CN113714211B - 核辐射工件自动化激光清洗装夹装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光去污设备技术领域，公开了一种核辐射工件自动化激光清洗装夹装置及其使用方法。所述装夹装置包括整体移动模块、设于所述整体移动模块上的错位夹紧模块和设于所述错位夹紧模块上的对顶夹紧模块，以及驱动所述对顶夹紧模块转动的旋转模块。的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置，无需太多的人工干预，解放了劳动力，能够完成工件的自动化装夹和翻转，防止人工手持激光除污可能产生的危险，降低操作要求，提高去污效率和去污效果；通过装夹装置的设计，可实现不同形状工件的装夹和清洗；通过纵向限位移动模块局部移动装置的设计，可实现不同尺寸工件的装夹，并通过整体移动模块的空间位置转换，可以实现多次来回重复清洗作业。

Description

核辐射工件自动化激光清洗装夹装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光去污设备技术领域，特别是涉及一种核辐射工件自动化激光清洗装夹装置及其使用方法。

背景技术

核电厂运行过程中产生的放射性污染金属部件主要为失效的过滤器金属框架、维检修过程中沾污的脚手架、替换下来的废旧回路管道/阀门/泵、报废设备/工器具/零部件、废旧放射性废物容器等；其中过滤器框架(平板)、脚手架(圆管)、废物包装容器解体废物(圆弧)等产生量较大且表面污染水平较低，无体污染，经去污后可清洁解控，实现废物最小化。

现有技术对于工件的处理需要人工手持激光去污，废物均具有核辐射污染，该方法对人员危险性较大，同时对于操作要求较高，同时由于人工操作的不稳定性，去污效率和去污效果均不稳定，不利于推广。因此需要研发一种能够自动化激光清洗，无需人工手持的清洗用装夹装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术需要人工手持激光去污，且人工操作、去污效率和去污效果均不稳定。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核辐射工件自动化激光清洗的装夹装置，包括整体移动模块、设于所述整体移动模块上的错位夹紧模块和设于所述错位夹紧模块上的对顶夹紧模块，以及驱动所述对顶夹紧模块转动的旋转模块。

所述整体移动模块包括轨道安装支座、设于轨道安装座上的齿条、平行设于所述轨道安装支座上部两侧的轨道、滑动设于所述轨道上的滑块、设于所述滑块上的电机安装座、设于所述电机安装座上的驱动电机、设于驱动电机一端的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述齿条啮合，所述驱动电机连接有动力电池，以为驱动电机供电。通过驱动电机带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮和齿条啮合带动设于电机安装座上的部件在轨道上移动，实现整体移动模块在整个轨道部分的移动。

优选的，所述错位装夹模块包括上下移动模块和纵向限位移动模块；所述上下移动模块包括安装支撑架、设于所述安装支撑架上的移动丝杆、驱动所述移动丝杆转动的同步电机、设于所述同步电机一端并由同步电机带动的同步齿轮、与所述同步齿轮从动配合的从动齿轮、连接所述电机齿轮和所述从动齿轮的链条、固定所述移动丝杆于安装支撑架上的法兰丝杆螺母和配套固定螺母，通过同步电机带动同步齿轮旋转，通过链条传动并带动从动齿轮转动，从动齿轮和移动丝杆在安装支撑架上通过配套固定螺母转动设置，丝杆旋转带动法兰丝杆螺母旋转，进而带动设于电机支撑台架上的装夹夹头上下移动，实现工件部分的上下移动。

所述纵向限位移动模块包括设于所述整体移动模块上的固定支撑座、设于所述固定支撑座上的移动轨滑和滑动设于移动滑轨上的移动滑块以及驱动所述移动滑块在所述移动滑轨上运动的驱动部件，以带动设于固定支撑座上的对顶夹紧模块和上下移动模块移动，实现针对不同尺寸工件的装夹过程。具体的，固定支撑做设于整体移动模块的电机安装座上，上下移动模块的安装支撑架设于所述移动滑块上，对顶夹紧模块的电机支撑台架设于所述安装支撑架上。纵向限位移动模块和整体移动模块，通过多个模块协同作业，完成工件的垂直和纵向等移动方向，实现不同尺寸工件的装夹要求。驱动部件可以是汽缸或者油缸或者由电机驱动的齿条等部件。

