CN108677001B - 一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，包括机架，于所述机架的两侧分别布置用于控制移动行走的自吸附机构，在机架的表面设置三轴联动机构，在三轴联动机构的Z轴滑台的滑座上固接第一连接座，悬臂的一端与所述第一连接座活动连接，使悬臂相对于第一连接座做上下动作；在所述悬臂的另一端销接第二连接座，在第二连接座的外侧通过紧固件连接转台，在转台上通过销轴与超声波输出装置的端座销接。本发明结构简单、使用方便，其具有横向、纵向、垂向平移以及沿横轴、纵轴旋转的功能，能够及时调整超声波输出装置的姿态及位置，实现残余应力的精准处理。

Description

一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构
技术领域
本发明涉及海洋船舶工程领域，尤其涉及一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其具备五个自由度的调节功能并配备吸附系统与监控系统，能够在钢结构上、下、侧表面吸附行走工作。
背景技术
目前，船舶与海洋工程结构多采用高强度材料制造，与一般材料相比，高强度材料对焊接残余应力具有更高的敏感性，在工件组焊时，往往会产生很大的焊接残余应力，降低结构性能。因此，降低结构中的残余应力对船舶与海洋工程结构来说具有十分重要的意义。船舶与海洋工程结构属于大型焊接结构，焊缝数量多、分布广，无法进行整体消应力退火，通常采用超声冲击的方法消除应力。传统的超声冲击消应力装置主要由控制器和冲击枪组成，消应力处理时需要人工手持冲击枪沿焊缝对金属表面进行处理。人工处理有以下弊端：
(1)处理位置不精确，工作状态下，冲击枪前端的冲击针高速振动，从而导致整个冲击枪不断的抖动，使得人工无法精确对准需要处理的金属表面，有可能导致部分金属处理不到或者过分处理；
(2)处理强度不均匀，消应力处理通常需要进行两到三遍的处理，使得冲击痕全部覆盖需处理的金属表面，由于人工劳作的不稳定性，可能导致处理强度不均匀；
(3)劳动强度大、效率低，由于冲击枪前端冲击针截面积较小，一次冲击所处理的金属表面也很小，从而导致消应力处理需要耗费很长的时间，所占用的工时相应较多。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，本发明结合传统手工超声冲击装置可以实现自动消除应力功能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，包括机架，于所述机架的两侧分别布置用于控制移动行走的自吸附机构，在所述机架的表面设置三轴联动机构，在所述三轴联动机构的Z轴滑台的滑座上固接第一连接座，悬臂的一端与所述第一连接座活动连接，使所述悬臂相对于第一连接座做上下动作；在所述悬臂的另一端销接第二连接座，在所述第二连接座的外侧通过紧固件连接转台，在所述转台上通过销轴与超声波输出装置的端座销接。
其进一步技术方案在于：
所述自吸附机构包括轮外圈带有磁块的吸附轮，各吸附轮的内侧通过驱动电机控制移动、转向或定位；
所述三轴联动机构包括X轴滑台、Y轴滑台及Z轴滑台，所述Y轴滑台沿纵向布置于机架的表面，所述X轴滑台沿横向布置于Y轴滑台的滑座上，在所述X轴滑台的一端还沿垂向布置Z轴滑台；
所述悬臂为铰链四连杆，所述铰链四连杆中至少有两根连杆的一端与第一连接座销接，于所述第一连接座上开设第一弧形槽，所述铰链四连杆中至少有另外两根连杆的一端与配合在第一弧形槽内的销轴连接；所述铰链四连杆杆中各连杆的另一端均与第二连接座的内侧固接；
在铰链四连杆中至少有一根连杆与第一弧形槽内销轴的连接处布置用于固定铰链四连杆的第一锁紧手柄；
于所述转台与超声波输出装置端座的连接处也开设用于调节超声波输出装置上下位置的第二弧形槽，所述超声波输出装置的端座通过销轴与所述第二弧形槽配合，至少在一处销轴的外侧还连接用于固定端座的第一锁紧手柄；
于所述Z轴滑台上还安装用于实时监测超声波输出装置工作状态的摄像头；
