一种用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置及其工作方法

1.本发明涉及船舶焊接制造领域，尤其是涉及一种用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置及其工作方法。


背景技术：

2.船舶建造时，大量钢结构使用12mm以上的中厚钢板，这些钢板在焊接之后存在的应力较大，为了保证船舶在运行过程中的安全及使用寿命，必须将这些应力消除。目前，大部分船厂都是采用火工的方式消除这些应力，但是火工方式严重依赖工人经验，并且火工过程中会产生大量对工人身体造成伤害的有毒气体，此外，火工的生产效率较低，劳动强度大。
3.目前，电磁感应加热用在焊前预热、钢板生产、淬火、薄板矫正等领域比较多。背烧设备大部分采用气体燃烧加热及火工的方式工作，很少有智能的电磁感应背烧设备。比如专利cn201811271207.7保护的是一种小组立机器人在线自动背烧设备，只能对小组立件进行背烧而且用的也是气体加热的方式。cn201620779622.3保护的是一种依靠人力推动的背烧小车，依然依靠气体加热。cn201821785335.9保护的是大型公建焊缝背烧系统，依靠轨道前进，系统比较复杂，使用气体进行加热。cn201820057622.1保护的是一种背烧小车，也是依靠人力推动，依靠气体加热。专利cn201210399255.0、cn201720696318.7、cn201410280212.x保护的都是采用气源进行加热的技术方案。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置，实现地面自行走、自动避障、识别需要船体外形、高度自调节、加热间隙可调等功能。并提供了其工作方法。
5.技术方案：一种用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置，包括车体以及安装于车体上的电磁感应系统、高频电源、控制柜，电磁感应系统安装于车体顶部，电磁感应系统包括线圈组件、线圈转换接头、同轴变压器，线圈转换接头一端与线圈组件连接，另一端与车体连接，使线圈组件朝向车体上方，同轴变压器安装于车体上，线圈转换接头通过同轴变压器与高频电源连通，车体、电磁感应系统分别与控制柜信号连接。
6.电磁感应系统连接冷水机，控制箱内有工控机可以综合处理各传感器及高频电源、冷水机等设备的反馈信息，形成对各组成设备的控制流参数，下发给下位机设备。控制箱内部安装有wifi热点可以与手机app连接，通过手机app控制车体运动及电磁感应加热的过程，并监控本装置的运行状态。或者也使用控制手柄对车体及加热进行控制。
7.进一步的，线圈组件包括两个间隔对称设置的线圈本体，两者分别与线圈转换接头连接，线圈本体为小头端为缺口的凸字形结构，其内部设有内部水道一并开设有与内部水道一连通的线圈进水口、线圈出水口，线圈本体小头部的两个竖臂上分别开设有一个高度调节孔一、高度调节孔二，高度调节孔一位于高度调节孔二上方，线圈本体小头部的两个
竖臂上还分别设有隔断，使内部水道一在隔断位置截止，线圈本体通过高度调节孔一或高度调节孔二与线圈转换接头连接。
8.进一步的，线圈转换接头包括成对设置的第一法兰、第二法兰、第三法兰、第四法兰，四者呈矩阵型布置，第一法兰的侧方和下方分别为第二法兰、第三法兰，第四法兰位于第二法兰下方，第一法兰与第三法兰对应螺纹连接，第二法兰与第四法兰对应螺纹连接，第一法兰、第二法兰分别安装于车体上，一对第一法兰之间、一对第二法兰之间分别具有缝隙，使线圈转换接头分为两半，两个线圈本体分别与两半线圈转换接头连接。
9.两个线圈本体通过线圈转换接头实现独立工作，当需要单个加热条时，其中一条线圈本体上升，该线圈本体不在钢板通过电磁感应产生热量，当需要两个加热条时，该线圈本体可以手动下降，两个线圈本体同时工作，同时加热。
10.最佳的，线圈转换接头上设有接头进水口一、接头出水口一，分别开设于一对第一法兰上，线圈转换接头上还设有接头进水口二、接头出水口二，分别开设于一对第二法兰上，一对第一法兰和一对第二法兰内部分别开设有一条内部水道二，接头进水口一、接头出水口一、接头进水口二、接头出水口二分别与对应的一条内部水道二连通，其中一个线圈本体的线圈进水口与接头出水口一通过软管连接，线圈出水口与接头进水口一通过软管连接，另一个线圈本体的线圈进水口与接头出水口二通过软管连接，线圈出水口与接头进水口二通过软管连接。
11.软管长度预留50％的余量，保证各法兰移动及线圈本体上下移动时水管的长度满足要求。
12.最佳的，一对第四法兰的底部分别开设有向上延伸的圆柱形盲孔一，且侧面开设有通向盲孔的连接孔，一对第三法兰的底部分别开设有向上延伸的圆柱形盲孔二，线圈本体小头部的两个竖臂分别穿设于圆柱形盲孔一、圆柱形盲孔二中，使连接孔与高度调节孔一或高度调节孔二重叠，第四法兰在连接孔处通过螺栓与线圈本体连接。
