材料添加模块以及重建用于地面移动部件的磨损区域中的材料的方法

技术领域

本发明涉及一种使用磨损保护添加工艺(例如使用激光熔覆，但不限于此)来重建磨损表面的模块和方法，特别地是涉及一种重建地面移动部件(诸如地面接合工具、装载机铲斗或卡车箱)上的磨损表面的方法。

背景技术

地面移动部件(诸如铲斗和地面接合工具(GET))承受高冲击力并且在高磨蚀性环境中工作，并且因此在使用期间磨损或损坏，其中该地面移动部件是可更换的磨损部件，其通常附接到铲斗的前唇缘或边缘。因此，这些部件需要定期更换。然而，更换这些部件既昂贵又费时，并且通常需要在车间中进行，以确保重构的精度和质量。设备的停机还会增加了生产力损失，并且提高企业运营成本。磨损在铲斗的前缘特别明显，在此处，地面接合工具(诸如适配器和铲齿)用于穿透被挖掘的物质，磨损也出现在铲斗的角部和跟部处。

提高地面移动部件的耐磨性的一个选项是在最容易磨损的区域添加较硬材料构成的熔覆层，例如这可以用激光来完成。可以用于电池供电系统的轻型铲斗由于材料减少也特别容易快速磨损，因此在这种类型的铲斗上添加熔覆层特别有用，从而在不添加过多的额外重量的情况下延长使用寿命。这使部件既具有较高的内部韧性，又具有坚硬的外层。然而，熔覆层需要将部件送到专业设施，因此这并不会频繁地进行，并且通常只在部件的寿命开始时施加一次。如果大面积施加硬面层，则将需要事先对部件进行预热，以防止开裂。

因此，所要解决的问题是如何以成本和时间有效且不添加不必要的额外重量的方式提高部件的耐磨性和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在现场使用的方法和模块，从而以成本和时间有效的方式持续重建(renew)地面移动部件的耐磨性，而不需向部件添加不必要的附加重量。

该目的通过提供根据本申请的权利要求的方法和模块来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种向地面移动部件添加至少一个磨损保护区的方法，该方法包括以下步骤：

-提供部件的使用前的3D图像；

-在使用后对部件的几何形状进行3D扫描，以提供使用后的3D图像；

-将使用后的3D图像与使用前的3D图像进行比较；

-计算并识别出一个或多个磨损区域的位置和面积；

-选择性地将至少一个磨损保护区添加到部件上的所述一个或多个磨损区域或添加到部件上的所述一个或多个磨损区域附近；

使用前的3D图像可以从原始CAD图纸或等同物提供，或者通过在使用前利用3D扫描仪对部件进行扫描提供。使用后的3D图像通过在使用后利用3D扫描仪对部件进行3D扫描来提供。计算机系统用于将使用后3D的图像与使用前的3D图像进行比较。计算机系统还用于计算并识别出一个或多个磨损区域的位置。通过选择性地将至少一个磨损保护区添加到部件上的所述一个或多个磨损区域附近，这意味着仅局部区具有仅以所需体积添加的磨损保护。

有利地是，这提供了一种能够持续重建地面移动部件上的磨损保护的方法。特别有益的是，能够仅在真正需要的地方并仅以所需体积来施加磨损保护区，因为这样保持降低成本和设备重量，例如，这对于电池供电的设备非常重要，在这种设备中，轻质铲斗对于节能非常重要。

优选地是，部件是铲斗或地面接合工具(GET)。有利地是，GET部件和铲斗(特别是铲斗的侧板)暴露于高磨蚀性材料，并且因此磨损很严重。因此，能够经常提供重建的熔覆层将会显著延长部件的寿命，并整体降低成本。如果对铲斗的唇缘进行熔覆，则还可以完全去除使用GET部件的需要，这将节省甚至更多的成本。这种方法可以用于由钢或结构金属(其尺寸公差不受限制)制成的任何部件。例如，但不限于此，该方法可以应用于保护性侧翼，该保护性侧翼用于保护机器框架免受坑道侧面碰撞的磨蚀性磨损；用于橡胶修复或轮胎损坏的地方。

