CN113386052A - 一种船体磨料水射流除漆除锈设备及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船体磨料水射流除漆除锈设备及其实现方法，所述设备包括车载式高空作业升降平台、磨料水射流除锈作业执行端、固液流回收装置及除漆除锈设备控制系统。所述的车载式高空作业升降平台，提供整体设备运动；磨料水射流除锈作业执行端与伸缩臂末端相连接，主要安装有全局摄像头装置、定位机械臂以及夹持装置等；固液流回收装置与磨料专用喷头连接；除漆除锈设备控制系统提供多源数据融合、分析及处理。该发明采用具有一定压力的磨料水射流除漆除锈的方式，克服了传统人工喷砂方式除漆除锈时，工作环境恶劣、除漆除锈效率低及质量不稳定等问题；克服了高压水射流除漆除锈设备的能耗高、关键易损件目前不能国产化和成本高的问题。
Description
技术领域
本发明属于高压磨料水射流喷射技术领域，具体涉及一种船体磨料水射流除漆除锈设备及其实现方法。
背景技术
随着全球贸易蓬勃发展，国际形势错综复杂，拓展海洋经济发展空间意义重大。船舶作为海洋领域关键装备，战略产业地位极其重要。船舶航行过程在海水中电解质和潮湿环境的双重作用下，锈蚀现象尤为显著；另一方面，船舶表面的涂装保护工作也极为关键。因此，高效、高质量的除漆除锈工作成为了船舶性能评价的重要指标。
现有技术《一种船舶表面除锈设备》中，船舶表面除锈设备采用的是高压水，并且设备体积大，耗能多，除锈效果不理想。目前，我国普遍采用人工喷砂方式除漆除锈，存在工人作业环境恶劣、除漆除锈效率低及质量不稳定等问题；同时，超高压水射流的技术被国外垄断，使用和维护成本高，设备及关键零部件需要从国外进口，时间长、供应受多种因素影响大。而且，超高压水射流设备体积庞大，能耗大，因此，亟需一种既高效又环保的船体磨料水射流除漆除锈设备。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种船体磨料水射流除漆除锈设备及其实现方法，克服了传统人工喷砂方式除漆除锈时，工作环境恶劣、除漆除锈效率低及质量不稳定等主要缺陷；克服了高压水射流的能耗高、关键零部件目前不能国产化和成本高等问题，以及低压水或磨料水的除锈范围小、效率低等问题。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种船体磨料水射流除漆除锈设备，包括车载式高空作业升降平台、磨料水射流除锈作业执行端、固液流回收装置和除漆除锈设备控制系统，所述除漆除锈设备控制系统通过车载式高空作业升降平台与磨料水射流除锈作业执行端连接，位于船坞指定位置的固液流回收装置与磨料水射流除锈作业执行端相连接；所述磨料水射流除锈作业执行端包括工作平台、与工作平台连接的支架、设置在支架上的全局摄像头装置、定位机械臂、局部摄像头装置、距离传感器、夹持装置、压力传感器、喷头装置；所述工作平台与车载式高空作业升降平台的末端连接，所述定位机械臂与工作平台连接，所述局部摄像头装置和距离传感器均安装在定位机械臂的末端，所述夹持装置安装在定位机械臂上，夹持装置的输出端与喷头装置连接，所述压力传感器安装在喷头装置上。
优选的，所述车载式高空作业升降平台包括高空作业车和设置在高空作业车上的伸缩臂，所述的伸缩臂的末端连接在工作平台，所述喷头装置上设有输入口和回收口。
优选的，所述固液流回收装置包括基座、设置在基座上的高压泵、辅助设备、磨料水射流输入管道和回收管道；所述辅助设备与基座连接，所述磨料水射流输入管道和回收管道一端均与辅助设备连接，所述磨料水射流输入管道和回收管道的另一端分别与所述输入口和回收口连接。
优选的，所述喷头装置处磨料水射流压力不高于80MPa。
优选的，所述喷头装置的末端为橡胶密封圈。
优选的，所述夹持装置的内部有圆弧槽和直线滑槽，圆弧槽切线与直线滑槽方向角度为80°至140°。
优选的，所述喷头装置为阶梯式结构。
优选的，所述磨料水射流输入管道直径比回收管道直径小。
