पीडीसी ड्रिल बिट्स के रखरखाव लागत और ड्रिलिंग चक्र को कम करने के लिए, लेजर क्लैडिंग रीमैन्युफैक्चरिंग तकनीक में, ड्रिल बिट्स को फिर से बनाने के लिए रोबोट का उपयोग करने का प्रस्ताव है। रिवर्स इंजीनियरिंग के आधार पर, PDC ड्रिल बिट्स का डेटा संग्रह किया जाता है, और फिर प्राप्त ड्रिल बिट पॉइंट क्लाउड डेटा को संसाधित किया जाता है और ठोस PDC ड्रिल बिट के समान त्रि-आयामी मॉडल का निर्माण करने के लिए त्रि-आयामी रूप से पुनर्निर्मित किया जाता है। वर्कपीस का दोषपूर्ण हिस्सा जियोमैजिक सॉफ्टवेयर के बूलियन ऑपरेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है, और घुमावदार सतह वाले हिस्सों की पथ योजना को साकार करने के लिए ड्रिल बिट की मरम्मत वाले हिस्से के साथ प्रतिच्छेद करने के लिए सॉफ्टवेयर NX1899 में आइसोमेट्रिक प्लेन परिवार Γ का उपयोग किया जाता है। रोबोट एंड वेल्डिंग गन द्वारा मरम्मत की गई PDC ड्रिल बिट के प्रक्षेपवक्र का अनुकरण किया जाता है, और रोबोट के प्रक्षेपवक्र को अनुकूलित करने के लिए कार्य वातावरण में रोबोट के सापेक्ष वर्कपीस की स्थिति का अनुकरण सॉफ्टवेयर PQart द्वारा किया जाता है। मरम्मत की गई PDC ड्रिल बिट की सतह के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए रोबोट एंड वेल्डिंग गन की मुद्रा को समायोजित किया जाता है। विधि की व्यवहार्यता सत्यापित की गई है, जो लेजर क्लैडिंग पुनर्विनिर्माण प्रौद्योगिकी द्वारा जटिल घुमावदार सतहों की मरम्मत के लिए एक संदर्भ प्रदान करती है।

वर्तमान में, अधिकांश प्रमुख तेल क्षेत्र विकास क्षेत्र खराब ड्रिलबिलिटी और जटिल विकास स्थल संरचना जैसी कठिनाइयों का सामना कर रहे हैं, जो पीडीसी ड्रिल बिट्स के पहनने को बढ़ाता है [1-2]। क्षतिग्रस्त ड्रिल बिट्स की मरम्मत या सीधे स्क्रैप करने के पारंपरिक तरीके कार्य कुशलता को प्रभावित करेंगे और लागत में वृद्धि करेंगे। लेजर क्लैडिंग एडिटिव रीमैन्युफैक्चरिंग तकनीक का औद्योगिकीकरण किया गया है और इसने कुछ निश्चित परिणाम हासिल किए हैं। यह एक ऐसी तकनीक है जो पहने हुए वर्कपीस के रिवर्स मॉडलिंग करती है, विफल भागों को निकालती है और परत करती है, और पथ की योजना बनाती है। यह वर्कपीस के क्षतिग्रस्त हिस्सों के प्रक्रिया संचय को पूरा करने के लिए लेजर बीम, इलेक्ट्रॉन बीम और प्लाज्मा बीम जैसे ताप स्रोतों को बुद्धिमानी से नियंत्रित करता है, और पहने हुए वर्कपीस के आकार और प्रदर्शन को पुनर्स्थापित और बेहतर बनाता है पीडीसी ड्रिल बिट मरम्मत के संदर्भ में, संबंधित विद्वानों ने ड्रिल बिट पहनने की डिग्री का विश्लेषण और मूल्यांकन किया है, और ड्रिल बिट्स के लिए सिंटरिंग मरम्मत समाधानों का एक सेट विकसित किया है। मरम्मत की गई ड्रिल बिट्स का प्रदर्शन नए ड्रिल बिट्स के 3% ~ 80% तक पहुंच जाता है, जबकि लागत केवल 90% होती है [30]। पीडीसी की लेजर क्लैडिंग मरम्मत के लिए ड्रिल बिट्स पर बहुत कम शोध हुआ है। चयनात्मक लेजर क्लैडिंग मरम्मत के लिए रोबोट का उपयोग करने से सामग्री की बचत हो सकती है, और इसका प्रदर्शन खराब कार्य वातावरण की आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा कर सकता है। इसलिए, पीडीसी ड्रिल बिट्स की रोबोट लेजर क्लैडिंग मरम्मत का अध्ययन करना आवश्यक है। पारंपरिक मैनुअल शिक्षण प्रोग्रामिंग की तुलना में, रोबोट ऑफ़लाइन प्रोग्रामिंग प्रसंस्करण दक्षता और सटीकता में काफी सुधार कर सकती है [4]। ली जिनुआ

