用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括：基座；夾具，其可移動(dòng)地被支撐在基座上；以及檢測(cè)器，其附接到基座上并設(shè)置成與夾具相鄰。法蘭被夾具夾住并隨著夾具的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，從而利用檢測(cè)器來測(cè)量法蘭的內(nèi)表面輪廓并確定法蘭位置基準(zhǔn)。然后，使夾具基于法蘭位置基準(zhǔn)而相對(duì)于基座移動(dòng)，以將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)。
【專利說明】用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備和方法，具體地說，本發(fā)明涉及用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)以將法蘭焊接到管子的正確位置處的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將法蘭焊接到管子上是管線構(gòu)建中的典型工序。為了確保達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，需要在焊接之前將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)。法蘭和管子是通過獨(dú)立的工序制造而成的，且各自有各自的尺寸公差。盡管在理想情況下法蘭的內(nèi)徑與管子的外徑是相同的，但實(shí)際中由于制造誤差的原因，用于焊接到管子上的法蘭的內(nèi)徑稍大。因此，需要在焊接之前使法蘭和管子適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。
[0003]目前用于將法蘭和管子對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)工序是手動(dòng)地操作的。操作者憑目測(cè)來完成對(duì)準(zhǔn)。利用人工將管子提升到適當(dāng)?shù)奈恢茫缓笫狗ㄌm和管子處于一條直線上。這種對(duì)準(zhǔn)方法具有幾個(gè)缺點(diǎn)。第一，由于法蘭的內(nèi)徑大于管子的外徑，所以必須保持法蘭不抵靠在管子的任何部分上，也就是呈與管子隔開的關(guān)系。因此，以這種方式來保持法蘭是不穩(wěn)定的。對(duì)于重工業(yè)上使用的法蘭而言，尤其如此。第二，視線容易受到人為誤差的影響，因此，由于不同的操作者之間的判斷不一致，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，目測(cè)是不適用的且不可靠的。基于不正確的法蘭-管子對(duì)準(zhǔn)來執(zhí)行焊接將導(dǎo)致制造出無法接受的部件，因而需要對(duì)管子法蘭進(jìn)行再作業(yè)，在這個(gè)過程中，法蘭拆除和進(jìn)一步的熱加工有可能損壞期望的管子和法蘭，而且除了再作業(yè)所需要的額外的時(shí)間、勞動(dòng)和花費(fèi)之外，還會(huì)使得法蘭和管子不宜使用。
[0004]因此，需要提供一種用于將法蘭與管子二者精確、可靠地對(duì)準(zhǔn)的方案來滿足管線構(gòu)建要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括:基座；夾具，其可移動(dòng)地被支撐在所述基座上；以及檢測(cè)器，其附接到所述基座上并設(shè)置成與所述夾具相鄰。法蘭被安裝在所述夾具上并隨著所述夾具的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，從而利用所述檢測(cè)器來測(cè)量所述法蘭的內(nèi)表面的輪廓。基于所述測(cè)量來確定法蘭位置基準(zhǔn)。然后，使所述夾具根據(jù)所述法蘭位置基準(zhǔn)來相對(duì)于所述基座移動(dòng)，以將所述法蘭與所述管子在正確的位置對(duì)準(zhǔn)，以便進(jìn)行焊接。
[0006]根據(jù)以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在詳細(xì)描述中以示例的方式描述了本發(fā)明的創(chuàng)造性概念。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]下面參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的這些和其它方面，其中:
[0008]圖1是示出待焊接到管子上的法蘭的放大透視圖；
[0009]圖2是圖1的正視圖；[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)以便進(jìn)行焊接的設(shè)備的透視圖；
[0011]圖4是示出圖3中的設(shè)備在執(zhí)行法蘭-管子對(duì)準(zhǔn)時(shí)的透視圖；
[0012]圖5是圖4的局部放大圖；
[0013]圖6是示出法蘭的內(nèi)表面輪廓以及用于利用圖3中的設(shè)備來測(cè)量法蘭的輪廓的數(shù)據(jù)取樣線的示意圖；
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)以便進(jìn)行焊接的設(shè)備的透視圖；
[0015]圖8是示出法蘭的內(nèi)表面輪廓、管子的外表面輪廓以及用于利用圖7中的設(shè)備來測(cè)量法蘭和管子的輪廓的數(shù)據(jù)取樣線的示意圖；
[0016]圖9是示出圖3和圖8中的設(shè)備在將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)并組合起來以便進(jìn)行焊接時(shí)的透視圖；
[0017]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于法蘭-管子對(duì)準(zhǔn)的方法的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]圖1和圖2示出待與管子20對(duì)準(zhǔn)并焊接到管子20上的法蘭10。由于制造誤差，管子20的外表面24和法蘭10的內(nèi)表面14可能具有不精確的尺寸和/或不規(guī)則的形狀。在這種情況下，當(dāng)法蘭10抵靠在管子20上時(shí)，法蘭10的位置基準(zhǔn)點(diǎn)(即，對(duì)準(zhǔn)中心12)變得與管子20的對(duì)準(zhǔn)中心22失準(zhǔn)。提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法和設(shè)備來將法蘭10與管子20對(duì)準(zhǔn)以便進(jìn)行焊接，參見以下詳細(xì)描述。
[0019]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備100包括基座110以及安裝在基座110上的第一支撐板120和第二支撐板130。在基座110和第一支撐板120上分別設(shè)置有滑軌112、122。第一支撐板120可以相對(duì)于基座110沿著Z方向滑動(dòng)，第二支撐板130可以相對(duì)于第一支撐板120沿著Y方向滑動(dòng)。夾具(例如卡盤140)安裝在第二支撐板130上，并可以相對(duì)于第二支撐板130圍繞卡盤140的旋轉(zhuǎn)軸線142旋轉(zhuǎn)。這樣，卡盤140可以相對(duì)于基座110沿著Y方向和Z方向移動(dòng)。另外，卡盤140可以相對(duì)于基座110圍繞旋轉(zhuǎn)軸線142旋轉(zhuǎn)。
[0020]檢測(cè)裝置150被支撐在基座110上。檢測(cè)裝置150具有檢測(cè)器，例如攝像頭152，該檢測(cè)器安裝于檢測(cè)裝置上并設(shè)置成與卡盤140相鄰。如圖4和圖5所示，在使用中，利用卡盤140的卡爪144將法蘭10安裝到卡盤140上。隨著卡盤140旋轉(zhuǎn)，法蘭10相對(duì)于攝像頭152旋轉(zhuǎn)，并且可以利用攝像頭152來測(cè)量法蘭10的內(nèi)表面或內(nèi)孔14的輪廓。根據(jù)對(duì)準(zhǔn)精度要求，例如法蘭和管子的尺寸和位置誤差，可以執(zhí)行測(cè)量并獲取沿著一條或多條預(yù)定的數(shù)據(jù)取樣線16的數(shù)據(jù)，如圖6所示?；谘刂鳁l數(shù)據(jù)取樣線16的弦16a(圖6中僅標(biāo)示出一條)的取向和長(zhǎng)度，可以確定法蘭10的對(duì)準(zhǔn)位置基準(zhǔn)點(diǎn)12。
[0021]在本實(shí)施例中，在已知管子20的位置基準(zhǔn)點(diǎn)22的情況下執(zhí)行對(duì)準(zhǔn)，例如，參照管子的指定直徑、支撐架170的位置及支撐架相對(duì)于設(shè)備100的基座110的位置關(guān)系。在確定了法蘭10的位置基準(zhǔn)點(diǎn)12之后，可以得出法蘭10的位置基準(zhǔn)點(diǎn)12與管子20的位置基準(zhǔn)點(diǎn)22之間的距離和取向，然后通過使第一支撐板120和/或第二支撐板130移動(dòng)，由此使卡盤140沿著Z方向和/或Y方向移動(dòng)預(yù)定距離，并沿該方向?qū)⒎ㄌm10與管子20對(duì)準(zhǔn)。然后，可以執(zhí)行焊接以將法蘭固定到管子上，從而完成制作工作。
