螺旋钢管管端螺旋焊缝自动修磨机器人的修磨方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111390710A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010129460.XB24B21/18(2006.01)(22)申请日2020.02.28B24B21/20(2006.01)B24B49/12(2006.01)(71)申请人宝鸡宇喆工业科技有限公司B24B41/02(2006.01)地址721300陕西省宝鸡市陈仓区西虢大B24B51/00(2006.01)道27号（陕西机器人智能制造产业园）B25J9/16(2006.01)A区1栋3号B25J11/00(2006.01)(72)发明人原小红张瑾宇朱雅光刘成坤B24B1/00(2006.01)何旭向志强刘杨洋李红军王向阳(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人宋秀珍(51)Int.Cl.B24B21/00(2006.01)B24B21/02(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图22页(54)发明名称螺旋钢管管端螺旋焊缝自动修磨机器人的修磨方法(57)摘要提供一种螺旋钢管管端螺旋焊缝自动修磨机器人的修磨方法，采用在多自由度机械手执行端安装配备激光轮廓仪的二自由度精磨执行机构，通过简化运动控制的同时提高机械手的打磨精度，克服现有技术下多自由度打磨机械手打磨后的螺旋钢管管端焊道质量无法满足APISpec5L标准和GBT97111—1997标准规定的工艺指标要求；仍需人工二次修磨的技术难题。本发明不仅可用于螺旋钢管的外焊缝打磨，而且适用于螺旋钢管内焊缝的打磨，且修磨不伤母材；修磨后残余高度最小可小于等于0.1mm，远高于APISpec5L标准和GBT97111—1997标准要求；激光轮廓仪协同特殊检测算法，可实现精度小于0.05mm的高精度扫描检测；为高精度焊缝修磨提供有力技术支持。CN111390710ACN111390710A权利要求书1/3页1.螺旋钢管管端螺旋焊缝自动修磨机器人的修磨方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S001、确定钢管位置：将包括上位机、PLC、运动控制卡、机械手(1)、非接触式激光轮廓仪(5)以及搭载修磨机构(3)沿轴向和法向空间垂直移动的二自由度磨削平台(4)在内的螺旋钢管管端焊缝自动修磨机器人，在螺旋钢管管端焊缝自动修磨机器人的上位机输入钢管直径，由上位机控制机械手(1)，并由机械手(1)执行端固定搭载的二自由度磨削平台(4)由零位移动至起始位置，并由激光轮廓仪(5)扫描确定检测钢管位置；步骤S002、规划轨迹：机械手(1)根据激光轮廓仪(5)扫描确定检测到的钢管位置平移运动，并根据钢管管径计算获得钢管的圆心和钢管最高点，由上位机记录特定点坐标信息并建立待打磨钢管的坐标系，从而规划机械手(1)绕待磨削钢管外圆周面同心运动的圆弧轨迹；步骤S003、寻找管端：机械手(1)搭载二自由度磨削平台(4)平移至钢管最高点12点正上方后，机械手(1)再沿着钢管轴线方向平移寻找定位钢管管端；步骤S004、识别到管端：二自由度磨削平台(4)中的X轴水平减速电机(6)驱动轴向机构(7)带动修磨机构(3)平移到距离管端轴向进深一定的打磨段距离；步骤S005、扫描起始点：PLC控制钢管转动，激光轮廓仪(5)寻找焊缝，并确定焊缝修磨起始点；步骤S006、焊缝跟踪扫描以及跟踪扫描结束：二自由度磨削平台(4)中的修磨机构(3)根据激光轮廓仪(5)的扫描结果,由二自由度磨削平台(4)中的X轴水平减速电机(6)驱动轴向机构(7)带动修磨机构(3)水平移动，且二自由度磨削平台(4)配合机械手(1)按已规划的圆弧轨迹运动；所述二自由度磨削平台(4)依据激光轮廓仪(5)焊缝检测跟踪视觉算法定位跟踪焊缝，并记录焊缝特征点信息以及焊缝余高和趾点信息，扫描生成焊缝3D图像，直至二自由度磨削平台(4)检测跟踪焊缝至管端焊缝终点时跟踪扫描结束；步骤S007、焊缝修磨以及修磨结束：机械手(1)和二自由度磨削平台(4)通过轴向机构(7)回至焊缝起始点，修磨机构(3)的磨头启动并移动至焊缝起始点，机械手(1)按已规划的圆弧轨迹运动，二自由度磨削平台(4)的轴向机构(7)以匹配的速度运动，二自由度磨削平台(4)中的Z轴垂直减速电机(8)驱动法向机构(9)带动修磨机构(3)的磨头进给到焊缝表面开展焊缝修磨作业；步骤S008、第一次修磨结束后，修磨机构(3)的磨头停转，机械手(1)按已规划的圆弧轨迹运动，并由激光轮廓仪(5)扫描开展焊缝余高检测，如果焊缝余高＞0.5mm,则开展二次修磨作业。2.根据权利要求1所述的螺旋钢管管端螺旋焊缝自动修磨机器人的修磨方法，其特征在于：步骤S006中螺旋钢管管端焊缝自动修磨机器人的激光轮廓仪(5)焊缝检测跟踪视觉算法包括：算法