RU212026U1

RU212026U1 - DEVICE FOR MEASURING AND MARKING BLANKS OF PIPE BENDS OF LARGE DIAMETER

Info

Publication number: RU212026U1
Application number: RU2021138070U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Польшин; Зелимхан Магометович Костоев; Николай Сергеевич Любимый; Александр Андреевич Тихонов; Михаил Дмитриевич Герасимов; Сергей Игоревич Анциферов
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2022-07-04

Abstract

Полезная модель относится к приспособлениям, используемым в трубопроводном производстве, в частности для изготовления отводов труб, и может быть использована для разметки заготовок отводов труб большого диаметра перед резкой.The utility model relates to devices used in pipeline production, in particular for the manufacture of pipe bends, and can be used for marking blanks of large diameter pipe bends before cutting.

Задачей, на решение которой направлено устройство, является повышение точности процесса разметки за счет обеспечения достоверности измерений путем контроля касания сменных контактных элементов с поверхностью заготовки отвода трубы большого диаметра. Это обеспечивается их электрической связью с индикаторными лампами.The task to be solved by the device is to increase the accuracy of the marking process by ensuring the reliability of measurements by controlling the contact of replaceable contact elements with the surface of the large-diameter pipe outlet workpiece. This is ensured by their electrical connection with indicator lamps.

Для решения поставленной задачи спроектировано устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра, которое содержит параллельные штанги 10 со сменными контактными элементами 11, робот-манипулятор 1 с системой управления роботом, установленный на каркасе 2. Разъемный корпус 3 с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой 4, лазерным дальномером 5 и выжигающим лазером 6, установленным с обеспечением расположения оси излучателя 7 выжигающего лазера 6 перпендикулярно оси излучателя 8 лазерного дальномера 5. В предложенном решении сменные контактные элементы 11 выполнены из токопроводящего материала, изолированы от параллельных штанг 10 и каждый из них электрически связан с соответствующей индикаторной лампой 13.

To solve this problem, a device was designed for measuring and marking workpieces of large-diameter pipe bends, which contains parallel rods 10 with replaceable contact elements 11, a robotic arm 1 with a robot control system mounted on a frame 2. between themselves by means of feedback, microprocessor board 4, laser range finder 5 and burning laser 6, installed with the location of the axis of the emitter 7 of the burning laser 6 perpendicular to the axis of the emitter 8 of the laser range finder 5. In the proposed solution, the replaceable contact elements 11 are made of a conductive material, isolated from parallel rods 10 and each of them is electrically connected to the corresponding indicator lamp 13.

Description

Известно приспособление для разметки труб большого диаметра (Патент SU на изобретение №1444102, МПК B23D 33/12, опубл. 1988.15.12). Приспособление включает разметочный элемент, каркас с центрирующими и установочными опорами, три блока, расположенные в одной плоскости и образующие треугольник, охватывающую их нить для формирования плоскости разметки и разметочный элемент, выполненный в виде трости и шнура, покрытого красящим веществом.A device for marking pipes of large diameter is known (SU Patent for the invention No. 1444102, IPC B23D 33/12, publ. 1988.15.12). The device includes a marking element, a frame with centering and mounting supports, three blocks located in the same plane and forming a triangle, a thread covering them to form a marking plane, and a marking element made in the form of a cane and a cord coated with a dye.

Недостатком этого устройства является низкая производительность технологического процесса разметки. Это объясняется присутствием в технологическом процессе разметки большого объема ручного труда при использовании крупногабаритного ручного мерительного инструмента. Кроме того, устройство обладает низкой точностью разметки, так как разметочный элемент выполнен в виде шнура, что приводит к нанесению линии разметки равной толщине шнура и ореолу рассеивания красящего элемента при касании разметочного элемента с размечаемым объектом.The disadvantage of this device is the low productivity of the marking process. This is due to the presence of a large amount of manual labor in the marking process when using a large-sized manual measuring tool. In addition, the device has low marking accuracy, since the marking element is made in the form of a cord, which leads to drawing a marking line equal to the thickness of the cord and a halo of dispersion of the coloring element when the marking element touches the object being marked.

Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности существующих признаков и выбранным в качестве прототипа является устройство для измерения и разметки заготовок труб большого диаметра (Патент RU на полезную модель №205701, МПК-2019 B23D 33/12, опубл. 2021.29.07). Устройство включает параллельные штанги со сменными контактными элементами, робот-манипулятор с системой управления роботом, установленный на каркасе, разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, лазерным дальномером и выжигающим лазером, установленным с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателя лазерного дальномера.The closest to the claimed device in terms of the totality of existing features and selected as a prototype is a device for measuring and marking large-diameter pipe blanks (RU patent for utility model No. 205701, IPC-2019 B23D 33/12, publ. 2021.29.07). The device includes parallel rods with replaceable contact elements, a robotic arm with a robot control system mounted on a frame, a detachable housing with a microprocessor board, a laser rangefinder and a burning laser installed in it, interconnected by feedback, a laser rangefinder and a burning laser installed to ensure the location of the emitter axis burning laser perpendicular to the axis of the emitter of the laser rangefinder.

Недостатком прототипа является низкая точность разметки. Это объясняется тем, что из-за больших габаритов и массы размечаемых заготовок отводов труб большого диаметра возникает сложность контроля касания сменных контактных элементов с заготовкой отвода трубы большого диаметра. Осуществление измерения и разметки при отсутствующем контакте заготовки отвода трубы большого диаметра с хотя бы одним из контактных элементов приводит к некорректному вычислению высоты сегмента Н и длины L основания измеренного сегмента, так как возникает ошибка Δ, равная расстоянию от сменного контактного элемента до поверхности заготовки отвода трубы большого диаметра, а следовательно, и некорректному вычислению радиуса R окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки отвода трубы большого диаметра.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of markup. This is explained by the fact that due to the large dimensions and weight of the large-diameter pipe bend blanks to be marked, it becomes difficult to control the contact of the replaceable contact elements with the large-diameter pipe bend blank. The implementation of measurement and marking in the absence of contact between the large-diameter pipe branch workpiece and at least one of the contact elements leads to incorrect calculation of the segment height H and the length L of the measured segment base, since an error Δ occurs, equal to the distance from the replaceable contact element to the surface of the pipe branch workpiece large diameter, and, consequently, incorrect calculation of the radius R of the segment circumference according to the internal bend of the large-diameter pipe branch workpiece.

С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: параллельные штанги со сменными контактными элементами, закрепленные в нижней части каркаса, робот-манипулятор с системой управления роботом, установленный на каркасе, разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, лазерным дальномером и выжигающим лазером, установленным с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателя лазерного дальномера.The essential features of the utility model coincide with the following set of features of the prototype: parallel rods with replaceable contact elements fixed in the lower part of the frame, a robotic arm with a robot control system mounted on the frame, a detachable body with placed in it, interconnected by feedback, a microprocessor board, a laser rangefinder and a burning laser installed so that the axis of the burning laser emitter is located perpendicular to the axis of the laser rangefinder emitter.

Устройство для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра содержит параллельные штанги со сменными контактными элементами и установленный на каркасе робот-манипулятор с системой его управления. Разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, лазерным дальномером и выжигающим лазером, при этом разъемный корпус установлен с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателя лазерного дальномера. Параллельные штанги закреплены в нижней части каркаса. В предложенном решении сменные контактные элементы выполнены из токопроводящего материала, изолированы от параллельных штанг и каждый из них электрически связан с соответствующей индикаторной лампой.A device for measuring and marking a workpiece of a large-diameter pipe branch contains parallel rods with replaceable contact elements and a robotic arm mounted on a frame with its control system. A detachable housing with a microprocessor board, a laser range finder and a burning laser placed in it, interconnected by means of feedback, while the split housing is installed so that the axis of the burning laser emitter is located perpendicular to the axis of the laser range finder emitter. Parallel rods are fixed at the bottom of the frame. In the proposed solution, the replaceable contact elements are made of a conductive material, isolated from the parallel rods, and each of them is electrically connected to the corresponding indicator lamp.

