CN115446419A - 采煤机滚筒体的火焰加工装置及火焰加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采煤机滚筒体的火焰加工装置及火焰加工方法，所述火焰加工装置包括通过电缆相互连接的机器人控制系统、直线往复移动机构、切割机器人和回转变位机，回转变位机设有能绕Y轴方向旋转的回转平台，回转平台上安装有能绕垂直于回转平台的轴线旋转的滚筒固定工装，直线往复移动机构平行于X轴方向水平铺设在回转变位机一侧，切割机器人安装在直线往复移动机构上并在直线往复移动机构带动下直线滑移；所述加工方法包括控制待加工滚筒体的一个缺口设计部位旋转到加工位置、控制切割机器人到位点火并执行缺口切割后关火，控制滚筒体下一缺口设计位置旋转到位，重复执行切割步骤。本发明加工效率显著提高，且加工精度高，经济性好。

Description

采煤机滚筒体的火焰加工装置及火焰加工方法

技术领域

本发明涉及一种专用于采煤机滚筒体的齿座焊接缺口加工的火焰加工装置及火焰加工方法。

背景技术

采煤机滚筒体在焊接齿座前需要先加工出齿座焊接缺口，最先使用的方法是人工画线，用手工火焰切割(如乙炔气、天然气等)的方法加工焊接缺口，该方法精度低，效率低，经济性好。后来慢慢发展出采用专用模板代替手工画线、手工火焰切割的方法加工缺口，该方法效率有所提高，但精度依然不高。近年来随着多轴加工中心的普及，有极少数的采煤机滚筒体采用多轴加工中心加工齿座焊接缺口，但成本高昂，且同样低效。

发明内容

本发明旨在提供一种采煤机滚筒体的火焰加工装置及火焰加工方法，加工效率显著提高，且加工精度高，经济性好。

本发明的主要技术方案有：

一种采煤机滚筒体的火焰加工装置，包括机器人控制系统、直线往复移动机构、割枪装置、切割机器人和回转变位机，在三维直角坐标系下，所述回转变位机设有能够绕Y轴方向360度旋转的回转平台，所述回转平台上安装有滚筒固定工装，滚筒固定工装的轴线垂直于回转平台，所述滚筒固定工装具有绕自身轴线360度旋转自由度，所述直线往复移动机构位于回转变位机的一侧，且直线往复移动机构平行于X轴方向水平铺设，所述切割机器人安装在直线往复移动机构上并在直线往复移动机构带动下直线滑移，所述割枪装置上设有割炬，所述割枪装置与切割机器人的基座相对固定且割枪装置位于切割机器人的工作臂的回转半径范围内，所述切割机器人上设置有割炬锁紧装置和火焰切割气源，所述直线往复移动机构、切割机器人、回转变位机和滚筒固定工装各自通过电缆与机器人控制系统连接成一个整体。

所述机器人控制系统设有多个通讯模块，所述直线往复移动机构、切割机器人、回转变位机和滚筒固定工装各自通过一个所述通讯模块与所述机器人控制系统通信连接。

所述采煤机滚筒体的火焰加工装置还包括操作台，操作台上设有开机、关机和急停操作按钮，操作台内设有PLC控制器，PLC控制器与机器人控制系统通信连接。

所述切割机器人上还优选设置有视觉传感器。

一种采煤机滚筒体的火焰加工方法，采用所述采煤机滚筒体的火焰加工装置并执行以下步骤：

a)通过导入程序或者在线示教的方式向机器人控制系统中输入控制程序；

b)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到一个齿座焊接缺口的预设加工位置；

c)机器人控制系统控制切割机器人动作，将割炬安装到切割机器人上并利用所述割炬锁紧装置对割炬进行固定；

d)机器人控制系统控制切割机器人动作，带动割炬到达待加工滚筒体的相应齿座焊接缺口的设计位置并点火，调节火焰强度，按控制程序设定好的缺口曲线切割出一个完整缺口，然后割炬关火；

e)切割机器人与直线往复移动机构联动，使割炬回归安全位置；

f)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到下一个齿座焊接缺口的预设加工位置，然后执行步骤d)、e)；

g)重复步骤f)，直至所有齿座焊接缺口加工完毕。

对于设置有所述操作台的火焰加工装置，在执行上述所有步骤前，先通过操作台操作按钮实现所述火焰加工装置的开机及系统预检、归零位。

所述切割机器人上设有视觉传感器，在切割齿座焊接缺口的过程中，机器人控制系统控制所述视觉传感器对切割缺口进行抓拍并返回信号，如果机器人控制系统根据返回信号识别出割穿后的火焰高度为零，则判断为齿座焊接缺口未被割穿。

