CN113910020A - 一种智能管道打磨装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能管道打磨装置及其控制方法，整个装置包括圆周导轨、动力台、横向导轨和柔顺打磨头四个快拆模块，在使用过程中无需拆卸管道，该装置的所有连接机构都设置为快拆机构，安装简单方便，在自动控制模式下安装完毕后一键启动，操作简单，同时，针对一些有特定要求的打磨部位，可以切换手动控制模式，操作人员实时干预控制打磨过程中的相关参数完成打磨作业。本发明极大的减轻的操作人员的工作强度并为企业降低了日常运营维护成本，为智能打磨装置的设计开发提供了新思路。

Description

一种智能管道打磨装置及其控制方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种智能管道打磨装置及其控制方法，可在高空不可拆卸管道表面打磨作业，既可自动打磨也可人工干预打磨作业，以满足不同打磨需求。

背景技术

随着中国经济的发展，我国电力资源的需求量越来越大，从科研到生产，从工业到农业，从城市到农村，从国家建设到人民生活，各行各业都离不开电能，电能对现代化工业生产的发展和人类物质生活水平的提高，都起到了难以估量的巨大作用，当前，在我国境内遍布有大量热电厂，而热电厂由于生产的需要布置有不同规格尺寸的热蒸汽管道，该管道材质为合金钢，距离地面有较大高度，其运行的安全性不但关系到电厂企业能否长周期正常安全生产，更关系到人民生命与财产安全，为了保证管道能够长久安全可靠的传输热蒸汽，需要对管道表面焊缝连接处进行定期探伤，但是，管道内高温蒸汽带来的热量使得管道表面产生氧化层，从而影响探伤检测的准确性，因此，在探伤之前需要去除管道表面氧化层。

目前普遍采取的方法都是通过人工进行打磨，操作工人携带器械攀爬至待打磨区域，手持设备将焊缝附近一定宽度区域的氧化层打磨掉，并在操作过程中要求只打磨掉氧化层，不能将管道磨薄，此打磨要求对于工作人员而言是一个巨大的挑战，操作难度高，工作强度大，环境恶劣，效率极低。

申请号202010474849.8名称为管道打磨机器人机械机构及其工作方法，公开了一种管道打磨机器人机械结构，用于打磨管道。但是，上述公开的技术方案仍然存在如下技术问题：(1)该机械机构方案一次安装只能打磨管道部分圆周面，即无法实现整个圆周方向的打磨，实际应用过程中如果管道需要整个圆周面的打磨，该打磨机器人机械结构就无法使用；(2)该机械机构方案在打磨作业过程中对任何表面均按同一条路径来回打磨两次，针对管道不同区域的不同工业要求，难以保证高效率高精度打磨；(3)若该打磨组件的圆弧导轨在安装过程中与管道存在同轴度误差，则打磨作业过程中就会出现打磨量不均匀的情况，最终可能将管道本身打薄，影响生产运作的安全性。(4)整个管道打磨机器人机械结构需要安装的组件过多，影响作业效率。

鉴于人工打磨存在的诸多弊端以及现有装置存在的问题，急需研制一款智能管道打磨装置，操作工人只需简单安装，正常工况下该装置可自主作业打磨管道，并在特殊情况下也可通过人工干预来满足打磨需求，通过使用智能管道打磨装置代替人工进行管道打磨作业，可达到提高打磨效率，降低打磨成本，保证打磨质量的目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种智能管道打磨装置及其控制方法，针对目前人工打磨蒸汽管道过程中，工人操作难度高，工作强度大，环境恶劣，效率低，并且打磨成本高的问题，本发明提供的装置采用组合模块设计，使用过程中不需要拆卸管道，根据需要正常工况下自主打磨管道，并在特殊情况下也可通过人工干预来满足不同打磨需求，该智能管道打磨装置打磨头可沿圆周方向运动，也可沿管道轴线方向运动，从而实现对整个管道表面的打磨作业，结合其智能控制系统，在作业过程中当该装置和管道存在同轴度误差时，可以根据压力传感器示数值控制打磨头伸缩量实现高质量打磨，在实际生产作业过程中使用该装置既降低了打磨成本，也提高了打磨效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述智能管道打磨装置及其控制方法，由圆周导轨、动力台、横向导轨和柔顺打磨头四个快拆模块组成，并搭配其智能控制系统，可以满足打磨作业过程中的不同需求；

