CN113913597A - 一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人专用的电‑磁‑热‑声多场复合滚压强化方法与装置，装置包括六自由度工业机器人、激光热场‑超声应力场组件、随形接触电刷机构、脉冲磁场导引机构、磁场强度监控系统、漏电监测系统、高频电源、脉冲磁场发生电源、多场滚压总控制柜；通过多场耦合的共同作用，解决针对超高强度钢结构件单一场和特定双场耦合强化效果不明显的问题，在大幅改善超高强度钢结构件表面的质量和零件表层的残余应力分布的同时，更加高效的引入更大的表层残余压应力，进一步提高超高强度钢结构件的耐磨性、耐腐蚀性等物理、化学性能，最终实现超高强度钢结构件疲劳寿命的提高。

Description

一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与 装置

技术领域

本发明涉及机器人加工装备技术领域，尤其涉及超高强度钢结构件电-磁-热-声多场复合辅助表面滚压强化加工装置。

背景技术

我国高端装备制造水平与国外发达国家相比，仍有较大差距，尤其表现在关键钢结构件服役寿命低、可靠性差。比如车辆中大量的高强度轴齿类零件往往承受循环高载荷的作用，其疲劳断裂问题严重制约整车性能的提升；风力发电机叶片、高铁螺栓、精密轴承、重载齿轮、连杆等关键结构件的疲劳失效问题也是层出不穷，对国民经济、国防安全构成重大威胁。研究发展新型抗疲劳制造技术，提升超高强度刚结构件抗疲劳性能，是满足高端装备性能发展的基础，对于国家安全与发展具有重要意义。

电-磁-热-声多场复合辅助滚压加工技术是一种将高密度电脉冲、高强度脉冲磁场、快速表面预热、高频率超声振动与静载滚压相结合的新兴表面强化工艺。传统的滚压加工，通过结合上述某一特定的物理场的相关研究已经非常成熟了。其中，高密度电脉冲辅助滚压加工，主要利用的是高密度电脉冲作用时的电子流及其热效应，对材料的位错滑移机制、相变机制、再结晶机制产生影响，其电致塑性效应，能够显著提高金属材料的塑性变形能力，减少加工硬化，还有研究表明脉冲电流能够修复材料中的微裂纹，起到延长结构件的服役寿命的作用；高强度脉冲磁场助滚压加工，则能利用强磁场将材料原子和分子的排列、匹配、迁移等行为进行改变，这一过程伴随磁畴转动、磁致伸缩效应，引起晶格位错，宏观上表现为材料的组织和性能发生变化；热场辅助滚压加工，即在滚压前先对表面进行加热，在不改变表面组织的温度下软化工件表层，能够显著改变塑性形变，对变形回复、再结晶机制产生影响；目前使用最为广泛的是超声振动辅助滚压，其利用高频和振幅两个参数结合，使得材料表面发生高应变率变形，发挥材料的应变率效应，在材料表层高效率的形成高残余压应力和硬化层，一定程度上，应变率能够影响材料再结晶机制，还能机械诱导材料组织相变。

传统的滚压机床，在进行外加物理场辅助时，通常其外加物理场发生设备是独立可控制的，主要依靠定制的连接柄将的相应发生装置安装在数控机床刀架上,利用数控机床的分度功能控制滚压的进刀量。这种辅助物理场的主要缺点在于采用数控机床滚压受限于其紧凑的机械结构，空余的机床空间较少，不当的增加外加物理场发生设备极有可能会产生运动干涉的问题，且数控机床结构复杂，电气系统改造困难；加之这类数控机床价格昂贵，控制系统又往往是封闭系统，数控改造困难，不适用于大批量生产加工。

因此，综合考虑传统机床用超声滚压装置自由度受限与多场设备增添困难，外加物理场发生设备使用不便和存在安全隐患的问题，如何提出一种能够使用新型复合强化技术原理对超高强度钢材料进行表面强化，实现表面粗糙度大幅降低，表层大幅值(高于初始材料的屈服强度)、大层深残余压应力，表层微观组织纳米梯度变化，抑制表面裂纹萌生的电-磁-热-声多场复合辅助滚压装置具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与装置，旨在形成适用于超高强度钢结构件的电场-磁场-热场-超声应力场多场耦合的机器人滚压强化设备，通过多场耦合的共同作用，解决针对超高强度钢结构件单一场和特定双场耦合强化效果不明显的问题，在大幅改善超高强度钢结构件表面的质量和零件表层的残余应力分布的同时，利用高密度电脉冲作用时的电子流及其热效应、磁场的磁致伸缩效应、热场的热软化效应、超声的应变率效应等对超高强度钢材料组织的耦合影响，更加高效的引入更大的表层残余压应力，通过提高超高强度钢结构件的表面完整性指标，进一步提高超高强度钢结构件的耐磨性、耐腐蚀性等物理、化学性能，最终实现超高强度钢结构件疲劳寿命的提高。

