УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РАЗМЕТКИ ЗАГОТОВОК ОТВОДОВ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Полезная модель относится к приспособлениям, используемым в трубопроводном производстве, в частности для изготовления отводов труб, и может быть использована для разметки заготовок отводов труб большого диаметра перед резкой.
Известно приспособление для разметки труб большого диаметра (Патент SU на изобретение №1444102, МПК B23D 33/12, опубл. 1988.15.12). Приспособление включает разметочный элемент, каркас с центрирующими и установочными опорами, три блока, расположенные в одной плоскости и образующие треугольник, охватывающую их нить для формирования плоскости разметки и разметочный элемент, выполненный в виде трости и шнура, покрытого красящим веществом.
Недостатком этого устройства является низкая производительность технологического процесса разметки. Это объясняется присутствием в технологическом процессе разметки большого объема ручного труда при использовании крупногабаритного ручного мерительного инструмента. Кроме того, устройство обладает низкой точностью разметки, так как разметочный элемент выполнен в виде шнура, что приводит к нанесению линии разметки равной толщине шнура и ореолу рассеивания красящего элемента при касании разметочного элемента с размечаемым объектом.
Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности существующих признаков и выбранным в качестве прототипа является устройство для измерения и разметки заготовок труб большого диаметра (Патент RU на полезную модель №205701, МПК-2019 B23D 33/12, опубл. 2021.29.07). Устройство включает параллельные штанги со сменными контактными элементами, робот-манипулятор с системой управления роботом, установленный на каркасе, разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, лазерным дальномером и выжигающим лазером, установленным с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателя лазерного дальномера.
Недостатком прототипа является низкая точность разметки. Это объясняется тем, что из-за больших габаритов и массы размечаемых заготовок отводов труб большого диаметра возникает сложность контроля касания сменных контактных элементов с заготовкой отвода трубы большого диаметра. Осуществление измерения и разметки при отсутствующем контакте заготовки отвода трубы большого диаметра с хотя бы одним из контактных элементов приводит к некорректному вычислению высоты сегмента Н и длины L основания измеренного сегмента, так как возникает ошибка Δ, равная расстоянию от сменного контактного элемента до поверхности заготовки отвода трубы большого диаметра, а следовательно, и некорректному вычислению радиуса R окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки отвода трубы большого диаметра.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: параллельные штанги со сменными контактными элементами, закрепленные в нижней части каркаса, робот-манипулятор с системой управления роботом, установленный на каркасе, разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, лазерным дальномером и выжигающим лазером, установленным с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателя лазерного дальномера.
Задачей, на решение которой направлено устройство, является повышение точности процесса разметки за счет обеспечения достоверности измерений путем контроля касания сменных контактных элементов с поверхностью заготовки отвода трубы большого диаметра. Это обеспечивается их электрической связью с индикаторными лампами.
Устройство для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра  содержит параллельные штанги со сменными контактными элементами и установленный на каркасе робот-манипулятор с системой его управления. Разъемный корпус с размещенными в нем, связанными между собой посредством обратных связей, микропроцессорной платой, лазерным дальномером и выжигающим лазером, при этом разъемный корпус установлен с обеспечением расположения оси излучателя выжигающего лазера перпендикулярно оси излучателя лазерного дальномера. Параллельные штанги закреплены в нижней части каркаса. В предложенном решении сменные контактные элементы выполнены из токопроводящего материала, изолированы от параллельных штанг и каждый из них электрически связан с соответствующей индикаторной лампой.
Исполнение сменных контактных элементов из токопроводящего материала и их изоляция от параллельных штанг позволяет использовать их в качестве элемента электрической цепи. Электрическая связь каждого сменного контактного элемента с соответствующей индикаторной лампой позволяет обеспечить индикацию касания сменного контактного элемента с поверхностью заготовки отвода трубы большого диаметра за счет замыкания электрической цепи.