Исполнение сменных контактных элементов из токопроводящего материала и их изоляция от параллельных штанг позволяет использовать их в качестве элемента электрической цепи. Электрическая связь каждого сменного контактного элемента с соответствующей индикаторной лампой позволяет обеспечить индикацию касания сменного контактного элемента с поверхностью заготовки отвода трубы большого диаметра за счет замыкания электрической цепи.The execution of replaceable contact elements from conductive material and their isolation from parallel rods allows using them as an element of an electrical circuit. The electrical connection of each replaceable contact element with the corresponding indicator lamp makes it possible to provide an indication of the touch of the replaceable contact element with the surface of the large diameter pipe branch workpiece by closing the electrical circuit.

Совокупность указанных выше технических результатов, обеспечиваемых отличительными признаками технического решения, позволяет решить задачу - повышение точности процесса разметки.The combination of the above technical results, provided by the distinctive features of the technical solution, allows you to solve the problem - increasing the accuracy of the marking process.

Сущность устройства иллюстрируется графическим материалом.The essence of the device is illustrated by graphic material.

На фиг. 1 показано устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра; на фиг. 2 показано продольное сечение разъемного корпуса; на фиг. 3 показана блок-схема управления устройством; на фиг. 4 - схема к вычислению радиуса окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки отвода трубы; на фиг. 5 показана электрическая схема подключения индикаторных ламп.In FIG. 1 shows a device for measuring and marking large-diameter pipe bend blanks; in fig. 2 shows a longitudinal section of a detachable body; in fig. 3 shows a control block diagram of the device; in fig. 4 - scheme for calculating the radius of the circle of the segment along the internal bend of the workpiece of the pipe outlet; in fig. 5 shows the wiring diagram for connecting indicator lamps.

Устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра состоит из робота-манипулятора 1 с системой управления роботом (СУР), например KUKA KR8 R1620, установленного с возможностью вращения на каркасе 2. На фланце робота-манипулятора 1 установлен разъемный корпус 3, в котором размещены микропроцессорная плата 4 и связанные обратными связями с ней, лазерный дальномер 5, например TOF10120, и выжигающий лазер 6, выполняющий роль разметочного элемента. Микропроцессорная плата 4 также соединена обратной связью с СУР (фиг. 3). Разъемный корпус 3 необходим для защиты электронных компонентов устройств, размещенных в нем, от воздействия производственной среды.A device for measuring and marking workpieces of large-diameter pipe bends consists of a robotic arm 1 with a robot control system (RCS), for example KUKA KR8 R1620, mounted for rotation on a frame 2. A detachable housing 3 is installed on the flange of the robotic arm 1, in which placed microprocessor board 4 and connected by feedback to it, a laser range finder 5, for example TOF10120, and a burning laser 6, which acts as a marking element. The microprocessor board 4 is also connected by feedback to the RMS (Fig. 3). Detachable housing 3 is necessary to protect the electronic components of the devices placed in it from the impact of the production environment.

Лазерный дальномер 5 установлен в разъемном корпусе 3 относительно выжигающего лазера 6 таким образом, что ось излучателя 7 выжигающего лазера 6 перпендикулярна оси излучателя 8 лазерного дальномера 5. Такая установка обеспечит при работе устройства его упрощенную наладку перед началом работ.The laser rangefinder 5 is installed in a detachable housing 3 relative to the burning laser 6 in such a way that the axis of the emitter 7 of the burning laser 6 is perpendicular to the axis of the emitter 8 of the laser rangefinder 5. Such an installation will provide simplified adjustment of the device before starting work.

В нижней части каркаса 2 закреплена центрирующая опора 9, состоящая из жестко связанных параллельных штанг 10, на концах которых изолированно от параллельных штанг 10 установлены токопроводящие сменные контактные элементы 11. Сменные контактные элементы 11 необходимы для обеспечения контакта устройства с заготовкой 12 отвода трубы и подвергаются периодической замене по мере их износа.In the lower part of the frame 2, a centering support 9 is fixed, consisting of rigidly connected parallel rods 10, at the ends of which, insulated from the parallel rods 10, conductive replaceable contact elements 11 are installed. replace them as they wear out.