本发明提供的具体技术方案如下：

一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与装置，包括六自由度工业机器人、激光热场-超声应力场组件、随形接触电刷机构、脉冲磁场导引机构、磁场强度监控系统、漏电监测系统、高频电源、脉冲磁场发生电源、多场滚压总控制柜。所述激光热场-超声应力场组件，用以实现激光热场与超声应力场双场耦合辅助滚压加工；所述滚珠式随形接触电刷机构，用以时刻保持与超高强度钢结构件接触，从而在待滚压区域的两侧形成电流通路，以供在待滚压区域形成局部电场；所述漏电监测系统的传感器安装在超声应力场组件的外壳上，用以监测复合滚压装置是否存在漏电现象；所述脉冲磁场导引机构与所述磁场强度监控系统通过非铁磁性绝缘支架固定安装在超声应力场组件的外壳上，用以导引脉冲磁场并在超高强度钢结构件待滚压区域形成可控强度的局部磁场。

进一步的，所述激光热场-超声应力场组件包括超声应力场组件、高刚度连接法兰、非铁磁性绝缘耐热滚压头、激光发生组件、激光头；所述超声应力场组件通过内六角螺栓与高刚度连接法兰的一端固定连接，所述高刚度连接法兰的另一端使用销轴定位并固定安装在重载型六自由度工业机器人第六关节末端；所述非铁磁性绝缘耐热滚压头可更换安装在超声应力场组件上；所述激光发生组件固定安装在重载型六自由度工业机器人的第三轴上并与激光头相连接；所述激光头可动安装在超声应力场组件的前侧外壳上，从而实现激光热场焦点位置的调节。

进一步的，所述随形接触电刷机构分为左右两个镜像结构，其中一个结构包括绝缘空心支架、高扭矩步进电机、输出轴套、自润滑尼龙推板、光轴、压缩弹簧、阻燃电线、耐磨电刷固定架、自锁螺母、内六角螺栓、耐磨电刷。所述绝缘空心支架固定连接在超声应力场组件的外壳左右两侧边上，用以为随形接触电刷机构零件提供安装框架；所述高扭矩步进电机通过内六角螺栓安装在所述绝缘空心支架的内部；所述输出轴套一端与高扭矩步进电机的输出轴过盈配合，所述输出轴套的另一端与所述自润滑尼龙推板螺纹配合，从而将所述高扭矩步进电机输出旋转运动转换成所述自润滑尼龙推板的直线运动；所述输出轴套的左右两侧各设置有一根光轴，两根光轴的一端均通过螺纹连接紧固在绝缘空心支架上；所述自润滑尼龙推板可滑动地套设于所述两根光轴上，所述两根光轴的末端可动地套设有所述耐磨电刷固定架，所述耐磨电刷固定架与所述自润滑尼龙推板之间的光轴上设置有所述压缩弹簧，每根光轴的末端螺纹连接有所述自锁螺母；所述自润滑尼龙推板可以在所述高扭矩步进电机的驱动下沿着两根光轴做上下直线平动，从而实现对所述压缩弹簧的压紧，进而改变弹簧的刚度，实现针对不同曲率超高强度钢结构件表面的快速贴合；通过所述自锁螺母限制所述耐磨电刷固定架的位移行程，保证所述耐磨电刷固定架不会从光轴上脱离；所述耐磨电刷通过内六角螺栓固定在所述耐磨电刷固定架上，所述耐磨电刷通过所述阻燃电线与所述高频电源的正负极相接，用以保证左右两个电刷在与超高强度钢结构件接触后，在待滚压区域的两侧形成电流通路，即在待滚压区域形成局部电场。

