专利名称：一种合拢管测量再现系统的制作方法
技术领域：
本发明属于材料成型自动化技术领域。涉及一种合拢管测量再现系统，应用于合拢管的加工制造，更具体是涉及合拢管现场测量、软件处理和再现制造合拢管的一种实施方法。
背景技术：
船舶里到处都布满了管路，这些管件的设计、制作及在船内安装后的检查等一系列的作业被称作“管路铺设”。通常船舶是分段建造的，在分段合拢时分段间的管线就需要合拢管来连接，但依靠管线设计图纸无法制造出各式各样的合拢管，合拢管的制作通常采取取型法和现场焊接法。取型法是将两个法兰固定到需要连接的两个管子的法兰上，然后用角铁将这两个法兰焊接成整体，搬运到管线加工平台上，测量两个法兰的位置关系后工人凭借自己的经验确定大概的直管长度和弯管角度以及弯管的数量，待直管和弯管加工好之后开始和两个法兰进行装配，在装配时不断地根据实际情况对直管和弯管进行切割或者更换，直到各连接处配合合适才开始正式的焊接。这样的加工过程没有正规加工图纸、制造的随意性大可重复性差，而且工人经验技术水平严重影响加工质量，耗时长、材料浪费严重、对工人的技术要求非常高，另外这样制作出来的合拢管精度不高，在合拢管安装时经常会出现螺栓孔位置不正确，法兰密封面贴合不紧密，合拢管长度不合适等情况，一旦出现这些问题就要将合拢管吊出船舱重新修改，耽误船舶建造时间，同时存在很大的安全隐患。目前，合拢短管的制造难题是合拢管加工过程中不可逾越的障碍，是提高合拢管制造速度和精度的瓶颈。现场焊接法是指事先绘制合拢处的局部草图，然后做出较局部草图稍长的管材，在安装现场切割然后焊接的方法。这种方法只适合需合拢的两个管子的法兰空间位置比较简单的情况。这两种方法存在以下缺点
(1)精度不高，会存在5%的不合格品；
(2)作业时间长，在搬运作业时意外事故多发，存在安全隐患；
(3)需要法兰和角铁等辅助工具，造成材料浪费；
(4)船内焊接、切割等操作存在火灾隐患；
(5)需要技术熟练、经验丰富的专业技工才能完成；
在管道制作中最为困难的是“保证成品良好的精度”。但是采用上面两种方法经常会出现制造出的合拢管法兰螺栓孔位置不正确，导致无法安装的情况。
发明内容
针对合拢管制造时精度不高，工艺繁琐、制造时间长的问题，特别是合拢短管加工过程中没有正规加工图纸，靠工人经验加工合拢管的问题本发明提供了一套可以现场测量法兰空间位置数据，并通过软件处理，得到再现机动作数据和短管加工图纸，并利用再现机将法兰和制造好的短管精确快速连接起来的一种合拢管测量再现系统。为了解决上述问题本发明提供了一种合拢管测量再现系统，包括数据测量系统、数据拟合系统、再现系统；
数据测量系统进行对现场法兰进行测量后以文本的数据格式输出测量数据；数据拟合系统使用此测量数据进行数据拟合，即将数据测量系统的测量数据处理为短管加工图纸和再现机动作数据，再现系统根据再现机动作数据进行再现动作，再现动作结束后，根据短管加工图纸吊装合拢短管，吊装完成后进行点焊固定，合拢管再现完毕，既可以从再现机上吊下进行全焊缝焊接。所述的数据测量系统采用6轴三坐标测量臂；采用6轴三坐标测量臂的数据测量系统包括6轴三坐标测量臂和三坐标测量臂测量软件，三坐标测量臂测量软件以PC电脑作为运行平台；测量臂与磁性底座通过螺纹相连，能固定到现场法兰I和现场法兰II中间任何平整的位置；测量臂与PC电脑通过数据线相连或在测量臂上设置无线蓝牙和PC电脑远距离连接；现场测量时，依次在待合拢处的两个法兰的密封面、外缘、螺栓孔内壁各采集3个点数据，然后以文本的数据格式输出该测量数据。