一种螺旋管内壁焊缝打磨机构

摘要

本发明涉及一种螺旋管内壁焊缝打磨机构，包括支撑装置、打磨进给装置和打磨执行装置，所述支撑装置用于在管道内壁支撑打磨进给装置，保证打磨进给装置的稳定性和准确性；所述打磨进给装置用于安装所述打磨执行装置，并为打磨执行装置提供轴线上的移动、绕轴线的周转和径向的伸缩运动；所述打磨执行装置用于实现对管道内壁的打磨作业。本发明克服了搅拌摩擦焊带来的问题，实现了自动对管道内壁进行打磨作业。

说明书

技术领域

本发明涉及大直径螺旋管内壁加工技术领域，特别是涉及一种螺旋管内壁焊缝打磨机构。

背景技术

目前针对口径超过600mm，长度超过10000mm的管道内壁打磨，大多采用人工作业的方式，打磨作业难度大、效率低、质量控制因人而异。目前开发的管道内打磨作业机器人，大多针对小型管道，且很少用于搅拌摩擦焊焊缝打磨，这是因为搅拌摩擦焊的焊缝存在尖锐的飞边、毛刺与凹陷，并且打磨后表面质量要求很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种螺旋管内壁焊缝打磨机构，实现了对管道内壁焊缝识别、跟踪、打磨与检查等作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种螺旋管内壁焊缝打磨机构，包括支撑装置、打磨进给装置和打磨执行装置，所述支撑装置用于在管道内壁支撑打磨进给装置，保证打磨进给装置的稳定性和准确性；所述打磨进给装置用于安装所述打磨执行装置，并为打磨执行装置提供轴线上的移动、绕轴线的周转和径向的伸缩运动；所述打磨执行装置用于实现对管道内壁的打磨作业。

所述支撑装置包括两个支撑单元结构，所述两个支撑单元结构前后放置将打磨进给装置夹持在中间；所述支撑单元结构包括外壳、支撑腿和支撑脚；所述外壳上均匀分布有若干个安装平面；所述安装平面上安装有支撑腿；所述支撑腿的推杆的末端安装有支撑脚。

所述支撑腿包括推杆和安装支架，所述推杆为电动推杆；所述安装支架安装在外壳上的安装平面上，所述电动推杆的底部的安装孔和安装支架连接固定，并通过导线与外壳内的控制器相连；所述电动推杆的端部安装有支撑脚；所述电动推杆用于推动支撑脚，使得支撑脚能够沿抵住管道内壁。

所述支撑脚包括支撑脚支架、摩擦支持垫和弹性滚子；所述支撑脚支架包括底板和侧支架，所述侧支架竖直安装在底板的两侧；所述底板中间设有安装孔，所述支撑腿的推杆穿过所述安装孔通过弹簧轴与弹性滚子相连，所述侧支架的端部设有摩擦支持垫，在弹簧轴未受力时，所述弹性滚子高出所述摩擦支持垫所在的平面。

所述打磨进给装置包括安装框架，所述安装框架通过回转驱动单元与所述支撑装置相连，所述回转驱动单元用于驱动所述安装框架绕管道的轴线做周转，所述安装框架的上安装有轴向运动单元，所述轴向运动单元用于驱动打磨执行装置在管道的轴线方向进行移动；所述轴向运动单元上安装有径向运动单元，所述径向运动单元用于驱动打磨执行装置在管道的径向方向进行伸缩运动。

所述回转驱动单元包括圆柱体箱体结构，所述圆柱体箱体结构安装在支撑装置上，所述圆柱体箱体结构内设置有回转驱动伺服电机和行星减速器，所述回转驱动伺服电机的输出轴与行星减速器相连，所述行星减速器的输出轴穿出圆柱体箱体结构通过电气滑环与安装框架相连。