进一步的，所述脉冲磁场导引机构由位于所述超声应力场组件的外壳两侧的镜像结构构成，单侧结构包括绝缘非铁磁性高刚度支架、磁场导引铁芯、脉冲磁场发生线圈、弹簧阻尼模块、滑动接触板。在超声应力场组件的外壳左右两侧面上各固定连接由一所述绝缘非铁磁性高刚度支架，用以为脉冲磁场导引机构提供安装与支撑框架；所述磁场导引铁芯固定安装在所述绝缘非铁磁性高刚度支架上，并从所述脉冲磁场发生线圈中穿过，将脉冲磁场发生线圈所生成的磁感线约束在所述磁场导引铁芯中；所述弹簧阻尼模块由铁磁性材料所制其可拆卸地安装在所述磁场导引铁芯内；所述滑动接触板由可更换滚子与滚子保持架组成，滚子与滚子保持架均为铁磁性材料，滑动接触板固定安装在弹簧阻尼模块的输出端上。

进一步的，所述磁场强度监控系统包括霍尔传感器、信号采集与处理器。所述霍尔传感器安装在所述滑动接触板内，用以测量通过铁芯导引到接触板位置的磁场强度大小；所述信号采集与处理器固定在超声应力场组件的外壳上，并通过带绝缘保护的导线与霍尔传感器相连，一方面为霍尔传感器工作提供电力，另一方面接收并处理霍尔传感器返回的模拟信号，在经过放大滤波后计算出实时的磁场强度大小，并将数据传输给所述脉冲磁场发生电源。

进一步的，所述漏电监测系统包括电压表、导线、继电器、短报文发送模块。所述电压表的正极与超声应力场组件的外壳通过导线连接，其负极通过导线与地相连，用以测量超声应力场组件的外壳到地之间的是否存在较大的电压差；所述继电器的输出端同样连接超声应力场组件的外壳与地，用以在检测到高于36V的电压差后形成通路，将漏出的电荷导入地面；所述短报文发送模块在继电器闭合后，向所述多场滚压总控制柜发送警报信息，多场滚压总控制柜触发急停。

进一步的，所述复合滚压总控制柜中集成所述高频电源、脉冲磁场发生电源，复合滚压总控制柜循环扫描磁场强度监控系统、漏电监测系统状态，当各个子系统任意一个产生异常时，自动进入急停状态，保护设备和人员安全；所述复合滚压总控制柜作为上位机根据内置的电-磁-热-声多场辅助滚压专家系统自动规划超高强度钢结构件的加工工艺流程，在确定电-磁-热-声多场的各种工艺参数后，向激光热场-超声应力场控制组件、高频电源、脉冲磁场发生电源传输并设定的工艺参数，同时接受由机器人控制系统发送的预定轨迹控制指令，在根据确定工艺路径、工艺参数进行轨迹优化后，传输并修改预定的轨迹控制指令，得到最终机器人执行的运动控制指令，即通过多场复合滚压总控制柜协调控制电-磁-热-声多场复合滚压加工各组件和机器人。

采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的机器人专用电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与装置，可被重载六自由度工业机器人夹持，能够充分发挥出工业机器人的灵活性，且该装置随形接触电刷机构、脉冲磁场导引机构都具备一定的随形接触能力，激光热场焦点可调，因此可以实现对平面、曲面超高强度钢结构零件的多场复合辅助表面滚压强化加工，同时以工业机器人系统为平台搭建的智能装备具备更强的可扩展性，极大地减小了包括设备采购、使用、维护、升级等方面的成本，具有很强的经济效益。

(2)本发明所述的机器人专用电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与装置，通过将脉冲电场、脉冲磁场、激光热场以及超声应力场多种物理场耦合，可以利用外加物理场对材料的特殊作用机制，主要包括电脉冲的微裂纹修复、磁场的磁诱导相变、温度场的热软化效应、超声冲击的高应变率变形等作用机制，通过多种物理场相互耦合，在改善工件表面粗糙度的同时，使得工件内部的金相组织、元素分布、残余应力分布、最大残余压应力值等性能的综合提升，实现超高强度钢结构零件疲劳寿命的大幅提升。

