一种管体内表面喷印装置的防碰撞方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及冶金喷印技术，尤其涉及一种管体内表面轴向或圆周方向喷印装置防碰撞方法。一种管体内表面喷印装置的防碰撞方法，其特征是：在与机器人末端法兰连接的喷印装置最大截面的圆周方向上布置数个传感器，在管壁压靠其中任意二个传感器或接受到任意二个传感器信号时，喷印装置端面轮廓与任意规格的管壁不干涉；在喷印装置前端部设置防撞传感器，前端面有一个圆盘挡板，用于保护来自轴线方向的碰撞干涉；在作业过程中，如果管体内壁与传感器碰撞时，喷印装置即停止作业。本发明专利技术的防碰撞方法可确保在作业过程中防止喷印装置碰撞管体内壁，提高设备安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金喷印技术，尤其涉及一种管体内表面轴向或圆周方向喷印装置的防碰撞方法。
技术介绍
冶金产品的在线喷印标记是冶金过程中物流管理的关键环节，它利用介质或外力在产品表面上标记钢种、规格等信息，用于用户与后道工序的识别。钢管产品或柱状产品的外表面喷印可分为产品移动、产品静止两种方式，其中产品移动方式的喷印标记一般通过固定在龙门支架的喷印头在产品移动中进行喷印作业；产品静止方式的喷印标记则多采用悬臂梁支架，喷印台车携带喷印头进行喷印作业。外表面喷印主要采用涂料或墨水，沿轴线方向在钢管表面进行喷印标记。大管径钢管的内表面喷印相对于管外表面喷印有其特殊性1.喷印方式多样，有管内圆周方向多行喷印或管体轴线方向喷印；2.安全性，因结构尺寸与三维空间作业的原因，需考虑避免喷印设备与管体的干涉碰撞；；3.完备的空间多维测量，由于喷印为空间作业，设备需具有稳定可靠的管体尺寸与位置检测功能；4.设备空间位置和检测标定功能；5.喷印效果的在线监视功能。现有的管内喷印标记技术一般可分成二类一类是以机器人为执行载体的管内喷印装置，依托机器人灵活、空间任务适应强等特点可完成管内轴向与圆周方向的标记任务；另一类为结合需求设计的专用设备，该类装置适应性差，针对性强，但无法适应喷印作业任务的变更或拓展。现有的管内喷印装置的防碰撞方法有如下四种1.美国专利US5119109，提出了一种安装在管内或其它曲面内的点阵涂料或墨水喷印头，该喷印头通过传动机构移动，在沿着轴线移动过程中喷印字符点阵。喷印机构与钢管的外表面接触测距导引从当前位置喷印到下一个字符。传动机构在作业过程中携带喷印头完成喷印作业，可通过钢管回转进行多行喷印。它通过手动调节装置来适应钢管规格的变化，无管内圆周方向的喷印与管外喷印的功能。该装置的端部装有机械式行程开关，用于避免装置伸入管内部时喷印装置与管端部撞击。2.美国专利US4682182，利用机器人执行机构，携带喷头进行钢管管内圆周方向的喷印作业。该专利针对固定管内径(或从上位机获取规格尺寸)设定机器人末端路径，通过光电传感器确定喷印起始位置，进行管内圆周方向单行字的喷印作业。该专利无管体位置和结构尺寸的检测装置，且未充分利用机器人特点，进行喷印作业及其路径规划，导致其装置局限性较大，灵活性与适应性差。该专利喷印头前端设计了包括挡板和传感器的防撞装置，以避免装置伸入管内部时与钢管端部的碰撞。但该装置没有考虑在管体内部进行空间作业时如何避免喷印装置与管体内表面碰撞干涉。3.奥地利NUMTek Interstahl公司管内喷印产品，是以标准的工业机器人为执行载体，具备管外直径检测与头部防撞检测，可执行管内圆周方向多行喷印与管外轴线方向喷印的功能。该装置通过喷印头上安装的驱动电机将喷头在水平面上旋转90°以实现圆周方向与轴线方向的喷印。该设备端部防撞检测无法检测在圆周方向上与管体内表面的防撞；其钢管外径检测器件安装在靠近机器人末端执行器一端，其检测无法消除管内喷印区段误差，易导致喷印部件与管壁干涉。4.管外喷印设备，防撞方式有1.采用微动开关进行防撞保护；2.在喷头上安装压靠轮，在作业过程中压靠轮与管体外部接触，并起导向作用。该方式对管体内部喷印作业的防撞不适用。上述的管体内表面喷印的防撞技术存在的局限性主要体现在以下二点1.在管体内喷印作业中，有二种误差对作业影响很大，一种是管径圆度误差，它可达±1.75％(对1000mm规格的钢管，其直径偏差为±17.5mm)；第二种是管体在辊道上存在水平面与垂直面两个方向的位置偏差。这二种误差在L长的管体上将产生累积误差。