CN109926599B - 一种触点传感式薄壁相贯线加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触点传感式薄壁相贯线加工装置及其加工方法，包括操作台、机械臂、相贯线加工机构、上位计算机、辅助加工装置；操作台上固定安装有活动导轨，机械臂安装在活动导轨上，相贯线加工机构安装在机械臂上，所述机械壁上安装有外激光测距仪，外激光测距仪投射相贯线外缘线且外激光测距仪上安装有定位装置；操作台上安装有固定夹；本发明根据两个维度来控制相贯线的加工，一是以相贯线加工机构刀具的下降高度，二是以相贯线加工区域附近压力传感膜上压力传感触点所反应的压力值，很好的控制相贯线边缘的形变量。

Description

一种触点传感式薄壁相贯线加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及相贯线加工领域，具体为一种触点传感式薄壁相贯线加工装置及其加工方法。

背景技术

目前，相贯线加工装置或坡口装置较多，大多加工装置是直接固定在加工件上的，在数控方面相对较弱，对于相贯线或坡口加工的质量来说，主要为加工角度、加工面平整度、加工残渣清理以及进刀速度对加工边缘的影响，对于高精度的相贯线加工，加工边缘的应力影响尤为重要，这就要求对进刀的速度进行把控，减少进刀速度对加工边缘的影响，目前，在高精度相贯线加工方面没有相应的装置。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种触点传感式薄壁相贯线加工装置及其加工方法，主要解决对进刀进程的把控，做到精准化，数据化，同时，对加工产生的残渣进行有效及时的清理，减少对工件的损伤，具体如下：

包括操作台、机械臂、相贯线加工机构、上位计算机、辅助加工装置；所述操作台上固定安装有活动导轨，所述机械臂安装在活动导轨上，所述相贯线加工机构安装在机械臂上，所述机械臂上安装有外激光测距仪，所述外激光测距仪投射相贯线外缘线且外激光测距仪上安装有定位装置；所述操作台上安装有固定夹；

所述辅助加工装置包括加压垫，所述加压垫连接加压装置并通过加压产生定向膨胀，所述加压垫上安装有压力圈，所述压力圈连接引流管，所述压力圈内部安装有内激光测距仪，所述内激光测距仪上安装有定位装置，所述内激光测距仪投射相贯线内缘线；

所述外激光测距仪测定相贯线外缘线物理中心点的距离；所述内激光测距仪测定相贯线内缘线物理中心点的距离；

所述外激光测距仪、内激光测距仪、机械臂和相贯线加工机构与上位计算机数据连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述机械臂上设置多个外激光测距仪，多个外激光测距仪分段投射相贯线外缘线。

所述压力圈呈中空管状，一端设置有端帽，另一端设置螺纹且安装在加压垫上，有端帽的一端安装在加压垫的外侧；所述压力圈有螺纹一端连接引流管。

所述加压垫外侧及压力圈端帽设置有压力传感膜，所述压力传感膜上均匀设置有压力传感触点，所述压力传感膜与上位计算机连接。

所述相贯线加工机构设置有转向垂直的2个伺服舵机构件，所述2个伺服舵机构件控制相贯线加工机构的加工角度。

本发明还公开了一种薄管高精度相贯线加工方法，包括以下步骤：

第一步：测定薄管的厚度，将薄管厚度均值输入上位计算机；

第二步：所述上位计算机设定相贯线加工角度，计算得出相贯线外缘线和相贯线内缘线；

第三步：根据相贯线内缘线制定压力圈，所述压力圈内缘线为相贯线内缘线的放大线；且压力圈内缘线相较相贯线内缘线的边缘大于1mm，小于3mm；

第四步：将薄管固定在固定夹上，将机械臂移至待加工区；开启外激光测距仪，投射相贯线外缘线，测定相贯线外缘线的物理中心点；所述上位计算机根据相贯线外缘线的物理中心点确定相贯线内缘线的物理中心点计算虚拟相贯线内缘线和虚拟相贯线内缘线的物理中心点；

第五步：将加压垫放置在相应的薄管内加工区，向加压垫加压并开启内激光测距仪，再将相贯线内缘线的物理中心点和相贯线内缘线与虚拟相贯线内缘线的物理中心点和虚拟相贯线内缘线重合；

