CN209850505U - 一种精确定位的多自由度管道打磨设备 - Google Patents

Abstract

一种精确定位的多自由度管道打磨设备，它涉及管道打磨设备技术领域。本实用新型解决了现有的管道打磨机器人无法保证砂轮片将焊缝打磨完整，需要多次定位，多次校正，存在工作难度大，重复定位时间长，工作效率低的问题。本实用新型的轴向微调电机连接轴向传动齿轮组，带动连接轴向传动丝杠，实现打磨电机在轴向调整；径向切割电机连接径向传动锥齿轮，带动径向传动丝杠，打磨电机机架安装在径向传动丝杠上，从而带动打磨电机在径向调整；周向旋转齿轮组一通过旋转轴将动力同时传递至两个周向旋转齿轮组二，从而将与两个周向旋转齿轮组二连接的两个旋转机架旋转，实现打磨电机绕管道旋转打磨。本实用新型适用于打磨核电站回路系统管道焊缝内表面。

Description

一种精确定位的多自由度管道打磨设备

技术领域

本实用新型涉及管道打磨设备技术领域，具体涉及一种精确定位的多自由度管道打磨设备。

背景技术

核电站的回路系统是输送核反应堆冷却液的重要通道，一旦发生泄漏，将引发核安全事故。核电站回路系统是由管道焊接而成，焊接要求焊缝完整且光滑。目前，管道焊缝内表面采用人工打磨方式，但遇到管道口径较小、行程较长等情况，人工将无法完成管道打磨工作。目前，德国管道打磨机器人应用于管道打磨作业较多，但由于打磨砂轮片与焊缝之间宽度的差别。机器人每次定位后，打磨作业一圈，没办法保证砂轮片将焊缝打磨完整，需要多次定位，多次校正设备后，再次打磨作业，大大的增加了工作难度。

综上所述，现有的管道打磨机器人无法保证砂轮片将焊缝打磨完整，需要多次定位，多次校正，存在工作难度大，重复定位时间长，工作效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的管道打磨机器人无法保证砂轮片将焊缝打磨完整，需要多次定位，多次校正，存在工作难度大，重复定位时间长，工作效率低的问题，进而提供一种精确定位的多自由度管道打磨设备。

本实用新型的技术方案是：

一种精确定位的多自由度管道打磨设备，它包括打磨组件、定位支撑机构、轴向微调机构、径向切割机构、周向旋转机构和视觉监测组件，定位支撑机构包括两个支撑单元，两个所述支撑单元位于整个管道打磨设备的两侧，每个支撑单元包括端板、多个支撑气缸、多个脚轮和多个支撑气缸支架，多个支撑气缸和多个脚轮交替均布在端板的外侧端面上，每个支撑气缸通过一个支撑气缸支架与端板固接，支撑气缸、脚轮和支撑气缸支架的数量一致设置；

打磨组件、周向旋转机构、轴向微调机构和径向切割机构均位于两个支撑单元之间，打磨组件包括砂轮片、打磨电机机架和打磨电机，打磨电机安装在打磨电机机架上，砂轮片安装在打磨电机的输出轴上；

周向旋转机构包括周向旋转电机、周向旋转齿轮组一、旋转轴、旋转机架横板、两个旋转机架和两个周向旋转齿轮组二，两个旋转机架分别同轴安装在两个端板的内侧端面上，旋转机架与对应的端板可转动连接，旋转机架横板的一端搭接在左侧旋转机架的外圆柱面上，旋转机架横板的另一端搭接在右侧旋转机架的外圆柱面上，每个旋转机架上安装一个周向旋转齿轮组二，周向旋转电机的动力输出端与周向旋转齿轮组一的动力输入端连接，周向旋转齿轮组一的动力输出端与旋转轴的中部连接，旋转轴的两端分别与两侧的周向旋转齿轮组二的动力输入端连接，两侧的周向旋转齿轮组二的动力输出端分别与两个旋转机架固接；

