CN114101916B - 一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装，包括三轴机器人、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组；三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组；激光清洗装置包括激光扫描头、视觉传感器和激光位移传感器；除尘风机机组包括除尘风机机组框架和设在框架内的除尘风机和滤芯。使用时，通过三个组件配合，可以在无需拆除管道等障碍物的情况下对活动铺板下方的狭小空间区域进行清理，极大地提高清理效率和清理质量，减小船舶的腐蚀隐患。

Description

一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装

技术领域

本发明涉及船舶建造与修理的技术领域，具体地说是一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装。

背景技术

船舶建造过程中需要进行大面积的涂装，通常这些涂装工作在合拢前便已经开展。但是，在船舶合拢后在船体内部还需要大量的其他作业。在船舶合拢之后，船体中会形成大量狭小空间。这些部位空间狭小，结构复杂，这些部位施工人员难以进入，打磨清理工具难以到达。由于建造过程中漆层容易被破坏，这些漆层被破坏的局部区域将成为腐蚀隐患集中区域。

目前，虽然有很多狭小空间作业用机器人、小车及工装等，如新松蛇形机器人、节卡协作机器人以及焊接小车等。但是，这些机器人都需要较为宽敞的放置空间和较大的入口，对于船舶内部作业的工部，如入口狭窄、内部空间紧凑、障碍物较多且分布较为随机等结构特点，这些机器人、小车及工装还不能适应。由于缺少适用于船舶内部狭小空间的辅助工装，这些区域的腐蚀状况在平时小修条件下不能得到很好的处理，通常需要在大修时将外部障碍部件拆除才能进行彻底的处理，包括打磨和二次涂装等，这不仅费时费力，而且对于船舶的安全运行也是一个隐患。

因此，市场上急需要一种可以用于狭小空间的清洗工装，可以随时清洗，方便高效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的用于船舶狭小空间的激光清洗工装，通过设置三轴机器人以及与机器人配套的激光清洗装置和除尘装置，使得本发明能在船舶狭小空间内实现随时清洗的目的，方便高效，解决狭小空间内容易腐蚀无法清理的难点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装，其特征在于：激光清洗工装包括三轴机器人、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组；三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组；激光清洗装置包括激光扫描头、视觉传感器和激光位移传感器；除尘风机机组包括除尘风机机组框架和设在框架内的除尘风机和滤芯。所述直线运动模组包括伺服电机、滚珠丝杆直线导轨传动结构和旋转运动模组固定板。

优选的，旋转运动模组包括第一、第二旋转运动模组；第一旋转运动模组包括第一伺服电机、第一转向关节和金属连接板；第一旋转运动模组固定于旋转运动模组固定板上；第二旋转运动模组包括第二伺服电机、第二转向关节和金属夹持板；第二旋转运动模组固定于金属连接板上。

进一步，激光清洗装置包括了纳秒脉冲激光光源、激光扫描振镜和场镜；所述扫描振镜和场镜设置于第二旋转运动模组的金属夹持板上。

更进一步，除尘风机机组框架的一侧设有抽风口，滤芯的一端与抽风口相连，抽风口上连接有除尘管道，除尘管道盘设于第二旋转运动模组的金属夹持板上。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，激光清洗工装包括三轴机器人、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组，通过三个组件配合，可以在无需拆除管道等障碍物的情况下对活动铺板下方的狭小空间区域进行清理，极大地提高清理效率和清理质量，减小船舶的腐蚀隐患；

2、本发明的技术方案的中，三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组，使用时，三轴机器人可以穿过活动铺板下方250mm以上的管道间隙，配合视觉检测实现腐蚀区域及漆膜破损区域的寻位定位；

3、本发明激光清洗装置包括激光扫描头、视觉传感器和激光位移传感器，利用该高可达性、无物理接触和低损伤的激光清洗装置可以对这些区域进行除锈除漆作业，除锈除漆后表面清洁度相当于Sa2.5；

