一种管道全位置作业机及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械自动化领域，具体涉及到一种用于管道连接/分离的机械设备。
【背景技术】
[0002]国外已商业化的管道焊接/切割自动化装置，造价昂贵，体型较大，只能在规则型面上作业。国内管道的施工环境复杂，管道形状不规则(截面圆度较差)，因此进口设备的轨道会存在与管道不同轴的情况。而轨道与管道不同轴会引起执行机构运动位置错误，造成机器无法正常使用。因此，目前仍以人工作业为主。而人工作业又存在高级技术工人短缺，效率低下的问题，阻碍了国内工业的升级与发展，并且全人工作业经常出现标准不一、焊缝质量不均、前段人工切割与后段机器焊接不匹配的问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种用于管道全位置作业机及其控制方法，该作业机具备自动进行管道切割和焊接功能，克服了对于不规则管道人工作业的缺陷，并可以实时检测，自动调整。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种全管道作业机包括导轨2、运动单元、执行终端10、驱动单元12和控制单元13 ;运动单元沿导轨2周向运动；运动单元一端与执行终端10相连；控制单元13的输出端与驱动单元12的输入端相连；驱动单元12的输出端分别与运动单元的驱动电机相连驱动单元12接收控制单元13发出的脉冲信号并驱动运动单元的驱动电机执行相应动作；所述运动单元包括周向运动机构3、轴向运动机构4、径向运动机构5和摆动机构6，上述四个机构通过电机驱动，能各自独立运动；执行终端10上安装有扫描机构7。。
[0006]进一步的，所述导轨2为两个半圆形构件通过支撑件9连接而成的圆周轨道，导轨2侧面具有环形侧边槽；在导轨2上半圆周安装的支撑件9为刚性支撑件，导轨2的下半圆周安装的支撑件9为弹性支撑件。
[0007]进一步的，径向运动机构5和摆动机构6安装在轴向运动机构4上，轴向运动机构4安装在周向运动机构3上。
[0008]进一步的，周向运动机构3底部正下方安装有驱动轮15，驱动轮15在导轨2上滚动。周向运动机构3底部一侧安装有滚动件16，该滚动件16安装在导轨2的侧边槽内，且可沿侧边槽滚动。
[0009]进一步的，执行机构10既可以是用于连接的焊接装置，也可以是用于分离的切割
目.ο
[0010]一种使用全管道作业机焊接的控制方法，包括如下步骤:
[0011]步骤1、准备焊接:输入待焊接管道的管径和管壁厚，控制单元13判断填充焊圈数及是否进行步骤4至6 ;
[0012]步骤2、周向运动机构3带动扫描机构7完成管道整圈焊缝定位与扫描；
[0013]步骤3、启动定位焊:启动执行终端焊枪后，周向运动机构3与轴向运动机构4同步运动；
[0014]步骤4、启动打底焊:启动焊枪后，周向运动机构3与轴向运动机构4同步运动，根据焊接特定位置，控制单元13控制周向运动机构3和轴向运动机构4的速度，摆动机构6和径向运动机构5同步调整执行终端10的角度与高度；
[0015]步骤5、启动填充焊第一圈:启动焊枪后，周向运动机构3与轴向运动机构4同步运动，根据焊接特定位置，控制单元13控制周向运动机构3和轴向运动机构4的速度，摆动机构6和径向运动机构5同步调整执行终端10的角度与高度；
[0016]步骤6、判断填充焊圈数是否完成，若完成，则执行步骤7，否则，重复步骤5 ;
[0017]步骤7、启动盖面焊:启动焊枪后，周向运动机构3与轴向运动机构4同步运动，根据焊接特定位置，控制单元13控制周向运动机构3和轴向运动机构4的速度，摆动机构6和径向运动机构5同步调整执行终端10的角度与高度；
[0018]步骤8、焊接结束。
[0019]进一步的，所述特定位置通过将整条焊缝均分为N个点，每个点对应着一个摆动机构6调整角度和径向运动机构5的调整高度，周向运动机构3和轴向运动机构4的运动速度，且点与点之间的参数连续变化。
[0020]一种使用全管道作业机切割的控制方法，包括如下步骤:
[0021]步骤1、整机复位:依次完成径向运动机构5复位、摆动机构6复位、轴向运动机构4复位和周向运动机构3复位；
