CN114749785A - 一种圆形钻杆端头自动焊接方法及装置 - Google Patents

一种圆形钻杆端头自动焊接方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种圆形钻杆端头自动焊接方法和装置，该方法包括：公头接头转运机器人识别并抓取一个公头，并读取公头的物料编码，将其放置到公头摩擦焊机的卡具内并卡紧；管体转运机器人抓取管体放置到公头摩擦焊机上，将公头和管体的一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体和公头的同心度，获得检测合格的半成品钻杆；母头转运机器人识别并抓取一个母头，将其放置到母头摩擦焊机的卡具内并卡紧；钻杆转运机器人抓取半成品钻杆放置到母头摩擦焊机上，将母头和半成品钻杆的管体另一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体和母头的同心度，获得检测合格的成品钻杆。本发明还提供了一种圆形钻杆端头自动焊接装置。可提高生产效率，降低劳动强度，保证人身安全。

Description

一种圆形钻杆端头自动焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及自动摩擦焊接技术，特别是一种用于圆形钻杆两端端头与杆体自动焊接的圆形钻杆端头自动焊接方法及装置。
背景技术
钻杆是钻机的重要组成部分，在煤矿井下瓦斯抽采、探放水的钻孔施工中经常使用，钻杆在钻进过程中，处于复杂的工作状态，经常承受拉、压、弯、剪扭、液力、振动等交变载荷，并伴随液体的冲刷，因此钻进时经常出现钻杆断裂现象，影响正常生产并造成人力、财力损失，给煤矿安全带来很大影响。
钻杆生产过程中，端头焊接是其中重要的生产工序，需要对焊接过程和参数进行监控和记录，现有技术钻杆生产主要采用人工上下料，摩擦焊机完成焊接，生产过程中，生产数据需要人工记录，焊接过程质量无法监测以及后期钻杆出现事故时，钻杆质量追溯查询困难。
参见图1，图1为钻杆结构示意图。该钻杆包括公头10、母头20和杆体30，公头10与母头20通过摩擦焊接与管体30连接。钻杆焊接工艺分为以下几步：
1)公头10与管体30摩擦焊接；
2)检测公头10与管体30的同心度
3)母头20与管体30摩擦焊接；
4)检测母头20与管体30的同心度。
上述钻杆生产过程存在以下缺点：
1)生产过程中，公头、母头与管体上下料采用人工上下料或是人工将物料搬运至摩焊接接料台上，通过摩擦焊机自带桁架抓手实现上料，劳动强度大；
2)针对重型钻杆(20-70kg)上下料需要两人搬运或桁车吊装，效率低；
3)人工操作环境恶劣；
4)接头焊接工艺过程参数记录丢失，焊接质量无法追溯；
5)生产过程全程人工参与，故障率高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种圆形钻杆端头自动焊接装置及方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种圆形钻杆端头自动焊接方法，其中，包括如下步骤：
S100、公头接头转运机器人带动接头抓手移动至公头托盘上方识别并抓取一个公头，并读取所述公头的物料编码；
S200、管体转运机器人抓取管体放置到公头摩擦焊机上；
S300、所述公头转运机器人带动所述接头抓手将所述公头放置到所述公头摩擦焊机的卡具内并卡紧；
S400、所述公头摩擦焊机将所述公头和管体的一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体和公头的同心度，将检测合格的半成品钻杆放置在钻杆缓存料架上；
S500、母头转运机器人带动接头抓手移动至母头托盘上方识别并抓取一个母头；
S600、钻杆转运机器人抓取所述钻杆缓存料架上的半成品钻杆放置到母头摩擦焊机上；
S700、所述母头转运机器人带动接头抓手将所述母头放置到母头摩擦焊机的卡具内并卡紧；
S800、所述母头摩擦焊机将所述母头和半成品钻杆的管体另一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体和母头的同心度，将检测合格的成品钻杆放置在缓存输送线上；以及
S900、重复上述步骤S100-S800，直至完成全部产品生产。
