CN112620950A - 一种钢构件激光除锈装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：包括由相互平行的左轨道及右轨道组成推进机构，和传动连接于所述推进机构上的龙门架，所述推进机构可以驱动龙门架在左轨道及右轨道上按指定的速度运动和停驻；还包括可受驱动沿龙门架横梁上按指定的速度匀速运动的吊臂，吊臂下方固定连接有悬架，悬架上安装有工作头；所述工作头包括正方形框架，所述正方形框架由四条长度相同的框条构成，分别是后框条、前框条、左框条和右框条，所述左框条和所述右框条中点处分别安装有摄像头，所述左框条和所述右框条下方安装有照明灯组，使对应的摄像头的拍摄范围内的照度均一。

Description

一种钢构件激光除锈装置

技术领域

本申请涉及建筑工程施工技术装备领域，具体涉及一种钢构件激光除锈装置。

背景技术

在土木工程、桥梁隧道的建筑施工当中，经常用到各种钢构件。这些钢构件在制造厂中完成加工后，经过运输、储存，最终在土建施工中使用。不同的建筑场合对钢构件的表面质量有不同的要求，如为防腐、抗老化的需求，需要对钢构件表面因存放时间久或施工环境不理想而产生的锈蚀进行去除，以满足涂装或装配对钢构件表面粗糙度的要求。

在除锈过程中，有一种清洁环保的除锈方法，其采用向锈面发射激光脉冲的方式，使锈蚀处吸收能量达到熔融，使锈层脱落。有研究发现，除锈激光脉冲扫描过的区域，其会形成如水波纹一般的表面形貌，进而改变钢构件表面的表面粗糙度。还有进一步研究发现，对钢材表面进行多次或重复的激光照射，其表面粗糙度变化为先变小(锈点清除)再变大(表面烧伤)，因此如果涂装或装配对钢构件的表面粗糙度有一定要求，目前的技术还无法在除锈之余兼顾表面粗糙度的控制。

另一方面，建筑施工所用的一般为大型钢构件，其锈迹分布往往为不均匀分布，如存放地漏雨，导致雨水流过的部分生锈严重，而未淋雨的部分基本无锈蚀。这时需要保证除锈后的钢构件表面仍是均一的质量，否则进一步涂装时无法保证涂装质量的稳定。

发明内容

(一)技术问题

1.针对经常在野外或其他不良保管条件下存放的钢构件提出一种可以控制其除锈后表面粗糙度的装置；

2.对于锈蚀分布不均匀的情况，也能达到作业后表面质量的统一。

(二)技术方案

一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：包括由相互平行的左轨道及右轨道组成推进机构，和传动连接于所述推进机构上的龙门架，所述推进机构可以驱动龙门架在左轨道及右轨道上按指定的速度运动和停驻；

还包括可受驱动沿龙门架横梁上按指定的速度匀速运动的吊臂，吊臂下方固定连接有悬架，悬架上安装有工作头；

所述工作头包括正方形框架，所述正方形框架由四条长度相同的框条构成，分别是后框条、前框条、左框条和右框条，所述左框条和所述右框条中点处分别安装有摄像头，所述左框条和所述右框条下方安装有照明灯组，使对应的摄像头的拍摄范围内的照度均一；

所述后框条和前框条上还设置有活动机构，传动连接于所述活动机构上的滑梁可以在自身平行于左框条的情况下沿垂直于左框条的方向在活动机构的驱动下匀速运动；所述滑梁上设有激光头，激光头在扫描机构的驱动下可沿滑梁来回运动；

还包括控制***，其先控制龙门架运动到待进行除锈作业的位置，再控制工作头在龙门架横梁上运动到需要进行除锈作业的局部附近，开启照明灯组，摄像头拍摄需要进行除锈作业的局部，然后控制***对所得图像进行处理，根据对比度判断锈斑的实际形状与锈蚀程度，控制吊臂运动使正方形框正对待除锈作业的局部，随后滑梁左右运动与激光头前后运动，使激光头遍历待除锈位置，并按图像处理所得的锈蚀程度调节激光发射功率，锈蚀程度高的位置提高发射功率，锈蚀程度低的位置降低发射功率或关闭激光头。