所述轴向运动单元包括移动平台、轴向滑杠、轴承座和滚珠丝杠，所述移动平台通过线性轴承安装在轴向滑杠上，所述轴向滑杠安装在安装框架上，所述安装框架下设置有轴承座，所述移动平台下设置有丝杠螺母支座，所述滚珠丝杠一端与轴承座相连，另一端穿过所述丝杠螺母支座通过联轴器与轴向进给伺服电机相连。

所述径向运动单元包括径向滑杠、直线气缸和安装平台，所述径向滑杠安装在轴向运动单元上，并与管道的轴线相互垂直，所述轴向运动单元上还设置有直线气缸，所述直线气缸的活塞杆与安装平台相连，所述安装平台上设有用于使径向滑杠穿过的孔。

所述打磨执行装置包括传感器模组、防尘电机和铣刀盘；所述防尘电机安装在传感器模组上方，所述防尘电机的输出轴与铣刀盘相连。

所述传感器模组包括电涡流传感器和视觉传感器系统。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过支撑装置将打磨机构支撑在大直径螺旋管内壁中，为高质量的打磨提供了基础，通过打磨进给装置完成打磨机构轴向进给和回转运动以及定位，通过打磨执行装置对管道内壁焊缝识别、跟踪、打磨与检查等作业。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的机构零部件分布图；

图3是本发明中支撑装置的结构图；

图4是本发明中支撑装置的支撑脚的结构图；

图5是本发明中打磨进给装置结构示意图；

图6是本发明中打磨执行装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种螺旋管内壁焊缝打磨机构，如图1和图2所示，包括支撑装置1、打磨进给装置2和打磨执行装置3，所述支撑装置1用于在管道内壁支撑打磨进给装置，保证打磨进给装置的稳定性和准确性；所述打磨进给装置2用于安装所述打磨执行装置，并为打磨执行装置提供轴线上的移动、绕轴线的周转和径向的伸缩运动；所述打磨执行装置3用于实现对管道内壁的打磨作业。

本实施方式中管道支撑装置部分：包括两个外壳、两组六个电动支撑腿和六个安装在支撑腿部末端的支撑脚结构，完成机器人打磨作业机构支撑。

如图3所示，所述支撑装置1包括两个支撑单元结构，所述两个支撑单元结构前后放置将打磨进给装置夹持在中间；所述支撑单元结构包括外壳11、支撑腿12和支撑脚13；所述外壳11是一个整体铸造的类圆柱体箱体，在上面以120度为分度角中心分布着三个安装平面，外壳11的一侧还有盖子，通过法兰连接，在类圆柱体箱体内留有安装电动推杆控制器的安装位置。所述安装平面上安装有支撑腿12；所述支撑腿12的推杆的末端安装有支撑脚13。

所述支撑腿12包括推杆121和安装支架122，所述推杆121为电动推杆，电动推杆是一种利用电机驱动丝杠运动的直线运动机构；所述安装支架122安装在外壳11上的安装平面上，所述电动推杆121的底部的安装孔和安装支架122连接固定，并通过导线与外壳11内的控制器相连；所述电动推杆121的端部安装有支撑脚13；所述电动推杆121用于推动支撑脚，使得支撑脚13能够沿抵住管道内壁。

如图4所示，所述支撑脚13包括支撑脚支架131、摩擦支持垫132和弹性滚子133；所述支撑脚支架131包括底板和侧支架，所述侧支架竖直安装在底板的两侧；所述底板中间设有安装孔，所述支撑腿的推杆121穿过所述安装孔通过弹簧轴134与弹性滚子133相连，所述侧支架的端部设有摩擦支持垫132，在弹簧轴134未受力时，所述弹性滚子133高出所述摩擦支持垫132所在的平面。

由此可见，支撑装置通过电动推杆的作用使摩擦支持垫和管道内壁接触，继续施力的过程中压力足够大时弹簧轴被压缩，弹性滚子受压力不再伸出，摩擦支持垫和内壁接触继续受压力，直到机构足够稳定。当要移动到下一个工作位置时，通过电动推杆的作用，进行收起；此时，弹簧轴复位，摩擦支持垫回缩，只有弹性滚子接触至管道内壁，可以进行移动。移动的方式可以采用一端牵引的方式，在加工管道的另一端架设一个卷盘带动钢索来拉，需要事先调整卷扬机的高度来保证钢索的水平。