(3)本发明所述的机器人专用电-磁-热-声多场复合滚压强化方法与装置，其激光热场-超声应力场组件的非铁磁性绝缘耐热滚压头和脉冲磁场导引机构的弹簧阻尼模块可更换安装，根据不同的加工对象几何结构以及加工工艺需求，可选用不同型号的非铁磁性绝缘耐热滚压头、不同阻尼比和弹性系数的弹簧阻尼模块；且随形接触电刷机构除了更换不同弹性系数的压缩弹簧外，压缩弹簧的刚度还可由伺服电机驱动自润滑尼龙推板上下移动而改变，因此能够根据被加工超高强度钢结构零件表面曲率，更加精确的调节电刷与零件表面接触条件，保证脉冲电场的施加更加安全可靠。本装置结构简单且便于维护保养，当滚压头、电刷等易损部件出现损坏时，可快捷方便地对其进行维修、更换。

附图说明：

图1为本发明机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置加工示意图；

图2为本发明随形接触电刷机构结构示意图；

图3为本发明机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置前视图；

图中：重载型六自由度工业机器人1、激光热场-超声应力场组件2、随形接触电刷机构3、脉冲磁场导引机构4、磁场强度监控系统5、漏电监测系统6、高频电源7、脉冲磁场发生电源8、多场滚压总控制柜9、超高强度钢结构件10、高刚度连接法兰11、超声应力场组件12、非铁磁性绝缘耐热滚压头13、激光发生组件14、激光头15、外壳16、绝缘空心支架17、高扭矩步进电机18、输出轴套19、光轴20、自润滑尼龙推板21、压缩弹簧22、阻燃电线23、耐磨电刷固定架24、自锁螺母25、内六角螺栓26、耐磨电刷27、绝缘非铁磁性高刚度支架28、磁场导引铁芯29、脉冲磁场发生线圈30、弹簧阻尼模块31、滑动接触板32、可更换滚子33、滚子保持架34、霍尔传感器35、信号采集与处理器36、电压表37、导线38、继电器39、短报文发送模块40。

具体实施方式

以下结合附图1-3，对本发明进一步说明。

一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，包括重载型六自由度工业机器人、激光热场-超声应力场组件2、随形接触电刷机构3、脉冲磁场导引机构4、磁场强度监控系统5、漏电监测系统6、高频电源7、脉冲磁场发生电源8、多场滚压总控制柜9；所述激光热场-超声应力场组件2包括激光发声组件14和超声应力场组件12，用以实现激光热场与超声应力场；所述超声应力场组件12通过高刚度连接法兰11连接于所述六自由度工业机器人的第六关节末端，所述随形接触电刷机构3与所述脉冲磁场导引机构4均设置于所述超声应力场组件12的两侧，所述磁场强度监控系统5与所述漏电监测系统6设置于所述超声应力场组件12上，所述随形接触电刷机构3与所述高频电源7相连接并保持与超高强度钢结构件接触，从而在待滚压区域的两侧形成电流通路，以供在待滚压区域形成局部电场；所述脉冲磁场导引机构4与所述脉冲磁场发生电源8相连接，用以导引脉冲磁场并在超高强度钢结构件待滚压区域形成可控强度的局部磁场；所述多场滚压总控制柜9与所述重载型六自由度工业机器人、所述激光热场-超声应力场组件2、所述随形接触电刷机构3、所述脉冲磁场导引机构4、所述磁场强度监控系统5以及所述漏电监测系统6控制连接。

进一步地，所述激光热场-超声应力场组件2还包括非铁磁性绝缘耐热滚压头13、激光头15。所述超声应力场组件12的外壳16与所述高刚度连接法兰11的一端固定连接，所述高刚度连接法兰11的另一端使用销轴定位并固定安装在所述重载型六自由度工业机器人的第六关节末端；所述非铁磁性绝缘耐热滚压头13可更换地安装在超声应力场组件12上，所述激光发生组件14固定安装在重载型六自由度工业机器人1的第三轴上；所述激光头15与所述激光发生组件14相连接并且可上下运动地安装在外壳16的前侧面上，用以实现激光热场焦距位置的调节。

