CN115106619A - 用于微细管水下维修的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微细管水下综合维修系统及方法，涉及水下维修技术领域，包括围在微细管维修处周围且用于排出微细管维修处周围的水的密闭单元、与密闭单元连接且用于维修微细管的维修单元、与密闭单元连接且用于带动密闭单元运动的运动机构、设置在密闭单元中的监控系统。如此设置，在实际维修过程中，通过运动机构对密闭单元的位置控制和监控系统的引导，将密闭单元移动到合适的维修位置区域，排出水，营造出维修所需干式环境，通过监控系统的视觉引导进行焊接位置再调整，并启动维修单元进行焊接维修作业，配合运动机构带动密闭单元环绕微细管转动一周，就可以实现微细管的圆周焊接，解决了现有技术中的微细管水下维修实施困难的问题。

Description

用于微细管水下维修的系统及方法

技术领域

本发明涉及水下维修技术领域，更具体地说，涉及一种微细管水下综合维修系统及方法。

背景技术

由于长期服役于高温、高振动、高放射性环境，核反应堆堆内构件，特别是铝合金微细管组件，不可避免地会出现诸如磨损、腐蚀、疲劳开裂等损伤效应。为了在安全运行的前提下延长核反应堆的使用寿命，对难以更换的老化设备及构件进行在役维修是行之有效的方法，上述提到的维修是以焊接修复为主的，故水下局部干法焊接技术是领域内的重要研发方向。

现有技术中，在役核反应堆和乏燃料池进行的水下焊接主要采用焊工手工焊接，但由于上述区域放射性极强，高辐射环境下的手工焊接对焊工健康造成十分不利的影响；另外，由于焊工在操作过程中心理压力较大，焊接质量无法保证，故而需要寻找可行的水下自动焊接技术，来解决微细管水下维修实施困难的问题，尤其是针对微细管外管壁这一焊接难度大、焊接条件复杂的自动焊接技术。

因此，申请人认为，如何解决现有技术中的微细管水下维修实施困难的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微细管水下综合维修系统及方法，较现有技术中的微细管水下维修其解决了实施困难的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种用于微细管水下维修的系统，包括：

围在微细管维修处周围且用于排出微细管维修处周围的水的密闭单元；

与所述密闭单元连接且用于维修微细管的维修单元；

与所述密闭单元连接且用于带动所述密闭单元运动的运动机构；

设置在所述密闭单元中的监控系统。

优选地，所述运动结构包括：

与所述密闭单元连接的极坐标模块，所述极坐标模块具有相互垂直的X1轴和Y1轴、相互垂直的X2轴和Y2轴，所述极坐标模块能够带动所述密闭单元以X1轴为轴转动、以Y1轴为轴转动、沿X2轴移动、沿Y2轴移动；

连接在所述极坐标模块上方且用于带动所述极坐标模块转动的角度调整模块；

连接在所述角度调整模块上方且用于带动所述角度调整模块转动的圆周运动模块；

连接在所述圆周运动模块上方且用于带动所述圆周运动模块移动和/或转动的并联机械手。

优选地，所述极坐标模块包括：

Y1轴转动组件，包括第一机座、齿圈、与所述齿圈的内侧啮合的圆柱齿轮、驱动所述圆柱齿轮转动的第一电机，所述齿圈的轴向为Y1轴，所述圆柱齿轮与所述第一电机均设置在所述第一机座上，所述齿圈与所述角度调整模块连接；

X2轴移动组件，包括第二机座、转接块、驱动所述转接块沿所述第二机座直线往复运动的第二电机，所述第二机座的长度方向为X2轴，所述第二电机设置在所述第二机座上，所述第二机座与所述第一机座连接；

Y2轴移动组件，包括第三机座、连接板、驱动所述连接板沿所述第三机座直线往复运动的第三电机，所述第三机座的长度方向为Y2轴，所述第三电机设置在所述第三机座上，所述第三机座与所述转接块连接；