优选的，所述工作平台上有多个开合圆柱形装置，其位置偏离支架和定位机械臂。
所述一种船体磨料水射流除漆除锈设备的实现方法，包括以下步骤：
步骤一、当除漆除锈设备控制系统接收到除漆除锈指令，并控制车载式高空作业升降平台到达作业区域；全局摄像头装置完成船体外表面数据采集工作，将图片数据上传到除漆除锈设备控制系统，等待除漆除锈设备控制系统完成多源数据分析和处理后，调整车载式高空作业升降平台的位姿；磨料水射流输入管道、回收管道与位于船坞固定位置的固液流回收装置进行连接，完成前期准备工作；
步骤二、当船体外表面路径规划工作开始时，定位机械臂运动到指定位置，局部摄像头装置通过局域网实时向所述除漆除锈设备控制系统发送锈迹图像数据，距离传感器向所述除漆除锈设备控制系统发送位置信息；除漆除锈设备控制系统根据锈迹图像数据，若确认该区域为锈蚀严重区域，将启动直接除漆除锈模式；若确认该区域锈蚀不严重区域，除漆除锈设备控制系统根据内嵌图像处理算法与路径规划算法，对锈迹进行识别和构建锈点地图，完成路径规划任务；
步骤三、根据路径规划，定位机械臂通过夹持装置将喷头装置运送至船体表面，高压泵开始工作，磨料水射流除锈作业执行端开始进行除漆除锈任务；
步骤四、局部摄像头装置开启作业监控功能，对除漆除锈工作过程实时监控，距离传感器继续采集位置信息，将视频数据和位置数据传送给除漆除锈设备控制系统，同时，压力传感器实时采集喷头装置不同状态时的压力信息，传送给所述除漆除锈设备控制系统，从而完成通过所述辅助设备对高压泵的控制，使得以合适的磨料水射流压力进行除漆除锈任务，同时，辅助设备对回收到的磨料水射流进行过滤、分类处理，最终，完成除漆除锈的工作任务。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明可以替代传统人工喷砂方式除漆除锈，避免了工人在恶劣环境工作的情况，提高了除漆除锈效率，提升了除漆除锈质量，同时解决了一直存在的粉尘等污染问题。
2、本发明采用不高于80Mpa的磨料水射流完成船体除漆除锈任务，与高压水射流相比，克服了其能耗高、关键零部件目前不能国产化和成本高等问题；与低压水或磨料水相比，克服了除锈范围小、效率低等问题。
3、本发明采用固液流回收装置，对固液流及时有效回收，并通过创新设计研制的辅助设备完成铁锈、旧漆皮、磨料和废水的分离。
4、本发明针对锈蚀严重、非严重区域，创新设计两套不同除锈除漆方式。对锈蚀不严重区域，创新性实现复杂船舶表面锈点地图构建、路径规划等任务。
5、本发明采用定位机械臂、全局摄像头装置、局部摄像头装置、距离传感器和压力传感器等硬件，以及机器视觉与智能控制技术，实现复杂船舶表面除锈除漆喷头装置的远程姿态和除漆除锈多源数据集成控制。
附图说明
图1为本发明实施例一种船体磨料水射流除漆除锈设备机构图；
图2为本发明实施例车载式高空作业升降平台结构图；
图3为本发明实施例磨料水射流除锈作业执行端结构图；
图4为本发明实施例固液流回收装置结构图；
其中，1-除漆除锈设备控制系统，2-车载式高空作业升降平台，21-高空作业车，22-伸缩臂，3-作业执行端，31-工作平台，32-支架，33-全局摄像头装置，34-定位机械臂，35-局部摄像头装置，36-距离传感器，37-夹持装置，38-压力传感器，39-喷头装置，310-输入口，311-回收口，4-固液流回收装置，41-基座，42-高压泵，43-辅助设备，44-磨料水射流输入管道，45-回收管道。
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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，包括除漆除锈设备控制系统1、车载式高空作业升降平台2、磨料水射流除锈作业执行端3和固液流回收装置4。所述固液流回收装置4布置在船坞内20米至80米处，固液流回收装置4可以储存除锈过程中使用过的磨料水射流，过滤后可以实现磨料水射流的重复利用，20米至80米的位置是由既不干扰其他装置又能发挥固液流回收装置4的作用而确定的。