所述智能管道打磨装置的第一部分是圆周导轨模块，用于固定整体装置及实现横向导轨模块及柔顺打磨头模块的圆周运动，所述圆周导轨又可分为内圈固定架和外圈导轨；所述内圈固定架上附有橡胶垫，用于与管道的固定以及提高夹紧时的摩擦力；所述外圈导轨则为动力台的圆周运动提供导向作用；所述两个半圆内圈固定架连接处采用合页连接方式，将内圈固定架套上管道后，合上两个半圆内圈，并通过快速卡扣卡紧；

所述智能管道打磨装置的第二部分是动力台模块，用于为横向导轨模块提供圆周方向运动动力；所述动力台由底部装有多个滑轮的主体和顶部用于与横向导轨相连接的平台组成，提供动力的电机和控制板安放于动力台主体之中；所述底部多个滑轮，其中一个是主动轮，主动轮上方安装有电机，为整个动力台沿外圈导轨圆周运动提供动力，其余为从动轮，起到辅助夹紧作用；所述滑轮中间均开有凹槽，用于与外圈轨道的紧密贴合，使得动力台可靠地夹紧在外圈导轨上；滑轮在主体底部按两列布置，其中一列滑轮固定在弹簧夹上，通过拉动弹簧夹可以使该列滑轮向远离另一列滑轮的方向移动，安装时可将两列滑轮横向拉开，套在外圈上后松手即可；所述动力台顶部留有与横向导轨相连接的平台，在此平台的中间设置有弹簧插扣，用于与横向导轨的固定，此动力台所有连接机构都设置为快拆机构，安装简单方便；

所述智能管道打磨装置的第三部分是横向导轨，用于实现柔顺打磨头模块的横向运动，在其一端设计有驱动装置；打磨头安装在横线导轨上并可沿横向导轨移动；所述驱动装置内部设置有电机、图像处理单元和控制单元；所述电机通过带轮和同步带带动打磨头沿管道轴向移动；所述图像处理单元可对工业相机采集的图像进行分析并通过控制单元控制电机转速，即控制打磨头模块在横向导轨上的移动速度；所述电机外围设计有防尘罩，防止打磨产生的粉尘干扰电机工作；

所述智能管道打磨装置的第四部分是柔顺打磨头，用于实现柔顺打磨，包括顶部的砂轮、智能伸缩机构和工业相机；所述智能伸缩机构内部装有压力传感器和控制器，控制器根据压力传感器压力值的变化实时控制调整机构的伸缩量，因此当该装置和管道存在同轴度误差时也能实现打磨作业；所述工业相机用于采集管道表面图像并传送给图像处理单元进行分析；

所述智能管道打磨装置控制系统有两种工作模式：自动控制和手动控制，自动控制模式适用于无任何专业知识基础的操作人员，将智能管道打磨装置安装完毕后一键启动，管道智能打磨装置的柔顺打磨头顶部砂轮会高速旋转，同时两边动力台会带动横向导轨模块绕着外圈导轨做匀速圆周运动，压力传感器根据压力值的变化调整伸缩机构的伸缩量，以实现当该装置和管道存在同轴度误差时的高精度打磨作业；其次，工业相机实时采集打磨过程中管道表面图像数据，并发送给图像处理单元进行处理，图像处理单元将处理结果发送给控制单元，控制单元发送控制指令控制柔顺打磨头模块横向移动速度，以实现圆周方向上待打磨区域打磨程度的精准控制；手动控制模式适用于有一定专业基础的操作人员，针对一些特定部位有特殊要求的状况，操作人员可通过工业相机传回的图像使用遥控手柄实时控制打磨装置的作业状态并调整相关参数来满足自定义需求；

