一种智能激光切管机及其定位方法技术

本发明专利技术涉及一种智能激光切管机以及其定位方法。包括定位环、切割环、控制模块以及输入模块；在定位环一侧的端面上，沿圆周方向均布固定有三个伸缩夹持气缸，在定位环的另一侧的端面上，沿圆周方向均布有三个伸缩平移气缸，通过三个伸缩平移气缸的移动，可调节切割环与管道的角度，在转动切割环时，以刀具所形成的实际切割面的原点为转动原点调节角度，角度调节时，控制其中两个平移气缸伸出率一致，且不同于第三个伸缩平移气缸，完成切割平面的角度进行调节，同时，通过激光测距传感器以及位置关系模型实现了对不同管径的管道角度调节范围的提前预报，避免调节角度超过限制损坏切割机和管道。机和管道。机和管道。

【技术实现步骤摘要】
一种智能激光切管机及其定位方法


[0001]本专利技术涉及一种管道切割设备，尤其涉及一种智能激光切管机及其定位方法。

技术介绍

[0002]现有切管机大多是采用锯片方式由上至下对管体进行多角度切除，但针对大直径大壁厚的大型管道，无法放置于传统的切管机进行切除。现有技术中，采用环切的方式，将可绕管道旋转的框架式切管设备固定于管道上，通过刀架绕管道的旋转以及刀具沿管道径向的逐渐进给，最终将管道环切。
[0003]对于通常的垂直管道坡口，在切管机垂直定位后即可进行切割，但是对于坡口角度方位有特定要求的(如坡口呈一定角度且方向相对于管体上已开设的孔、槽等具有特殊位置)坡口角度切割，则需要对环切式切管机的切割环相对于管道的角度进行定位，此外，还需要考虑实际切割轨迹与切割环定位平面的偏离，才能实现对位置固定的角度坡口的精确定位切割。因此，为了提高呈角度切割时切割面的定位精度，需设计相应的切割面智能激光定位方法。
[0004]另一方面，在切割环角度定位过程中，需要自动智能提示操作人员角度的调节范围，避免调节角度超过限制损坏切割机和管道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种智能激光切管机及其定位方法，以提高切管机角度调节的精度，简化刀具环切轨迹修正的复杂程度。
[0006]本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0007]一种智能激光切管机，包括：
[0008]定位环、切割环、控制模块以及输入模块；
[0009]在定位环一侧的端面上，沿圆周方向均布固定有三个伸缩夹持气缸，三个伸缩夹持气缸具有缸体部以及伸缩杆部，其中缸体部沿定位环的径向方向铰接固定安装于定位环的端面上；在伸缩夹持气缸的伸缩杆部的自由端，设置有夹板；三个均布的伸缩夹持气缸通过伸缩杆部的移动，最终使夹板与管道的外周接触压紧，通过三个夹板，将管定位环固定在不同外径尺寸的管道的外周上；
[0010]在定位环的另一侧的端面上，沿圆周方向均布有三个伸缩平移气缸，三个伸缩平移气缸具有缸体部以及伸缩杆部，其中伸缩平移气缸的缸体部沿定位环端面的垂直方向铰接安装于定位环的端面上；在三个伸缩平移气缸的伸缩杆部的自由端，设置有球头连接结构；切割环通过该三个球头连接结构与伸缩平移气缸连接，从而将定位环与切割环连接；通过三个伸缩平移气缸的移动，可调节切割环与管道的角度，实现不同坡口角度的切割；
[0011]在转动切割环时，以刀具所形成的实际切割面的原点为转动原点调节角度；角度调节时，控制其中两个平移气缸伸出率一致，且不同于第三个伸缩平移气缸，完成切割平面的角度进行调节。
[0012]一种智能激光切管机的定位方法，其采用如前所述的数控激光切管机，其特征是：角度调节步骤如下：
[0013]第一步：控制三个伸缩夹持气缸具有同样的伸出率；
[0014]第二步：控制三个水平伸缩气缸具有同样的伸出率；
[0015]第三步：通过激光测距传感器测量管径R；
[0016]第四步：根据管径以及位置关系模型自动生成角度调节范围，输出显示控制设备，用于提醒操作人员；
[0017]第五部：操作人员通过显示控制设备输入待切割角度，切管机控制模块根据角度调节模型，输出三个伸缩平移气缸的伸出量，进而得到实际切割面的切割角度。
[0018]所述角度调节步骤中第二步控制三个水平伸缩气缸具有同样的伸出率是控制三个水平伸缩气缸的伸出率为最大伸出量与最小伸出量的中间值。
[0019]位置关系模型为：
[0020]β＝φ
‑
α＝φ
‑
arcsin(R/L)；
[0021]其中，β为切割角度最大值；
[0022]R为通过激光测距传感器测量管径；
[0023]L为实际切割面原点到切割环内圈靠定位环侧边缘的距和切割环中轴线的夹角；
[0024]基于该位置关系模型，得到切管机对于管径为R管道其切割角度范围为0
°
～β。
[0025]所述角度调节模型为：
