Ten einde die onderhoudskoste en boorsiklus van PDC-boorpunte te verminder, gebaseer op laserbekleding hervervaardigingstegnologie, word voorgestel om robotte te gebruik om boorpunte te hervervaardig. Gebaseer op omgekeerde ingenieurswese word data-insameling van PDC-boorpunte uitgevoer, en dan word die verkrygde boorpunt-puntwolkdata verwerk en driedimensioneel gerekonstrueer om 'n driedimensionele model te konstrueer wat identies is aan die soliede PDC-boorpunt. Die defekte deel van die werkstuk word verkry deur Boole-werking van Geomagic-sagteware, en die isometriese vlakfamilie Γ word in die sagteware NX1899 gebruik om met die boorpunthersteldeel te sny om die padbeplanning van die geboë oppervlakdele te realiseer. Die baan van die PDC-boorpunt wat deur die robot-end-sweispistool herstel word, word gesimuleer, en die posisie van die werkstuk relatief tot die robot in die werksomgewing word deur die sagteware PQart gesimuleer om die robotbaan te optimaliseer. Die postuur van die robot-end-sweispistool word aangepas om die oppervlakwerkverrigting van die herstelde PDC-boorpunt te verbeter. Die uitvoerbaarheid van die metode word geverifieer, wat 'n verwysing bied vir die herstel van komplekse geboë oppervlaktes deur laserbekleding hervervaardigingstegnologie.

Tans staar die meeste sleutel-olieveldontwikkelingsgebiede probleme in die gesig, soos swak boorbaarheid en komplekse ontwikkelingsterreinstruktuur, wat die PDC vererger. Die slytasie van boorpunte[1-2]. Tradisionele metodes om beskadigde boorpunte te herstel of direk te skrap sal werkdoeltreffendheid beïnvloed en koste verhoog. Laserbekleding byvoegingshervervaardigingstegnologie is geïndustrialiseer en het sekere resultate behaal. Dit is 'n tegnologie wat omgekeerde modellering van verslete werkstukke uitvoer, mislukte dele uittrek en lae, en paaie beplan. Dit beheer hittebronne soos laserstrale, elektronstrale en plasmastrale intelligent om die prosesophoping van beskadigde dele van werkstukke te voltooi, en herstel en verbeter die grootte en werkverrigting van verslete werkstukke[3]. Die herstel van PDC-boorpunte met behulp van hervervaardigingstegnologie vir laserbekleding kan nie net onderhoudsiklusse verminder en koste bespaar nie, maar ook die werkverrigting van die boorpunte beter handhaaf, wat ekonomiese voordele vir olieveldontwikkeling inhou. Wat PDC-boorpuntherstel betref, het relevante vakkundiges die mate van boorpuntslytasie ontleed en geëvalueer, en 'n stel sinterhersteloplossings vir die boorpunte ontwikkel. Die werkverrigting van die herstelde boorpunte bereik 80%~90% van dié van nuwe boorpunte, terwyl die koste slegs 30% daarvan is[4]. Wat die herstel van laserbekleding van PDC betref. Daar is min navorsing oor boorpunte. Die gebruik van robotte vir selektiewe herstel van laserbekleding kan materiaal bespaar, en die werkverrigting daarvan kan beter voldoen aan die vereistes van swak werksomgewing. Daarom is dit nodig om die robotlaserbekledingherstel van PDC-boorpunte te bestudeer. In vergelyking met tradisionele handleidingonderrigprogrammering, kan robot-aflynprogrammering verwerkingsdoeltreffendheid en akkuraatheid aansienlik verbeter [5]. Li Jinhua et al. het die robotbewegingspad deur visuele simulasie reggestel om veiligheid te verseker terwyl werkdoeltreffendheid verbeter is [6]. Voordat die robot gebruik word om die werkstuk te herstel, kan die postuur van die bekledingsgeweerkop waargeneem word deur robotpad-simulasie, en die optimalisering van die verwerkingstrajek kan 'n beter herstel-effek verkry [7].