Сменные контактные элементы 11 выполнены из токопроводящего материала, что обеспечивает возможность их использования в качестве элемента электрической цепи, а их изоляция от параллельных штанг 10 предотвращает непреднамеренное замыкание электрической цепи. Каждый сменный контактный элемент 11 электрически связан с соответствующей индикаторной лампой 13, расположенной в зоне видимости оператора обслуживающего устройство.The replaceable contact elements 11 are made of a conductive material, which allows their use as an element of the electrical circuit, and their isolation from the parallel rods 10 prevents unintentional closing of the electrical circuit. Each replaceable contact element 11 is electrically connected to the corresponding indicator lamp 13 located in the field of view of the operator of the servicing device.

Устройство монтируется и работает следующим образом. Далее приводится последовательность выполнения технологического процесса измерения и разметки с помощью устройства для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра.The device is mounted and works as follows. The following is a sequence of execution of the technological process of measuring and marking with the help of a device for measuring and marking the workpiece of the branch of a large diameter pipe.

Заготовка 12 отвода трубы большого диаметра размещается на технологическом плазе (на фигуре не показан), на котором установлено устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра таким образом, чтобы войти в касание своей внутренней радиусной поверхностью с токопроводящими сменными контактными элементами 11, изолированными от параллельных штанг 10 центрирующей опоры 9. Сменные контактные элементы 11 электрически связаны с соответствующими индикаторными лампами 13 постоянного тока, на которые подается плюс (+) тока от источника питания (на фигуре не показан), а заготовка 12 отвода трубы большого диаметра соединена с минусом (-) источника питания. Контроль касания осуществляется путем контроля зажигания индикаторных ламп 13, когда соединяется электрическая цепь от минуса (-) источника питания через заготовку отвода 12, сменные контактные элементы 11, до индикаторных ламп 13. Касание сменных контактных элементов 11 с заготовкой отвода 12 включает индикаторные лампы 13 и дает понимание оператору о том, что можно начать процесс измерения и разметки, получая при этом достоверные измеряемые параметры сегмента по внутреннему изгибу заготовки 12 отвода трубы, которые используются для вычисления координаты центра O_(x,y,z) (фиг. 4) окружности внутреннего изгиба заготовки 12 отвода трубы. Сменные контактные элементы 11 обеспечивают, совместно с параллельными штангами 10, центрирование заготовки 12 отвода трубы относительно систем координат робота-манипулятора 1, установленного на каркасе 2. Когда обе индикаторные лампы 13 включены, оператор вводит в микропроцессорную плату 4 данные о заданном угле разметки заготовки 12 отвода трубы, длине шага t измерения и запускает цикл технологической операции разметки. Микропроцессорная плата 4, за счет обратной связи, дает команду СУР перемещать разъемный корпус 3, с лазерным дальномером 5 от одной из параллельных штанг 10 к другой с заданной длиной шага t. Робот-манипулятор 1 за счет обладания шестью степенями свободы и программного управления обеспечивает перемещение разъемного корпуса 3 таким образом, чтобы ось излучателя 8 лазерного дальномера 5 была параллельна штангам 10. При этом микропроцессорная плата 4 фиксирует в своей памяти данные измеренного расстояния на каждой итерации шага, одновременно с этим микропроцессорная плата 4 за счет обратной связи с СУР получает данные о координатах положения лазерного дальномера 5 на каждом шаге измерения. Таким образом в память микропроцессорной платы 4 вносятся данные о длине L основания измеренного сегмента, равного произведению количества шагов на их длину t, а также высота Н сегмента, равная модулю разницы минимального значения измеренного расстояния от излучателя лазерного дальномера 5 и максимального. Кроме того, фиксируются данные о координатах положения лазерного дальномера 5 на каждом заданном шаге измерения.The blank 12 of a large-diameter pipe outlet is placed on a technological plaza (not shown in the figure), on which a device is installed for measuring and marking blanks of large-diameter pipe outlets in such a way as to come into contact with its inner radius surface with conductive replaceable contact elements 11 isolated from parallel rods 10 of the centering support 9. Replaceable contact elements 11 are electrically connected to the corresponding indicator lamps 13 DC, which are supplied with plus (+) current from a power source (not shown in the figure), and the workpiece 12 of the large diameter pipe outlet is connected to minus ( -) power supply. Touch control is carried out by controlling the ignition of indicator lamps 13, when the electrical circuit is connected from the minus (-) of the power source through the outlet blank 12, replaceable contact elements 11, to indicator lamps 13. Touching the replaceable contact elements 11 with the outlet blank 12 turns on indicator lamps 13 and gives the operator an understanding that it is possible to start the process of measurement and marking, while obtaining reliable measured parameters of the segment along the internal bend of the workpiece 12 of the pipe outlet, which are used to calculate the coordinates of the center O _{(x, y, z)} (Fig. 4) of the circle of the inner bending the workpiece 12 pipe outlet. Replaceable contact elements 11 provide, together with parallel rods 10, the centering of the pipe outlet workpiece 12 relative to the coordinate systems of the robot-manipulator 1 mounted on the frame 2. When both indicator lamps 13 are turned on, the operator enters into the microprocessor board 4 data on the specified angle for marking the workpiece 12 pipe outlet, measurement step length t and starts the marking process cycle. The microprocessor board 4, due to feedback, instructs the RMS to move the detachable body 3, with a laser range finder 5 from one of the parallel rods 10 to another with a given step length t. The robot-manipulator 1, due to the possession of six degrees of freedom and software control, ensures the movement of the detachable body 3 so that the axis of the emitter 8 of the laser range finder 5 is parallel to the rods 10. At the same time, the microprocessor board 4 records in its memory the data of the measured distance at each iteration of the step, at the same time, the microprocessor board 4, due to feedback from the RMS, receives data on the position coordinates of the laser range finder 5 at each measurement step. Thus, data on the length L of the base of the measured segment is entered into the memory of the microprocessor board 4, which is equal to the product of the number of steps and their length t, as well as the height H of the segment, which is equal to the modulus of the difference between the minimum value of the measured distance from the emitter of the laser rangefinder 5 and the maximum. In addition, the data on the coordinates of the position of the laser range finder 5 at each given measurement step is recorded.

