艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，包括：供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、探傷監(jiān)測系統(tǒng)、表面清刷機構(gòu)和吸附行走機器人。系統(tǒng)工作時，等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)、吸附行走機器人及探傷監(jiān)測系統(tǒng)的探頭處于水下作業(yè)。利用水下等離子體放電產(chǎn)生的強聲沖擊波對艦艇殼體表面的附著生物進行初次清理，使得艦艇表面附著生物掉落或松動，再利用表面清刷機構(gòu)對松動的附著物進行清理。探傷監(jiān)測系統(tǒng)在除垢作業(yè)后檢測除垢效果，同時對艦艇殼體表面進行無損探傷。
【專利說明】艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋工程裝備，特別涉及一種利用水下等離子體強聲脈沖對艦艇殼體進行除垢和探傷的自動化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在船只吃水線下常附著大量海洋生物，海洋生物附著后，艦船底粗糙并增重，增加摩擦阻力，航速降低，燃料消耗提高；堵塞海水管道和海底閥門；產(chǎn)生妨礙聲吶工作的噪音，降低聲吶性能；促進腐蝕，使木船被船蛆或蛀木虱鉆孔。這類生物若固著在艦艇上，隨著時間的推移，其繁殖數(shù)量會愈來愈多，面積不斷增大，甚至蓋滿艦艇的整個水下部分，這樣污著生物會增加艦船自重和航行的阻力，引起航速降低和燃料消耗增加，并縮小艦艇活動范圍，嚴重影響艦船的航行特性和作戰(zhàn)性能。根據(jù)對397艘受到生物污損船只的調(diào)查結(jié)果，船速平均下降5%的占80%以上，最嚴重的船速下降可達25%。并且會使艦艇產(chǎn)生更大的航行噪音，更容易暴露目標而被敵方發(fā)現(xiàn)。因此，艦艇要不定期進塢，清洗水下部分，除去附著生物。同時，當海洋生物附著在船底時，會隨著這些污損生物的生長而發(fā)生一系列復雜的物理化學變化，大大加速了船底鋼板的腐蝕，降低艦艇殼體和水下裝備的使用壽命。例如，非觸發(fā)性水雷若附著大量海洋生物，會造成引信失效；水雷加重而下沉，改變了原來的定深標準。
[0003]在傳統(tǒng)的清洗作業(yè)中，日本、歐美等西方發(fā)達國家在70年代以前主要采用化學方法清洗，自70年代末開始發(fā)展無污染化學方法、機械方法和高壓水射流清洗技術(shù)清洗。我國的清洗行業(yè)多年來一直處于化學和手工清洗的落后狀態(tài)，據(jù)估計，我國工業(yè)清洗目前80%是用化學方法。無論是化學清洗還是人工清洗都存在著清洗成本高、效率低、污染環(huán)境等問題，遠遠不能滿足現(xiàn)代社會日益增長的工業(yè)及民用清洗要求。并且國內(nèi)還存在著修船期長、船塢不足的問題，同時船塢清刷還增加了船舶的非營運時間和燃油消耗。據(jù)測算，我國遠洋及沿海船舶行業(yè)一年燃油消耗量一千萬噸以上，按水下清洗可節(jié)省6%的燃油來計算，性能優(yōu)良的水下附著生物無污染清除系統(tǒng)每年可節(jié)約2億元以上燃油消耗。
[0004]在傳統(tǒng)的探傷監(jiān)測作業(yè)中，國外主要用水下超聲檢測法來檢測船體及鋼結(jié)構(gòu)海上平臺的腐蝕情況。美國等西方國家在進行水下超聲探傷時，一般至少由2名工人組成一個檢查小組，其中一位是潛水員(水下操作者)，其任務是確定適當?shù)臋z查部位，作表面準備(出去表面附著物質(zhì))，并操作探頭的獲得需用的回波信號；另一位是水上檢查員，其職責是校準檢測系統(tǒng)，分析解釋得到的信號，指導潛水員操縱探頭等。該探傷檢修方法需要花費大量人力。國內(nèi)造船廠及船舶維修中心均采用超聲波測厚儀檢測船體的腐蝕狀況，這種方法對于表面完好、無涂層的構(gòu)件是適用的，但從檢測船體腐蝕的角度，超聲測厚方法不能直觀、準確地反映船體腐蝕的基本狀況，且超聲測厚儀目前仍以手工操作為主，檢測結(jié)果受人為影響的因素較多，而且檢測速度太慢。因此，開展新型、高效、經(jīng)濟的艦艇及水下裝備附著生物無污染清除系統(tǒng)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)的研究開發(fā)，具有重要的軍事戰(zhàn)略意義和巨大的民用價值和推廣市場。[0005]專利“海洋附著生物清除裝置”(專利號為01278370.6)發(fā)明的裝置為漂浮的機架，可以隨時清除附著在海上設施的生物，但是其結(jié)構(gòu)復雜，可靠性低，而且噴酸管噴出的酸液還可能對設施及艦艇產(chǎn)生腐蝕作用，很不環(huán)保。