[发明专利]双超声辅助水下激光增材装置和方法

权利要求书

1.一种基于双超声辅助水下激光增材装置的方法，其特征在于，双超声辅助水下激光增材装置包括局部排水腔单元、激光增材单元、超声冲击单元、超声振动单元、六轴机械臂单元，所述激光增材单元、超声冲击单元、超声振动单元、六轴机械臂单元均安装在局部排水腔单元内部；其中：所述的局部排水腔单元上端封闭、下端敞口设置，且局部排水腔单元的封闭端分别设置有空气口、保护气口；所述的超声冲击单元，包括超声冲击装置以及与超声冲击装置的作动部分连接的冲击头，超声冲击装置的固定部分与第一升降机构的动力输出端连接，在第一升降机构的动力作动下，超声冲击单元整体能够相对于待修复部位升降，以调整冲击头施加在待修复部位的压紧力；所述的超声振动单元，包括外壳、第二升降机构、超声振动装置以及振动块，第二升降机构、超声振动装置封装于外壳内，且第二升降机构的动力输出端与超声振动装置的固定部分连接，而超声振动装置的作动部分则与振动块连接，在第二升降机构的动力作动下，超声振动装置整体能够相对于待修复部位升降，以调整振动块施加在待修复部位的压紧力；所述的六轴机械臂单元具有六个自由度，其运动端通过连接架分别与激光增材单元、第一升降机构的固定部分联动连接；在六轴机械臂单元的动力作动下，激光增材单元的能够按照规划路径完成待修复部位的激光增材修复，而超声冲击单元则沿着前述规划路径对待修复部位所沉积的激光增材修复层超声振动碾压；

基于上述双超声辅助水下激光增材装置的方法包括以下步骤：（1）通过船只将双超声辅助水下激光增材装置运载至目标水域并投放到海水中，工程技术人员通过控制线缆将双超声辅助水下激光增材装置移动至待修复工件部位，在此过程中，通过空气口往局部排水腔单元内一直充入高速空气，形成局部干区；（2）通过六轴机械臂单元将激光增材单元运动到指定的高度，调用水下激光增材工艺数据库，规划加工路径；打开保护气口，局部排水腔单元内保护气达到指定的流量和压力时，关闭空气口；（3）打开超声振动单元，将振动块接触待修复部位表面，对待修复工件表面实施超声振动；（4）打开激光增材单元、超声冲击单元，通过六轴机械臂单元，带动激光增材单元、超声冲击单元沿着规划的加工路径进行待修复部位的多道次复合加工：单道次复合加工过程中，激光增材单元位于超声冲击单元的前方，激光增材单元先在待修复部位进行激光增材加工形成熔覆层，而超声冲击单元滞后于激光增材单元，对所形成的熔覆层进行原位超声振动碾压，即可完成该道次的复合加工；当前道次的复合加工结束、进行下一道次的复合加工前，通过转动末端旋转模块，使得激光增材单元在前、超声冲击单元在后，接着按照规划路径完成这一道次的复合加工，以此循环，直至完成所有增材修复任务；（5）待修复部位的多道次复合加工完成后，利用牵引装置将双超声辅助水下激光增材装置牵引出水面。

2.根据权利要求1所述的基于双超声辅助水下激光增材装置的方法，其特征在于，第一升降机构为液压驱动机构，包括第一液压缸以及与第一液压缸的动力输出端连接的第一液压推杆；第一液压缸的缸体固定在连接架上，第一液压推杆与超声冲击装置联动连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于双超声辅助水下激光增材装置的方法，其特征在于，第二升降机构为液压驱动机构，包括第二液压缸以及与第二液压缸的动力输出端连接的第二液压推杆；第二液压缸的缸体固定在外壳内，第二液压推杆与超声振动装置联动连接。

4.根据权利要求3所述的基于双超声辅助水下激光增材装置的方法，其特征在于，所述外壳内设置有用于辅助超声振动装置升降的导向机构，包括沿着竖向布置的滑动导杆以及能够沿着滑动导杆的延伸方向移动的滑块；超声振动装置的固定部分与滑块固定。

5.根据权利要求1或2所述的基于双超声辅助水下激光增材装置的方法，其特征在于，所述六轴机械臂单元的运动端设置为末端旋转模块，该末端旋转模块能够实现超声冲击单元和激光增材单元在局部排水腔单元内的相对位置调整，使得超声冲击单元、激光增材单元在待修复部位的每一道次加工过程中，激光增材单元始终位于超声冲击单元的前方，超声冲击单元能够对激光增材单元在待修复部位形成的熔覆层原位超声振动碾压。