X1轴转动组件，包括旋转盘、驱动所述旋转盘转动的第四电机，所述旋转盘的轴向为X1轴，所述旋转盘与所述连接板转动连接，所述密闭单元连接在所述旋转盘上。

优选地，所述角度调整模块包括：

轨道机架，与所述圆周运动模块连接；

摆轴，上端与所述轨道机架转动连接，下端通过交叉架与所述极坐标模块固定连接；

第五电机，驱动所述摆轴转动；

其中，所述摆轴的转动轴与Y1轴相互垂直。

优选地，所述圆周运动模块包括：

上环架，与所述并联机械手连接；

转动架，上端与所述上环架转动连接，下端与所述角度调整模块固定连接；

第六电机，驱动所述转动架自转。

优选地，所述并联机械手包括固定体、三个液压缸，所述液压缸的上端均与所述固定体铰接，且所述液压缸的下端均与所述圆周运动模块铰接。

优选地，所述密闭单元包括：

与所述运动机构固定连接的轴支架；

设置在所述轴支架中的转轴；

排水罩，包括与所述转轴转动连接的第一分体罩、第二分体罩，所述第一分体罩与所述第二分体罩能够扣合和分离，且所述第一分体罩与所述第二分体罩上设有扣合时能够卡住微细管的缺口；

驱动所述第一分体罩转动的第一动力缸；

驱动所述第二分体罩转动的第二动力缸；

与所述排水罩通过通气管连通的气泵，所述气泵用于排出所述排水罩中的水。

优选地，所述维修单元包括：

连接在所述排水罩中的填丝管；

与所述填丝管连接的送丝机；

连接在所述排水罩中的焊枪；

与所述焊枪电连接的焊接电源。

优选地，还包括数据采集单元、电控柜，所述数据采集单元用于采集微细管维修处的位置，所述密闭单元、所述维修单元、所述运动机构、所述监控系统、所述数据采集单元均与所述电控柜电连接。

本发明还提供了一种用于微细管水下维修的方法，包括：

确认水下微细管产生缺陷并进行缺陷评估；

通过数据采集单元对维修位置进行测量；

将用于微细管水下维修的系统安装到维修位置上方；

操控角度调整模块转动，以使排水罩适应微细管的角度；

操控圆周运动模块自转，以调整密闭单元的倾斜方向；

操控并联机械手运行，以使极坐标模块的齿圈与微细管同轴心；

操控极坐标模块运行，通过Y1轴转动组件以Y1轴为轴进行环向方位调整，通过Y2轴移动组件沿Y2轴进行高低位置调整，通过X2轴移动组件沿X2轴进行径向方位调整，通过Y2轴转动组件以Y2轴为轴进行角度微调；

再次操控X2轴移动组件，令排水罩以敞开状到达能够将微细管卡住的位置；

操控第一动力缸、第二动力缸，令排水罩闭合；

开启气泵向排水罩内充气排水；

在监控系统的视觉引导下通过极坐标模块运行进行微调，令填丝管、焊枪对准微细管维修位置；

维修单元启动，同时Y1轴转动组件运动一周，完成焊接；

排水罩打开并远离微细管，回收用于微细管水下维修的系统。

本发明提供的技术方案中，用于微细管水下维修的系统包括围在微细管维修处周围且用于排出微细管维修处周围的水的密闭单元、与密闭单元连接且用于维修微细管的维修单元、与密闭单元连接且用于带动密闭单元运动的运动机构、设置在密闭单元中的监控系统。如此设置，在实际维修过程中，通过运动机构对密闭单元的位置控制和监控系统的引导，将密闭单元移动到合适的维修位置区域，排出水，营造出维修所需干式环境，通过监控系统的视觉引导进行焊接位置再调整，并启动维修单元进行焊接维修作业，配合运动机构带动密闭单元环绕微细管转动一周，就可以实现微细管的圆周焊接，直至焊接维修完成，不依靠人工水下作业，解决了现有技术中的微细管水下维修实施困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中用于微细管水下综合维修系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中极坐标模块的视角一结构示意图；

图3为本发明实施例中极坐标模块的视角二结构示意图。

图1-图3中：

1、第一机座；2、齿圈；3、圆柱齿轮；4、第一电机；5、第二机座；6、转接块；7、第二电机；8、第三机座；9、连接板；10、第三电机；11、旋转盘；12、第四电机；13、轨道机架；14、摆轴；15、第五电机；16、交叉架；17、上环架；18、转动架；19、第六电机；20、固定体；21、液压缸；22、轴支架；23、转轴；24、第一动力缸；25、第二动力缸；26、第一分体罩；27、第二分体罩；28、缺口；29、填丝管；30、焊枪；31、摄像头。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本具体实施方式的目的在于提供一种用于微细管水下综合维修系统及方法，其能够解决现有技术中的微细管水下维修实施困难的问题。

