CN114274116A - 一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，包括：拼接形成的环形轨道；设置于所述环形轨道上且可沿着所述环形轨道运动的增材机器人，所述增材机器人设有增材工具和增材3D视觉测量工具；以及设置于所述环形轨道上且可沿着所述环形轨道运动的减材机器人，所述减材机器人设有减材工具和减材3D视觉测量工具。本发明的有益效果：可同时进行增减材混合制造作业，实现水轮机在位修复的功能确保不受现场恶劣环境的影响，同时能够确保加工质量稳定，实现大型水轮机过流面的高效、精确修复，使大型水轮机能够提前重新投入发电，产生显著经济效益。

Description

一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置

技术领域

本发明涉及水轮机修复设备技术领域，尤其涉及一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置。

背景技术

用于水力发电的大型轴流式水轮机安装在大坝里面距离地面几十米深度处，水轮机经过一段时间的使用后，由于水流的冲刷，水轮机的过流面会出现腐蚀和磨蚀，严重影响水轮机的安全运行和使用寿命，水轮机大面积的腐蚀和磨蚀面主要发生于水轮机的侧壁，而水轮机的侧壁已和混凝土浇筑在一起，水轮机侧壁无法拆卸，无法返厂进行修复。此外，水轮机的叶片也存在少量的腐蚀和磨蚀，由于水轮机叶片重量一般达几十吨，叶片拆装极其困难，返厂修复所耗工期长，因此叶片也不会适合返厂进行修复。为此，最经济可行的修复方式是在位修复，即水轮机和叶片都在原位进行修复。

现阶段在对水轮机进行在位修复时，先采用焊接技术由人工对腐蚀和磨蚀区域进行焊接(增材)，然后由人工将焊后区域进行打磨(减材)，由于现场环境恶劣，水轮机内部为一封闭结构，打磨区域直径大(10米左右)、高度高(5米左右)，存在光线不足、粉尘严重、通道空间狭小(进入转轮室的通道尺寸仅600×800mm)以及工人技术水平参差不齐等问题，导致水轮机过流面的修复不理想。

发明内容

有鉴于此，为了解决大型轴流式水轮机的过流面的修复问题，本发明的实施例提供了一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置。

本发明的实施例提供一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，包括：

拼接形成的环形轨道；

设置于所述环形轨道上且可沿着所述环形轨道运动的增材机器人，所述增材机器人设有增材工具和增材3D视觉测量工具，所述增材3D视觉测量工具用于对需增材区域进行3D视觉测量，获得需增材区域的三维点云数据，以确定所述增材工具的运动轨迹；

以及设置于所述环形轨道上且可沿着所述环形轨道运动的减材机器人，所述减材机器人设有减材工具和减材3D视觉测量工具，所述减材3D视觉测量工具用于对需减材区域进行3D视觉测量，获得需减材区域的三维点云数据，以确定所述减材工具的运动轨迹。

进一步地，所述增材机器人底部设有增材机器人小车，所述增材机器人小车安装于所述环形轨道上，所述增材机器人小车设有增材径向模组和增材轴向模组，以分别使所述增材机器人径向移动和轴向移动；

所述减材机器人底部设有减材机器人小车，所述增材机器人小车安装于所述环形轨道上，所述减材机器人小车设有减材径向模组和减材轴向模组，以分别使所述减材机器人径向移动和轴向移动。

进一步地，所述增材机器人小车和所述减材机器人小车设有锁紧部件，以与所述环形轨道锁止。

进一步地，所述锁紧部件均包括气缸，所述气缸可与所述环形轨道抵紧以对所述增材机器人小车或所述减材机器人小车锁止。

进一步地，所述环形轨道包括多段依次拼接的弧形的轨道段。

进一步地，所述环形轨道包括内圈轨道、及环绕所述内圈轨道设置的外圈轨道，所述内圈轨道和所述外圈轨道之间通过多个轨道横梁连接。

进一步地，所述环形轨道还包括多个承载支架，各所述承载支架环绕所述环形轨道间隔设置，每一所述承载支架包括对所述环形轨道调平的水平调节部件、以及对所述环形轨道调心的径向调节部件。

进一步地，所述径向调节部件包括法兰、支撑架和多个垫片，所述法兰设置一侧与水轮机内壁固定连接、另一侧通过紧固件连接所述支撑架，所述支撑架连接所述环形轨道，各所述垫片设置于所述法兰与所述支撑架之间。

