Pentru a reduce costurile de întreținere și ciclul de foraj al burghiilor PDC, pe baza placare cu laser tehnologia de remanufactură, se propune utilizarea roboților pentru a reface burghie. Pe baza ingineriei inverse, se realizează colectarea datelor de burghie PDC, iar apoi datele dobândite din norul de puncte ale burghiului sunt procesate și reconstruite tridimensional pentru a construi un model tridimensional identic cu burghiul solid PDC. Partea defectă a piesei de prelucrat este obținută prin operarea booleană a software-ului Geomagic, iar familia de planuri izometrice Γ este utilizată în software-ul NX1899 pentru a se intersecta cu piesa de reparare a burghiului pentru a realiza planificarea traseului părților de suprafață curbată. Este simulată traiectoria burghiului PDC reparat de pistolul de sudură la capătul robotului, iar poziția piesei de prelucrat față de robot în mediul de lucru este simulată de software-ul PQart pentru a optimiza traiectoria robotului. Poziția pistolului de sudură la capătul robotului este ajustată pentru a îmbunătăți performanța suprafeței burghiului PDC reparat. Se verifică fezabilitatea metodei, care oferă o referință pentru repararea suprafețelor curbe complexe prin tehnologia de remanufactură de placare cu laser.

În prezent, majoritatea zonelor cheie de dezvoltare a câmpurilor petroliere se confruntă cu dificultăți, cum ar fi capacitatea de foraj slabă și structura complexă a site-ului de dezvoltare, ceea ce agravează PDC. Uzura burghiilor[1-2]. Metodele tradiționale de reparare sau de casare directă a burghiilor deteriorate vor afecta eficiența muncii și vor crește costurile. Tehnologia de remanufactură cu aditivi de placare cu laser a fost industrializată și a obținut anumite rezultate. Este o tehnologie care realizează modelarea inversă a pieselor de prelucrat uzate, extrage și stratifică piese defecte și planifică trasee. Acesta controlează în mod inteligent sursele de căldură, cum ar fi fasciculele laser, fasciculele de electroni și fasciculele de plasmă, pentru a finaliza procesul de acumulare a pieselor deteriorate ale pieselor de prelucrat și restabilește și îmbunătățește dimensiunea și performanța pieselor de prelucrat uzate[3]. Repararea burghiilor PDC folosind tehnologia de remanufacturare a placajului cu laser poate nu numai să reducă ciclurile de întreținere și să economisească costurile, ci și să mențină mai bine performanța burghiilor, aducând beneficii economice dezvoltării câmpurilor petroliere. În ceea ce privește repararea burghiului PDC, cercetătorii relevanți au analizat și evaluat gradul de uzură a burghiului și au dezvoltat un set de soluții de reparare a burghiilor de sinterizare. Performanța burghiilor reparate ajunge la 80%~90% din cea a burghiilor noi, în timp ce costul este de doar 30% din aceasta[4]. În ceea ce privește repararea placajelor cu laser a PDC, există puține cercetări privind burghiele. Utilizarea roboților pentru repararea selectivă a placajului cu laser poate economisi materiale, iar performanța acestuia poate satisface mai bine cerințele unui mediu de lucru slab. Prin urmare, este necesar să se studieze repararea placajului cu laser a robotului a burghiilor PDC. În comparație cu programarea tradițională manuală a predării, programarea offline a robotului poate îmbunătăți considerabil eficiența și acuratețea procesării [5]. Li Jinhua și colab. a corectat traseul mișcării robotului prin simulare vizuală pentru a asigura siguranța și îmbunătățirea eficienței muncii [6]. Înainte de a utiliza robotul pentru a repara piesa de prelucrat, poziția capului pistolului de placare poate fi observată prin simularea traseului robotului, iar optimizarea traiectoriei de procesare poate obține un efect de reparare mai bun [7].

Bazat pe remanufacturarea placajului cu laser, această lucrare modelează invers burghiul PDC deteriorat, efectuează în continuare planificarea traseului și simulează placarea laser a robotului. În combinație cu rezultatele simulării, se verifică fezabilitatea planificării traseului pentru repararea de remanufactură a burghiilor PDC și se obține un strat de placare de calitate superioară prin ajustarea în timp util a poziției pistolului de sudură în timpul procesului de prelucrare. Oferă o anumită referință pentru repararea de refacere a placajului cu laser a burghiilor PDC și a altor piese curbe complexe.

1 Modelare și planificare a traseului

1.1 PDC Modelare inversă burghiului

Înainte de scanarea burghiului, pe piesa de prelucrat care urmează să fie reparată sunt aplicate semne de cerc negre. Distanța dintre două marcaje adiacente trebuie să fie mai mare de 5 mm. Semnele aplicate nu sunt pe aceeași linie. Există 30 de note în total, așa cum se arată în Figura 1.