优选的，所述对顶夹紧模块包括多个成对设置的装夹夹头以及驱动所述装夹夹头运动的驱控装置，所述驱控装置用于驱动成对设置的装夹夹头相互靠近或远离，以使对顶夹紧模块对核辐射金属工件进行装夹，其中的部分装夹夹头用于初次装夹核辐射金属部件，部分装夹夹头用于二次装夹核辐射部件，以便将初次装夹后对核辐射部件未清洗的限位位置进行清洗。

优选的，所述驱控装置包括设有活动腔的连接套筒、与所述连接套筒连接的对顶油缸、与所述对顶油缸连接以进行供油的油箱、与所述对顶油缸连接的油泵以及控制油泵开启或关闭的电磁控制阀，所述装夹夹头设于所述活动腔内。油箱用于为六个油缸提供液压油，油泵用于驱动对顶油缸及活动腔内的装夹夹头运动。当然，所述驱控装置也可以是驱动所述装夹夹头运动的对顶汽缸。

优选的，所述装夹夹头呈圆锥形，且中部开有梯形槽口，即圆锥形的装夹夹头中部由圆锥顶点处向圆锥底部的中部开设有梯形槽口，梯形槽口的开口由圆锥顶点处向底部逐渐变小，以便装夹圆管、平板和圆弧板类核辐射金属零部件。

优选的，所述旋转模块包括设于所述整体移动模块上的电机支撑台架、设于电机支撑台架上的变频转速电机、设于变频转速电机上的电机齿轮、与所述电机齿轮啮合的套筒齿轮，连接套筒上设有花键，连接套筒和套筒齿轮用花键连接，旋转模块用以进行核辐射金属工件的翻转作业。电机支撑台架具体设于所述整体移动模块的电机安装座上，包括两块平行的横板以及连接两块平行横板的竖板，竖板上设有供连接套筒穿过的过孔。

本发明还公开了一种自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，按照如下步骤进行：

S1、通过上述装夹装置将工件移动到对称的装夹装置的中间位置；

S2、确定工件沿轨道长度的信息，纵向限位移动模块移动到能够装夹工件的长度位置；

S3、确定工件的高度信息，上下移动模块移动到对位夹紧模块的油缸的中心年与工件中心位于同一个平面；

S4、控制对顶夹紧模块运动，对工件完成初次装夹，具体的，对于圆管，采用锥形面顶紧圆管的内侧面，对于方板，则使用装夹夹头的V字缺口对顶夹紧；

S5、整体移动模块作业，通过驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与齿条啮合，实现整体移动模块在整个轨道部分的移动，将整个共建移动到激光清洗作业区；

S6、控制激光清洗设备作业，即将激光清洗设备的激光头对准待清洗区域规则移动，去除工件上除夹紧位置外的核辐射污染物；

S7、然后对顶夹紧模块松脱，启动错位夹紧模块，对工件完成清洗的部分进行二次装夹，即完成工件的错位装夹；

S8、控制激光清洗设备作业，去除工件上剩余位置的核辐射污染物；

S9、启动旋转模块对工件进行翻面，然后重复进行S6至S8的作业流程，完成工件的去污和清洗；

S10、将工件移动到检测区域判定清洗过程是否达到要求，如果达到要求，则将工件移动至清洗完成区；如果未达到要求，则反向移动到激光清洗区，进行二次清洗作业，重复流程S6至S8。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置，无需太多的人工干预，解放了劳动力，能够完成工件的自动化装夹和翻转，防止人工手持激光除污可能产生的危险，降低操作要求，提高去污效率和去污效果；

2、本发明的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置，通过装夹装置的设计，可以实现圆管、平板、圆弧板等不同形状工件的装夹和清洗；通过纵向限位移动模块局部移动装置的设计，可以实现不同尺寸工件的装夹，并通过整体移动模块的空间位置转换，可以实现多次来回重复清洗作业；

3、本发明的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，能够稳定、高效的将工件上的核辐射废物更好的进行清洁，达到解控水平。