轴向微调机构包括轴向传动齿轮组、轴向微调电机、轴向传动丝杠和丝杠连接板，轴向微调电机固定安装在右侧旋转机架上，轴向微调电机的动力输出端与轴向传动齿轮组的动力输入端相连，轴向传动齿轮组的动力输入端与轴向传动丝杠的动力输入端相连，轴向传动丝杠的末端通过丝杠连接板定位安装在右侧旋转机架上，轴向传动丝杠与丝杠连接板可转动连接，轴向传动丝杠的动力输出端与打磨电机相连；

径向切割机构包括径向传动锥齿轮组、径向切割电机和径向传动丝杠，径向切割电机固定安装在左侧旋转机架上，径向切割电机的动力输出端与径向传动锥齿轮组的动力输入端相连，径向传动锥齿轮组的动力输出端与径向传动丝杠的动力输入端连接，径向传动丝杠的末端与丝杠连接板可转动连接，径向传动丝杠的动力输出端与打磨电机机架连接，所述打磨电机机架上安装有打磨电机；

视觉检测组件包括轮廓扫描仪，轮廓扫描仪位于打磨电机与左侧旋转机架之间，轮廓扫描仪与打磨电机平行放置，轮廓扫描仪固定在左侧旋转机架上，轮廓扫描仪正对管道内径焊缝。

进一步地，视觉检测组件还包括高清摄像头一和高清摄像头二，高清摄像头一位于砂轮片的正上方，高清摄像头一安装在旋转机架横板上，高清摄像头二位于砂轮片的侧上方，高清摄像头二安装在右侧端板的右端面上。

进一步地，周向旋转机构的周向旋转齿轮组一包括旋转主动齿轮一和旋转从动齿轮一，旋转主动齿轮一通过连接键安装在周向旋转电机的输出轴上，旋转从动齿轮一通过连接键安装在旋转轴的中部，旋转主动齿轮一与旋转从动齿轮一相啮合；周向旋转机构的每个周向旋转齿轮组二包括旋转主动齿轮二和旋转从动齿轮二，两个旋转主动齿轮二分别通过连接键安装在旋转轴的两端，两个旋转从动齿轮二分别固定在两个旋转机架上，两个旋转主动齿轮二分别与对应的两个旋转从动齿轮二相啮合。

进一步地，轴向微调机构的轴向传动齿轮组包括微调主动齿轮和微调从动齿轮，微调主动齿轮通过连接键安装在轴向微调电机的输出轴上，微调从动齿轮通过连接键安装在轴向传动丝杠的首端，微调主动齿轮与微调从动齿轮相啮合，轴向传动丝杠的丝母座与打磨电机相连接。

进一步地，径向切割机构的径向传动锥齿轮组包括切割主动锥齿轮和切割从动锥齿轮，切割主动锥齿轮通过连接键安装在径向切割电机的输出轴上，切割从动锥齿轮通过连接键安装在径向传动丝杠的首端，切割主动锥齿轮与切割从动锥齿轮相啮合，径向传动丝杠的丝母座与打磨电机机架相连接。

进一步地，支撑气缸、脚轮和支撑气缸支架的数量均为3个。

进一步地，支撑气缸的活塞杆沿径向朝外设置，每个支撑气缸的活塞杆端部安装有橡胶垫。

进一步地，每个脚轮的外侧包裹有橡胶套。

进一步地，支撑气缸为双作用气缸。

进一步地，砂轮片上方安装有切屑罩。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

1、本实用新型的管道打磨设备只需一次定位，一次校正，多次微调打磨电机位置，便可完成焊缝打磨作业，大大减少了重复定位时间，提高了工作效率，而且配备的轮廓扫描仪可以根据焊缝高度，便于设定打磨深度，使得管道打磨设备可以在复杂的管道内，精确定位，高效且多自由度的作业；

