Per tal de reduir el cost de manteniment i el cicle de perforació de les broques PDC, basat en revestiment làser tecnologia de remanufactura, es proposa utilitzar robots per refabricar broques. A partir de l'enginyeria inversa, es realitza la recollida de dades de broques PDC i, a continuació, les dades del núvol de punts de broca adquirides es processen i es reconstrueixen tridimensionalment per construir un model tridimensional idèntic a la broca sòlida PDC. La part defectuosa de la peça s'obté mitjançant l'operació booleana del programari Geomagic, i la família de plànols isomètrics Γ s'utilitza al programari NX1899 per tal d'intersecar-se amb la part de reparació de la broca per realitzar la planificació del camí de les parts de la superfície corba. Es simula la trajectòria de la broca PDC reparada per la pistola de soldadura final del robot i el programari PQart simula la posició de la peça respecte al robot a l'entorn de treball per optimitzar la trajectòria del robot. La postura de la pistola de soldadura final del robot s'ajusta per millorar el rendiment de la superfície de la broca PDC reparada. Es verifica la viabilitat del mètode, que proporciona una referència per a la reparació de superfícies corbes complexes mitjançant la tecnologia de remanufactura de revestiments làser.

En l'actualitat, la majoria de les àrees clau de desenvolupament de jaciments petrolífers s'enfronten a dificultats com ara la mala perforació i l'estructura complexa del lloc de desenvolupament, cosa que agreuja el PDC El desgast de les broques[1-2]. Els mètodes tradicionals de reparació o desballestament directament de broques danyades afectaran l'eficiència del treball i augmentaran els costos. La tecnologia de remanufactura additiva de revestiment làser s'ha industrialitzat i ha aconseguit certs resultats. Es tracta d'una tecnologia que realitza el modelatge invers de peces desgastades, extreu i capa de peces fallades i planeja trajectes. Controla de manera intel·ligent les fonts de calor com ara raigs làser, raigs d'electrons i raigs de plasma per completar l'acumulació del procés de peces danyades de les peces de treball, i restaura i millora la mida i el rendiment de les peces de treball gastades[3]. La reparació de broques PDC utilitzant la tecnologia de remanufactura de revestiments làser no només pot reduir els cicles de manteniment i estalviar costos, sinó també mantenir millor el rendiment de les broques, aportant beneficis econòmics al desenvolupament del camp petrolier. Pel que fa a la reparació de broques PDC, els estudiosos rellevants han analitzat i avaluat el grau de desgast de la broca i han desenvolupat un conjunt de solucions de reparació de sinterització per a les broques. El rendiment de les broques reparades arriba al 80% ~ 90% del de les broques noves, mentre que el cost només és del 30% [4]. Pel que fa a la reparació de revestiments làser de PDC, hi ha poca investigació sobre broques. L'ús de robots per a la reparació selectiva de revestiments làser pot estalviar materials i el seu rendiment pot satisfer millor els requisits d'un entorn de treball deficient. Per tant, cal estudiar la reparació del revestiment làser del robot de broques PDC. En comparació amb la programació d'ensenyament manual tradicional, la programació fora de línia del robot pot millorar molt l'eficiència i la precisió del processament [5]. Li Jinhua et al. va corregir el camí del moviment del robot mitjançant la simulació visual per garantir la seguretat alhora que millorava l'eficiència del treball [6]. Abans d'utilitzar el robot per reparar la peça, es pot observar la postura del capçal de la pistola de revestiment mitjançant la simulació del camí del robot i l'optimització de la trajectòria de processament pot obtenir un millor efecte de reparació [7].

Basat en la remanufactura del revestiment làser, aquest document modela a la inversa la broca PDC danyada, realitza encara més la planificació del camí i simula el revestiment làser del robot. Combinat amb els resultats de la simulació, es verifica la viabilitat de la planificació del camí per a la reparació de remanufacturació de broques PDC i s'obté una capa de revestiment de major qualitat ajustant oportunament la postura de la pistola de soldadura durant el procés de processament. Proporciona una certa referència per a la reparació de remanufactura de revestiments làser de broques PDC i altres peces de treball corbes complexes.

1 Modelització i planificació del recorregut

1.1 Modelatge invers de broca PDC

Abans d'escanejar la broca, es col·loquen marques de cercle negre a la peça a reparar. La distància entre dues marques adjacents ha de ser superior a 5 mm. Les marques col·locades no estan a la mateixa línia. Hi ha 30 punts en total, tal com es mostra a la figura 1.