作为优选的实施例，如图3所示，所述磨料水射流除锈作业执行端3包括工作平台31、与工作平台31连接的支架32、设置在支架32上的全局摄像头装置33、定位机械臂34、局部摄像头装置35、距离传感器36、夹持装置37、压力传感器38、喷头装置39；所述工作平台31与车载式高空作业升降平台的末端连接，所述定位机械臂34与工作平台31连接，所述局部摄像头装置35和距离传感器36均安装在定位机械臂34的末端。
局部摄像头装置35包括摄像头和固定摄像头的定位支架，定位支架设置在船身上，可以拍摄船身局部画面，并将画面传回除漆除锈设备控制系统1，距离传感器36可以判断船体距离磨料水射流除锈作业执行端3的距离。
所述全局摄像头装置38包括摄像头，全局摄像头装置38通过支架32与工作平台31连接在一起，全局摄像头装置38实现船体照片的拍摄。
所述夹持装置37安装在定位机械臂34上，夹持装置37包括活动夹与输出端口，夹持装置37的输出端口通过活动夹与喷头装置39连接，所述压力传感器38安装在喷头装置39上，所述压力传感器38可以感应磨料水压的大小。所述喷头装置39上设有输入口310和回收口311，输入口310输入磨料水射流，回收口311对使用过的磨料水射流中的磨料进行回收。
作为优选的实施例，如图2所示，所述车载式高空作业升降平台包括高空作业车21和设置在高空作业车21上的伸缩臂22，所述的伸缩臂22的末端连接在工作平台31。高空作业车21下方设置有轮子，可以自由移动，确保大型船体表面所有位置都能实现除漆除锈工作，伸缩臂22可以调节磨料水射流除锈作业执行端3的高度，实现对船体不同高度的除锈作用。
所述除漆除锈设备控制系统1设置高空作业车21上，所述除漆除锈设备控制系统1通过伸缩臂22实现对工作平台31的控制，位于船坞指定位置的固液流回收装置4与磨料水射流除锈作业执行端3的末端相连接；
作为优选的实施例，如图4所示，所述固液流回收装置4包括基座41、设置在基座41上的高压泵42、辅助设备43、磨料水射流输入管道44和回收管道45，所述辅助设备43与基座41连接，所述磨料水射流输入管道44和回收管道45一端均与辅助设备43连接，所述磨料水射流输入管道44和回收管道45的另一端通过卡扣分别与所述输入口310和回收口311连接，辅助设备43是固液流回收装置4的一部分，包括过滤器、分离器及机构连接件，辅助设备43可以起到连接作用，具体连接基座41、磨料水射流输入管道44和回收管道45，并控制高压泵42，实现回收到的磨料水射流进行过滤、分类处理，最终，完成除漆除锈的工作任务。
所述喷头装置39为阶梯式结构，喷头装置39的末端为橡胶密封圈，橡胶密封圈避免磨料水射流的泄露。所述磨料水射流输入管道44直径比回收管道45直径小。
所述夹持装置37的内部有圆弧槽和直线滑槽，圆弧槽切线与直线滑槽方向角度为80°至140°，圆弧槽与直线滑槽可以实现夹持装置的转动，方便不同角度的除锈。
所述工作平台31上有多个开合圆柱形装置，其位置偏离支架32和定位机械臂34，开合圆柱形装置为阶梯状可拆卸的圆柱形连接件，工作平台31中的各个装置通过开合圆柱形装置进行连接，实现各个装置的有序排列，避免了装置之间因为旋转或伸缩产生的碰撞现象。
当除漆除锈设备控制系统1接收到除漆除锈指令，所述除漆除锈设备控制系统1向车载式高空作业升降平台2下达指令，车载式高空作业升降平台2到达规定的作业区域，固液流回收装置4完成准备工作，同时，所述磨料水射流除锈作业执行端3的全局摄像头装置33完成船体外表面数据采集等工作，将其上传到除漆除锈设备控制系统1。等待除漆除锈设备控制系统1完成多源数据分析和处理后，磨料水射流除锈作业执行端3开始除漆除锈工作，同时，固液流回收装置4完成回收任务。
工作时，高空作业车21将磨料水射流除锈作业执行端3运送到需要进行除漆除锈工作的操作区域。