进一步地，所述水平调节部件包括竖直设置于所述支撑架上的螺纹连接件，所述螺纹连接件螺纹连接所述环形轨道，调节所述螺纹连接件以对所述环形轨道调平。

进一步地，所述水平调节部件还包括下定位板、以及与所述下定位板相对设置的上活动板，所述下定位板固定于所述支撑架上，所述上活动板连接所述环形轨道，所述螺纹连接件连接所述下定位板和所述上活动板。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，在水轮机内通过拼接的方式组装环形轨道、以及增材机器人和减材机器人，进而对需要增材区域进行增材、对需要减材区域进行减材，可同时进行增减材混合制造作业，实现水轮机在位修复的功能确保不受现场恶劣环境的影响，同时能够确保加工质量稳定，实现大型水轮机过流面的高效、精确修复，使大型水轮机能够提前重新投入发电，产生显著经济效益。

附图说明

图1是本发明一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是承载支架的结构示意图；

图4是图1中B处的局部放大图；

图5是图1中C处的局部放大图。

图中：1-环形轨道、101-内圈轨道、102-外圈轨道、103-轨道横梁、104-径向调节部件、104a-法兰、104b-支撑架、104c-垫片、104d-紧固件、105-水平调节部件、105a-定位螺杆、105b-上活动螺栓、105c-下活动螺栓、105d-立柱、105e-下定位板、105f-上活动板、106-气缸、107-安装架、2-增材机器人、201-增材工具、202-增材3D视觉测量工具、203-增材机器人小车、204-增材径向模组、205-增材轴向模组、3-减材机器人、301-减材工具、302-减材3D视觉测量工具、303-减材机器人小车、304-减材径向模组、305-减材轴向模组、4-水轮机、5-检修排架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本发明的基本了解，但并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，设置于所述水轮机4内，用于对所述水轮机4过流面的修复，尤其适用于内部空间狭小的水轮机4，起重和搬运设备均无法使用的场景。该水轮机移动式机器人增减材混合制造装置包括环形轨道1、增材机器人2和减材机器人3。

如图2和3所示，所述环形轨道1通过拼接形成，其在所述水轮机4内部完成拼接。具体而言，所述环形轨道1包括多段依次拼接的弧形的轨道段。所述环形轨道1包括内圈轨道101、及环绕所述内圈轨道101设置的外圈轨道102，所述内圈轨道101和所述外圈轨道102均包括多段，并且所述内圈轨道101各段的拼接处与所述外圈轨道102各段的拼接处通过多个轨道横梁103连接，这样所述轨道横梁103一方面紧固连接所述内圈轨道101的各段形成完整的内圈轨道101、以及紧固连接所述外圈轨道102的各段形成完整的外圈轨道102；另一方面紧固连接所述内圈轨道101和外圈轨道102使二者固定一起。

所述环形轨道1还包括多个承载支架，各所述承载支架环绕所述环形轨道1间隔设置，所述环形轨道1底部通过多个所述承载支架安装于所述水轮机4内部。每一所述承载支架包括以对所述环形轨道1调平的水平调节部件105、以及对所述环形轨道1调心的径向调节部件104。

如图3所示，所述径向调节部件104包括法兰104a、支撑架104b和多个垫片104c。本实施例中所述法兰104a设计成“王”字形结构，能够更好地承受弯矩和剪力，同时具有重量轻的优点。所述法兰104a一侧与水轮机4内壁贴合并固定连接，如通过焊接连接。所述支撑架104b为三角形的中空支架，所述法兰104a的另一侧通过紧固件连接所述支撑架104d的一侧，本实施例中所述紧固件104d选择横向调节螺栓。所述支撑架104b连接所述环形轨道1，各所述垫片104c设置于所述法兰104a与所述支撑架104b之间。所述垫片104c近似为E形，所述紧固件104d设置多个，排列为多行，每行两个，每一行的两所述紧固件104d穿过一所述垫片104c并紧固所述法兰104a和所述支撑架104b。所述垫片104c的数量可以灵活设置，多个所述垫片104c叠加以改变所述法兰104a和所述支撑架104b之间的距离，进而径向调整所述环形轨道1，调节所述环形轨道1的轴心位置。