Després de col·locar les marques, s'utilitza l'escàner HandySCAN 3D per obtenir les dades del núvol de punts de les característiques de la superfície de la broca, tal com es mostra a la figura 2. Durant el procés d'escaneig, quan el làser d'escaneig escaneja la superfície de la peça només una vegada, el núvol de punts La recollida de dades de la superfície de la peça serà incompleta i les exploracions múltiples de la superfície de la peça obtindran massa dades innecessàries del núvol de punts. Per tant, les dades originals del núvol de punts obtingudes per l'escàner s'han de processar prèviament abans de poder realitzar el modelatge invers de la peça de treball. L'escàner utilitzat en l'estudi pot realitzar l'empalmament automàtic de núvols de punts dispersos. Per al mapa de núvols de punts tridimensional generat mitjançant l'empalmament automàtic, Geomagic Studio s'utilitza per processar les dades del núvol de punts en dades de pedaç. Sobre aquesta base, es seleccionen les dades del pegat amb dades de núvol de punts relativament completes i es genera un model de broca PDC complet ampliant la superfície, tallant la superfície i empalmant i ajustant la superfície, tal com es mostra a la figura 2b. Com es mostra.

1.2 Planificació del recorregut per a la remanufactura de revestiments làser de broques PDC

La part defectuosa de la peça obtinguda mitjançant l'operació booleana de Geomagic es mostra a la figura 3a. El model 3D de broca PDC processat es converteix en format stl i s'importa al programari NX1899, tal com es mostra a la figura 3b.
La família de plànols Γ d'un gruix determinat es talla amb la posició de reparació objectiu del model a reparar per obtenir un tall i generar un camí de revestiment làser. La direcció del tall és generalment perpendicular al camí del revestiment. La figura 4 mostra el diagrama de talls de la posició de reparació objectiu. La distància entre dos plans adjacents de la família de plans Γ és la distància δ entre els camins de revestiment. δ es veu afectat principalment per la taxa de superposició del revestiment. Es mesuren l'alçada i l'amplada d'una única pista de revestiment i es calcula i es dedueix encara més l'espaiat pla δ[8], tal com es mostra a la fórmula (1) de la figura.
On: ε és l'amplada d'una única capa de revestiment, i h és l'alçada de la capa de revestiment.
El sector del núvol de punts es mostra a la figura 4b. La representació del núvol de punts de tall de diferents llesques és Di = {d1, d2, d3, ··· ,dn｝ (2) Vegeu la fórmula (2) a la figura
Aquesta és la trajectòria de mecanitzat del capçal de la pistola de revestiment i, finalment, la trajectòria de mecanitzat es produeix en format de codi NC.

2 Ajust de la postura de la pistola de soldadura terminal

2.1 Model cinemàtic de robot de 6 DOF

La investigació adopta el robot de 1400 eixos model SA6, el sistema de coordenades DH del qual es mostra a la figura 5. 0 és el sistema de coordenades base del robot, 1~6 són els 6 orígens de coordenades del braç mecànic del robot i l'origen de l'extrem del robot. El sistema de coordenades és 6. Els paràmetres DH de cada articulació del robot es mostren a la taula 1. Quan es coneixen els paràmetres DH de cada articulació del robot, es pot obtenir l'expressió de la posició final del robot per a la coordenada base [11-12] : Vegeu la fórmula (3) a la figura
Segons la Taula 1, s'obté la matriu de transformació de cada articulació del robot: Vegeu la fórmula (4)-(9) de la figura
A la matriu anterior, = , = . Segons Pieper Segons l'expressió de l'angle del robot, la cinemàtica inversa del robot té el següent algorisme senzill [13]: vegeu la fórmula (10) a la figura. Segons l'equació, els sis angles d'articulació del robot θ1 ∼ θ6 es calculen respectivament: vegeu la fórmula (11)-(16) a la figura. On: e = oxD1 +oyB1, f = nx + nyB1. Segons l'expressió de l'angle del robot, la cinemàtica inversa del robot té múltiples conjunts de solucions. L'angle seleccionat ha d'estar dins del rang de moviment del robot i es selecciona un valor d'angle d'articulació més petit en el mateix conjunt de solucions per aconseguir un funcionament continu i ràpid i millorar l'eficiència de la reparació de broques PDC.

2.2 Expressió de la postura de la pistola de soldadura
Com es mostra a la figura 6, la longitud de la pistola de soldadura del revestiment de l'eina de soldadura s'estableix en , l'origen del sistema de coordenades de l'eina és 7 i l'angle de rotació de l'eina en relació amb l'eix de coordenades del manipulador final del robot és θ. La matriu de transformació l 6T7 de l'eina relativa a l'origen del sistema de coordenades final es pot expressar com: Vegeu la fórmula (17) a la figura

2.3 Planificació de la postura de la pistola de soldadura de trajectòria de revestiment multicapa

La postura de la pistola de soldadura té una influència molt important en la qualitat de cada capa de la trajectòria de reparació de la posició de destinació de la broca PDC. Per tant, en el procés de reparació de la broca PDC, és necessari ajustar la postura de la pistola de soldadura a temps segons cada capa de trajectòria de revestiment coneguda, per obtenir una qualitat de processament més alta [15]. La postura de la pistola de soldadura de trajectòria multicapa es mostra a la figura 7, i és el moviment de la pistola de soldadura al llarg de la direcció y i la direcció z amb O com a referència.

