[发明专利]螺旋钢管管端焊缝修磨抛光机器人

说明书

提供一种螺旋钢管管端焊缝修磨抛光机器人，采用在多自由度机械手执行端安装配备激光轮廓仪的二自由度精磨执行机构，通过简化运动控制的同时提高机械手的磨削精度以及抛光精度，克服现有技术下多自由度打磨机械手打磨后的螺旋钢管管端焊道质量无法满足API Spec5L标准和GBT97111—1997标准规定的工艺指标要求；仍需人工二次修磨的技术难题。本发明不仅可用于螺旋钢管的外焊缝打磨，而且适用于螺旋钢管内焊缝的打磨，且修磨不伤母材；修磨后残余高度最小可小于等于0.1mm，远高于API Spec5L标准和GBT97111—1997标准要求；激光轮廓仪协同特殊检测算法，可实现精度小于0.05mm的高精度扫描检测；为高精度焊缝修磨提供有力技术支持。

技术领域

本发明属作业运输磨削抛光技术领域，具体涉及一种螺旋钢管管端焊缝修磨抛光机器人。

背景技术

螺旋钢管是以带钢卷板为原材料，采用螺旋焊接工艺卷制而成的的管材。针对螺旋钢管，为了满足螺旋钢管管端下一步钢管对接环焊的焊接质量，API Spec5L标准和GBT97111—1997标准中均明确规定：以打磨508mm直径规格的螺旋钢管管端焊缝为例：首先，应清除螺旋焊管距管端至少150mm长度范围内的焊缝余高，即对螺旋钢管管端轴向的修磨进伸长度提出要求；其次、经磨削处理后的焊道不能低于管体母材外圆周面，即焊缝修磨不得伤及母材；再者、磨削处理后焊道超出钢管表面的残余高度应小于0.5mm，以最大限度满足钢管径向应力分布均一化的耐久使用需求。此外，在外观质量要求方面，磨削后焊缝表面还应光滑平整。

但是，现有技术下，市场上借助机械手直接携带磨头完成自动磨削的设备普遍存在打磨精度不够，从而导致打磨后焊道余高过高仍需人工二次修磨或伤及焊管母材导致钢管报废，即无法实现前文描述的符合API Spec5L标准和GBT97111—1997标准规定的全自动打磨精度以及技术指标要求。

以公开号为CN109483369A公开的一种具有三维视觉的机器人打磨系统及其控制方法，以及公开号为CN109483369A公开的一种具有三维视觉的机器人打磨系统及其控制方法为例：上述两种技术方案均采用气动打磨技术；虽然在柔性输出上具备一定优势；但是受气体的可压缩性影响，气动执行机构内气体容易受外界环境温度的变化而产生波动，导致气动系统的固有频率稳定性差,导致最终打磨线性度输出并不理想。不仅如此，受气动执行机构气缸摩擦力低速运行的严重爬行影响,系统性能并不稳定，因此高精度打磨的可靠性受到制约。因此无法满足不伤母材的高精度平滑打磨后0.5mm高度以内焊道螺旋钢管管端焊缝的高精度且可靠的自动打磨使用需求。

此外，公开号为CN109483369A公开的一种具有三维视觉的机器人打磨系统及其控制方法，由于采用多自由度机械手直接携带砂轮打磨，由于机械手运动轨迹规划的精度限制，以及各关节轨迹传感器弹性变形使关节产生额外的转角增量，转角增量产生的位移将通过多自由度机械手每个执行单元的臂长被放大，因此，多自由度机械手直接携带磨头打磨的精度有限，无法完全替代人工打磨所能达到的技术要求。此外，单纯采用砂轮打磨；砂轮与钢管焊缝呈点接触打磨，磨削效率低、砂轮更换成本高、机床功率利用率并不理想。

此外，在一些重点管线建设中，对管端焊缝的打磨还提出了要求打磨后焊缝与母材之间平滑过渡的要求，即焊缝余高为0。对此，为解决管端焊缝的高精度、高磨削比打磨问题基础上，实现0焊缝余高的自动抛光打磨，现提出如下改进技术方案

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种螺旋钢管管端焊缝修磨抛光机器人，采用在多自由度机械手执行端安装二自由度精磨执行机构，简化机械手运动控制，提高机械手执行端打磨精度的同时提高磨削比；并实现多自由度打磨机械手打磨后抛光功能的使用。