लेजर क्लैडिंग रीमैन्युफैक्चरिंग के आधार पर, यह पेपर क्षतिग्रस्त पीडीसी ड्रिल बिट को रिवर्स मॉडल करता है, आगे पथ नियोजन करता है, और रोबोट लेजर क्लैडिंग का अनुकरण करता है। सिमुलेशन परिणामों के साथ संयुक्त, पीडीसी ड्रिल बिट्स की रीमैन्युफैक्चरिंग मरम्मत के लिए पथ नियोजन की व्यवहार्यता सत्यापित की जाती है, और प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान वेल्डिंग गन मुद्रा को समय पर समायोजित करके उच्च गुणवत्ता वाली क्लैडिंग परत प्राप्त की जाती है। यह पीडीसी ड्रिल बिट्स और अन्य जटिल घुमावदार वर्कपीस की लेजर क्लैडिंग रीमैन्युफैक्चरिंग मरम्मत के लिए एक निश्चित संदर्भ प्रदान करता है।

1 मॉडलिंग और पथ नियोजन

1.1 पीडीसी ड्रिल बिट रिवर्स मॉडलिंग

ड्रिल बिट को स्कैन करने से पहले, मरम्मत की जाने वाली वर्कपीस पर काले रंग के गोल निशान चिपकाए जाते हैं। दो आसन्न निशानों के बीच की दूरी 5 मिमी से अधिक होनी चाहिए। चिपकाए गए निशान एक ही लाइन पर नहीं होते हैं। कुल 30 निशान हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

निशानों को तैनात करने के बाद, हैंडीस्कैन 3डी स्कैनर का उपयोग ड्रिल बिट सतह सुविधाओं के बिंदु क्लाउड डेटा को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान, जब स्कैनिंग लेजर वर्कपीस की सतह को केवल एक बार स्कैन करता है, तो वर्कपीस की सतह का बिंदु क्लाउड डेटा संग्रह अधूरा होगा, और वर्कपीस की सतह के कई स्कैन बहुत अधिक अनावश्यक बिंदु क्लाउड डेटा प्राप्त करेंगे। इसलिए, स्कैनर द्वारा प्राप्त मूल बिंदु क्लाउड डेटा को वर्कपीस रिवर्स मॉडलिंग किए जाने से पहले पूर्व-संसाधित किया जाना चाहिए। अध्ययन में उपयोग किए गए स्कैनर बिखरे हुए बिंदु बादलों के स्वचालित स्प्लिसिंग को साकार कर सकते हैं। स्वचालित स्प्लिसिंग द्वारा उत्पन्न त्रि-आयामी बिंदु क्लाउड मानचित्र के लिए, बिंदु क्लाउड डेटा को पैच डेटा में संसाधित करने के लिए जियोमैजिक स्टूडियो का उपयोग किया जाता है