4、本发明的除尘风机机组可以清理锈除漆过程中产生的烟尘，以保证高质量的视觉检测，同时保障施工人员的健康；

5、本发明的结构简单，便于操作，工作范围广，便于推广和利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的三轴机器人结构示意图。

图3为本发明的三轴机器人又一结构示意图。

图4为图3中A部的局部放大示意图。

图5为本发明一实施例的激光清洗装置结构示意图。

图6为本发明一实施例的激光清洗装置的又一结构示意图。

图7为本发明又一实施例的激光清洗装置结构示意图。

图8为本发明的除尘风机机组结构示意图。

附图标记：

1.电气柜，2.三轴机器人，3.纳秒脉冲激光光源，4.除尘风机机组，5船体；

21.滚珠丝杆直线运动模组，22.第一旋转运动模组，23.第二旋转运动模组，24.支架；

211.直线模组伺服电机，212.滚珠丝杆直线导轨传动机构，221.第一伺服电机，222.第一转向关节，223.第一旋转模组金属连接板，231.第二伺服电机，232.第二转向关节，233.第二旋转模组金属连接板，234.金属夹持板；

301.激光耦合器，302.激光振镜，303.场镜，304.激光头外壳，305.激光测距仪，306.视觉传感器，307.除尘用竹节管，308.LED照明灯；

401.除尘风机机组框架，402.抽风口，403.除尘风机，404.滤芯。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装，具体参见图1，其与现有技术的区别在于：激光清洗工装包括三轴机器人2、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组4；三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组；激光清洗装置包括激光扫描头、视觉传感器306和激光位移传感器；除尘风机机组包括除尘风机机组框架401和设在框架内的除尘风机403和滤芯404。

使用时，采用三轴机器人将激光清洗装备伸入船舶底部管道区域狭小空间进行船底漆层破损锈蚀区域的除锈除漆工作，所述激光清洗装备功率为10-100W，激光脉冲宽度为80-120nm，扫描速度0~10 m/s，工作距离为170~500 mm，所述三轴机器人为一个直线运动模组和两个旋转运动模组构成，直线运动模组行程为1000 mm，两个旋转运动模组的旋转角度为±30°，旋转运动模组臂长分为为300 mm和500 mm，运动过程中采用激光位移传感器的闭环反馈使激光清洗扫描头的工作距离保持在焦平面±10 mm范围内。

本方法尤其适用于船底管道间隙250~300 mm的区域，利用激光清洗的无物理接触、高可达性特点和三轴机器人的柔性工作方式，解决了该区域施工人员难以进入，打磨工具无法到达的难题，避免了管道的拆除与重新焊接等工作，极大地提高了船舶底部区域的清理速度。

实施例1

激光清洗工装包括三轴机器人、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组；三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组；激光清洗装置包括激光扫描头、视觉传感器和激光位移传感器；除尘风机机组包括除尘风机机组框架和设在框架内的除尘风机和滤芯。

所述直线运动模组包括直线模组伺服电机和与直线模组伺服电机相连的滚珠丝杆直线导轨传动结构。

具体来说，旋转运动模组包括第一、第二旋转运动模组；第一旋转运动模组22包括第一旋转模组金属连接板223，第一旋转模组金属连接板上设有第一伺服电机221和第一转向关节222；第二旋转运动模组23包括第二旋转模组金属连接板233，第二旋转模组金属连接板上设有第二伺服电机231和第二转向关节232。第一旋转模组金属连接板与第二旋转模组金属连接板之间通过第一转向关节形成可转动连接，第一旋转模组金属连接板的侧部设有金属夹持板234。两个转向关节采用锥形齿轮结构，利用一对45度的锥形齿轮改变了电机的安装模式，将原本垂直于旋转模组金属连接板的电机转变为平行于旋转模组金属连接板，减小了转向关节的尺寸，可以减少模组运动过程中与船体结构的干涉情况。

