CN105108196B - 一种管道钻孔快速定位系统及其定位方法 - Google Patents

一种管道钻孔快速定位系统及其定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种管道钻孔快速定位系统及其定位方法。包括：控制主机，及与控制主机相连的钻孔装置步进电机；限制管道位置两侧的限位装置；还包括与控制主机相连的角度转动装置，带动管道绕其轴心自转；还包括与控制主机相连的角度测量装置，设置于管道上，用于测量管道绕其轴心旋转的角度；所述控制主机包括钻孔初始位置确定模块和钻孔水平位置确定模块；所述钻孔初始位置确定模块确定管道上钻孔前的初始基准位置，所述钻孔水平位置确定模块以该基准位置为起始点确定实际钻孔位置。能够实现对管道任意位置的钻孔孔位的自动快速定位，节省人力，且不会存在漏孔故障，尤其对多点不规则钻孔，在大大提高钻孔管道产量的情况下，进一步保证了管道钻孔质量。

Description

一种管道钻孔快速定位系统及其定位方法
技术领域
本发明涉及一种管道钻孔快速定位系统及其定位方法，特别是涉及一种适用于能够对管道进行多点不规则位置钻孔进行钻孔位置快速定位的定位系统及其定位方法。
背景技术
在锅炉设备制造中，有大量的配管需要进行钻孔配接管道，以蒸汽集汽管为例，一根长10m，口径250mm的集汽管可能需钻孔20个以上，而且孔位是不规则的，更加加大了钻孔难度。现在所有的锅炉设备制造厂家都采用人工定位方法，一根长10m，口径108mm的集汽管需要两个工人工作一天，而且会出现漏孔的质量事故，工作效率低下。现有技术方法不仅严重影响钻孔质量，而且严重影响集汽管产量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种孔位定位快速，节省人力的管道钻孔自动快速定位系统及其定位方法，能够在大大提高钻孔管道产量的情况下，还能进一步保证管道钻孔质量。
本发明采用的技术方案如下：一种管道钻孔快速定位系统，其特征在于，包括：控制主机，及与控制主机相连的钻孔装置步进电机；限制管道位置两侧的限位装置；还包括与控制主机相连的角度转动装置，带动管道绕其轴心自转；还包括与控制主机相连的角度测量装置，设置于管道上，用于测量管道绕其轴心旋转的角度；所述控制主机包括钻孔初始位置确定模块和钻孔水平位置确定模块；所述钻孔初始位置确定模块确定管道上钻孔前的初始基准位置，所述钻孔水平位置确定模块以该基准位置为起始点确定实际钻孔位置。
作为优选，所述钻孔装置步进电机带动钻孔装置前进、后退以及左右移动。
作为优选，所述两侧限位装置关于一个垂直平面对称，所述钻孔装置在其步进电机的带动下左右移动，移动的轨迹在该垂直平面内。
作为优选，所述角度测量装置为电位器式角度传感器。
作为优选，所述角度转动装置为三端转盘，安装于管道的一端。
作为优选，所述角度传感器固定于三端转盘中心位置；所述三端转盘的中心上固定有一个轴，构成角度传感器的转轴；三端转盘旋转带动轴旋转，测量管道的旋转角度。
一种管道钻孔快速定位方法，具体方法步骤为：
步骤一、确定管道上各个钻孔的具体位置，根据各个钻孔的具体位置划分钻孔水平线，找出所有钻孔中心所位于的所有钻孔水平线；
步骤二、以某一钻孔水平线为初始钻孔水平线，并沿一个方向依次列出其他所有钻孔水平线；
步骤三、确定初始钻孔水平线上开始钻孔的初始基准位置，根据初始钻孔水平线上所有钻孔位置距离所述初始基准位置的距离及相邻钻孔位置的距离，确定钻孔装置从所述基准位置开始每次沿钻孔水平线移动的位移距离；同时，根据各个钻孔水平线与初始钻孔水平线之间以及各个钻孔水平线之间的位置关系，确定从初始钻孔水平线开始管道每次绕其轴心旋转的角度；