以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参考图1-图3，本实施例提供的一种用于微细管水下综合维修系统，包括围在微细管维修处周围且用于排出微细管维修处周围的水的密闭单元、与密闭单元连接且用于维修微细管的维修单元、与密闭单元连接且用于带动密闭单元运动的运动机构、设置在密闭单元中的监控系统，密闭单元的运动包括移动和转动。如此设置，在实际维修过程中，通过运动机构对密闭单元的位置控制和监控系统的引导，将密闭单元移动到合适的维修位置区域，排出水，营造出维修所需干式环境，通过监控系统的视觉引导进行焊接位置再调整，并启动维修单元进行焊接维修作业，配合运动机构带动密闭单元环绕微细管转动一周，就可以实现微细管的圆周焊接，直至焊接维修完成，不依靠人工水下作业，解决了现有技术中的微细管水下维修实施困难的问题。

需要说明的是，监控系统包括摄像头31。

作为具体的实施例，运动结构包括与密闭单元连接的极坐标模块、连接在极坐标模块上方且用于带动极坐标模块转动的角度调整模块、连接在角度调整模块上方且用于带动角度调整模块转动的圆周运动模块、连接在圆周运动模块上方且用于带动圆周运动模块移动和/或转动的并联机械手，极坐标模块具有相互垂直的X1轴和Y1轴、相互垂直的X2轴和Y2轴，极坐标模块能够带动密闭单元以X1轴为轴转动、以Y1轴为轴转动、沿X2轴移动、沿Y2轴移动。如此设置，通过多个机构的复合动作，来实现密闭单元在水下的移动和转动。

作为可选的实施例，设置极坐标模块包括Y1轴转动组件、X2轴移动组件、Y2轴移动组件、X1轴转动组件，其中，Y1轴转动组件包括第一机座1、齿圈2、与齿圈2的内侧啮合的圆柱齿轮3、驱动圆柱齿轮3转动的第一电机4，第一电机4与圆柱齿轮3通过齿轮结构或者皮带轮结构传动，齿圈2的轴向为Y1轴，圆柱齿轮3与第一电机4均设置在第一机座1上，齿圈2与角度调整模块连接，X2轴移动组件包括第二机座5、转接块6、驱动转接块6沿第二机座5直线往复运动的第二电机7，第二机座5中设有滚珠丝杠结构，转接块6与第二电机7通过滚珠丝杠结构传动连接，第二机座5的长度方向为X2轴，第二电机7设置在第二机座5上，第二机座5与第一机座1固定连接，Y2轴移动组件包括第三机座8、连接板9、驱动连接板9沿第三机座8直线往复运动的第三电机10，第三机座8中设有滚珠丝杠结构，连接板9与第三电机10通过滚珠丝杠结构传动连接，第三机座8的长度方向为Y2轴，第三电机10设置在第三机座8上，第三机座8与转接块6固定连接，X1轴转动组件包括旋转盘11、驱动旋转盘11转动的第四电机12，旋转盘11与第四电机12通过蜗轮蜗杆结构传动连接，方便实现微调，旋转盘11的轴向为X1轴，旋转盘11与连接板9转动连接，密闭单元连接在旋转盘11上。如此设置，密闭单元，通过Y1轴转动组件实现环向运动，通过Y2轴移动组件实现高低位置调整，通过X2轴移动组件实现径向方位调整，通过Y2轴转动组件实现角度微调，从而实现通过复合运动到达齿圈2内的任意工作区域，并在整体极坐标模块角度调整后，能够实现排水罩相对于微细管的角度微调。

作为可选的实施例，角度调整模块包括轨道机架13、摆轴14、第五电机15，轨道机架13与圆周运动模块连接，摆轴14的上端与轨道机架13转动连接，下端通过交叉架16与极坐标模块的齿圈2固定连接，第五电机15驱动摆轴14转动，其中，摆轴14的转动轴与Y1轴相互垂直，如此，摆轴14在单一方向的角度转动，从而带动极坐标模块整体转动，为实现任意角度的旋转以适应不同的微细管倾斜方向。