所述超声波输出装置由超声波换能器、变幅杆和冲击针组成；
于所述转台上还设置便于转台旋转的把手。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、使用方便，其具有横向、纵向、垂向平移以及沿横轴、纵轴旋转的功能，能够及时调整超声波输出装置的姿态及位置，实现残余应力的精准处理。
本发明通过自吸附系统和摄像头可以在钢结构的上、下、侧表面吸附行走，并且可以在行走时进行实时监测，通过视频图像监测设备工作状态。
本发明由自动执行机构取代人工操作，大幅提高了应力消除的效率，处理速度为人工处理的3倍，稳定性好，各单位面积上的冲击点均匀、能量恒定、冲击部位准确，冲击后整个表面外观平整、一致性好，可代替人工在焊接高烟、高热、高光等恶劣情况下工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中冲击枪安装的结构示意图。
图3为图2在A处的放大结构示意图。
图4为本发明中悬臂调整的结构示意图Ⅰ。
图5为本发明中悬臂调整的结构示意图Ⅱ。
图6为本发明中冲击枪调整姿态的结构示意图。
图7为本发明中的俯视图。
图8为本发明中转台水平状态的结构示意图。
图9为本发明中转台旋转90°的结构示意图。
其中：1、X轴滑台；2、摄像头；3、Z轴滑台；4、悬臂；5、转台；501、第二弧形槽；502、把手；6、超声波输出装置；7、第一锁紧手柄；8、机架；9、Y轴滑台；10、吸附轮；11、销轴；12、锁紧螺栓；13、第二锁紧手柄；14、第二连接座；15、第一连接座；1501、第一弧形槽。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2及图3所示，一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构包括机架8，于机架8的两侧分别布置用于控制移动行走的自吸附机构，上述自吸附机构包括轮外圈带有磁块的吸附轮10，各吸附轮10的内侧通过驱动电机控制移动、转向或定位。在机架8的表面设置三轴联动机构，在三轴联动机构的Z轴滑台3的滑座上固接第一连接座15，悬臂4的一端与第一连接座15活动连接，使悬臂4相对于第一连接座15做上下动作；在悬臂4的另一端销接第二连接座14，在第二连接座14的外侧通过紧固件连接转台5，在转台5上通过销轴11与超声波输出装置6的端座销接。超声波输出装置6由超声波换能器、变幅杆和冲击针组成。
如图1至图3所示，所示，上述三轴联动机构包括X轴滑台1、Y轴滑台9及Z轴滑台3，Y轴滑台9沿纵向布置于机架8的表面，X轴滑台1沿横向布置于Y轴滑台9的滑座上，在X轴滑台1的一端还沿垂向布置Z轴滑台3，于Z轴滑台3上还安装用于实时监测超声波输出装置6工作状态的摄像头2。
如图1、图2、图3及图8所示，上述悬臂4为铰链四连杆，铰链四连杆中至少有两根连杆的一端与第一连接座15销接，于第一连接座15上开设第一弧形槽1501，铰链四连杆中至少有另外两根连杆的一端与配合在第一弧形槽1501内的销轴连接；铰链四连杆杆中各连杆的另一端均与第二连接座14的内侧固接。在上述铰链四连杆中至少有一根连杆与第一弧形槽1501内销轴的连接处布置用于固定铰链四连杆的第一锁紧手柄7。
于上述转台5与超声波输出装置6端座的连接处也开设用于调节超声波输出装置6上下位置的第二弧形槽501，超声波输出装置6的端座通过销轴与第二弧形槽501配合，至少在一处销轴的外侧还连接用于固定端座的第一锁紧手柄7。在转台5上还设置便于将转台5旋转的把手502。
本发明的具体操作过程如下：
如图4至图9所示，首先将超声波输出装置通过销轴与转台5连接，并通过第一锁紧手柄7锁紧固定。然后将本发明置于待处理工件的表面，使自吸附机构与工件表面相结合，通过吸力将本发明固定在某一位置。然后通过三轴连动机构调整X、Y、Z方向的位置，位置的调节他能够过相应的滑台电机实现。
