Aron makunhuran ang gasto sa pagpadayon ug siklo sa pag-drill sa PDC drill bits, base sa laser cladding teknolohiya sa remanufacturing, gisugyot nga gamiton ang mga robot sa pag-remanufacture sa mga drill bits. Pinasukad sa reverse engineering, ang pagkolekta sa datos sa PDC drill bits gihimo, ug dayon ang nakuha nga drill bit point cloud data giproseso ug three-dimensionally reconstructed aron makatukod ug three-dimensional nga modelo nga susama sa solid PDC drill bit. Ang depekto nga bahin sa workpiece nakuha pinaagi sa Boolean nga operasyon sa Geomagic software, ug ang isometric plane family Γ gigamit sa software NX1899 sa intersect sa drill bit repair nga bahin aron makaamgo sa pagplano sa agianan sa curved surface parts. Ang trajectory sa PDC drill bit nga giayo sa robot end welding gun gi-simulate, ug ang posisyon sa workpiece nga may kalabotan sa robot sa working environment gi-simulate sa software nga PQart aron ma-optimize ang robot trajectory. Ang postura sa robot end welding gun gi-adjust aron mapalambo ang performance sa nawong sa giayo nga PDC drill bit. Ang posibilidad sa pamaagi gipamatud-an, nga naghatag usa ka pakisayran alang sa pag-ayo sa mga komplikado nga curved surfaces pinaagi sa laser cladding remanufacturing nga teknolohiya.

Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga nag-unang mga lugar sa pagpalambo sa oilfield nag-atubang sa mga kalisdanan sama sa dili maayo nga drillability ug komplikado nga development site structure, nga nagpasamot sa PDC Ang pagsul-ob sa drill bits [1-2]. Ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pag-ayo o direkta nga pag-scrap sa nadaot nga mga drill bits makaapekto sa pagkaepisyente sa trabaho ug makadugang sa gasto. Ang laser cladding additive remanufacturing nga teknolohiya nahimong industriyalisado ug nakab-ot ang pipila ka mga resulta. Kini usa ka teknolohiya nga naghimo og balik nga pagmodelo sa gisul-ob nga mga workpiece, mga extract ug mga layer nga napakyas nga mga bahin, ug nagplano sa mga agianan. Maalamon nga gikontrol niini ang mga gigikanan sa init sama sa mga laser beam, electron beam, ug plasma beam aron makompleto ang proseso nga pagtipon sa nadaot nga mga bahin sa mga workpiece, ug ibalik ug mapaayo ang gidak-on ug pasundayag sa gisul-ob nga mga workpiece [3]. Ang pag-ayo sa PDC drill bits gamit ang laser cladding remanufacturing nga teknolohiya dili lamang makapakunhod sa maintenance cycles ug makadaginot sa gasto, apan mas maayo usab nga mamentinar ang performance sa drill bits, nga magdala og ekonomikanhong mga benepisyo sa oilfield development. Sa termino sa PDC drill bit repair, may kalabutan nga mga eskolar nag-analisar ug nagtimbang-timbang sa lebel sa drill bit wear, ug nakahimo og usa ka set sa sintering repair solutions alang sa drill bits. Ang pasundayag sa giayo nga mga drill bits nakaabot sa 80% ~ 90% sa bag-ong mga drill bits, samtang ang gasto 30% ra niana [4]. Sama sa pag-ayo sa laser cladding sa PDC Adunay gamay nga panukiduki sa mga drill bits. Ang paggamit sa mga robot alang sa pinili nga pag-ayo sa pag-ayo sa laser cladding makatipig sa mga materyales, ug ang pasundayag niini mas makatubag sa mga kinahanglanon sa dili maayo nga palibot sa pagtrabaho. Busa, gikinahanglan nga tun-an ang robot laser cladding nga pag-ayo sa PDC drill bits. Kung itandi sa tradisyonal nga manwal nga pagpanudlo nga programming, ang robot offline nga programming makapauswag pag-ayo sa pagproseso sa kahusayan ug katukma [5]. Li Jinhua ug uban pa. gitul-id ang agianan sa paglihok sa robot pinaagi sa visual simulation aron masiguro ang kaluwasan samtang gipauswag ang kahusayan sa trabaho [6]. Sa wala pa gamiton ang robot sa pag-ayo sa workpiece, ang postura sa cladding gun head mahimong maobserbahan pinaagi sa robot path simulation, ug ang pag-optimize sa processing trajectory makakuha og mas maayo nga repair effect [7].