După ce marcajele sunt poziționate, scanerul HandySCAN 3D este utilizat pentru a obține datele despre norul de puncte ale caracteristicilor suprafeței burghiului, așa cum se arată în Figura 2. În timpul procesului de scanare, când laserul de scanare scanează suprafața piesei de prelucrat o singură dată, norul de puncte colectarea de date a suprafeței piesei de prelucrat va fi incompletă, iar scanările multiple ale suprafeței piesei de prelucrat vor obține prea multe date inutile ale norului de puncte. Prin urmare, datele originale din norul de puncte obținute de scaner trebuie să fie preprocesate înainte de a putea fi efectuată modelarea inversă a piesei de prelucrat. Scannerul utilizat în studiu poate realiza îmbinarea automată a norilor de puncte împrăștiați. Pentru harta tridimensională a norilor de puncte generată prin îmbinare automată, Geomagic Studio este utilizat pentru a procesa datele norilor de puncte în date de patch. Pe această bază, sunt selectate datele de patch cu date relativ complete ale norului de puncte și este generat un model complet de burghie PDC prin extinderea suprafeței, tăierea suprafeței și îmbinarea și potrivirea suprafeței, așa cum se arată în Figura 2b. După cum se arată.

1.2 Planificarea traseului pentru remanufacturarea placajelor cu laser a burghiilor PDC

Partea defectă a piesei de prelucrat obținută prin utilizarea operației Geomagic Boolean este prezentată în Figura 3a. Modelul 3D al burghiei PDC procesat este convertit în format stl și importat în software-ul NX1899, așa cum se arată în Figura 3b.
Familia plană Γ de o anumită grosime este intersectată cu poziția țintă de reparare a modelului de reparat pentru a obține o felie și a genera o cale de placare laser. Direcția feliei este în general perpendiculară pe traseul de placare. Figura 4 prezintă diagrama secțiunii de poziție de reparație țintă. Distanța dintre două plane adiacente ale familiei de planuri Γ este distanța δ dintre traseele de placare. δ este afectat în principal de rata de suprapunere a placajului. Înălțimea și lățimea unei singure piste de placare sunt măsurate, iar distanța plană δ[8] este calculată și dedusă în continuare, așa cum se arată în formula (1) din figură.
Unde: ε este lățimea unui singur strat de placare, iar h este înălțimea stratului de placare.
Sețiunea norului de puncte este prezentată în Figura 4b. Reprezentarea norului de puncte felie a diferitelor felii este Di = {d1, d2, d3, ··· ,dn｝ (2) Vezi formula (2) din figură
Aceasta este traiectoria de prelucrare a capului pistolului de placare, iar traiectoria de prelucrare este în cele din urmă scoasă în format cod NC.

2 Reglarea poziției pistolului de sudare a terminalelor

2.1 Model cinematic robot 6-DOF

Cercetarea adoptă robotul cu 1400 axe model SA6, al cărui sistem de coordonate DH este prezentat în Figura 5. 0 este sistemul de coordonate de bază al robotului, 1~6 sunt cele 6 origini de coordonate ale brațului mecanic al robotului și originea capătului robotului. sistemul de coordonate este 6. Parametrii DH ai fiecărei articulații a robotului sunt prezentați în Tabelul 1. Când sunt cunoscuți parametrii DH ai fiecărei articulații a robotului, se poate obține expresia poziției finale a robotului pentru coordonatele de bază [11-12] : Vezi formula (3) din figură
Conform Tabelului 1, se obține matricea de transformare a fiecărei articulații a robotului: Vezi formula (4)-(9) din figură
În matricea de mai sus, = , = . Conform pieper Conform expresiei unghiului robotului, cinematica inversă a robotului are următorul algoritm simplu [13]: vezi formula (10) din figură. Conform ecuației, cele șase unghiuri de îmbinare ale robotului θ1 ∼ θ6 sunt calculate respectiv: vezi formula (11)-(16) din figură. Unde: e = oxD1 +oyB1, f = nx + nyB1. Conform expresiei unghiului robotului, cinematica inversă a robotului are mai multe seturi de soluții. Unghiul selectat ar trebui să fie în intervalul de mișcare al robotului și o valoare mai mică a unghiului articulației este selectată în același set de soluții pentru a obține o funcționare continuă și rapidă și pentru a îmbunătăți eficiența reparării burghiilor PDC.

2.2 Exprimarea posturii pistolului de sudură
După cum se arată în Figura 6, lungimea pistolului de sudură pentru placarea sculei de sudură este setată la , originea sistemului de coordonate a sculei este 7, iar unghiul de rotație al sculei în raport cu axa de coordonate a manipulatorului de capăt al robotului este θ. Matricea de transformare l 6T7 a sculei în raport cu originea sistemului de coordonate final poate fi exprimată astfel: Vezi formula (17) din figură

2.3 Planificarea posturii pistolului de sudare a traiectoriei de placare multistrat

Poziția pistolului de sudură are o influență foarte importantă asupra calității fiecărui strat din traiectoria de reparare a poziției țintei burghiului PDC. Prin urmare, în procesul de reparare a burghiului PDC, este necesar să se ajusteze în timp poziția pistolului de sudură în funcție de fiecare strat de traiectorie de placare cunoscută, astfel încât să se obțină o calitate superioară a procesării [15]. Poziția pistolului de sudare cu traiectorie multistrat este prezentată în Figura 7 și reprezintă mișcarea pistolului de sudură de-a lungul direcției y și direcției z cu O ca referință.