2、本实用新型的轴向微调机构可实现管道打磨设备的轴向少量移动。轴向微调电机连接轴向传动齿轮组，带动连接轴向传动丝杠，实现打磨电机在轴向调整；

3、本实用新型的径向切割机构可调节径向打磨焊缝的高度。径向切割电机连接径向传动锥齿轮，带动径向传动丝杠，打磨电机机架安装在径向传动丝杠上，从而带动打磨电机在径向调整；

4、本实用新型的周向旋转机构将管道打磨设备中间部分旋转，实现对管道焊缝的整圈打磨。周向旋转齿轮组一通过旋转轴将动力同时传递至两个周向旋转齿轮组二，从而将与两个周向旋转齿轮组二连接的两个旋转机架旋转。实现打磨电机绕管道旋转打磨。

附图说明

图1是本实用新型的管道打磨设备的轴向微调机构工作原理图；

图2是本实用新型的管道打磨设备的径向切割机构工作原理图；

图3是本实用新型的管道打磨设备的周向旋转机构工作原理图；

图4是本实用新型的管道打磨设备的轴测图；

图5是本实用新型的管道打磨设备的主视图；

图6是本实用新型的管道打磨设备的侧视图；

图7是本实用新型的管道打磨设备的后视图；

图8是本实用新型的管道打磨设备的轮廓扫描仪工作示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，它包括打磨组件、定位支撑机构、轴向微调机构、径向切割机构、周向旋转机构和视觉监测组件，定位支撑机构包括两个支撑单元，两个所述支撑单元位于整个管道打磨设备的两侧，每个支撑单元包括端板1、多个支撑气缸16、多个脚轮19和多个支撑气缸支架20，多个支撑气缸16和多个脚轮19交替均布在端板1的外侧端面上，每个支撑气缸16通过一个支撑气缸支架20与端板1固接，支撑气缸16、脚轮19和支撑气缸支架20的数量一致设置；

打磨组件、周向旋转机构、轴向微调机构和径向切割机构均位于两个支撑单元之间，打磨组件包括砂轮片5、打磨电机机架11和打磨电机18，打磨电机18安装在打磨电机机架11上，砂轮片5安装在打磨电机18的输出轴上；

周向旋转机构包括周向旋转电机12、周向旋转齿轮组一13、旋转轴15、旋转机架横板21、两个旋转机架6和两个周向旋转齿轮组二14，两个旋转机架6分别同轴安装在两个端板1的内侧端面上，旋转机架6与对应的端板1可转动连接，旋转机架横板21的一端搭接在左侧旋转机架6的外圆柱面上，旋转机架横板21的另一端搭接在右侧旋转机架6的外圆柱面上，每个旋转机架6上安装一个周向旋转齿轮组二14，周向旋转电机12的动力输出端与周向旋转齿轮组一13的动力输入端连接，周向旋转齿轮组一13的动力输出端与旋转轴15的中部连接，旋转轴15的两端分别与两侧的周向旋转齿轮组二14的动力输入端连接，两侧的周向旋转齿轮组二14的动力输出端分别与两个旋转机架6固接；

轴向微调机构包括轴向传动齿轮组3、轴向微调电机4、轴向传动丝杠7和丝杠连接板24，轴向微调电机4固定安装在右侧旋转机架6上，轴向微调电机4的动力输出端与轴向传动齿轮组3的动力输入端相连，轴向传动齿轮组3的动力输入端与轴向传动丝杠7的动力输入端相连，轴向传动丝杠7的末端通过丝杠连接板24定位安装在右侧旋转机架6上，轴向传动丝杠7与丝杠连接板24可转动连接，轴向传动丝杠7的动力输出端与打磨电机18相连；