專利“海洋船舶除生物污染的電化學方法”(專利號為200610016914.2)提出了一種以船體為陰極，以金屬鈦或石墨為陽極，利用脈沖電源在兩極之間產(chǎn)生的脈沖電流對海洋生物進行清除的方法，其缺點在于每次只能對船體局部進行清理，機動性差，且電流強度小，清除效果不夠徹底。而且上述專利均不具備對艦艇殼體的探傷功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一個除垢和探傷系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用水下等離子體電聲轉(zhuǎn)換原理在一定距離處形成高強度強聲沖擊波，對艦艇殼體表面的附著生物進行清理，再利用高壓射流清洗原理對松動的附著物進行清理，然后利用超聲探傷監(jiān)測原理對艦艇殼體表面進行探傷并檢測除垢效果，實現(xiàn)對艦艇殼體除垢和探傷等維護作業(yè)。該系統(tǒng)機動靈活，除垢探傷同步完成，作業(yè)效率高，除垢效果好。
[0008]技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為:
[0010]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:包括供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、探傷監(jiān)測系統(tǒng)、表面清刷機構(gòu)、吸附行走機器人；供電系統(tǒng)為控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)提供能量；等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)及探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器安裝在吸附行走機器人上；
[0011]所述控制系統(tǒng)由中央處理器、充電系統(tǒng)控制模塊、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊、吸附行走機器人控制模塊、探傷監(jiān)測系統(tǒng)控制模塊和電源接口模塊組成；充電系統(tǒng)控制模塊控制充電系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)進行充電；等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊啟動儲能系統(tǒng)對等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)高壓放電，產(chǎn)生高壓沖擊波；吸附行走機器人控制模塊控制吸附行走機器人帶動等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器在艦艇表面順序二維掃描運動；探傷監(jiān)測系統(tǒng)控制模塊控制探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器采樣和數(shù)據(jù)處理；電源接口模塊為整個控制系統(tǒng)供電。
[0012]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:所述供電系統(tǒng)由艦艇上自身的電力系統(tǒng)提供，或加裝發(fā)電機組單獨供電。
[0013]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:充電系統(tǒng)包含高壓發(fā)生電路，對供電系統(tǒng)所供電壓進行升壓至預設高壓，再對儲能系統(tǒng)進行充電。
[0014]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:儲能系統(tǒng)為高壓脈沖儲能電容及其保護電路。
[0015]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)包括放電電極和聚能機構(gòu)，其中放電電極安置在聚能機構(gòu)內(nèi)部。
[0016]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:放電電極采用尖對尖結(jié)構(gòu)，放電電極材料采用銅鎢合金；聚能機構(gòu)為反射罩，反射罩的反射面采用橢球面。
[0017]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:多個等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)并聯(lián)排成陣列，由控制系統(tǒng)同步控制觸發(fā)。