所述的数据测量系统采用三拉绳测量装置；采用三拉绳测量装置的数据测量系统包括三拉绳测量装置、测量头、电控箱、PDA，三拉绳测量装置安装在现场法兰I上，测量头安装在现场法兰II的任一螺栓孔上，电控箱通过数据线和三拉绳测量装连接，PDA通过数据线和三拉绳测量装置连接；三拉绳测量装置上的3个拉绳挂钩，测量时将拉绳挂钩挂在测量头上，即能操作PDA完成测量；测量结束后PDA以文本的数据格式输出测量数据。所述的数据拟合系统设置在PC电脑内，数据拟合系统为数据拟合软件，该软件直接调用数据测量系统测量的数据进行数据拟合；再现机动作数据保存在移动存储设备中；该数据拟合软件能识别数据测量系统的数据格式，并在拟合时自动调用相应的算法进行拟合计算；
短管加工图纸为直观的三维立体的合拢管形式显示，在拟合出的法兰上能查看到数据测量系统测量的数据点；将数据测量和数据拟合整合在一起，数据测量后能立即查看到拟合结果;
拟合软件能自动将测量数据导入，根据软件设置自动拟合数据，输出三项主要内容第一，法兰的特征数据，包括法兰外径，法兰螺栓孔直径；第二，拟合出的短管加工图纸，包括各直管的长度、弯管角度、弯管直径、弯管数量，并以TOF电子数据格式输出或者直接打印成加工图纸；第三，是以文本的数据格式输出再现机的动作参数。所述的再现系统包括控制柜和再现机；控制柜控制再现机的运行，再现机动作数据转存在控制柜中，再现机的头架固定在底座上，尾架能在底座上沿设备纵向运动，靠近或者远离头架；头架上的头架卡盘和尾架上的尾架卡盘上均安装有定位块，合拢管法兰I和合拢管法兰II通过定位块固定在头架卡盘和尾架卡盘上。应用数据测量系统采用6轴三坐标测量臂的合拢管测量再现系统进行测量再现的方法，包括以下步骤
(1)安装磁性底座，将磁性底座安装在现场法兰I和现场法兰II中间的任何平整的位
置；
(2)安装测量臂，将测量臂连接在磁性底座上； (3)连接测量臂和PC电脑，通过数据线或者蓝牙将测量臂和pc电脑连接好，启动测量
臂；
(4)启动三坐标测量臂测量软件，然后分别在现场法兰I和现场法兰II的密封面、法兰外缘、螺栓孔各取3个点数据，共18个点数据。(5)测量数据输出，将测量数据以文本的数据格式，指定的文件名保存到电脑中的指定位置；
(6)数据拟合，拟合软件会自动读取刚刚保存的测量数据文件，然后拟合出合拢管的形状，并输出短管加工图纸和再现机动作数据；
(7)加工短管，按照短管加工图纸对直管和弯管套料下料，然后焊接成合拢短管；
(8)将再现机动作数据转存到控制柜中；
(9)将合拢管法兰和合拢管法兰分别安装到头架卡盘和尾架卡盘上，并分别用卡盘定位块定位；
(10)启动再现系统，再现法兰位置，然后吊装合拢短管，点焊固定后即完成合拢管制作。有益效果
(I)测量方便、快速，操作简单。(2)拟合软件操作简单，数据拟合快速精确、调节灵活、实时显示拟合结果，便于随时修改。(3)拟合软件根据需要可自由添加法兰标准，通用性好。(4)短管加工图纸尺寸精确，布局合理，按图施工的零件尺寸精度高，再现性好。(5)弯管尺寸标识精确，便于批量加工时对弯管的套料，提高材料利用率。(6)拟合数据输出方式灵活，电子文件格式的短管加工图纸保存方便，便于以后对合拢管的修复或者更换。(7)再现机制造的合拢管误差极小，降低不合格率到零；大幅缩断作业时间，降低成本；对操作人员的技能和经验要求不高。(8)不需法兰、角铁等辅助工具，可以降低成本，减少废弃物，符合绿色经济发展理念。
图1为本发明的采用三坐标测量臂的数据测量系统示意 图2为本发明的采用三拉绳测量装置的数据测量系统示意 图3为本发明的数据拟合系统示意图。图4为本发明的再现系统示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，1、现场法兰I ;2、现场法兰II ;3、测量臂；4、磁性底座;5、PC电脑；6、
