聚晶金刚石复合片钻头的制造方法

聚晶金刚石复合片钻头的制造方法
【专利摘要】一种制造聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的方法包括检查多个切削齿。该方法还包括检查钻头本体的多个齿穴。根据对多个切削齿的检查和对多个切削齿齿穴的检查，分配多个切削齿中的切削齿给多个齿穴中的齿穴。通过机器人将切削齿放置在齿穴内并施加热给钎焊料，在齿穴内产生熔化的钎焊料。
【专利说明】聚晶金刚石复合片钻头的制造

【技术领域】
[0001] 本发明公开主要涉及用于地下钻孔的井下工具，更特别地涉及具有聚晶金刚石 复合片（roc)切削齿的钻头的制造。

【背景技术】
[0002] 钻孔钻头通常用来在陆地构造中钻孔或钻井。PDC钻头可以包括碳化钨或钢制本 体和多个具有聚晶金刚石（PCD)部分的切削齿（PDC切削齿）。PDC切削齿的PCD部分一般 地暴露于陆地构造。PDC包括聚晶金刚石工作面，其使PDC切削齿能具有高等级的硬度和耐 磨性。
[0003] -般地，钻头的PDC切削齿和钻孔钻头本体是分别制造的，并且PDC切削齿随后被 附接于钻头本体。在pdc切削齿放置于钻头本体中相应的齿穴后，进行钎焊操作来将roc 切削齿附接到钻头本体上（即，附接到齿穴的壁上）。钎焊材料（例如，诸如铸铁焊料合金 1703、BAG22和BAG24这样的合金）在钎焊操作中通常用于将每一 PDC切削齿固定到钻头 本体相应的齿穴内。例如，在将钎焊焊料放置在PDC切削齿和齿穴的壁之间后，可以施加热 量（一般使用喷灯）以熔化钎焊合金，同时加热齿穴中的PDC切削齿。在热量消除后，熔化 的钎焊合金固化，以将PDC切削齿粘结到齿穴的壁。
[0004] 钎焊操作一般通过一人或多人手工进行。例如，一个人可以对钎焊合金施加热来 熔化切削齿的齿穴内的钎焊合金，同时另一个人旋转齿穴内的PDC切削齿来均匀地分布熔 化的钎焊合金。令人遗憾地，人工钎焊操作可能是许多有害地影响PDC钻头质量的问题的 来源。例如，影响PDC钻头质量的一个重要因素是PDC切削齿过度受到加热。由所施加的热 引起的暴露于热的过度的持续时间和过高的温度两个因素都可能由于对PDC切削齿的PCD 部分的热损伤而降低PDC切削齿的质量。
[0005] 例如，因为钎焊操作者常常依赖操作者自己的判断来决定钎焊合金是否充分地熔 化以恰当地地粘合在钻头本体的切削齿齿穴内的PDC切削齿，钎焊操作者可能错误地将 pdc切削齿暴露于热过度的持续时间和/或将pdc切削齿暴露于热到过高的温度，导致roc 切削齿被损坏。另外，由于操作者对于钎焊合金在切削齿齿穴内是否充分地熔化的判断错 误，PDC切削齿和齿穴之间的粘合可能没有恰当地形成。因为不同的钎焊操作者可能在所 需的用于熔化钎焊合金的热（例如，来自喷灯）的足够持续时间和量上做出不同的决定，由 相同的实体制造的PDC钻头可能有不一致的质量水准。


【发明内容】

[0006] 本发明的示范性的实施方式提供了一种制造聚晶金刚石复合片（roc)钻头的方 法，该方法包括：检查多个切削齿；检查钻头本体的多个齿穴；根据对所述多个切削齿的检 查和对所述多个切削齿齿穴的检查，分配所述多个切削齿中的切削齿给所述多个齿穴中的 齿穴；通过机器人将所述多个切削齿中的所述切削齿放置在所述多个齿穴中的所述齿穴 内；以及通过所述机器人施加热给钎焊料，以在所述齿穴内产生熔化的钎焊料。
[0007] 本发明的另一示范性的实施方式提供了一种用于制造聚晶金刚石复合片（PDC) 钻头的系统，该系统包括：相机，用于检查多个切削齿并用于检查钻头本体的多个齿穴；机 器人，经配置以将多个PDC切削齿中的PDC切削齿放置在多个齿穴中的齿穴内，并且给钎焊 料施加热，以在所述多个齿穴中的所述齿穴内产生熔化的钎焊料；以及加热系统，用于将包 括所述多个齿穴的所述钻头本体加热至预热温度。
[0008] 本发明的又一示范性的实施方式提供了用于聚晶金刚石复合片（roc)钻头制造 的自动化装置，所述自动化装置包括：控制器；第一手臂，用于将多个切削齿中的切削齿放 置在钻头本体的多个齿穴中的齿穴内；以及第二手臂，用于将热施加至钎焊料以在所述多 个齿穴中的所述齿穴内产生熔化的钎焊料，其中所述控制器经配置以控制所述第一手臂和 所述第二手臂。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 通过参考本发明的下列某些示范性的实施方式的说明，同时结合附图阅读，本发 明的上述及其他特征和方面会得到最好的理解，其中：
[0010] 图1示出了根据示范性的实施方式的用于制造PDC钻头的系统；
[0011] 图2示出了根据示范性的实施方式的通过图1的系统进行切削齿齿穴检查的快 昭. >、、、?
