本發(fā)明屬于鋼管防腐及管縫防腐層切割領(lǐng)域，具體說是一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、大口徑鋼管在石油輸送、城市管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。大口徑鋼管的生產(chǎn)要經(jīng)過一系列的工序，其中包括管縫貼紙、鋼管防腐、管縫防腐層切割等工序，鋼管在完成管縫貼紙后進(jìn)行防腐噴涂及外包防腐層。目前傳統(tǒng)的方式是在鋼管防腐噴涂及外包防腐層流程結(jié)束并進(jìn)入冷卻區(qū)之前由人工目視尋找管縫，再對(duì)涂覆于鋼管兩端的防腐涂層進(jìn)行手動(dòng)切割，保證鋼管進(jìn)入冷卻區(qū)前完成管端防腐涂層剝離。手動(dòng)操作質(zhì)量把控不穩(wěn)定、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大且對(duì)工人的身體健康有損害、在連續(xù)生產(chǎn)過程中，工人需保持注意力高度集中，在工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提升的情況下，這種相對(duì)落后的生產(chǎn)方式亟需改進(jìn)，需要一種自動(dòng)的管縫定位切割方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置及其控制方法，以克服上述管縫防腐層切割的缺陷。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，包括：主控制器以及與其連接的跟進(jìn)部件、規(guī)格調(diào)整部件、調(diào)整中心模組、管縫檢測裝置以及進(jìn)刀部件；

3、所述跟進(jìn)部件通過導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)與規(guī)格調(diào)整部件滑動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)跟進(jìn)部件兩端沿自動(dòng)定位切割裝置的x軸方向同步移動(dòng)；

4、所述調(diào)整中心模組滑動(dòng)設(shè)于跟進(jìn)部件，以實(shí)現(xiàn)調(diào)整中心模組沿自動(dòng)定位切割裝置的y軸方向移動(dòng)，并隨跟進(jìn)部件的帶動(dòng)沿x軸方向移動(dòng)；

5、所述進(jìn)刀部件滑動(dòng)安裝于調(diào)整中心模組上，以實(shí)現(xiàn)沿自動(dòng)定位切割裝置的z軸方向移動(dòng)；

6、所述管縫檢測裝置安裝在進(jìn)刀部件上，隨跟進(jìn)部件、規(guī)格調(diào)整部件、調(diào)整中心模組共同運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三軸運(yùn)動(dòng)的加工動(dòng)作。

7、所述規(guī)格調(diào)整部件，包括：底座梁、規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)以及同步連桿；

8、所述底座梁設(shè)有兩個(gè)，且相互平行設(shè)置；所述底座梁上設(shè)有導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)上滑動(dòng)設(shè)有所述跟進(jìn)部件；

9、所述規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)通過同步連桿同時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)于兩側(cè)底座梁上的齒輪，在兩側(cè)底座梁中的齒條上運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)跟進(jìn)部件兩端沿自動(dòng)定位切割裝置的x軸方向同步移動(dòng)。

10、所述跟進(jìn)部件，包括：跟進(jìn)滑鞍、跟進(jìn)橫梁以及水平跟進(jìn)伺服電機(jī)；

11、所述跟進(jìn)橫梁通過導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)與底座梁連接；

12、所述跟進(jìn)橫梁通過設(shè)置在其上的導(dǎo)軌滑塊與跟進(jìn)滑鞍連接；

13、所述跟進(jìn)滑鞍上豎直設(shè)有調(diào)整中心模組；所述水平跟進(jìn)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)齒輪在跟進(jìn)橫梁上作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)調(diào)整中心模組沿y軸方向移動(dòng)。

14、所述進(jìn)刀部件，包括：進(jìn)刀架、進(jìn)給滑鞍、檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)以及進(jìn)刀切割伺服電機(jī)；

15、所述進(jìn)給滑鞍滑動(dòng)安裝在調(diào)整中心模組的滑道上，檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給滑鞍沿調(diào)整中心模組上下運(yùn)動(dòng)；

16、所述進(jìn)給滑鞍上還安裝有管縫檢測裝置與進(jìn)刀架；

17、所述進(jìn)刀切割伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)刀架沿水平方向進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)加工動(dòng)作。

