CN109943851B - 一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其包括：密闭装置、零部件装载装置、水洗装置、酸洗装置、机械手装置以及计算机控制显示系统；密闭装置内设置有等待工位、酸洗工位和水洗工位；零部件装载装置用于装载待抛光的各零部件；酸洗装置设置在酸洗工位，用于对零部件装载装置内的待抛光零部件进行酸洗操作；水洗装置设置在水洗工位，用于对零部件装载装置内的抛光后的零部件进行水洗操作；机械手装置设置在密闭装置上部，用于将零部件装载装置在等待工位、酸洗工位和水洗工位之间移动，完成酸洗操作和水洗操作后将零部件装载装置移动到等待工位。本发明可以广泛应用于超导腔零部件表面化学缓冲抛光领域。

Description

一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备

技术领域

本发明涉及加速器制造领域，特别是涉及一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备。

背景技术

超导腔的整体加工首先需要经过板材的选取、冲压成型、削边而后形成所需的零部件，然后通过焊接形成完整的超导腔体。然而，由于加工过程中会在材料切口表面形成杂质，如果将其焊入将极大影响超导腔的性能，甚至造成加工成型的腔体报废，所以在焊接前必须对各零部件加工面的表面进行化学抛光，除去材料中的杂质后，再将零部件焊接成完整的超导腔体。

化学缓冲抛光是国际上通用的方法，该方法是采用一定比例的氢氟酸、硝酸、磷酸的混合酸液对铌材表面杂质进行剥离，以满足焊接工艺的需要。然而，由于超导腔化学抛光工艺采用的混合酸液具有剧毒和高腐蚀性，因此要求所研制的设备必须充分考虑操作人员的人身和设备安全。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，该设备能够实现超导腔零部件的表面化学抛光，以去除机械加工过程中材料表面的残留杂质，满足超导腔体焊接前的需要。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其包括：密闭装置、设置在密闭装置内的零部件装载装置、水洗装置、酸洗装置、机械手装置以及计算机控制显示系统；所述密闭装置内设置有等待工位、酸洗工位和水洗工位；所述零部件装载装置用于装载待抛光的各零部件；所述酸洗装置设置在所述酸洗工位，用于根据所述计算机控制显示系统发送的控制信号对所述零部件装载装置内的待抛光零部件进行酸洗操作；所述水洗装置设置在所述水洗工位，用于根据所述计算机控制显示系统发送的水洗控制信号对所述零部件装载装置内的已抛光零部件进行水洗操作；所述机械手装置设置在所述密闭装置内部，用于根据所述计算机控制显示系统发送的控制信号将所述零部件装载装置在所述等待工位、酸洗工位和水洗工位之间移动，完成酸洗操作和水洗操作后将所述零部件装载装置移动到所述等待工位。

进一步的，所述零部件装载装置采用拉篮，所述拉篮由不锈钢骨支撑并在外围包裹聚偏氟乙烯防酸板。

进一步的，所述水洗装置包括水洗槽、喷淋冲洗器和鼓泡发生器；所述水洗槽为开口向上的长方形箱体；所述喷淋冲洗器设置在所述水洗槽上方两侧，由安装在所述水洗槽上方的聚偏氟乙烯管道支架支撑，用于根据所述计算机控制显示系统发送的信号对所述水洗槽中抛光后的零部件进行喷淋冲洗；所述鼓泡发生器设置在所述水洗槽下部，用于根据所述计算机控制显示系统发送的信号对所述水洗槽中抛光后的零部件进行鼓泡冲洗；所述水洗槽一侧上、下部分别设置有进水口和出水口，所述进水口通过进水管路与超纯水系统相连，且所述进水管路上设置有进水阀；所述出水口通过出水管路与中和池相连，且所述出水管路上设置有出水阀；所述进水阀和出水阀均与所述计算机控制显示系统相连。

进一步的，所述喷淋冲洗器采用90度喷淋冲洗器。

进一步的，所述酸洗装置包括：酸洗槽，所述酸洗槽为开口向上的长方形箱体；所述酸洗槽一侧设置有多个液位传感器，各所述液位传感器通过数据线与所述计算机控制显示系统相连；所述酸洗槽另一侧上、下部分别设置有酸液进口和酸液出口；所述酸液进口通过第一混酸管路分别与供酸管路和废酸输送管路相连，且所述第一混酸管路上设置有酸液搅拌阀，所述供酸管路上设置有酸路控制电磁阀，所述废酸输送管路上设置有废酸输送阀；所述酸液出口通过第二混酸管路与废酸输送管路相连，且所述第二混酸管路上设置有出酸阀和输液泵；所述供酸管路和废酸输送管路另一端分别与混酸槽和废酸槽相连；所述废酸输送阀、进酸阀、酸液搅拌阀、出酸阀和输液泵均与所述计算机控制显示系统相连，由所述计算机控制显示系统控制。