[0018]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:探傷監(jiān)測系統(tǒng)包括水下攝像裝置和探傷設備；探傷設備由超聲波發(fā)生與接收裝置、探傷控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機、柔性電纜、探頭架、水浸聚焦探頭、信號處理及圖像顯示系統(tǒng)組成，超聲波發(fā)生與接收裝置通過柔性電纜與水浸聚焦探頭相連接，由驅(qū)動電機進行驅(qū)動，用于發(fā)射和接收超聲波，探頭架用于固定探頭，水浸聚焦探頭在探傷控制系統(tǒng)的控制下，沿二維方向以設定的步長作同步運動，信號處理及圖像顯示系統(tǒng)對超聲波接收裝置接收到的信號進行分析處理以獲得船體表面固著生物及損傷情況，同時接收水下攝像裝置傳回的視頻圖像。
[0019]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:表面清刷機構(gòu)采用機械清刷和高壓水射流清洗。
[0020]所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:吸附行走機器人采用永磁吸附輪式結(jié)構(gòu)，帶動等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)傳感器在艦艇表面順序二維掃描運動。
[0021]有益效果
[0022]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]1、本發(fā)明的系統(tǒng)不僅可以對艦艇殼體的附著物進行粉碎、清刷，還具有對艦艇殼體進行探傷、監(jiān)測的功能，實現(xiàn)了除垢和探傷監(jiān)測的一體化作業(yè)，功能全面，工作效率高。其中除垢和探傷系統(tǒng)可以同時工作，也可以單獨工作。
[0024]2、本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以方便、簡捷地對整個裝置進行控制，協(xié)調(diào)整個裝置中的不同系統(tǒng)分工協(xié)同工作，并且控制系統(tǒng)通過觀察附著物的類別、附著厚度等情況以及清除效果，確定系統(tǒng)充放電參數(shù)，選擇合適強度和頻率的等離子沖擊波對附著物進行清理，除垢效果好，作業(yè)效率高。
[0025]3、本發(fā)明的等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)采用了聚能機構(gòu)，并能通過多個沖擊波聚束形成更高的強聲沖擊波作用在附著生物上，對水下指定區(qū)域的目標附著物形成粉碎性破壞，使得艦艇固著生物清除效果更加徹底有效，并且提高了除垢效率。
[0026]4、本發(fā)明的吸附行走機器人采用永磁吸附輪式結(jié)構(gòu)，永磁吸附使機器人吸附可靠，運動穩(wěn)定，易控制；輪式結(jié)構(gòu)使得機器人的移動更加靈活，能適應各種艦艇殼體流線；行程規(guī)劃和作業(yè)區(qū)域由控制系統(tǒng)來自動控制，作業(yè)效率高，人工成本低。
[0027]5、本發(fā)明的探傷監(jiān)測系統(tǒng)利用水下攝像頭監(jiān)測清除效果和殼體表面狀況，調(diào)節(jié)作業(yè)推進速度，實現(xiàn)水下船體表面的無損探傷和監(jiān)測的一體化功能，同時保證了探傷和檢測工作的效果，增加了探傷監(jiān)測的可靠性。
[0028]6、本發(fā)明的表面清刷機構(gòu)采用機械清刷和高壓射流清洗技術(shù)，在清刷艦艇殼體松動的附著生物殘渣時，拋光了艦艇表面，便于監(jiān)測系統(tǒng)的攝像頭監(jiān)視和探傷系統(tǒng)的傳感器探頭采樣，提高了監(jiān)測效果和探傷性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1:艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)總體方案框圖
[0030]圖2:控制系統(tǒng)框圖
[0031]圖3:充電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的一種實施方式[0032]圖4:等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)框圖
[0033]圖5:—種優(yōu)化的等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)框圖
[0034]圖6:點對點的電極示意圖
[0035]圖7:橢球面反射罩聚能原理圖
[0036]圖8:探傷監(jiān)測系統(tǒng)及水下作業(yè)機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