Далее в микропроцессорной плате 4 производится вычисление радиуса R окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки 12 отвода трубы по общеизвестной формуле

(мм), где L - длина основания измеренного сегмента; Н - высота сегмента. На основе рассчитанного значения радиуса R окружности по внутреннему изгибу заготовки 12 отвода трубы, а также с учетом установки лазерного дальномера 5 и выжигающего лазера 6 относительно друг друга в разъемном корпусе 3, обеспечивающей перпендикулярность оси излучателя 7 выжигающего лазера 6 и оси излучателя 8 лазерного дальномера 5, микропроцессорная плата 4 вычисляет координату центра O_(x,y,z) (фиг. 4) окружности внутреннего изгиба заготовки 12 отвода трубы.Further, in the microprocessor board 4, the radius R of the segment circumference is calculated according to the internal bend of the workpiece 12 of the pipe outlet according to the well-known formula

(mm), where L is the length of the base of the measured segment; H is the height of the segment. Based on the calculated value of the radius R of the circle along the inner bend of the workpiece 12 of the pipe outlet, and also taking into account the installation of the laser range finder 5 and the burning laser 6 relative to each other in the split housing 3, ensuring the perpendicularity of the axis of the emitter 7 of the burning laser 6 and the axis of the emitter 8 of the laser range finder 5 , the microprocessor board 4 calculates the coordinate of the center O _{(x, y, z)} (Fig. 4) of the circumference of the inner bend of the workpiece 12 pipe outlet.