El desplaçament de la pistola de soldadura en direcció horitzontal i vertical és: Vegeu la fórmula (18) i (19) a la figura

On: , són el desplaçament horitzontal i el desplaçament vertical de la pista jth de la capa i-èsima de la trajectòria; n és el nombre de capes de trajectòria; és el nombre total de f pistes a la capa i; és l'àrea de revestiment de la trajectòria de la capa i; és l'angle del solc.
φX és l'angle de rotació del capçal de la pistola de revestiment al voltant de l'eix X. El desplaçament de la pistola de soldadura al llarg de la direcció X tindrà un impacte directe en la profunditat i l'amplada de la trajectòria del revestiment, de manera que es donarà in situ. D'acord amb la fórmula anterior, la matriu de postura de la pistola de soldadura de cada capa de trajectòria de revestiment s'obté de la següent manera: Vegeu les fórmules (20) i (21) a la figura

3 Simulació de broques de reparació de revestiments làser

El procés de simulació del robot de reparació de broques PDC es mostra a la figura 8. Abans de la simulació, s'estableix un model de broca unificat i un sistema de coordenades per al disseny de la ruta de la broca de reparació. D'aquesta manera, després d'importar PQart, es garanteix que la posició de la peça a reparar coincideixi amb la seva trajectòria corresponent. La broca a processar es mostra a la figura 9, tal com es mostra.

3.1 Optimització de la trajectòria de processament

Durant el processament, la peça de treball del trepant ha d'estar el més a prop possible de la pistola de soldadura del revestiment per evitar punts inaccessibles a la posició de la peça a reparar i evitar el desbordament de l'eix i els punts singulars del robot. Desbordament de l'eix significa que hi ha punts a la superfície de la peça a reparar que són inaccessibles dins del rang de moviment de l'eix de l'articulació del robot; Els punts singulars volen dir que quan l'efector final del robot arriba a un punt determinat de la superfície del robot a reparar, dues de les articulacions del robot es troben en el mateix eix, per exemple, el 3r i el 5è eixos estan al mateix eix. Segons el coneixement de la solució inversa de la cinemàtica, es pot saber que θ3 i θ5 tindran múltiples solucions, i girant θ3 o θ5 pot arribar al punt especificat. En aquest moment, l'eix conjunt del braç del robot no podrà continuar funcionant, i aquest punt s'anomena punt singular. En el procés d'ajust de la posició de la peça, eviteu aquests problemes i realitzeu el funcionament normal del robot. L'optimització de la trajectòria de processament del robot es mostra a la figura 10 i el robot es troba dins del rang de treball.

3.2 Ajust de la postura de la pistola de soldadura

A partir de la fórmula (21), es pot concloure que la postura de la pistola de soldadura està sempre en un estat de canvi continu durant la reparació de la broca PDC. Mantenir el cap de la pistola perpendicular a la superfície de processament pot millorar el rendiment després de la reparació. Com es mostra a la figura 11, la postura de la pistola de soldadura en un moment determinat del procés de reparació és perpendicular a la superfície de processament. L'ajust de la postura de la pistola de soldadura s'unifica amb la postura del cap de la pistola utilitzada en aquest punt.

3.3 Simulació

Per tal de garantir que es redueixen els errors de la màquina del robot, el moviment del robot s'ha de dominar abans que el robot funcioni realment. S'ha de simular la trajectòria importada. Com es mostra a la figura 12, no hi ha punts problemàtics a la trajectòria i cada punt de la trajectòria, i cada articulació del robot es troba dins del rang de moviment.

4 Conclusió

(1) Basat en l'enginyeria inversa, s'adopta el mètode de combinació de l'escaneig làser i el modelatge invers per realitzar l'adquisició de dades del núvol de punts i la reconstrucció de superfícies de peces de superfície complexes i establir un model tridimensional de la broca PDC.

(2) La part defectuosa de la broca PDC s'obté per operació booleana i la família de plànols isomètrics Γ s'utilitza per obtenir la part defectuosa de la broca PDC. Intersecant amb la part de reparació de la broca, s'ha completat la planificació de la ruta de remanufactura del revestiment làser de la broca PDC.

(3) S'estableix un model cinemàtic de robot de 6 DOF i la postura de la pistola de soldadura del revestiment del robot s'expressa mitjançant la matriu de transformació homogènia i es determina la matriu de postura de la pistola de soldadura del revestiment de trajectòria multicapa per reparar la broca PDC.

(4) Mitjançant la simulació de la broca de reparació del revestiment làser, es troba que quan el robot repara segons la trajectòria especificada, la postura de la pistola de soldadura està en un procés canviant i la postura de la pistola de soldadura s'unifica en un moment per optimitzar la trajectòria de processament del robot. Es realitza la reparació del revestiment làser de la complexa peça de superfície corbada.