第六步：计算相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点得出两点的厚度公差，校比第一步测定的薄管厚度，进行微调纠偏；定位好后持续向加压垫加压，加压垫膨胀将压力圈及压力传感膜相对固定在薄管内壁；

第七步：所述上位计算机设计相贯线加工机构的进刀进程，所述压力传感膜测定加工区域附近的压力值，所述上位计算机设置压力安全起始值和压力阈值；

第八步：所述上位计算机制定进刀路径。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第一步测定待加工区薄管的厚度均值，将薄管厚度均值输入上位计算机。

所述压力圈为硬质有弹性材质。

所述第七步当压力值在压力安全起始值和压力阈值的范围内时，所述相贯线加工机构的进刀速度与压力值成反比；当压力值超出压力阈值时，所述相贯线加工机构启动退刀程序。

所述第八步以相贯线加工的顶点为相贯线加工机构刀具的起点，刀具下降的高度作为进刀进程的参照轴；上位计算机根据参照轴设置进刀进程。

有益效果：

1、根据两个维度来控制相贯线的加工，一是以相贯线加工机构刀具的下降高度，二是以相贯线加工区域附近压力传感膜上压力传感触点所反应的压力值，很好的控制相贯线边缘的形变量。

2、加压垫加压后，加压垫和压力圈对管道内壁提供一定量的支撑力，减少刀具下降管壁产生的拉应力。

3、通过外激光测距仪和内激光测距仪，精准的定位加工区，可以实时掌控刀具加工的中心点是否在相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点的连线上，可以实现实时纠偏。

4、通过外激光测距仪和内激光测距仪测定的相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点位置，根据加工角度确定相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线，避免因不同区域壁厚不同造成加工不精准，以相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线为刀具运动中心轴线路，实现两方面的优势，一是不用考虑壁平整度，以相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线的水平夹角精准加工避免了起始位高度不平整造成的角度的偏差；二是可以较大跨角度的相贯线或坡口加工，以刀具运动轨迹的轴线与相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线重合，刀具的加工区域增大，实现大坡口或大相贯线的加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的模块结构示意图。

图2是本发明的辅助加工装置的结构示意图。

图3是本发明压力圈的结构示意图。

图4是本发明压力传感膜的结构示意图。

附图标记：1、操作台；2、上位计算机；3、活动导轨；4、固定夹；5、相贯线加工机构；6、机械臂；7、外激光测距仪；8、加压垫；9、压力圈；10、引流管；11、端帽；12、压力传感膜；13、压力传感触点；14、外激光测距仪。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1-4所示，本实施例的触点传感式薄壁相贯线加工装置，包括操作台1、机械臂6、相贯线加工机构5、上位计算机2、辅助加工装置；操作台1上固定安装有活动导轨3，机械臂6安装在活动导轨3上，相贯线加工机构5安装在机械臂6上，机械臂上安装有外激光测距仪7，外激光测距仪7投射相贯线外缘线且外激光测距仪7上安装有定位装置；根据定位装置以及投射角度和测定的投身距离，可以准确计算出测量的相对高度位置，操作台1上安装有固定夹4；固定夹4从工件的外表面进行固定，防止工件在加工时发生偏移。

如图2，辅助加工装置包括加压垫8，加压垫8连接加压装置并通过加压产生定向膨胀，加压垫8上安装有压力圈9，加压垫8和压力圈9对工件的内表面进行支撑，减少在加工的过程中，刀具对薄管工件的冲出变形。

如图3，压力圈9连接引流管10，对于高精度薄管加工来说，加工过程中产生的热量需要及时吸收进行冷却，防止过度的热应力产生对加工边缘造成影响加工质量的形变，不论是气冷还是液冷，本发明中优选液冷，在加工过程中同时还会产生残渣，残渣需要及时清理，并需要减少对工件的损伤，因此，将压力圈9连接引流管10，将残渣或冷却液直接导入引流管10，通过引流管10排出，避免了残渣对工件的影响。