Совокупность указанных выше технических результатов, обеспечиваемых отличительными признаками технического решения, позволяет решить задачу - повышение точности процесса разметки.
Сущность устройства иллюстрируется графическим материалом.
На фиг. 1 показано устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра; на фиг. 2 показано продольное сечение разъемного корпуса; на фиг. 3 показана блок-схема управления устройством; на фиг. 4 - схема к вычислению радиуса окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки отвода трубы; на фиг. 5 показана электрическая схема подключения индикаторных ламп.
Устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра состоит из робота-манипулятора 1 с системой управления роботом (СУР), например KUKA KR8 R1620, установленного с возможностью вращения на каркасе 2. На фланце робота-манипулятора 1 установлен разъемный корпус 3, в котором размещены микропроцессорная плата 4 и связанные обратными связями с ней, лазерный дальномер 5, например TOF10120, и выжигающий лазер 6, выполняющий роль разметочного элемента. Микропроцессорная плата 4 также соединена обратной связью с СУР (фиг. 3). Разъемный корпус 3 необходим для защиты электронных компонентов устройств, размещенных в нем, от воздействия производственной среды.
Лазерный дальномер 5 установлен в разъемном корпусе 3 относительно выжигающего лазера 6 таким образом, что ось излучателя 7 выжигающего лазера 6 перпендикулярна оси излучателя 8 лазерного дальномера 5. Такая установка обеспечит при работе устройства его упрощенную наладку перед началом работ.
В нижней части каркаса 2 закреплена центрирующая опора 9, состоящая из жестко связанных параллельных штанг 10, на концах которых изолированно от параллельных штанг 10 установлены токопроводящие сменные контактные элементы 11. Сменные контактные элементы 11 необходимы для обеспечения контакта устройства с заготовкой 12 отвода трубы и подвергаются периодической замене по мере их износа.
Сменные контактные элементы 11 выполнены из токопроводящего материала, что обеспечивает возможность их использования в качестве элемента электрической цепи, а их изоляция от параллельных штанг 10 предотвращает непреднамеренное замыкание электрической цепи. Каждый сменный контактный элемент 11 электрически связан с соответствующей индикаторной лампой 13, расположенной в зоне видимости оператора обслуживающего устройство.
Устройство монтируется и работает следующим образом. Далее приводится последовательность выполнения технологического процесса измерения и разметки с помощью устройства для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра.
(x,y,z)
Заготовка 12 отвода трубы большого диаметра размещается на технологическом плазе (на фигуре не показан), на котором установлено устройство для измерения и разметки заготовок отводов труб большого диаметра таким образом, чтобы войти в касание своей внутренней радиусной поверхностью с токопроводящими сменными контактными элементами 11, изолированными от параллельных штанг 10 центрирующей опоры 9. Сменные контактные элементы 11 электрически связаны с соответствующими индикаторными лампами 13 постоянного тока, на которые подается плюс (+) тока от источника питания (на фигуре не показан), а заготовка 12 отвода трубы большого диаметра соединена с минусом (-) источника питания. Контроль касания осуществляется путем контроля зажигания индикаторных ламп 13, когда соединяется электрическая цепь от минуса (-) источника питания через заготовку отвода 12, сменные контактные элементы 11, до индикаторных ламп 13. Касание сменных контактных элементов 11 с заготовкой отвода 12 включает индикаторные лампы 13 и дает понимание оператору о том, что можно начать процесс измерения и разметки, получая при этом достоверные измеряемые параметры сегмента по внутреннему изгибу заготовки 12 отвода трубы, которые используются для вычисления координаты центра O (фиг. 4) окружности внутреннего изгиба заготовки 12 отвода трубы. Сменные контактные элементы 11 обеспечивают, совместно с параллельными штангами 10, центрирование