CN112643488A - 一种大尺寸钢管坡口加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸钢管坡口加工装置及方法，包括加工平台、限位孔、加工工件、限位器、机器人、打磨工具、激光传感器、控制柜，所述加工平台为四边矩形结构且顶端开有等距对称分布的限位孔，所述加工平台顶端中部右侧放置有加工工件并通过限位器进行固定，所述加工工件后端安装有机器人并通过螺栓固定，所述机器人顶端连接有打磨工具并通过螺栓固定，所述打磨工具顶端安装有激光传感器，所述机器人右端安装有控制柜且通过电线连接。本发明通过合理化的设计采用六轴关节机械人有效地提高钢管的加工效率且能够降低操作人员的劳动强度以及保障操作人员的安全。

Description

一种大尺寸钢管坡口加工装置及方法

技术领域

本发明涉及钢管加工领域，尤其涉及一种大尺寸钢管坡口加工装置及方法。

背景技术

目前在大尺寸钢管坡口加工过程中，均使用车床加工坡口，对于小尺寸钢管来讲，车床的采购成本低，加工效率较高。但对于大尺寸钢管，车床的采购成本会翻倍甚至几倍的增加，而采用本专利申请的一种大尺寸钢管坡口加工新型方式会大大降低设备成本，提高工作效率，从而降低工件的生产成本。此外，对于大尺寸钢管一般会要求加工阴阳坡口，车床显然不能做到，而而采用本专利申请的一种大尺寸钢管坡口加工新型方式，可以方便快捷的完成阴阳坡口的加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大尺寸钢管坡口加工装置及方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种大尺寸钢管坡口加工装置，包括加工平台、限位孔、加工工件、限位器、机器人、打磨工具、激光传感器、控制柜，所述加工平台为四边矩形结构且顶端开有等距对称分布的限位孔，所述加工平台顶端中部右侧放置有加工工件并通过限位器进行固定，所述加工工件后端安装有机器人并通过螺栓固定，所述机器人顶端连接有打磨工具并通过螺栓固定，所述打磨工具顶端安装有激光传感器，所述机器人右端安装有控制柜且通过电线连接。

在上述技术方案基础上，所述限位器包括限位块、限位柱、连接耳、伸缩杆、第二伸缩节、把手，所述限位器为梯形结构且底端中部安装有限位柱，所述限位柱与限位孔插接配合，所述限位块右端底部安装有连接耳且内侧开有螺纹孔，所述螺纹孔内侧安装有伸缩杆且伸缩杆内侧套接有滑动连接的第二伸缩节，所述伸缩节顶端安装有把手。

在上述技术方案基础上，所述机器人包括机器臂一轴、机械臂二轴、机械臂三轴、机械臂四轴、机械臂五轴、机械臂六轴，所述机器人底部为机械臂一轴，所述机械臂一轴末端连接有机械臂二轴，所述机械臂二轴末端连接有机械臂三轴并依次连接有机械臂四轴、机械臂五轴、机械臂六轴。

在上述技术方案基础上，所述打磨工具包括连接法兰、保护壳后盖、保护壳前盖、涨紧轮、气动涨紧结构、接触轮、砂带、主动轮、伺服电机，所述连接法兰为圆柱形型结构且前端通过螺栓固定有保护壳后盖，所述保护壳后盖前端通过螺栓固定有保护壳前盖，所述保护壳后盖为三角形结构且顶角依次安装有涨紧轮、接触轮、主动轮并通过砂带连接，所述涨紧轮右端安装有气动涨紧机构并通过螺栓连接，所述主动轮后端连接有伺服电机。

在上述技术方案基础上，所述激光传感器包括连接盘、箱体、柱圆物镜、2DEmostar物镜、线缆，所述连接盘为圆柱形结构且顶端中部安装有箱体，所述箱体为四边矩形结构且正端面顶部安装有柱圆物镜，所述柱圆物镜下方安装有2D Emostar物镜，所述箱体后端中部连接有线缆。

在上述技术方案基础上，所述控制柜包括柜体、操作员面板、控制器门、连接器盖、散热窗、支腿及吊眼，所述柜体为四边矩形结构且正端面左侧安装有内嵌式操作员面板，所述操作员面板右侧安装有控制器门，所述控制器门下方安装有矩形结构的连接器盖，所述柜体右端面中部开有矩形散热窗，所述柜体顶端和底部安装有支腿以及吊眼。