进一步地，照明灯组的色温可由控制***根据待除锈的工件的材料调节，使无锈的工件在此色温下的颜色接近白色。

进一步地，正方形框上还设有吹风***。

进一步地，所述正方形框架的端点上还关于正方形框的中心点中心对称设置有前扫臂及后扫臂，扫壁的长度与正方形框架的边长相同，并可以绕与正方形框的连接点摆动，每个扫臂上均匀阵列设置有激光头。

进一步地，所述前扫臂和后扫臂可以完全闭合并紧贴于方形框架。

进一步地，所述推进机构为电机螺杆机构。

进一步地，所述活动机构为丝杆滑块机构。

进一步地，所述扫描机构为电机螺杆机构。

(三)有益效果

1.本方案采用分块处理的总思路，对每一小正方块先进行图像捕捉及处理，判断出锈斑的分布，并针对图像的对比度等信息判断锈蚀的程度，针对性地进行激光照射，避免了对无锈部位的多余处理；

2.为使处理后的钢构件有一致的表面质量，还设计了阵列布局的激光头，在除锈之后工作，用新形成的烧蚀结构覆盖除锈后形成的形貌，使构件的表面粗糙度达到需要的水平。

附图说明

图1为本申请的装置整体示意图；

图2为本申请的装置正面视图；

图3为本申请工作头局部放大图；

图4为本申请工作头局部俯视图；

图5为本申请扫描部局部放大图；

图6为扫臂转轴部局部放大图；

图7为扫臂扫动过程示意图；

图8为扫臂完全合闭示意图(注意图中另一扫臂保持打开状态作为对比)。

附图标记

1.左轨道

2.右轨道

3.龙门架

4.吊臂

5.悬架

6.正方框架

7.后框条

8.前框条

9.左框条

10.右框条

11.右摄像头

12.示意性的右摄像头拍摄范围

13.照明灯组

14.前扫臂

15.后扫臂

16.激光头

17.滑梁

18.推进机构

19.滑块

20.激光头

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，根据本申请的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：包括由相互平行的左轨道1及右轨道2组成推进机构，和传动连接于所述推进机构上的龙门架3，所述推进机构可以驱动龙门架在左轨道1及右轨道2上按指定的速度运动和停驻；

还包括可受驱动沿龙门架3横梁上按指定的速度匀速运动的吊臂4，吊臂4下方固定连接有悬架，悬架上安装有工作头；

所述工作头包括正方形框架6，所述正方形框架6由四条长度相同的框条构成，分别是后框条8、前框条7、左框条9和右框条10，所述左框条9和所述右框条10中点处分别安装有摄像头，所述左框条9和所述右框条10下方安装有照明灯组，使对应的摄像头的拍摄范围内的照度均一；

所述后框条8和前框条7上还设置有活动机构，传动连接于所述活动机构上的滑梁17可以在自身平行于左框条的情况下沿垂直于左框条的方向在活动机构的驱动下匀速运动；所述滑梁17上设有激光头20，激光头20在扫描机构的驱动下可沿滑梁17来回运动；

还包括控制***，其先控制龙门架3运动到待进行除锈作业的位置，再控制工作头在龙门架横梁上运动到需要进行除锈作业的局部附近，开启照明灯组，摄像头拍摄需要进行除锈作业的局部，然后控制***对所得图像进行处理，根据对比度判断锈斑的实际形状与锈蚀程度，控制吊臂运动使正方形框正对待除锈作业的局部，随后滑梁左右运动与激光头前后运动，使激光头遍历待除锈位置，并按图像处理所得的锈蚀程度调节激光发射功率，锈蚀程度高的位置提高发射功率，锈蚀程度低的位置降低发射功率或关闭激光头。