步骤四、以当前与钻孔装置相对应的管道水平线为初始钻孔水平线，从确定的初始基准位置开始，根据确定的初始钻孔水平线上确定的所有孔位需要位移的距离，操控钻孔装置移动完成对初始钻孔水平线上所有孔位钻孔前的定位；
步骤五、根据确定的初始钻孔水平线开始管道每次绕其轴心旋转的角度，带动管道绕其轴心旋转对其他各个钻孔水平线进行定位，并操控钻孔装置完成各个水平线上所有孔位钻孔前的定位。
作为优选，所述钻孔装置位于需要钻孔的管道的正上方，由步进电机带动，在控制主机的控制下前进、后退和左右移动。
作为优选，采用角度传感器测量管道每次绕其轴心旋转的角度，当该旋转角度为设定旋转角度时，停止管道的旋转。
作为优选，根据水平钻孔位置数据计算出步进电机的转数：n=X/L；其中，n为步进电机转数，X为钻孔位置的水平位置数据，L为步进电机线行程；根据两个钻孔水平线在管道外圆周上的距离和外圆周的半径计算出管道需要旋转的角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够实现对管道任意位置的钻孔孔位的自动快速定位，节省人力，且不会存在漏孔故障，尤其对多点不规则钻孔，在大大提高钻孔管道产量的情况下，进一步保证了管道钻孔质量。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
管道钻孔快速定位系统，包括：控制主机，及与控制主机相连的钻孔装置步进电机；限制管道位置两侧的限位装置；还包括与控制主机相连的角度转动装置，带动管道绕其轴心自转，以使管道转动到下一需钻孔的钻孔水平线；还包括与控制主机相连的角度测量装置，设置于管道上，用于测量管道绕其轴心旋转的角度，准确快速定位下一需钻孔的钻孔水平线；所述控制主机包括钻孔初始位置确定模块和钻孔水平位置确定模块；所述钻孔初始位置确定模块确定管道上钻孔前的初始基准位置作为钻孔装置移动步进的基点，所述钻孔水平位置确定模块确定各个孔位位于的所有钻孔水平位置，以确定管道需自转的角度。所述控制主机，根据各个孔位之间的关系，控制步进电机运转带动钻孔装置移动，根据角度测量模块和钻孔水平位置确定模块，控制管道绕其轴心自转的角度，尤其对多点不规则钻孔，能够自动快速实现对管道钻孔孔位的快速定位，节省人力，且不会存在漏孔故障，在大大提高钻孔管道产量的情况下，进一步保证了管道钻孔质量。
在本具体实施例中，所述钻孔装置步进电机带动钻孔装置前进、后退以及左右移动，前进和后退移动为钻孔方向上的移动，左右移动为在当前钻孔水平线方向上的移动。所述两侧限位装置关于一个垂直平面对称，所述钻孔装置在其步进电机的带动下左右移动，移动的轨迹在该垂直平面内。因此，在本具体实施例中，钻孔装置在管道长度方向的X轴上和垂直线的Z轴上移动。
在本具体实施例中，所述角度测量装置为电位器式角度传感器；所述角度转动装置为三端转盘，安装于管道的一端，带动管道绕其轴心旋转；所述角度传感器固定于三端转盘中心位置，能够随三端转盘同步旋转；所述三端转盘的中心上固定有一个轴，构成角度传感器的转轴；三端转盘旋转带动轴旋转，以便于测量管道的旋转角度。
对某个管道进行钻孔定位前，首先将该管道置于限位装置上，同时确保管道两端位于钻孔装置左右移动的限制范围之内。确定管道的一端或中间点或其他点为初始基准位置，在初始基准位置确定的情况下，以初始基准位置为基础，根据要钻孔的数量、位置及之间的关系，确定钻孔装置要位移的方向和距离，及管道旋转的角度，对管道上要钻孔的孔进行定位，如图1所示，并将设置的所有数据输入控制主机，有控制主机控制完成所有孔位的定位。