进一步地，所述随形接触电刷机构3由位于外壳16左右侧的两个镜像结构构成，单侧的结构包括绝缘空心支架17、高扭矩步进电机18、输出轴套19、光轴20、自润滑尼龙推板21、压缩弹簧22、阻燃电线23、耐磨电刷固定架24、自锁螺母25、内六角螺栓26、耐磨电刷27。所述绝缘空心支架17固定连接在超声应力场组件12的外壳16左右两侧面上，用以为随形接触电刷机构3零件提供安装框架；所述高扭矩步进电机18通过内六角螺栓安装在所述绝缘空心支架17的内部；所述输出轴套19一端与高扭矩步进电机的输出轴过盈配合，所述输出轴套19的另一端与所述自润滑尼龙推板21螺纹配合，从而将所述高扭矩步进电机18输出旋转运动转换成所述自润滑尼龙推板21的直线运动；所述输出轴套19的左右两侧各设置有一根光轴20，两根光轴20的一端均通过螺纹连接紧固在绝缘空心支架上；所述自润滑尼龙推板21可滑动地套设于所述两根光轴20上，所述两根光轴20的末端可动地套设有所述耐磨电刷固定架24，所述耐磨电刷固定架24与所述自润滑尼龙推板21之间的光轴上设置有所述压缩弹簧22，每根光轴20的末端螺纹连接有所述自锁螺母25；所述自润滑尼龙推板21可以在所述高扭矩步进电机18的驱动下沿着两根光轴20做上下直线平动，从而实现对所述压缩弹簧22的压紧，进而改变弹簧的刚度，实现针对不同曲率超高强度钢结构件表面的快速贴合；通过所述自锁螺母25限制所述耐磨电刷固定架24的位移行程，保证所述耐磨电刷固定架24不会从光轴20上脱离；所述耐磨电刷27通过内六角螺栓固定在所述耐磨电刷固定架24上，所述耐磨电刷27通过所述阻燃电线23与所述高频电源7的正负极相接，用以保证左右两个电刷在与超高强度钢结构件接触后，在待滚压区域的两侧形成电流通路，即在待滚压区域形成局部电场。

进一步的，所述脉冲磁场导引机构4由位于所述超声应力场组件的外壳两侧的镜像结构构成，其中一个结构包括绝缘非铁磁性高刚度支架28、磁场导引铁芯29、脉冲磁场发生线圈30、弹簧阻尼模块31、滑动接触板32。在所述外壳(16)的左右两侧面上各固定连接有一所述绝缘非铁磁性高刚度支架28，用以为脉冲磁场导引机构4提供安装与支撑框架；所述磁场导引铁芯29固定安装在所述绝缘非铁磁性高刚度支架28上，并从所述脉冲磁场发生线圈30中穿过，将脉冲磁场发生线圈30所生成的磁感线约束在所述磁场导引铁芯29中；所述弹簧阻尼模块31由铁磁性材料所制其可更换安装在所述磁场导引铁芯29内，用以保证磁场导引铁芯(29)与超高强度钢结构件的可靠接触；所述滑动接触板32由可更换滚子33与滚子保持架34组成，滚子33与滚子保持架34均为铁磁性材料，滑动接触板32固定安装在弹簧阻尼模块31的输出端上。

进一步的，所述磁场强度监控系统5包括霍尔传感器35、信号采集与处理器36。所述霍尔传感器35安装在所述滑动接触板32内，用以测量通过磁场导引铁芯29到滑动接触板32位置的磁场强度大小；所述信号采集与处理器36固定在超声应力场组件12的外壳16上，并通过带绝缘保护的导线与霍尔传感器35相连，一方面为霍尔传感器35工作提供电力，另一方面接收并处理霍尔传感器35返回模拟信号，在经过放大滤波后计算出实时的磁场强度大小，并将数据传输给所述脉冲磁场发生电源8。

进一步的，所述漏电监测系统6包括电压表37、导线38、继电器39、短报文发送模块40。所述电压表37的正极与超声应力场组件12的外壳16通过导线38连接，其负极通过导线38与地相连，用以测量超声应力场组件12的外壳16到地之间的电压差；所述继电器39的输出端同样连接超声应力场组件12的外壳16与地，用以在检测到高于36V的电压差后闭合形成通路，将漏出的电荷导入地；所述短报文发送模块40在继电器39闭合后，向所述多场滚压总控制柜9发送警报信息，多场滚压总控制柜9触发急停。