[0022]再次參考圖3，可以用相應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(未示出)來驅(qū)動(dòng)第一支撐板120和第二支撐板130，并且設(shè)備100可以包括控制器102，控制器102與檢測(cè)裝置150以及第一支撐板120和第二支撐板130的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相連?？梢詫碜詳?shù)據(jù)取樣線16的測(cè)量結(jié)果發(fā)送到控制器102并進(jìn)行處理，以確定法蘭10的對(duì)準(zhǔn)位置基準(zhǔn)點(diǎn)12。然后，控制器102基于法蘭10的位置基準(zhǔn)點(diǎn)12并利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來控制第一支撐板120和第二支撐板130的移動(dòng)，以使卡盤140沿著Z方向和/或Y方向移動(dòng)，從而使法蘭10與管子20對(duì)準(zhǔn)。
[0023]在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示，設(shè)備200包括以與前述實(shí)施例中類似的方式構(gòu)造的基座210、第一支撐板220、第二支撐板230和卡盤240。設(shè)備200還包括用于支撐管子的支撐架270，以確定管子位置基準(zhǔn)，以便與法蘭對(duì)準(zhǔn)并與法蘭焊接在一起。檢測(cè)裝置250安裝在基座210上。檢測(cè)裝置250具有可移動(dòng)地附接在檢測(cè)裝置250上的攝像頭252。因此，攝像頭252的位置是可調(diào)節(jié)的，從而除了測(cè)量法蘭10的內(nèi)表面輪廓之外，還測(cè)量管子20’的外表面輪廓。根據(jù)本實(shí)施例的設(shè)備可以在位置基準(zhǔn)點(diǎn)(例如管子20’的對(duì)準(zhǔn)中心)未知的情況下使用。在這種情況下，攝像頭254設(shè)置成面向管子20’，并且隨著管子20’因安裝在支撐架270上的輥?zhàn)?72輔助而相對(duì)于支撐架270旋轉(zhuǎn)，攝像頭254測(cè)量管子20’的外表面24’并獲取沿著預(yù)定的數(shù)據(jù)取樣線26的數(shù)據(jù)以及對(duì)法蘭10’的內(nèi)表面14的測(cè)量結(jié)果，如圖8所示。基于各條數(shù)據(jù)取樣線26的取向、沿著各條數(shù)據(jù)取樣線26的法蘭10’的內(nèi)表面14的弦26a的長(zhǎng)度和管子20’的外表面的弦26b的長(zhǎng)度、以及弦26a與弦26b之間的差異26c，可以確定法蘭10’的對(duì)準(zhǔn)位置基準(zhǔn)點(diǎn)12’和管子20’的對(duì)準(zhǔn)位置基準(zhǔn)點(diǎn)22’。
[0024]基于法蘭10’的對(duì)準(zhǔn)位置基準(zhǔn)點(diǎn)12’和管子20’的對(duì)準(zhǔn)位置基準(zhǔn)點(diǎn)22’，確定法蘭
10、10’與管子20或20’之間的位置關(guān)系。然后，可以相應(yīng)地移動(dòng)卡盤240，以使法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)法蘭10與管子20正確地對(duì)準(zhǔn)(圖3)并且法蘭10’與管子20’正確地對(duì)準(zhǔn)(圖7)時(shí)，法蘭10、10’和管子20或20’可以一起沿著例如X方向移動(dòng)，以便能在正確的對(duì)準(zhǔn)位置將法蘭焊接到管子上，如圖9所示。
[0025]在如圖10所示的法蘭-管子對(duì)準(zhǔn)方法500中，將法蘭安裝到夾具上(流程框510)。測(cè)量法蘭的內(nèi)表面輪廓(流程框520 )。根據(jù)測(cè)量得到的內(nèi)表面輪廓，可以確定法蘭位置基準(zhǔn)(流程框530)。然后，基于法蘭位置基準(zhǔn)來移動(dòng)夾具，以使法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)。