在上述方案中，首先是龙门架和吊架，其跨座在待除锈工件的上方，可以使工作头扫描到工件的全部位置，但每到一处待除锈的位置，先由摄像头拍摄工作头即将运动到的位置的图像，因为锈蚀的成份为铁或其他金属的氧化物，颜色较深，因此可以方便地对比出有锈斑的位置和无锈斑的位置，接着，得益于正方形框的形状设计，其上的滑梁和滑梁上的激光头可以在正方形框的范围内活动，并遍历每一个点，这时根据图像对比的结果，改变激光头的输出功率，即可针对不均匀的锈斑进行针对性地除锈；

上面的过程中还要注意，摄像头拍摄锈面的图像之前，还要开启照明灯组，使图像识别不受阴影情况的干扰。

另外，正方形框的结构和器件都是对称的，其左框条上也有照明灯组及摄像头，这是为方便工作头随吊臂进行左右来回的扫描。

进一步地，照明灯组的色温可由控制***根据待除锈的工件的材料调节，使无锈的工件在此色温下的颜色接近白色。

无锈的金属构件如钢构件，其颜色为银白色(但根据材料牌号的不同也会有其他颜色)，为降低图像处理的复杂度，可以通过改变照明灯组色温的方式，使构件的主体在摄像头的取景器中接近白色，增加与锈蚀部位的对比度。

进一步地，正方形框上还设有吹风***。

用于在摄像头拍摄前吹掉可能落在钢构件上的杂物、泥土及激光除锈清掉的锈斑。

以上过程，保证了针对锈蚀情况不均匀的钢构件，可以仅针对有锈蚀的位置进行激光除锈作业，并且根据锈蚀程度调节激光的功率，使钢构件的表面情况大体统一。

但背景技术的研究也提示，如果反复对钢构件进行激光除锈，其表面粗糙度会随着激光照射次数的增加而先降低(除锈斑)再增加(烧伤)，而表面粗糙度对于后面的涂装及其他工艺有比较大的影响，一般要求所有的工作面表面粗糙度一致并在国标要求的范围内，而在上面的过程中，进行过除锈和被判断为无锈而关闭激光头的位置，其处理后的表面粗糙度是完全不同的，一般认为经过激光照射的构件表面粗糙度更大并更适合涂装，因此还需要对除锈之后的构件表面进行一致性处理，即

进一步地，所述正方形框架6的端点上还关于正方形框的中心点中心对称设置有前扫臂14及后扫臂15，扫壁的长度与正方形框架的边长相同，并可以绕与正方形框的连接点摆动，每个扫臂上均匀阵列设置有激光头。

按龙门架及吊臂的实际运动路径，一般同一时间内只需要一个扫臂进行工作。比如图1中，假设工作头由左向右运动，而龙门架由后向前运动，这种情况下正方形框内的激光头扫描结束后，龙门架向前移动一个方形框边长的行程，然后完全展开的后扫臂在吊臂的下一次横向运动过程中再完全扫过龙门架移动前正方形框内的激光头已经照射过的区域，因为此区域内的锈迹已经清除，因此扫臂上的各激光头采用同样的功率再进行照射(烧蚀)，使构件表面的粗糙度均一。

这里要注意，除锈操作并不是为了使构件表面光滑，而是要最终使表面有一定的粗糙度，不然涂料无法附着，而激光作用于钢构件的特性，也使本申请设计了先除锈再烧蚀表面的两步流程，使构件达到最理想的预处理状态。

在理想的情况下，钢构件的表面情况完全相同，即不存在不均匀的锈斑，则不需要特别和图像处理的方式进行针对性处理，这时可以使两个扫臂闭合，获得更好的机构刚度和控制便捷性，而直接使用扫臂上激光头进行表面处理即可。可以仅用一只扫臂作业，也可以两只扫臂共用，在后一种情况下，相当于同样功率的激光头在一次行程中对钢构件反复照射了两次，参见说明书附图7-8。