附图说明

图1是本发明实施例核辐射工件自动化激光清洗的装夹装置的立体图一。

图2为本发明实施例核辐射工件自动化激光清洗的装夹装置的立体图二。

图3为本发明实施例整体移动模块的内部结构图。

图4为本发明实施例对顶夹紧模块的结构透视图。

图中，1、整体移动模块；11、轨道安装支座；12、齿条；13、轨道；14、滑块；15、电机安装座；16、驱动电机；17、驱动齿轮；18、动力电池；

2、错位夹紧模块；

2A、上下移动模块；20、安装支撑架；21、移动丝杆；22、同步电机；23、同步齿轮；24、从动齿轮；25、链条；26、法兰丝杆螺母；27、配套固定螺母；

2B、纵向限位移动模块；28、固定支撑座；29、移动滑轨；280、移动滑块；

3、对顶夹紧模块；30、装夹夹头；301、梯形槽口；31、驱控装置；310、连接套筒；3100、活动腔；311、对顶油缸；312、油箱；

4、旋转模块；41、电机支撑台架；411a、横板一；411b、横板二；411c、竖板；411d、过孔；42、变频转速电机；43、电机齿轮；44、套筒齿轮；45、花键；5、工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例：如图1所示，本实施例提供一种自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置，包括整体移动模块1、设于所述整体移动模块1上的错位夹紧模块2和设于所述错位夹紧模块2上的对顶夹紧模块3，以及驱动所述对顶夹紧模块3转动的旋转模块4。

所述整体移动模块1包括轨道安装支座11、设于轨道安装支座11上的齿条12、平行设于所述轨道安装支座11上部两侧的轨道13、滑动设于所述轨道13上的滑块14、设于所述滑块14上的电机安装座15、设于所述电机安装座15上的驱动电机16、设于驱动电机16一端的驱动齿轮17，所述驱动齿轮17与所述齿条12啮合，所述驱动电机16连接有动力电池18，通过驱动电机16带动驱动齿轮17转动，通过驱动齿轮17和齿条12啮合带动设于电机安装座15上的部件在轨道13上移动，实现整体移动模块1在整个轨道13部分的移动。

具体的，所述错位装夹模块2包括上下移动模块2A和纵向限位移动模块2B；所述上下移动模块2A包括安装支撑架20、设于所述安装支撑架20上的移动丝杆21、驱动所述移动丝杆21转动的同步电机22、设于所述同步电机22一端并由同步电机22带动的同步齿轮23、与所述同步齿轮23从动配合的从动齿轮24、连接所述同步齿轮23和所述从动齿轮24的链条25、固定所述移动丝杆21于安装支撑架20上的法兰丝杆螺母26和配套固定螺母27，通过同步电机22带动同步齿轮23旋转，通过链条25传动并带动从动齿轮24转动，从动齿轮24和移动丝杆21在安装支撑架20上通过配套固定螺母27转动设置，移动丝杆21旋转带动法兰丝杆螺母26旋转，进而带动设于电机支撑台架41上的装夹夹头30上下移动，实现工件部分的上下移动。

所述纵向限位移动模块2B包括设于所述整体移动模块1上的固定支撑座28、设于所述固定支撑座28上的移动轨滑29和滑动设于移动滑轨29上的移动滑块280以及驱动所述移动滑块在所述移动滑轨上运动的驱动部件，以带动设于固定支撑座28上的对顶夹紧模块3和上下移动模块2A移动，实现针对不同尺寸工件的装夹过程。具体的，固定支撑座28设于整体移动模块1的电机安装座15上，上下移动模块2A的安装支撑架20设于所述移动滑块280上，旋转模块4的电机支撑台架41设于所述安装支撑架20上。纵向限位移动模块2B和整体移动模块1，通过多个模块协同作业，完成工件的垂直和纵向等移动方向，实现不同尺寸工件的装夹要求。驱动部件可以是设于固定支撑座上的汽缸或者油缸或者由电机驱动的齿条等部件，驱动部件在附图中未示出。

具体的，所述对顶夹紧模块3包括多个成对设置的装夹夹头30以及驱动所述装夹夹头30运动的驱控装置31，所述驱控装置31用于驱动成对设置的装夹夹头30相互靠近或远离，以使对顶夹紧模块3对核辐射金属工件进行装夹，其中的部分装夹夹头用于初次装夹核辐射金属部件，部分装夹夹头用于二次装夹核辐射部件，以便将初次装夹后对核辐射部件未清洗的限位位置进行清洗。本实施例中，对顶夹紧模块设有三组，每三个一组分别设于两侧的错位夹紧模块上。