如图4至图9所示，旋松第二锁紧手柄13，操作人员手动调整悬臂4在第一连接座15的第一弧形槽1501中的位置，使悬臂4通过配合在第一弧形槽1501中的销轴在第一弧形槽1501的槽中调整，调节到位后将第二锁紧手柄13锁紧后使悬臂4保持固定。当悬臂4调整弯臂后，如图7所示，旋松锁紧螺栓12，将转台5以销轴为中心旋转至合适的角度，然后将锁紧螺栓12锁紧(如图7至图9所示)，转台5上的超声波输出装置6由垂直状态转变为水平状态。如图5、图6所示，最后调整超声波输出装置6的位置，将第一锁紧手柄7旋松，使超声波输出装置6的端座可以以销轴11为旋转中心进行转动，调节至合适位置后旋紧第一锁紧手柄7即可。本发明结构简单、使用方便，其具有横向、纵向、垂向平移以及沿横轴、纵轴旋转的功能，能够及时调整超声波输出装置的姿态及位置，实现残余应力的精准处理。
本发明通过自吸附系统和摄像头可以在钢结构的上、下、侧表面吸附行走，并且可以在行走时进行实时监测，通过视频图像监测设备工作状态。
本发明由自动执行机构取代人工操作，大幅提高了应力消除的效率，处理速度为人工处理的3倍，稳定性好，各单位面积上的冲击点均匀、能量恒定、冲击部位准确，冲击后整个表面外观平整、一致性好，可代替人工在焊接高烟、高热、高光等恶劣情况下工作。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其特征在于：包括机架(8)，于所述机架(8)的两侧分别布置用于控制移动行走的自吸附机构，在所述机架(8)的表面设置三轴联动机构，在所述三轴联动机构的Z轴滑台(3)的滑座上固接第一连接座(15)，悬臂(4)的一端与所述第一连接座(15)活动连接，使所述悬臂(4)相对于第一连接座(15)做上下动作；在所述悬臂(4)的另一端销接第二连接座(14)，在所述第二连接座(14)的外侧通过紧固件连接转台(5)，在所述转台(5)上通过销轴(11)与超声波输出装置(6)的端座销接；
所述悬臂(4)为铰链四连杆，所述铰链四连杆中至少有两根连杆的一端与第一连接座(15)销接，于所述第一连接座(15)上开设第一弧形槽(1501)，所述铰链四连杆中至少有另外两根连杆的一端与配合在第一弧形槽(1501)内的销轴连接；所述铰链四连杆杆中各连杆的另一端均与第二连接座(14)的内侧固接；
在铰链四连杆中至少有一根连杆与第一弧形槽(1501)内销轴的连接处布置用于固定铰链四连杆的第一锁紧手柄(7)；
于所述转台(5)与超声波输出装置(6)端座的连接处也开设用于调节超声波输出装置(6)上下位置的第二弧形槽(501)，所述超声波输出装置(6)的端座通过销轴与所述第二弧形槽(501)配合，至少在一处销轴的外侧还连接用于固定端座的第一锁紧手柄(7)。
2.如权利要求1所述的一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其特征在于：所述自吸附机构包括轮外圈带有磁块的吸附轮(10)，各吸附轮(10)的内侧通过驱动电机控制移动、转向或定位。
3.如权利要求1所述的一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其特征在于：所述三轴联动机构包括X轴滑台(1)、Y轴滑台(9)及Z轴滑台(3)，所述Y轴滑台(9)沿纵向布置于机架(8)的表面，所述X轴滑台(1)沿横向布置于Y轴滑台(9)的滑座上，在所述X轴滑台(1)的一端还沿垂向布置Z轴滑台(3)。
4.如权利要求1所述的一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其特征在于：于所述Z轴滑台(3)上还安装用于实时监测超声波输出装置(6)工作状态的摄像头(2)。
5.如权利要求1所述的一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其特征在于：所述超声波输出装置(6)由超声波换能器、变幅杆和冲击针组成。
6.如权利要求1所述的一种适用于残余应力消除装置的自动执行机构，其特征在于：于所述转台(5)上还设置便于转台(5)旋转的把手(502)。
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