заготовки 12 отвода трубы относительно систем координат робота-манипулятора 1, установленного на каркасе 2. Когда обе индикаторные лампы 13 включены, оператор вводит в микропроцессорную плату 4 данные о заданном угле разметки заготовки 12 отвода трубы, длине шага t измерения и запускает цикл технологической операции разметки. Микропроцессорная плата 4, за счет обратной связи, дает команду СУР перемещать разъемный корпус 3, с лазерным дальномером 5 от одной из параллельных штанг 10 к другой с заданной длиной шага t. Робот-манипулятор 1 за счет обладания шестью степенями свободы и программного управления обеспечивает перемещение разъемного корпуса 3 таким образом, чтобы ось излучателя 8 лазерного дальномера 5 была параллельна штангам 10. При этом микропроцессорная плата 4 фиксирует в своей памяти данные измеренного расстояния на каждой итерации шага, одновременно с этим микропроцессорная плата 4 за счет обратной связи с СУР получает данные о координатах положения лазерного дальномера 5 на каждом шаге измерения. Таким образом в память микропроцессорной платы 4 вносятся данные о длине L основания измеренного сегмента, равного произведению количества шагов на их длину t, а также высота Н сегмента, равная модулю разницы минимального значения измеренного расстояния от излучателя лазерного дальномера 5 и максимального. Кроме того, фиксируются данные о координатах положения лазерного дальномера 5 на каждом заданном шаге измерения.
(x,y,z)
Далее в микропроцессорной плате 4 производится вычисление радиуса R окружности сегмента по внутреннему изгибу заготовки 12 отвода трубы по общеизвестной формуле  (мм), где L - длина основания измеренного сегмента; Н - высота сегмента. На основе рассчитанного значения радиуса R окружности по внутреннему изгибу заготовки 12 отвода трубы, а также с учетом установки лазерного дальномера 5 и выжигающего лазера 6 относительно друг друга в разъемном корпусе 3, обеспечивающей перпендикулярность оси излучателя 7 выжигающего лазера 6 и оси излучателя 8 лазерного дальномера 5, микропроцессорная плата 4 вычисляет координату центра O (фиг. 4) окружности внутреннего изгиба заготовки 12 отвода трубы.
(x,y,z)
За счет обратной связи микропроцессорная плата 4 передает сигнал СУР установить ось излучателя 7 выжигающего лазера 6 в координату O на высоту (d+50) мм, где d - диаметр заготовки 12 отвода трубы, для исключения возможности столкновения разъемного корпуса 3, закрепленного на фланце робота-манипулятора 1 с заготовкой 12 отвода трубы при осуществлении процесса разметки.
1(x,y,z)
2(x,y,z)
(x,y,z)
В зависимости от необходимого угла разметки заготовки 12 отвода задаваемого оператором, микропроцессорная плата 4 вычисляет координаты точек концов лучей разметки К и К, выходящих из точки O (фиг. 4) и образующих заданный угол разметки, вдоль которых необходимо переместить включенный выжигающий лазер 6 для осуществления разметки заготовки 12 отвода трубы.
1(x,y,z)
(x,y,z)
2(x,y,z)
Далее микропроцессорная плата 4 за счет прямой связи включает выжигающий лазер 6 и передает посредством обратных связей СУР команду переместить выжигающий лазер 6 в точку К, затем вернуть его в точку O, после чего переместить в точку К. Таким образом наносится разметка на наружную поверхность заготовки 12 отвода трубы.
С учетом возможности износа ведется контроль состояния сменных контактных элементов 11 и при необходимости производится их замена.
По окончании цикла разметки микропроцессорная плата 4 за счет прямой связи отключает выжигающий лазер 6 и посредством обратной связи дает команду СУР переместить устройство измерения и разметки в безопасное положение. Вся система переходит в режим ожидания команды оператора.
Устройство для измерения и разметки заготовки отвода трубы большого диаметра предложенной конструкции позволит обеспечить достоверность измерений путем контроля касания контактных элементов с поверхностью заготовки отвода трубы большого диаметра. Это даст возможность выполнения корректных расчетов и позволит решить поставленную задачу повышения точности процесса разметки.