上述的圆形钻杆端头自动焊接方法，其中，还包括上料准备步骤，包括：
S001、将管体料框放置到管体分料指定位置；
S002、将公头托盘和母头托盘分别放置到相应的托盘输送线上；以及
S003、管体转运机器人将管体放置到摩擦焊机旁的管体缓存料架上。
上述的圆形钻杆端头自动焊接方法，其中，步骤S200中还包括管体自动上料并检测所述管体的长度，并通过检测所述管体的长度控制焊接后的钻杆总长度。
上述的圆形钻杆端头自动焊接方法，其中，还包括在产品生产过程中实时检测生产过程参数并记录保存。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种圆形钻杆端头自动焊接装置，其中，包括：
公头摩擦焊机；
母头摩擦焊机，对应于所述公头摩擦焊机设置；
管体转运机器人，设置在所述公头摩擦焊机一侧，所述管体转运机器人一侧对应设置有管体缓存料架；
公头转运机器人，设置在所述公头摩擦焊机另一侧，所述公头转运机器人的一侧设置有公头上料线，所述公头上料线旁设置有编码识别相机，用于检测公头上的物料编码；
钻杆转运机器人，设置在所述母头摩擦焊机一侧，所述钻杆转运机器人一侧对应设置有钻杆缓存料架；
母头转运机器人，设置在所述母头摩擦焊机另一侧，所述母头转运机器人的一侧设置有母头上料线；
同心度检测装置，设置在所述管体转运机器人和钻杆转运机器人之间；以及
机器人控制柜，分别与所述管体转运机器人、公头转运机器人、钻杆转运机器人和母头转运机器人连接。
上述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其中，还包括管体上料装置，对应于所述公头摩擦焊机设置在靠近所述管体转运机器人的一侧，用于将料框内的管体自动分料并传送至测长位置，自动检测所述管体长度并记录传送至所述机器人控制柜，等待所述管体转运机器人拾取。
上述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其中，还包括钻杆缓存输送线，对应于所述母头摩擦焊机设置在靠近所述钻杆转运机器人的一侧，用于与钻杆加工后的工序连接，实现物料转运。
上述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其中，还包括操作站，分别与所述机器人控制柜、钻杆缓存输送线、公头摩擦焊机及母头摩擦焊机连接，用于产品生产信息查询、生产过程参数记录和产品型号更换。
上述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其中，还包括显示一体机，分别与所述机器人控制柜及操作站连接，用于显示生产参数和生产任务。
上述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其中，还包括安全护栏，所述安全护栏的开关门设置有安全互锁。
本发明的技术效果在于：
本发明将钻杆通过六轴机器人+物料抓手实现自动生产和物流转运，通过智能控制系统记录生产工艺参数并实时监测生产过程，降低人工参与，生产过程中摩擦焊机工艺参数全部保存并与公头编码绑定，后期钻杆质量可追溯；可控制钻杆总长度，保持一致性，钻杆生产质量稳定可靠，一致性高，人为因素影响小。明显提高了生产效率，降低了劳动强度，保证了人身安全。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为钻杆结构示意图；
图2为本发明一实施例的装置结构示意图；
图3A为本发明一实施例的母头上料线；
图3B为本发明一实施例的公头上料线；
图4为本发明一实施例的母头转运机器人结构示意图；
图5为本发明一实施例的管体转运机器人结构示意图。
图6为本发明一实施例的方法原理图。
其中，附图标记
10公头
20母头
30管体
1安全护栏
2管体上料装置
3公头摩擦焊机
4管体转运机器人
41机器人底座
42六轴机器人
43管体抓手
44管体
5管体缓存料架
6同心度检测装置
7钻杆缓存料架
8钻杆转运机器人
9机器人控制柜
10母头摩擦焊机
11钻杆缓存输送线
12操作站
13母头转运机器人
131机器人底座
132六轴机器人
133接头抓手
14母头上料线
141母头托盘输送线
142母头托盘
143母头
15公头上料线
151公头托盘输送线
152公头托盘
153公头
154编码识别相机
16公头转运机器人
17显示一体机