所述水平调节部件105包括竖直设置于所述支撑架104b上的螺纹连接件，所述螺纹连接件螺纹连接所述环形轨道1，调节所述螺纹连接件以对所述环形轨道1调平。具体而言，所述水平调节部件105还包括下定位板105e、以及与所述下定位板105e相对设置的上活动板105f。所述下定位板105e通过立柱105d固定于所述支撑架104b上，所述立柱105d下端固定连接所述支撑架104b、上端固定连接所述下定位板105e。

所述螺纹连接件可以设置多个，每一所述螺纹连接件连接所述下定位板105e和所述上活动板105f，所述螺纹连接件包括定位螺杆105a、以及套设于所述定位螺杆105a上的上活动螺母105b和下活动螺母105c，其中所述定位螺杆105a下端固定连接所述下定位板105e、中部贯穿所述上活动板105f，所述上活动螺母105b和所述下活动螺母105c分别位于所述上活动板105f的上下两侧并将所述上活动板105f夹紧。所述上活动板105f固定连接所述环形轨道1，这样通过调节所述上活动螺母105b和所述下活动螺母105c的位置，可以调节上活动板105f的高度，即可以调节所述环形轨道1的水平度。

需要说明的是，所述水平调节部件105可以设置多个，同时所述支撑架104b上部设有多个立柱105d，各所述立柱105d沿着所述轨道横梁103长度方向间隔设置，每一所述水平调节部件105设置于一所述立柱105d上部并连接轨道横梁103，这样实现对所述环形轨道1的多点调节及稳定支撑。

如图1和4所示，所述增材机器人2设置于所述环形轨道1上且可沿着所述环形轨道1运动。具体的，所述增材机器人2底部设有增材机器人小车203，所述增材机器人小车203安装于所述环形轨道1上。所述增材机器人小车203设有增材径向模组204和增材轴向模组205，所述增材径向模组204安装于所述增材机器人小车203上部，所述增材径向模组204主要由齿轮和齿条组成的直线传送机构组成，使所述增材机器人2可沿着所述环形轨道1径向移动。所述增材轴向模组205安装于所述增材径向模组204上，所述增材轴向模组205主要由气缸组成，以驱动所述增材机器人2沿着所述环形轨道1轴向方向升降。

继续如图4所示，所述增材机器人2设有增材工具201和增材3D视觉测量工具202，所述增材工具201和所述增材3D视觉测量工具202分别安装于所述增材机器人2的末端。所述增材3D视觉测量工具202用于对需增材区域进行3D视觉测量，获得需增材区域的三维点云数据，并将三维点云数据输送至所述增材机器人2的控制系统，所述增材机器人2的控制系统根据三维点云数据确定所述增材工具201的运动轨迹，进而控制所述增材工具201对所述水轮机4内壁的需增材区域进行增材制造。

类似的，如图1和5所示，所述减材机器人3也设置于所述环形轨道1上且可沿着所述环形轨道1运动。具体的，所述减材机器人3底部设有减材机器人小车303，所述减材机器人小车303安装于所述环形轨道1上。所述减材机器人小车303设有减材径向模组304和减材轴向模组305，所述减材径向模组304安装于所述减材机器人小车303上部，所述减材径向模组304主要由齿轮和齿条组成的直线传送机构组成，使所述减材机器人3可沿着所述环形轨道1径向移动。所述减材轴向模组305安装于所述减材径向模组304上，所述减材轴向模组305主要由气缸组成，以驱动所述减材机器人3沿着所述环形轨道1轴向升降。

继续如图5所示，所述减材机器人3设有减材工具301和减材3D视觉测量工具302，所述减材工具301和所述减材3D视觉测量工具302分别安装于所述减材机器人3的末端。所述减材3D视觉测量工具302用于对需减材区域进行3D视觉测量，获得需减材区域的三维点云数据，并将三维点云数据输送至所述减材机器人3的控制系统，所述减材机器人3的控制系统根据三维点云数据确定所述减材工具301的运动轨迹，进而控制所述减材工具301对所述水轮机4内壁的需减材区域进行减材制造。

如图1所示，由于在对水轮机4进行修复的过程中，需要将所述增材机器人小车2和所述减材机器人小车3移动并在多个位置与轨道锁紧，防止所述增材机器人小车2和所述减材机器人小车3在进行增、减材制造过程中出现滑移，为提高作业效率，减轻操作人员工作强度，所述增材机器人小车2和所述减材机器人小车3设有锁紧部件，以与所述环形轨道锁止。