[0037]其中:1-等離子沖擊波；2_吸附行走機器人；3_探頭架；4_水下攝像裝置；5-水浸聚焦探頭；6_柔性電纜；7-海水；8_驅(qū)動電機；9_超聲波發(fā)生與接收裝置；10-儲能系統(tǒng)；11-充電系統(tǒng)；12-探傷控制系統(tǒng)；13-信號處理及圖像顯示系統(tǒng)；14_船體；15-艦艇殼體。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本實施例進一步說明:
[0039]如圖1所示，本實施例中艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、探傷監(jiān)測系統(tǒng)、表面清刷機構(gòu)、吸附行走機器人。系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)連接控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)，為其提供能量。整個系統(tǒng)可以用艦艇自身的電力系統(tǒng)供電，也可以由陸地上的電源供電，還可以另外加裝發(fā)電機單獨為本系統(tǒng)供電。供電體制為 220V/50Hz。
[0040]所述控制系統(tǒng)由中央處理器、充電系統(tǒng)控制模塊、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊、吸附行走機器人控制模塊、探傷監(jiān)測系統(tǒng)控制模塊和電源接口模塊組成。中央處理器是控制系統(tǒng)的指令結(jié)算中心，控制系統(tǒng)上電初始化，向各個分系統(tǒng)發(fā)送指令，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。充電系統(tǒng)控制模塊控制充電系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)進行充電；等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊啟動儲能系統(tǒng)對等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)高壓放電，產(chǎn)生高壓沖擊波。吸附行走機器人控制模塊控制吸附行走機器人帶動等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器在艦艇表面順序二維掃描運動；探傷監(jiān)測系統(tǒng)控制模塊控制探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器采樣和數(shù)據(jù)處理，完成對船體的無損檢測和探傷及清除效果的監(jiān)視；電源接口模塊為整個控制系統(tǒng)供電。
[0041]充電系統(tǒng)包含高壓發(fā)生電路等配套電路，對供電系統(tǒng)所供電壓進行升壓至預設高壓，再對儲能子系統(tǒng)進行快速、高效充電。儲能系統(tǒng)為高壓脈沖儲能電容及其保護電路，可以實現(xiàn)對電能的儲存和通過等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)中的放電電極瞬間釋放電能。一個典型的充電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的實施方式如圖3所示。例如，圖中Tl采用自耦變壓器調(diào)壓，T2采用高壓升壓變壓器，其中，T2輸入端的抽頭與Tl相連接。D采用高壓整流硅堆，R采用大功率線繞電阻，儲能系統(tǒng)C采用高壓脈沖儲能電容。其中，D，R，C與T2的輸出端相連接構(gòu)成充電回路。儲能系統(tǒng)必須由寄生電感小的脈沖電容器來實現(xiàn)，方可保證產(chǎn)生較大的放電電流(通?？蛇_IOkA以上)；根據(jù)體積要求，可以選取高比能的電容器；還通過多個電容的串聯(lián)、并聯(lián)來構(gòu)成所需的容值和耐壓值達到要求的儲能。例如，選取耐壓為10kV、容量為20uF的脈沖電容器，即可實現(xiàn)1000焦耳能量的強聲源。
[0042]等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)包括放電電極和聚能機構(gòu)其中放電電極安置在聚能機構(gòu)內(nèi)部。放電電極通過高電壓、大電流瞬間放電，形成水下等離子體，產(chǎn)生沖擊波，放電電極采用如圖6所示的尖對尖結(jié)構(gòu)，材料應選擇強度高、放電效率高、耐腐蝕的材料，如銅鎢合金。聚能機構(gòu)利用反射、同相疊加等原理將各向同性的聲波聚能后向外傳播以使放電電極處釋放的能量得到有效的利用。聚能機構(gòu)是一個采用不銹鋼或高強度合金材料的反射罩，其反射面采用橢球面，如圖7所示，圖中a為偽橢球的長半軸、b為短半軸、c為半焦距，h為橢球反射罩凹深、r為開口半徑，F(xiàn)l為第I焦點，F(xiàn)2為第2焦點，F(xiàn)1、F2連線為橢球反射罩的聲軸，過F2垂直于聲軸的平面稱為聚焦平面。根據(jù)射線聲學理論，將脈沖聲源(放電電極)放在橢球反射面的第I焦點Fl上，聲波經(jīng)反射罩反射后將在反射罩的另一個焦點(F2)處匯聚。如果將橢球反射罩對準傳播方向，就會在指定方向上形成足夠的聲強。由此可見，經(jīng)過橢球曲面障板反射后，可將脈沖聲波聚焦到一定的方向和區(qū)域，獲得較高的指向性增益，有效提高聲源的利用率和沖擊波的強度。