Pinasukad sa laser cladding remanufacturing, kini nga papel nagbag-o nga modelo sa nadaot nga PDC drill bit, labi pa nga naghimo sa pagplano sa agianan, ug gisundog ang robot laser cladding. Inubanan sa mga resulta sa simulation, ang posibilidad sa pagplano sa agianan alang sa remanufacturing nga pag-ayo sa PDC drill bits napamatud-an, ug ang usa ka mas taas nga kalidad nga cladding layer makuha pinaagi sa tukma sa panahon nga pag-adjust sa welding gun posture sa panahon sa proseso sa pagproseso. Naghatag kini usa ka piho nga pakisayran alang sa pag-ayo sa pag-ayo sa pag-ayo sa pag-ayo sa pag-ayo sa pag-ayo sa PDC drill bits ug uban pang mga komplikado nga curved workpieces.

1 Pag-modelo ug pagplano sa agianan

1.1 PDC Drill bit reverse modeling

Sa dili pa i-scan ang drill bit, ang mga marka sa itom nga lingin gitaod sa workpiece nga ayohon. Ang gilay-on tali sa duha ka kasikbit nga mga marka kinahanglan nga labaw pa sa 5 mm. Ang gipapilit nga mga marka wala sa parehas nga linya. Adunay 30 ka marka sa kinatibuk-an, sama sa gipakita sa Figure 1.

Human mapahimutang ang mga marka, ang HandySCAN 3D scanner gigamit aron makuha ang point cloud data sa drill bit surface features, sama sa gipakita sa Figure 2. Atol sa proseso sa pag-scan, sa dihang ang scanning laser mag-scan sa workpiece surface kausa lang, ang point cloud Ang pagkolekta sa datos sa ibabaw sa workpiece mahimong dili kompleto, ug ang daghang mga pag-scan sa ibabaw sa workpiece makakuha og daghan kaayo nga wala kinahanglana nga data sa point cloud. Busa, ang orihinal nga data sa point cloud nga nakuha sa scanner kinahanglan nga maproseso sa dili pa mahimo ang reverse modeling sa workpiece. Ang scanner nga gigamit sa pagtuon makaamgo sa automatic splicing sa nagkatibulaag nga point clouds. Para sa three-dimensional nga point cloud map nga namugna pinaagi sa automatic splicing, ang Geomagic Studio gigamit sa pagproseso sa point cloud data ngadto sa patch data. Sa niini nga basehan, ang patch data nga adunay medyo kompleto nga point cloud data gipili, ug ang usa ka kompleto nga PDC drill bit nga modelo gihimo pinaagi sa pagpalapad sa nawong, pagputol sa nawong, ug pag-splicing ug pagpahaom sa nawong, sama sa gipakita sa Figure 2b. Ingon sa gipakita.

1.2 Pagplano sa dalan alang sa laser cladding remanufacturing sa PDC drill bits

Ang depekto nga bahin sa workpiece nga nakuha pinaagi sa paggamit sa Geomagic Boolean nga operasyon gipakita sa Figure 3a. Ang giproseso nga PDC drill bit 3D nga modelo gi-convert ngadto sa stl format ug gi-import ngadto sa software nga NX1899, sama sa gipakita sa Figure 3b.
Ang eroplano nga pamilya Γ sa usa ka gibag-on mao ang intersected sa target nga posisyon sa pag-ayo sa modelo nga ayohon aron makakuha og usa ka hiwa ug makamugna og laser cladding nga agianan. Ang direksyon sa hiwa kasagaran nga tul-id sa agianan sa pag-cladding. Ang Figure 4 nagpakita sa target repair position slice diagram. Ang gilay-on tali sa duha ka kasikbit nga mga eroplano sa pamilya sa eroplano Γ mao ang gilay-on δ tali sa mga agianan sa cladding. Ang δ nag-una nga apektado sa cladding overlap rate. Ang gitas-on ug gilapdon sa usa ka track sa cladding gisukod, ug ang gilay-on sa eroplano δ[8] dugang nga kalkulado ug deduce, ingon sa gipakita sa pormula (1) sa numero.
Diin: ε mao ang gilapdon sa usa ka cladding layer, ug h ang gitas-on sa cladding layer.
Ang punto nga hiwa sa panganod gipakita sa Figure 4b. Ang slice point cloud nga representasyon sa lain-laing mga hiwa mao ang Di = {d1, d2, d3, ··· ,dn｝ (2) Tan-awa ang pormula (2) sa hulagway
Kini ang machining trajectory sa cladding gun head, ug ang machining trajectory sa katapusan output sa NC code format.

