、一组送粉送气喷头、激光器镜头以及送丝头，所述送粉送气喷头均固定在所述激光器镜头上，所述送丝头通过带有两个槽的活动连接板连接在所述末端执行器上，所述CCD摄像机以及激光器镜头均通过螺栓固定在所述末端执行器的固定板接头上。
进一步地，包括防风罩，所述防风罩连接所述六轴机器人末端，所述防风罩位于所述末端执行器一侧。
进一步地，所述底座通过螺栓与所述主体机箱固定连接。
进一步地，所述活动轮板均包括第一、二、三轮子和板子，所述第一轮子、第二轮子和第三轮子按顺序依次和所述板子的下端连接，所述第一轮子通过第一轴与所述板子的下端连接，所述第二轮子通过第二轴与所述板子的下端连接，所述第三轮子通过第三轴与所述板子的下端连接，所述第一轴可实现所述第一轮子的360°自由旋转，所述第二轴可实现所述第二轮子的360°自由旋转，所述第三轴可实现所述第三轮子的360°自由旋转。
进一步地，所述送丝头采用送丝铜管结构。
有益效果：本发明与现有技术比较，具有的优点是：
1、本发明的末端执行器设有故障检测摄像头，其结合中央数控系统可以在人工粗定位下精确锁定裂纹位置，得到起止坐标和裂纹深宽等裂纹参数，实现裂纹自动识别和自动修复，从而提高了工作效率和自动化程度；
2、本发明采用激光修复既可以送丝焊接也可以送粉激光熔敷，具有传统的修复技术不可比拟的优越性，对于不同的管道故障问题可以有更多的解决方案可供选择，能够更好地根据实际情况来修复故障，从而提高修复质量和效率；
3、本发明采用六轴机器人来实现末端执行器的运动，其机动性、可靠性、精确性和可操作性优越于其他机械臂，从而提高了对管道的修复质量；
4、本发明采用控制面板的两种控制方式来控制机器人，即实现了自动化又可以根据实际情况来调整修复工艺方案，自由度和可操作性大大增加，修复质量和效率得到提升；
5、本发明的活动轮板可以翻越复杂的野外地形，使其机动性大大提高，更加适应户外作业，提高了工作效率。
附图说明
图1是可移动式的野外管道激光修复装置的整体结构示意图。
图2是可移动式的野外管道激光修复装置的主体机箱的结构示意图。
图3是可移动式的野外管道激光修复装置的末端执行器的结构示意图。
图4是可移动式的野外管道激光修复装置的实现方法步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的可移动式的野外管道激光修复装置，包括主体机箱1，分别固定在所述主体机箱1两侧的两个活动轮板2，通过底座8固定在所述主体机箱1上端的六轴机器人3，固定在所述六轴机器人3末端法兰上的末端执行器5以及通过电缆线7与所述主体机箱1连接的控制面板4；
如图2所示，所述主体机箱1包括激光器100、位于所述激光器100后端的水冷机101、位于所述水冷机101一侧的外置电源102、位于所述外置电源102前端的送丝装置103、位于所述外置电源102一侧的中央数控系统104、位于所述中央数控系统104一侧的小型气瓶105、位于所述小型气瓶105前端的送粉装置106以及置于所述中央数控系统104内部的机器人控制箱和电机驱动箱；所述水冷机101负责对激光器100等进行冷却，激光器100用于产生特定波长的所需参数的激光，电机驱动箱负责六轴机器人3的操作和活动轮板2运动的电力控制，中央数控系统104是整个机器人的中央控制系统，集成了水冷机101、激光器100、送丝装置103、送粉装置106、控制面板4和六轴机器人3的控制系统，并与机器人控制箱和电机驱动箱相连接，可控制机器人的任何部位和设备；