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图2，图2为本发明一实施例的装置结构示意图。本发明的圆形钻杆端头自动焊接装置，包括：公头摩擦焊机3；母头摩擦焊机10，对应于所述公头摩擦焊机3设置，该公头摩擦焊机3和母头摩擦焊机10均为连续摩擦焊机；管体转运机器人4，设置在所述公头摩擦焊机3一侧，所述管体转运机器人4一侧对应设置有管体缓存料架5；公头转运机器人16，设置在所述公头摩擦焊机3另一侧，所述公头转运机器人16的一侧设置有公头上料线15，所述公头上料线15旁设置有编码识别相机154，用于检测公头153上的物料编码；钻杆转运机器人8，设置在所述母头摩擦焊机10一侧，所述钻杆转运机器人8一侧对应设置有钻杆缓存料架7；母头转运机器人13，设置在所述母头摩擦焊机10另一侧，所述母头转运机器人13的一侧设置有母头上料线14；同心度检测装置6，设置在所述管体转运机器人4和钻杆转运机器人8之间；以及机器人控制柜9，分别与所述管体转运机器人4、公头转运机器人16、钻杆转运机器人8和母头转运机器人13连接，通过六轴机器人实现自动上下料和物流转运。
本实施例还可包括管体上料装置2，对应于所述公头摩擦焊机3设置在靠近所述管体转运机器人4的一侧，用于将料框内的管体44自动分料并传送至测长位置，自动检测所述管体44长度并记录传送至所述机器人控制柜9，等待所述管体转运机器人4拾取。还可包括钻杆缓存输送线11，对应于所述母头摩擦焊机10设置在靠近所述钻杆转运机器人8的一侧，用于与钻杆加工后的工序连接，实现物料转运，也可以为料框。还可包括操作站12，分别与所述机器人控制柜9、钻杆缓存输送线11、公头摩擦焊机3及母头摩擦焊机10连接，用于产品生产信息查询、生产过程参数记录和产品型号更换等。还可包括显示一体机17，分别与所述机器人控制柜9及操作站12连接，用于显示生产参数和生产任务。以及，还可包括安全护栏1，所述安全护栏1的开关门设置有安全互锁，防止人员任意进出。
本发明的代加工钻杆由公头153、母头143和管体44组成，公头153零件上有物料编码，其余两件没有，读取编码作为钻杆产品的识别码，同时将与产品生产过程中的相关工艺参数与此编码关联保存，形成产品信息表，例如：焊接时转速、顶锻力、温度、同心度检测值等参数，保存至工控上，作为将来质量追溯依据。该装置可实现钻杆自动焊接和物料转运、管体44自动上料并检测其长度、管体44和公头153、母头143批量上料，具备自动识别公头153端部编码功能，并可通过检测管体44长度，控制焊接后的钻杆总长度，并实现实时检测生产过程参数及记录保存。也可将相应部件进行位置调整，出现不同的布置方式，但不改变钻杆生产工艺的布局；通过钻杆缓存输送线11也可与钻杆后续工作连接，实现钻杆的整个生产过程智能化。
参见图3A及3B，图3A为本发明一实施例的母头上料线14，图3B为本发明一实施例的公头上料线15。该母头上料线14包括母头托盘输送线141和母头托盘142，待安装的母头143整齐码放于母头托盘142内，母头托盘142顺序排列于母头托盘输送线141上。公头上料线15包括公头托盘输送线151，待安装的公头153整齐码放于公头托盘152内，公头托盘152顺序排列于公头托盘输送线151上，在所述公头托盘输送线151一旁设置有编码识别相机154，用于检测公头153上的物料编码。
参见图4，图4为本发明一实施例的母头转运机器人13结构示意图。本发明的公头转运机器人16的结构与该母头转运机器人13相同。该母头转运机器人13包括机器人底座131、六轴机器人132和接头抓手133。接头抓手133安装于六轴机器人132末端，接头抓手133上布置有接头位置识别相机。接头抓手133上安装有三爪卡盘，采用气动或液压方式三爪卡盘涨紧工件内孔，实现抓取工件。
参见图5，图5为本发明一实施例的管体转运机器人4结构示意图。本发明的钻杆转运机器人8的结构于该管体转运机器人4相同。该管体转运机器人4包括机器人底座41、六轴机器人42和管体抓手43，六轴机器人42安装在机器人底座41上，管体抓手43安装在六轴机器人42的机械臂末端。
参见图6，图6为本发明一实施例的方法原理图。本发明的圆形钻杆端头自动焊接方法，包括如下步骤：
步骤S100、公头转运机器人16带动接头抓手移动至公头托盘152上方，接头抓手相机识别公头153位置并抓取一个公头153，接头抓手在公头转运机器人16带动下，将抓取公头153对准编码识别相机154，并读取所述公头153自带的物料编码；