За счет обратной связи микропроцессорная плата 4 передает сигнал СУР установить ось излучателя 7 выжигающего лазера 6 в координату O_(x,y,z) на высоту (d+50) мм, где d - диаметр заготовки 12 отвода трубы, для исключения возможности столкновения разъемного корпуса 3, закрепленного на фланце робота-манипулятора 1 с заготовкой 12 отвода трубы при осуществлении процесса разметки.Due to the feedback, the microprocessor board 4 transmits the RMS signal to set the axis of the emitter 7 of the burning laser 6 in the coordinate O _{(x, y, z)} to a height of (d + 50) mm, where d is the diameter of the workpiece 12 of the pipe outlet, to eliminate the possibility of a collision of a detachable housing 3, fixed on the flange of the robotic arm 1 with the workpiece 12 of the pipe outlet during the marking process.

В зависимости от необходимого угла разметки заготовки 12 отвода задаваемого оператором, микропроцессорная плата 4 вычисляет координаты точек концов лучей разметки К_1(x,y,z) и К_2(x,y,z), выходящих из точки O_(x,y,z) (фиг. 4) и образующих заданный угол разметки, вдоль которых необходимо переместить включенный выжигающий лазер 6 для осуществления разметки заготовки 12 отвода трубы.Depending on the required marking angle of the workpiece 12 of the retraction specified by the operator, the microprocessor board 4 calculates the coordinates of the points of the ends of the marking rays K _{1 (x, y, z)} and K _{2 (x, y, z)} , emerging from the point O _{(x, y, z)} (Fig. 4) and forming a predetermined marking angle, along which it is necessary to move the included burning laser 6 to mark the workpiece 12 of the pipe outlet.

Далее микропроцессорная плата 4 за счет прямой связи включает выжигающий лазер 6 и передает посредством обратных связей СУР команду переместить выжигающий лазер 6 в точку К_1(x,y,z), затем вернуть его в точку O_(x,y,z), после чего переместить в точку К_2(x,y,z). Таким образом наносится разметка на наружную поверхность заготовки 12 отвода трубы.Next, the microprocessor board 4 turns on the burning laser 6 due to the direct connection and sends the command to move the burning laser 6 to the point K _{1(x, y, z)} by means of feedback from the CMS, then return it to the point O _{(x, y, z)} , after what to move to point K _2(x,y,z) . Thus, marking is applied to the outer surface of the workpiece 12 of the pipe outlet.

С учетом возможности износа ведется контроль состояния сменных контактных элементов 11 и при необходимости производится их замена.Taking into account the possibility of wear, the state of replaceable contact elements 11 is monitored and, if necessary, they are replaced.

По окончании цикла разметки микропроцессорная плата 4 за счет прямой связи отключает выжигающий лазер 6 и посредством обратной связи дает команду СУР переместить устройство измерения и разметки в безопасное положение. Вся система переходит в режим ожидания команды оператора.At the end of the marking cycle, the microprocessor board 4 turns off the burning laser 6 due to direct communication and, by means of feedback, gives the command to the SRS to move the measuring and marking device to a safe position. The whole system goes into the mode of waiting for the operator's command.

Устройство для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра предложенной конструкции позволит обеспечить достоверность измерений путем контроля касания контактных элементов с поверхностью заготовки отвода трубы большого диаметра. Это даст возможность выполнения корректных расчетов и позволит решить поставленную задачу повышения точности процесса разметки.A device for measuring and marking a workpiece of a large-diameter pipe branch of the proposed design will ensure the reliability of measurements by controlling the contact of the contact elements with the surface of the workpiece of a large-diameter pipe branch. This will make it possible to perform correct calculations and will solve the problem of increasing the accuracy of the marking process.

Claims

A device for measuring and marking a workpiece of a large-diameter pipe branch, containing parallel rods with replaceable contact elements and a robotic arm mounted on a frame with its control system, on which a split housing is installed with a microprocessor board placed in it, interconnected by feedback, a laser rangefinder and a burning laser, wherein the detachable body is installed so that the axis of the emitter of the burning laser is located perpendicular to the axis of the emitter of the laser rangefinder, and the mentioned parallel rods are fixed in the lower part of the frame, characterized in that the replaceable contact elements are made of a conductive material, isolated from the parallel rods and each of them is electrically connected to a corresponding indicator lamp.