作为可选的实施例，圆周运动模块包括上环架17、转动架18、第六电机19，上环架17与并联机械手连接，转动架18的上端与上环架17转动连接，且下端与角度调整模块固定连接，第六电机19驱动转动架18自转。其中，上环架17的底面设有圆轨道，转动架18包括若干个均匀分布的转动柱，转动柱上端通过轴承转动连接在圆轨道中，第六电机19位于所有转动柱之间且与它们连接。如此，转动架18自转，带动角度调整模块、极坐标模块同时周向旋转。

作为可选的实施例，设置并联机械手包括固定体20、三个液压缸21，液压缸21的上端均与固定体20铰接，且液压缸21的下端均与圆周运动模块的上环架17铰接，固定体20与应用环境中物体固定连接，如此设置，通过三个液压缸21之间的长度配合，实现上环架17的高度位置和角度变化。

更为具体的实施例，密闭单元包括与运动机构的极坐标模块的旋转盘11固定连接的轴支架22、设置在轴支架22中的转轴23、排水罩、第一动力缸24、第二动力缸25、与排水罩通过通气管连通的气泵，排水罩包括与转轴23转动连接的第一分体罩26、第二分体罩27，第一分体罩26与第二分体罩27能够扣合和分离，第一动力缸24驱动第一分体罩26转动，第二动力缸25驱动第二分体罩27转动，且第一分体罩26与第二分体罩27上设有扣合时能够卡住微细管的缺口28，气泵用于排出排水罩中的水，第一动力缸24、第二动力缸25为气缸或者电动缸，气泵位于水上。

更为具体的实施例，维修单元包括连接在排水罩中的填丝管29、与填丝管29连接的送丝机、连接在排水罩中的焊枪30、与焊枪30电连接的焊接电源。送丝机、焊接电源位于水上，焊枪30为TIG焊枪。

作为优选的实施例，用于微细管水下维修的系统还包括数据采集单元、电控柜，数据采集单元用于采集微细管维修处的位置，密闭单元、维修单元、运动机构、监控系统、数据采集单元均与电控柜电连接。

需要说明的是，图中仅为展示各结构位置连接关系的示意图，并不代表该用于微细管水下维修的系统的整体结构，一些起到安装连接作用的结构为现有技术中常规技术手段，在图中并未画出。

本发明还提供了一种用于微细管水下维修的方法，包括以下步骤：

确认水下微细管产生缺陷并进行缺陷评估；

通过数据采集单元对维修位置进行测量，包括角度、位置、尺寸等参数；

将用于微细管水下维修的系统安装到维修位置上方；

操控角度调整模块转动，以使排水罩适应微细管的角度；

操控圆周运动模块自转，以调整密闭单元的倾斜方向；

操控并联机械手运行，以使极坐标模块的齿圈2与微细管同轴心；

操控极坐标模块运行，通过Y1轴转动组件以Y1轴为轴进行环向方位调整，通过Y2轴移动组件沿Y2轴进行高低位置调整，通过X2轴移动组件沿X2轴进行径向方位调整，通过Y2轴转动组件以Y2轴为轴进行角度微调；

再次操控X2轴移动组件，令排水罩以敞开状到达能够将微细管卡住的位置；

操控第一动力缸24、第二动力缸25，令排水罩闭合；

开启气泵向排水罩内充气排水；

在监控系统的视觉引导下通过极坐标模块运行进行微调，令填丝管29、焊枪30对准微细管维修位置；

维修单元启动，同时Y1轴转动组件运动一周，完成焊接；

排水罩打开并远离微细管，回收用于微细管水下维修的系统。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于微细管水下维修的系统，其特征在于，包括：

围在微细管维修处周围且用于排出微细管维修处周围的水的密闭单元；

与所述密闭单元连接且用于维修微细管的维修单元；

与所述密闭单元连接且用于带动所述密闭单元运动的运动机构；

设置在所述密闭单元中的监控系统。

2.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述运动结构包括：

与所述密闭单元连接的极坐标模块，所述极坐标模块具有相互垂直的X1轴和Y1轴、相互垂直的X2轴和Y2轴，所述极坐标模块能够带动所述密闭单元以X1轴为轴转动、以Y1轴为轴转动、沿X2轴移动、沿Y2轴移动；