在一个实施例中，磨损保护区是添加材料的形式。有利地是，可以根据需要以精确的几何形状、位置和体积施加材料。可以选择所选的材料的特性，以满足要求。

在一个实施例中，磨损保护区使用的添加材料是硬质合金。有利地是，硬质合金提供具有高耐磨性的高硬度熔覆层。

在一个实施例中，施加的材料是塑料或其它弹性体材料。有益地是，塑料或其它弹性体材料可以施加到诸如地面移动工具上的减震器箱的区域，以便保护其橡胶衬里。

在一个实施例中，磨损保护区是可焊接磨损件的形式，诸如阻气杆。

在一个实施例中，磨损保护区是热处理区。热处理区将具有增强的耐磨性。

优选地是，在施加材料前，另外进行清洁步骤。可以进行清洁步骤，以去除部件上的污垢。这通常将在单独的模块中进行，例如，在3D扫描以获得使用后的3D图像之前，使用高压水。附加地是或可替代地是，可以在施加材料前进行清洁步骤，以去除油漆和锈迹，例如这可以使用来自材料施加系统的激光器来进行。

在一个实施例中，整理磨损信息并将其用于确定添加到部件的磨损保护区的类型和位置的组合。

有利地是，这将能够改进地面移动部件，例如，通过将增加的材料体积添加得超过在使用前的图像中的部件的轮廓，以在部件上的最暴露于磨损的地方形成更有效的耐磨层，使得其适合正在其上移动的地面的类型和正在执行的操作类型。这也可以用于根据其它类似情况来预测未来可能出现的磨损，并提供预防性解决方案而非被动解决方案。

本发明的第二方面是一种用于选择性地将至少一个磨损保护区施加到地面移动部件以重建耐磨性的模块，该模块包括：

-3D扫描装置，该3D扫描装置用于生成使用后的3D图像，并且可选地是生成使用前的3D图像；

-计算机系统，该计算机系统用于将使用前的3D图像与使用后的3D图像进行比较，并处理数据，以识别出一个或多个磨损区域；

-磨损保护添加系统，该磨损保护添加系统用于选择性地将至少一个磨损保护区以所需体积施加到仅仅所述一个或多个磨损区域或施加到仅仅所述一个或多个磨损区域附近。

计算机系统还将通知操作员在哪里发生磨损以及已添加何种熔覆层。示出设备的寿命期间的磨损区域的这一数据可以帮助设计中心进一步优化设计。

可选地是，模块可以另外包括支撑系统，所述支撑系统用于将地面移动部件保持在适当位置，并将部件与3D扫描装置和/或材料施加系统对准。支撑系统可以是静态的或可移动的。

优选地是，模块还包括自动移动系统，所述自动移动系统用于将材料施加系统定位在所述一个或多个磨损区域处。有利地是，这提高了材料施加的速度和精度。例如，自动移动系统可以是机械臂或门架或任何其它合适的系统。自动移动系统的另一优点在于，可以以短爆发的形式在不同的小区域之间交替添加材料，从而避免部件的加热和开裂。

可替代地是，手动地将材料施加系统移动到部件上的已被计算机系统识别出的所述一个或多个磨损区域，并在这些磨损区域之间移动。有利地是，这是一种更便宜的替代方案，在一些情况下，其可能更可靠。可替代地是，材料施加系统可以是半自动的，或者能够在自动与手动之间调节。

优选地是，用于生成使用后的3D图像并且可选地是还生成使用前的3D图像的3D扫描装置是3D扫描仪、机器视觉、LIDAR或结构光。有利地是，这些方法能够以时间有效的方式提供高精度的自动化检视。几何形状的3D扫描可以自动或手动完成。

在一个实施例中，材料施加系统是激光器。有利地是，使用激光器意味着工具的基础材料不会被加热，并且因此其性能不会受到影响。此外，使用激光器还意味着无需部件的预热。通常，使用光纤激光器，但也可以使用任何其它合适的激光器，诸如CO