[0043]當發(fā)現(xiàn)固著生物或清除效果不理想或期望加快清除速度時，可采用圖5所示的優(yōu)化的等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)，啟動強力清除模式。將多個等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)并聯(lián)排成陣列，由控制系統(tǒng)同步控制觸發(fā)，通過多個放電電極同步放電產(chǎn)生多個沖擊波，并通過多個聚能機構(gòu)聚束形成更高能量的強聲沖擊波，作用在固著生物上，清除效果更好、速度更快。
[0044]探傷監(jiān)測系統(tǒng)包括水下攝像裝置和探傷設備。其中探傷設備采用水浸聚焦探傷法對船體表面及內(nèi)部缺陷進行無損檢測和探傷。探傷設備由超聲波發(fā)生與接收裝置、探傷控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機、柔性電纜、探頭架、水浸聚焦探頭、信號處理及圖像顯示系統(tǒng)組成，如圖8所示，超聲波發(fā)生與接收裝置9、儲能系統(tǒng)10、充電系統(tǒng)11、探傷控制系統(tǒng)12和信號處理及圖像顯示系統(tǒng)13安裝在船上，由操作人員操控或預置參數(shù)程控；驅(qū)動電機8、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)、吸附行走機器人2及探傷監(jiān)測系統(tǒng)的探頭5處于水下作業(yè)。超聲波發(fā)生與接收裝置通過柔性電纜與水浸聚焦探頭相連接，由驅(qū)動電機進行驅(qū)動，用于發(fā)射和接收超聲波，探頭架用于固定探頭，水浸聚焦探頭在探傷控制系統(tǒng)的控制下，沿二維方向以設定的步長作同步運動。探傷監(jiān)測系統(tǒng)工作時，由超聲波發(fā)生裝置9發(fā)出的2000伏以上的電脈沖信號，該信號經(jīng)柔性電纜6到達水浸聚焦超聲探頭5并激勵其發(fā)射脈沖超聲波，此超聲波聚焦后經(jīng)海水7傳入船體14。超聲波經(jīng)艦艇殼體15表面剩余的固著生物和殼體的蝕孔及裂紋等缺陷反射后，將為超聲波接收裝置9所接收。信號處理及圖像顯示系統(tǒng)對超聲波接收裝置接收到的信號進行分析處理以獲得船體表面固著生物及損傷情況，同時接收水下攝像裝置傳回的視頻圖像。
[0045]表面清刷機構(gòu)采用機械清刷和高壓水射流清洗技術(shù)，用于清刷經(jīng)等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)處理過艦艇殼體的松動的附著生物殘渣，拋光艦艇表面，便于無損探傷及監(jiān)測系統(tǒng)的攝像頭采樣和監(jiān)視。
[0046]吸附行走機器人采用永磁吸附輪式結(jié)構(gòu)，帶動等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)傳感器攝像機等水下作業(yè)體在艦艇表面順序二維掃描運動，以完成對整個艦艇表面附著生物的清除工作和探傷監(jiān)測工作。吸附行走機器人的行程規(guī)劃和作業(yè)區(qū)域的選擇通過控制系統(tǒng)來控制，并在控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)水上、水下吸附爬行和船體除垢及探傷作業(yè)。
[0047]本發(fā)明的工作原理是，系統(tǒng)上電后，控制系統(tǒng)初始化，探傷監(jiān)測控制模塊開啟監(jiān)測系統(tǒng)中的水下攝像機，對殼體表明情況進行視頻檢測，確定需要清理的殼體區(qū)域。然后，吸附行走機器人控制模塊控制吸附行走機器人運動到待清理區(qū)域，再通過觀察水下攝像機傳輸回的圖像，分析附著物的類別、附著量的大小和附著厚度等信息。根據(jù)這些信息，充電系統(tǒng)控制模塊設定充電系統(tǒng)的充電電流和充電電壓，將高壓能量充到儲能系統(tǒng)中，等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊設定等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)的工作狀態(tài)和發(fā)射參數(shù)，產(chǎn)生一定強度和重復頻率的強聲沖擊波，對需要清理區(qū)域的附著生物進行沖擊清理。