Gebaseer op hervervaardiging van laserbekleding, modelleer hierdie vraestel die beskadigde PDC-boorpunt omgekeerd, voer padbeplanning verder uit en simuleer die robotlaserbekleding. Gekombineer met die simulasieresultate, word die haalbaarheid van padbeplanning vir die hervervaardiging van herstel van PDC-boorpunte geverifieer, en 'n hoër kwaliteit bekledingslaag word verkry deur die sweisgeweer se houding betyds aan te pas tydens die verwerkingsproses. Dit bied 'n sekere verwysing vir laserbekleding hervervaardiging herstel van PDC boorpunte en ander komplekse geboë werkstukke.

1 Modellering en padbeplanning

1.1 PDC-boorpunt omgekeerde modellering

Voordat die boorpunt geskandeer word, word swart sirkelmerke op die werkstuk aangebring wat herstel moet word. Die afstand tussen twee aangrensende merke moet groter as 5 mm wees. Die aangebringde merke is nie op dieselfde lyn nie. Daar is altesaam 30 punte, soos in Figuur 1 getoon.

Nadat die merke geposisioneer is, word die HandySCAN 3D-skandeerder gebruik om die puntwolkdata van die boorpuntoppervlakkenmerke te verkry, soos getoon in Figuur 2. Tydens die skandeerproses, wanneer die skandeerlaser die werkstukoppervlak net een keer skandeer, word die puntwolk data-insameling van die werkstukoppervlak sal onvolledig wees, en veelvuldige skanderings van die werkstukoppervlak sal te veel onnodige puntwolkdata verkry. Daarom moet die oorspronklike puntwolkdata wat deur die skandeerder verkry is, vooraf verwerk word voordat die werkstuk omgekeerde modellering uitgevoer kan word. Die skandeerder wat in die studie gebruik word, kan die outomatiese splitsing van verstrooide puntwolke realiseer. Vir die driedimensionele puntwolkkaart wat deur outomatiese splitsing gegenereer word, word Geomagic Studio gebruik om die puntwolkdata in pleisterdata te verwerk. Op hierdie basis word die pleisterdata met relatief volledige puntwolkdata gekies, en 'n volledige PDC-boorpuntmodel word gegenereer deur die oppervlak uit te brei, die oppervlak te sny en die oppervlak te splits en te pas, soos in Figuur 2b getoon. Soos getoon.

1.2 Padbeplanning vir hervervaardiging van laserbekleding van PDC-boorpunte

Die gebrekkige deel van die werkstuk wat verkry is deur gebruik te maak van Geomagic Boole-bewerking word in Figuur 3a getoon. Die verwerkte PDC-boorpunt 3D-model word in stl-formaat omgeskakel en in die sagteware NX1899 ingevoer, soos in Figuur 3b getoon.
Die vlakfamilie Γ van 'n sekere dikte word deursny met die teikenherstelposisie van die model wat herstel moet word om 'n sny te verkry en 'n laserbekledingspad te genereer. Die rigting van die sny is oor die algemeen loodreg op die bekledingspad. Figuur 4 toon die skyfdiagram van die teikenherstelposisie. Die afstand tussen twee aangrensende vlakke van die vliegtuigfamilie Γ is die afstand δ tussen die bekledingspaaie. δ word hoofsaaklik deur die bekledingsoorvleuelingstempo beïnvloed. Die hoogte en breedte van 'n enkele bekledingbaan word gemeet, en die vlakspasiëring δ[8] word verder bereken en afgelei, soos getoon in formule (1) in die figuur.
Waar: ε die breedte van 'n enkele bekledingslaag is, en h die hoogte van die bekledingslaag is.
Die puntwolkskyf word in Figuur 4b getoon. Die snypuntwolkvoorstelling van verskillende skywe is Di = {d1, d2, d3, ··· ,dn｝ (2) Sien formule (2) in die figuur
Dit is die bewerkingstrajek van die bekledingsgeweerkop, en die bewerkingstrajek word uiteindelik in NC-kodeformaat uitgevoer.