[0012] 图3示出了根据示范性的实施方式的进行切削齿的放置的快照；
[0013] 图4示出了根据示范性的实施方式的进行自动钎焊操作的快照；
[0014] 图5示出了根据示范性的实施方式的一种制造PDC钻头的方法，其包括使用图1 的系统的自动钎焊操作；并且
[0015] 图6示出了根据示范性的实施例一种包括控制器的计算机系统，其中控制器控制 图1的系统的操作。
[0016] 附图只示出了本发明的示范性实施方式，因此附图不被认为是限制了本发明的范 围，因为本发明认可其它等效的实施方式。

【具体实施方式】
[0017] 本公开主要涉及用于地下钻探的井下工具。具体地，该公开涉及具有切削齿（例 如，PDC切削齿）的钻头的制造，切削齿在钻头制造过程中会受过热的不利影响。虽然示范 性的实施方式的说明是针对PDC钻头和PDC切削齿而言的，包括不是PDC钻头的钻头的实 施方式也是预期在该说明的范围内的。
[0018] 本发明可通过参照附图阅读下列非限制性的、示范性的实施方式的说明而得到更 好的理解，其中每一幅图的相同的部分通过相同的附图标记来标识。根据示范性的实施例 方式，制造PDC钻头的方法包括检查多个切削齿以决定多个切削齿中的每一切削齿的尺 寸。该方法还包括检查钻头本体的多个齿穴，以决定多个齿穴中的每一齿穴的尺寸。根据 对多个切削齿的检查和对多个切削齿齿穴的检查，将多个切削齿中的一个切削齿分配给多 个齿穴中的一个齿穴。机器人将切削齿定位在齿穴内并对对钎焊料施加热，以在齿穴内产 生熔化的钎焊料。
[0019] 根据示范性的实施方式，用于制造PDC钻头的系统包括用于检查多个切削齿和用 于检查钻头本体的多个齿穴的相机。该系统还包括机器人，机器人经配置将多个PDC切削 齿中的一个PDC切削齿定位在钻头本体的多个齿穴中的一个齿穴内，并且对钎焊料施加 热，以在多个齿穴中的该齿穴内产生熔化的钎焊料。该系统还包括一个用于将包括多个齿 穴的钻头本体加热至预热温度的加热系统。
[0020] 根据示范性的实施方式，供制造PDC钻头之用的自动化装置包括控制器，用于将 多个切削齿中的一个切削齿定位的在多个齿穴中的一个齿穴内的第一手臂，和用于对钎焊 料施加热以在多个齿穴中的该齿穴内产生熔化的钎焊料的第二手臂，其中控制器经配置以 控制第一臂和第二臂。
[0021] 根据示范性的实施方式，计算机系统包括用于对多个切削齿的检查和钻头本体的 多个齿穴的检查进行控制的模块。计算机系统还包括用于根据对多个切削齿的检查和对多 个切削齿齿穴的检查，对将多个切削齿在的一个切削齿分配给多个齿穴中的一个齿穴进行 控制的模块。计算机系统还包括用于控制机器人将多个切削齿中的该切削齿定位在多个齿 穴中的该齿穴的操作的模块，以及用于控制由机械手进行的对钎焊料的热施加以在齿穴内 产生熔化的钎焊料的模块。
[0022] 图1示出了根据示范性的实施方式的用于制造roc钻头的系统100。系统100包 括自动化装置（在下文中指机器人）1〇6,其包括机器人手臂102，104。系统100还包括控 制系统100的各种操作的控制器130。机器人106可包括其自身的控制器，例如，根据示范 性的实施方式，其控制手臂102,104的操作。可选地，控制器130可包括于机器人106。系 统100还包括放置在钻头本体110的一部分周围的加热系统108。另外，可使用焊剂施加系 统112来对PDC切削齿118 (在下文中，针对全部附图，可互换地称为切削齿）施加焊剂，其 中每一 PDC切削齿随后被放置在钻头本体110的齿穴120中的一个相应的齿穴。
[0023] 机器人106中的机器人手臂102,104可执行许多功能。例如，每一手臂102,104 的尾端件可根据需要被换为不同的部件，以便执行不同的功能。手臂102,104中的一个可 以操作一个或多个相机114,以检查PDC切削齿118来确定每一切削齿的形状和尺寸。机器 人106还可使用手臂102,104来说检查钻头本体110的齿穴120,以确定每一齿穴的形状 和尺寸。在初步检查之后，可以对齿穴120进行一个或多个随后的检查，以帮助将每一切削 齿放置在相应的齿穴。在切削齿118的初步检查之后，控制器130或另外的控制器可对来 自一个或多个相机114的图像信息进行图像分析，以确定每一切削齿和每一齿穴的形状和 尺寸。根据对切削齿118和齿穴120的检查，每一切削齿可以被分配给钻头本体110中的 一个相应的齿穴。例如，根据切削齿的尺寸和齿穴的尺寸，每一切削齿可以被分配给一个齿 穴。做为选择，根据切削齿和齿穴的形状和尺寸，每一切削齿也可被分配给一个齿穴。