数据线。如图2所示,7、三拉绳测量机；8、测量头；9、拉绳挂钩I ;10、拉绳挂钩II ;11、拉绳挂钩III ;12、电控箱；13、PDA;14、数据线I ;15、数据线II。如图3所示，16、短管加工图纸；17、再现机动作数据。如图4所示，18、控制柜；19、头架；20、底座；21、尾架；22、头架卡盘；23、尾架卡
盘；24、合拢管法兰I ;25、合拢管法兰II ;26、卡盘定位块；27、合拢短管。本发明的一种合拢管测量再现系统包括数据测量系统、数据拟合系统、再现系统。1.数据测量系统
数据测量系统采用6轴三坐标测量臂或者三拉绳测量装置。 如图1所示，采用6轴三坐标测量臂的数据测量系统包括6轴三坐标测量臂3和三坐标测量臂测量软件，该软件以PC电脑5作为运行平台。测量臂3与磁性底座4通过螺纹相连，可以固定到现场法兰I和现场法兰2中间任何平整的位置。测量臂3与PC电脑通过数据线6相连，也可以在测量臂3上设置无线蓝牙和PC电脑5远距离连接。现场测量时，依次在待合拢处的两个法兰的密封面、外缘、螺栓孔内壁各采集3个点数据，然后以文本的数据格式输出该测量数据。如图2所示，采用三拉绳测量装置的数据测量系统包括三拉绳测量装置7、测量头8、电控箱12、PDA 13，三拉绳测量装置7安装在现场法兰I上，测量头安装在现场法兰II的任一螺栓孔上，电控箱12通过数据线14和三拉绳测量装7连接，PDA 13通过数据线15和三拉绳测量装置7连接。三拉绳测量装置7上有3个拉绳挂钩9、10、11，测量时将拉绳挂钩挂在测量头8上，即可以操作PDA 13完成测量。测量结束后PDA可以以文本的数据格式输出测量数据。2.数据拟合系统
如图3所示，数据拟合系统设置在PC电脑5内，数据拟合系统是一套数据拟合软件，可以直接通过该软件调用数据测量系统测量数据。数据拟合，即为将数据测量系统的测量数据处理为短管加工图纸16和再现机动作数据17。再现机动作数据17可以保存在移动存储设备中。该数据拟合软件可以识别上述的两种测量系统的数据格式，并在拟合时自动调用相应的算法进行拟合计算。短管加工图纸16为直观的三维立体的合拢管形式显示，在拟合出的法兰上可以查看到数据测量系统测量的数据点，便于检查测量的正确性。将数据测量和数据拟合整合在一起，数据测量后可以立即查看到拟合结果，判断测量正确与否，保证测量的准确性。拟合软件可以自动将测量数据导入，根据软件设置自动拟合数据，输出三项主要内容第一，法兰的特征数据，如法兰外径，法兰螺栓孔直径。第二，拟合出的短管加工图纸16，包括各直管的长度、弯管角度、弯管直径、弯管数量等，并以TOF电子数据格式输出或者直接打印成加工图纸。第三，是以文本的数据格式输出再现机的动作参数。用户可以自建所用法兰的标准，形成标准库，在数据拟合之前可以选定法兰的标准，在数据拟合时，软件自动在该标准中寻找合适的法兰型号。自建的法兰标准可以是国家标准也可以是国际标准或者是非标法兰甚至是异型法兰。3.再现系统
如图4，再现系统包括控制柜18和再现机；控制柜18控制再现机的运行，再现机动作数据17可以转存在控制柜18中，再现机头架19固定在底座20上，尾架21可在底座20上沿设备纵向运动,靠近或者远离头架。头架19上的头架卡盘22和尾架21上的尾架卡盘23上均安装有定位块26，合拢管法兰I 24和合拢管法兰II 25通过定位块26固定在头架卡盘22和尾架卡盘23上，再现系统根据再现机动作数据17进行再现动作，再现动作结束后即可吊装合拢短管27，吊装完成后进行点焊固定，合拢管再现完毕，既可以从再现机上吊下进行全焊缝焊接。再现操作时使用的数据，是合拢管测量再现系统中合拢管拟合软件处理出来的再现机动作数据17，其中包含了再现机各运动部件的旋转角度和运动距离。上述的合拢短管27是根据短管加工图纸16加工制造的。应用所述的一种合拢管测量再现系统进行测量再现的方法，以三坐标测量臂作为测量系统为例