在一个实施例中，磨损保护添加系统是加热装置，并且可选地是也是水淬装置。该系统可以用于形成热处理区。

优选地是，模块还包括可运输集装箱，所述可运输集装箱用于容纳3D扫描装置、计算机系统、磨损保护添加系统，可选地是还容纳自动移动系统。例如，可运输集装箱可以是海运集装箱。有利地是，这样可以方便地通过船舶或公路将模块运输到期望地点，使得可以在现场执行操作，这使工艺更成本有效且时间有效。

在一个实施例中，计算机系统连接到数据库，以用于整理磨损信息并计算出待添加到部件的磨损保护区的类型和位置的组合。例如，考虑到成本、重量和所需的磨损保护的平衡，可以计算出所添加的磨损保护区的最佳组合和位置。人工智能可以用于辅助此工艺。

有利地是，这将能够改进地面移动部件，例如，通过将增加的材料体积添加得超过在使用前的图像中的部件的轮廓，以在部件上的最暴露于磨损的地方形成更有效的耐磨层，使得其适合正在其上移动的地面的类型和正在执行的操作类型。这也可以用于根据其它类似情况来预测未来可能出现的磨损，并提供预防性解决方案而非被动解决方案。

附图说明

现在将仅以举例的方式并参考附图对本发明的具体实施方式进行描述，在附图中：

图1是模块的示意图。

图2是方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了地面移动部件4，在这种情况下，该地面移动部件是装载机上的铲斗，但其也可以是任何其它地面移动部件，例如地面接合工具(GET)，该地面移动部件已定位在模块20中。模块20被设计成使得能够将磨损保护区2选择性地施加到地面移动部件4，以用于重建其耐磨性。部件4通常将被驱动到模块20中，然而其也可以通过任何其它合适的方式将其定位到适当位置。部件4使用支撑系统24支撑在正确位置。支撑系统24可以是静态的，或者是能够调节位置的。模块20包括3D扫描装置8，以用于扫描部件以便生成部件4的3D模型。3D扫描装置8可以是3D扫描仪、机器视觉、LIDAR或结构光或适合用于扫描部件4的3D几何形状的任何其它装置。3D扫描装置8连接到计算机系统12，该计算机系统能够处理来自3D扫描装置8的数据。可选地是，计算机系统12也可以连接到数据库26，以用于存储数据，这些数据可以用于进一步了解部件4的磨损情况。然后，这些数据可以用于部件的设计开发并且/或者用于识别需要额外磨损保护的区域。计算机系统12还连接到磨损保护添加系统16，该磨损保护添加系统能够向部件4上的选定区域添加材料、可焊接磨损部件或加热处理区。通常，磨损保护添加系统16是激光器，最常见的是光纤激光器。也可以使用其它类型的激光器，诸如CO

图2示出了向地面移动部件4且选择性地向所述一个或多个磨损区域14添加磨损保护区2的方法中所涉及的步骤的流程图。

在第一步骤30中，提供部件4的使用前的3D图像6，或者如果这种情况不可用，则3D扫描装置8将在部件4被使用和磨损之前对其进行扫描，以便生成使用前的3D图像6。

在第二步骤32中，在部件4被使用且磨损之后，使用3D扫描装置8对其进行扫描，以便生成部件4的使用后的3D图像10。

对于第一步骤30和第二步骤32两者，都通过将部件4驱动到模块20并将部件4定位在支撑系统24上，使部件4可以定位在适当位置，使得3D扫描装置8和磨损保护添加系统16都能够触及该部件。部件可以通过任何其它合适的方式定位在适当位置，并且可以通过任何其它合适的方式支撑在适当位置。对于第一步骤30和第二步骤32两者，3D扫描装置8都能够手动移动或自动移动。

