CN114290216B - 一种复杂内表面柔性抛光及在线检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种复杂内表面柔性抛光及在线检测装置和方法，包括内窥镜、驱动装置、离心式抛光头、离心式抛光头开合状态锁紧装置、管内支撑架及钨丝外管。支撑架置于钨丝外管内部，内窥镜和驱动装置支伸入支撑架的圆柱孔内时；离心式抛光头和驱动装置通过螺纹连接，其开合动力由驱动装置提供，锁紧装置的外部圆柱推杆与管内支撑架过盈配合。使用时，整个装置由外部驱动伸入柔性管内表面，内窥镜对内表面状况进行在线检测，若内表面需修整，在离心力作用下，连杆机构在支撑杆上进行开合运动，通过连杆端部的球形磨头与待加工的内表面接触，进行修整。本发明将内表面状况在线检测与抛光修整结合到一起，可行性高且结构简单；能够避免抛光后局部差异较大地问题。

Description

一种复杂内表面柔性抛光及在线检测装置和方法

技术领域

本发明用于复杂内表面的研抛及形貌检测，尤其是针对复杂管道和柔性管道内表面，涉及一种内表面检测、抛光方法及内表面抛光装置。

背景技术

复杂管道和柔性管等复杂内表面大多形状复杂且细长，普通工具难以介入，很难用传统的研抛设备进行抛光。并且现阶段针对复杂管道和柔性管等复杂内表面的研抛技术与装备相对匮乏，主要集中于电化学加工和磁力光整加工等工艺及其装置，存在不够环保、效率低下、成本较高，并且不能同时进行在线检测等问题。所以亟需开发出一种具备柔性和自适应性的细长软管内表面抛光工艺和装备来解决复杂管道和柔性管等复杂内表面的抛光问题，以及来定点修整、清理内表面的焊瘤等杂质。

该研究有助于柔性管和复杂内表面制造工艺的改进，提高柔性管和复杂内表面的质量和性能，同时可以进行在线检测，进而提高应用柔性管以及复杂内表面的设备工作的稳定性和可靠性。同时，该抛光工艺可推广至半导体产业、原子能产业、生物化学行业、医疗器械行业以及食品机械行业的高清洁度流体输送软管的加工制造。提高生产效率，降低成本为企业带来一定的经济效益。

但是现有的管件内表面和复杂内表面的抛光装置存在一些问题，比如，专利CN202022723317.1采用离心式结构的抛光装置通过离心力实现开合运动，但装置的开合角度会受到转速的影响，没有对装置开合状态固定的结构，导致抛光过程不稳定，抛光效果不够理想；专利CN208663450U采用打磨块、抛光液以及转动打磨抛光的方式对不同粗细不锈钢钢管的内表面抛光，但该方法及装置结构复杂，抛光工序繁琐，并且不适用于复杂内表面的抛光以及不具有内表面状况检测功能；专利CN110181341A采用磁研磨法对管件内外表面研磨抛光，应用磁研磨法虽然能实现对复杂结构表面的研磨抛光，但由于磁极的运动形式大多比较单一，研磨轨迹也相对单一，对弯管等复杂柔性管的抛光就受到了限制；专利CN108115525A提出了一种内表面在线检测和修整一体化工具，该装置和方法虽然能对难以进入的部件的内表面进行在线修整，同时进行检测，但该装置的修整部分只能是局部，无法保证对内表面360°充分抛光，会造成局部差异度较大的问题，无法满足抛光精度要求，并且该装置对于不同管径的抛光也存在局限性；部分装置虽然能进行内表面的抛光，但无法进行在线检测等功能，对需要抛光的部位以及抛光后的效果不能及时得知，影响抛光效率。

为了满足复杂管道和柔性管等复杂内表面的抛光精度要求，能够进行在线检测以及定点修整，提高抛光效率，并且使装置稳定地进行抛光，为此本发明提出了一种复杂内表面柔性抛光及在线检测装置和方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种柔性管内表面以及复杂内表面的抛光装置和内表面检测方法，以解决目前对柔性管内表面及复杂内表面抛光的技术难题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复杂内表面柔性抛光装置，用于对直径为8mm-50mm的柔性管内表面以及复杂内表面进行抛光和形貌的在线检测。所述的复杂内表面柔性抛光装置包括离心式抛光头1、离心式抛光头开合状态锁紧装置2、驱动装置3、内窥镜4、管内支撑架5、以及钨丝外管6。