径向切割机构包括径向传动锥齿轮组8、径向切割电机9和径向传动丝杠10，径向切割电机9固定安装在左侧旋转机架6上，径向切割电机9的动力输出端与径向传动锥齿轮组8的动力输入端相连，径向传动锥齿轮组8的动力输出端与径向传动丝杠10的动力输入端连接，径向传动丝杠10的末端与丝杠连接板24可转动连接，径向传动丝杠10的动力输出端与打磨电机机架11连接，所述打磨电机机架11上安装有打磨电机18；

视觉检测组件包括轮廓扫描仪2，轮廓扫描仪2位于打磨电机18与左侧旋转机架6之间，轮廓扫描仪2与打磨电机18平行放置，轮廓扫描仪2固定在左侧旋转机架6上，轮廓扫描仪2正对管道内径焊缝L。轮廓扫描仪2的有效探测区域为S。

具体实施方式二：结合图2和图5说明本实施方式，本实施方式的视觉检测组件还包括高清摄像头一22和高清摄像头二23，高清摄像头一22位于砂轮片5的正上方，高清摄像头一22安装在旋转机架横板21上，高清摄像头二23位于砂轮片5的侧上方，高清摄像头二23安装在右侧端板的右端面上。如此设置，高清摄像头一22和高清摄像头二23分别位于所需打磨焊缝的正上方和侧上方，从多个角度监测打磨焊缝的质量，目的在于观察砂轮片5位置，便于调整砂轮片5。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式还包括传感器，打磨电机18与传感器相连，传感器可以检测焊缝高度，施工者可以根据检测高度，决定打磨电机18打磨焊缝的深度。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的周向旋转机构的周向旋转齿轮组一13包括旋转主动齿轮一和旋转从动齿轮一，旋转主动齿轮一通过连接键安装在周向旋转电机12的输出轴上，旋转从动齿轮一通过连接键安装在旋转轴15的中部，旋转主动齿轮一与旋转从动齿轮一相啮合；周向旋转机构的每个周向旋转齿轮组二14包括旋转主动齿轮二和旋转从动齿轮二，两个旋转主动齿轮二分别通过连接键安装在旋转轴15的两端，两个旋转从动齿轮二分别固定在两个旋转机架6上，两个旋转主动齿轮二分别与对应的两个旋转从动齿轮二相啮合。如此设置，由于管道焊缝多为圆形，周向旋转机构借助定位支撑机构中支撑气缸支架20的支撑，带动打磨电机18旋转，实现环形打磨轨迹，完成管道焊缝打磨。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的轴向微调机构的轴向传动齿轮组3包括微调主动齿轮和微调从动齿轮，微调主动齿轮通过连接键安装在轴向微调电机4的输出轴上，微调从动齿轮通过连接键安装在轴向传动丝杠7的首端，微调主动齿轮与微调从动齿轮相啮合，轴向传动丝杠7的丝母座与打磨电机18相连接。如此设置，当管道打磨设备的定位支撑机构完成初步定位支撑后，轴向微调电机4带动轴向传动齿轮组3，轴向传动齿轮组3带动轴向传动丝杠7，实现打磨电机18在一维维度上的细微调整，以达到精准定位的目的。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的径向切割机构的径向传动锥齿轮组8包括切割主动锥齿轮和切割从动锥齿轮，切割主动锥齿轮通过连接键安装在径向切割电机9的输出轴上，切割从动锥齿轮通过连接键安装在径向传动丝杠10的首端，切割主动锥齿轮与切割从动锥齿轮相啮合，径向传动丝杠10的丝母座与打磨电机机架11相连接。如此设置，当完成初步定位和精准定位的程序，启动打磨程序，径向切割电机9带动径向传动锥齿轮组8，使打磨电机18沿着管道焊缝的径向切割下去，从而达到切除焊缝的目的。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图4至图7说明本实施方式，本实施方式的支撑气缸16、脚轮19和支撑气缸支架20的数量均为3个。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式的支撑气缸16的活塞杆沿径向朝外设置，每个支撑气缸16的活塞杆端部安装有橡胶垫17。如此设置，保证支撑过程中，管道打磨设备不会与管道之间滑动现象。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式的每个脚轮19的外侧包裹有橡胶套。如此设置，有助于增加脚轮19与管道内壁之间的摩擦力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式的支撑气缸16为双作用气缸。如此设置，双作用气缸输出性能稳定，能够为管道焊缝打磨作业提供足够的支撑力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