进一步的，所述计算机控制显示系统包括参数设置模块、酸液搅拌模块、机械手移动控制模块和状态监测模块；所述参数设置模块用于输入酸洗操作和水洗操作的相关参数，包括零部件抛光的时间、机械手在酸洗工位上下往复运动频率、抛光完毕机械手在酸洗槽上停留时间、机械手在水洗槽中的时间、喷淋、鼓泡时间、清洗次数；所述酸液搅拌模块用于根据设置的酸液搅拌参数对所述酸洗装置内的混合酸液进行搅拌；所述机械手移动控制模块用于根据设定的相关参数控制所述机械手装置带动所述零部件装载装置在等待工位、酸洗工位和水洗工位之间平行或上下移动；所述状态监测模块用于对各部件状态进行监测，当发生异常时进行声光报警。

进一步的，所述机械手装置包括机械手、机械手滑槽、机械手滑轨和伺服电机；所述机械手滑轨固定设置在所述密闭装置上部，所述机械手滑槽与所述机械手滑轨垂直设置；所述机械手上设置有位置传感器，所述位置传感器与所述计算机显示控制系统相连，所述机械手的驱动装置设置在所述机械手滑槽和机械手滑轨内，所述伺服电机分别与所述驱动装置和计算机显示控制系统相连；所述计算机控制显示系统根据位置传感器采集的位置信号发送控制信号到所述驱动装置，使得所述机械手沿所述机械手滑轨移动或控制所述机械手沿所述机械手滑槽内上下移动。

进一步的，所述密闭装置由不锈钢骨架支撑并在外围包裹聚丙烯防酸板的外壳构成。

进一步的，所述密闭装置预留有供转运小车进出的仓门，所述转运小车用于将待抛光零部件送入所述密闭装置的所述等待工位。

进一步的，所述密闭装置内还设置有有毒危险气体监控报警器，所述有毒危险气体监控报警器用于对所述密闭装置内的有毒气体浓度进行实时监测，并将监测结果发送到所述计算机控制显示系统。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置有酸洗装置、水洗装置、机械手装置，通过计算机控制显示系统控制机械手在酸洗装置和水洗装置内移动，同时通过控制抛光时间达到腔体内表面可控刻蚀，实现了零部件表面的全自动抛光。2、本发明酸洗装置中设置有废酸输送阀、进酸阀、酸液搅拌阀、出酸阀和输液泵等，在计算机控制显示系统控制下对酸洗槽中的混合酸液进行搅拌或更换，保证了酸洗槽中混合酸液能够充分混合，同时保证了对零部件抛光的有效性。3、本发明设置有有毒危险气体监控报警器、酸洗槽中设置有液位传感器、机械手装置中设置有位置传感器，与计算机控制显示系统中设置的状态监测模块相结合，能够对设备内各部件的状态进行监测，提高了设备的安全性，避免了人为操作可能带来的危险。因此，本发明可以广泛应用于超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光领域。

附图说明

图1是本发明超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备的结构示意图；

图2是本发明超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备的工作流程图；

图中各附图标记如下：1、机械手；2、机械手滑槽；3、机械手滑轨；4、转运小车；5、水洗槽；6、酸洗槽；7、鼓泡发生器；8、喷淋冲洗器；9、抛光零部件；10、拉篮；11、液位传感器；12、进水阀；13、出水阀；14、废酸输送阀；15、进酸阀；16、酸液搅拌阀；17、出酸阀；18、输液泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其包括：设置在密闭装置内的零部件装载装置、水洗装置、酸洗装置、机械手装置以及计算机控制显示系统。其中，密闭装置内设置有等待工位、酸洗工位和水洗工位；零部件装载装置用于装载待抛光的各零部件；酸洗装置设置在酸洗工位，用于根据计算机控制显示系统发送的控制信号对零部件装载装置内的待抛光零部件进行酸洗操作；水洗装置设置在水洗工位，用于根据计算机控制显示系统发送的水洗控制信号对零部件装载装置内的待抛光零部件进行水洗操作；机械手装置设置在密闭装置上部，用于根据计算机控制显示系统发送的控制信号将零部件装载装置在等待工位、酸洗工位和水洗工位之间移动，完成酸洗操作和水洗操作后将零部件装载装置移动到等待工位。