18、所述管縫檢測裝置為電渦流傳感器，電渦流傳感器安裝在進(jìn)給滑鞍上，用于監(jiān)測管縫位置。

19、所述水平跟進(jìn)伺服電機(jī)和檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)、規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)、進(jìn)刀切割伺服電機(jī)均設(shè)有絕對(duì)位置編碼器，以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置閉環(huán)控制和速度閉環(huán)控制。

20、一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置的控制方法，包括以下步驟：

21、1)啟動(dòng)自檢程序，參數(shù)、以及裝置初始化；操作人員向主控制器發(fā)送使能信號(hào)，判斷是否開始執(zhí)行管縫定位切割操作；

22、2)主控制器通過對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)將檢測工作平臺(tái)機(jī)構(gòu)移動(dòng)到鋼管中心高度處；規(guī)格調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)將電渦流傳感器向前伸出移動(dòng)到距離管壁設(shè)定位置處；

23、3)主控制器采集電渦流傳感器的檢測電流值，當(dāng)檢測到管縫位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)水平跟進(jìn)伺服電機(jī)、進(jìn)刀切割伺服電機(jī)運(yùn)行到管縫位置處，完成刀具對(duì)旋轉(zhuǎn)鋼管的管端防腐涂層切割；

24、4)規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)將電渦流傳感器向后縮回移動(dòng)到0mm初始位置處；水平跟進(jìn)伺服電機(jī)以位置控制模式運(yùn)動(dòng)到0mm初始位置處；等待下一次執(zhí)行管縫定位切割操作。

25、所述啟動(dòng)自檢程序，參數(shù)、以及裝置初始化，包括：水平跟進(jìn)伺服電機(jī)回初始工作位0mm，檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)回下降位0mm，規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)縮回初始位0mm，進(jìn)刀切割伺服電機(jī)回工作等待位0mm。

26、所述步驟3)，包括以下步驟：

27、(1)主控制器采集電渦流傳感器的檢測電流值，鋼管在勻速螺旋向前運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)鋼管本體經(jīng)過電渦流傳感器時(shí)，主控制器檢測到的電流值保持僅細(xì)微波動(dòng)的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)管縫經(jīng)過電渦流傳感器的截面時(shí)，主控制器檢測到的電流值會(huì)發(fā)生類似于正弦波信號(hào)變化，當(dāng)管縫離開電渦流傳感器時(shí)，控制器檢測到的電流值恢復(fù)穩(wěn)態(tài)值；

28、(2)水平跟進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)水平跟進(jìn)伺服電機(jī)使檢測平臺(tái)以速度模式與鋼管同向運(yùn)動(dòng)，采用pid控制法進(jìn)行速度跟隨，以管縫經(jīng)過電渦流傳感器時(shí)的最大突變電流值作為給定值，通過比較給定值與測量的反饋值偏差以及比例、積分、微分系數(shù)計(jì)算得到伺服電機(jī)速度控制器的給定值，調(diào)節(jié)水平跟進(jìn)伺服電機(jī)速度，使管縫與電渦流傳感器的中心保持相對(duì)靜止，處于同一剖面；

29、(3)進(jìn)刀切割伺服驅(qū)動(dòng)器使用運(yùn)行到固定停止點(diǎn)模式驅(qū)動(dòng)進(jìn)刀切割伺服電機(jī)在速度模式下運(yùn)行到管縫，到達(dá)后電機(jī)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到達(dá)到0.8nm的扭矩限值，保持扭矩恒定；

30、主控制器計(jì)算水平跟進(jìn)伺服電機(jī)的編碼器位置，當(dāng)運(yùn)行距離大于等于鋼管周長后，延時(shí)2s后進(jìn)刀切割伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)進(jìn)刀切割伺服電機(jī)以位置控制模式運(yùn)行回到初始位置0mm處，完成刀具對(duì)旋轉(zhuǎn)鋼管的管端防腐涂層切割。

31、所述速度控制模式為以設(shè)定速度值作為伺服控制器的控制目標(biāo)，以伺服電機(jī)編碼器的速度作為反饋信號(hào)來閉環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值；

32、所述位置控制模式為以設(shè)定位置值作為伺服控制器的控制目標(biāo)，以伺服電機(jī)編碼器的位置信息作為反饋信號(hào)來閉環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位；