1.2 पी.डी.सी. ड्रिल बिट्स के लेजर क्लैडिंग पुनःनिर्माण के लिए पथ नियोजन

जियोमैजिक बूलियन ऑपरेशन का उपयोग करके प्राप्त वर्कपीस का दोषपूर्ण हिस्सा चित्र 3a में दिखाया गया है। संसाधित PDC ड्रिल बिट 3D मॉडल को STL प्रारूप में परिवर्तित किया जाता है और सॉफ़्टवेयर NX1899 में आयात किया जाता है, जैसा कि चित्र 3b में दिखाया गया है।
एक निश्चित मोटाई के प्लेन परिवार Γ को स्लाइस प्राप्त करने और लेजर क्लैडिंग पथ उत्पन्न करने के लिए मरम्मत किए जाने वाले मॉडल की लक्ष्य मरम्मत स्थिति के साथ प्रतिच्छेदित किया जाता है। स्लाइस की दिशा आम तौर पर क्लैडिंग पथ के लंबवत होती है। चित्र 4 लक्ष्य मरम्मत स्थिति स्लाइस आरेख दिखाता है। प्लेन परिवार Γ के दो आसन्न विमानों के बीच की दूरी क्लैडिंग पथों के बीच की दूरी δ है। δ मुख्य रूप से क्लैडिंग ओवरलैप दर से प्रभावित होता है। एकल क्लैडिंग ट्रैक की ऊंचाई और चौड़ाई को मापा जाता है, और प्लेन स्पेसिंग δ[8] की आगे गणना की जाती है और घटाया जाता है, जैसा कि चित्र में सूत्र (1) में दिखाया गया है।
जहाँ: ε एकल क्लैडिंग परत की चौड़ाई है, और h क्लैडिंग परत की ऊँचाई है।
पॉइंट क्लाउड स्लाइस को चित्र 4b में दिखाया गया है। विभिन्न स्लाइस का स्लाइस पॉइंट क्लाउड प्रतिनिधित्व Di = {d1, d2, d3, ··· ,dn｝ (2) है। चित्र में सूत्र (2) देखें
यह क्लैडिंग गन हेड का मशीनिंग प्रक्षेप पथ है, और मशीनिंग प्रक्षेप पथ को अंततः NC कोड प्रारूप में आउटपुट किया जाता है।

2 टर्मिनल वेल्डिंग गन मुद्रा समायोजन

2.1 6-डीओएफ रोबोट किनेमेटिक मॉडल

शोध में SA1400 मॉडल 6-अक्ष रोबोट को अपनाया गया है, जिसका DH निर्देशांक सिस्टम चित्र 5 में दिखाया गया है। 0 रोबोट का आधार निर्देशांक सिस्टम है, 1~6 रोबोट के यांत्रिक भुजा के 6 निर्देशांक मूल हैं, और रोबोट के अंत निर्देशांक सिस्टम का मूल 6 है। रोबोट के प्रत्येक जोड़ के DH पैरामीटर तालिका 1 में दिखाए गए हैं। जब रोबोट के प्रत्येक जोड़ के DH पैरामीटर ज्ञात होते हैं, तो आधार निर्देशांक के लिए रोबोट की अंत स्थिति अभिव्यक्ति प्राप्त की जा सकती है [11-12]: चित्र में सूत्र (3) देखें
तालिका 1 के अनुसार, रोबोट के प्रत्येक जोड़ का परिवर्तन मैट्रिक्स प्राप्त किया जाता है: चित्र में सूत्र (4)-(9) देखें
उपरोक्त मैट्रिक्स में, = , = । पाइपर के अनुसार रोबोट कोण अभिव्यक्ति के अनुसार, रोबोट व्युत्क्रम किनेमैटिक्स में निम्नलिखित सरल एल्गोरिदम [13] है: आकृति में सूत्र (10) देखें। समीकरण के अनुसार, रोबोट के छह संयुक्त कोण θ1 ∼ θ6 क्रमशः गणना किए जाते हैं: आकृति में सूत्र (11)-(16) देखें। जहां: e = oxD1 +oyB1, f = nx + nyB1। रोबोट कोण अभिव्यक्ति के अनुसार, रोबोट व्युत्क्रम किनेमैटिक्स में समाधानों के कई सेट हैं। चयनित कोण रोबोट की गति सीमा के भीतर होना चाहिए, और निरंतर और तेजी से संचालन को प्राप्त करने और पीडीसी ड्रिल बिट्स की मरम्मत की दक्षता में सुधार करने के लिए समाधानों के एक ही सेट में एक छोटा संयुक्त कोण मान चुना जाता है।

2.2 वेल्डिंग गन मुद्रा की अभिव्यक्ति
जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, वेल्डिंग टूल क्लैडिंग वेल्डिंग गन की लंबाई को सेट किया गया है, टूल कोऑर्डिनेट सिस्टम का मूल 7 है, और रोबोट एंड मैनिपुलेटर के कोऑर्डिनेट अक्ष के सापेक्ष टूल का रोटेशन कोण θ है। एंड कोऑर्डिनेट सिस्टम के मूल के सापेक्ष टूल के परिवर्तन मैट्रिक्स l 6T7 को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: चित्र में सूत्र (17) देखें