[0026]当操作人员输入转角β是，其中一个伸缩平移气缸的移动量：
[0027][0028]其中：L1为其中一个伸缩平移气缸的移动量；
[0029]b＝实际切割面原点O
’
至最顶部的伸缩平移气缸伸缩杆自由端M之间的距离；
[0030]c＝实际切割面原点O
’
至最顶部的伸缩平移气缸缸体部与定位环铰接点F之间的距离；
[0031]d＝伸缩平移气缸最大伸出量与最小伸出量之间的差值，也就是定位切割环为垂直平面时伸缩平移气缸伸缩杆自由端与缸体铰接点之间的距离；
[0032]ω＝定位切割环为垂直平面时，缸伸缩杆自由端与实际切割面原点之间连线与缸体铰接点与实际切割面原点之间连线的夹角；
[0033]同理，可以得到另外两个同步伸缩的伸缩平移气缸的移动量，并且该移动方向与第一个伸缩平移气缸的移动方向相反，该模型中的长度和角度均为在以其中一个伸缩平移气缸位于最顶部的纵向平面视图中的二维长度和角度进行计算。
[0034]本专利技术的有益效果是:
[0035]1、在转动切割环时，以刀具所形成的实际切割面的原点为转动原点调节角度，提高了切管机角度调节的精度，简化了刀具环切轨迹修正的复杂程度；
[0036]2、角度调节时，控制其中两个平移气缸伸出率一致，且不同于第三个伸缩平移气缸，完成切割平面的角度进行调节，简化了角度调节的控制方式，仅需要计算出两个移动量就可完成对平面的角度定位；
[0037]3、仅通过激光测距传感器测量传感器与管道外壁之间的距离，即智能化的生成了
在该管径下的角度调节范围，减少了操作人员反复标定的过程，提高了切管机的使用效率与安全性；
[0038]4、通过位置关系模型以及角度调节模型均将三维的平面角度定位转化为二维的平面计算模型，简化了角度定位的过程，提高了定位精度，通过对切管机初始结构参数的计算即可得到确定角度下伸缩气缸的移动量，不需要额外的测量和定位装置，减小了系统误差的干扰，使得额外的角度传感器可以作为辅助的定位手段对模型进行双重修正，保证定位的准确度。
附图说明
[0039]图1a是本专利技术切管机结构示意图；
[0040]图1b是图1a中的A
‑
A剖视图；
[0041]图1c是图1a中的B
‑
B剖视图；
[0042]图1d是图1a中的C
‑
C剖视图；
[0043]图2a是切割环垂直位置的定位示意图；
[0044]图2b是以切割环中心为原定进行角度转动定位的示意图；
[0045]图2c是以实际切割面中心为原定进行角度转动定位的示意图；
[0046]图3是位置关系模型示意图；
[0047]图4是角度调节模型示意图。
具体实施方式
[0048]下面结合附图及较佳实施例详细说明本专利技术的具体实施方式。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能激光切管机，包括：定位环、切割环、控制模块以及输入模块；在定位环一侧的端面上，沿圆周方向均布固定有三个伸缩夹持气缸，三个伸缩夹持气缸具有缸体部以及伸缩杆部，其中缸体部沿定位环的径向方向铰接固定安装于定位环的端面上；在伸缩夹持气缸的伸缩杆部的自由端，设置有夹板；三个均布的伸缩夹持气缸通过伸缩杆部的移动，最终使夹板与管道的外周接触压紧，通过三个夹板，将管定位环1固定在不同外径尺寸的管道P的外周上；在定位环的另一侧的端面上，沿圆周方向均布有三个伸缩平移气缸，三个伸缩平移气缸具有缸体部以及伸缩杆部，其中伸缩平移气缸的缸体部沿定位环端面的垂直方向铰接安装于定位环的端面上；在三个伸缩平移气缸的伸缩杆部的自由端，设置有球头连接结构；切割环通过该三个球头连接结构与伸缩平移气缸连接，从而将定位环与切割环连接；通过三个伸缩平移气缸的移动，可调节切割环与管道的角度，实现不同坡口角度的切割；在转动切割环时，以刀具所形成的实际切割面的原点为转动原点调节角度；角度调节时，控制其中两个平移气缸伸出率一致，且不同于第三个伸缩平移气缸，完成切割平面的角度进行调节。2.一种智能激光切管机的定位方法，其采用如权利要求1所述的数控激光切管机，其特征是：角度调节步骤如下：第一步：控制三个伸缩夹持气缸具有同样的伸出率；第二步：控制三个水平伸缩气缸具有同样的伸出率；第三步：通过激光测距传感器测量管径R；第四步：根据管径以及位置关系模型自动生成角度调节范围，输出显示控制设备，用于提醒操作人员；第五部：操作人员通过显示控制设备输入待切割角度，切管机控制模块根据角度调节模型，输出三个伸缩平移气缸的伸出量，进而得到实际切割面的切割角度。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：于银，冯治，
申请(专利权)人：济南鼎点数控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：