在第三步骤34中，计算机系统12将使用后的3D图像10与使用前的图像6进行比较，并且计算然后识别出部件4上的所述一个或多个磨损区域14的位置和面积。不仅识别出所述一个或多个磨损区域14的位置，还记录了材料的损失量和部件4的磨损程度。如果计算机系统12连接到数据库26，则该信息也将被存储起来并且进行分析。

在第四步骤36中，磨损保护添加系统16选择性地将磨损保护区2仅仅施加到所述一个或多个磨损区域14，并且仅仅以由计算机系统12通过比较使用后的图像10和使用前的图像6所计算出的材料损失量成比例的体积进行施加。

优选地是，磨损保护添加系统16使用自动移动系统18(诸如机械臂或门架)进行操作。自动移动系统18将能够以期望的方式将磨损保护添加系统16移动到由计算机系统12识别出的所述一个或多个磨损区域14。例如，为了避免在局部区堆积热量(该热量可能导致开裂)，自动移动系统18可以将磨损保护添加系统16移动到交替区，从而向第一磨损区域14施加所需的磨损保护区2的一较小体积，然后移动到第二磨损区域14，然后再返回到第一磨损区域14等，直到添加完所需体积的磨损保护区2。可替代地是，可以手动地将磨损保护添加系统16移动到所识别出的磨损区域14。

磨损保护添加系统16通常是、但不限于激光器。在激光熔覆中，激光束以选定的光斑尺寸散焦在部件4上。粉末涂层材料4由插入气体通过粉末喷嘴运载到熔池中。激光光学器件和粉末喷嘴移动越过部件4的表面，以沉积单道、整层甚至大体积堆积。通常，使用光纤激光器，但也可以使用任何其它合适的激光器，诸如CO

添加的磨损保护区4通常将是一种材料。通常，该材料的硬度将高于在部件4中使用的基础材料的硬度，使得形成硬面层。添加的优选材料是碳化钨。可替代地是，该材料可以包括静电石、钴基材料、碳化物粉末或任何其它高耐磨性材料，这根据具体应用和工作环境进行选择。可以选择所施加的材料，以满足客户的需求和预算。可以在同一部件4上的不同区域中使用不同的熔覆材料，以满足特定的性能要求。所选的磨损保护区2将基于耐磨特性要求(诸如硬度)与成本之间的平衡。可替代地是，所施加的材料可以是塑料或其它弹性体材料。有益地是，将塑料或其它弹性体材料施加到诸如地面移动工具4上的减震器箱的区域，以便保护其橡胶衬里。可替代地是，磨损保护区域4可以是可焊接的磨损部件，诸如阻气杆或热处理区。可焊接的磨损部件可以通过使用夹具拾取该可焊接的磨损部件来定位，然后可以使用机械臂将可焊接的磨损部件定位在期望的地方、定位在所述一个或多个磨损区域上或定位在所述一个或多个磨损区域旁边，然后可以使用焊接臂将可焊接的磨损部件焊接到适当位置。

可能还需要对部件4进行清洁。可以在施加磨损保护区2之前进行清洁步骤。可以进行清洁步骤，以去除部件4上的污垢。通常在进行3D扫描以获得使用后的3D图像10之前，在单独的模块(未示出)中进行清洁步骤，例如使用高压水。附加地是或可替代地是，可以在施加材料4之前进行清洁步骤，以去除油漆和锈迹，例如，可以使用磨损保护添加系统16中的激光器进行清洁步骤。

只要使用前的图像6可用(例如来自CAD模型图纸)，就可以将这种工艺应用于新的和变得磨损的部件4或可以应用于已经磨损的部件4。

计算机系统12还可以连接到数据库26，该数据库能够整理所有磨损信息。这将使用户能够识别出对部件4的潜在设计改进，并且/或者识别出部件4上哪些区域将受益于将大体积的材料2添加得超过在使用前的部件4的原始轮廓，以便在最需要磨损保护的区域中提供增加的磨损保护。计算机系统12和/或数据库26还可以具有人工智能能力。数据库26可以位于可运输集装箱22的外部。