所述的管内支撑架5为圆柱体结构，位于钨丝外管6的一端内部，圆柱面粘接在钨丝外管内表面；管内支撑架5外端面设有两个环形槽，且管内支撑架5内部沿轴向设有两个通孔。所述内窥镜4和驱动装置3伸入管内支撑架5的通孔中，通过过盈配合，对驱动装置3和内窥镜4起到支撑的作用。所述离心式抛光头开合状态锁紧装置2的外部圆柱推杆伸入环形槽内，通过过盈配合，对离心式抛光头开合状态锁紧装置2起到支撑作用。所述的离心式抛光头1和驱动装置3，可以通过二者两端的螺纹连接到一起。

所述的离心式抛光头1包括支撑杆7、管套8、球形磨头9、连杆机构10、以及力反馈装置。所述的离心式抛光头1开合的动力由驱动装置3提供。所述的管套8中部设有通孔，套在支撑杆7一端（该端为移动端），二者之间为间隙配合，管套8能在支撑杆7上移动，管套8也均布四组盲孔。所述的支撑杆7通过端部的螺纹结构与驱动装置3连接，支撑杆7的另一端（该端为固定端）部设有凸出圆台结构，圆台结构上设有四组盲孔，均布在其圆周面上。所述的连杆结构10共四组结构，每组结构均由一根长杆和一根短杆铰接而成，每组结构的两根杆的一端均设有圆柱突起，长杆中部与短杆另一端铰接，长杆另一端与球形磨头9通过螺纹连接。每组结构中设有圆柱突起的一端与支撑杆7、管套8上的盲孔间隙配合，使连杆机构10、支撑杆7以及管套8连接成一个整体。所述的力反馈装置设于连杆机构10上，用于向外部控制系统传递力反馈信号，进而控制驱动装置3的转速，便可调整离心式抛光头1的开合大小。当离心式抛光头1受力转动的时候，管套8在支撑杆7上向二者靠近的方向进行滑移，连杆机构10打开。

所述的离心式抛光头开合状态锁紧装置2包括底座11以及两组结构相同的微型推杆12，每组微型推杆12均为套杆结构，与外部控制系统通过无线连接，通过控制系统能够控制微型推杆12作伸长、缩短和停止三种状态。所述的微型推杆12的一端与管内支撑架5上的环形槽过盈配合，另一端安装在底座11一端面上，底座11的另一端面与管套8通过轴承连接，底座11该端面上设有轴承座，保证抛光头开合状态锁紧的同时也能实现转动。当控制系统控制微型推杆12停止运动时，管套8相对管内支撑架5的位置固定，进而固定离心式抛光头的开合状态，驱动装置3带动离心式抛光头1转动，进行稳定地抛光；当控制系统控制微型推杆12伸长时，微型推杆12推着底座11和管套8沿支撑杆7相对移动，此时离心式抛光头1展开；当控制系统控制微型推杆12缩短时，微型推杆12推着底座11和管套8沿支撑杆7相对移动，此时离心式抛光头1闭合。

所述的内窥镜4，具备照明和成像功能，可将管内部的状况信息实时输出到外部显示屏上，为柔性管内表面状况探测提供了便捷。同时内窥镜的镜头拥有360°的导向角度，通过外部摇杆控制进行旋转，实现大角度弯曲。

所述的驱动装置3通过电机提供驱动，其电机放置在外部，通过管线与离心式抛光头1连接。置于外部的电机的尺寸不受待加工管件直径限制，因此能够提供大的扭矩，可满足大扭矩工况的抛光需要。

此外，所述的驱动装置3还可以通过另一种方式驱动，由一个内置可调速电机提供驱动，适用于不便于外接电机的场合。其中外壳一侧设有用于连接离心式抛光头1的螺纹孔，驱动装置3与外部控制系统连接，通过与外部的启动（或停止）按钮的线路接通来控制驱动装置3的启停。通过控制系统控制驱动装置3启停，同时，通过力反馈信号实时控制电机转速，满足根据不同管径达到不同抛光效果的需要。所述驱动装置可由USB接口充电，续航能力强。驱动装置3的转速稳定、动力强劲，为离心式抛光头1提供的离心力足以保证抛光过程稳定。