进一步的，密闭装置由不锈钢骨架支撑并在外围包裹聚丙烯防酸板的外壳，且该密闭装置预留有供转运小车4进出的仓门，转运小车4用于将待抛光零部件9送入密闭装置的等待工位。

进一步的，密闭装置内还设置有有毒危险气体监控报警器，该有毒危险气体监控报警器用于对密闭装置内的有毒气体浓度进行实时监测，并将监测结果发送到计算机控制显示系统。

进一步的，零部件装载装置采用拉篮10，拉篮10由不锈钢骨支撑并在外围包裹聚偏氟乙烯防酸板，以确保拉篮10的强度和耐腐蚀性。

进一步的，拉篮10上设置有用于与机械手装置连接的挂桩，拉篮大小可根据工件大小设计。本发明中设计的酸洗槽、水洗槽尺寸为：1350mm×880mm×800mm；拉篮尺寸为：700mm×650mm×400mm、700mm×500mm×300mm、1100mm×300mm×300mm。

进一步的，酸洗装置包括酸洗槽6，酸洗槽6为开口向上的长方形箱体，装载有待抛光零部件9的拉篮10由酸洗槽6上方开口进出；酸洗槽6一侧设置有用于对酸洗槽6内液位进行检测的多个液位传感器11，各液位传感器11通过数据线与计算机控制显示系统相连；酸洗槽6另一侧上下部分别设置有酸液进口和酸液出口，酸液进口通过第一混酸管路分别与供酸管路和废酸输送管路相连，且第一混酸管路上设置有酸液搅拌阀16，供酸管路上设置有酸路控制电磁阀15，废酸输送管路上设置有废酸输送阀14；酸液出口通过第二混酸管路与废酸输送管路相连，且第二混酸管路上设置有出酸阀17和输液泵18；供酸管路和废酸输送管路另一端分别与混酸槽和废酸槽相连；其中，废酸输送阀14、进酸阀15、酸液搅拌阀16、出酸阀17和输液泵18均与计算机控制显示系统相连，由计算机控制显示系统控制。

在零部件进行抛光前需要对酸洗槽6内的混合酸液进行搅拌，搅拌时需要关闭废酸输送阀14和进酸阀15，打开酸液搅拌阀16和出酸阀17并启动输液泵18，酸液开始搅拌，搅拌由计算机控制显示系统控制；当需要进行酸液更换时，关闭酸液搅拌阀16，开启废酸输送阀14和出酸阀17，并开启输液泵18，酸洗槽6内废酸输送到废酸槽内，输酸过程由计算机控制显示系统控制。

进一步的，水洗装置包括水洗槽5、喷淋冲洗器8和鼓泡发生器7。其中，水洗槽5为开口向上的长方形箱体；喷淋冲洗器8设置在水洗槽5上方两侧，由安装在水洗槽5上方的聚偏氟乙烯管道支架支撑，用于根据计算机控制显示系统发送的信号对水洗槽5中抛光后的零部件9进行喷淋冲洗；鼓泡发生器7设置在水洗槽5下部，用于根据计算机控制显示系统发送的信号对水洗槽5中抛光后的零部件9进行鼓泡冲洗；水洗槽5一侧上下部分别设置有进水口和出水口，进水口通过进水管路与超纯水系统相连，且进水管路上设置有进水阀12；出水口通过出水管路与中和池相连，且出水管路上设置有出水阀13；进水阀12和出水阀13均与计算机控制显示系统相连，由计算机控制显示系统控制。

进一步的，喷淋冲洗器8采用90度喷淋冲洗器。

进一步的，机械手装置包括机械手1、机械手滑槽2、机械手滑轨3和伺服电机。其中，机械手滑轨3固定设置在密闭装置上部，机械手滑槽2与机械手滑轨3垂直设置，机械手1的驱动装置设置在机械手滑槽2和机械手滑轨3内；伺服电机与机械手1的驱动装置相连，用于根据计算机控制显示系统发送的控制信号控制机械手滑轨3水平移动或控制机械手1沿机械手滑槽2内上下移动；机械手1上还设置有位置传感器，用于对机械手1的位置进行检测，并将检测信号发送到计算机控制显示系统，计算机控制显示系统根据该位置信号确保机械手工作在有效区域内，无运动超程。