进一步地，所述外圈导轨和内圈固定架之间垫有四块支撑垫，并在支撑垫中间开有通孔，用于外圈导轨与内圈固定架的连接，外圈导轨可以通过调整四个螺栓的松紧程度来调节与管道的同心度；

再进一步，所述两个半圆外圈导轨两端设置有凸起和对应的凹槽，安装时相互配合，以保证两个半圆外圈导轨平滑连接；

进一步地，当需要对不同材质的管道进行打磨时，也可更换不同的打磨头，以适应作业要求；

进一步地，在作业过程中，自动控制模式和手动控制模式可随时切换，以满足在打磨作业中的突发情况，操作人员可在发现打磨异常时及时干预智能管道打磨装置的作业状态，以避免事故的发生。

本发明的有益效果为：

一种智能管道打磨装置及其控制方法，可以将操作工人从原本枯燥繁重的管道打磨作业中解放出来，在使用过程中无需拆卸管道，该装置的所有连接机构都设置为快拆机构，安装简单方便，通过智能控制系统安装完毕后一键启动，操作简单，无专业知识的操作人员也能轻松掌握；同时，针对一些有特定要求的打磨部位，也可以开启手动控制模式，操作人员实时干预控制打磨过程中的相关参数完成打磨作业。

附图说明

图1是智能管道打磨装置的整体结构示意图；

图2是圆周导轨模块结构示意图；

图3是动力台模块结构示意图；

图4是横向导轨模块结构示意图；

图5是柔顺打磨头模块示意图；

图6是智能管道打磨装置的控制系统工作流程图；

其中：1.管道2.圆周导轨3.动力台4.横向导轨5.柔顺打磨头201.通孔202.外圈导轨203.内圈固定架204.橡胶垫205.快速卡扣206.支撑垫207.合页301.滑轮302.平台303.电机304.弹簧插扣305.弹簧夹401.带轮402.同步带403.带轮电机404.防尘罩405.图像处理单元501.砂轮502.智能伸缩机构503.工业相机

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，智能管道打磨装置及其控制方法，包括圆周导轨2、动力台3、横向导轨4和柔顺打磨头5四个快拆模块，两个动力台3在圆周导轨2上做等速圆周运动，横向导轨4两端分别固定在两个动力台3上，打磨头5可在横向导轨4上移动，该装置搭配其智能控制系统，可以满足打磨作业过程中的不同需求。

如图2所示为智能管道打磨装置的圆周导轨2部分，包括内圈固定架203和外圈导轨202，并在内圈固定架203与管道1接触部分附有橡胶垫204，既防止了内圈固定架203在夹紧过程中损伤管道1，也提高了夹紧时的摩擦力；为了安装方便并提高工作效率，所述两个半圆内圈固定架203连接处采用合页207连接方式，将内圈固定架203套上管道1后，合上两个半圆内圈，并通过快速卡扣205卡紧，在外圈导轨202和内圈固定架203之间垫有四块支撑垫206，并在支撑垫206中间开有通孔201，在内圈固定架203相应位置也开有螺纹孔，用于安装螺栓，保证外圈导轨202与内圈固定架203的连接，外圈导轨202可以通过调整四个螺栓的松紧程度来调节与管道1的同心度，外圈导轨202也为两个半圆，并在两端设置有凸起和对应的凹槽，安装时相互配合，以保证两个半圆外圈导轨202平滑连接，外圈导轨202为动力台的圆周运动提供了导向作用。

如图3所示为智能管道打磨装置的动力台3部分，包括底部带有三个滑轮301的主体和顶部用于与横向导轨相连接的平台302，在底部三个滑轮301中有一个是主动轮，主动轮上方安装有电机303，为整个动力台3沿外圈导轨202圆周运动提供动力，其余为从动轮，起到辅助夹紧作用，从动轮固定在弹簧夹305上，通过拉动弹簧夹可以使从动轮向远离主动轮方向移动，安装时可将从动轮与主动轮横向拉开，套在外圈上后松手即可；所述滑轮中间均开有凹槽，用于与外圈轨道202的紧密贴合，使得动力台3可靠地夹紧在外圈导轨202上，提供动力的电机303和控制板安放于动力台3主体之中，在动力台顶部留有与横向导轨相连接的平台302，在此平台的中间设置有弹簧插扣304，用于与横向导轨4的固定，此动力台3所有连接机构都设置为快拆机构，安装简单方便。