[0024] 在齿穴被检查以及每一切削齿被分配给相应的齿穴后，焊剂材料，例如 DeguSSah80,可以被施加于钻头本体110。施加焊剂材料于钻头本体110是为了最小化在随 后的钎焊操作期间钻头本体110的氧化。例如，粉剂形式的焊剂材料可被散播在本体110 上，然后通过加热系统108对钻头本体110施加热量、也对散播在钻头本体110上的焊剂材 料施加热量。加热系统108可施加热量来提高钻头本体110和焊剂材料的温度，至焊剂材 料的活化温度以上。可选择地，焊剂材料可在钻头本体100被加热系统108加热到预热温 度后，施加于钻头本体110,其中预热温度等于或超过焊剂材料的活化温度。控制器130可 控制加热系统108的操作，例如，通过打开和关闭来自加热系统108的热量，来保持钻头本 体110处在温度值的特定范围内。在示例性的实施方式中，焊剂材料的活化温度范围在大 约540°C和610°C之间。
[0025] 类似地，在切削齿118被检查和每一切削齿被分配给钻头本体110内的一个相应 的齿穴后，焊剂材料可以被施加于切削齿118,以在钎焊操作期间，当切削齿118随后被暴 露于更高的温度时，最小化切削齿118的氧化。例如，切削齿118可以浸埋于焊剂施加系统 112的熔剂槽122中，焊剂施加系统112包括用来将切削齿118和/或焊剂材料的加热至 接近等于或高于焊剂材料的活化温度的预热温度的加热器。在选择性的示范性的实施方式 中，切削齿118可以被加热到（例如）高于焊剂材料的活化温度，并被浸渍在焊剂材料中以 便将焊剂材料施加到切削齿118。
[0026] 例如，机器人手臂102, 104中的一个或两个可执行将加热的切削齿浸渍于焊剂材 料的功能。在示例性实施方式中，控制器130可在施加焊剂中控制对PDC切削齿118的加 热。为了最小化H)C切削齿118由于过度的热暴露而受到的损伤，在焊剂材料的施加期间 以及在施加焊剂材料之后，PDC切削齿118的温度可被保持在接近于焊剂材料的活化温度。 在PDC切削齿118被熔化的焊剂材料覆盖后，PDC切削齿118被置于齿穴120中，其中加热 系统108根据需要继续施加热量，以保持钻头本体110和位于钻头本体110的齿穴120中 的切削齿118接近等于或高于焊剂材料的活化温度的预热温度。
[0027] 在焊剂材料被施加于钻头本体110和PDC切削齿118后，机器人106可开始将切 削齿118中的每一切削齿放置在齿穴120中的相应齿穴内。例如,机器人106可使用手臂 102,104中的一个或两个并根据每一切削齿到相应的齿穴的分配，将每一切削齿放置在相 应的齿穴内。手臂102,104中的一个或两个可放置每一切削齿，使得切削齿的中心基本上 直接位于相应的齿穴中心上。机器人106根据使用一个或多个相机114执行的对切削齿 118和齿穴120的检查，确定每一切削齿的中心和每一齿穴的中心。
[0028] 在特定的切削齿被放置在相应的齿穴中之后，机器人106可在切削齿和齿穴壁之 间的齿穴内放置钎焊料。同样地，机器人106可使用手臂102,104中的一个或两个执行该 功能。在示范性的实施方式中，钎焊料可有介于705°C和750°C之间的熔化温度。例如，合 金，如Castolinl703, BAG22和BAG24,可用作钎焊料。在加热系统108继续施加热量以保 持钻头本体110和切削齿接近预热温度时，钎焊料可被放置在齿穴内。
[0029] 为了把放置于相应齿穴中的切削齿粘合到钻头本体110,机器人106可持续一段 时间施加热量给放置在齿穴内的钎焊料。例如，手臂104 (或者另一个机器人手臂）可被用 来使用热源116给钎焊料施加热量。控制器130,在机械手106之内的控制器，另外的控制 器，或其组合可控制手臂104的操作，以及施加于钎焊料的热的量和持续时间。热源116可 给钎焊料施加热量，例如使用火焰或感应线圈。例如，热源116可加热位于齿穴内的感应线 圈，其随后加热钎焊料。使用感应线圈代替火焰可限制热量在邻近的齿穴上和在位于齿穴 的相应的PDC切削齿上的影响。
[0030] 机器人106控制所施加的热的量以达到需要的钎焊温度，在该温度钎焊料被充分 地熔化，以在钎焊料冷却时，在切削齿和钻头本体110之间形成粘合。机器人106还控制施 加给钎焊料的热的持续时间。在一些示范性的实施方式中，机器人106持续一段时间施加 一定量的热给钎焊料，其中在热的施加开始之前确定持续时间。可选择地，机械手106可根 据温度信息（例如，来自温度传感器），持续一段时间施加一定量的热，其中温度信息指示 钎焊料的和/或围绕钎焊料的区域的温度。机器人106还可根据需要调整热的量，以达到 需要的钎焊温度。