[0022]步骤2、启动气割:首先摆动机构6调整执行终端10角度，然后径向运动机构5调整执行终端10高度。启动切割装置后，周向运动机构3与轴向运动机构4同步运动。
[0023]步骤3、判断周向运动机构是否完成指定步数，若完成，则执行步骤4，否则，重复步骤2 ；
[0024]步骤4、停止气割；
[0025]步骤5、整机复位:依次完成径向运动机构5复位、摆动机构6复位、轴向运动机构4复位和周向运动机构3复位；
[0026]步骤6、切割结束。
[0027]本发明有益效果:
[0028]1.解决了全人工作业标准不一、焊缝质量不均的问题。
[0029]2.解决了前段人工切割与后段机器焊接不匹配的问题，实现工序上的严密配合。
[0030]3.解决了现有设备体积大，操作不便，无法用于狭小作业空间的问题。质量轻、体积小，适应多种施工场合，方便操作。
[0031]4.通过扫描机构实施作业管道检测，解决了不规则形状管道焊缝处局部不规则，坡口质量较差而造成焊接缺陷的问题，实现了作业机对焊缝位置及坡口缺陷的实时检测，进而自动调整焊接动作的功能。
[0032]5.通过在导轨中设置刚性支撑件和弹性支撑件，既保证了导轨和作业管道的相对位置不变，又适应作业机在适度不规则形状管道上的安装和使用。
【附图说明】
[0033]图1管道全位置作业机结构示意图；
[0034]图2管道全位置作业机局部结构放大图；
[0035]图3管道全位置作业机运动机构在作业管道不同位置关系图；
[0036]图4管道全位置作业机焊接控制流程图；
[0037]图5管道全位置作业机切割控制流程图；
[0038]图中:1-管道；2-导轨；3_周向运动机构；4_轴向运动机构；5_径向运动机构；6-摆动机构；7_扫描机构；8_夹持机构；9_支撑件；10-执行终端；11-提手；12_驱动单兀；13-控制单元；14_电源；15_驱动轮；16_滚动件。
【具体实施方式】
[0039]下面结合实例，具体介绍本发明的技术方案:
[0040]如图1所示，一种管道全位置作业机包括导轨2、运动单元、执行终端10、驱动单元12和控制单元13。运动单元包括周向运动机构3、轴向运动机构4、径向运动机构5、和摆动机构6。控制单元13的输出端与驱动单元12的输入端相连，并发出脉冲信号。驱动单元12的输出端分别与运动单元的驱动电机相连，驱动单元12接收控制单元13发出的脉冲信号并驱动运动单元的驱动电机执行相应动作。
[0041]导轨2为两个半圆形构件通过支撑件9连接而成一完整轨道，导轨2侧面具有环形侧边槽；导轨2通过支撑件9的下表面与管道I固定。在导轨2的上半圆周部分安装的支撑件9为刚性支撑件，导轨2的下半圆周部分安装的支撑件9为弹性支撑件。
[0042]径向运动机构5和摆动机构6安装在轴向运动机构4上，轴向运动机构4安装在周向运动机构3上。周向运动机构3底部正下方安装有驱动轮15，驱动轮15在导轨2上滚动。周向运动机构3底部一侧安装有滚动件16，该滚动件16安装在导轨2的侧边槽内，且可沿侧边槽滚动，实现周向运动机构3在导轨2上的支撑，如图2所示。
[0043]径向运动机构5上安装有夹持机构8，用于夹持执行机构10，使得执行机构10安装于径向运动机构5上；周向运动机构3、轴向运动机构4 ;径向运动机构5 ;摆动机构6分别通过电机驱动，能各自独立运动。上述四个机构通过不同的电机运动方式实现执行机构10在导轨2的不同位置处于不同姿势，从而实现执行机构10对管道I的作业，如图3 (a)-3(d)所示。执行机构10既可以是用于连接的焊接装置，也可以是用于分离的切割装置。扫描机构7位于执行机构10的同侧任意位置，通过驱动搭载在扫描机构7上的传感器，得到作业管道中焊缝的宽度值和焊缝相对于作业机的位置参数，为作业机控制单元13的作业控制提供数据，当作业管道形状不规则时，控制单元13根据扫描数据对作业机的运动单元的运动进行自动调节，以解决不规则形状作业管道焊接时焊缝处局部不规则，坡口质量较差而造成焊接缺陷的问题。
[0044]。周向运动机构3的两侧还安装有提手11，以便于在安装及拆卸时，操作人员抓取。
[0045]管道全位置作业机进行焊接作业的控制方法如下:
[0046]步骤1、准备焊接，输入待焊接管道的管径和管壁厚，控制单元13判断填充焊圈数，及是否进行步骤7至13 ;当壁厚大于设定值