一种大尺寸钢管坡口加工的方法，包括如下步骤：

步骤1、通过人工将工件摆放到位，通过限位器，对工件进行粗定位；

步骤2、在控制器的输入面板上输入工件相关信息，包括工件材质、工件直径、工件板厚、要打磨坡口角度等信息；

步骤3、控制系统通过工件直径信息，生成机器人扫描程序，并将程序发送到机器人控制柜；

步骤4、通过机器人启动按钮启动机器人程序，并由机器人携带线激光传感器对工件位置进行扫描；

步骤5、激光传感器扫描数据经过激光传感器的软件处理后，将数据发送到控制系统；

步骤6、控制系统接收线激光传感器发送的数据，并根据数据准确计算出工件位置，并拟合出工件的圆心位置；

步骤7、控制系统根据步骤2中输入的工件材质、直径、板厚、坡口角度等，通过磨削工艺软件，自动计算出磨削工艺参数，磨削工艺参数包括磨削道数、磨削速度、磨削进给量、电机转速、磨削路径等，并将此参数发送给机器人和打磨工具；

步骤8、机器人携带打磨工具，沿着步骤7生成磨削路径，结合磨削道数、磨削速度、磨削进给量等参数，并且打磨工具根据生成的电机转速旋转，共同完成磨削作业。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的加工装置的限位器采用插接配合和伸缩杆把手方便固定以及减轻使用人员的脊椎负担，同时机器人采用六轴机械臂负载大，臂展长，定位精度高有利于提高加工效率和加工精度，另外通过控制柜对整个系统进行精准控制降低使用人员的劳动强度以及避免直接接触造成的人身伤害且高度自动化符合社会发展的趋势。

附图说明

图1为本发明外观结构示意图。

图2为本发明限位器结构示意图。

图3为本发明机器人连接结构图。

图4为本发明打磨工具结构示意图。

图5为本发明激光传感器外观结构图。

图6为本发明控制柜外观结构图。

图中：1、加工平台，2、限位孔，3、加工工件，4、限位器，5、机器人，6、打磨工具，7、激光传感器，8、控制柜，9、限位块，9-1、限位柱，9-2、连接耳，10、伸缩杆，10-1、第二伸缩节，11、把手，12、机器臂一轴，13、机械臂二轴，14、机械臂三轴，15、机械臂四轴，16、机械臂五轴，17、机械臂六轴，18、连接法兰，19、保护壳后盖，19-1、保护壳前盖，20、涨紧轮，21、气动涨紧结构，22、接触轮，23、砂带，24、主动轮，25、伺服电机，26、连接盘，27、箱体，28、柱圆物镜，29、2D Emostar物镜，30、线缆，31、柜体，32、操作员面板，33、控制器门，34、连接器盖，35、散热窗，36、支腿及吊眼。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

如图1-6所示，一种大尺寸钢管坡口加工装置，包括加工平台1、限位孔2、加工工件3、限位器4、机器人5、打磨工具6、激光传感器7、控制柜8，所述加工平台1为四边矩形结构且顶端开有等距对称分布的限位孔2，所述加工平台1顶端中部右侧放置有加工工件3并通过限位器4进行固定，所述加工工件3后端安装有机器人5并通过螺栓固定，所述机器人5顶端连接有打磨工具6并通过螺栓固定，所述打磨工具6顶端安装有激光传感器7，所述机器人5右端安装有控制柜8且通过电线连接。

所述限位器4包括限位块9、限位柱9-1、连接耳9-2、伸缩杆10、第二伸缩节10-1、把手11，所述限位块9为梯形结构且底端中部安装有限位柱9-1，所述限位柱9-1与限位孔2插接配合，所述限位块9右端底部安装有连接耳9-2且内侧开有螺纹孔，所述螺纹孔内侧安装有伸缩杆10且伸缩杆10内侧套接有滑动连接的第二伸缩节10-1，所述伸缩节10-1顶端安装有把手11。

所述机器人5包括机器臂一轴12、机械臂二轴13、机械臂三轴14、机械臂四轴15、机械臂五轴16、机械臂六轴17，所述机器人5底部为机械臂一轴12，所述机械臂一轴12末端连接有机械臂二轴13，所述机械臂二轴13末端连接有机械臂三轴14并依次连接有机械臂四轴15、机械臂五轴16、机械臂六轴17。