13.最佳的，第三法兰的上部开设有长条孔，第一法兰的下部对应开设有安装孔，两者通过螺栓连接。
14.进一步的，车体包括底板、顶板、电动伺服缸、车轮、驱动电机，顶板间隔设置于底板上方，两者通过四个呈矩形间隔排列的电动伺服缸连接，车轮在底板下部安装有四个，每个车轮分别与一个驱动电机连接，驱动电机、高频电源、控制柜分别安装于底板上，电磁感应系统安装于顶板的上表面，电动伺服缸、驱动电机分别与控制柜信号连接。
15.电动伺服缸的伸缩量由钢板形状决定，车体顶板可以在前、后、左、右四个方向对顶板的位置及倾斜角度进行设置。
16.进一步的，车体还包括摄像头，顶板的四个顶角处分别安装有一个摄像头，摄像头与控制柜信号连接。
17.最佳的，车体四周及顶板上分别安装有避碰雷达。
18.避碰雷达可以保证实时探测设备与周围障碍物距离，防止车体自运行过程中与障碍物发生碰撞。
19.一种上述的用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置的工作方法，包括以下步骤：
20.s1：控制车体运动到钢板背面，控制柜开机，识别焊缝或者事先做好的弹线；
21.s2：根据钢板背面形状，自动调整车体顶部倾斜度，保证线圈组件与钢板平行且距
离恒定；
22.s3：确定加热条数为一条或是两条；
23.s4：冷水机开机；
24.s5：根据板厚设定车体移动速度；
25.s6：高频电源开机，线圈组件开始加热；
26.s7：车体自主行走，使线圈组件沿焊缝或弹线移动进行连续加热；
27.s8：线圈组件工作完毕，停止加热，同时车体停止运动；
28.s9：冷水机停机；
29.s10：系统关机。
30.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
31.(1)车体既可以沿着预设标记行进，也可以自识别焊缝位置，自运行，并能实现避障。
32.(2)车体顶板在四个竖直电动伺服缸作用下可以保证线圈本体与钢板的平行。
33.(3)既可以一次加热一条，也可以同时加热焊缝两侧。
34.(4)可以用手机进行控制也可以用手柄进行控制，控制端简单易用。
35.(5)降低劳动强度，工人可以远离机器人进行操作，保护工人健康。
36.(6)设备结构简单，可靠性高，易维护。
附图说明
37.图1是本发明的侧视图；
38.图2是本发明的俯视图；
39.图3左是线圈本体的正视图，右是线圈本体的侧视图；
40.图4是线圈本体的立体透视图；
41.图5左是线圈转换接头的俯视图，右是线圈转换接头的立体视图；
42.图6左是线圈转换接头的正视图，右是线圈转换接头的侧视图；
43.图7左视第三法兰的立体视图，右视第三法兰的俯视图；
44.图8左是线圈转换接头与线圈组件组合的正视图，右是线圈转换接头与线圈组件组合的侧视图；
45.图9是线圈转换接头与线圈组件组合的立体透视图。
具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
47.一种用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置，如图1～9所示，包括车体100以及安装于车体100上的电磁感应系统200、高频电源300、控制柜400。
48.车体100是整系统的载体，多有设备装载在车体上。电磁感应系统200提供高频低压交流电，用于在钢板产生涡流，进而发热。高频电源300主要是将380v的三相工频电转换为高频电。控制柜400主要为系统提供数据存储与处理、图像处理、路径规划等功能，并与手机或者手柄通信。
49.车体100包括底板101、顶板102、电动伺服缸103、车轮104、驱动电机105、括摄像头500、避碰雷达，顶板102间隔设置于底板101上方，两者通过四个呈矩形间隔排列的电动伺服缸103连接，车轮104在底板101下部安装有四个，每个车轮104分别与一个驱动电机105连接，驱动电机105、高频电源300、控制柜400分别安装于底板101上，电磁感应系统200安装于顶板102的上表面，顶板102的四个顶角处分别安装有一个摄像头500，车体100四周及顶板102上分别安装有避碰雷达，避碰雷达、摄像头500、电动伺服缸103、驱动电机105分别与控制柜400信号连接。
50.四个驱动电机105分别控制，可以实现车体100的前进、后退、转弯运动。四个电动伺服缸103组成顶板102的运动系统，四个电动伺服缸103也是分别控制，可以实现顶板102的前后左右倾斜等，使电磁感应系统200与船体或者海工背面平行。
51.顶板102安装有四个摄像头500及其他位置传感器，摄像头500的图像可以实时传送到上位机，并在上位机里进行实时处理、识别船体背面距离及障碍物等。钢板背面的焊缝既可以用摄像头500识别，也可以提前用弹线的方式标记焊缝位置，为设备的前进做运动参数的准备。