工作平台31为前端混合磨料水射流作业的操作台，夹持装置37中的圆弧槽和直线滑槽通过活动夹的形式实现连接。工作时，位于支架32上的全局摄像头装置33进行准备工作，完成船体外表面拍摄，将图片数据送达除漆除锈设备控制系统1，规划磨料水射流除锈作业执行端3的作业位置。当船体外表面路径规划工作开始时，定位机械臂34运动到指定位置，局部摄像头装置35实时向所述除漆除锈设备控制系统1发送锈迹图像数据，距离传感器36向所述除漆除锈设备控制系统1发送位置信息，当所述距离传感器36与船体表面距离小于安全距离时，将触发所述除漆除锈设备控制系统1的报警机制。所述除漆除锈设备控制系统1中的图像处理算法可以对锈蚀程度进行识别，并且将船体生锈区域分为锈蚀严重区域与锈蚀不严重区域，其中若锈蚀区域成片粘连在船体表面，并且锈蚀面积占总面积的50％以上，则为锈蚀严重区域，若锈蚀区域多为锈点的形式存在，并且锈蚀面积所占面积不超过总面积的50％，则为锈蚀不严重区域，根据锈迹图像数据，若确认该区域为锈蚀严重区域，将启动直接除漆除锈模式；若确认该区域锈蚀不严重区域，所述除漆除锈设备控制系统1根据内嵌图像处理算法与路径规划算法，对锈迹进行识别和构建锈点地图，完成路径规划任务。根据路径规划，所述定位机械臂34通过夹持装置37将喷头装置39运送至船体表面，固液流回收装置4开始工作。
人工将磨料水射流输入管道44和回收管道45，与辅助设备43、输入口310及回收口311相连接。当进行除漆除锈任务时，高压泵42开始工作，磨料水射流除锈作业执行端3开始进行除漆除锈任务。局部摄像头装置35开启作业监控功能，对除漆除锈工作过程实时监控，距离传感器36继续进行位置信息采集，将视频数据和位置数据传送给除漆除锈设备控制系统1。同时，压力传感器38实时采集喷头装置39不同状态时的压力信息，可以通过伸缩臂22中的控制传输电线将压力信息传送给所述除漆除锈设备控制系统1，除漆除锈设备控制系统1在接受到压力信息后可以调节压力大小，并且可以通过控制所述高压泵42，使得以不高于80MPa的磨料水射流压力进行除漆除锈任务。同时，辅助设备43可以实现对回收到的磨料水射流进行过滤、分类等其他后处理。
多源数据是指全局摄像头装置33提供的图片数据、局部摄像头装置35提供的锈迹图像数据、距离传感器36提供的位置信息以及压力传感器38提供的不同状态下的压力信息，除漆除锈设备控制系统1内嵌有图像处理算法及路径规划算法，在收到锈迹图像数据与位置信息时，除漆除锈设备控制系统1可以规划定位机械臂34的运动路径。根据锈蚀面积的不同，磨料水射流的压力也不同，除漆除锈设备控制系统1可以根据压力传感器38的反馈，规划设计所需磨料水射流压力的大小，避免在锈点面积很小的情况下使用较高压磨料水射流、从而造成资源浪费的情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种船体磨料水射流除漆除锈设备，包括车载式高空作业升降平台、磨料水射流除锈作业执行端、固液流回收装置和除漆除锈设备控制系统，所述除漆除锈设备控制系统通过车载式高空作业升降平台与磨料水射流除锈作业执行端连接，位于船坞指定位置的固液流回收装置与磨料水射流除锈作业执行端相连接；其特征在于：所述磨料水射流除锈作业执行端包括工作平台(31)、与工作平台(31)连接的支架(32)、设置在支架(32)上的全局摄像头装置(33)、定位机械臂(34)、局部摄像头装置(35)、距离传感器(36)、夹持装置(37)、压力传感器(38)、喷头装置(39)；所述工作平台(31)与车载式高空作业升降平台的末端连接，所述定位机械臂(34)与工作平台(31)连接，所述局部摄像头装置(35)和距离传感器(36)均安装在定位机械臂(34)的末端，所述夹持装置(37)安装在定位机械臂(34)上，夹持装置(37)的输出端与喷头装置(39)连接，所述压力传感器(38)安装在喷头装置(39)上。
2.根据权利要求1所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述车载式高空作业升降平台包括高空作业车(21)和设置在高空作业车(21)上的伸缩臂(22)，所述的伸缩臂(22)的末端连接在工作平台(31)；所述喷头装置(39)上设有输入口(310)和回收口(311)。