所述打磨工具6包括连接法兰18、保护壳后盖19、保护壳前盖19-1、涨紧轮20、气动涨紧结构21、接触轮22、砂带23、主动轮24、伺服电机25，所述连接法兰18为圆柱形型结构且前端通过螺栓固定有保护壳后盖19，所述保护壳后盖19前端通过螺栓固定有保护壳前盖19-1，所述保护壳后盖19为三角形结构且顶角依次安装有涨紧轮20、接触轮22、主动轮24并通过砂带连接23，所述涨紧轮20右端安装有气动涨紧机构21并通过螺栓连接，所述主动轮24后端连接有伺服电机25。

所述激光传感器7包括连接盘26、箱体27、柱圆物镜28、2D Emostar物镜29、线缆30，所述连接盘26为圆柱形结构且顶端中部安装有箱体27，所述箱体27为四边矩形结构且正端面顶部安装有柱圆物镜28，所述柱圆物镜28下方安装有2D Emostar物镜29，所述箱体27后端中部连接有线缆30。

所述控制柜8包括柜体31、操作员面板32、控制器门33、连接器盖34、散热窗35、支腿及吊眼36，所述柜体31为四边矩形结构且正端面左侧安装有内嵌式操作员面板32，所述操作员面板32右侧安装有控制器门33，所述控制器门33下方安装有矩形结构的连接器盖34，所述柜体31右端面中部开有矩形散热窗35，所述柜体31顶端和底部安装有支腿以及吊眼36。

一种大尺寸钢管坡口加工的方法，包括如下步骤：

步骤1、通过人工将工件摆放到位，通过限位器，对工件进行粗定位；

步骤2、在控制器的输入面板上输入工件相关信息，包括工件材质、工件直径、工件板厚、要打磨坡口角度等信息；

步骤3、控制系统通过工件直径信息，生成机器人扫描程序，并将程序发送到机器人控制柜；

步骤4、通过机器人启动按钮启动机器人程序，并由机器人携带线激光传感器对工件位置进行扫描；

步骤5、激光传感器扫描数据经过激光传感器的软件处理后，将数据发送到控制系统；

步骤6、控制系统接收线激光传感器发送的数据，并根据数据准确计算出工件位置，并拟合出工件的圆心位置；

步骤7、控制系统根据步骤2中输入的工件材质、直径、板厚、坡口角度等，通过磨削工艺软件，自动计算出磨削工艺参数，磨削工艺参数包括磨削道数、磨削速度、磨削进给量、电机转速、磨削路径等，并将此参数发送给机器人和打磨工具；