步骤S200、管体转运机器人4抓取管体44放置到公头摩擦焊机3上；在连续加工过程中，管体转运机器人4先将公头摩擦焊机3上焊接完成的半成品钻杆抓取放置在公头摩擦焊机3旁管体缓存料架5上，同时抓取管体缓存料架5上的待加工管体44放置到公头摩擦焊机3上；即公头摩擦焊机3将公头153和管体44焊接到一起为半成品钻杆，公头摩擦焊机3旁的缓存料架上会缓存一根管体44，将摩擦焊接完成焊接的半成品钻杆取出先放置到缓存料架上，同时抓取缓存料架上管体44放置到摩擦焊机上，目的是减少摩擦焊机更换时间，提高生产效率；
步骤S300、所述公头转运机器人16带动所述接头抓手将所述公头153放置到所述公头摩擦焊机3的卡具内并卡紧；
步骤S400、所述公头摩擦焊机3将所述公头153和管体44的一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体44和公头153的同心度，半成品在同心度检测装置6上检测完成后，不移动，可以直接等待钻杆转运机器人8进行抓取，进行与母头焊接；管体转运机器人4将公头摩擦焊机3旁的管体缓存料架5上的半成品钻杆抓取放置到同心度检测装置6上，此处的半成品钻杆是上一步骤中将管体44与公头153焊接完成的半成品，公头153与管体44焊接后，需要检测管体44和公头153的同心度，如果不满足设计要求，需要报警，停止生产，查找产生的原因，即管体转运机器人4和钻杆转运机器人8之间的物料交换是在同心度检测装置6上，管体转运机器人4将半成品钻杆放置到同心度检测装置6上检测，检测完成的等待钻杆转运机器人8抓取，放置到摩擦焊接10上，进行母头焊接。母头143与管体44焊接完成后同样需要进行同心度检测；
步骤S500、母头转运机器人13带动接头抓手133移动至母头托盘142上方，接头抓手相机识别母头143位置并抓取一个母头143；接头抓手133上安装有照相机，抓取前识别母头143的具体位置，因母头托盘142上的母头143为上工序人工放置，母头143位置不确定，抓取前需要识别母头143位置，公头153情况与母头143相同；
步骤S600、钻杆转运机器人8抓取同心检测设备6上的半成品钻杆放置到母头摩擦焊机10上；连续生产时钻杆转运机器人8先将母头摩擦焊机10上的钻杆抓取放置在母头摩擦焊机10旁的钻杆存料架上，同时抓取钻杆缓存料架7上的半成品钻杆放置到母头摩擦焊机10上；
步骤S700、所述母头转运机器人13带动接头抓手将所述母头143放置到母头摩擦焊机10的卡具内并卡紧；
步骤S800、所述母头摩擦焊机10将所述母头143和半成品钻杆的管体44另一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体44和母头143的同心度，钻杆转运机器人8抓取母头摩擦焊机10旁钻杆存料架上的钻杆放置到同心检测设备进行检测；将检测合格的成品钻杆放置在缓存输送线上，即钻杆转运机器人8带动其末端的管体抓手43，抓取同心检测设备检测完成的产品，将完成的产品抓取放置到缓存输送线上，一个产品生产完成；以上动作流程为一个产品的生成过程，其中机器人抓取物料动作可与摩擦焊机焊接时间重合，个别动作顺序可以先后顺序调整，但不影响生产效率；以及
步骤S900、重复上述步骤S100-S800，直至完成全部产品生产。
本实施例还可包括上料准备步骤，包括：
步骤S001、将管体44料框放置到管体44分料指定位置；
步骤S002、将公头托盘152和母头托盘142分别放置到相应的托盘输送线上；以及
步骤S003、管体转运机器人4将管体44放置到摩擦焊机旁的管体缓存料架5上。
其中，步骤S200中还可包括管体44自动上料并检测所述管体44的长度，并通过检测所述管体44的长度控制焊接后的钻杆总长度。本实施例还可包括在产品生产过程中实时检测生产过程参数并记录保存。
本发明将钻杆通过六轴机器人+物料抓手实现自动生产和物流转运，通过智能控制系统记录生产工艺参数并实时监测生产过程，降低人工参与，生产过程中摩擦焊机工艺参数全部保存并与公头153编码绑定，后期钻杆质量可追溯；可控制钻杆总长度，保持一致性，钻杆生产质量稳定可靠，一致性高，人为因素影响小。明显提高了生产效率，降低了劳动强度，保证了人身安全。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种圆形钻杆端头自动焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、公头接头转运机器人带动接头抓手移动至公头托盘上方识别并抓取一个公头，并读取所述公头的物料编码；
