一种管体内表面喷印作业路径确定方法技术

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产品标记的位形检测及作业路径方法。一种管体内表面喷印作业路径确定方法，其特征是：在喷印区域内选择多个位置进行三点测量，首先选择两个位置进行测量，根据测量数据计算出该位置的圆截面的圆心位置坐标及半径，接着根据差补法确定两个位置间任一点圆心坐标及半径，再对该两个位置间的喷印作业作出规划；选择另一位置再进行三点测量，另一位置间的喷印作业规划与上述相同。本发明专利技术的喷印作业路径确定方法可以有效地消除管体及其辊道带来的累积误差，提高作业精度，确保设备安全。

【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产品标记的位形检测及作业路径方法。
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，需考虑避免喷印设备与管体的干涉碰撞；3.完备的管体尺寸及其位置检测功能；4.可消除相关误差的作业路径规划。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位置形状检测与作业路径确定方法有如下三种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。但它不具备管体位置形状检测功能，其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。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。喷印头前端设计了防撞装置。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。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。该产品技术无钢管端部位置检测功能，难于保证美国石油协会(API)标准在规定区域的喷印标记；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；对结构尺寸偏差较大的钢管或运输步进梁引起位置偏差，其硬件及其控制策略无法实现喷印标记作业，容错性差。上述的管体内表面喷印技术存在的局限性主要体现在以下几点1.管体端部位置检测不完善，API对起始喷印位置离管端的距离有明确规定且大管径钢管端部定位误差可达±50mm，无端部检测对起始喷印位置的确定影响很大。2.管体尺寸形状检测不完善。管体形位公差包括圆度、轴线的直线度、圆柱度。管体在辊道上存在水平面与垂直面两个方向的位置偏差。一般涂料喷枪的有效喷印范围在25mm～30mm之间，大管径圆度误差可达到±1.75％(对1000mm规格的钢管，其直径偏差为±17.5mm)，加上管体轴线直线度及辊道引起的累积误差，在这种情况下，仅采用上位机发送的管体尺寸或通过管体外径检测的方法很难准确反应管体位置与形状，无法确保喷印装置安全和喷印质量，可能导致喷印装置与内管壁碰撞，或引起喷印质量不良及喷印作业无法完成。3.作业路径确定难于最大限度地消除相关累积误差对作业和喷印质量的影响。现有喷印作业的路径确定一方面在管体位置形状检测存在不足，另一方面在路径确定上没有考虑相关误差对作业的影响，再加上管体管内喷印作业为空间三维作业，其装置的标定困难，所以未考虑相关误差的路径规划将影响喷印作业的正常进行。对大管径的输油管来说，其结构偏差与传送装置偏差过大时，按现有设定路径将无法完成作业。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该喷印作业路径确定方法可消除相关误差对喷印作业影响，防止喷印装置碰撞管体内壁，提高喷印质量。