2 Terminal welding gun posture adjustment

2.1 6-DOF robot kinematic nga modelo

Gisagop sa panukiduki ang SA1400 nga modelo nga 6-axis nga robot, kansang DH coordinate system gipakita sa Figure 5. 0 mao ang base coordinate system sa robot, 1 ~ 6 ang 6 nga coordinate nga gigikanan sa mekanikal nga bukton sa robot, ug ang gigikanan sa katapusan sa robot. coordinate system mao ang 6. Ang DH parameters sa matag joint sa robot gipakita sa Table 1. Sa diha nga ang DH parameters sa matag joint sa robot nahibal-an, ang ekspresyon sa katapusan nga posisyon sa robot alang sa base coordinate mahimong makuha [11-12] : Tan-awa ang pormula (3) sa hulagway
Sumala sa Table 1, ang transformation matrix sa matag joint sa robot makuha: Tan-awa ang pormula (4)-(9) sa numero
Sa ibabaw nga matrix, = , = . Sumala sa pieper Sumala sa ekspresyon sa anggulo sa robot, ang robot inverse kinematics adunay mosunod nga simple nga algorithm [13]: tan-awa ang pormula (10) sa numero. Sumala sa equation, ang unom ka hiniusang anggulo sa robot θ1 ∼ θ6 gikalkulo matag usa: tan-awa ang pormula (11)-(16) sa numero. Diin: e = oxD1 +oyB1, f = nx + nyB1. Sumala sa ekspresyon sa anggulo sa robot, ang robot inverse kinematics adunay daghang mga set sa solusyon. Ang gipili nga anggulo kinahanglan nga naa sa sulod sa motion range sa robot, ug ang usa ka gamay nga kantidad sa hiniusa nga anggulo gipili sa parehas nga hugpong sa mga solusyon aron makab-ot ang padayon ug paspas nga operasyon ug mapaayo ang kahusayan sa pag-ayo sa mga bits sa PDC.

2.2 Pagpahayag sa welding gun postura
Sama sa gipakita sa Figure 6, ang gitas-on sa welding tool cladding welding gun gitakda sa , ang gigikanan sa tool coordinate system mao ang 7, ug ang rotation angle sa tool nga may kalabotan sa coordinate axis sa robot end manipulator mao ang θ. Ang transformation matrix l 6T7 sa himan nga may kalabotan sa gigikanan sa end coordinate system mahimong ipahayag nga: Tan-awa ang pormula (17) sa numero

2.3 Multi-layer cladding trajectory welding gun postura pagplano

Ang postura sa welding gun adunay usa ka importante kaayo nga impluwensya sa kalidad sa matag layer sa repair trajectory sa PDC drill bit target nga posisyon. Busa, sa proseso sa pag-ayo sa PDC drill bit, gikinahanglan ang pag-adjust sa postura sa welding gun sa oras sumala sa matag layer sa nailhan nga cladding trajectory, aron makakuha og mas taas nga kalidad sa pagproseso [15]. Ang postura sa multi-layer trajectory welding gun gipakita sa Figure 7, ug mao ang paglihok sa welding gun subay sa direksyon sa y ug ang z nga direksyon nga adunay O ingon nga pakisayran.

Ang offset sa welding gun sa pinahigda nga direksyon ug ang bertikal nga direksyon mao ang: Tan-awa ang pormula (18) ug (19) sa numero

Diin: , mao ang pinahigda nga offset ug vertical nga offset sa jth track sa i-th layer sa trajectory; n mao ang gidaghanon sa mga sapaw sa trajectory; mao ang kinatibuk-ang gidaghanon sa f tracks sa i-th layer; mao ang cladding area sa i-th layer trajectory; mao ang anggulo sa groove.
Ang φX mao ang rotation angle sa cladding gun head sa palibot sa X axis. Ang offset sa welding gun subay sa X nga direksyon adunay direktang epekto sa giladmon ug gilapdon sa cladding trajectory, mao nga kini ihatag sa site. Sumala sa pormula sa ibabaw, ang welding gun posture matrix sa matag layer sa cladding trajectory nakuha ingon sa mosunod: Tan-awa ang mga pormula (20) ug (21) sa numero

3 Laser cladding repair drill bit simulation

Ang proseso sa simulation sa PDC drill bit repair robot gipakita sa Figure 8. Sa wala pa ang simulation, usa ka unified drill bit model ug usa ka coordinate system alang sa disenyo sa repair drill bit path natukod. Niining paagiha, human sa pag-import sa PQart, ang posisyon sa drill bit workpiece nga ayohon gigarantiyahan nga motakdo sa iyang katugbang nga trajectory. Ang drill bit nga iproseso gipakita sa Figure 9 Ingon sa gipakita.