具体实施方式十：结合图5说明本实施方式，本实施方式的砂轮片5上方安装有切屑罩25。如此设置，有助于将打磨时产生的切削排出。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

工作原理

结合图1至图8说明本实用新型的工作原理：工作人员将本实用新型的管道打磨设备送入管道，操作人员通过高清摄像头一22和高清摄像头二23观测到焊缝所在的大概位置，管道打磨设备停止前进，定位支撑机构的两个端板1上的支撑气缸16伸出伸缩杆支撑住管道内壁，操作人员再次通过高清摄像头一22和高清摄像头二23观察焊缝具体位置，然后操控轴向微调机构进行焊缝对准。完毕后，打开轮廓扫描仪2，操控周向旋转机构实现轮廓扫描仪2对焊缝一周的高度扫描，操控人员根据扫描数据进行打磨高度设置，打磨高度可通过径向切割机构调节。切割高度调节完毕后，打开打磨电机18周向旋转机构实现两个旋转机架6同步旋转，带动打磨电机18和砂轮片5对焊缝进行整圈切割。完毕后，停止旋转机构旋转，打磨电机18通过径向切割机构收回，然后定位支撑机构的两个端板1上的支撑气缸16收回伸缩杆，管道打磨设备前进，继续寻找下一焊缝。

Claims (10)

1.一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：它包括打磨组件、定位支撑机构、轴向微调机构、径向切割机构、周向旋转机构和视觉监测组件，定位支撑机构包括两个支撑单元，两个所述支撑单元位于整个管道打磨设备的两侧，每个支撑单元包括端板(1)、多个支撑气缸(16)、多个脚轮(19)和多个支撑气缸支架(20)，多个支撑气缸(16)和多个脚轮(19)交替均布在端板(1)的外侧端面上，每个支撑气缸(16)通过一个支撑气缸支架(20)与端板(1)固接，支撑气缸(16)、脚轮(19)和支撑气缸支架(20)的数量一致设置；

打磨组件、周向旋转机构、轴向微调机构和径向切割机构均位于两个支撑单元之间，打磨组件包括砂轮片(5)、打磨电机机架(11)和打磨电机(18)，打磨电机(18)安装在打磨电机机架(11)上，砂轮片(5)安装在打磨电机(18)的输出轴上；

周向旋转机构包括周向旋转电机(12)、周向旋转齿轮组一(13)、旋转轴(15)、旋转机架横板(21)、两个旋转机架(6)和两个周向旋转齿轮组二(14)，两个旋转机架(6)分别同轴安装在两个端板(1)的内侧端面上，旋转机架(6)与对应的端板(1)可转动连接，旋转机架横板(21)的一端搭接在左侧旋转机架(6)的外圆柱面上，旋转机架横板(21)的另一端搭接在右侧旋转机架(6)的外圆柱面上，每个旋转机架(6)上安装一个周向旋转齿轮组二(14)，周向旋转电机(12)的动力输出端与周向旋转齿轮组一(13)的动力输入端连接，周向旋转齿轮组一(13)的动力输出端与旋转轴(15)的中部连接，旋转轴(15)的两端分别与两侧的周向旋转齿轮组二(14)的动力输入端连接，两侧的周向旋转齿轮组二(14)的动力输出端分别与两个旋转机架(6)固接；