压力圈9内部安装有内激光测距仪14，内激光测距仪14上安装有定位装置，内激光测距仪14投射相贯线内缘线；

外激光测距仪7测定相贯线外缘线物理中心点的距离；内激光测距仪14相贯线内缘线物理中心点的距离；机械臂上安装有多个外激光测距仪7，在确定相贯线外缘线物理中心点后，相贯线外缘线采用多段式组合的形式投射，外激光测距仪7、内激光测距仪14、机械臂6和相贯线加工机构5与上位计算机2数据连接。外激光测距仪7、内激光测距仪14、机械臂6和相贯线加工机构5的位置数据汇集在上位计算机2，上位计算机2可以精美定位并计算相贯线外缘线、相贯线内缘线，以及相贯线外缘线的物理中心点、相贯线内缘线物理中心点。上位计算机2将多个数据统一为一个座标系，实现对相应的位置数据定位，使操作更为方便容易。

机械臂6上设置多个外激光测距仪7，多个外激光测距仪7分段投射相贯线外缘线。通过多个激光测距仪分别投射部分外相贯线外缘线，减少一个外激光测距仪7投因不在中心点位置上投射造成相贯线投射误差，通过分段投射，避免在加工的过程中相贯线加工机构5对投射的遮挡，外激光测距仪7对投射光线段采集，上位计算机2根据采集的投射光线段与需要加工的相贯线外缘线进行对比，然后将所采集到的投射光线段数据进行补偿修正，得到相贯线外缘线的实质数据，上位计算机2再根据相贯线外缘线实质数据影射出虚拟相贯线内缘线。

压力圈9呈中空管状，一端设置有端帽11，另一端设置螺纹且安装在加压垫8上，有端帽11的一端安装在加压垫8的外侧；压力圈9有螺纹一端连接引流管10。压力圈9端帽11一端面积较大，过渡更加平稳，另一端设置成螺纹，方便安装。不同的相贯线内缘线对应是的不同的压力圈9，加压垫8设置成螺纹安装，可以快速转换，提高工作匹配度。

如图4，加压垫8外侧及压力圈9端帽11设置有压力传感膜12，压力传感膜12上均匀设置有压力传感触点13，压力传感膜12与上位计算机2连接。压力传感膜12上设置压力传感触点13，每个压力传感触点13实时测量压力数据，当工作在加工时，刀具对周边的薄管壁进行挤压，薄管内壁通过压力传感触点13测定实时压力，压力传感触点13实时压力数据传输至上位计算机2，上位计算机2设置压力安全起始值和压力阈值；当压力值在压力安全起始值和压力阈值的范围内时，相贯线加工机构5的进刀速度与压力值成反比；当压力值超出压力阈值时，相贯线加工机构5启动退刀程序。

薄管在进行相贯线或坡口加工时，由于管壁较薄，容易受压力或温度产生形变或造成加工区域附近内应力增大，产生内部损伤，薄管的相贯线或坡口对加工面的要求更高，由于管壁薄，焊接的条件更为严格，加工面的平整度、边缘口的损伤度、应力区都是后续焊接的限制条件，本实施例中对边边缘口的损伤度和应力区都做了精准优化的数控设计，很好的解决了这一问题，实现薄管相贯线的精准加工。

相贯线加工机构5设置有转向垂直的2个伺服舵机构件，2个伺服舵机构件控制相贯线加工机构5的加工角度。

本实施例的如权利要求5的薄管高精度相贯线加工方法，包括以下步骤：

第一步：测定薄管的厚度，将薄管厚度均值输入上位计算机2；薄管厚度作为虚拟相贯线内缘线的重要参数，初步校准相贯线内缘线以及内相贯线内缘线的物理中心点起着重要的作用，同时，根据相贯线外缘线和相贯线外缘线的物理中心点制定虚拟相贯线外缘线和虚拟相贯线外缘线的物理中心点；

第二步：上位计算机2设定相贯线加工角度，计算得出相贯线外缘线和相贯线内缘线；

第三步：根据相贯线内缘线制定压力圈9，压力圈9内缘线为相贯线内缘线的放大线；且压力圈9内缘线相较相贯线内缘线的边缘大于1mm，小于3mm；压力圈9根据相贯线内缘线定制，压力圈9的内缘线稍大于相贯线的内缘线，减少薄管加工区域边缘的悬空长度，对薄管加工区域起有力的支撑作用。