进一步的，所述复合滚压总控制柜9中集成所述高频电源7、脉冲磁场发生电源8，多场滚压总控制柜9循环扫描磁场强度监控系统5、漏电监测系统6状态，当各个子系统任意一个产生异常时，自动进入急停状态，保护设备和人员安全；所述复合滚压总控制柜9作为上位机根据内置的电-磁-热-声多场辅助滚压专家系统自动规划超高强度钢结构件10的加工工艺流程，在确定电-磁-热-声多场的各种工艺参数后，向激光热场-超声应力场组件12、高频电源7、脉冲磁场发生电源8传输并设定的工艺参数，同时接受由重载型工业机器人1控制系统发送的预定轨迹控制指令，在根据确定工艺路径、工艺参数进行轨迹优化后，传输并修改预定的轨迹控制指令，得到最终重载型工业机器人1执行的运动控制指令，即通过多场复合滚压总控制柜9协调控制电-磁-热-声多场复合滚压加工各组件和机器人对超高强度钢材料进行表面强化，实现表面粗糙度大幅降低，表层大幅值(高于初始材料的屈服强度)、大层深残余压应力，表层微观组织呈纳米梯度变化的深滚强化效果，进而抑制表面裂纹的萌生，提升结构件耐磨性、耐腐蚀性等物理化学学性能，延长结构件的疲劳寿命。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，包括六自由度工业机器人、激光热场-超声应力场组件(2)、随形接触电刷机构(3)、脉冲磁场导引机构(4)、磁场强度监控系统(5)、漏电监测系统(6)、高频电源(7)、脉冲磁场发生电源(8)、多场滚压总控制柜(9)；所述激光热场-超声应力场组件(2)包括激光发声组件(14)和超声应力场组件(12)，用以实现激光热场与超声应力场；所述超声应力场组件(12)通过高刚度连接法兰(11)连接于所述六自由度工业机器人的第六关节末端，所述随形接触电刷机构(3)与所述脉冲磁场导引机构(4)均设置于所述超声应力场组件(12)的两侧，所述磁场强度监控系统(5)与所述漏电监测系统(6)设置于所述超声应力场组件(12)上，所述随形接触电刷机构(3)与所述高频电源(7)相连接并保持与超高强度钢结构件接触，从而在待滚压区域的两侧形成电流通路，以供在待滚压区域形成局部电场；所述脉冲磁场导引机构(4)与所述脉冲磁场发生电源(8)相连接，用以导引脉冲磁场并在超高强度钢结构件待滚压区域形成可控强度的局部磁场；所述多场滚压总控制柜(9)与所述六自由度工业机器人、所述激光热场-超声应力场组件(2)、所述随形接触电刷机构(3)、所述脉冲磁场导引机构(4)、所述磁场强度监控系统(5)、所述漏电监测系统(6)控制连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述激光热场-超声应力场组件(2)还包括非铁磁性绝缘耐热滚压头(13)、激光头(15)。所述超声应力场组件(12)的外壳(16)与所述高刚度连接法兰(11)的一端固定连接，所述高刚度连接法兰(11)的另一端使用销轴定位并固定安装在所述六自由度工业机器人的第六关节末端；所述非铁磁性绝缘耐热滚压头(13)可更换地安装在超声应力场组件(12)上，所述激光发生组件(14)固定安装在所述六自由度工业机器人(1)的第三轴上；所述激光头(15)与所述激光发生组件(14)相连接并且可上下运动地安装在外壳(16)的前侧面上，用以实现激光热场焦距位置的调节。