沖擊清理的同時，控制系統(tǒng)通過控制吸附行走機器人的表面清刷機構(gòu)，對已經(jīng)經(jīng)過等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)清理的部分進行機械清刷和高壓射流清洗；同時，通過水下攝像機監(jiān)視清除區(qū)域的效果，啟動探傷系統(tǒng)的傳感器探頭，對殼體進行無損超聲探傷，并同步顯示和記錄相關(guān)區(qū)域的清除效果和探傷結(jié)果。如果清除達到要求，則利用控制系統(tǒng)控制吸附行走機器人，運動到其他待清理區(qū)域，繼續(xù)作業(yè)；如果發(fā)現(xiàn)固著生物，清除效果不理想，則啟動強力清除模式，即通過多個沖擊波聚束形成更高的強聲沖擊波，作用在固著生物上，使其粉碎性破壞，達到清除固著生物的效果；如果探傷監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)艦艇殼體出現(xiàn)嚴重腐蝕或損傷情況，則實時報警并詳細記錄探傷監(jiān)測信息。重復以上步驟，直至清除完畢。
[0048]為了提高工作效率，圖1中各個系統(tǒng)間采用用低電阻、低寄生電感的特種電纜進行連接。如果要進一步提高除垢效率和效果，可以采用圖5所示的優(yōu)化等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)進行除垢，即通過多個沖擊波聚束形成更高的強聲沖擊波，同時作用在附著生物上。但該方式?jīng)_擊力較大，可能對腐蝕或損傷嚴重的舊艦艇殼體不適用。
[0049]以清除艦艇殼體上的海蠣子為例，首先利用探傷監(jiān)測系統(tǒng)中的DF6103水下攝像機對艦艇表面進行視頻掃描，確定艦艇表面需要清理的區(qū)域，對DF6103水下攝像機得到視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。
[0050]控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。通過對視頻圖像進行分析，觀察附著物的面積、厚度和多少，確定充電和放電參數(shù)的設定。再利用控制系統(tǒng)的吸附行走機器人控制模塊控制吸附機器人沿艦艇表面運動到需要清理的區(qū)域，通過吸附行走機器人將等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)懸停在所要清理區(qū)域的上方，準備對附著在艦艇表面的海蠣子進行清理。根據(jù)預先設定的充電參數(shù)對儲能系統(tǒng)進行充電，在充電系統(tǒng)控制模塊的控制下，充電系統(tǒng)按照一定的充電周期將能量充到儲能系統(tǒng)中。在等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊的控制下，離子體沖擊波清除機構(gòu)開始按照設定參數(shù)工作，儲能系統(tǒng)儲存的能量通過離子體沖擊波清除機構(gòu)中的放電電極進行放電。
[0051]水下作業(yè)機構(gòu)除垢作業(yè)時，控制系統(tǒng)的探傷監(jiān)測控制模塊控制探傷監(jiān)測系統(tǒng)的DF6103水下攝像機4不間斷的監(jiān)視被清理區(qū)域的清理情況并即時反應到圖像顯示系統(tǒng)，如果艦艇表面附著的海蠣子基本上已經(jīng)松動甚至掉落，則吸附行走機器人控制模塊通過控制吸附行走機器人來控制表面清刷機構(gòu)，對已經(jīng)經(jīng)過離子體沖擊波清除機構(gòu)清理的部分進行清刷；如果發(fā)現(xiàn)固著生物或清除效果不理想，則采用圖5所示的優(yōu)化的等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)，進行強力清除。然后，探傷監(jiān)測系統(tǒng)對已清刷部分殼體進行超聲波無損探傷，如果探傷監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)艦艇殼體出現(xiàn)嚴重腐蝕或損傷情況，則實時報警并詳細記錄探傷監(jiān)測信息。同時，通過水下攝像機監(jiān)視清除區(qū)域的效果，如果清除達到要求，則利用吸附行走機器人控制模塊控制吸附行走機器人，運動到其他待清理區(qū)域，重復以上步驟，直至清除完畢。
【權(quán)利要求】