如图4所示，所述锁紧部件均包括气缸106，所述气缸106可与所述环形轨道1抵紧以对所述增材机器人小车2或所述减材机器人小车3锁止。具体的，所述气缸106通过U形安装架107，所述安装架107半包围所述外圈轨道102，并且一端固定连接所述增材机器人小车2或所述减材机器人小车3，所述气缸106安装于所述安装架107另一端。所述气缸106的输出端朝向所述环形轨道1，进而可抵紧所述环形轨道1表面，使所述增材机器人小车2或所述减材机器人小车3被锁止。使所述增材机器人小车2和所述减材机器人小车3的锁紧、防倾覆以及防脱轨功能，能够有效保证增减材混合制造装置对水轮机进行在位修复时的安全可靠。

上述水轮机移动式机器人增减材混合制造装置所有部件均采用模块化和轻量化设计，装置所有部件均可通过600×800mm的通道进入水轮机内部。在进行水轮机内部进行修复时，首先在修复排架5上，将各所述内圈轨道101的各段和所述外圈轨道102的各段环绕所述水轮机4拼接形成所述环形轨道1，并将所述环形轨道1通过多个承载支架固定于所述水轮机4内壁，之后将所述增材机器人2和所述减材机器人3安装于所述环形轨道1上。所述增材机器人2和所述减材机器人3彼此独立驱动，当所述增材机器人2完成增材制造后，所述减材机器人3在后面可以完成减材制造，增、减材制造同时进行，能够大幅度缩短水轮机的修复工期，显著提高经济效益。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于，包括：

拼接形成的环形轨道；

设置于所述环形轨道上且可沿着所述环形轨道运动的增材机器人，所述增材机器人设有增材工具和增材3D视觉测量工具，所述增材3D视觉测量工具用于对需增材区域进行3D视觉测量，获得需增材区域的三维点云数据，以确定所述增材工具的运动轨迹；

以及设置于所述环形轨道上且可沿着所述环形轨道运动的减材机器人，所述减材机器人设有减材工具和减材3D视觉测量工具，所述减材3D视觉测量工具用于对需减材区域进行3D视觉测量，获得需减材区域的三维点云数据，以确定所述减材工具的运动轨迹。

2.如权利要求1所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：

所述增材机器人底部设有增材机器人小车，所述增材机器人小车安装于所述环形轨道上，所述增材机器人小车设有增材径向模组和增材轴向模组，以分别使所述增材机器人径向移动和轴向移动；

所述减材机器人底部设有减材机器人小车，所述增材机器人小车安装于所述环形轨道上，所述减材机器人小车设有减材径向模组和减材轴向模组，以分别使所述减材机器人径向移动和轴向移动。

3.如权利要求2所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述增材机器人小车和所述减材机器人小车设有锁紧部件，以与所述环形轨道锁止。

4.如权利要求3所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述锁紧部件均包括气缸，所述气缸可与所述环形轨道抵紧以对所述增材机器人小车或所述减材机器人小车锁止。

5.如权利要求1所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述环形轨道包括多段依次拼接的弧形的轨道段。

6.如权利要求1所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述环形轨道包括内圈轨道、及环绕所述内圈轨道设置的外圈轨道，所述内圈轨道和所述外圈轨道之间通过多个轨道横梁连接。

7.如权利要求6所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述环形轨道还包括多个承载支架，各所述承载支架环绕所述环形轨道间隔设置，每一所述承载支架包括对所述环形轨道调平的水平调节部件、以及对所述环形轨道调心的径向调节部件。

8.如权利要求7所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述径向调节部件包括法兰、支撑架和多个垫片，所述法兰设置一侧与水轮机内壁固定连接、另一侧通过紧固件连接所述支撑架，所述支撑架连接所述环形轨道，各所述垫片设置于所述法兰与所述支撑架之间。

9.如权利要求8所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述水平调节部件包括竖直设置于所述支撑架上的螺纹连接件，所述螺纹连接件螺纹连接所述环形轨道，调节所述螺纹连接件以对所述环形轨道调平。

10.如权利要求9所述的一种水轮机移动式机器人增减材混合制造装置，其特征在于：所述水平调节部件还包括下定位板、以及与所述下定位板相对设置的上活动板，所述下定位板固定于所述支撑架上，所述上活动板连接所述环形轨道，所述螺纹连接件连接所述下定位板和所述上活动板。

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