连接在所述极坐标模块上方且用于带动所述极坐标模块转动的角度调整模块；

连接在所述角度调整模块上方且用于带动所述角度调整模块转动的圆周运动模块；

连接在所述圆周运动模块上方且用于带动所述圆周运动模块移动和/或转动的并联机械手。

3.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述极坐标模块包括：

Y1轴转动组件，包括第一机座、齿圈、与所述齿圈的内侧啮合的圆柱齿轮、驱动所述圆柱齿轮转动的第一电机，所述齿圈的轴向为Y1轴，所述圆柱齿轮与所述第一电机均设置在所述第一机座上，所述齿圈与所述角度调整模块连接；

X2轴移动组件，包括第二机座、转接块、驱动所述转接块沿所述第二机座直线往复运动的第二电机，所述第二机座的长度方向为X2轴，所述第二电机设置在所述第二机座上，所述第二机座与所述第一机座连接；

Y2轴移动组件，包括第三机座、连接板、驱动所述连接板沿所述第三机座直线往复运动的第三电机，所述第三机座的长度方向为Y2轴，所述第三电机设置在所述第三机座上，所述第三机座与所述转接块连接；

X1轴转动组件，包括旋转盘、驱动所述旋转盘转动的第四电机，所述旋转盘的轴向为X1轴，所述旋转盘与所述连接板转动连接，所述密闭单元连接在所述旋转盘上。

4.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述角度调整模块包括：

轨道机架，与所述圆周运动模块连接；

摆轴，上端与所述轨道机架转动连接，下端通过交叉架与所述极坐标模块固定连接；

第五电机，驱动所述摆轴转动；

其中，所述摆轴的转动轴与Y1轴相互垂直。

5.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述圆周运动模块包括：

上环架，与所述并联机械手连接；

转动架，上端与所述上环架转动连接，下端与所述角度调整模块固定连接；

第六电机，驱动所述转动架自转。

6.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述并联机械手包括固定体、三个液压缸，所述液压缸的上端均与所述固定体铰接，且所述液压缸的下端均与所述圆周运动模块铰接。

7.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述密闭单元包括：

与所述运动机构固定连接的轴支架；

设置在所述轴支架中的转轴；

排水罩，包括与所述转轴转动连接的第一分体罩、第二分体罩，所述第一分体罩与所述第二分体罩能够扣合和分离，且所述第一分体罩与所述第二分体罩上设有扣合时能够卡住微细管的缺口；

驱动所述第一分体罩转动的第一动力缸；

驱动所述第二分体罩转动的第二动力缸；

与所述排水罩通过通气管连通的气泵，所述气泵用于排出所述排水罩中的水。

8.如权利要求7所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，所述维修单元包括：

连接在所述排水罩中的填丝管；

与所述填丝管连接的送丝机；

连接在所述排水罩中的焊枪；

与所述焊枪电连接的焊接电源。

9.如权利要求1所述的用于微细管水下维修的系统，其特征在于，还包括数据采集单元、电控柜，所述数据采集单元用于采集微细管维修处的位置，所述密闭单元、所述维修单元、所述运动机构、所述监控系统、所述数据采集单元均与所述电控柜电连接。

10.一种用于微细管水下维修的方法，其特征在于，包括：

确认水下微细管产生缺陷并进行缺陷评估；

通过数据采集单元对维修位置进行测量；

将用于微细管水下维修的系统安装到维修位置上方；

操控角度调整模块转动，以使排水罩适应微细管的角度；

操控圆周运动模块自转，以调整密闭单元的倾斜方向；

操控并联机械手运行，以使极坐标模块的齿圈与微细管同轴心；

操控极坐标模块运行，通过Y1轴转动组件以Y1轴为轴进行环向方位调整，通过Y2轴移动组件沿Y2轴进行高低位置调整，通过X2轴移动组件沿X2轴进行径向方位调整，通过Y2轴转动组件以Y2轴为轴进行角度微调；

再次操控X2轴移动组件，令排水罩以敞开状到达能够将微细管卡住的位置；

操控第一动力缸、第二动力缸，令排水罩闭合；

开启气泵向排水罩内充气排水；

在监控系统的视觉引导下通过极坐标模块运行进行微调，令填丝管、焊枪对准微细管维修位置；

维修单元启动，同时Y1轴转动组件运动一周，完成焊接；

排水罩打开并远离微细管，回收用于微细管水下维修的系统。

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