CN106216726A - 管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统 - Google Patents

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王春海
刘芳
王子溪
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Abstract

本发明公开了一种管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统，用于对管件两端进行坡口加工，该系统包括能够自主转动并对称安装在平台上且用于固定管件的两个涨紧机构、能够转动地安装在两个涨紧机构上且用于对管件两端进行坡口加工的多个刀具以及可收放的安装在平台上且用于顶起管件的多个支撑轮，管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统上的两个涨紧机构对管件的两个端面同时进行涨进定位，两个抓手退出收起，平台上的支撑轮顶起，以保持管件水平方向挠度为0，然后进行铣车平面、铣车坡口、磨削边角毛刺作业，端面加工完成后平台上的支撑轮收回。

Description

管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统
技术领域
本发明涉及一种管道铺设设备的处理系统，尤其是一种管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统。
背景技术
目前，我国经济建设发展迅猛，尤其是东部对油气资源需求旺盛，国内自给率相对较低，而且分布很不均匀，需要大量从西部甚至国外引进资源；而我国的西北部及西北部邻国却蕴含大量油气资源，需要寻找消费市场，随着一路一带建设的渐入佳境，西(油)气东输工程是协调东西部发展的关键环节，已经全面展开并加速进行。而管道运输尤其是大口径管道运输油气，其经济性更具有竞争力，大口径管道运输具有数以千计千米的市场规模。直径1.0米以上的金属管道的铺设基本都是半机械化的，挖掘、铺设、焊接、测量、监察、检测、填埋各系统各自独立，需要人为协调、指挥，自动化程度低，人员占用多，劳动强度大，自然环境、焊接环境恶劣、输送效率低，铺设周期长、铺设成本高。因此在这些长距离大口径管线建设中采用自动化铺设技术已势在必行，一套合适的设计方案对油气管道的铺设具有重大意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动化程度高的管道铺设自动焊接机器人管件端面预处理系统。
为了解决上述技术问题，管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4用于对管件两端进行坡口加工，该系统包括能够自主转动并对称安装在平台上且用于固定管件的两个涨紧机构、能够转动地安装在两个涨紧机构上且用于对 管件两端进行坡口加工的多个刀具以及可收放的安装在平台上且用于顶起管件的多个支撑轮(402)，所述两个涨紧机构能够相对伸缩，该两个涨紧机构插进管件两端内孔并涨紧固定，且两个涨紧机构的转动能够带动管件一起转动；所述在线测量分系统在端面预处理分系统对管件的两个端面处理的同时进行同步测量，分别测量管件每个端面的几何尺寸及其位置坐标，并将测量数据发送至所述控制系统，控制系统对最终测量数据进行分析，筛选出最大壁厚和最小壁厚尺寸数据，并追踪其位置坐标记录在控制系统中，在管件上分别做出明显标示两端各自最大、最小壁厚位置，控制系统在驱动管件端面预处理系统两端的涨紧机构旋转停止时，当前管件的当前焊接端面与前一件管件的当前焊接端面按照重合面积最大原则进行匹配；
所述的管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理分系统4,其特征在于：每个所述涨紧机构分别包括胎具架(403)、通过滚动轴承(404)套装在胎具架(403)外部的回转涨胎套(405)、分别通过一弹涨臂(406)周向固接在回转涨胎套(405)端部的多个锥形涨紧块(407)以及与锥形涨紧块(407)配合使用且用于涨起锥形涨紧块(407)的锥塞(408)，所述胎具架(403)通过支撑导柱(409)与一动力气缸输出端连接以实现胎具架(403)的伸缩运动，所述回转涨胎套(405)外部设有一大齿轮(410)，该大齿轮(410)与一电机输出端的齿轮啮合以实现回转涨胎套(405)能够相对胎具架(403)转动并带动管件转动，所述锥塞(408)中部通过推力轴承与一油缸输出杆(411)能够相对转动地连接，该锥塞(408)在油缸输出杆(411)的带动下能够做伸缩运动以实现对锥形涨紧块(407)的涨起和复位。