[0026]盡管以上結(jié)合附圖示出并在以上詳細(xì)描述中說明了本發(fā)明的實(shí)施例，但應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明不限于已公開的實(shí)施例。因此，應(yīng)該理解的是，可以在不脫離所附權(quán)利要求書所記載和描述的本發(fā)明的精神的情況下對(duì)本發(fā)明做出多種調(diào)整、變型、變更和替換。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 基座; 夾具，其可移動(dòng)地被支撐在所述基座上，所述夾具用于將所述法蘭安裝在所述夾具上; 支架，其用于支撐所述管子； 檢測(cè)器，其附接到所述基座上并設(shè)置成與所述夾具相鄰，所述檢測(cè)器用于確定法蘭位置基準(zhǔn)； 其中，所述夾具基于所述法蘭位置基準(zhǔn)來移動(dòng)所述法蘭，以將所述法蘭與所述管子對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括: 第一支撐板，其可滑動(dòng)地安裝在所述基座上；以及 第二支撐板，其可滑動(dòng)地安裝在所述第一支撐板上， 其中，所述夾具可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述第二支撐板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中， 所述夾具能相對(duì)于所述檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)，由此所述檢測(cè)器檢測(cè)所述法蘭的內(nèi)表面輪廓，以確定所述法蘭位置基準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中， 所述檢測(cè)器能相對(duì)于所述基座移動(dòng)，以測(cè)量所述管子的外表面輪廓，以確定管子位置基準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中， 所述支架用于可旋轉(zhuǎn)地支撐所述管子，以使所述管子能相對(duì)于所述檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)，用于測(cè)量所述管子的外表面，以確定所述管子位置基準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括: 控制器，其與所述檢測(cè)裝置、所述第一支撐板及所述第二支撐板相連， 其中，所述控制器基于所述法蘭位置基準(zhǔn)來移動(dòng)所述夾具，以使所述法蘭與所述管子對(duì)準(zhǔn)。
7.一種用于將法蘭與管子對(duì)準(zhǔn)的方法，所述方法包括: 將所述法蘭安裝到夾具上； 測(cè)量所述法蘭的內(nèi)表面輪廓； 根據(jù)所述內(nèi)表面輪廓來確定法蘭位置基準(zhǔn)； 基于所述法蘭位置基準(zhǔn)來移動(dòng)所述夾具，以使所述法蘭與所述管子對(duì)準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中， 測(cè)量所述法蘭的內(nèi)表面輪廓的步驟包括: 將檢測(cè)器設(shè)置成與所述夾具相鄰； 使所述夾具相對(duì)于所述檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)；以及 沿著預(yù)定的數(shù)據(jù)取樣線獲取所述法蘭的內(nèi)表面的弦長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 測(cè)量所述管子的外表面輪廓； 根據(jù)所述外表面輪廓來確定管子位置基準(zhǔn)；以及基于所述法蘭位置基準(zhǔn)和所述管子位置基準(zhǔn)來移動(dòng)所述夾具，以使所述法蘭與所述管子對(duì)準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中， 測(cè)量所述管子的外表面輪廓的步驟包括: 將檢測(cè)器設(shè)置成與所述管子相鄰； 使所述管子相對(duì)于所述檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)；以及 沿著預(yù)定的數(shù)據(jù)取 樣線獲取所述管子的外表面的弦長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】B23K37/053GK103990932SQ201410050372
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月14日
【發(fā)明者】麥錢特·阿齊茲·阿米拉利·哈沙姆, 郭俊杰, 吳子英 申請(qǐng)人:吉寶岸外與海事科技中心私人有限公司