CN111823304A - 一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法及系统，涉及切割控制系统技术领域；它的控制方法为：获取成型前管道缠绕工艺参数，所述成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定；根据成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管厚度计算模型；根据预制主管厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的主管内、外壁相贯线轨迹方程；根据所述主管内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型；本发明使得相贯线切割工艺简单，容易实施，切割时不需要考虑主管壁厚，切割精度得到提高，适合于现场进行管道相贯线切割。
Description
技术领域
本发明属于切割控制系统技术领域，具体涉及一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法及系统。
背景技术
在现代工业的飞速发展中，管道的铺建应用非常广泛，船舶工业，现代大型建筑等领域上的应用逐步扩大。相贯线结构的玻璃钢管道的制造效率和质量几乎影响着整个管道系统的使用寿命。
目前工厂切割管道相贯线缺少管道厚度等相关数据，需要工人通过测量获得管道厚度数据，精确度不高，操作复杂。
发明内容
为解决目前工厂切割管道相贯线缺少管道厚度等相关数据，需要工人通过测量获得管道厚度数据，精确度不高，操作复杂的问题；本发明的目的在于提供一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法及系统，使管道相贯线水切割工艺简单，容易实施，切割时不需要考虑主管壁厚，切割精度得到提高，适合于现场进行管道相贯线切割。
本发明的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，它的控制方法为：
一、主管与支管相交形成的曲线为相贯线，所述主管内壁与所述支管外壁相交形成的曲线为主管内壁相贯线，以所述主管内壁相贯线为起点沿坡口向量向外发散且与主管外壁相交形成的曲线为主管外壁相贯线；其中所述支管外径应小于所述主管内径，所述主管轴线与所述支管轴线垂直相交；
二、获取成型前管道缠绕工艺参数，所述成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定；
三、根据成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管厚度计算模型；
四、根据预制主管厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的主管内、外壁相贯线轨迹方程；
五、根据所述主管内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；
六、根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型；
七、将所述管道相贯线坡口厚度模型中管道坡口厚度带入所述管道厚度与切割速度关系模型，得到切割最优速度；
八、水刀头按照所述切割最优速度移动，完成管道相贯线水切割过程。
作为优选，所述成型前管道缠绕工艺参数，具体包括：成型前粗纱线密度、成型前纤维密度、成型前预浸料中纤维质量含量、成型前粗纱展纱宽度和缠绕层数。
作为优选，所述确定成型前预制主管厚度计算模型，具体包括：将成型前预制主管厚度计算模型确定为
其中，h为成型前预制主管道的厚度，Ntex为成型前粗纱线密度，Pf为成型前纤维密度，Mf为成型前预浸料中纤维质量含量，w为成型前粗纱展纱宽度，t为缠绕层数。
作为优选，所述确定主管与支管相交形成的主管内、外壁相贯线轨迹方程，具体包括：将所述主管内壁相贯线轨迹方程V1＝(x1,y1,z1)确定为：
其中，R为主管内径，r为支管内径，λ为所述支管圆周角；
将所述主管外壁相贯线轨迹方程V2＝(x2,y2,z2)确定为：
其中，坡口向量为P＝(Pa,Pb,Pc)。
作为优选，所述确定管道相贯线坡口厚度模型，具体包括：将管道相贯线坡口厚度确定为：
H＝[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]1/2其中，H为管道相贯线坡口厚度。
作为优选，所述切割最优速度，在相同管道厚度下，随着切割速度的增加，切割质量逐渐变差；在相同水刀切割速度下，随着管道厚度的增加，切割质量逐渐变差，切面出现不同粗糙程度的弧状波纹或沟纹。
一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制系统，包括：
成型前管道缠绕工艺参数确定模块，用于获取成型前管道缠绕工艺相关参数，成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定；
预制主管厚度计算模型确定模块，用于根据所述成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管道厚度；
主管内、外壁相贯线轨迹方程确定模块，用于根据所述预制主管厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的所述主管内、外壁相贯线轨迹方程；
管道相贯线坡口厚度模型确定模块，用于根据所述内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；
管道厚度与切割速度关系模型确定模块，用于根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型。
作为优选，所述预制主管厚度计算模型确定模块，具体包括：预制主管厚度计算模型确定单元，用于将成型前预制主管厚度计算模型确定为：
作为优选，所述主管内、外壁相贯线轨迹方程确定模块，具体包括：
所述主管内、外壁相贯线轨迹方程确定单元，将主管内壁相贯线轨迹方程V1＝(x1,y1,z1)确定为：
其中，R为主管内径，r为支管内径，λ为所述支管圆周角；
将主管外壁相贯线轨迹方程V2＝(x2,y2,z2)确定为：
其中坡口向量为P＝(Pa,Pb,Pc)。