轴向微调机构包括轴向传动齿轮组(3)、轴向微调电机(4)、轴向传动丝杠(7)和丝杠连接板(24)，轴向微调电机(4)固定安装在右侧旋转机架(6)上，轴向微调电机(4)的动力输出端与轴向传动齿轮组(3)的动力输入端相连，轴向传动齿轮组(3)的动力输入端与轴向传动丝杠(7)的动力输入端相连，轴向传动丝杠(7)的末端通过丝杠连接板(24)定位安装在右侧旋转机架(6)上，轴向传动丝杠(7)与丝杠连接板(24)可转动连接，轴向传动丝杠(7)的动力输出端与打磨电机(18)相连；

径向切割机构包括径向传动锥齿轮组(8)、径向切割电机(9)和径向传动丝杠(10)，径向切割电机(9)固定安装在左侧旋转机架(6)上，径向切割电机(9)的动力输出端与径向传动锥齿轮组(8)的动力输入端相连，径向传动锥齿轮组(8)的动力输出端与径向传动丝杠(10)的动力输入端连接，径向传动丝杠(10)的末端与丝杠连接板(24)可转动连接，径向传动丝杠(10)的动力输出端与打磨电机机架(11)连接，所述打磨电机机架(11)上安装有打磨电机(18)；

视觉检测组件包括轮廓扫描仪(2)，轮廓扫描仪(2)位于打磨电机(18)与左侧旋转机架(6)之间，轮廓扫描仪(2)与打磨电机(18)平行放置，轮廓扫描仪(2)固定在左侧旋转机架(6)上，轮廓扫描仪(2)正对管道内径焊缝(L)。

2.根据权利要求1所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：视觉检测组件还包括高清摄像头一(22)和高清摄像头二(23)，高清摄像头一(22)位于砂轮片(5)的正上方，高清摄像头一(22)安装在旋转机架横板(21)上，高清摄像头二(23)位于砂轮片(5)的侧上方，高清摄像头二(23)安装在右侧端板的右端面上。

3.根据权利要求1所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：周向旋转机构的周向旋转齿轮组一(13)包括旋转主动齿轮一和旋转从动齿轮一，旋转主动齿轮一通过连接键安装在周向旋转电机(12)的输出轴上，旋转从动齿轮一通过连接键安装在旋转轴(15)的中部，旋转主动齿轮一与旋转从动齿轮一相啮合；周向旋转机构的每个周向旋转齿轮组二(14)包括旋转主动齿轮二和旋转从动齿轮二，两个旋转主动齿轮二分别通过连接键安装在旋转轴(15)的两端，两个旋转从动齿轮二分别固定在两个旋转机架(6)上，两个旋转主动齿轮二分别与对应的两个旋转从动齿轮二相啮合。

4.根据权利要求1所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：轴向微调机构的轴向传动齿轮组(3)包括微调主动齿轮和微调从动齿轮，微调主动齿轮通过连接键安装在轴向微调电机(4)的输出轴上，微调从动齿轮通过连接键安装在轴向传动丝杠(7)的首端，微调主动齿轮与微调从动齿轮相啮合，轴向传动丝杠(7)的丝母座与打磨电机(18)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：径向切割机构的径向传动锥齿轮组(8)包括切割主动锥齿轮和切割从动锥齿轮，切割主动锥齿轮通过连接键安装在径向切割电机(9)的输出轴上，切割从动锥齿轮通过连接键安装在径向传动丝杠(10)的首端，切割主动锥齿轮与切割从动锥齿轮相啮合，径向传动丝杠(10)的丝母座与打磨电机机架(11)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：支撑气缸(16)、脚轮(19)和支撑气缸支架(20)的数量均为3个。

7.根据权利要求1或6所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：支撑气缸(16)的活塞杆沿径向朝外设置，每个支撑气缸(16)的活塞杆端部安装有橡胶垫(17)。

8.根据权利要求1或6所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：每个脚轮(19)的外侧包裹有橡胶套。

9.根据权利要求7所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：支撑气缸(16)为双作用气缸。

10.根据权利要求1所述的一种精确定位的多自由度管道打磨设备，其特征在于：砂轮片(5)上方安装有切屑罩(25)。