优选的，所述驱控装置31包括设有活动腔3100的连接套筒310、与所述连接套筒310连接的对顶油缸311、与所述对顶油缸311连接以进行供油的油箱312、与所述对顶油缸311连接的油泵以及控制油泵开启或关闭的电磁控制阀，油泵及电磁阀在附图中未示出。所述装夹夹头30设于所述活动腔3100内。油箱312用于为六个对顶油缸311提供液压油，油泵用于驱动对顶油缸及活动腔内的装夹夹头运动。当然，所述驱控装置31也可以是驱动所述装夹夹头运动的对顶汽缸。

具体的，所述装夹夹头30呈圆锥形，且中部开有梯形槽口301，即圆锥形的装夹夹头30中部由圆锥顶点处向圆锥底部的中部开设有梯形槽口301，梯形槽口301的开口由圆锥顶点处向底部逐渐变小，以便装夹圆管、平板和圆弧板类核辐射金属零部件。

具体的，所述旋转模块4包括设于所述整体移动模块上1的电机支撑台架41、设于电机支撑台架41上的变频转速电机42、设于变频转速电机42上的电机齿轮43、与所述电机齿轮43啮合的套筒齿轮44，连接套筒310上设有花键45，连接套筒310和套筒齿轮44用花键45连接，旋转模块4用以进行核辐射金属工件的翻转作业。电机支撑台架41具体设于所述整体移动模块1的电机安装座15上，包括平行设置的横板一411a和横板二411b以及连接两块平行横板的竖板411c，竖板411c上设有供连接套筒310穿过的过孔411d。本实施例中，旋转模块设于对顶夹紧模块的一侧，驱动工件转动并带动另一侧转动。

本发明还公开了一种自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，按照如下步骤进行：

S1、通过上述装夹装置将圆管、方形板或弧形板等核辐射金属工件移动到对称的装夹装置的中间位置；

S2、通过前端三维扫描确定工件沿轨道长度的信息，纵向限位移动模块移动到能够装夹工件的长度位置，这里的纵向是指沿轨道的长度方向；

S3、通过前端三维扫描确定工件的高度信息，上下移动模块移动到对位夹紧模块的油缸的中心年与工件中心位于同一个平面，以便对顶夹紧模块的驱孔装置驱动对顶夹头夹紧工件；

S4、控制对顶夹紧模块运动，对工件完成初次装夹，具体的，对于圆管，采用锥形面顶紧圆管的内侧面，对于方板，则使用装夹夹头的V字缺口对顶夹紧；

S5、整体移动模块作业，通过驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与齿条啮合，实现整体移动模块在整个轨道部分的移动，将整个共建移动到激光清洗作业区；

S6、控制激光清洗设备作业，去除工件上除夹紧位置外的核辐射污染物，如去除平板或者圆弧板除工装卡紧位置部分外的核辐射污染物，圆管则除去整个上半周的核辐射污染物；

S7、启动错位夹紧模块，对工件完成清洗的部分进行二次装夹，及完成工件的错位装夹，以便将初次装夹时工装卡紧位置进行激光清洗，使工件表面完全清洗干净；

S8、控制激光清洗设备作业，去除工件上剩余位置的核辐射污染物；

S9、启动旋转模块对工件进行翻面，然后重复进行S6至S8的作业流程，完成工件的去污和清洗；对于平板，直接将工件翻面即可，对于圆弧板，可将部分弧形板进行翻转，然后再移动圆弧板即可；

S10、将工件移动到检测区域判定清洗过程是否达到要求，如果达到要求，则将工件移动至清洗完成区；如果未达到要求，则反向移动到激光清洗区，进行二次清洗作业，重复流程S6至S8。