33、所述運(yùn)行到固定停止點(diǎn)模式是電機(jī)以一個(gè)特定的扭矩運(yùn)行到固定的停止點(diǎn)，而不會(huì)觸發(fā)故障信息，電機(jī)以設(shè)定的速度運(yùn)行，直到達(dá)到停止點(diǎn)，到達(dá)后，電機(jī)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至達(dá)到扭矩限值。

34、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

35、1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，包括水平運(yùn)動(dòng)跟進(jìn)部件、規(guī)格調(diào)整部件、調(diào)整中心部件、管縫檢測部件、管縫貼紙進(jìn)刀部件，過程簡單，銜接可靠。

36、2.本發(fā)明通過基于電渦流傳感器檢測管縫并定位跟蹤的方案，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管縫防腐層切割，解決了人工效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。

37、3.本發(fā)明除機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還包括完善的電氣控制程序，保證整個(gè)管縫定位切割過程可靠高效。

技術(shù)特征：

1.一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，其特征在于，包括：主控制器以及與其連接的跟進(jìn)部件、規(guī)格調(diào)整部件、調(diào)整中心模組(11)、管縫檢測裝置以及進(jìn)刀部件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，其特征在于，所述規(guī)格調(diào)整部件，包括：底座梁(1)、規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)(4)以及同步連桿(5)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，其特征在于，所述跟進(jìn)部件，包括：跟進(jìn)滑鞍(2)、跟進(jìn)橫梁(3)以及水平跟進(jìn)伺服電機(jī)(9)；所述跟進(jìn)橫梁(3)通過導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)與底座梁(1)連接；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，其特征在于，所述進(jìn)刀部件，包括：進(jìn)刀架(7)、進(jìn)給滑鞍(8)、檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)(12)以及進(jìn)刀切割伺服電機(jī)(10)；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，其特征在于，所述管縫檢測裝置為電渦流傳感器(6)，電渦流傳感器(6)安裝在進(jìn)給滑鞍(8)上，用于監(jiān)測管縫位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求2～4任一項(xiàng)所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置，其特征在于，所述水平跟進(jìn)伺服電機(jī)(9)和檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)(12)、規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)(4)、進(jìn)刀切割伺服電機(jī)(10)均設(shè)有絕對(duì)位置編碼器，以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置閉環(huán)控制和速度閉環(huán)控制。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置的控制方法，其特征在于，所述啟動(dòng)自檢程序，參數(shù)、以及裝置初始化，包括：水平跟進(jìn)伺服電機(jī)(9)回初始工作位0mm，檢測平臺(tái)升降伺服電機(jī)(12)回下降位0mm，規(guī)格調(diào)整伺服電機(jī)(4)縮回初始位0mm，進(jìn)刀切割伺服電機(jī)(10)回工作等待位0mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置的控制方法，其特征在于，所述步驟3)，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置的控制方法，其特征在于，所述速度控制模式為以設(shè)定速度值作為伺服控制器的控制目標(biāo)，以伺服電機(jī)編碼器的速度作為反饋信號(hào)來閉環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋼管防腐及管縫防腐層切割領(lǐng)域，具體說是一種防腐螺旋管縫的自動(dòng)定位切割裝置及其控制方法，包括：主控制器以及與其連接的跟進(jìn)部件、規(guī)格調(diào)整部件、調(diào)整中心模組、管縫檢測裝置以及進(jìn)刀部件；跟進(jìn)部件通過導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)與規(guī)格調(diào)整部件滑動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)跟進(jìn)部件兩端沿自動(dòng)定位切割裝置的X軸方向同步移動(dòng)；調(diào)整中心模組滑動(dòng)設(shè)于跟進(jìn)部件，以實(shí)現(xiàn)調(diào)整中心模組沿自動(dòng)定位切割裝置的Y軸方向移動(dòng)，并隨跟進(jìn)部件的帶動(dòng)沿X軸方向移動(dòng)；進(jìn)刀部件滑動(dòng)安裝于調(diào)整中心模組上，以實(shí)現(xiàn)沿自動(dòng)定位切割裝置的Z軸方向移動(dòng)；管縫檢測裝置安裝在進(jìn)刀部件上，隨跟進(jìn)部件、規(guī)格調(diào)整部件、調(diào)整中心模組共同運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三軸運(yùn)動(dòng)的加工動(dòng)作。

技術(shù)研發(fā)人員：黃益澤,張環(huán)宇,史勃,沙禹威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2