S200、管体转运机器人抓取管体放置到公头摩擦焊机上；
S300、所述公头转运机器人带动所述接头抓手将所述公头放置到所述公头摩擦焊机的卡具内并卡紧；
S400、所述公头摩擦焊机将所述公头和管体的一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体和公头的同心度，将检测合格的半成品钻杆放置在钻杆缓存料架上；
S500、母头转运机器人带动接头抓手移动至母头托盘上方识别并抓取一个母头；
S600、钻杆转运机器人抓取同心检测设备上的半成品钻杆放置到母头摩擦焊机上；
S700、所述母头转运机器人带动接头抓手将所述母头放置到母头摩擦焊机的卡具内并卡紧；
S800、所述母头摩擦焊机将所述母头和半成品钻杆的管体另一端焊接到一起，并于焊接完成后检测管体和母头的同心度，将检测合格的成品钻杆放置在缓存输送线上；以及
S900、重复上述步骤S100-S800，直至完成全部产品生产。
2.如权利要求1所述的圆形钻杆端头自动焊接方法，其特征在于，还包括上料准备步骤，包括：
S001、将管体料框放置到管体分料指定位置；
S002、将公头托盘和母头托盘分别放置到相应的托盘输送线上；以及
S003、管体转运机器人将管体放置到摩擦焊机旁的管体缓存料架上。
3.如权利要求1或2所述的圆形钻杆端头自动焊接方法，其特征在于，步骤S200中还包括管体自动上料并检测所述管体的长度，并通过检测所述管体的长度控制焊接后的钻杆总长度。
4.如权利要求1或2所述的圆形钻杆端头自动焊接方法，其特征在于，还包括在产品生产过程中实时检测生产过程参数并记录保存。
5.一种圆形钻杆端头自动焊接装置，其特征在于，包括：
公头摩擦焊机；
母头摩擦焊机，对应于所述公头摩擦焊机设置；
管体转运机器人，设置在所述公头摩擦焊机一侧，所述管体转运机器人一侧对应设置有管体缓存料架；
公头转运机器人，设置在所述公头摩擦焊机另一侧，所述公头转运机器人的一侧设置有公头上料线，所述公头上料线旁设置有编码识别相机，用于检测公头上的物料编码；
钻杆转运机器人，设置在所述母头摩擦焊机一侧，所述钻杆转运机器人一侧对应设置有钻杆缓存料架；
母头转运机器人，设置在所述母头摩擦焊机另一侧，所述母头转运机器人的一侧设置有母头上料线；
同心度检测装置，设置在所述管体转运机器人和钻杆转运机器人之间；以及
机器人控制柜，分别与所述管体转运机器人、公头转运机器人、钻杆转运机器人和母头转运机器人连接。
6.如权利要求5所述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其特征在于，还包括管体上料装置，对应于所述公头摩擦焊机设置在靠近所述管体转运机器人的一侧，用于将料框内的管体自动分料并传送至测长位置，自动检测所述管体长度并记录传送至所述机器人控制柜，等待所述管体转运机器人拾取。
7.如权利要求5或6所述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其特征在于，还包括钻杆缓存输送线，对应于所述母头摩擦焊机设置在靠近所述钻杆转运机器人的一侧，用于与钻杆加工后的工序连接，实现物料转运。
8.如权利要求7所述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其特征在于，还包括操作站，分别与所述机器人控制柜、钻杆缓存输送线、公头摩擦焊机及母头摩擦焊机连接，用于产品生产信息查询、生产过程参数记录和产品型号更换。
9.如权利要求8所述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其特征在于，还包括显示一体机，分别与所述机器人控制柜及操作站连接，用于显示生产参数和生产任务。
10.如权利要求5或6所述的圆形钻杆端头自动焊接装置，其特征在于，还包括安全护栏，所述安全护栏的开关门设置有安全互锁。
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