本发明的有益效果是：本发明的大口径管道铺设自动焊接机器人自动化程度高，人员占用少，劳动强度小，工作效率高，铺设周期短、铺设成本低。
附图说明
图1为本发明中管道铺设自动焊接机器人的主视结构示意图及管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统所在位置示意图；
图2为本发明中管道铺设自动焊接机器人的右视结构示意图及管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统所在位置示意图；
图3为本发明中涨紧机构的立体结构示意图；
图4为本发明中涨紧机构的剖切结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
参见图1至图4，所述管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4用于对管件两端进行坡口加工,其包括能够自主转动并对称安装在平台上且用于固定管件的两个涨紧机构、能够转动地安装在两个涨紧机构上且用于对管件两端进行坡口加工的多个刀具以及可收放的安装在平台上且用于顶起管件的多个支撑轮402，所述两个涨紧机构能够相对伸缩，该两个涨紧机构插进管件两端内孔并涨紧固定，且两个涨紧机构的转动能够带动管件一起转动；其中刀具为铣刀和砂轮，多个铣刀和砂轮周向安装在一个能够相对涨紧机构转动的环体上，环体由一电机带动转动，另外，多个铣刀还可以设计成不同的摆放角度以实现同时对管件端面进行铣削和对管件进行坡口铣削，砂轮则对坡口进行边角毛刺作业；在平台上上还设有第三摄像测量装置，第三摄像测量装置在端面预处理分系统对管件的两个端面处理的同时进行同步测量，分别测量管件每个端面的 几何尺寸及其位置坐标，并将测量数据经所述在线测量分系统发送至所述控制系统，控制系统对最终测量数据进行分析，筛选出最大壁厚和最小壁厚尺寸数据，并追踪其位置坐标记录在控制系统中，在管件上分别做出明显标示两端各自最大、最小壁厚位置，控制系统再驱动管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统两端的涨紧机构旋转停止时，当前管件的当前焊接端面与前一件管件的当前焊接端面按照重合面积最大原则进行匹配；
每个所述涨紧机构分别包括胎具架403、通过滚动轴承404套装在胎具架403外部的回转涨胎套405、分别通过一弹涨臂406周向固接在回转涨胎套405端部的多个锥形涨紧块407以及与锥形涨紧块407配合使用且用于涨起锥形涨紧块407的锥塞408，所述胎具架403通过支撑导柱409与一动力气缸输出端连接以实现胎具架403的伸缩运动，所述回转涨胎套405外部设有一大齿轮410，该大齿轮410与一电机输出端的齿轮啮合以实现回转涨胎套405能够相对胎具架403转动并带动管件转动，所述锥塞408中部通过推力轴承与一油缸输出杆411能够相对转动地连接，该锥塞408在油缸输出杆411的带动下能够做伸缩运动以实现对锥形涨紧块407的涨起和复位。
一种通过所述的管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统实现的自动连续铺设管道的作业方法，包括如下步骤：
1)管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4上的两个涨紧机构对管件的两个端面同时进行涨进定位，两个抓手303退出收起，平台上的支撑轮402顶起，以保持管件水平方向挠度为0，然后进行铣车平面、铣车坡口、磨削边角毛刺作业，端面加工完成后平台上的支撑轮402收回；
2)在管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4对管件进行加 工的同时，在线测量分系统对管件进行端面尺寸测量，分别检出两端的最大直径和最小直径，并对两端的最大和最小直径的数值及所在位置做出标记，同时在控制系统内记录并存储其准确坐标位置；
实施例
在野外连续铺设直径1016毫米，沟深1米，宽2米、管长12米、壁厚14毫米且单根净重在5000千克以上以上的大口径石油输送管道和本发明的机器人平台及其作业附属机件，经大型运输车辆在GPS或北斗或格洛纳斯或伽利略导航系统指引下，按照作业操作规范卸载在指定地点。