一般涂料喷枪的有效喷印范围在25mm～30mm之间，如果累积误差超出或接近喷枪的有效喷印射程，将无法保证喷印质量或喷枪撞上管内壁。管体位置及其尺寸检测不准确也将放大该累积误差，在这种情况下难于确保喷印装置安全，喷印装置可能与内管壁碰撞，喷印效果差或喷印作业无法完成。2.防撞措施欠缺，由于执行管内的作业，而且机器人携带喷印装置执行的是空间作业(6个自由度，三个位置与三个姿态)，仅通过端部轴向的防撞措施无法避免与管壁其它方向干涉，难于确保设备的安全。奥地利NUMTek_Interstahl公司管内喷印设备是通过与管体碰撞后，机器人的过流过载来停止作业。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该喷印装置的防碰撞方法可确保在作业过程中防止喷印装置碰撞管体内壁，提高设备安全性。本专利技术是这样实现的，其特征是在与机器人末端法兰连接的喷印装置最大截面的圆周方向上布置数个传感器，在管壁压靠其中任意二个传感器或接受到任意二个传感器信号时，喷印装置端面轮廓与任意规格的管壁不干涉；在喷印装置前端部设置防撞传感器，前端面有一个圆盘挡板，用于保护来自轴线方向的碰撞干涉；在作业过程中，如果管体内壁与传感器碰撞时，喷印装置即停止作业。所述在已知管体极限规格的最大、最小内径和喷印头最大截面条件下，喷印头最大截面必须小于最小规格管体的内径，传感器选择为五个，且位于同一圆周上均布。所述喷印头截面极限范围的确定按下列步骤(1)设小管内壁半径为Rmin，大管内壁半径为Rmax，第一传感器压轮压靠时相邻传感器压轮与小管内壁距离为D1，任意两相邻传感器压轮与大管内壁压靠时喷印头与大管内壁的最小距离为D2，传感器压轮半径为r，第一传感器压轮、第二传感器压轮轮廓圆分别为C2、C3；以小管中心为圆心作半径为(Rmin-r-D1)的辅助圆C1，根据五边形内角和为540°，正五边形顶角是108°，过第一传感器压轮中心A作直线L1，与竖直方向成54°，与辅助圆C1交于一点B，确定第二个传感器压轮的中心B，此时第二传感器压轮与小管内径距离为D1；(2)作线段AB的垂直平分线，交竖直方向中心线于C，C即是五个传感器对称中心；(3)以C为中心，确定其余三个传感器压轮位置；(4)作半径为Rmax的圆弧C4，分别与第一压轮、第二压轮相切，表示第一压轮、第二压轮与大管内壁接触时的情况；为保证此时喷印头不与大管内壁碰撞，应有一安全距离D2，以圆弧C4中心为中心，作半径为(Rmax-D2)的圆弧C5；(5)根据上述步骤(1)至步骤(4)，依次作出其它各段圆弧C5，五段圆弧C5围成的区域为喷印头截面的极限范围。所述在轴向上的喷印装置前端面的圆盘挡板直径Dtop确定步骤为(1)用大管内壁直径Dmax依次与第一压轮、第二压轮、第三压轮、第四压轮中相邻二个传感器相切；(2)用以上形成的三段Dmax圆弧，作内切圆，该内切圆直径为D；(3)圆盘挡板最大直径Dtop不大于D。本专利技术是通过喷印装置圆周方向与端部的传感器合理布置，避免喷印装置与管体内部碰撞，这些传感器既可防撞报警又可用于位置形状检测，其功能复用。克服了现有管体内表面喷印装置仅仅采用端部防撞检测，其它方向的保护则是通过碰撞冲击引起机器人过载过流而停止作业，从而引起喷印装置与机器人本体的损坏与作业精度丧失的缺陷。本专利技术的防碰撞方法可确保在作业过程中防止喷印装置碰撞管体内壁，提高设备安全性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1为喷印头在圆周方向排布三个传感器示意图；图2为喷印头在圆周方向排布四个传感器示意图；图3为喷印头在圆周方向排布五个传感器示意图；图4为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管体内表面喷印装置的防碰撞方法，其特征是：在与机器人末端法兰连接的喷印装置最大截面的圆周方向上布置数个传感器，在管壁压靠其中任意二个传感器或接受到任意二个传感器信号时，喷印装置端面轮廓与任意规格的管壁不干涉；在喷印装置前端部设置防撞传感器，前端面有一个圆盘挡板，用于保护来自轴线方向的碰撞干涉；在作业过程中，如果管体内壁与传感器碰撞时，喷印装置即停止作业。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑞珉，金成国，潘胜波，吕常青，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]