1.一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:包括供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、探傷監(jiān)測系統(tǒng)、表面清刷機構(gòu)、吸附行走機器人；供電系統(tǒng)為控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)提供能量；等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)及探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器安裝在吸附行走機器人上； 所述控制系統(tǒng)由中央處理器、充電系統(tǒng)控制模塊、等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊、吸附行走機器人控制模塊、探傷監(jiān)測系統(tǒng)控制模塊和電源接口模塊組成；充電系統(tǒng)控制模塊控制充電系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)進行充電；等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)控制模塊啟動儲能系統(tǒng)對等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)高壓放電，產(chǎn)生高壓沖擊波；吸附行走機器人控制模塊控制吸附行走機器人帶動等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器在艦艇表面順序二維掃描運動；探傷監(jiān)測系統(tǒng)控制模塊控制探傷監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器采樣和數(shù)據(jù)處理；電源接口模塊為整個控制系統(tǒng)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:所述供電系統(tǒng)由艦艇上自身的電力系統(tǒng)提供，或加裝發(fā)電機組單獨供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:充電系統(tǒng)包含高壓發(fā)生電路，對供電系統(tǒng)所供電壓進行升壓至預設高壓，再對儲能系統(tǒng)進行充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:儲能系統(tǒng)為高壓脈沖儲能電容及其保護電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)包括放電電極和聚能機構(gòu)，其中放電電極安置在聚能機構(gòu)內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:放電電極采用尖對尖結(jié)構(gòu)，放電電極材料采用銅鎢合金；聚能機構(gòu)為反射罩，反射罩的反射面采用橢球面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:多個等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)并聯(lián)排成陣列，由控制系統(tǒng)同步控制觸發(fā)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:探傷監(jiān)測系統(tǒng)包括水下攝像裝置和探傷設備；探傷設備由超聲波發(fā)生與接收裝置、探傷控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機、柔性電纜、探頭架、水浸聚焦探頭、信號處理及圖像顯示系統(tǒng)組成，超聲波發(fā)生與接收裝置通過柔性電纜與水浸聚焦探頭相連接，由驅(qū)動電機進行驅(qū)動，用于發(fā)射和接收超聲波，探頭架用于固定探頭，水浸聚焦探頭在探傷控制系統(tǒng)的控制下，沿二維方向以設定的步長作同步運動，信號處理及圖像顯示系統(tǒng)對超聲波接收裝置接收到的信號進行分析處理以獲得船體表面固著生物及損傷情況，同時接收水下攝像裝置傳回的視頻圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:表面清刷機構(gòu)采用機械清刷和高壓水射流清洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種艦艇殼體除垢和探傷系統(tǒng)，其特征在于:吸附行走機器人采用永磁吸附輪式結(jié)構(gòu)，帶動等離子沖擊波產(chǎn)生機構(gòu)、表面清刷機構(gòu)和探傷監(jiān)測系統(tǒng)傳感器在艦艇表面順序二維掃描運動。
【文檔編號】G01N29/04GK103895835SQ201410136831
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】雷開卓, 張勇, 梁為, 張群飛, 陳建峰, 傅增祥, 屈健康, 樊志博, 方益喜 申請人:西北工業(yè)大學