进一步的，计算机控制显示系统包括参数设置模块、酸液搅拌模块、机械手移动控制模块和状态监测模块。其中，参数设置模块用于输入酸洗操作和水洗操作的相关参数，具体包括零部件抛光的时间、机械手(拉篮)在酸洗工位上下往复运动频率、抛光完毕机械手(拉篮)在酸洗槽上停留时间、机械手(拉篮)在水洗槽中的时间、喷淋、鼓泡时间、清洗次数等参数；酸液搅拌更换模块用于控制废酸输送阀14、进酸阀15、酸液搅拌阀16、出酸阀17和输液泵18，对酸洗槽6中的混合酸液进行搅拌或更换；机械手移动控制模块用于根据设定的相关参数控制机械手装置带动零部件装载装置在等待工位、酸洗工位和水洗工位之间平行或上下移动，以完成化学缓冲抛光操作；状态监测模块用于对各部件状态进行监测，当发生异常时进行声光报警，例如，通过设置在机械手滑槽2和机械手滑轨3上的位置传感器对机械手的运动进行监测，确保其工作在有效区域内，无运动超程；通过设置在酸洗槽6侧部的液位传感器11检测酸洗槽液位，避免液位过高或过低；通过有毒气体传感器监测密闭装置内有毒挥发性气体监测是否在安全范围之内。

如图2所示，下面对本发明超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备的工作流程做简单介绍：

1)进行零部件化学抛光的前期准备工作，包括参数设置、酸液搅拌和零部件装载。具体的操作步骤为：

参数设置：将零部件抛光的时间、机械手(拉篮)在酸洗工位上下往复运动频率、抛光完毕机械手(拉篮)在酸洗槽上停留时间、机械手(拉篮)在水洗槽中的时间、喷淋、鼓泡时间、清洗次数、酸液搅拌时间等参数在计算机控制显示系统中进行设定。

酸液搅拌：参数设定完毕后，对所需的不同种类高危、高腐蚀性酸液在混酸槽中进行搅拌，达到酸液充分融合。

零部件装载：将待抛光的零部件装入拉篮10并装上转运小车4，打开密闭装置的仓门，将转运小车4推入等待工位并关闭仓门。

2)前期准备工作完成后开始零部件化学缓冲抛光：包括酸洗操作和水洗操作。

具体的操作步骤为：

酸洗操作：首先启动程序，机械手1自动把拉篮10从等待工位提起并移动到酸洗工位，待抛光零部件9进入酸洗槽6后开始对待抛光零部件9进行化学抛光，为了确保抛光效果，机械手1(拉篮)可根据计算机控制与显示系统的设定而进行小幅上下往复运动，当零部件抛光时间结束后，机械手1将拉篮10提出酸洗槽6，等待设定时间(即抛光完毕机械手(拉篮)在酸洗槽上停留时间)滴去多余的酸液后移至水洗工位。

水洗操作：抛光后的零部件进入水洗槽5后，计算机控制显示系统同时控制喷淋冲洗器8和鼓泡发生器7对零部件同时进行鼓泡和喷淋冲洗，经过反复数次的更换清洗用水后清洗工作完成，之后机械手1将拉篮10提出水洗槽5，并放回等待工位，化学抛光过程结束。

3)零部件的整个抛光工序均由计算机进行实时监督执行，如果在抛光中出现一些问题，计算机会自动判断，做出声光报警或停机的决策，同时在计算机屏幕中显示故障位置和属性。

设备通过对计算机相关参数的输入实现机械臂的可控运行，通过控制抛光时间达到腔体内表面可控刻蚀，最终为制造参数合格的超导腔奠定基础。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于其包括：密闭装置、设置在密闭装置内的零部件装载装置、水洗装置、酸洗装置、机械手装置以及计算机控制显示系统；

所述密闭装置内设置有等待工位、酸洗工位和水洗工位；

所述零部件装载装置用于装载待抛光的各零部件；

所述酸洗装置设置在所述酸洗工位，用于根据所述计算机控制显示系统发送的控制信号对所述零部件装载装置内的待抛光零部件进行酸洗操作；

所述酸洗装置包括：

酸洗槽，所述酸洗槽为开口向上的长方形箱体；

所述酸洗槽一侧设置有多个液位传感器，各所述液位传感器通过数据线与所述计算机控制显示系统相连；

所述酸洗槽另一侧上、下部分别设置有酸液进口和酸液出口；

所述酸液进口通过第一混酸管路分别与供酸管路和废酸输送管路相连，且所述第一混酸管路上设置有酸液搅拌阀，所述供酸管路上设置有酸路控制电磁阀，所述废酸输送管路上设置有废酸输送阀；