综上，本发明的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置，无需太多的人工干预，解放了劳动力，能够完成工件的自动化装夹和翻转，防止人工手持激光除污可能产生的危险，降低操作要求，提高去污效率和去污效果；本发明的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置，通过装夹装置的设计，可以实现圆管、平板、圆弧板等不同形状工件的装夹和清洗；通过纵向限位移动模块局部移动装置的设计，可以实现不同尺寸工件的装夹，并通过整体移动模块的空间位置转换，可以实现多次来回重复清洗作业；

本发明的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，能够稳定、高效的将工件上的核辐射废物更好的进行清洁，达到解控水平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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，其特征在于：所述的装夹装置包括整体移动模块、设于所述整体移动模块上的错位夹紧模块和设于所述错位夹紧模块上的对顶夹紧模块，以及驱动所述对顶夹紧模块转动的旋转模块；

其中，所述整体移动模块包括轨道安装支座、设于轨道安装支座上的齿条、平行设于所述轨道安装支座上部两侧的轨道、滑动设于所述轨道上的滑块、设于所述滑块上的电机安装座、设于所述电机安装座上的驱动电机、设于驱动电机一端的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述齿条啮合；

所述错位夹紧模块包括上下移动模块和纵向限位移动模块，所述对顶夹紧模块包括多个成对设置的装夹夹头以及驱动所述装夹夹头运动的驱控装置，所述驱控装置用于驱动成对设置的装夹夹头相互靠近或远离，所述装夹夹头呈圆锥形，且中部开有梯形槽口，所述梯形槽口的开口由圆锥顶点处向底部逐渐变小；

所述的使用方法按照如下步骤进行：

S1、通过所述的装夹装置将工件移动到对称的装夹装置的中间位置；

S2、确定工件沿轨道长度的信息，纵向限位移动模块移动到能够装夹工件的长度位置；

S3、确定工件的高度信息，上下移动模块移动到对顶夹紧模块的油缸的中心与工件中心位于同一个平面；

S4、控制对顶夹紧模块运动，对工件完成初次装夹，具体的，对于圆管，采用锥形面顶紧圆管的内侧面，对于方板，则使用装夹夹头的V字缺口对顶夹紧；

S5、整体移动模块作业，通过驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与齿条啮合，实现整体移动模块在整个轨道部分的移动，将整个工件移动到激光清洗作业区；

S6、控制激光清洗设备作业，去除工件上除夹紧位置外的核辐射污染物；

S7、启动错位夹紧模块，对工件完成清洗的部分进行二次装夹，及完成工件的错位装夹；

S8、控制激光清洗设备作业，去除工件上剩余位置的核辐射污染物；

S9、启动旋转模块对工件进行翻面，然后重复进行S6至S8的作业流程，完成工件的去污和清洗；

S10、将工件移动到检测区域判定清洗过程是否达到要求，如果达到要求，则将工件移动至清洗完成区；如果未达到要求，则反向移动到激光清洗区，进行二次清洗作业，重复流程S6至S8。

2.根据权利要求1所述的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，其特征在于：所述上下移动模块包括安装支撑架、设于所述安装支撑架上的移动丝杆、驱动所述移动丝杆转动的同步电机、设于所述同步电机一端并由同步电机带动的同步齿轮、与所述同步齿轮从动配合的从动齿轮、连接所述同步齿轮和所述从动齿轮的链条、固定所述移动丝杆于安装支撑架上的法兰丝杆螺母和配套固定螺母；所述纵向限位移动模块包括设于所述整体移动模块上的固定支撑座、设于所述固定支撑座上的移动轨滑和滑动设于移动滑轨上的移动滑块以及驱动所述移动滑块在所述移动滑轨上运动的驱动部件。

3.根据权利要求1所述的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，其特征在于：所述驱控装置包括设有活动腔的连接套筒、与所述连接套筒连接的对顶油缸、与所述对顶油缸连接以进行供油的油箱、与所述对顶油缸连接的油泵以及控制油泵开启或关闭的电磁控制阀，所述装夹夹头设于所述活动腔内。

4.根据权利要求1所述的自动化激光清洗核辐射工件的装夹装置的使用方法，其特征在于：所述旋转模块包括设于所述整体移动模块上的电机支撑台架、设于电机支撑台架上的变频转速电机、设于变频转速电机上的电机齿轮、与所述电机齿轮啮合的套筒齿轮，连接套筒上设有花键，连接套筒和套筒齿轮用花键连接。

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