[发明专利]用于钻孔机的自动刀具头放置和组装设备

说明书

用于加工工件的方法包括使用多轴机器人以从盒中提起刀具头。机器人将刀具头附接到钻管的末端。钻管然后旋转并纵向平移以加工工件。通过移动钻管从工件上纵向地取回刀具头。机器人用于断开刀具头，更换断开的刀具头进入盒中，并从盒中取回一不同的刀具头以连接到钻管。

交叉参照有关申请

本申请要求于2017年4月10日提交的美国临时申请序列号为62/483517的权益和优先权，其通过引用结合于此。

关于联邦赞助研究或研发的声明

不适用的

联合研究协议的缔约方名称

不适用的。

技术领域

本公开涉及用于在工件内钻出细长通道的机器领域。更具体地说，本公开涉及用于更换钻孔机上的机械刀具头的自动化设备。

背景技术

某些类型的细长管，例如钻地下井眼的过程中使用的钻铤，是沿着钻铤的一些或全部长度可具有多个内部特征的部件。一些钻铤可以使用10到30个钻孔刀具头进行加工，以下称为深孔钻井或BTA型机器上的“刀具头”。为了方便起见，这些机器以下将被称为“钻孔机”。与沿着钻铤长度的钻孔特征结合使用的刀具头通常通过螺纹连接与钻孔机上的钻管连接。钻管为任何特定的刀具头提供旋转和精确的轴向运动，从而将合适特征加工到钻铤中。

目前，无论何时需要更换刀具头，操作人员必须拆卸(例如，拧开)组装的刀具头与钻管之间的连接，使用手动或机械辅助提升操作移除并更换刀具头，并将更换刀具头与钻管之间的连接组装(拧在一起)。在这样的钻孔机的一些实施例中，每个刀具头也可能需要用于支撑钻孔机的压头内的刀具头的套管的更换。由于手动完成更换过程，更换时间的范围可以从5到20分钟，取决于刀具头的复杂程度以及操作人员的技能。在刀具头更换期间，钻孔机无法运行，导致生产效率下降。此外，在每次刀具头更换活动期间，操作人员都面临多种健康和安全风险(例如，跌落危险，滑倒危险，SIPP损伤)。

自动化刀具头更换的技术障碍是机器人准确定位并从多种刀具头拾取选定的刀具头的能力。由于刀具头目前没有设计成具有标准化的定位或拾取特征，因此使用可用的机器人末端执行器来适应多种刀具头几何形状是不切实际且成本过高的。

附图说明

图1示出了根据本公开的自动刀具头更换设备的示例实施例的透视图；

图2示出了图1所示的示例性实施例的顶视图；

图3示出了图1所示的示例性实施例的前视图；

图4示出了机器人末端执行器的实施例的侧视图。

具体实施方式

在根据本公开的刀具头放置和组装设备的各种示例性实施例中，专用刀具头适配器已被设计成适应刀具头尺寸和/或形状变化。机器人末端执行器只需要处理有限数量的刀具头适配器，而不是目前使用的各种刀具头。刀具头将被预先组装到它们相应的适配器上，因此下面将被单独称为“刀具头-适配器组件”。图1示出根据一些实施例的示例性自动钻孔机20的透视图。钻孔机20可以包括钻管支撑件，旋转和平移固定装置(“固定装置”)10。固定装置10可以提供钻管12的精确旋转支撑，并且可以包括内部马达(未示出)和线性轴承(未示出)，使得在操作期间钻管12可以被旋转和轴向地平移。在图1的图示中，至少一个第二支撑固定装置10B可以设置在固定装置10的左侧，从而在两个间隔开的位置处为钻管12提供轴向支撑，使得钻管总是在其纵向轴线上在旋转方向和平移方向上精确地移动。具有利用马达16A，16B，16C，16D，16E，16F沿着多个旋转轴线可移动的臂的机器人16可以使机器人末端执行器16G能够移动到选定的位置和取向，以支撑刀具头-适配器组件14，当它从钻管12组装或拆卸时。可以用作本公开的机器人16的铰接式机器人臂可以从例如瑞士苏黎世的ABB有限公司商购获得。