[0031] 在钎焊操作的一些选择性的示范性实施方式中，机器人106可在放置钎焊料之 前，首先给齿穴施加热量，以将钻头本体（例如，齿穴的壁）的温度提高到钎焊料的熔化温 度。例如，机器人106可将热施加给特定的齿穴的壁，并且一旦该具体的齿穴的壁达到或超 过钎焊料的熔化温度，机器人106可使钎焊料与该齿穴的壁接触，以便熔化齿穴之内的钎 焊料。
[0032] 在钎焊操作期间，在一个手臂104正给钎焊料和/或钻头本体施加热量时，另一个 手臂102可在齿穴内旋转切削齿，以在齿穴内均匀地分布熔化的钎焊料，并且将熔化的焊 剂从齿穴中推出来。在钎焊料被熔化以及切削齿在齿穴内被旋转持续一段时间以将熔化焊 剂从齿穴充分地清除之后，机器人106可对PDC切削齿在齿穴内的位置进行调整。在对齿 穴内的PDC切削齿进行最终定位后，机器人106将热移除以允许熔化的钎焊料冷却下来并 且凝固，以在切削齿和钻头本体110之间形成粘合。
[0033] 机器人106可执行把多个切削齿118的每一切削齿到齿穴120的相应齿穴中的放 置，并且执行如上所述的钎焊操作。因为机械手106能一致性地控制钎焊操作中使用的热 的量和施加热的持续时间，所以切削齿118以一致的方式被粘合到钻头本体110,这也产生 不同的PDC钻头之间一致的质量水准。
[0034] 虽然上面描述的和在图1示出的为两个机器人手臂，然而，在选择性的示范性的 实施方式中，机器人106也可具有多于两个的手臂。另外，在不脱离本披露的范围下，加热 系统108可具有与图1所示相比的不同外观。在选择性的实施例方式中，加热系统108相 对于钻头本体110的位置可不同于图1所示的位置。另外，系统100的任何组件相对于系 统100的其它组件的位置只是说明性的而并没有是限制性的意图。
[0035] 图2示出了根据示范性的实施方式的通过图1的系统进行切削齿齿穴检查的快 照。如图2所示出的，加热系统108按图1所示出的类似方式，围绕钻头本体110放置。加 热系统108通过一个或多个导线206可被图1的控制器130控制。钻头本体100包括若干 个托板202,每一托板具有若干个用于放置切削齿（例如，图1示出的PDC切削齿118)的相 应齿穴120。
[0036] 如图所示，一个或多个相机114附接于机器人手臂102。例如，机器人手臂102可 根据需要移动一个或多个相机114,以收集关于齿穴120的信息。例如，一个或多个相机114 可收集齿穴120的规格信息。规格信息可被（例如控制器130或另外的专用控制器）使用， 使得特定的齿穴的形状和尺寸能够确定。规格信息也可被用来确定特定的齿穴的中心。在 一些示范性的实施方式中，规格信息可使得能够生成齿穴120的三维（3D)视图。
[0037] 在一些示范性的实施方式中，旋钮204或5轴CN机构（未示出）可用于调整钻头 本体110的位置。例如，只要一个或多个相机114收集了足够的关于的齿穴的、通过在加热 系统108内的开口而暴露的信息，旋钮204可用来旋转钻头本体110,使得齿穴（例如，在加 热系统108后面的齿穴）为一个或多个相机114可及。虽然5轴CN机构已经如上所述在 此处描述的示范性的实施方式中得到使用，但在其它示范性的实施方式中，CN机构具有不 同数量的轴，例如3轴或4轴。
[0038] 在图2的示范性的实施方式中，对钻头本体的齿穴120的检查不涉及机器人手臂 104。然而，在选择性的实施方式中，机器人手臂104可用于附加于或代替机器人手臂102 执行对齿穴120的检查。另外，手臂102,104中的一个或两个可被用来检查切削齿，例如图 1的切削齿118,以按上面描述的对于齿穴120的类似方式收集切削齿的规格信息。控制器 (例如，控制器130)可按上面描述的对于齿穴120的类似的方式确定，例如，每一切削齿的 大小与形状。
[0039] 例如，控制器130可使用通过对齿穴120和切削齿的检查收集的信息，把每一切削 齿分配给相配的齿穴。例如，在每一托板上的齿穴可通过特定标签上的特定的齿穴的位置 被识别。为了说明，在特定托板上的齿穴被指定为1至N。相应地，每一切削齿可被分配一 个标签BxCy，其中x标识特定的托板，而其中y标识在托板x上的特定的齿穴。例如，一个 标记为B1C5切削齿被分配给托板1上的齿穴5。计算机辅助设计（CAD)系统可被用于指定 托板和齿穴，并使切削齿到齿穴的分配得到实现。