如图4所示为智能管道打磨装置的横向导轨4部分，执行打磨任务的柔顺打磨头5安装于横向导轨上，并在横向导轨一端设置有驱动装置；所述驱动装置内安装有电机403、图像处理单元405和控制单元，电机403通过带轮401和同步带402带动柔顺打磨头5沿管道轴向移动，在电机外围设计有防尘罩404，防止打磨产生的粉尘干扰电机403工作。

如图5所示为执行打磨任务的柔顺打磨头5，用于实现柔顺打磨，包括顶部的砂轮501、智能伸缩机构502和工业相机503；所述智能伸缩机构502内部装有压力传感器和控制器，控制器根据压力传感器压力值的变化实时控制伸缩机构502的伸缩量；所述工业相机503用于采集管道表面图像并传送给图像处理单元405进行分析，当需要对不同材质的管道进行打磨时，也可更换不同的打磨头，以适应作业要求。

如图6所示为智能管道打磨装置的控制系统工作流程图，其控制系统有两种工作模式：自动控制、手动控制，自动控制模式只需将智能管道打磨装置安装完毕后一键启动，该装置就能自行打磨作业；手动控制模式主要针对一些有特殊要求的打磨部位，操作人员通过工业相机传回的图像使用遥控手柄实时控制该打磨装置的作业状态并调整相关参数来满足自定义需求。

下面结合所有附图详细介绍智能管道打磨装置的安装过程和打磨作业过程：

智能管道打磨装置的安装过程包括以下步骤：

步骤1：安装圆周导轨部分，圆周导轨又可分为内圈固定架和外圈导轨，在这一部分中，先安装内圈固定架，内圈固定架是由两个半圆环组成，在与管道接触的地方贴有橡胶垫，两个内圈连接处通过快速卡扣连接，然后安装外圈导轨，同样，外圈导轨也是由两个半圆环组成，外圈和内圈之间垫有四块支撑垫，并在支撑垫中间开有通孔，用于外圈与内圈的连接，外圈可以通过调整四个螺栓的松紧程度来调节与管道的同轴度。

步骤2：安装动力台部分，动力台底部装有三个滑轮，其中一个是主动轮，另外两个是从动轮，滑轮中间均开有凹槽，用于与外圈轨道的啮合，两个从动轮固定在弹簧夹上，通过拉动弹簧夹可以使两个从动轮向远离主动轮方向移动，安装时可将从动轮与主动轮横向拉开，套在外圈上后松手即可，动力台顶部留有与横向导轨相连接的平台。

步骤3：安装横向导轨部分，将横向导轨两端的基座直接安放在动力台顶部的安装台上即可，安装台上设置有弹簧插扣，拉开插扣将横向导轨放入松开弹簧插扣即可。

打磨作业过程：

在自动控制模式下，首先，启动设备后，管道智能打磨装置的柔顺打磨头顶部砂轮会高速旋转，同时两边动力台会带动横向导轨模块绕着外圈导轨做匀速圆周运动，压力传感器根据压力值的变化调整伸缩机构的伸缩量，以实现当该装置和管道存在同轴度误差时的高精度打磨作业；其次，工业相机实时采集打磨过程中管道表面图像数据，并发送给图像处理单元进行处理，图像处理单元将处理结果发送给控制单元，控制单元发送控制指令控制柔顺打磨头模块横向移动速度，以实现圆周方向上待打磨区域打磨程度的精准控制，该装置安装方便，安装完毕后一键启动，操作简单，无专业知识操作人员也能轻松掌握；同时，针对一些有特定要求的打磨部位，也可以开启手动控制模式，操作人员实时干预控制打磨过程相关参数完成打磨作业，在作业过程中，自动控制模式和手动控制模式可随时切换，以满足在打磨作业中的突发情况，操作人员可在发现打磨异常时及时干预智能管道打磨装置的作业状态，以免事故的发生。

