RU215659U1

RU215659U1 - Device for measuring and marking the workpiece of the branch pipe of large diameter

Info

Publication number: RU215659U1
Application number: RU2022116727U
Authority: RU
Original assignee: Костоев Зелимхан Магометович
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2022-12-21

Abstract

Устройство относится к приспособлениям, используемым в трубопроводном производстве, в частности, для изготовления отводов труб, и может быть использовано для разметки заготовок отводов труб большого диаметра перед резкой. Устройство для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра включает робот-манипулятор с системой управления. В нижней части робота закреплены параллельные штанги со сменными контактными элементами, а на фланце робота установлен разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей микропроцессорной платой, тремя лазерными дальномерами и выжигающим лазером, установленным с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателей лазерных дальномеров. Оси излучателей дальномеров лежат в одной плоскости, на разной высоте и параллельны друг другу. Обеспечивается повышение точности процесса разметки. 4 ил.

The device belongs 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. The device for measuring and marking the workpiece of a large diameter pipe branch includes a robotic arm with a control system. Parallel rods with replaceable contact elements are fixed in the lower part of the robot, and a detachable housing is installed on the robot flange with a microprocessor board, three laser rangefinders and a burning laser installed in it, interconnected by means of feedback, and a burning laser installed to ensure that the axis of the burning laser emitter is perpendicular to the axis. emitters of laser rangefinders. The axes of the rangefinder emitters lie in the same plane, at different heights and are parallel to each other. EFFECT: increased accuracy of the markup process. 4 ill.

Description

Устройство относится к приспособлениям, используемым в трубопроводном производстве, в частности для изготовления отводов труб, и может быть использовано для разметки заготовок отводов труб большого диаметра перед резкой.The device belongs 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.

Известно приспособление для разметки труб большого диаметра (Патент SU на изобретение №1444102, МПК B23D 33/12. опубликован 1988.15.12). Приспособление включает разметочный элемент, каркас с центрирующими и установочными опорами, три блока расположенные в одной плоскости и образующими 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. published 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 marked object.

Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности существующих признаков и выбранном в качестве прототипа является устройство для измерения и разметки заготовок труб большого диаметра (Патент RU на полезную модель №205701, МПК-2019 B23D 33/12. опубликован 2021.29.07). Устройство включает робот-манипулятор с системой управления, разъемный корпус, микропроцессорную плату, лазерный дальномер, выжигающий лазер, центрирующую опору, сменные контактные элементы.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. published 2021.29.07). The device includes a robotic arm with a control system, a detachable housing, a microprocessor board, a laser range finder, a burning laser, a centering support, and replaceable contact elements.

Недостатком прототипа является низкая точность разметки. Это объясняется тем, что устройство при вычислении координаты центра O_(x,y,z) окружности внутреннего изгиба заготовки отвода трубы, производится на основе измерения высоты сегмента H на каждом шаге измерения t в одной плоскости измерения, при этом поверхность заготовки отвода трубы может иметь дефекты в виде окалины, высокой шероховатости, деформации. Производя измерение высоты сегмента H только в одной плоскости, измерительный луч лазерного дальномера может попасть в впадину или выпуклость дефекта, что приведет к искажению измерения и некорректному расчету координаты центра O_(x,y,z) окружности внутреннего изгиба заготовки отвода трубы от которой зависит точность разметки.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of markup. This is due to the fact that the device, when calculating the coordinates of the center O _(x,y,z) of the circle of the inner bend of the pipe outlet blank, is made on the basis of measuring the height of the segment H at each measurement step t in one measurement plane, while the surface of the pipe outlet blank may have defects in the form of scale, high roughness, deformation. When measuring segment height H in only one plane, the measuring beam of the laser rangefinder can fall into the depression or bulge of the defect, which will lead to measurement distortion and incorrect calculation of the center coordinate O _(x,y,z) of the circle of the inner bend of the pipe bend blank, on which the accuracy depends markup.

С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: робот-манипулятор с системой управления, разъемный корпус, микропроцессорная плата, лазерный дальномер, выжигающий лазер, центрирующая опора, сменные контактные элементы.The essential features of the utility model coincide with the following set of features of the prototype: a robotic arm with a control system, a detachable body, a microprocessor board, a laser rangefinder, a burning laser, a centering support, replaceable contact elements.