激光清洗装置包括了纳秒脉冲激光光源、激光扫描振镜和场镜；所述扫描振镜和场镜设置于第二旋转运动模组的金属夹持板上。

除尘风机机组框架的一侧设有抽风口，滤芯的一端与抽风口相连，抽风口上连接有除尘管道，除尘管道盘设于第二旋转运动模组的金属夹持板上。

综上所述，本发明的三轴机器人目前市场上是没有的，是一种独立开发的机械传动设备，专用于船舶狭小空间的激光清洗。为了适应船舶狭小空间，该传动机构进行了专门的设计，前端结构小巧，可以进入250mm及以上的管道间隙。通过该传动机构，可以将激光清洗扫描头传送进入船舶舱底活动铺板下方的狭小空间进行清洗作业，解决当前船舶狭小空间无法进入除锈除漆的问题。

实施例2

本发明的激光清洗工装包括三轴机器人、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组；三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组；激光清洗装置包括激光扫描头、视觉传感器和激光位移传感器；除尘风机机组包括除尘风机机组框架和设在框架内的除尘风机和滤芯。

具体来说，两个旋转模组的转向关节采用了两个锥形齿轮，在传动的同时，可以使电机安装方向由原来的垂直于金属连接板变成平行于金属连接板，减少了机械干涉风险。现有技术中，电机在转向关节处垂直于金属连接板时，凸起太高，容易导致机械干涉问题，本专利在两个旋转模组处均采用了锥形齿轮传动，使电机可以紧贴金属连接板，从而减少凸起，以更好的适应船舶活动铺板下方的管道间隙以及间隙下方的狭小空间。

如图5-7所示，激光清洗装置包括了纳秒脉冲激光光源、激光振镜和场镜，其中纳秒脉冲激光光源设置于激光头外壳304中，激光耦合器301设置于中部，激光振镜302设置于下部，场镜303设置于底部；所述激光振镜和场镜设置于第二旋转运动模组的金属夹持板上，激光清洗装置还包括激光测距仪305和视觉传感器306，激光清洗装置的侧部设有LED照明灯308和除尘用竹节管307。

除尘风机机组框架的一侧设有抽风口，滤芯的一端与抽风口相连，抽风口上连接有除尘管道，除尘管道盘设于第二旋转运动模组的金属夹持板上，除尘用竹节管固定于激光扫描头上，这里除尘管道为柔性材质制成，用于连接抽风口和除尘用竹节管。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装，其特征在于：激光清洗工装包括三轴机器人、以及与三轴机器人相配合的激光清洗装置和除尘风机机组；三轴机器人包括固定支架和设在固定支架上1个直线运动模组和2个旋转运动模组；激光清洗装置包括激光扫描头、激光测距仪和视觉传感器；除尘风机机组包括除尘风机机组框架和设在框架内的除尘风机和滤芯；所述直线运动模组包括直线模组伺服电机和与直线模组伺服电机相连的滚珠丝杆直线导轨传动结构；旋转运动模组包括第一、第二旋转运动模组；第一旋转运动模组包括第一旋转模组金属连接板，第一旋转模组金属连接板上设有第一伺服电机和第一转向关节；第二旋转运动模组包括第二旋转模组金属连接板，第二旋转模组金属连接板上设有第二伺服电机和第二转向关节；第一旋转模组金属连接板与第二旋转模组金属连接板之间通过第一转向关节形成可转动连接，第一旋转模组金属连接板的侧部设有金属夹持板。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装，其特征在于：激光清洗装置包括了激光扫描头、激光振镜和场镜；所述激光振镜和场镜设置于第二旋转运动模组的金属夹持板上。

3.根据权利要求1所述的一种用于船舶狭小空间的激光清洗工装，其特征在于：除尘风机机组框架的一侧设有抽风口，滤芯的一端与抽风口相连，抽风口上连接有除尘管道，除尘管道盘设于第二旋转运动模组的金属夹持板上。