[0040] 图3示出了根据示范性的实施例的进行切削齿放置的快照。如图3示出的，机器 人手臂102此刻具有一个抓取工具302,代替了一个或多个相机114。抓取工具302能使得 机器人手臂102从切削齿托盘304中拾取切削齿118。在切削齿118已经如上所述针对图 1和2所述的被检查后，切削齿118可被浸埋于焊剂槽中，以将焊剂材料施加到切削齿118。 因为切削齿118已经被分配（例如，通过将切削齿托盘304中的位置指定给钻头本体110 中的相应的齿穴（如图1和2所示））给齿穴（例如，图1和2中的齿穴120)，因此，机器 人手臂102拾取切削齿托盘304中的每一切削齿并将切削齿托盘304中的每一切削齿放置 在钻头本体110中指定的齿穴中。如图3示出的，机器人手臂102即将要拾取PDC切削齿 118,用于将PDC切削齿118放置在钻头本体110中相应的齿穴中。
[0041] 在一些选择性的示范性的实施方式中，机器人手臂102可在施加焊剂材料之前， 从切削齿托盘304中拾取切削齿118,然后将切削齿浸没于焊剂材料中（例如，通过将切削 齿浸渍在图1的焊剂槽122中），并随后根据在切削齿托盘304中对切削齿的位置指定将切 削齿118放置在其分配的齿穴中。在选择性的实施方式中，在不脱离本披露的范围的情况 下，可使用将切削齿118放置在钻头本体110中的齿穴的不同的系统。另外，虽然在图3中 示出了机器人手臂102,但是机器人手臂104或另外的机器人手臂可附加于或代替机器人 手臂102,以执行如上所述的切削齿118在齿穴120中的放置。
[0042] 图4示出了根据示范性的实施例进行自动钎焊操作的快照。如图4所示出的，机 器人手臂102使用抓取工具302来处理切削齿118。例如，机械手102处理切削齿118在 钻头本体110的齿穴120内的放置。另外，机器人手臂102可在钎焊操作期间保持切削齿 118位于齿穴120内。当机器人手臂104将钎焊料406施加至齿穴120时，机器人手臂102 也可处理切削齿118。例如，机器人手臂104可使用钎焊料施加工具402将钎焊料406放置 于齿穴120内。在示范性的实施例中，机器人手臂104可将钎焊料406放置于齿穴120内， 并随后施加（例如，使用图1的热源116)热量来熔化钎焊料。
[0043] 在选择性的示范性的实施方式中，图4示出的操作可在使用加热系统/装置（例 如图1的热源116)使齿穴120的壁受热后执行。例如，另外的机器人手臂可使用热源116， 直接地或间接地将热施加给齿穴的壁，直到壁的温度等于或超过钎焊料406的熔化温度。 在齿穴120的壁的温度等于或超过钎焊料406的熔化温度后，机器人手臂104可使钎焊 料406与齿穴120的壁接触，从而熔化在齿穴120内的钎焊料406。在示范性的实施例中， 钎焊料406可具有位于705°C和750°C之间的熔化温度。例如，钎焊料406可以是合金，如 Castolinl703、BAG22 和 BAG24。
[0044] 在示范性的实施例中，当钎焊料406正在在齿穴120内被施加时，机器人手臂102 可以在齿穴102内旋转切削齿118。例如，在钎焊料406放置在齿穴120内之后，当机器人 手臂104将热施加给钎焊料406时，手臂102可在齿穴120内旋转切削齿118,以在齿穴120 内均匀地分布熔化的钎焊料并将熔化的焊剂材料从齿穴120中推出。在钎焊料120被熔化 并且切削齿118在齿穴120内被旋转持续一段时间，以便从齿穴120充分地清除任何的熔 化的焊剂材料之后，机器人手臂102可对切削齿118在齿穴120内的位置进行调整。在对 切削齿118在齿穴120内的位置进行最终的调整之后，熔化的钎焊料被允许冷却下来并且 凝固，在齿穴120内的切削齿118和钻头本体110之间形成粘合。
[0045] 图5示出了根据示范性的实施方式的一种制造PDC钻头的方法500,其包括使用 图1的系统的自动钎焊操作。方法500包括：在步骤502处，检查多个切削齿。在步骤504 处，方法包括检查钻头本体的多个齿穴。例如，图1和2所示的一个或多个相机114可被用 来执行对切削齿118和齿穴120的检查。如上所述，控制器（例如，图1所示的控制器130) 可以确定（例如）齿穴和切削齿的大小与形状。方法500还包括：在步骤506处，根据对多 个切削齿的检查和对多个切削齿齿穴的检查，把多个切削齿中的切削齿分配给多个齿穴中 的齿穴。