如果有特别需要，即使不合闭，也可以两只扫臂同时工作，因为方形框为正方形的巧妙设计，扫臂的长度也等于方形框的边长，因此在工作的时候扫臂也可以不合闭而同时工作，其随悬架进行扫描运动，因为两个扫臂的错开而在工件表面留下斑马条纹一样的工作区，随后再回头遍历一遍，即使完全作用所有的表面。这种操作方式适用于可以一次烧蚀出理想表面粗糙度的情况。

进一步地，所述前扫臂和后扫臂可以完全闭合并紧贴于方形框架6。

进一步地，所述推进机构为电机螺杆机构。

进一步地，所述活动机构为丝杆滑块机构。

进一步地，所述扫描机构为电机螺杆机构。

容易知道，上述驱动机构主要驱动各级执行机构的运动，不限于上述选择，也可以采用同类的传动机构，如链传动，同步带传动，液压气动机构等。

进一步地，所述吊臂可调节悬架的悬吊高度，其与悬架的悬挂连接点为铰铰链连接，可以改变悬架的悬吊角度。

这是为适应工作面不是平面的钢构件，其可适应性地正对待作业面。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：包括由相互平行的左轨道及右轨道组成推进机构，和传动连接于所述推进机构上的龙门架，所述推进机构可以驱动龙门架在左轨道及右轨道上按指定的速度运动和停驻；

还包括可受驱动沿龙门架横梁上按指定的速度匀速运动的吊臂，吊臂下方固定连接有悬架，悬架上安装有工作头；

所述工作头包括正方形框架，所述正方形框架由四条长度相同的框条构成，分别是后框条、前框条、左框条和右框条，所述左框条和所述右框条中点处分别安装有摄像头，所述左框条和所述右框条下方安装有照明灯组，使对应的摄像头的拍摄范围内的照度均一；

所述后框条和前框条上还设置有活动机构，传动连接于所述活动机构上的滑梁可以在自身平行于左框条的情况下沿垂直于左框条的方向在活动机构的驱动下匀速运动；所述滑梁上设有激光头，激光头在扫描机构的驱动下可沿滑梁来回运动；

还包括控制***，其先控制龙门架运动到待进行除锈作业的位置，再控制工作头在龙门架横梁上运动到需要进行除锈作业的局部附近，开启照明灯组，摄像头拍摄需要进行除锈作业的局部，然后控制***对所得图像进行处理，根据对比度判断锈斑的实际形状与锈蚀程度，控制吊臂运动使正方形框正对待除锈作业的局部，随后滑梁左右运动与激光头前后运动，使激光头遍历待除锈位置，并按图像处理所得的锈蚀程度调节激光发射功率，锈蚀程度高的位置提高发射功率，锈蚀程度低的位置降低发射功率或关闭激光头。

2.根据权利要求1所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：照明灯组的色温可由控制***根据待除锈的工件的材料调节，使无锈的工件在此色温下的颜色接近白色。

3.根据权利要求1所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：正方形框上还设有吹风***。

4.根据权利要求1所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：所述正方形框架的端点上还关于正方形框的中心点中心对称设置有前扫臂及后扫臂，扫壁的长度与正方形框架的边长相同，并可以绕与正方形框的连接点摆动，每个扫臂上均匀阵列设置有激光头。

5.根据权利要求4所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：所述前扫臂和后扫臂可以完全闭合并紧贴于方形框架。

6.根据权利要求1所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：所述推进机构为电机螺杆机构。

7.根据权利要求1所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：所述活动机构为丝杆滑块机构。

8.根据权利要求1所述的一种钢构件激光除锈装置，其特征在于：所述扫描机构为电机螺杆机构。

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