作为优选，所述管道相贯线坡口厚度模型确定模块，具体包括：管道相贯线坡口厚度模型确定单元，将管道相贯线坡口厚度模型确定为：
H＝[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]1/2其中，H为管道相贯线坡口厚度。
本发明还提供一种用于本发明所述的基于缠绕工艺的管道相贯线水切割运动控制系统，包括：管道相贯线水刀头机械臂本体和用于控制所述水刀头机械臂运动的驱动控制器，所述驱动控制器用于执行所述的相贯线水切割控制方法控制所述管道相贯线水切割过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
一、通过分析预制管道缠绕工艺数据，生成管道厚度模型和主管相贯线坡口厚度模型，并合理规划切割速度，不仅使得管道相贯线切割工艺得到优化，降低了成本，而且使切割质量得到进一步提高，提高了自动化水平和精确度，使得这一技术从理论走向实际应用。
二、使得相贯线切割工艺简单，容易实施，切割时不需要考虑主管壁厚，切割精度得到提高，适合于现场进行管道相贯线切割。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中具体实施结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明中水刀头控制模块的结构示意图。
图中：1-管道缠绕工艺参数确定模块；2-预制主管厚度计算模型确定模块；3-管道内、外壁相贯线轨迹方程确定模块；4-管道相贯线坡口厚度模型确定模块；5-管道厚度与切割速度关系模型确定模块；6-水刀头控制模块；11-主管；12-支管；13-主管外壁相贯线；14-主管内壁相贯线。
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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它的控制方法如下：
步骤S101：获取成型前管道缠绕工艺参数，所述成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定；
步骤S102：根据所述成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管厚度计算模型；
步骤S103：根据所述预制主管厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的所述主管内、外壁相贯线轨迹方程；
步骤S104：根据所述主管内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；
步骤S105：根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型；
步骤S106：将所述管道相贯线坡口厚度模型中管道坡口厚度带入所述管道厚度与切割速度关系模型，得到切割最优速度；
步骤S107：水刀头按照所述切割最优速度移动，完成管道相贯线水切割过程。
如图2所示，在实施例中，主管11与支管12相交形成的曲线为相贯线，所述主管内壁与所述支管外壁相交形成的曲线为主管内壁相贯线14，以所述主管内壁相贯线为起点沿坡口向量向外发散且与主管外壁相交形成的曲线为主管外壁相贯线13；其中所述支管外径应小于所述主管内径，所述主管轴线与所述支管轴线垂直相交。
其中，步骤S101中成型前管道缠绕工艺参数包括成型前粗纱线密度、成型前纤维密度、成型前预浸料中纤维质量含量、成型前粗纱展纱宽度和缠绕层数。
进一步的，所述步骤S102中成型前预制主管厚度计算模型为：
其中，h为成型前预制主管道的厚度，Ntex为成型前粗纱线密度，Pf为成型前纤维密度，Mf为成型前预浸料中纤维质量含量，w为成型前粗纱展纱宽度，t为缠绕层数。
进一步的，所述步骤S103中主管内壁相贯线轨迹方程V1＝(x1,y1,z1为：
其中，R为主管内径，r为支管内径，λ为所述支管圆周角。主管外壁相贯线轨迹方程V2＝(x2,y2,z2)为：
其中，坡口向量为P＝(Pa,Pb,Pc)。
进一步的，所述步骤S104中管道相贯线坡口厚度模型为：H＝[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]1/2其中，H为管道相贯线坡口厚度。
如图3所示，本实施例还提供一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制系统，该系统包括：
成型前管道缠绕工艺参数确定模块1，用于获取成型前管道缠绕工艺相关参数，成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定。
预制主管厚度计算模型确定模块2，用于根据成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管道厚度；
管道内、外壁相贯线轨迹方程确定模块3，用于根据主管道厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的所述主管内、外壁相贯线轨迹方程；
管道相贯线坡口厚度模型确定模块4，用于根据所述内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；
管道厚度与切割速度关系模型确定模块5，用于根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型；
管道相贯线的水刀头控制模块6，用于执行所述的相贯线水切割控制方法控制水刀头完成切割过程。
进一步的，所述预制主管厚度计算模型确定模块2包括：
预制主管厚度计算模型确定单元，用于将成型前预制主管厚度计算模型确定为：
进一步的，所述主管内、外壁相贯线轨迹方程确定模块3，具体包括：
所述主管内、外壁相贯线轨迹方程确定单元，将主管内壁相贯线轨迹方程V1＝(x1,y1,z1)确定为：
其中，R为主管内径，r为支管内径，λ为所述支管圆周角。将主管外壁相贯线轨迹方程V2＝(x2,y2,z2)确定为：
其中坡口向量为P＝(Pa,Pb,Pc)。
进一步的，所述管道相贯线坡口厚度模型确定模块4，具体包括：
管道相贯线坡口厚度模型确定单元，将管道相贯线坡口厚度模型805确定为：
H＝[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]1/2其中，H为管道相贯线坡口厚度。