[0046] 例如，如图1示出的，控制器130可以把多个切削齿118中的每一切削齿分配给钻 头本体110中的齿穴120的齿穴。不使用控制器130,在机器人106中的控制器或另外的控 制器可对来自一个或多个相机114的信息进行分析，并且还执行每一切削齿到相应齿穴的 分配。在方法500的步骤508处，焊剂材料可被施加于多个切削齿和包括多个齿穴的钻头 本体。例如,施加焊剂材料可包括将钻头本体加热到第一温度和将多个切削齿加热到第二 温度。第一温度和第二温度可等于或超过焊剂材料的活化温度。
[0047] 为了说明，在钻头本体110被加热到等于或超过焊剂材料的活化温度的温度（第 一温度）之前或之后，粉剂形式的焊剂材料可被散播在图1的钻头本体110上。类似地，在 被加热到等于或超过焊剂材料的活化温度的温度（第二温度）时、之前或之后，切削齿（例 如图1的切削齿118)可浸埋于具有焊剂材料的焊剂槽中。在一些示范性的实施方式中，第 一温度和第二温度是大致相同的。
[0048] 在方法500的步骤510处，机器人将多个切削齿中的切削齿放置在多个齿穴中的 齿穴内。例如，如图3和4示出的，机器人手臂102可从切削齿托盘304中拾取切削齿，以 将切削齿放置在钻头本体110的齿穴中。机器人手臂102可将每一切削齿就位，使得只要 有可能，切削齿的中心基本上直接地位于齿穴的中心上。
[0049] 在方法500的步骤512处，机器人对钎焊料施加热以在齿穴内产生熔化的钎焊料。 例如，图1和4所示的机器人手臂104可使用（比如，火焰源或感应加热器）加热装置/系 统（例如，图1的热源116)，以加热预先放置在齿穴120内的钎焊料。加热钎焊料可熔化钎 焊料并在齿穴120内产生熔化的钎焊料。可选择地，机器人手臂104可加热齿穴120的壁 和/或PDC切削齿118,并随后使钎焊料与齿穴120的壁接触以熔化在齿穴120内的钎焊 料。
[0050] 在一些示范性的实施方式中，方法500还包括：当钎焊料被施加在齿穴内时，在钻 头本体的齿穴内旋转切削齿。在施加钎焊料时旋转切削齿有助于熔化的钎焊料在齿穴内均 匀地分布，以及将熔化的焊剂材料从齿穴中推出。例如，在施加热以熔化预先放置在齿穴内 的钎焊料时，可在齿穴内旋转切削齿。为了说明，当机器人手臂104或另外的机器人手臂将 热施加给预先放置在齿穴120内的钎焊料时，图4所示的机器人手臂102可在齿穴120内 旋转切削齿118。
[0051] 虽然图5示出了方法500的步骤的特定顺序，但是方法500并不局限于执行的步 骤的特定的顺序。方法500可执行各种顺序的步骤，而不脱离本披露的范围。例如，方法 500的一些步骤可同时执行。另外，虽然参考的是图1的系统100,方法500可使用其它系 统进行，而不脱离本披露的范围。虽然方法500是针对PDC钻头而描述的，但是方法500和 图1的系统100可针对其它类型的具有非PDC切削齿的钻头而实施，这些切削齿可能由于 受热过度被有害地影响。
[0052] 图6示出了根据示范性的实施方式的计算机系统600,其控制图1的系统的操作。 计算机系统600包括一个控制计算机系统600的操作的控制器602。控制器602与计算机 系统600的若干模块和接口进行交互。在示范性的实施方式中，控制器602可对应于图1 的控制器130。在选择性的实施方式中，控制系统100可对应于图1的控制器130。在另 外的选择性的实施方式中，控制器602或控制系统100可起到图1的机器人106内的控制 器或者图1的系统100内的另外的控制器的作用。另外，控制器602可以是位于单一装置 或多个设备内的单一控制器或多控制器。例如，控制器602可以是一个或多个处理器（例 如，Intel11或者ARMlt处理器）并且可包括贮存在诸如SRAM之类的存储器装置中的程序代 码。控制器602还可是全部地或部分地在以硬件实现，比如，一个或多个现场可编程门阵列 (FPGA)或者一个或多个专用半导体装置（ASIC)。
[0053] 在示范性的实施方式中，计算机系统600包括一个检查控制模块604,检查控制模 块604用于控制对多个切削齿（例如，图1的PDC切削齿118)的检查和对钻头本体（例如， 图1的钻头本体110)的多个齿穴（例如图1的齿穴120)的检查。计算机系统600还包 括一个切削齿分配模块606,切削齿分配模块606用于根据对多个切削齿的检查和对多个 切削齿的齿穴的检查，控制多个切削齿中的切削齿到多个齿穴中的齿穴的分配。预热控制 模块608可被用来通过控制用于熔化焊剂的热的施加来控制给钻头本体（例如，钻头本体 110)施加焊剂。在一些示范性的实施例中，预热控制模块608还可用来控制给切削齿（诸 如PDC切削齿118)的焊剂材料施加。