进一步的，所述的离心式抛光头1由于采用球形磨头9，因此在抛光时不会因为棱角等原因，对原有内表面造成破坏。并且经过抛光后的区域与其他部分能够形成统一光滑的内表面，不会产生凹凸现象。并且球形磨头9有多个长度尺寸，可根据管径的大小挑选合适的长度，达到良好的抛光效果。整个离心式抛光头适应性强，应用范围广。

一种复杂内表面柔性抛光及在线检测装置和方法，基于抛光装置实现，具体包括以下步骤：

当整个装置由外部驱动伸入柔性管内部后，所述的内窥镜4通过外部的手柄摇杆的操纵可以从钨丝外管6中伸出，开始对内表面形貌进行在线检测，通过内窥镜4传递回来的图像来判断柔性管内表面此时的部位是否需要修整：

若需要对此部位修整，则内窥镜4退回到钨丝外管6内部，并启动驱动装置3，带动离心式抛光头1旋转。在离心力的作用下，离心式抛光头1上的连杆机构10开始向外伸展，带动球形磨头9展开以及带动管套8在支撑杆7上进行滑移。当位于连杆端部的球形磨头9与待加工的内表面接触时，控制驱动装置3的转速恒定，便于修整工作稳定进行。并且离心式抛光头1上装有力反馈装置，将反馈信号传递到外部控制端，当离心式抛光头1与待加工表面之间的压力适当时，通过控制离心式抛光头开合状态锁紧装置2，将微型推杆的伸缩长度调节适当后并锁定，便可实现通过力反馈以及抛光头开合状态锁紧装置来控制离心式抛光头1的开合大小，使整个抛光装置更智能、更便捷。当内窥镜4检测到内表面研磨光整后，通过控制按钮令驱动装置3停止工作，同时通过无线遥控器控制离心式抛光头开合状态锁紧装置2的微型推杆缩回，使得其带动球形磨头9连杆机构10开始向支撑杆方向径向收缩。如此循环，直到整个柔性管的内表面检测、修整全部结束。

本发明的有益成果：

（1）本发明提供一种复杂内表面柔性抛光及在线检测装置和方法，所设计的离心式抛光头由驱动装置提供离心力，可根据实际待加工的管的直径和内部状况进行开合角度、位置调整，在满足可抛光的要求后，可通过锁紧装置进行开合状态及位置固定，保证了装置的灵活可调控性以及稳定性。

（2）本发明将内表面状况在线检测与抛光修整结合到一起，抛光效率高，可行性强并且结构简单，应用范围广。

（3）本发明采用离心式抛光头，可对内表面进行360°充分抛光，抛光精度高，避免了现有方法中定点抛光后局部差异较大的问题。

（4）本发明采用离心式抛光头开合状态锁紧装置，将抛光头的开合状态固定，避免了离心式抛光头开合状态因外界因素影响而改变，导致工作不稳定，抛光效果不佳等状况。

（5）本发明提供一种具备柔性和自适应性的柔性管内表面抛光工艺和装置来解决柔性管的内表面和复杂内表面的抛光问题，有助于柔性管和复杂内表面处理工艺的改进，提高柔性管以及复杂内表面在工作过程中的稳定性和可靠性。

（6）本发明可推广至半导体产业、 原子能产业、生物化学行业、 医疗器械行业以及食品机械行业的高清洁度流体输送软管的加工制造。提高生产效率，为企业带来一定的经济效益。

附图说明

图1为本申请中装置的整体立体结构图；

图2为本申请中的离心式抛光头结构图；

图3为本申请中离心式抛光头开合状态锁紧装置结构图；

图4为本申请在柔性管内工作过程示意图；

图5为本申请中驱动装置3的电机外置示意图；

图中：1离心式抛光头；2离心式抛光头开合状态锁紧装置；3驱动装置；4内窥镜；5管内支撑架；6钨丝外管；7支撑杆；8管套；9球形磨头；10连杆机构；11底座；12微型推杆。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