52.控制柜400安装有wifi热点，可以与手机app直连。手机开发app作为本装置的上位机控制终端，通过手机app可以实时监测并控制本装置运动及电磁感应加热。
53.电磁感应系统200包括线圈组件、线圈转换接头、同轴变压器，线圈转换接头一端与线圈组件连接，另一端与车体100连接，使线圈组件朝向车体100上方，同轴变压器安装于车体100上，线圈转换接头通过同轴变压器与高频电源300连通。
54.线圈组件包括两个间隔对称设置的线圈本体，两者分别与线圈转换接头连接，线圈本体为小头端为缺口的凸字形结构，其内部设有内部水道一205并开设有与内部水道一205连通的线圈进水口201、线圈出水口202，线圈本体小头部的两个竖臂上分别开设有一个高度调节孔一203、高度调节孔二204，高度调节孔一203位于高度调节孔二204上方，线圈本体小头部的两个竖臂上还分别设有隔断206，使内部水道一205在隔断206位置截止，线圈本体通过高度调节孔一203或高度调节孔二204与线圈转换接头连接。
55.线圈转换接头包括成对设置的第一法兰301、第二法兰302、第三法兰303、第四法兰304，四者呈矩阵型布置，第一法兰301的侧方和下方分别为第二法兰302、第三法兰303，第四法兰304位于第二法兰302下方，第一法兰301与第三法兰303对应螺纹连接，第二法兰302与第四法兰304对应螺纹连接，第一法兰301、第二法兰302分别安装于车体100上，一对第一法兰301之间、一对第二法兰302之间分别具有缝隙305，使线圈转换接头分为两半，两个线圈本体分别与两半线圈转换接头连接。
56.两半分别接通同轴变压器高频电流的两个电极，不能短路。
57.线圈转换接头上设有接头进水口一308、接头出水口一309，分别开设于一对第一法兰301上，线圈转换接头上还设有接头进水口二310、接头出水口二311，分别开设于一对第二法兰302上，一对第一法兰301和一对第二法兰302内部分别开设有一条内部水道二307，接头进水口一308、接头出水口一309、接头进水口二310、接头出水口二311分别与对应的一条内部水道二307连通，其中一个线圈本体的线圈进水口201与接头出水口一309通过软管连接，线圈出水口202与接头进水口一308通过软管连接，另一个线圈本体的线圈进水口201与接头出水口二311通过软管连接，线圈出水口202与接头进水口二310通过软管连
接。
58.软管的长度大于线圈进出水口与线圈转换接头进出水口的距离的50％，在线圈本体调整高低位置与左右位置时，长度可以满足要求。
59.一对第四法兰304的底部分别开设有向上延伸的圆柱形盲孔一314，且侧面开设有通向盲孔314的连接孔312，一对第三法兰303的底部分别开设有向上延伸的圆柱形盲孔二，线圈本体小头部的两个竖臂分别穿设于圆柱形盲孔一314、圆柱形盲孔二中，使连接孔312与高度调节孔一203或高度调节孔二204重叠，第四法兰304在连接孔312处通过螺栓与线圈本体连接。
60.线圈本体两端可以在圆柱形盲孔二、圆柱形盲孔一314内滑动，连接孔312与线圈本体的高度调节孔一203或高度调节孔二204连接，实现这一侧线圈本体的高低调节。当与高度调节孔一203连接时，该侧线圈本体与钢板距离较远，高频电流不会在钢板表面产生涡流，实现单条加热。当两个线圈本体同时与高度调节孔二204连接时，两侧线圈本体高度相等，此时两侧线圈本体都可以在钢板表面电磁感应出涡流，产生热量，实现两条加热。
61.第三法兰303的上部开设有长条孔313，第一法兰301的下部对应开设有安装孔306，两者通过螺栓连接。
62.长条孔313经过与第一法兰301的安装孔306的配合，可以调节第三法兰303与第四法兰304之间的距离，是两条线圈本体之间的距离就实现了调节。
63.综上，因此第三法兰303实现了两个线圈本体间距离的调整，第四法兰304实现了线圈本体高低的调整。两个相同的线圈本体与线圈转换接头组成加热距离可调，单双加热条可调的新型线圈。
64.本装置还设有冷水机，高频电源为同轴变压器提供高频的输出电压，冷水机为整个系统冷却散热，如图9所示，某一单侧线圈本体的水流由同轴变压器的出水口沿着a—b—c—d—e—f—g—h—i—j的水路返回同轴变压器，完成散热。其中bc之间，hi之间是软管连接(如图中虚线所示)，线圈转换接头内部水流是不通的。
65.上述的用于船舶制造的智能电磁感应背烧装置的工作方法，包括以下步骤：
66.s1：控制车体运动到钢板背面，控制柜开机，识别焊缝或者事先做好的弹线；
67.s2：根据钢板背面形状，自动调整车体顶部倾斜度，保证线圈组件与钢板平行且距离恒定；
68.s3：确定加热条数为一条或是两条；
69.s4：冷水机开机；
70.s5：根据板厚设定车体移动速度；
71.s6：高频电源开机，线圈组件开始加热；
72.s7：车体自主行走，使线圈组件沿焊缝或弹线移动进行连续加热；
73.s8：线圈组件工作完毕，停止加热，同时车体停止运动；
74.s9：冷水机停机；
75.s10：系统关机。