2 Terminale sweisgeweer postuur aanpassing

2.1 6-DOF robot kinematiese model

Die navorsing neem die SA1400-model 6-as-robot aan, wie se DH-koördinaatstelsel in Figuur 5 getoon word. 0 is die robot se basiskoördinaatstelsel, 1~6 is die 6-koördinaatoorspronge van die robot se meganiese arm, en die oorsprong van die robot se einde koördinaatstelsel is 6. Die DH-parameters van elke gewrig van die robot word in Tabel 1 getoon. Wanneer die DH-parameters van elke gewrig van die robot bekend is, kan die robot se eindposisie-uitdrukking vir die basiskoördinaat verkry word [11-12] : Sien formule (3) in die figuur
Volgens Tabel 1 word die transformasiematriks van elke gewrig van die robot verkry: Sien formule (4)-(9) in die figuur
In die matriks hierbo is = , = . Volgens pieper Volgens die robothoekuitdrukking het die robot inverse kinematika die volgende eenvoudige algoritme [13]: sien formule (10) in die figuur. Volgens die vergelyking word die robot se ses gewrigshoeke θ1 ∼ θ6 onderskeidelik bereken: sien formule (11)-(16) in die figuur. Waar: e = oxD1 +oyB1, f = nx + nyB1. Volgens die robothoekuitdrukking het die robot inverse kinematika veelvuldige stelle oplossings. Die gekose hoek moet binne die robot se bewegingsreeks wees, en 'n kleiner gewrigshoekwaarde word in dieselfde stel oplossings gekies om deurlopende en vinnige werking te verkry en die doeltreffendheid van die herstel van PDC-boorpunte te verbeter.

2.2 Uitdrukking van sweisgeweer postuur
Soos getoon in Figuur 6, is die lengte van die sweiswerktuigbekledingsweispistool ingestel op , die oorsprong van die gereedskapkoördinaatstelsel is 7, en die rotasiehoek van die gereedskap relatief tot die koördinaat-as van die roboteindmanipuleerder is θ. Die transformasiematriks l 6T7 van die instrument relatief tot die oorsprong van die eindkoördinaatstelsel kan uitgedruk word as: Sien formule (17) in die figuur

2.3 Multi-laag bekleding trajek sweisgeweer postuur beplanning

Die postuur van die sweisgeweer het 'n baie belangrike invloed op die kwaliteit van elke laag van die herstelbaan van die PDC-boorpunt-teikenposisie. Daarom, in die proses om die PDC-boorpunt te herstel, is dit nodig om die postuur van die sweispistool betyds aan te pas volgens elke laag bekende bekledingstrajek, om sodoende hoër verwerkingskwaliteit te verkry [15]. Die postuur van die multi-laag trajek sweisgeweer word in Figuur 7 getoon, en is die beweging van die sweispistool langs die y rigting en die z rigting met O as die verwysing.

Die verstelling van die sweispistool in die horisontale rigting en die vertikale rigting is: Sien formule (18) en (19) in die figuur

Waar: , is die horisontale offset en vertikale offset van die jde baan van die i-de laag in die trajek; n is die aantal trajek lae; is die totale aantal f spore in die i-de laag; is die bekledingsarea van die i-de laagbaan; is die groefhoek.
φX is die rotasiehoek van die bekledingsgeweerkop om die X-as. Die verskuiwing van die sweisgeweer langs die X-rigting sal 'n direkte impak hê op die diepte en breedte van die bekledingstrajek, dus sal dit op die terrein gegee word. Volgens bogenoemde formule word die sweisgeweer-houdingmatriks van elke laag bekledingstrajek soos volg verkry: Sien formules (20) en (21) in die figuur

3 Laserbekleding herstel boorpunt simulasie

Die simulasieproses van die PDC-boorpuntherstelrobot word in Figuur 8 getoon. Voor die simulasie word 'n verenigde boorpuntmodel en 'n koördinaatstelsel vir die ontwerp van die herstelboorpuntpad gevestig. Op hierdie manier, na die invoer van PQart, word die posisie van die boorpunt-werkstuk wat herstel moet word gewaarborg om saam te val met die ooreenstemmende baan. Die boorpunt wat verwerk moet word, word in Figuur 9 getoon, soos getoon.