机器人平台上的测量系统测量当前管件的放置位置，并将其当前三维坐标反馈给控制系统，水平驱动主机架1按照Z轴坐标，在机器人平台上移动，调整与管件的位置达到最佳；控制系统驱动机械臂组件(管件抓取输送分系统3)的两个X向(与平台长度方向垂直的水平方向)横梁(机械臂301)、Y向(垂直方向)竖臂(伸缩装置302)达到管件X、Y坐标的相应位置，竖臂下端铰接一个抓取机构(抓手303)，抓取机构在其控制系统的驱动下锁住当前管件，在控制系统的驱动下，水平驱动主机架1做Z向移动，机械臂组件做X、Y向移动，把当前管件送到机器人平台内部的管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4的所在位置，当前管件的轴线与管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4的两端卡紧机构的中心连线重合，管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4的两端卡紧机构顶进当前管件两端内孔涨紧固定，为了减少管件转动引起的振动及其对端面处理、焊接过程的影响，平台上的支撑轮402顶起，使当前管件的挠度为0。机械臂组件松开收起复位，管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4的两端卡紧机构同时同步转动，分布 在每一个卡紧机构外侧的4个刀具分别同时转动，先有对称分布的两个铣刀对当前管件的每个端面同时进行车铣组合加工，在车铣组合加工的最后一道加工的同时，由砂轮对车铣最后一道加工产生的毛刺进行整理，使车铣磨加工几乎同时完成，两个端面的平面、坡口符合焊接工艺要求；在当前管件端面预处理的同时，在线测量分系统对当前管件的两个端面进行同步测量，分别测量当前管件每个端面的几何尺寸及其位置坐标，当前管件的两个端面预处理完成的同时，测量工作也同时完成，控制系统对测量数据进行分析，筛选出最大壁厚和最小壁厚尺寸数据，并追踪其位置坐标记录在控制系统中，在当前管件上分别做出明显标示两端各自最大、最小壁厚位置。控制系统查阅上一件管件焊接端面D的最大、最小壁厚及其端面X、Y位置坐标，控制系统驱动管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4两端的卡紧机构旋转，旋转角度按照当前管件焊接端面C与上一件管件焊接端面D隔壁重合面积最大原则进行匹配。匹配完成，控制系统驱动机械臂组件与当前管件锁紧，上述支撑轮402和卡紧机构松开退出归位。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统，其特征在于:管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统4用于对管件两端进行坡口加工，该系统包括能够自主转动并对称安装在平台上且用于固定管件的两个涨紧机构、能够转动地安装在两个涨紧机构上且用于对管件两端进行坡口加工的多个刀具以及可收放的安装在平台上且用于顶起管件的多个支撑轮(402)，所述两个涨紧机构能够相对伸缩，该两个涨紧机构插进管件两端内孔并涨紧固定，且两个涨紧机构的转动能够带动管件一起转动；所述在线测量分系统在端面预处理系统对管件的两个端面处理的同时进行同步测量，分别测量管件每个端面的几何尺寸及其位置坐标，并将测量数据发送至所述控制系统，控制系统对最终测量数据进行分析，筛选出最大壁厚和最小壁厚尺寸数据，并追踪其位置坐标记录在控制系统中，在管件上分别做出明显标示两端各自最大、最小壁厚位置，控制系统在驱动管件端面预处理系统两端的涨紧机构旋转停止时，当前管件的当前焊接端面与前一件管件的当前焊接端面按照重合面积最大原则进行匹配。
2.按照权利要求1所述的管道铺设自动焊接机器人的管件端面预处理系统,其特征在于：每个所述涨紧机构分别包括胎具架(403)、通过滚动轴承(404)套装在胎具架(403)外部的回转涨胎套(405)、分别通过一弹涨臂(406)周向固接在回转涨胎套(405)端部的多个锥形涨紧块(407)以及与锥形涨紧块(407)配合使用且用于涨起锥形涨紧块(407)的锥塞(408)，所述胎具架(403)通过支撑导柱(409) 与一动力气缸输出端连接以实现胎具架(403)的伸缩运动，所述回转涨胎套(405)外部设有一大齿轮(410)，该大齿轮(410)与一电机输出端的齿轮啮合以实现回转涨胎套(405)能够相对胎具架(403)转动并带动管件转动，所述锥塞(408)中部通过推力轴承与一油缸输出杆(411)能够相对转动地连接，该锥塞(408)在油缸输出杆(411)的带动下能够做伸缩运动以实现对锥形涨紧块(407)的涨起和复位。
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