[0054] 计算机系统600还可包括一个切削齿放置模块610,切削齿放置模块610用于控制 机器人（例如，图1的机器人106)在将多个切削齿的切削齿放置在多个齿穴的齿穴内中的 操作。另外，切削齿旋转模块612可控制多个切削齿中的切削齿在多个齿穴中的齿穴内的 旋转。例如，切削齿旋转模块612可控制根据图4描述的旋转操作，其中机器人手臂102在 齿穴120内旋转切削齿118。
[0055] 钎焊料施加模块614可控制在齿穴内放置钎焊料，例如，在施加热以熔化钎焊料 之前。例如，钎焊料施加模块614可控制根据图4描述的钎焊料406的放置。
[0056] 钎焊热施加模块616可通过控制由机器人给钎焊料施加的热，以在齿穴内产生熔 化的钎焊料。例如，钎焊热施加模块616可控制热的施加以熔化根据图4描述的钎焊料406。 例如，钎焊热施加模块616可操作来控制施加于钎焊料的热的持续时间和量，从而控制roc 切削齿（例如，PDC切削齿118)在可能损坏PDC切削齿的受热。
[0057] 不同的模块604-616可通过接口 622,624,626中的一个或多个与图1的系统100 的组件交互。为了说明，组件604-616中的每一个可通过通信总线618与控制器602通信。 反过来，控制器602可通过预热系统接口 622,相机设备624和机器人接口 626与系统100 的组件通信。例如，为了控制机器人手臂（例如，机器人手臂102，104)，模块604-616中的 一个或多个可与控制器602通信，其反过来通过机器人接口 626与机器人手臂通信。在一 个实施例中，计算机系统600或控制器602位于机器人内（S卩，在自动化装置内），机器人接 口 626可以是一个与机器人的手臂的接口。类似地，控制器602可通过预热系统接口 626 与加热系统通信，例如图1的加热系统108。如另一个实施例那样，控制器602可通过相机 接口 624与一个或多个相机（例如，图1的一个或多个相机114)通信。
[0058] 虽然图6示出了各模块的具体的拓扑结构，在选择性的实施方式中，计算机系统 600可具有其它的拓扑结构。另外，计算机系统600的模块604-616中的一个或多个可为软 件模块，硬件模块或其组合。例如，模块604-616 -个或多个模块可包括贮存在诸如静态随 机存取存储器（SRAM)之类的存储器装置中的程序代码。
[0059] 虽然每一示范性的实施例已经被详细描写了，但是应该认为适用于一个实施例的 所有的特征和变化还适用于另一个实施例。
[0060] 虽然本发明已经结合【具体实施方式】进行了描述，然而本说明书不意味着以限定性 的意义进行解释。对于本领域普通技术人员来说，通过结合各示范性的实施例的说明，所公 开的实施例的各种变体，以及本发明的选择性的实施例将更为清晰。本领域普通技术人员 应该理解，所公开的构思和具体实施例可容易地用作改进或设计实现本发明的相同目的的 其它结构或方法的基础。本领域普通技术人员还应该认识到，此类等效结构没有脱离本发 明在附加的权利要求中阐明的精神实质和范围。因此应该考虑到，权利要求将覆盖所有的 属于本发明的范围内的此类变体或实施例。
【权利要求】
1. 一种制造聚晶金刚石复合片（roc)钻头的方法，该方法包括： 检查多个切削齿； 检查钻头本体的多个齿穴； 根据对所述多个切削齿的检查和对所述多个切削齿齿穴的检查，分配所述多个切削齿 中的切削齿给所述多个齿穴中的齿穴； 通过机器人将所述多个切削齿中的所述切削齿放置在所述多个齿穴中的所述齿穴内； 以及 通过所述机器人施加热给钎焊料，以在所述齿穴内产生熔化的钎焊料。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括施加焊剂材料给所述多个切削齿和给包括所述多 个齿穴的钻头本体。
3. 如权利要求2所述的方法，其中施加所述焊剂材料包括加热所述钻头本体至第一温 度和加热所述多个切削齿至第二温度，并且其中所述第一温度和所述第二温度等于或超过 所述焊剂材料的活化温度。
4. 如权利要求1所述的方法，还包括在施加热给在所述齿穴内的所述钎焊料的同时， 通过所述机器人旋转在所述多个齿穴中的所述齿穴内的所述多个的切削齿中的所述切削 齿。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括在施加热之前在所述齿穴内放置所述钎焊料。