步骤8、机器人携带打磨工具，沿着步骤7生成磨削路径，结合磨削道数、磨削速度、磨削进给量等参数，并且打磨工具根据生成的电机转速旋转，共同完成磨削作业。

本发明打磨工具安装在机器人末端法兰盘上，传感器安装在打磨工具上，由机器人带着打磨工具实现不同空间位置移动，姿态变换等。传感器可以实现对工件位置的扫描确认，并将工件的位置信息传给机器人控制柜，以此修正机器人的运行轨迹。通过吊装加工工件放入加工平台顶端并通过限位器与限位孔的插接配合进行固定，同时通过控制柜控制机器人末端的机械臂第六轴带动打磨工具对加工工件进行打磨，同时打磨工具顶端安装有激光传感器并通过激光测量的反馈对打磨工具的位置进行调整。打磨工具通过伺服电机带动主动轮旋转并通过砂带带动涨紧轮、接触轮并通过涨紧轮右端的启动涨紧机构对砂带进行调整。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大尺寸钢管坡口加工装置，包括加工平台（1）、限位孔（2）、加工工件（3）、限位器（4）、机器人（5）、打磨工具（6）、激光传感器（7）、控制柜（8），其特征在于：所述加工平台（1）为四边矩形结构且顶端开有等距对称分布的限位孔（2），所述加工平台（1）顶端中部右侧放置有加工工件（3）并通过限位器（4）进行固定，所述加工工件（3）后端安装有机器人（5）并通过螺栓固定，所述机器人（5）顶端连接有打磨工具（6）并通过螺栓固定，所述打磨工具（6）顶端安装有激光传感器（7），所述机器人（5）右端安装有控制柜（8）且通过电线连接。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸钢管坡口加工装置，其特征在于：所述限位器（4）包括限位块（9）、限位柱（9-1）、连接耳（9-2）、伸缩杆（10）、第二伸缩节（10-1）、把手（11），所述限位块（9）为梯形结构且底端中部安装有限位柱（9-1），所述限位柱（9-1）与限位孔（9-2）插接配合，所述限位块（9）右端底部安装有连接耳（9-2）且内侧开有螺纹孔，所述螺纹孔内侧安装有伸缩杆（10）且伸缩杆内侧套接有滑动连接的第二伸缩节（10-1），所述第二伸缩节（10-1）顶端安装有把手（11）。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸钢管坡口加工装置，其特征在于：所述机器人（5）包括机器臂一轴（12）、机械臂二轴（13）、机械臂三轴（14）、机械臂四轴（15）、机械臂五轴（16）、机械臂六轴（17），所述机器人（5）底部为机械臂一轴（12），所述机械臂一轴（12）末端连接有机械臂二轴（13），所述机械臂二轴（13）末端连接有机械臂三轴（14）并依次连接有机械臂四轴（15）、机械臂五轴（16）、机械臂六轴（17）。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸钢管坡口加工装置，其特征在于：所述打磨工具（6）包括连接法兰（18）、保护壳后盖（19）、保护壳前盖（19-1）、涨紧轮（20）、气动涨紧结构（21）、接触轮（22）、砂带（23）、主动轮（24）、伺服电机（25），所述连接法兰（18）为圆柱形型结构且前端通过螺栓固定有保护壳后盖（19），所述保护壳后盖（19）前端通过螺栓固定有保护壳前盖（19-1），所述保护壳后盖（19）为三角形结构且顶角依次安装有涨紧轮（20）、接触轮（22）、主动轮（24）并通过砂带（23）连接，所述涨紧轮（20）右端安装有气动涨紧机构（21）并通过螺栓连接，所述主动轮（24）后端连接有伺服电机（25）。

5.所述根据权利要求1所述的一种大尺寸钢管坡口加工装置，其特征在于：所述激光传感器（7）包括连接盘（26）、箱体（27）、柱圆物镜（28）、2D Emostar物镜（29）、线缆（30），所述连接盘（26）为圆柱形结构且顶端中部安装有箱体（27），所述箱体（27）为四边矩形结构且正端面顶部安装有柱圆物镜（28），所述柱圆物镜（28）下方安装有2D Emostar物镜（29），所述箱体（27）后端中部连接有线缆（30）。

6.根据权利要求1所述的一种大尺寸钢管坡口加工装置，其特征在于：所述控制柜（8）包括柜体（31）、操作员面板（32）、控制器门（33）、连接器盖（34）、散热窗（35）、支腿及吊眼（36），所述柜体（31）为四边矩形结构且正端面左侧安装有内嵌式操作员面板（32），所述操作员面板（32）右侧安装有控制器门（33），所述控制器门（33）下方安装有矩形结构的连接器盖（34），所述柜体（31）右端面中部开有矩形散热窗（35），所述柜体（21）顶端和底部安装有支腿以及吊眼（36）。

7.一种大尺寸钢管坡口加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过人工将工件摆放到位，通过限位器，对工件进行粗定位；

步骤2、在控制器的输入面板上输入工件相关信息，包括工件材质、工件直径、工件板厚、要打磨坡口角度等信息；

步骤3、控制系统通过工件直径信息，生成机器人扫描程序，并将程序发送到机器人控制柜；

步骤4、通过机器人启动按钮启动机器人程序，并由机器人携带线激光传感器对工件位置进行扫描；

步骤5、激光传感器扫描数据经过激光传感器的软件处理后，将数据发送到控制系统；

步骤6、控制系统接收线激光传感器发送的数据，并根据数据准确计算出工件位置，并拟合出工件的圆心位置；

步骤7、控制系统根据步骤2中输入的工件材质、直径、板厚、坡口角度等，通过磨削工艺软件，自动计算出磨削工艺参数，磨削工艺参数包括磨削道数、磨削速度、磨削进给量、电机转速、磨削路径，并将此参数发送给机器人和打磨工具；

步骤8、机器人携带打磨工具，沿着步骤7生成磨削路径，结合磨削道数、磨削速度、磨削进给量参数，并且打磨工具根据生成的电机转速旋转，共同完成磨削作业。

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