综上，一种智能管道打磨装置及其控制方法实现了高安全性，高便捷性及高质量的打磨作业，极大的减轻的操作人员的工作强度并为企业降低了日常运营维护成本，为智能打磨装置的设计开发提供了新思路。上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明不局限于上述具体的实施方式，上述的具体实施方式仅是示例性的，不是局限性的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种智能管道打磨装置及其控制方法，其特征在于：整个装置包括圆周导轨、动力台、横向导轨和柔顺打磨头四个快拆模块，并搭配智能控制系统，可以满足打磨作业过程中的不同需求；

所述圆周导轨模块，用于固定整体装置及实现横向导轨模块及柔顺打磨头模块的圆周运动，包括内圈固定架和外圈导轨；所述两个半圆内圈固定架连接处采用合页连接，合上后通过快速卡扣卡紧，内圈固定架内侧附有橡胶垫；所述外圈导轨两端设置有凸起和对应的凹槽，安装时相互配合；在外圈导轨和内圈固定架之间垫有支撑垫，并在支撑垫中间开有通孔，在内圈固定架相应位置也开有螺纹孔，可安装螺栓用于外圈导轨与内圈固定架的连接；

所述动力台模块，用于为横向导轨模块提供圆周方向运动动力，包括底部带有多个滑轮的主体和顶部用于与横向导轨相连接的平台；滑轮在主体底部按两列布置，其中一列滑轮固定在弹簧夹上，通过拉动弹簧夹可以使该列滑轮向远离另一列滑轮的方向移动，滑轮中间均开有凹槽；在动力台顶部的平台上设置有弹簧插扣；

所述横向导轨模块，用于实现柔顺打磨头模块的横向运动，在其一端设置有驱动装置，打磨头安装于横线导轨上并可沿横向导轨移动；所述驱动装置内部设置有电机、图像处理单元和控制单元；所述电机通过带轮和同步带带动柔顺打磨头沿管道轴向移动；所述图像处理单元可对工业相机采集的图像进行分析并通过控制单元控制电机转速，即控制柔顺打磨头模块在横向导轨上的移动速度；

所述柔顺打磨头模块，用于实现柔顺打磨，包括顶部的砂轮、智能伸缩机构和工业相机；所述智能伸缩机构内部装有压力传感器和控制器，控制器根据压力传感器压力值的变化实时控制伸缩机构的伸缩量；所述工业相机用于采集管道表面图像并传送给图像处理单元进行分析。

2.如权利要求1所述的一种智能管道打磨机器人及其控制方法，其特征在于：

所述智能管道打磨装置控制系统有两种工作模式：自动控制和手动控制；

所述智能管道打磨装置，自动控制模式打磨作业过程如下：

步骤1：启动设备后，打磨头顶部砂轮会高速旋转，同时两边动力台会带动横向导轨模块绕外圈导轨做匀速圆周运动，压力传感器根据压力值的变化调整打磨头伸缩机构的伸缩量，以实现当该装置和管道存在同轴度误差时的高精度打磨作业；

步骤2：工业相机实时采集打磨过程中管道表面图像图像，并发送给图像处理单元进行处理；

步骤3：图像处理单元将处理结果发送给控制单元，控制单元发送控制指令控制柔顺打磨头模块横向移动速度，以实现圆周方向上待打磨区域打磨程度的精准控制；

所述手动控制模式主要针对一些有特殊要求的打磨部位，操作人员通过工业相机传回的图像使用遥控手柄实时控制该打磨装置的作业状态并调整相关参数以满足自定义需求；

在作业过程中，自动控制模式和手动控制模式可随时切换，以满足在打磨作业中的突发情况，操作人员可在发现打磨异常时及时干预智能管道打磨装置的作业状态，避免事故的发生。

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