所述酸液出口通过第二混酸管路与废酸输送管路相连，且所述第二混酸管路上设置有出酸阀和输液泵；

所述供酸管路和废酸输送管路另一端分别与混酸槽和废酸槽相连；

所述废酸输送阀、进酸阀、酸液搅拌阀、出酸阀和输液泵均与所述计算机控制显示系统相连，由所述计算机控制显示系统控制；

所述水洗装置设置在所述水洗工位，用于根据所述计算机控制显示系统发送的水洗控制信号对所述零部件装载装置内的已抛光零部件进行水洗操作；

所述机械手装置设置在所述密闭装置内部，用于根据所述计算机控制显示系统发送的控制信号将所述零部件装载装置在所述等待工位、酸洗工位和水洗工位之间移动，完成酸洗操作和水洗操作后将所述零部件装载装置移动到所述等待工位；

所述机械手装置包括机械手、机械手滑槽、机械手滑轨和伺服电机；

所述机械手滑轨固定设置在所述密闭装置上部，所述机械手滑槽与所述机械手滑轨垂直设置；

所述机械手上设置有位置传感器，所述位置传感器与所述计算机显示控制系统相连，所述机械手的驱动装置设置在所述机械手滑槽和机械手滑轨内，所述伺服电机分别与所述驱动装置和计算机显示控制系统相连；

所述计算机控制显示系统根据位置传感器采集的位置信号发送控制信号到所述驱动装置，使得所述机械手沿所述机械手滑轨水平移动或控制所述机械手沿所述机械手滑槽内上下移动。

2.如权利要求1所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述零部件装载装置采用拉篮，所述拉篮由不锈钢骨支撑并在外围包裹聚偏氟乙烯防酸板。

3.如权利要求1所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述水洗装置包括水洗槽、喷淋冲洗器和鼓泡发生器；

所述水洗槽为开口向上的长方形箱体；

所述喷淋冲洗器设置在所述水洗槽上方两侧，由安装在所述水洗槽上方的聚偏氟乙烯管道支架支撑，用于根据所述计算机控制显示系统发送的信号对所述水洗槽中抛光后的零部件进行喷淋冲洗；

所述鼓泡发生器设置在所述水洗槽下部，用于根据所述计算机控制显示系统发送的信号对所述水洗槽中抛光后的零部件进行鼓泡冲洗；

所述水洗槽一侧上、下部分别设置有进水口和出水口，所述进水口通过进水管路与超纯水系统相连，且所述进水管路上设置有进水阀；所述出水口通过出水管路与中和池相连，且所述出水管路上设置有出水阀；所述进水阀和出水阀均与所述计算机控制显示系统相连。

4.如权利要求3所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述喷淋冲洗器采用90度喷淋冲洗器。

5.如权利要求1所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述计算机控制显示系统包括参数设置模块、酸液搅拌模块、机械手移动控制模块和状态监测模块；

所述参数设置模块用于输入酸洗操作和水洗操作的相关参数，包括零部件抛光的时间、机械手在酸洗工位上下往复运动频率、抛光完毕机械手在酸洗槽上停留时间、机械手在水洗槽中的时间、喷淋、鼓泡时间、清洗次数；

所述酸液搅拌模块用于根据设置的酸液搅拌参数对所述酸洗装置内的混合酸液进行搅拌；

所述机械手移动控制模块用于根据设定的相关参数控制所述机械手装置带动所述零部件装载装置在等待工位、酸洗工位和水洗工位之间平行或上下移动；

所述状态监测模块用于对各部件状态进行监测，当发生异常时进行声光报警。

6.如权利要求1所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述密闭装置由不锈钢骨架支撑并在外围包裹聚丙烯防酸板的外壳构成。

7.如权利要求1所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述密闭装置预留有供转运小车进出的仓门，所述转运小车用于将待抛光零部件送入所述密闭装置的所述等待工位。

8.如权利要求1所述的一种超导腔零部件表面化学缓冲全自动抛光设备，其特征在于：所述密闭装置内还设置有有毒危险气体监控报警器，所述有毒危险气体监控报警器用于对所述密闭装置内的有毒气体浓度进行实时监测，并将监测结果发送到所述计算机控制显示系统。

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