进一步的，所述水刀头控制模块6具体包括：工控机、运动控制器、伺服驱动器、伺服电机和触摸屏；所述工控机通过RS232串行接口连接所述运动控制器，所述触摸屏通过modbus通讯协议与运动控制器实时通讯；所述工控机用来处理所述相贯线水切割控制方法，并将处理结果转化为控制指令传递给所述运动控制器，所述运动控制器根据工控机传递的控制指令执行电机运转完成水刀头运动。
本实施例还提供一种用于本发明所述的基于缠绕工艺的管道相贯线水切割运动控制系统，该系统包括：
管道相贯线水刀头机械臂本体和用于控制所述水刀头机械臂运动的驱动控制器，所述驱动控制器用于执行所述的相贯线水切割控制方法控制所述管道相贯线水切割过程。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，其特征在于：它的控制方法为：
一、主管与支管相交形成的曲线为相贯线，所述主管内壁与所述支管外壁相交形成的曲线为主管内壁相贯线，以所述主管内壁相贯线为起点沿坡口向量向外发散且与主管外壁相交形成的曲线为主管外壁相贯线；其中所述支管外径应小于所述主管内径，所述主管轴线与所述支管轴线垂直相交；
二、获取成型前管道缠绕工艺参数，所述成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定；
三、根据成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管厚度计算模型；
四、根据预制主管厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的主管内、外壁相贯线轨迹方程；
五、根据所述主管内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；
六、根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型；
七、将所述管道相贯线坡口厚度模型中管道坡口厚度带入所述管道厚度与切割速度关系模型，得到切割最优速度；
八、水刀头按照所述切割最优速度移动，完成管道相贯线水切割过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，其特征在于：所述成型前管道缠绕工艺参数，具体包括：成型前粗纱线密度、成型前纤维密度、成型前预浸料中纤维质量含量、成型前粗纱展纱宽度和缠绕层数。
3.根据权利要求1所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，其特征在于：所述确定成型前预制主管厚度计算模型，具体包括：将成型前预制主管厚度计算模型确定为
其中，h为成型前预制主管道的厚度，Ntex为成型前粗纱线密度，Pf为成型前纤维密度，Mf为成型前预浸料中纤维质量含量，w为成型前粗纱展纱宽度，t为缠绕层数。
4.根据权利要求1所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，其特征在于：所述确定主管与支管相交形成的主管内、外壁相贯线轨迹方程，具体包括：将主管内壁相贯线轨迹方程V1＝(x1,y1,z1)确定为：
其中，R为主管内径，r为支管内径，λ为所述支管圆周角；
将所述主管外壁相贯线轨迹方程V2＝(x2,y2,z2)确定为：
其中，坡口向量为P＝(Pa,Pb,Pc)。
5.根据权利要求1所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，其特征在于：所述确定管道相贯线坡口厚度模型，具体包括：将管道相贯线坡口厚度确定为：
H＝[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]1/2其中，H为管道相贯线坡口厚度。
6.根据权利要求1所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制方法，其特征在于：所述切割最优速度，在相同管道厚度下，随着切割速度的增加，切割质量逐渐变差；在相同水刀切割速度下，随着管道厚度的增加，切割质量逐渐变差，切面出现不同粗糙程度的弧状波纹或沟纹。
7.一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制系统，其特征在于：包括：
成型前管道缠绕工艺参数确定模块，用于获取成型前管道缠绕工艺相关参数，成型前管道缠绕工艺参数根据需求确定；
预制主管厚度计算模型确定模块，用于根据所述成型前管道缠绕工艺参数，确定成型前预制主管道厚度；
主管内、外壁相贯线轨迹方程确定模块，用于根据所述预制主管厚度计算模型，确定所述主管与所述支管相交形成的所述主管内、外壁相贯线轨迹方程；
管道相贯线坡口厚度模型确定模块，用于根据所述内、外壁相贯线轨迹方程，确定管道相贯线坡口厚度模型；
管道厚度与切割速度关系模型确定模块，用于根据管道质量与水刀切割速度和管道厚度成反比，确定管道厚度与切割速度关系模型。
8.根据权利要求7所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制系统，其特征在于：所述预制主管厚度计算模型确定模块，具体包括：预制主管厚度计算模型确定单元，用于将成型前预制主管厚度计算模型确定为：
9.根据权利要求7所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制系统，其特征在于：所述主管内、外壁相贯线轨迹方程确定模块，具体包括：
所述主管内、外壁相贯线轨迹方程确定单元，将主管内壁相贯线轨迹方程V1＝(x1,y1,z1)确定为：
其中，R为主管内径，r为支管内径，λ为所述支管圆周角；将主管外壁相贯线轨迹方程V2＝(x2,y2,z2)确定为：
其中坡口向量为P＝(Pa,Pb,Pc)。
10.根据权利要求7所述的一种基于缠绕工艺的管道相贯线水切割控制系统，其特征在于：所述管道相贯线坡口厚度模型确定模块，具体包括：管道相贯线坡口厚度模型确定单元，将管道相贯线坡口厚度模型确定为：
H＝[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]1/2其中，H为管道相贯线坡口厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20201027 |