具体的管道钻孔快速定位方法步骤为：
步骤一、确定管道上各个钻孔的具体位置，根据各个钻孔的具体位置划分钻孔水平线，找出所有钻孔中心所位于的所有钻孔水平线；
步骤二、以某一钻孔水平线为初始钻孔水平线，并沿一个方向依次列出其他所有钻孔水平线；
步骤三、确定初始钻孔水平线上开始钻孔的初始基准位置，根据初始钻孔水平线上所有钻孔位置距离所述初始基准位置的距离及相邻钻孔位置的距离，确定钻孔装置从所述基准位置开始每次沿钻孔水平线移动的位移距离；同时，根据各个钻孔水平线与初始钻孔水平线之间以及各个钻孔水平线之间的位置关系，确定从初始钻孔水平线开始管道每次绕其轴心旋转的角度；
将各个钻孔位置实现及关系事先录入一个操作表中，将该操作表在控制主机上执行，在本具体实施例中，操作表中以X表示水平位置数据，以Y表示旋转角度值。
步骤四、以当前与钻孔装置相对应的管道水平线为初始钻孔水平线，从确定的初始基准位置开始，根据确定的初始钻孔水平线上确定的所有孔位需要位移的距离，操控钻孔装置移动完成对初始钻孔水平线上所有孔位钻孔前的定位；
步骤五、根据确定的初始钻孔水平线开始管道每次绕其轴心旋转的角度，带动管道绕其轴心旋转对其他各个钻孔水平线进行定位，并操控钻孔装置完成各个水平线上所有孔位钻孔前的定位。
在本具体实施例中，所述钻孔装置位于需要钻孔的管道的正上方，由步进电机带动，在控制主机的控制下前进（向下）、后退（向上）和左右移动（X轴上的移动）。
采用角度传感器测量管道每次绕其轴心旋转的角度，当该旋转角度为设定旋转角度时，控制主机发送控制命令，停止管道的旋转。
在本具体实施例中，
根据两个钻孔水平线在管道外圆周上的距离和外圆周的半径计算出管道需要旋转的角度。
调用第一个钻孔位置位置X1-1,Y0。顺序执行X1-n,Y0,直到该水平线上的孔位完成。对某个管道进行第一次钻孔时，以初始位置为基准点，以横放管道顶端水平线为初始水平线，确定该水平线上要设置的钻孔，以步进电机控制钻孔装置前进、后退及左右移动，在该水平线上进行钻孔。根据水平钻孔位置数据计算出步进电机的转数：n=X/L；其中，n为步进电机转数，X为钻孔位置的水平位置数据，L为步进电机线行程/转。当步进电机转数达到该位置数据计算得出的值时，停止步进电机，此时位置即为该点钻孔位置。当某一水平线上的钻孔完成后，即调用第二水平线上的钻孔数据，如：X1-n,Y0完成，则执行X2-n,Y1行数据。三端转盘电机带动管道绕其轴心旋转，并带动角度传感器一起旋转，以确定相邻水平线钻孔位置所在的水平线需要转动的角度。当角度传感器检测到的角度为设置角度时，三端转盘停止转动，此时在当前水平线上进行钻孔操作，直至所有钻孔操作完毕。角度旋转控制采用继电器控制220V交流电机的旋转实现。
在执行第一个水平线上定位操作时，不进行旋转，接受的角度数据为0（Y0=0）。完成第一个水平线上定位操作后，接受的角度数据为Y1，此时启动旋转电机，采用电位器式角度传感器实现管道转动角度值的检测，当检测到的旋转角度值等于设计数据中的Y值时，即当旋转角度等于设定值时停止管道的旋转。钻孔位置标记数量自动统计。
定位是可以采用定位标记，定位标记采用画圆装置或直接钻孔完成。画圆装置采用三轴步进电机作为画圆装置的动力系统。
采用锅炉配管钻孔自动快速定位及质量检测装置可以进行钻孔的快速定位，通过图像处理技术进行在线质量检测，同样一根长10m，口径108mm的集汽管采用锅炉配管钻孔自动快速定位及质量检测装置进行定位及质量检测，只需1个工人1个小时完成，是人工定位工效的6-7倍，而且可以避免漏孔的质量事故。