第四步：将薄管固定在固定夹4上，将机械臂6移至待加工区；开启外激光测距仪7，投射相贯线外缘线，测定相贯线外缘线的物理中心点；优选地通过多个激光测距仪分别投射部分外相贯线外缘线，减少一个外激光测距仪7投因不在中心点位置上投射造成相贯线投射误差，通过分段投射，避免在加工的过程中相贯线加工机构5对投射的遮挡，外激光测距仪7对投射光线段采集，上位计算机2根据采集的投射光线段与需要加工的相贯线外缘线进行对比，然后将所采集到的投射光线段数据进行补偿修正，得到相贯线外缘线的实质数据，上位计算机2根据相贯线外缘线的物理中心点确定相贯线内缘线的物理中心点计算虚拟相贯线内缘线和虚拟相贯线内缘线的物理中心点；

第五步：将加压垫8放置在相应的薄管内加工区，向加压垫8加压并开启内激光测距仪14，再将相贯线内缘线的物理中心点和相贯线内缘线与虚拟相贯线内缘线的物理中心点和虚拟相贯线内缘线重合；

第六步：计算相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点得出两点的厚度公差，校比第一步测定的薄管厚度，进行微调纠偏；定位好后持续向加压垫8加压，加压垫8膨胀将压力圈9及压力传感膜12相对固定在薄管内壁；加压垫8可以为气压或液压加压垫8，本实施例优选液压加压垫8；

第七步：上位计算机2设计相贯线加工机构5的进刀进程，压力传感膜12测定加工区域附近的压力值，上位计算机2设置压力安全起始值和压力阈值；

第八步：上位计算机2制定进刀路径。

本实施例中公开三种进刀路径：

一、对于加工相贯线小的情况，有一次成型刀具可以选择的情况下，进刀路径沿相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点连线为轴运动即可。

二、对于加工相贯线边缘较大，难以一次成型的情况，进刀路径可先沿相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点连线为轴钻孔，然后以相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点连线为轴逐渐向外扩加工。

三、对于加工相贯线边缘较大，难以一次成型的情况，进刀路径以相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点连线为轴，从上往下层层加工，每层加工从轴线向外扩加工。

本实施例优选第二种加工方式，可以对加工残渣进行很好的清理，本实施例的加工方法同样可适用于坡口加工。

更优化地：第一步测定待加工区薄管的厚度均值，将薄管厚度均值输入上位计算机2。

更优化地：压力圈9为硬质有弹性材质。硬质能起到一定的支撑作用，具有弹性可以防一定量的冲击，在工件加工区域受冲击时减少对工件的折弯度。

更优化地：第七步中当压力值在压力安全起始值和压力阈值的范围内时，相贯线加工机构5的进刀速度与压力值成反比；当压力值超出压力阈值时，相贯线加工机构5启动退刀程序。压力值超出压力阈值时，刀具对薄管壁产生较大压力，刀具施加的压力对加工区域附近点产生拉应力，相对发生形变，因此需要检查加工原因，实施退刀。

更优化地：第八步以相贯线加工的顶点为相贯线加工机构5刀具的起点，刀具下降的高度作为进刀进程的参照轴；上位计算机2根据参照轴设置进刀进程。本实施例根据两个维度来控制相贯线的加工，一是以相贯线加工机构5刀具的下降高度，二是以相贯线加工区域附近压力传感膜12上压力传感触点13所反应的压力值，很好的控制相贯线边缘的形变量。

通过外激光测距仪7和内激光测距仪14测定的相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点位置，根据加工角度确定相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线，避免因不同区域壁厚不同造成加工不精准，以相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线为刀具运动中心轴线路，实现两方面的优势，一是不用考虑壁平整度，以相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线的水平夹角精准加工避免了起始位高度不平整造成的角度的偏差；二是可以较大跨角度的相贯线或坡口加工，以刀具运动轨迹的轴线与相贯线外缘线物理中心点与相贯线内缘线物理中心点连线重合，刀具的加工区域增大，实现大坡口或大相贯线的加工。

本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种触点传感式薄壁相贯线加工装置，其特征在于：包括操作台、机械臂、相贯线加工机构、上位计算机、辅助加工装置；所述操作台上固定安装有活动导轨，所述机械臂安装在活动导轨上，所述相贯线加工机构安装在机械臂上，所述机械臂上安装有外激光测距仪，所述外激光测距仪投射相贯线外缘线且外激光测距仪上安装有定位装置；所述操作台上安装有固定夹；