3.根据权利要求1所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述随形接触电刷机构(3)由位于所述超声应力场组件(12)的外壳(16)左右侧的两个镜像结构构成，单侧的结构包括绝缘空心支架(17)、高扭矩步进电机(18)、输出轴套(19)、光轴(20)、自润滑尼龙推板(21)、压缩弹簧(22)、阻燃电线(23)、耐磨电刷固定架(24)、自锁螺母(25)、内六角螺栓、耐磨电刷(27)。所述绝缘空心支架(17)固定连接在所述外壳(16)的左右两侧面上；所述高扭矩步进电机(18)通过内六角螺栓安装在所述绝缘空心支架(17)的内部；所述输出轴套(19)一端与高扭矩步进电机的输出轴过盈配合，所述输出轴套(19)的另一端与所述自润滑尼龙推板(21)螺纹配合，从而将所述高扭矩步进电机(18)输出旋转运动转换成所述自润滑尼龙推板(21)的直线运动；所述输出轴套(19)的左右两侧各设置有一根光轴(20)，两根光轴(20)的一端均通过螺纹连接紧固在绝缘空心支架上；所述自润滑尼龙推板(21)可滑动地套设于所述两根光轴(20)上，所述两根光轴(20)的末端可动地套设有所述耐磨电刷固定架(24)，所述耐磨电刷固定架(24)与所述自润滑尼龙推板(21)之间的光轴上设置有所述压缩弹簧(22)，每根光轴(20)的末端螺纹连接有所述自锁螺母(25)；所述自润滑尼龙推板(21)可以在所述高扭矩步进电机(18)的驱动下沿着两根光轴(20)做上下直线平动，从而实现对所述压缩弹簧(22)的压紧，进而改变弹簧的刚度，实现针对不同曲率超高强度钢结构件表面的快速贴合；通过所述自锁螺母(25)限制所述耐磨电刷固定架(24)的位移行程，保证所述耐磨电刷固定架(24)不会从光轴(20)上脱离；所述耐磨电刷(27)通过内六角螺栓固定在所述耐磨电刷固定架(24)上，所述耐磨电刷(27)通过所述阻燃电线(23)与所述高频电源(7)的正负极相接，用以保证左右两个电刷在与超高强度钢结构件接触后，在待滚压区域的两侧形成电流通路，即在待滚压区域形成局部电场。

4.根据权利要求1所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述脉冲磁场导引机构(4)由位于所述超声应力场组件(12)的外壳(16)两侧的镜像结构构成，单侧的镜像结构包括绝缘非铁磁性高刚度支架(28)、磁场导引铁芯(29)、脉冲磁场发生线圈(30)、弹簧阻尼模块(31)、滑动接触板(32)。在所述外壳(16)的左右两侧面上各固定连接有一所述绝缘非铁磁性高刚度支架(28)，；所述磁场导引铁芯(29)固定安装在所述绝缘非铁磁性高刚度支架(28)上，并从所述脉冲磁场发生线圈(30)中穿过，所述脉冲磁场发生线圈(30)所生成的磁感线被约束在所述磁场导引铁芯(29)中；所述弹簧阻尼模块(31)由铁磁性材料所制其可拆卸地安装在所述磁场导引铁芯(29)内，用以保证磁场导引铁芯(29)与超高强度钢结构件的可靠接触；所述滑动接触板(32)由可更换的滚子与滚子保持架组成，滚子与滚子保持架均为铁磁性材料，所述滑动接触板(32)固定安装在所述弹簧阻尼模块(31)的输出端上。

5.根据权利要求4所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述磁场强度监控系统(5)包括霍尔传感器(35)以及信号采集与处理器(36)。所述霍尔传感器(35)安装在所述滑动接触板(32)内，用以测量通过磁场导引铁芯29到滑动接触板32位置的磁场强度大小；所述信号采集与处理器(36)固定在超声应力场组件的外壳上，并通过带绝缘保护的导线与所述霍尔传感器(35)相连，一方面为霍尔传感器工作提供电力，另一方面接收并处理所述霍尔传感器(35)返回的模拟信号，在经过放大滤波后计算出实时的磁场强度大小，并将数据传输给所述脉冲磁场发生电源(8)。

6.根据权利要求1所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述漏电监测系统(6)包括电压表(37)、导线、继电器(39)、短报文发送模块(40)。所述电压表(37)的正极与超声应力场组件(12)的外壳(16)通过导线连接，其负极通过导线与地相连，用以测量超声应力场组件(12)的外壳(16)到地之间的电压差；所述继电器(39)的输出端同样连接超声应力场组件的外壳(16)与地，用以在检测到高于设定值的电压差后闭合形成通路，将漏出的电荷导入地面；所述短报文发送模块(40)在所述继电器(39)闭合后，向所述多场滚压总控制柜(9)发送警报信息。

7.根据权利要求6所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述设定值为36V。

8.根据权利要求1所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，所述高频电源(7)与所述脉冲磁场发生电源(8)集成设置于所述多场滚压总控制柜(9)上。

9.根据权利要求1所述的机器人专用的电-磁-热-声多场复合滚压强化装置，其特征在于，多场滚压总控制柜(9)可循环扫描磁场强度监控系统(5)、漏电监测系统(6)状态，当各个子系统任意一个产生异常时，自动控制进入急停状态。

Images