(11)安装磁性底座4，将磁性底座4安装在现场法兰I和现场法兰II中间的任何平整的位置；
(12)安装测量臂3，将测量臂3连接在磁性底座4上。(13)连接测量臂3和PC电脑5，通过数据线或者蓝牙将测量臂3和pc电脑5连接好，启动测量臂3。(14)启动三坐标测量臂测量软件，然后分别在两个法兰的密封面、法兰外缘、螺栓孔各取3个点数据，共18个点数据。(15)测量数据输出，将测量数据以文本的数据格式，指定的文件名保存到电脑中的指定位置。( 16)数据拟合，拟合软件会自动读取刚刚保存的测量数据文件，然后拟合出合拢管的形状，并输出短管加工图纸16和再现机动作数据17。(17)加工短管，按照短管加工图纸16对直管和弯管套料下料，然后焊接成合拢短管27。(18)将再现机动作数据17转存到控制柜18中
(19)将合拢管法兰24和合拢管法兰25分别安装到头架卡盘22和尾架卡盘23上，并分别用卡盘定位块26定位。(20)启动再现系统，再现法兰位置，然后吊装合拢短管27，点焊固定后即完成合拢管制作。以下为本发明的应用实例
本发明的应用实例采用了两钢制法兰模拟待合拢的管子的两个法兰空间位置，测量其空间位置之后，用合拢管测量再现系统中的拟合软件处理成再现机动作数据。利用本发明的再现机再现了其空间位置，用角铁将再现了的法兰焊接成一个整体，模拟合拢管，然后将合拢管与模拟的待合拢管合拢。其结果是法兰密封面贴合紧密，螺栓孔位置没有误差，可以精确安装螺栓，达到管道安装标准。
权利要求
1.一种合拢管测量再现系统，其特征在于包括数据测量系统、数据拟合系统、再现系统； 数据测量系统进行对现场法兰进行测量后以文本的数据格式输出测量数据；数据拟合系统使用此测量数据进行数据拟合，即将数据测量系统的测量数据处理为短管加工图纸(16)和再现机动作数据(17)，再现系统根据再现机动作数据(17)进行再现动作，再现动作结束后，根据短管加工图纸(16)的内容吊装合拢短管(27)，吊装完成后进行点焊固定，合拢管再现完毕，既可以从再现机上吊下进行全焊缝焊接。
2.根据权利要求1所述的一种合拢管测量再现系统，其特征在于所述的数据测量系统采用6轴三坐标测量臂；采用6轴三坐标测量臂的数据测量系统包括6轴三坐标测量臂(3)和三坐标测量臂测量软件，三坐标测量臂测量软件以PC电脑(5)作为运行平台；测量臂(3)与磁性底座(4)通过螺纹相连，能固定到现场法兰I (I)和现场法兰II (2)中间任何平整的位置；测量臂(3)与PC电脑(5)通过数据线(6)相连或在测量臂(3)上设置无线蓝牙和PC电脑(5)远距离连接；现场测量时，依次在待合拢处的两个法兰的密封面、外缘、螺栓孔内壁各采集3个点数据，然后以文本的数据格式输出该测量数据。
3.根据权利要求1所述的一种合拢管测量再现系统，其特征在于所述的数据测量系统采用三拉绳测量装置；采用三拉绳测量装置的数据测量系统包括三拉绳测量装置(7)、测量头(8)、电控箱(12)、PDA ( 13)，三拉绳测量装置(7)安装在现场法兰I上，测量头安装在现场法兰II的任一螺栓孔上，电控箱(12)通过数据线(14)和三拉绳测量装(7)连接，PDA (13)通过数据线(15)和三拉绳测量装置(7)连接；三拉绳测量装置(7)上的3个拉绳挂钩(9、10、11)，测量时将拉绳挂钩挂在测量头(8)上，即能操作PDA ( 13)完成测量；测量结束后PDA以文本的数据格式输出测量数据。