Задачей, на решение которой направлено устройство, является повышение точности процесса разметки за счет обеспечения вычисления координаты центра O_(x,y,z) окружности внутреннего изгиба заготовки отвода трубы, на основе измерений геометрии заготовки отвода трубы в нескольких плоскостях и дальнейшем вычислении усредненного значения координат центра O_(x,y,z) окружности внутреннего изгиба заготовки отвода трубы.The task to be solved by the device is to increase the accuracy of the marking process by providing the calculation of the coordinates of the center O _{(x, y, z)} of the circle of the inner bend of the pipe bend blank, based on measurements of the geometry of the pipe bend blank in several planes and further calculation of the average value of the coordinates center O _(x,y,z) of the circumference of the inner bend of the pipe outlet blank.

Устройство для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра содержит робот-манипулятор с системой управления, в нижней части которого закреплены параллельные штанги со сменными контактными элементами. На фланце робота-манипулятора установлен разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, тремя лазерными дальномерами и выжигающим лазером, установленным с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателей лазерных дальномеров. Оси излучателей дальномеров лежат в одной плоскости, на разной высоте и параллельны друг другу.The device for measuring and marking the billet of a large-diameter pipe branch contains a robotic arm with a control system, in the lower part of which parallel rods with replaceable contact elements are fixed. On the flange of the robot-manipulator there is a detachable body with a microprocessor board, three laser rangefinders and a burning laser placed in it, interconnected by means of feedbacks, and a burning laser installed to ensure that the axis of the burning laser emitter is perpendicular to the axis of the emitters of laser rangefinders. The axes of the rangefinder emitters lie in the same plane, at different heights and are parallel to each other.

Наличие жестко связанных между собой параллельных штанг дает возможность установки заготовки отвода относительно системы координат робота-манипулятора таким образом, чтобы высота измеряемого сегмента по внутреннему изгибу заготовки отвода была перпендикулярна оси Y системы координат робота-манипулятора, что является необходимым условием при вычислении координат точек разметки.The presence of rigidly interconnected parallel rods makes it possible to set the retraction workpiece relative to the coordinate system of the robotic arm so that the height of the measured segment along the internal bend of the retraction workpiece is perpendicular to the Y-axis of the coordinate system of the robotic manipulator, which is a necessary condition for calculating the coordinates of the marking points.

Сменные контактные элементы позволяют произвести их замену в случае износа контактной поверхности.Replaceable contact elements allow their replacement in case of wear of the contact surface.

Снабжение роботом-манипулятором с системой управления роботом позволяет перемещать разъемный корпус в любых направлениях с высокой точностью позиционирования в автоматическом режиме.Equipped with a robotic arm with a robot control system, the detachable body can be moved in any direction with high positioning accuracy in automatic mode.

Размещение в одном разъемном корпусе связанных между собой посредством обратных связей микропроцессорной платы, лазерного дальномера и выжигающего лазера, обеспечивает перпендикулярное расположение осей излучателей лазерного дальномера и выжигающего лазера, что упрощает настройку устройства, защищает электронные компоненты от воздействия производственной среды, а обратная связь микропроцессорной платы с системой управления роботом (СУР) обеспечивает обмен данными о координатах положения осей излучателей лазеров в системе координат робота-манипулятора.Placing a microprocessor board, a laser range finder and a burning laser interconnected by means of feedbacks in one detachable housing ensures a perpendicular arrangement of the axes of the emitters of the laser range finder and the burning laser, which simplifies device setup, protects electronic components from the impact of the production environment, and the feedback of the microprocessor board The robot control system (RCS) ensures the exchange of data on the position coordinates of the axes of the laser emitters in the coordinate system of the robotic manipulator.

Лазерный дальномер необходим для вычисления расстояния от устройства до заготовки отвода трубы с целью передачи этих данных в микропроцессорную плату и последующего вычисления координат положения устройства и заготовки отвода трубы друг относительно друга в системе координат робота.A laser rangefinder is required to calculate the distance from the device to the pipe outlet workpiece in order to transfer this data to the microprocessor board and then calculate the position coordinates of the device and the pipe outlet workpiece relative to each other in the robot coordinate system.

Наличие разметочного элемента выполненного в виде выжигающего лазера позволяет произвести бесконтактное нанесение разметки на заготовку отвода трубы.The presence of a marking element made in the form of a burning laser allows for non-contact marking on the workpiece of the pipe outlet.

Наличие трех лазерных дальномеров, оси излучателей которых лежат в одной плоскости, на разной высоте и параллельны друг другу, обеспечивает одновременное измерение геометрии заготовки отвода трубы в нескольких плоскостях, что в дальнейшем позволит вычислить усредненное значения координат центра O_(x,y,z) окружности внутреннего изгиба заготовки отвода трубы.The presence of three laser rangefinders, the emitter axes of which lie in the same plane, at different heights and are parallel to each other, provides simultaneous measurement of the geometry of the pipe outlet workpiece in several planes, which will later allow calculating the average values of the coordinates of the center O _{(x, y, z)} of the circle internal bending of the pipe outlet blank.