在此，采用管道上多点不规则钻孔快速自动定位及质量检测装置，可以自动检测、判定管道的圆度值是否合格，同时以语音方式提醒操作人员，可以快速、自动进行孔位定位，线行程误差在1mm以内，角度误差≤1%，定位结果由计算机自动统计、判定，不会出现漏钻等情况。

Claims (8)

1.一种管道钻孔快速定位系统，其特征在于，包括：控制主机，及与控制主机相连的钻孔装置步进电机；限制管道位置两侧的限位装置；还包括与控制主机相连的角度转动装置，带动管道绕其轴心自转；还包括与控制主机相连的角度测量装置，设置于管道上，用于测量管道绕其轴心旋转的角度；所述控制主机包括钻孔初始位置确定模块和钻孔水平位置确定模块；所述钻孔初始位置确定模块确定管道上钻孔前的初始基准位置，确定管道的一端或中间点或其他点为初始基准位置；所述钻孔水平位置确定模块以该基准位置为起始点确定实际钻孔位置。
2.根据权利要求1所述的管道钻孔快速定位系统，其特征在于，所述钻孔装置步进电机带动钻孔装置前进、后退以及左右移动。
3.根据权利要求2所述的管道钻孔快速定位系统，其特征在于，所述两侧限位装置关于一个垂直平面对称，所述钻孔装置在其步进电机的带动下左右移动，移动的轨迹在该垂直平面内。
4.根据权利要求1所述的管道钻孔快速定位系统，其特征在于，所述角度测量装置为电位器式角度传感器。
5.根据权利要求1所述的管道钻孔快速定位系统，其特征在于，所述角度转动装置为三端转盘，安装于管道的一端。
6.根据权利要求5所述的管道钻孔快速定位系统，其特征在于，所述角度传感器固定于三端转盘中心位置；所述三端转盘的中心上固定有一个轴，构成角度传感器的转轴；三端转盘旋转带动轴旋转，测量管道的旋转角度。
7.一种使用权利要求1到6任一项所述的管道钻孔快速定位系统进行管道钻孔快速定位的方法，具体方法步骤为：
步骤一、确定管道上各个钻孔的具体位置，根据各个钻孔的具体位置划分钻孔水平线，找出所有钻孔中心所位于的所有钻孔水平线；
步骤二、以某一钻孔水平线为初始钻孔水平线，并沿一个方向依次列出其他所有钻孔水平线；
步骤三、确定初始钻孔水平线上开始钻孔的初始基准位置，根据初始钻孔水平线上所有钻孔位置距离所述初始基准位置的距离及相邻钻孔位置的距离，确定钻孔装置从所述基准位置开始每次沿钻孔水平线移动的位移距离；同时，根据各个钻孔水平线与初始钻孔水平线之间以及各个钻孔水平线之间的位置关系，确定从初始钻孔水平线开始管道每次绕其轴心旋转的角度；
步骤四、以当前与钻孔装置相对应的管道水平线为初始钻孔水平线，从确定的初始基准位置开始，根据确定的初始钻孔水平线上确定的所有孔位需要位移的距离，操控钻孔装置移动完成对初始钻孔水平线上所有孔位钻孔前的定位；
步骤五、根据确定的初始钻孔水平线开始管道每次绕其轴心旋转的角度，带动管道绕其轴心旋转对其他各个钻孔水平线进行定位，并操控钻孔装置完成各个水平线上所有孔位钻孔前的定位；
所述钻孔装置位于需要钻孔的管道的正上方，由步进电机带动，在控制主机的控制下前进、后退和左右移动；
采用角度传感器测量管道每次绕其轴心旋转的角度，当该旋转角度为设定旋转角度时，停止管道的旋转。
8.根据权利要求7所述的管道钻孔快速定位的方法，根据水平钻孔位置数据计算出步进电机的转数：n=X/L；其中，n为步进电机转数，X为钻孔位置的水平位置数据，L为步进电机线行程；根据两个钻孔水平线在管道外圆周上的距离和外圆周的半径计算出管道需要旋转的角度。
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