如图5所示，所述打磨进给装置2包括安装框架21，所述安装框架21通过回转驱动单元22与所述支撑装置1相连，所述回转驱动单元22用于驱动所述安装框架绕管道的轴线做周转，所述安装框架21的上安装有轴向运动单元23，所述轴向运动单元23用于驱动打磨执行装置在管道的轴线方向进行移动；所述轴向运动单元23上安装有径向运动单元24，所述径向运动单元24用于驱动打磨执行装置在管道的径向方向进行伸缩运动。

所述回转驱动单元22包括圆柱体箱体结构221，所述圆柱体箱体结构221安装在支撑装置上，所述圆柱体箱体结构221内设置有回转驱动伺服电机和行星减速器，所述回转驱动伺服电机的输出轴与行星减速器相连，所述行星减速器的输出轴穿出圆柱体箱体结构221通过电气滑环222与安装框架21相连。

所述轴向运动单元23包括移动平台231、轴向滑杠232、轴承座233和滚珠丝杠234，所述移动平台231通过线性轴承安装在轴向滑杠232上，所述轴向滑杠232安装在安装框架21上，所述安装框架21下设置有轴承座233，所述移动平台231下设置有丝杠螺母支座235，所述滚珠丝杠234一端与轴承座233相连，另一端穿过所述丝杠螺母支座235通过联轴器236与轴向进给伺服电机237相连。

所述径向运动单元24包括径向滑杠241、直线气缸242和安装平台243，所述径向滑杠241安装在轴向运动单元的移动平台231上，并与管道的轴线相互垂直，所述轴向运动单元的移动平台231上还设置有直线气缸242，所述直线气缸242的活塞杆与安装平台243相连，所述安装平台243上设有用于使径向滑杠穿过的孔。

打磨进给装置主要实现三个运动，轴线上的移动、绕轴线的周转和径向的伸缩运动。轴线上的进给通过滚珠丝杠的轴线运动实现；绕轴线的周转运动通过打磨进给装置一端的回转伺服电机和行星减速器组合来实现，径向进给由安装在移动平台上的伸缩气缸实现。

如图6所示，所述打磨执行装置3包括传感器模组31、防尘电机32和铣刀盘33；所述传感器模组31包括电涡流传感器和视觉传感器系统。所述防尘电机32安装在传感器模组31上方，所述防尘电机32的输出轴与铣刀盘33相连。所有的电气单元和传感器的供电和信号通过打磨进给装置两端的电气滑环联通到外部控制柜。打磨作业时通过外部的控制器控制打磨机器人上的所有的电气执行单元，从而实现对工件内壁焊缝的识别、跟踪、打磨与检查等作业。

本发明的使用方法如下：总体打磨的过程采用分段打磨，一次打磨一个丝杠进给长度的工位，首先，通过工装将机构放进管道内，通过两组三足支撑电杆的自调节对心。电动推杆伸长，当接触到内管壁时，弹性滚子由于受压力压缩，从而两侧的橡胶支撑垫块继续向前接触到管壁，当压力足够大的时候形成稳定的支撑。然后再通过前后两组支撑机构上的激光传感器测距，控制三个电动推杆的伸缩距离从而把打磨轴线和螺旋管的轴线对中。接着，通过丝杠的进给运动和翻转架的绕轴旋转运动来实现螺旋线的焊缝打磨轨迹，同时焊缝的根据机器视觉系统的自动识别来调整机构的运动。

打磨分段进行，在打磨完轴向进给的最大尺寸后，支撑脚的电杆回缩，在弹簧的作用下只有弹性滚子接触管道内壁，机构可以移动，通过在另一端的牵引器拖拽机构向前运动到下一段工位。并再次执行打磨作业，直到打磨完所有管道。