机器人控制系统根据视觉传感器的返回信号控制割炬的行走速度，具体是：若割穿后的火焰高度未达到设定火焰高度，机器人控制系统控制割炬行走减速；若割穿后的火焰高度达到或超过设定火焰高度，机器人控制系统控制割炬行走加速。

在切割齿座焊接缺口的过程中，机器人控制系统控制所述视觉传感器间歇性拍摄割嘴处的照片，机器人控制系统对该照片进行图像识别和对比，当发现其缺乏火焰特征时，判断为割炬已发生非正常熄火，机器人控制系统返回信号给PLC控制器，PLC控制器再通过机器人控制系统控制切割机器人执行清枪动作后重新点火。

本发明的有益效果是：

采用本发明的火焰加工装置以及执行相应的火焰加工方法加工采煤机滚筒上的齿座焊接缺口，相比传统加工方法的加工效率显著提高，加工精度也大幅提升，而且能保持较好的经济性。

本发明通过设置视觉传感器对正处于加工过程中的齿座焊接缺口处进行图像监测，根据割穿后的火焰有无、火焰高度大小判断齿座焊接缺口是否割透，并进一步依据割穿后的火焰高度判断割嘴相对滚筒体的行走速度是否合适，进而调整割嘴相对滚筒体的行走速度，既保证割透，又能获得较好的切割端面表面质量，避免过烧。

本发明通过所述视觉传感器对割嘴处进行定时或非定时的图像监测，并将所获得的真实图像与预存的正常切割状态下的割嘴处图像进行对比，通过识别真实图像中是否存在火焰特征判断割炬是否发生了非正常熄火，如果已非正常熄火，可以控制切割机器人重新点火，由此提高该火焰加工装置的工作可靠性，提高有效工作时间占比。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图。

附图标记：1.操作台；2.机器人控制系统；3.直线往复移动机构；4.割枪装置；5.切割机器人；6.回转变位机；6-1.滚筒固定工装；6-2.回转平台；7.待加工滚筒体。

具体实施方式

本发明公开了一种采煤机滚筒体的火焰加工装置(可简称为火焰加工装置)，专用于加工齿座焊接缺口，如图1所示，包括机器人控制系统2、直线往复移动机构3、割枪装置4、切割机器人5和回转变位机6。在三维直角坐标系XYZ下，所述回转变位机设有能够绕Y轴方向360度旋转的回转平台6-2，所述回转平台上安装有滚筒固定工装6-1，滚筒固定工装的轴线垂直于回转平台，所述滚筒固定工装具有绕自身轴线360度旋转自由度。滚筒固定工装用于安装待加工滚筒体7，安装后待加工滚筒体的轴线与滚筒固定工装的轴线重合，待加工滚筒体可以跟随滚筒固定工装在360度范围内任意转位。

所述直线往复移动机构位于回转变位机的一侧，且直线往复移动机构平行于X轴方向水平铺设，即直线往复移动机构的移动方向平行与X轴。所述切割机器人安装在直线往复移动机构上并在直线往复移动机构带动下直线滑移。所述割枪装置上设有割炬，具体是当火焰加工装置处于非加工状态时，割炬放置在用于安置割炬的割炬放置架上。所述割枪装置与切割机器人的基座相对固定且割枪装置位于切割机器人的工作臂的回转半径范围内，以便工作臂可以取到割炬，实现自动更换割炬和清枪等操作。切割机器人的动作主要靠工作臂相对基座的空间多自由运动实现。所述切割机器人上设置有割炬锁紧装置和火焰切割气源。割炬锁紧装置用于割炬在工作臂上的固定。所述直线往复移动机构、切割机器人、回转变位机和滚筒固定工装各自通过电缆与机器人控制系统连接并相互间连成一个有机的整体。机器人控制系统统一控制直线往复移动机构、切割机器人、滚筒定位工装和回转变位机根据控制程序联动，以实现动作的协调和割炬的割嘴以及待加工滚筒体的具体方位的定位。

直线往复移动机构可以采用直线电机拖动。

所述机器人控制系统设有多个通讯模块，所述直线往复移动机构、切割机器人、回转变位机和滚筒固定工装各自通过一个所述通讯模块与所述机器人控制系统通信连接。回转变位机的转动、切割机器人的三个方向移动和三个方向转动、直线往复移动机构的直线移动均由机器人控制系统统一控制。

所述采煤机滚筒体的火焰加工装置还可以包括操作台1，操作台上可设有开机、关机和急停等操作按钮，通过这些操作按钮可以实现一些基础的控制管理功能。操作台内优选设有PLC控制器，PLC控制器与机器人控制系统通信连接。通过PLC发起控制，经由机器人控制系统可以实现对切割机器人切割的特定节拍段进行分段控制，从而实现柔性化控制，例如工作过程中割枪发生堵塞时需要先暂停并进行清枪等动作；还可以实现对工作时段的逻辑保护，例如切割机器人的工作臂位置超限时和工作臂异常碰撞时进行急停等，还例如特定工作区域的进入禁止保护，例如工作时间切割机器人安全围栏内进人时进行急停和告警等。