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.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 block diagram of device control; in fig. 4 is a diagram for calculating the radius of the circle of the segment along the internal bend of the pipe bend blank.

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

Лазерные дальномеры 4 установлены в разъемном корпусе 2 относительно выжигающего лазера 5, таким образом, что ось излучателя 6 выжигающего лазера 5 перпендикулярна осям излучателей 7 лазерных дальномеров 4, при этом все оси излучателей 7 лазерных дальномеров 4 лежат в одной плоскости на разной высоте. Такая установка обеспечит при работе устройства его упрощенную наладку перед началом работ.Laser rangefinders 4 are installed in a detachable housing 2 relative to the burning laser 5, so that the axis of the emitter 6 of the burning laser 5 is perpendicular to the axes of the emitters 7 of the laser rangefinders 4, while all the axes of the emitters 7 of the laser rangefinders 4 lie in the same plane at different heights. Such an installation will provide, during operation of the device, its simplified adjustment before starting work.

В нижней части робота-манипулятора 1 закреплены параллельные штанги 8, на концах которых установлены сменные контактные элементы 9. Сменные контактные элементы 9 необходимы для обеспечения контакта устройства с заготовкой 10 отвода трубы и подвергаются периодической замене по мере их износа.In the lower part of the robot-manipulator 1, parallel rods 8 are fixed, at the ends of which replaceable contact elements 9 are installed. Replaceable contact elements 9 are necessary to ensure contact of the device with the workpiece 10 of the pipe outlet and are periodically replaced as they wear out.

Устройство монтируется и работает следующим образом.The device is mounted and works as follows.

Заготовка 10 отвода трубы 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 сменными контактными элементами 9 параллельных штанг 8. Сменные контактные элементы 9 обеспечивают совместно с параллельными штангами 8 центрирование заготовки 10 отвода трубы относительно систем координат робота-манипулятора 1. Оператор вводит в микропроцессорную плату 3 данные о заданном угле разметки заготовки 10 отвода трубы, длине шага t измерения и запускает цикл технологической операции разметки. Микропроцессорная плата 3, за счет обратной связи, дает команду СУР перемещать разъемный корпус 2, с лазерными дальномерами 4 от одной из параллельных штанг 8 к другой с заданной длиной шага t. Робот-манипулятор 1 за счет обладания шестью степенями свободы и программного управления, обеспечивает перемещение разъемного корпуса 2 таким образом, чтобы оси излучателей 7 лазерных дальномеров 4 были параллельны параллельным штангам 8. При этом микропроцессорная плата 3 фиксирует в своей памяти данные измеренных расстояний каждым дальномером 4 на каждой итерации шага, одновременно с этим микропроцессорная плата 3 за счет обратной связи с СУР получает данные о координатах положения лазерных дальномеров 4 на каждом шаге измерения. Таким образом в память микропроцессорной платы 3 вносятся данные о длине L основания измеренного сегмента, равного произведению количества шагов на их длину t, а также высоты H сегментов, измеренных каждым лазерным дальномером 4 на разных высотах, равных модулю разницы минимального значения измеренного расстояния от излучателя 7 лазерного дальномера 4 и максимального. Кроме того фиксируются данные о координатах положения лазерных дальномеров 4 на каждом заданном шаге измерения.The workpiece 10 of the pipe outlet is placed on the technological plaza (not shown in the figure), on which a device is installed for measuring and marking blanks of pipe bends of large diameter so as to come into contact with its inner radius surface with replaceable contact elements 9 parallel rods 8. Replaceable contact elements 9 provide, together with parallel rods 8, the centering of the workpiece 10 of the pipe outlet relative to the coordinate systems of the robot-manipulator 1. The operator enters into the microprocessor board 3 the data on the specified marking angle of the workpiece 10 of the pipe outlet, the length of the measurement step t and starts the marking process cycle. The microprocessor board 3, due to feedback, instructs the RMS to move the detachable body 2, with laser rangefinders 4 from one of the parallel rods 8 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 2 so that the axes of the emitters 7 of the laser rangefinders 4 are parallel to the parallel rods 8. At the same time, the microprocessor board 3 records in its memory the data of the measured distances by each rangefinder 4 at each step iteration, at the same time, the microprocessor board 3, due to feedback from the RMS, receives data on the position coordinates of the laser range finders 4 at each measurement step. Thus, data on the length L of the base of the measured segment, equal to the product of the number of steps and their length t, as well as the height H of the segments measured by each laser rangefinder 4 at different heights, equal to the modulus of the difference in the minimum value of the measured distance from the emitter 7, are entered into the memory of the microprocessor board 3 laser rangefinder 4 and maximum. In addition, data on the position coordinates of the laser range finders 4 are recorded at each given measurement step.