本专利技术是这样实现的，其特征是在喷印区域内选择多个位置进行三点测量，首先选择两个位置进行测量，根据测量数据计算出该位置的圆截面的圆心位置坐标及半径，接着根据差补法确定两个位置间任一点圆心坐标及半径，再对该两个位置间的喷印作业作出规划；选择另一位置再进行三点测量，另一位置间的喷印作业规划与上述相同；其具体步骤为(1)对起点位置B和在喷印区域内的任一位置C进行测量，其测量数据为B位置B1xB1yB1zB2xB2yB2zB3xB3yB3z;]]>C位置C1xC1yC1zC2xC2yC2zC3xC3yC3z]]>(2)计算出B、C测量位置圆截面的圆心位置坐标及其半径分别为Bcircle(Bx，By，Bz)，RBCcircle(Cx，Cy，Cz)，RC(3)作业过程中管体轴线由Bcircle、Ccircle两点决定，B、C测量位置之间圆截面的半径Ri有以下公式用差补算法确定Ri=RB+RB-RClli---(5)]]>其中l为B、C二测量位置轴线方向的距离，li为离B测量位置轴线方向的距离；(4)据此数据进行B至C位置喷印作业的路径规划；(5)在位置C外再增加其它位置进行三点测量，确定下一段的喷印作业路径规划，其步骤与(1)至(4)相同。一个较佳的实施例是在喷印区域的二端进行二组三点测量，确定喷印作业路径规划。上述的管体内表面喷印作业路径确定方法，所述在喷印头装置端部装有传感器以测量管体端部位置值，确定在管体内的喷印区起始点位置。本专利技术是通过在管体内部喷印区域进行多位置多点测量，确定钢管实际尺寸和位置，并确定喷印作业路径，执行管体内表面圆周方向与轴线方向多行字符喷印标记作业，消除相关误差对喷印作业影响，防止喷印装置碰撞管体，确保喷印质量。克服了现有管内喷印采用上位机发送的管体尺寸或通过对管体外部三点的测量来确定管体轴线位置及尺寸，容易与管体内壁碰撞的缺陷。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为管体位置形状检测示意图；图2为管体在辊道的位置偏差示意图(三视图)；图3为管体尺寸偏差及管体L长度上偏差示意图；图4为喷印作业路径对比示意图。图中1圆上限，2公称圆，3圆下限；4本专利技术的喷印作业轨迹，5第一测量位置，6第二测量位置，7修正后轴线，8现有的喷印作业轨迹，9上位机及单截面多测量点确定轴线。具体实施方式，包含有(1)确定管体端部位置；(2)管体内外径检测；(3)管体尺寸偏差与辊道偏差；(4)确定喷印作业路径。下面结合附图进行详细说明。(1)确定管体端部位置，参见图1。管体端部位置检测作用是为了确定起始喷印的准确位置，如API标准要求离管端Dp＝152.4mm(6英寸)开始喷印产品标记。管体轴线位置及尺寸的测量是为了确定钢管相对喷印装置的实际位置，用于确定喷印装置作业路径。本专利技术是在喷印头装置端部装有传感器以测量管体端部位置值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管体内表面喷印作业路径确定方法，其特征是：在喷印区域内选择多个位置进行三点测量，首先选择两个位置进行测量，根据测量数据计算出该位置的圆截面的圆心位置坐标及半径，接着根据差补法确定两个位置间任一点圆心坐标及半径，再对该两个位置间的喷印作业作出规划；选择另一位置再进行三点测量，另一位置间的喷印作业规划与上述相同；其具体步骤为：（１）对起点位置Ｂ和在喷印区域内的任一位置Ｃ进行测量，其测量数据为：＊＊＊（２）计算出Ｂ、Ｃ测量位置圆截面的圆心位置坐标 及其半径分别为：Ｂ↓［ｃｉｒｃｌｅ］（Ｂ↓［ｘ］，Ｂ↓［ｙ］，Ｂ↓［ｚ］），Ｒ↓［Ｂ］Ｃ↓［ｃｉｒｃｌｅ］（Ｃ↓［ｘ］，Ｃ↓［ｙ］，Ｃ↓［ｚ］），Ｒ↓［Ｃ］（３）作业过程中管体轴线由Ｂ↓［ｃｉｒｃｌｅ］、Ｃ↓［ｃｉｒ ｃｌｅ］两点决定，Ｂ、Ｃ测量位置之间圆截面的半径Ｒ↓［ｉ］有以下公式用差补算法确定：＊＊＊（５）其中ｌ为Ｂ、Ｃ二测量位置轴线方向的距离，ｌ↓［ｉ］为离Ｂ测量位置轴线方向的距离；（４）据此数据进行Ｂ至Ｃ位置喷印作业 的路径规划；（５）在位置Ｃ外再增加其它位置进行三点测量，确定下一段的喷印作业路径规划，其步骤与（１）至（４）相同。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑞珉，潘胜波，金成国，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]