所述切割机器人上还优选设置用于跟踪齿座焊接缺口的视觉传感器。通过视觉传感器可以定时拍摄切割齿座焊接缺口时的火焰情况，观察到焊接缺口是否已被割穿，并据此控制和调整割炬相对待加工滚筒体的移动速度。如果发现割炬非正常熄火，机器人控制系统返回信号给PLC控制器，PLC控制器再控制清枪后重新点火。

本发明还公开了一种采煤机滚筒体的火焰加工方法，用于快速切割出滚筒体上的齿座焊接缺口，该方法需要采用所述采煤机滚筒体的火焰加工装置并执行以下步骤：

a)通过导入程序或者在线示教的方式向机器人控制系统中输入控制程序。控制程序包含预设的齿座焊接缺口切割轨迹曲线(简称为缺口曲线)。

b)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体7转动到一个齿座焊接缺口的预设加工位置，即将该齿座焊接缺口的设计部位转动到预设加工位置。

c)机器人控制系统控制切割机器人动作，将割炬安装到切割机器人上并利用所述割炬锁紧装置对割炬进行固定。

d)机器人控制系统控制切割机器人动作，带动割炬到达待加工滚筒体的相应齿座焊接缺口的设计位置并点火，调节火焰强度，按控制程序设定好的缺口曲线切割出一个完整缺口，即完成一个齿座焊接缺口的火焰切割，然后割炬关火。

e)机器人控制系统控制切割机器人工作臂与直线往复移动机构联动，使割炬回归安全位置。

f)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到下一个齿座焊接缺口的预设加工位置，然后执行步骤d)、e)，依此类推，直至所有齿座焊接缺口加工完毕。

对于设置有所述操作台的火焰加工装置，在执行上述所有步骤前，先通过操作台操作按钮实现开机及系统预检、归零位。所谓系统预检包括机器人程序预检、火焰供气正常预检和各控制线路是否接通预检等。所谓归零位包括预检正常后切割机器人工作臂回归零位、直线往复移动机构回归零位和回转变位机回归零位。

对于设置有所述视觉传感器的火焰加工装置，在切割齿座焊接缺口的过程中，机器人控制系统控制所述视觉传感器对切割缺口处进行抓拍并返回信号，机器人控制系统根据返回的视频信号内容判断齿座焊接缺口是否被火焰割穿。具体是识别即将被切割掉的实体部分后方有无火焰露出，进而判断缺口是否被割穿。为简化表达，将即将被切割掉的实体部分后方露出的火焰的高度称为割穿后的火焰高度，若割穿后的火焰高度为零，则判断为未被割穿。

进一步地，机器人控制系统可以根据视觉传感器的返回信号控制割炬的行走速度，具体是：若割穿后的火焰高度未达到设定火焰高度(例如1cm)，机器人控制系统控制割炬行走减速；若割穿后的火焰高度达到或超过设定火焰高度，机器人控制系统控制割炬行走加速。采用该行走速度控制方法一方面能确保齿座焊接缺口可以割透，另一方面也能避免过烧，从而提高切割断面的表面质量。

当割炬出现非正常熄火情况时，机器人控制系统返回信号给PLC控制器，PLC控制器再通过机器人控制系统控制切割机器人执行清枪动作后重新点火，然后再继续执行机器人控制系统的控制程序。

判断非正常熄火的方法是：在切割齿座焊接缺口的过程中，机器人控制系统控制所述视觉传感器间歇性(例如按确定时间间隔)拍摄割嘴处的照片，机器人控制系统对该照片进行图像识别，以及与未熄火时的照片(可以预存到机器人控制系统中)图像进行对比，当发现该图像缺乏火焰特征时，判断为割炬已发生非正常熄火。

当切割位于滚筒端盘上的齿座焊接缺口时，相邻两个齿座焊接缺口的预设加工位置之间切换时不需要转动回转变位机，只需要转动滚筒固定工装即可，且通常只转动一个固定角度即可重复执行各个齿座焊接缺口的加工，加工效率高。

当切割位于滚筒叶片上的齿座焊接缺口时，相邻两个齿座焊接缺口的预设加工位置之间切换时则需要回转变位机和滚筒固定工装联动，通常只要找到每次切换时回转变位机转动和滚筒固定工装转动各自的起始点，然后使回转变位机和滚筒固定工装各自转动某个固定的角度，即可重复执行下一个齿座焊接缺口的加工。

Claims (9)