2.3 बहु-परत क्लैडिंग प्रक्षेप पथ वेल्डिंग गन मुद्रा योजना

वेल्डिंग गन की मुद्रा का पीडीसी ड्रिल बिट लक्ष्य स्थिति की मरम्मत प्रक्षेप पथ की प्रत्येक परत की गुणवत्ता पर बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसलिए, पीडीसी ड्रिल बिट की मरम्मत की प्रक्रिया में, ज्ञात क्लैडिंग प्रक्षेप पथ की प्रत्येक परत के अनुसार समय पर वेल्डिंग गन की मुद्रा को समायोजित करना आवश्यक है, ताकि उच्च प्रसंस्करण गुणवत्ता प्राप्त की जा सके [15]। बहु-परत प्रक्षेप पथ वेल्डिंग गन की मुद्रा चित्र 7 में दिखाई गई है, और संदर्भ के रूप में ओ के साथ y दिशा और z दिशा के साथ वेल्डिंग गन की गति है।

क्षैतिज दिशा और ऊर्ध्वाधर दिशा में वेल्डिंग गन का ऑफसेट इस प्रकार है: चित्र में सूत्र (18) और (19) देखें

जहाँ: , प्रक्षेप पथ में i-वें परत के jवें ट्रैक के क्षैतिज ऑफसेट और ऊर्ध्वाधर ऑफसेट हैं; n प्रक्षेप पथ परतों की संख्या है; i-वें परत में f ट्रैकों की कुल संख्या है; i-वें परत प्रक्षेप पथ का क्लैडिंग क्षेत्र है; नाली कोण है।
φX, क्लैडिंग गन हेड का एक्स अक्ष के चारों ओर घूमने का कोण है। एक्स दिशा के साथ वेल्डिंग गन के ऑफसेट का क्लैडिंग प्रक्षेप पथ की गहराई और चौड़ाई पर सीधा प्रभाव पड़ेगा, इसलिए इसे साइट पर दिया जाएगा। उपरोक्त सूत्र के अनुसार, क्लैडिंग प्रक्षेप पथ की प्रत्येक परत का वेल्डिंग गन पोस्चर मैट्रिक्स निम्नानुसार प्राप्त किया जाता है: चित्र में सूत्र (20) और (21) देखें

3 लेजर क्लैडिंग मरम्मत ड्रिल बिट सिमुलेशन

PDC ड्रिल बिट मरम्मत रोबोट की सिमुलेशन प्रक्रिया चित्र 8 में दिखाई गई है। सिमुलेशन से पहले, एक एकीकृत ड्रिल बिट मॉडल और मरम्मत ड्रिल बिट पथ के डिजाइन के लिए एक समन्वय प्रणाली स्थापित की जाती है। इस तरह, PQart को आयात करने के बाद, मरम्मत की जाने वाली ड्रिल बिट वर्कपीस की स्थिति को उसके संबंधित प्रक्षेपवक्र के साथ मेल खाने की गारंटी दी जाती है। संसाधित की जाने वाली ड्रिल बिट को चित्र 9 में दिखाया गया है।

3.1 प्रसंस्करण प्रक्षेप पथ अनुकूलन

प्रसंस्करण के दौरान, ड्रिल वर्कपीस को मरम्मत की जाने वाली वर्कपीस की स्थिति में दुर्गम बिंदुओं से बचने के लिए क्लैडिंग वेल्डिंग गन के जितना संभव हो सके उतना करीब होना चाहिए और रोबोट के अक्ष के ओवररन और एकवचन बिंदुओं से बचना चाहिए। अक्ष ओवररन का मतलब है कि मरम्मत की जाने वाली वर्कपीस की सतह पर ऐसे बिंदु हैं जो रोबोट संयुक्त अक्ष की गति की सीमा के भीतर दुर्गम हैं; एकवचन बिंदुओं का मतलब है कि जब रोबोट का अंतिम प्रभाव रोबोट की सतह पर मरम्मत के लिए एक निश्चित बिंदु पर पहुंचता है, तो रोबोट के दो जोड़ एक ही अक्ष पर होते हैं, उदाहरण के लिए, तीसरा और 3वां अक्ष एक ही अक्ष पर होते हैं। गतिकी के व्युत्क्रम समाधान के ज्ञान के अनुसार, यह जाना जा सकता है कि θ5 और θ3 के कई समाधान होंगे, और θ5 या θ3 को घुमाकर निर्दिष्ट बिंदु तक पहुंचा जा सकता है। इस समय, रोबोट भुजा की संयुक्त धुरी काम करना जारी रखने में सक्षम नहीं होगी, और इस बिंदु को एकवचन बिंदु कहा जाता है। वर्कपीस की स्थिति को समायोजित करने की प्रक्रिया में, इन समस्याओं से बचें और रोबोट के सामान्य संचालन का एहसास करें। रोबोट प्रसंस्करण प्रक्षेपवक्र अनुकूलन चित्रा 5 में दिखाया गया है, और रोबोट काम करने की सीमा के भीतर है।