本发明提供一种复杂管道和柔性管等复杂内表面的探测与抛光一体化的装置，包括离心式抛光头1、离心式抛光头开合状态锁紧装置2、驱动装置3、内窥镜4、管内支撑架5以及钨丝外管6。整个装置由外部驱动伸入柔性管内表面，同时所述的内窥镜4开始对内表面状况进行在线检测，通过内窥镜4传递回来的图像来判断柔性管内表面此时的部位是否需要修整。离心式抛光头1开合的动力由驱动装置3提供。在离心力的作用下，连杆机构10带动球形磨头9在支撑杆7上进行开合运动。当位于连杆端部的球形磨头9与待加工的内表面接触时，控制驱动装置3的转速恒定以及通过离心式抛光头开合状态锁紧装置2将抛光头的开合状态锁定，便于修整工作稳定进行。

所述的内窥镜4，具备照明和成像功能，可将管内部的状况信息实时输出到外部显示屏上，为柔性管内表面状况探测提供了便捷。同时内窥镜的镜头具有360°的导向角度，通过外部摇杆控制进行旋转，实现大角度弯曲。所述的离心式抛光头1由于采用球形磨头9，因此在抛光时不会因为棱角等原因，对原有内表面造成破坏。并且经过抛光后的区域与其他部分能够形成统一光滑的内表面，不会产生凹凸现象。并且离心式抛光头1上装有力反馈装置，用于向外部控制系统传递力反馈信号，进而控制驱动装置3的转速，便可调整离心式抛光头1的开合大小，使整个抛光装置更智能、更便捷。

使用时，整个装置由外部驱动伸入直径为15mm的柔性管内表面，同时所述的内窥镜4开始对内表面状况进行在线检测，通过内窥镜4传递回来的图像来判断柔性管内表面此时的部位是否需要修整。离心式抛光头1开合的动力由驱动装置3提供。在离心力的作用下，离心式抛光头1上的连杆机构10开始向外伸展，带动球形磨头9展开以及带动管套8在支撑杆7上进行滑移。当位于连杆端部的球形磨头9与待加工的内表面接触时，控制驱动装置3的转速恒定，便于修整工作稳定进行。

实施例2

所述的驱动装置3通过电机提供驱动，其电机放置在外部，通过管线与离心式抛光头1连接。置于外部的电机的尺寸不受待加工管件直径限制，因此能够提供大的扭矩，可满足大扭矩工况的抛光需要。

此外，所述的驱动装置3还可以通过另一种方式驱动，由一个内置可调速电机提供驱动，适用于不便于外接电机的场合。其中外壳一侧设有用于连接离心式抛光头1的螺纹孔，驱动装置3与外部控制系统连接，通过与外部的启动（或停止）按钮的线路接通来控制驱动装置3的启停。通过控制系统控制驱动装置3启停，同时，通过力反馈信号实时控制电机转速，满足根据不同管径达到不同抛光效果的需要。所述驱动装置可由USB接口充电，续航能力强。驱动装置3的转速稳定、动力强劲，为离心式抛光头1提供的离心力足以保证抛光过程稳定。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种复杂内表面柔性抛光装置，用于对柔性管内表面以及复杂内表面进行抛光和形貌的在线检测；其特征在于，所述的复杂内表面柔性抛光装置包括离心式抛光头(1)、离心式抛光头开合状态锁紧装置(2)、驱动装置(3)、内窥镜(4)、管内支撑架(5)、以及钨丝外管(6)；

所述的管内支撑架(5)为圆柱体结构，位于钨丝外管(6)端部，圆柱面粘接在钨丝外管内表面；管内支撑架(5)外端面设有两个环形槽，且管内支撑架(5)内部沿轴向设有两个通孔；所述内窥镜(4)和驱动装置(3)伸入管内支撑架(5)的通孔中，通过过盈配合，对驱动装置(3)和内窥镜(4)起支撑作用；所述的离心式抛光头(1)和驱动装置(3)通过螺纹连接；

所述的离心式抛光头(1)包括支撑杆(7)、管套(8)、球形磨头(9)、连杆机构(10)、以及力反馈装置；所述的离心式抛光头(1)开合的动力由驱动装置(3)提供；所述的管套(8)中部设有通孔，套在支撑杆(7)一端，二者之间为间隙配合，管套(8)能在支撑杆(7)上移动，管套(8)端部侧面均布四组盲孔；所述的支撑杆(7)通过端部的螺纹结构与驱动装置(3)连接，支撑杆(7)的另一端部设有凸出圆台结构，圆台结构上设有四组盲孔，均布在其圆周面上；所述的连杆机构(10)共四组结构，每组结构均由一根长杆和一根短杆铰接而成，每组结构的两根杆的一端均设有圆柱突起，用于与支撑杆(7)、管套(8)上的盲孔间隙配合，长杆中部与短杆另一端铰接，长杆另一端与球形磨头(9)通过螺纹连接，连杆机构(10)、支撑杆(7)以及管套(8)连接成一个整体；所述的力反馈装置设于连杆机构(10)上，用于向外部控制系统传递力反馈信号，通过控制驱动装置(3)调整离心式抛光头(1)的开合大小；当离心式抛光头(1)受力转动的时候，管套(8)在支撑杆(7)上向二者靠近的方向进行滑移，连杆机构(10)打开；