1.一种采煤机滚筒体的火焰加工装置，其特征在于：包括机器人控制系统、直线往复移动机构、割枪装置、切割机器人和回转变位机，在三维直角坐标系下，所述回转变位机设有能够绕Y轴方向360度旋转的回转平台，所述回转平台上安装有滚筒固定工装，滚筒固定工装的轴线垂直于回转平台，所述滚筒固定工装具有绕自身轴线360度旋转自由度，所述直线往复移动机构位于回转变位机的一侧，且直线往复移动机构平行于X轴方向水平铺设，所述切割机器人安装在直线往复移动机构上并在直线往复移动机构带动下直线滑移，所述割枪装置上设有割炬，所述割枪装置与切割机器人的基座相对固定且割枪装置位于切割机器人的工作臂的回转半径范围内，所述切割机器人上设置有割炬锁紧装置和火焰切割气源，所述直线往复移动机构、切割机器人、回转变位机和滚筒固定工装各自通过电缆与机器人控制系统连接成一个整体。

2.如权利要求1所述的采煤机滚筒体的火焰加工装置，其特征在于：所述机器人控制系统设有多个通讯模块，所述直线往复移动机构、切割机器人、回转变位机和滚筒固定工装各自通过一个所述通讯模块与所述机器人控制系统通信连接。

3.如权利要求2所述的采煤机滚筒体的火焰加工装置，其特征在于：还包括操作台，操作台上设有开机、关机和急停操作按钮，操作台内设有PLC控制器，PLC控制器与机器人控制系统通信连接。

4.如权利要求1、2或3所述的采煤机滚筒体的火焰加工装置，其特征在于：所述切割机器人上还设置有视觉传感器。

5.一种采煤机滚筒体的火焰加工方法，其特征在于：采用权利要求1、2、3或4所述的采煤机滚筒体的火焰加工装置并执行以下步骤：

a)通过导入程序或者在线示教的方式向机器人控制系统中输入控制程序；

b)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到一个齿座焊接缺口的预设加工位置；

c)机器人控制系统控制切割机器人动作，将割炬安装到切割机器人上并利用所述割炬锁紧装置对割炬进行固定；

d)机器人控制系统控制切割机器人动作，带动割炬到达待加工滚筒体的相应齿座焊接缺口的设计位置并点火，调节火焰强度，按控制程序设定好的缺口曲线切割出一个完整缺口，然后割炬关火；

e)切割机器人与直线往复移动机构联动，使割炬回归安全位置；

f)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到下一个齿座焊接缺口的预设加工位置，然后执行步骤d)、e)；

g)重复步骤f)，直至所有齿座焊接缺口加工完毕。

6.一种采煤机滚筒体的火焰加工方法，其特征在于：采用权利要求3所述的采煤机滚筒体的火焰加工装置并执行以下步骤：

a)通过操作台操作按钮实现开机及系统预检、归零位；

b)通过导入程序或者在线示教的方式向机器人控制系统中输入控制程序；

c)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到一个齿座焊接缺口的预设加工位置；

d)机器人控制系统控制切割机器人动作，将割炬安装到切割机器人上并利用所述割炬锁紧装置对割炬进行固定；

e)机器人控制系统控制切割机器人动作，带动割炬到达待加工滚筒体的相应齿座焊接缺口的设计位置并点火，调节火焰强度，按控制程序设定好的缺口曲线切割出一个完整缺口，然后割炬关火；

f)切割机器人与直线往复移动机构联动，使割炬回归安全位置；

g)机器人控制系统控制回转变位机和滚筒固定工装联动，将待加工滚筒体转动到下一个齿座焊接缺口的预设加工位置，然后执行步骤e)、f)；

h)重复步骤g)，直至所有齿座焊接缺口加工完毕。

7.如权利要求5或6所述的采煤机滚筒体的火焰加工方法，其特征在于：所述切割机器人上设有视觉传感器，在切割齿座焊接缺口的过程中，机器人控制系统控制所述视觉传感器对切割缺口进行抓拍并返回信号，如果机器人控制系统根据返回信号识别出割穿后的火焰高度为零，则判断为齿座焊接缺口未被割穿。

8.如权利要求7所述的采煤机滚筒体的火焰加工方法，其特征在于：机器人控制系统根据视觉传感器的返回信号控制割炬的行走速度，具体是：若割穿后的火焰高度未达到设定火焰高度，机器人控制系统控制割炬行走减速；若割穿后的火焰高度达到或超过设定火焰高度，机器人控制系统控制割炬行走加速。

9.如权利要求8所述的采煤机滚筒体的火焰加工方法，其特征在于：在切割齿座焊接缺口的过程中，机器人控制系统控制所述视觉传感器间歇性拍摄割嘴处的照片，机器人控制系统对该照片进行图像识别和对比，当发现其缺乏火焰特征时，判断为割炬已发生非正常熄火，机器人控制系统返回信号给PLC控制器，PLC控制器再通过机器人控制系统控制切割机器人执行清枪动作后重新点火。

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