如图3所示，所述末端执行器5包括检测故障和位置识别用的CCD摄像机500、一组送粉送气喷头501、激光器镜头502以及送丝头503，所述送粉送气喷头501均固定在所述激光器镜头502上，所述送丝头503通过带有两个槽504的活动连接板505连接在所述末端执行器5上，所述CCD摄像机500以及激光器镜头502均通过螺栓固定在所述末端执行器5的固定板接头上；其中所述送丝头503采用送丝铜管结构，通过固定所述送丝头503的两个槽504可实现送丝铜管的角度的调整，所述末端执行器5上的故障检测和位置识别用的CCD摄像机500用于对故障区域中裂纹等缺陷进行精确的定位，确定缺陷的具体空间坐标、起止位置和宽度等数据并反馈给中央数控系统104，末端执行器5上的激光器镜头502可输出所需参数的激光能量，用于修复受损部位，本发明的末端执行器设有故障检测摄像头，其结合中央数控系统可以在人工粗定位下精确锁定裂纹位置，得到起止坐标和裂纹深宽等裂纹参数，实现裂纹自动识别和自动修复；本发明采用六轴机器人来实现末端执行器的运动，其机动性、可靠性、精确性和可操作性优越于其他机械臂；
可移动式的野外管道激光修复装置，包括主体机箱1，分别固定在所述主体机箱1两侧的两个活动轮板2，通过底座8固定在所述主体机箱1上端的六轴机器人3，固定在所述六轴机器人3末端法兰上的末端执行器5以及通过电缆线7与所述主体机箱1连接的控制面板4，两个活动轮板2分别固定在所述主体机箱1两侧，所述活动轮板2均包括第一轮子200，第二轮子201和第三轮子202以及板子203，所述第一轮子200、第二轮子201和第三轮子202按顺序依次和所述板子203的底端连接，所述第一轮子200通过第一轴与所述板子203的底端连接，所述第二轮子201通过第二轴与所述板子203的底端连接，所述第三轮子202通过第三轴与所述板子203的底端连接，所述第一轴可实现所述第一轮子200的360°自由旋转，所述第二轴实现所述第二轮子201的360°自由旋转，第三轴可实现所述第三轮子202的360°自由旋转；所述六轴机器人3通过底座8固定在所述主体机箱1上端，所述底座8通过螺栓与所述主体机箱1固定连接，所述六轴机器人3通过所述底座8内置的电缆线与所述中央数控系统104内的机器人控制箱连接；所述控制面板4通过电缆线7与所述主体机箱1连接，所述控制面板4通过电缆线7与所述主体机箱1内的中央数控系统104连接，所述机器人控制箱在所述中央数控系统104内部并与其相连接；所述末端执行器5固定在所述六轴机器人3末端法兰上，其中法兰又成为法兰凸缘盘或突缘，法兰是用于管子与管子之间相互连接的零件，在本发明中用于将末端执行器5和所述六轴机器人3末端连接起来；
本修复装置可实现送丝和送粉两种形式的激光修复作业，可以根据实际的缺陷类型和修复位置，通过控制系统进行送丝和送粉的自由切换；
通过送丝装置103进行送丝，并在送丝头503处出丝，同时，通过固定所述送丝头503的两槽504可以实现送丝头503的角度调整；通过送粉装置106进行送粉，并在送粉送气喷头501处出粉；所述送粉送气喷头501不仅可以出粉，所述送粉送气喷头501通过小型气瓶105可进行送气，在激光修复的同时提供保护气体，本发明采用激光修复既可以送丝焊接也可以送粉激光熔敷，具有传统的修复技术不可比拟的优越性；
所述六轴机器人3有两种控制方式，一是由中央数控系统104根据预定的路径和运动形迹进行复杂的修复操作，二是由人工通过控制面板4操控其进行自由转动、运行任意轨迹对各种方位的管道故障进行修复；
通过控制面板4可实现两种操作，一是中央数控系统104将故障分析通过控制面板呈现，由人工通过操作控制面板4进行修复方案和工艺参数的选择；二是可以直接通过控制面板4进行具体的机器人的操作，不限于激光修复、机器人行走、六轴机器人运动和摄像头拍摄等；
在野外修复故障中，活动轮板2可以用于使机器人能够在野外作业时复杂的野外地形中行动，在遇到水平高度高于机器人轮子所在平面的高度的故障时，在电动机驱动下轮子向前滚动，收到障碍物阻力在力矩的作用下活动轮板2逆时针转动，使得前轮到达障碍物水平面，最终使得整个机器人翻越障碍物继续前进，在机器人需要转弯时即可通过轮子的转动实现，并且活动轮板2通过中央数控系统104进行机器人的行动控制，本发明的活动轮板可以翻越复杂的野外地形；