4.根据权利要求1所述的一种合拢管测量再现系统，其特征在于所述的数据拟合系统设置在PC电脑(5)内，数据拟合系统为数据拟合软件，该软件直接调用数据测量系统测量的数据进行数据拟合；再现机动作数据(17)保存在移动存储设备中；该数据拟合软件能识别数据测量系统的数据格式，并在拟合时自动调用相应的算法进行拟合计算； 短管加工图纸(16)为直观的三维立体的合拢管形式显示，在拟合出的法兰上能查看到数据测量系统测量的数据点；将数据测量和数据拟合整合在一起，数据测量后能立即查看到拟合结果； 拟合软件能自动将测量数据导入，根据软件设置自动拟合数据，输出三项主要内容第一，法兰的特征数据，包括法兰外径，法兰螺栓孔直径；第二，拟合出的短管加工图纸(16)，包括各直管的长度、弯管角度、弯管直径、弯管数量，并以TOF电子数据格式输出或者直接打印成加工图纸；第三，是以文本的数据格式输出再现机的动作参数。
5.根据权利要求4所述的一种合拢管测量再现系统，其特征在于所述的再现系统包括控制柜(18)和再现机；控制柜(18)控制再现机，再现机动作数据(17)转存在控制柜(18)中，再现机的头架(19)固定在底座(20)上，尾架(21)能在底座(20)上沿设备纵向运动，靠近或者远离头架(19);头架(19)上的头架卡盘(22)和尾架(21)上的尾架卡盘(23)上均安装有定位块(26),合拢管法兰I (24)和合拢管法兰II (25)通过定位块(26)固定在头架卡盘(22)和尾架卡盘(23)上。
6.应用权利要求1、2、4、5所述的一种合拢管测量再现系统进行测量再现的方法，其特征在于包括以下步骤 安装磁性底座(4)，将磁性底座(4)安装在现场法兰I和现场法兰II中间的任何平整的位置； 安装测量臂(3)，将测量臂(3)连接在磁性底座(4)上； 连接测量臂(3)和PC电脑(5)，通过数据线或者蓝牙将测量臂(3)和pc电脑(5)连接好，启动测量臂(3)； 启动三坐标测量臂测量软件，然后分别在现场法兰I和现场法兰II的密封面、法兰外缘、螺栓孔各取3个点数据，共18个点数据； 测量数据输出，将测量数据以文本的数据格式，指定的文件名保存到电脑中的指定位置； 数据拟合，拟合软件会自动读取刚刚保存的测量数据文件，然后拟合出合拢管的形状，并输出短管加工图纸(16)和再现机动作数据(17)； 加工短管，按照短管加工图纸(16)对直管和弯管套料下料，然后焊接成合拢短管(27)； 将再现机动作数据(17)转存到控制柜(18)中； 将合拢管法兰(24)和合拢管法兰(25 )分别安装到头架卡盘(22 )和尾架卡盘(23 )上，并分别用卡盘定位块(26)定位； 启动再现系统，再现 法兰位置，然后吊装合拢短管(27)，点焊固定后即完成合拢管制作。
全文摘要
本发明涉及一种合拢管测量再现系统,包括数据测量系统、数据拟合系统、再现系统；数据测量系统进行对现场法兰进行测量后以文本的数据格式输出测量数据；数据拟合系统使用此测量数据进行数据拟合，即将数据测量系统的测量数据处理为短管加工图纸(16)和再现机动作数据(17)，再现系统根据再现机动作数据(17)进行再现动作，再现动作结束后，根据短管加工图纸(16)的内容吊装合拢短管(27)，吊装完成后进行点焊固定，合拢管再现完毕，既可以从再现机上吊下进行全焊缝焊接。
文档编号B23K37/00GK103042322SQ201110309478
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者邹家生, 严铿, 高飞, 叶友利, 许祥平 申请人:江苏阳明船舶装备制造技术有限公司