3.根据权利要求2所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述固液流回收装置包括基座(41)、设置在基座(41)上的高压泵(42)、辅助设备(43)、磨料水射流输入管道(44)和回收管道(45)；所述辅助设备(43)与基座(41)连接，所述磨料水射流输入管道(44)和回收管道(45)一端均与辅助设备(43)连接，所述磨料水射流输入管道(44)和回收管道(45)的另一端分别与所述输入口(310)和回收口(311)连接。
4.根据权利要求3所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述喷头装置(39)处磨料水射流压力不高于80MPa。
5.根据权利要求1所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述喷头装置(39)的末端为橡胶密封圈。
6.根据权利要求1所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述夹持装置(37)的内部有圆弧槽和直线滑槽，圆弧槽切线与直线滑槽方向角度为80°至140°。
7.根据权利要求1所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述喷头装置(39)为阶梯式结构。
8.根据权利要求3所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述磨料水射流输入管道(44)直径比回收管道(45)直径小。
9.根据权利要求1所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备，其特征在于：所述工作平台(31)上有多个开合圆柱形装置，其位置偏离支架(32)和定位机械臂(34)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种船体磨料水射流除漆除锈设备的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、当除漆除锈设备控制系统接收到除漆除锈指令，并控制车载式高空作业升降平台到达作业区域；全局摄像头装置(33)完成船体外表面数据采集工作，将图片数据上传到除漆除锈设备控制系统，等待除漆除锈设备控制系统完成多源数据分析和处理后，调整车载式高空作业升降平台的位姿；磨料水射流输入管道(44)、回收管道(45)与位于船坞固定位置的固液流回收装置进行连接，完成前期准备工作；
步骤二、当船体外表面路径规划工作开始时，定位机械臂(34)运动到指定位置，局部摄像头装置(35)通过局域网实时向所述除漆除锈设备控制系统发送锈迹图像数据，距离传感器(36)向所述除漆除锈设备控制系统发送位置信息；除漆除锈设备控制系统根据锈迹图像数据，若确认该区域为锈蚀严重区域，将启动直接除漆除锈模式；若确认该区域锈蚀不严重区域，除漆除锈设备控制系统根据内嵌图像处理算法与路径规划算法，对锈迹进行识别和构建锈点地图，完成路径规划任务；
步骤三、根据路径规划，定位机械臂(34)通过夹持装置(37)将喷头装置(39)运送至船体表面，高压泵(42)开始工作，磨料水射流除锈作业执行端开始进行除漆除锈任务；
步骤四、局部摄像头装置(35)开启作业监控功能，对除漆除锈工作过程实时监控，距离传感器(36)继续采集位置信息，将视频数据和位置数据传送给除漆除锈设备控制系统，同时，压力传感器(38)实时采集喷头装置(39)不同状态时的压力信息，传送给所述除漆除锈设备控制系统，从而完成通过所述辅助设备对高压泵(42)的控制，使得以合适的磨料水射流压力进行除漆除锈任务，同时，辅助设备(43)对回收到的磨料水射流进行过滤、分类处理，最终，完成除漆除锈的工作任务。
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