3.2 वेल्डिंग गन की स्थिति को समायोजित करना

सूत्र (21) से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि PDC ड्रिल बिट की मरम्मत के दौरान वेल्डिंग गन की मुद्रा हमेशा निरंतर परिवर्तन की स्थिति में होती है। गन हेड को प्रोसेसिंग सतह के लंबवत रखने से मरम्मत के बाद प्रदर्शन में सुधार हो सकता है। जैसा कि चित्र 11 में दिखाया गया है, मरम्मत प्रक्रिया में एक निश्चित बिंदु पर वेल्डिंग गन की मुद्रा प्रोसेसिंग सतह के लंबवत होती है। वेल्डिंग गन मुद्रा को समायोजित करना इस बिंदु पर उपयोग की जाने वाली गन हेड मुद्रा के साथ एकीकृत है।

3.3 सिमुलेशन

यह सुनिश्चित करने के लिए कि रोबोट की मशीन त्रुटियाँ कम हो जाएँ, रोबोट के वास्तविक संचालन से पहले रोबोट की गति को नियंत्रित किया जाना चाहिए। आयातित प्रक्षेप पथ का अनुकरण किया जाना चाहिए। जैसा कि चित्र 12 में दिखाया गया है, प्रक्षेप पथ में कोई समस्या बिंदु नहीं हैं और प्रक्षेप पथ पर प्रत्येक बिंदु, और रोबोट का प्रत्येक जोड़ गति की सीमा के भीतर है।

4 निष्कर्ष

(1) रिवर्स इंजीनियरिंग के आधार पर, लेजर स्कैनिंग और रिवर्स मॉडलिंग के संयोजन की विधि को बिंदु क्लाउड डेटा अधिग्रहण और जटिल सतह भागों के सतह पुनर्निर्माण का एहसास करने और पीडीसी ड्रिल बिट का त्रि-आयामी मॉडल स्थापित करने के लिए अपनाया जाता है।

(2) पीडीसी ड्रिल बिट का दोषपूर्ण भाग बूलियन ऑपरेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है, और आइसोमेट्रिक प्लेन परिवार Γ का उपयोग पीडीसी ड्रिल बिट के दोषपूर्ण भाग को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। ड्रिल बिट मरम्मत भाग के साथ प्रतिच्छेद करते हुए, पीडीसी ड्रिल बिट लेजर क्लैडिंग रीमैन्युफैक्चरिंग पथ की योजना पूरी हो जाती है।

(3) एक 6-डीओएफ रोबोट कीनेमेटिक मॉडल स्थापित किया गया है, और रोबोट क्लैडिंग वेल्डिंग गन की मुद्रा को सजातीय परिवर्तन मैट्रिक्स का उपयोग करके व्यक्त किया गया है, और पीडीसी ड्रिल बिट की मरम्मत के लिए बहु-परत प्रक्षेपवक्र क्लैडिंग वेल्डिंग गन मुद्रा मैट्रिक्स निर्धारित किया गया है।

(4) लेजर क्लैडिंग रिपेयर ड्रिल बिट के सिमुलेशन के माध्यम से, यह पाया गया कि जब रोबोट निर्दिष्ट प्रक्षेपवक्र के अनुसार मरम्मत करता है, तो वेल्डिंग गन मुद्रा एक बदलती प्रक्रिया में होती है, और रोबोट के प्रसंस्करण प्रक्षेपवक्र को अनुकूलित करने के लिए वेल्डिंग गन मुद्रा एक बिंदु पर एकीकृत होती है। जटिल घुमावदार सतह वाले वर्कपीस की लेजर क्लैडिंग मरम्मत का एहसास होता है।