Далее в микропроцессорной плате 3 производится вычисление радиуса R окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки 10 отвода трубы для каждого из трех лазерных дальномеров 4, для каждого в плоскости соответствующей его высоте, по общеизвестной формуле

(мм), где L - длина основания измеренного сегмента; H - высота сегмента. На основе рассчитанного значения радиусов R окружности по внутреннему изгибу заготовки 10 отвода трубы на разных высотах (соответствующих каждому лазерному дальномеру), а также с учетом установки лазерных дальномеров 4 и выжигающего лазера 5 относительно друг друга в разъемном корпусе 2, обеспечивающей перпендикулярность оси излучателя 6 выжигающего лазера 5 и осей излучателей 7 лазерных дальномеров 4, микропроцессорная плата 3 вычисляет усредненную координату центра O_(x,y,z) (фиг. 4) окружности внутреннего изгиба заготовки 10 отвода трубы.Further, in the microprocessor board 3, the radius R of the segment circumference is calculated along the internal bend of the pipe outlet blank 10 for each of the three laser rangefinders 4, for each in the plane corresponding to its height, according to the well-known formula

(mm), where L is the length of the base of the measured segment; H - segment height. Based on the calculated value of the radii R of the circle along the inner bend of the workpiece 10 of the pipe outlet at different heights (corresponding to each laser rangefinder), and also taking into account the installation of laser rangefinders 4 and the burning laser 5 relative to each other in a split housing 2, ensuring the perpendicularity of the axis of the emitter 6 of the burning laser 5 and axes of emitters 7 of laser rangefinders 4, the microprocessor board 3 calculates the average coordinate of the center O _{(x, y, z)} (Fig. 4) of the circle of the inner bend of the workpiece 10 pipe outlet.

За счет обратной связи микропроцессорная плата 3 передает сигнал СУР установить ось излучателя 6 выжигающего лазера 5 в координату O_(x,y,z) на высоту (d+50)мм, где d - диаметр заготовки 10 отвода трубы, для исключения возможности столкновения разъемного корпуса 2 закрепленного на фланце робота-манипулятора 1 с заготовкой 10 отвода трубы при осуществлении процесса разметки.Due to the feedback, the microprocessor board 3 transmits the RMS signal to set the axis of the emitter 6 of the burning laser 5 in the coordinate O _{(x, y, z)} to a height of (d + 50) mm, where d is the diameter of the workpiece 10 of the pipe outlet, to exclude the possibility of a collision of a detachable body 2 fixed on the flange of the robot-manipulator 1 with the workpiece 10 pipe outlet during the marking process.

В зависимости от необходимого угла разметки заготовки 10 отвода задаваемого оператором, микропроцессорная плата 3 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 5 для осуществления разметки заготовки 10 отвода трубы.Depending on the required marking angle of the workpiece 10 of the withdrawal specified by the operator, the microprocessor board 3 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 5 to mark the workpiece 10 of the pipe outlet.

Далее микропроцессорная плата 3 за счет прямой связи включает выжигающий лазер 5 и передает посредством обратных связей СУР команду переместить выжигающий лазер 5 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 10 отвода трубы.Further, the microprocessor board 3 turns on the burning laser 5 due to the direct connection and transmits the command to move the burning laser 5 to the point K _{1(x, y, z)} by means of the feedback of 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 10 of the pipe outlet.

С учетом возможности износа ведется контроль состояния контактных элементов 9 и при необходимости производится их замена.Taking into account the possibility of wear, the condition of the contact elements 9 is monitored and, if necessary, they are replaced.

По окончании цикла разметки микропроцессорная плата 3 за счет прямой связи отключает выжигающий лазер 5 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 3 turns off the burning laser 5 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.

Использование устройства для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра позволит повысить точность нанесения разметки.The use of a device for measuring and marking blanks of large-diameter pipe bends will improve the accuracy of marking.

Claims

A device for measuring and marking a workpiece of a large-diameter pipe branch, containing a robotic arm with a control system, in the lower part of which parallel rods with replaceable contact elements are fixed, and on the flange of which a split housing is installed with placed in it, connected by feedback microprocessor a board, three laser rangefinders and a burning laser installed to ensure that the axis of the emitter of the burning laser is located perpendicular to the axis of the emitters of laser rangefinders, characterized in that the axes of the emitters of the rangefinders lie in the same plane, at different heights and are parallel to each other.