所述的离心式抛光头开合状态锁紧装置(2)包括底座(11)以及两组结构相同的微型推杆(12)，每组微型推杆(12)均为套杆结构，与外部控制系统通过无线连接，通过控制系统能够控制微型推杆(12)作伸长、缩短和停止三种状态；所述的微型推杆(12)的一端与管内支撑架(5)上的环形槽过盈配合，另一端安装在底座(11)一端面上，底座(11)的另一端面与管套(8)通过轴承连接，底座(11)该端面上设有轴承座，保证抛光头开合状态锁紧的同时也能实现转动；当控制系统控制微型推杆(12)停止运动时，管套(8)相对管内支撑架(5)的位置固定，进而固定离心式抛光头的开合状态，驱动装置(3)带动离心式抛光头(1)转动，进行稳定地抛光；当控制系统控制微型推杆(12)伸长时，微型推杆(12)推着底座(11)和管套(8)沿支撑杆(7)相对移动，此时离心式抛光头(1)展开；当控制系统控制微型推杆(12)缩短时，微型推杆(12)推着底座(11)和管套(8)沿支撑杆(7)相对移动，此时离心式抛光头(1)闭合。

2.根据权利要求1所述的一种复杂内表面柔性抛光装置，其特征在于，所述的内窥镜(4)具备照明和成像功能，可将管内部的状况信息实时输出到外部显示屏上，探测柔性管内表面状况；同时内窥镜的镜头拥有360°的导向角度，通过外部摇杆控制进行旋转，实现大角度弯曲。

3.根据权利要求1所述的一种复杂内表面柔性抛光装置，其特征在于，所述的驱动装置(3)通过电机提供驱动，其电机放置在外部，通过管线与离心式抛光头(1)连接。

4.根据权利要求1所述的一种复杂内表面柔性抛光装置，其特征在于，所述的驱动装置(3)还可以通过另一种方式驱动，由一个内置可调速电机提供驱动，适用于不便于外接电机的场合；其中外壳一侧设有用于连接离心式抛光头(1)的螺纹孔，驱动装置(3)与外部控制系统连接，通过外部控制系统来控制驱动装置(3)的启停。

5.一种权利要求1-4任一所述的复杂内表面柔性抛光装置实施的柔性管内表面抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

当整个装置由外部驱动伸入柔性管内部后，内窥镜(4)从钨丝外管(6)中伸出，对内表面形貌进行在线检测，通过内窥镜(4)传递回来的图像判断柔性管内表面此时的部位是否需要修整：

若需要对此部位修整，则内窥镜(4)退回到钨丝外管(6)内部，启动驱动装置(3)，带动离心式抛光头(1)旋转；在离心力的作用下，离心式抛光头(1)上的连杆机构(10)开始向外伸展，带动球形磨头(9)展开以及带动管套(8)在支撑杆(7)上进行滑移；当位于连杆端部的球形磨头(9)与待加工的内表面接触时，控制驱动装置(3)的转速恒定；离心式抛光头(1)上装有力反馈装置，将反馈信号传递到外部控制端，当离心式抛光头(1)与待加工表面之间的压力适当时，通过控制离心式抛光头开合状态锁紧装置(2)，将微型推杆的伸缩长度调节适当后并锁定，实现通过力反馈以及抛光头开合状态锁紧装置来控制离心式抛光头(1)的开合大小；

当内窥镜(4)检测到内表面研磨光整后，控制驱动装置(3)停止工作，同时通过无线遥控器控制离心式抛光头开合状态锁紧装置(2)的微型推杆(12)缩回，使得其带动球形磨头(9)连杆机构(10)开始向支撑杆方向径向收缩；如此循环，直到整个柔性管的内表面检测、修整全部结束。

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