3.1 Verwerkingsbaanoptimering

Tydens verwerking moet die boorwerkstuk so na as moontlik aan die bekledingsweispistool wees om ontoeganklike punte by die posisie van die werkstuk wat herstel moet word te vermy, en om asoorskryding en enkelpunte van die robot te vermy. Asoorskryding beteken dat daar punte op die oppervlak van die werkstuk is wat herstel moet word wat ontoeganklik is binne die bewegingsomvang van die robotgewrig-as; enkelvoudige punte beteken dat wanneer die robot se eindeffektor 'n sekere punt op die robot se oppervlak bereik om herstel te word, twee van die robot se gewrigte op dieselfde as is, byvoorbeeld, die 3de en 5de asse is op dieselfde as. Volgens die kennis van die inverse oplossing van kinematika, kan dit bekend wees dat θ3 en θ5 veelvuldige oplossings sal hê, en roterende θ3 of θ5 kan die gespesifiseerde punt bereik. Op hierdie tydstip sal die gewrig-as van die robotarm nie kan voortgaan om te werk nie, en hierdie punt word 'n enkelvoudige punt genoem. In die proses om die posisie van die werkstuk aan te pas, vermy hierdie probleme en besef die normale werking van die robot. Die robotverwerkingstrajekoptimering word in Figuur 10 getoon, en die robot is binne die werkbereik.

3.2 Aanpassing van die sweisgeweer se houding

Uit formule (21) kan die gevolgtrekking gemaak word dat die sweispistool se houding altyd in 'n toestand van voortdurende verandering is tydens die herstel van die PDC-boorpunt. Om die geweerkop loodreg op die verwerkingsoppervlak te hou, kan die werkverrigting na herstel verbeter. Soos in Figuur 11 getoon, is die postuur van die sweispistool op 'n sekere punt in die herstelproses loodreg op die verwerkingsoppervlak. Die aanpassing van die sweispistoolhouding word verenig met die pistoolkophouding wat op hierdie stadium gebruik word.

3.3 Simulasie

Om te verseker dat die robot se masjienfoute verminder word, moet die robot se beweging bemeester word voordat die robot werklik in werking gestel word. Die ingevoerde trajek moet gesimuleer word. Soos in Figuur 12 getoon, is daar geen probleempunte in die trajek en elke punt op die trajek nie, en elke gewrig van die robot is binne die bewegingsomvang.

4 Gevolgtrekking

(1) Gebaseer op omgekeerde ingenieurswese, word die metode om laserskandering en omgekeerde modellering te kombineer aangeneem om die puntwolkdata-verkryging en oppervlakrekonstruksie van komplekse oppervlakonderdele te realiseer, en 'n driedimensionele model van die PDC-boorpunt te vestig.

(2) Die defekte deel van die PDC-boorpunt word verkry deur Boole-bewerking, en die isometriese vlakfamilie Γ word gebruik om die defektiewe deel van die PDC-boorpunt te verkry. Die beplanning van die PDC-boorpunt-laserbekleding-hervervaardigingspad is voltooi.

(3) 'n 6-DOF robot kinematiese model word gevestig, en die postuur van die robotbekleding sweisgeweer word uitgedruk deur gebruik te maak van die homogene transformasie matriks, en die multi-laag trajek bekleding sweisgeweer postuur matriks vir die herstel van die PDC boorpunt word bepaal.

(4) Deur die simulasie van laserbekleding-herstelboorpunt, word gevind dat wanneer die robot volgens die gespesifiseerde trajek herstel, die sweispistoolposisie in 'n veranderingsproses is, en die sweispistoolhouding is op een punt verenig om die robot se verwerkingstrajek. Die herstel van die laserbekleding van die komplekse geboë oppervlakwerkstuk word gerealiseer.