Decalajul pistolului de sudare pe direcția orizontală și pe direcția verticală sunt: ​​Vezi formula (18) și (19) din figură

Unde: , sunt decalajul orizontal și decalajul vertical al traseului j a stratului i din traiectorie; n este numărul de straturi de traiectorie; este numărul total de f piste din stratul i; este zona de placare a traiectoriei stratului i; este unghiul canelurii.
φX este unghiul de rotație al capului pistolului de placare în jurul axei X. Deplasarea pistolului de sudură de-a lungul direcției X va avea un impact direct asupra adâncimii și lățimii traiectoriei de placare, deci va fi dată la fața locului. Conform formulei de mai sus, matricea posturii pistolului de sudare a fiecărui strat de traiectorie de placare se obține după cum urmează: A se vedea formulele (20) și (21) din figură

3 Simulare de burghie de reparare a placajului cu laser

Procesul de simulare al robotului de reparare a burghiului PDC este prezentat în Figura 8. Înainte de simulare, sunt stabilite un model unificat de burghie și un sistem de coordonate pentru proiectarea traseului burghiului de reparare. În acest fel, după importarea PQart, poziția piesei de prelucrat burghiu care trebuie reparată este garantată să coincidă cu traiectoria corespunzătoare. Burghiul de prelucrat este prezentat în Figura 9 Așa cum se arată.

3.1 Optimizarea traiectoriei de procesare

În timpul prelucrării, piesa de foraj trebuie să fie cât mai aproape de pistolul de sudură pentru placare, pentru a evita punctele inaccesibile din poziția piesei de reparat și pentru a evita depășirea axelor și punctele singulare ale robotului. Depășirea axei înseamnă că există puncte pe suprafața piesei de reparat care sunt inaccesibile în raza de mișcare a axei articulației robotului; punctele singulare înseamnă că atunci când efectorul final al robotului atinge un anumit punct de pe suprafața robotului care urmează să fie reparat, două dintre articulațiile robotului sunt pe aceeași axă, de exemplu, axa a 3-a și a 5-a sunt pe aceeași axă. Conform cunoștințelor soluției inverse a cinematicii, se poate ști că θ3 și θ5 vor avea mai multe soluții, iar rotirea θ3 sau θ5 poate atinge punctul specificat. În acest moment, axa articulată a brațului robotului nu va putea continua să funcționeze, iar acest punct se numește punct singular. În procesul de ajustare a poziției piesei de prelucrat, evitați aceste probleme și realizați funcționarea normală a robotului. Optimizarea traiectoriei de procesare a robotului este prezentată în Figura 10, iar robotul se află în intervalul de lucru.

3.2 Reglarea poziției pistolului de sudură

Din formula (21), se poate concluziona că poziția pistolului de sudură este întotdeauna într-o stare de schimbare continuă în timpul reparației burghiului PDC. Menținerea capului pistolului perpendicular pe suprafața de prelucrare poate îmbunătăți performanța după reparație. După cum se arată în Figura 11, poziția pistolului de sudură la un anumit punct al procesului de reparare este perpendiculară pe suprafața de prelucrare. Ajustarea poziției pistolului de sudură este unificată cu poziția capului pistolului utilizată în acest moment.

3.3 Simulare

Pentru a se asigura că erorile robotului sunt reduse, mișcarea robotului ar trebui să fie stăpânită înainte ca robotul să fie pus efectiv în funcțiune. Traiectoria importată trebuie simulată. După cum se arată în Figura 12, nu există puncte problematice în traiectorie și fiecare punct de pe traiectorie și fiecare articulație a robotului se află în raza de mișcare.

4 Concluzie

(1) Pe baza ingineriei inverse, metoda de combinare a scanării laser și modelării inverse este adoptată pentru a realiza achiziția de date din norul de puncte și reconstrucția suprafeței unor părți complexe de suprafață și pentru a stabili un model tridimensional al burghiului PDC.

(2) Partea defectă a burghiului PDC este obținută prin operație booleană, iar familia plană izometrică Γ este utilizată pentru a obține partea defectă a burghiului PDC. Intersectându-se cu partea de reparare a burghiului, planificarea căii de refacere a placajului cu laser a burghiului PDC este finalizată.

(3) Se stabilește un model cinematic al robotului cu 6 DOF și se exprimă poziția pistolului de sudură pentru placare robot folosind matricea de transformare omogenă și se determină matricea de postură a pistolului de sudură cu placare cu traiectorie multistrat pentru repararea burghiului PDC.

(4) Prin simularea burghiului de reparare a placajului cu laser, se constată că, atunci când robotul repara în conformitate cu traiectoria specificată, poziția pistolului de sudură este într-un proces de schimbare, iar poziția pistolului de sudură este unificată la un moment dat pentru a optimiza traiectoria de procesare a robotului. Se realizează repararea placajului cu laser a piesei de prelucrat cu suprafață curbată complexă.