所述辅助加工装置包括加压垫，所述加压垫连接加压装置并通过加压产生定向膨胀，所述加压垫上安装有压力圈，所述压力圈连接引流管，所述压力圈内部安装有内激光测距仪，所述内激光测距仪上安装有定位装置，所述内激光测距仪投射相贯线内缘线；

所述外激光测距仪测定相贯线外缘线物理中心点的距离；所述内激光测距仪测定相贯线内缘线物理中心点的距离；

所述外激光测距仪、内激光测距仪、机械臂和相贯线加工机构与上位计算机数据连接。

2.根据权利要求1所述的触点传感式薄壁相贯线加工装置，其特征在于：所述机械臂上设置多个外激光测距仪，多个外激光测距仪分段投射相贯线外缘线。

3.根据权利要求2所述的触点传感式薄壁相贯线加工装置，其特征在于：所述压力圈呈中空管状，一端设置有端帽，另一端设置螺纹且安装在加压垫上，有端帽的一端安装在加压垫的外侧；所述压力圈有螺纹一端连接引流管。

4.根据权利要求3所述的触点传感式薄壁相贯线加工装置，其特征在于：所述加压垫外侧及压力圈端帽设置有压力传感膜，所述压力传感膜上均匀设置有压力传感触点，所述压力传感膜与上位计算机连接。

5.根据权利要求4所述的触点传感式薄壁相贯线加工装置，其特征在于：所述相贯线加工机构设置有转向垂直的2个伺服舵机构件，所述2个伺服舵机构件控制相贯线加工机构的加工角度。

6.一种薄管高精度相贯线加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：测定薄管的厚度，将薄管厚度均值输入上位计算机；

第二步：所述上位计算机设定相贯线加工角度，计算得出相贯线外缘线和相贯线内缘线；

第三步：根据相贯线内缘线制定压力圈，所述压力圈内缘线为相贯线内缘线的放大线；且压力圈内缘线相较相贯线内缘线的边缘大于1mm，小于3mm；

第四步：将薄管固定在固定夹上，将机械臂移至待加工区；开启外激光测距仪，投射相贯线外缘线，测定相贯线外缘线的物理中心点；所述上位计算机根据相贯线外缘线的物理中心点确定相贯线内缘线的物理中心点计算虚拟相贯线内缘线和虚拟相贯线内缘线的物理中心点；

第五步：将加压垫放置在相应的薄管内加工区，向加压垫加压并开启内激光测距仪，再将相贯线内缘线的物理中心点和相贯线内缘线与虚拟相贯线内缘线的物理中心点和虚拟相贯线内缘线重合；

第六步：计算相贯线外缘线的物理中心点与相贯线内缘线的物理中心点得出两点的厚度公差，校比第一步测定的薄管厚度，进行微调纠偏；定位好后持续向加压垫加压，加压垫膨胀将压力圈及压力传感膜相对固定在薄管内壁；

第七步：所述上位计算机设计相贯线加工机构的进刀进程，所述压力传感膜测定加工区域附近的压力值，所述上位计算机设置压力安全起始值和压力阈值；

第八步：所述上位计算机制定进刀路径。

7.根据权利要求 6所述的薄管高精度相贯线加工方法，其特征在于：所述第一步测定待加工区薄管的厚度均值，将薄管厚度均值输入上位计算机。

8.根据权利要求 6所述的薄管高精度相贯线加工方法，其特征在于：所述压力圈为硬质有弹性材质。

9.根据权利要求 6所述的薄管高精度相贯线加工方法，其特征在于：所述第七步当压力值在压力安全起始值和压力阈值的范围内时，所述相贯线加工机构的进刀速度与压力值成反比；当压力值超出压力阈值时，所述相贯线加工机构启动退刀程序。

10.根据权利要求 9所述的薄管高精度相贯线加工方法，其特征在于：所述第八步以相贯线加工的顶点为相贯线加工机构刀具的起点，刀具下降的高度作为进刀进程的参照轴；上位计算机根据参照轴设置进刀进程。

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