6. 如权利要求1所述的方法，其中将所述多个切削齿中的所述切削齿放置在所述多个 齿穴中的所述齿穴内包括放置所述切削齿使得所述切削齿的中心基本上直接地位于所述 齿穴的中心上。
7. 如权利要求1所述的方法，其中检查所述多个切削齿和检查所述多个齿穴包括使用 相机采集所述多个切削齿和所述多个齿穴的规格信息。
8. 如权利要求1所述的方法，其中施加热给所述钎焊料包括持续一段时间施加热，并 且其中持续的时间是在施加热之前确定的。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括将热从所述齿穴去除，以使所述熔化的钎焊料能 够冷却下来。 i〇. -种用于制造聚晶金刚石复合片（roc)钻头的系统，该系统包括： 相机，用于检查多个切削齿并用于检查钻头本体的多个齿穴； 机器人，经配置以将多个PDC切削齿中的PDC切削齿放置在多个齿穴中的齿穴内，并且 给钎焊料施加热，以在所述多个齿穴中的所述齿穴内产生熔化的钎焊料；以及 加热系统，用于将包括所述多个齿穴的所述钻头本体加热至预热温度。
11. 如权利要求10所述的系统，还包括控制器，其中所述机器人包括第一手臂和第二 手臂，并且其中所述控制器经配置以控制所述相机、所述第一手臂、所述第二手臂和所述加 热系统。
12. 如权利要求11所述的系统，其中所述控制器还经配置以分析来自所述相机的信 息，以确定所述多个PDC切削齿中的每一PDC切削齿的尺寸和所述多个齿穴中的每一齿穴 的尺寸。
13. 如权利要求12所述的系统，其中所述控制器还经配置以根据每一PDC切削齿的尺 寸和每一齿穴的尺寸，分配所述多个PDC切削齿中的每一PDC切削齿至所述多个齿穴中的 相应齿穴。
14. 如权利要求11所述的系统，其中所述第一手臂经配置以将所述多个PDC切削齿中 的所述PDC切削齿放置在所述多个齿穴中的所述齿穴内，并且其中第二手臂经配置以将热 施加到所述钎焊料。
15. 如权利要求10所述的系统，还包括第二加热系统，所述第二加热系统用于加热所 述多个切削齿至所述预热温度，其中所述预热温度等于或超过施加于所述多个切削齿的焊 剂材料的活化温度。
16. 如权利要求15所述的系统，还包括用于施加所述焊剂材料至所述多个切削齿的焊 剂槽。
17. 用于聚晶金刚石复合片（roc)钻头制造的自动化装置，所述自动化装置包括： 控制器； 第一手臂，用于将多个切削齿中的切削齿放置在钻头本体的多个齿穴中的齿穴内；以 及 第二手臂，用于将热施加至钎焊料以在所述多个齿穴中的所述齿穴内产生熔化的钎焊 料，其中所述控制器经配置以控制所述第一手臂和所述第二手臂。
18. 如权利要求17所述的自动化装置，其中所述第一手臂经配置以在第二手臂将热施 加至所述钎焊料的同时旋转所述切削齿。
19. 如权利要求17所述的自动化装置，其中所述第一手臂和所述第二手臂中的至少一 个经配置以操作相机以检查所述多个切削齿和所述多个齿穴。
20. 如权利要求17所述的自动化装置，其中所述第二手臂经配置以在施加热至所述钎 焊料之前将所述钎焊料放置在所述齿穴内。
21. -种用于控制聚晶金刚石复合片（roc)钻头的制造的计算机系统，所述计算机系 统包括： 用于控制对多个切削齿的检查和对钻头本体的多个齿穴的检查的模块； 用于根据对多个切削齿的所述检查和对所述多个切削齿齿穴的所述检查，对将所述多 个切削齿中的切削齿分配给所述多个齿穴中的齿穴进行控制的模块； 用于控制机器人在将所述多个切削齿中的所述切削齿放置在所述多个齿穴中的所述 齿穴中的操作的模块；以及 用于控制通过所述机器人将热施加至钎焊料以在所述齿穴内产生熔化的钎焊料的模 块，。
22. 如权利要求21所述的计算机系统，还包括用于控制将焊剂材料施加至所述多个切 削齿和包括所述多个齿穴的所述钻头本体的模块。
23. 如权利要求21所述的计算机系统，还包括用于控制对在所述多个齿穴中的所述齿 穴内的所述多个切削齿中的所述切削齿进行旋转的模块。
24. 如权利要求21所述的计算机系统，还包括用于在施加热之前控制将所述钎焊料放 置在所述齿穴内的模块。
【文档编号】E21B10/50GK104514493SQ201410504463
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】A·杜尔费伊, G·M·西格彭 申请人:瓦雷尔欧洲公司