在野外修复故障中，CCD摄像机500将拍摄到的图像反馈给中央数控系统104，中央数控系统104通过内置的裂纹识别分析软件先确定裂纹的位置，再将图像信息转化为裂纹的具体坐标、起止坐标和裂纹的宽度深度等参数；中央数控系统104再次分析参数得出多个可供选择的管道修复方案，通过控制面板4将裂纹的具体坐标、起止位置和裂纹宽度深度等参数以及所给出的修复方案呈现给操作人员，由人工根据管道的具体情况和故障的实际情况来选择最合理的工艺参数和修复方案；
本发明的修复装置还包括防风罩6，所述防风罩6连接所述六轴机器人3末端，所述防风罩6位于所述末端执行器5一侧，防风罩6用于防止野外大风等天气对修复处的影响；
本发明提供的可移动式的野外管道激光修复装置的实现方法如图4所示，首先是由人工进行故障粗定位，接着由检测摄像机精确定位，如果有裂纹，则中央数控系统由所得图像分析裂纹并给出修复方案，接着由人工选择是否采用自动修复方式，如果是，则机器人进行自动修复，如果不是，则由人工操作机器人修复；修复过后，检测修复后是否存在裂纹，如果没有裂纹，则人工控制前往下一处故障，如果还有裂纹则再次进入故障定位环节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可移动式的野外管道激光修复装置，其特征在于：包括主体机箱(1)、固定在所述主体机箱(1)两侧的活动轮板(2)、通过底座(8)固定在所述主体机箱(1)上端的六轴机器人(3)、固定在所述六轴机器人(3)末端法兰上的末端执行器(5)以及通过电缆线(7)与所述主体机箱(1)连接的控制面板(4)；
所述主体机箱(1)包括激光器(100)、位于所述激光器(100)后端的水冷机(101)、位于所述水冷机(101)一侧的外置电源(102)、位于所述外置电源(102)前端的送丝装置(103)、位于所述外置电源(102)一侧的中央数控系统(104)、位于所述中央数控系统(104)一侧的小型气瓶(105)、位于所述小型气瓶(105)前端的送粉装置(106)以及置于所述中央数控系统(104)内部的机器人控制箱和电机驱动箱；
所述六轴机器人(3)通过所述底座(8)内置的电缆线与所述中央数控系统(104)内的机器人控制箱连接；
所述控制面板(4)通过电缆线(7)与所述主体机箱(1)内的中央数控系统(104)连接，所述中央数控系统(104)与所述机器人控制箱连接；
所述末端执行器(5)包括CCD摄像机(500)、一组送粉送气喷头(501)、激光器镜头(502)以及送丝头(503)，所述送粉送气喷头(501)均固定在所述激光器镜头(502)上，所述送丝头(503)通过带有两个槽(504)的活动连接板(505)连接在所述末端执行器(5)上，所述CCD摄像机(500)以及激光器镜头(502)均通过螺栓固定在所述末端执行器(5)的固定板接头上。
2.根据权利要求1所述的可移动式的野外管道激光修复装置，其特征在于：包括防风罩(6)，所述防风罩(6)连接所述六轴机器人(3)末端，所述防风罩(6)位于所述末端执行器(5)一侧。
3.根据权利要求1所述的可移动式的野外管道激光修复装置，其特征在于：所述底座(8)通过螺栓与所述主体机箱(1)固定连接。
4.根据权利要求1所述的可移动式的野外管道激光修复装置，其特征在于：所述活动轮板(2)均包括第一、二、三轮子(200，201，202)和板子(203)，所述第一轮子(200)、第二轮子(201)和第三轮子(202)按顺序依次和所述板子(203)的底端连接，所述第一轮子(200)通过第一轴与所述板子(203)的底端连接，所述第二轮子(201)通过第二轴与所述板子(203)的底端连接，所述第三轮子(202)通过第三轴与所述板子(203)的底端连接，所述第一轴可实现所述第一轮子(200)的360°自由旋转，所述第二轴可实现所述第二轮子(201)的360°自由旋转，所述第三轴可实现所述第三轮子(202)的360°自由旋转。
5.根据权利要求1所述的可移动式的野外管道激光修复装置，其特征在于：所述送丝头(503)采用送丝铜管结构。
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