3.1 Pagproseso sa trajectory optimization

Atol sa pagproseso, ang drill workpiece kinahanglan nga duol sa cladding welding gun kutob sa mahimo aron malikayan ang dili maabot nga mga punto sa posisyon sa workpiece nga ayohon, ug malikayan ang axis overrun ug singular nga mga punto sa robot. Axis overrun nagpasabot nga adunay mga punto sa nawong sa workpiece nga ayohon nga dili maabot sulod sa range sa motion sa robot joint axis; Ang singular nga mga punto nagpasabot nga kung ang end effector sa robot moabot sa usa ka punto sa ibabaw sa robot aron ayohon, duha sa mga lutahan sa robot anaa sa samang axis, pananglitan, ang 3rd ug 5th axes anaa sa samang axis. Sumala sa kahibalo sa inverse nga solusyon sa kinematics, mahibal-an nga ang θ3 ug θ5 adunay daghang mga solusyon, ug ang rotating θ3 o θ5 mahimong makaabot sa espesipikong punto. Niini nga panahon, ang hiniusa nga axis sa robot nga bukton dili na makapadayon sa pag-operate, ug kini nga punto gitawag nga singular nga punto. Sa proseso sa pag-adjust sa posisyon sa workpiece, likayi kini nga mga problema ug makaamgo sa normal nga operasyon sa robot. Ang robot processing trajectory optimization gipakita sa Figure 10, ug ang robot naa sa sulod sa working range.

3.2 Pag-adjust sa welding gun postura

Gikan sa pormula (21), mahimong makahinapos nga ang postura sa welding gun kanunay anaa sa kahimtang sa padayon nga pagbag-o sa panahon sa pag-ayo sa PDC drill bit. Ang pagpadayon sa ulo sa pusil nga tul-id sa pagproseso sa nawong makapauswag sa pasundayag pagkahuman sa pag-ayo. Ingon sa gipakita sa Figure 11, ang postura sa welding gun sa usa ka piho nga punto sa proseso sa pag-ayo mao ang perpendikular sa pagproseso sa nawong. Ang pag-adjust sa welding gun posture gihiusa sa gun head posture nga gigamit niining puntoha.

3.3 Simulation

Aron masiguro nga ang mga sayup sa makina sa robot makunhuran, ang paglihok sa robot kinahanglan nga ma-master sa dili pa ang robot molihok. Ang imported nga trajectory kinahanglan nga simulate. Sama sa gipakita sa Figure 12, walay problema nga mga punto sa trajectory ug matag punto sa trajectory, ug ang matag joint sa robot anaa sa sulod sa range sa motion.

4 Konklusyon

(1) Base sa reverse engineering, ang pamaagi sa pagkombinar sa laser scanning ug reverse modeling gisagop aron makaamgo sa point cloud data acquisition ug surface reconstruction sa komplikadong surface parts, ug magtukod ug three-dimensional nga modelo sa PDC drill bit.

(2) Ang depekto nga bahin sa PDC drill bit nakuha sa Boolean nga operasyon, ug ang isometric plane family Γ gigamit aron makuha ang depekto nga bahin sa PDC drill bit. Ang intersecting sa drill bit repair nga bahin, ang pagplano sa PDC drill bit laser cladding remanufacturing path nahuman.

(3) Usa ka 6-DOF robot kinematic model ang natukod, ug ang postura sa robot cladding welding gun gipahayag gamit ang homogenous transformation matrix, ug ang multi-layer trajectory cladding welding gun posture matrix alang sa pag-ayo sa PDC drill bit determinado.

(4) Pinaagi sa simulation sa laser cladding repair drill bit, nakit-an nga kung ang pag-ayo sa robot sumala sa gitakda nga trajectory, ang welding gun posture anaa sa usa ka pagbag-o nga proseso, ug ang welding gun posture nahiusa sa usa ka punto aron ma-optimize ang ang trajectory sa pagproseso sa robot. Ang pag-ayo sa laser cladding sa komplikadong curved surface workpiece natuman.