法兰支撑头架及具有该头架的法兰、直管组对设备的制作方法

本发明涉及管件装配领域，尤其涉及一种法兰支撑头架及具有该头架的法兰、直管组对设备。

背景技术：

在管件模块化预制的过程中，法兰与直管之间在焊接固定前需要进行定位组对，精准的定位组对会有效提高管件模块成品的质量。然现有技术中，用于法兰与直管组对的管件组对设备通常机动性不高，在具体应用过程中难以满足法兰与直管之间高精度定位组对的需求。

有鉴于此，有必要提供一种能够能够解决以上问题的技术方案。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术存在的技术问题，为实现上述发明目的，本发明提供了一种多维调节法兰支撑头架，其具体设计方式如下。

一种法兰支撑头架，包括头架本体以及设置于所述头架本体前侧用于夹持法兰并保持所述法兰轴心线前后朝向的法兰夹盘；所述法兰支撑头架还具有调节所述法兰位置的位置调节机构，所述位置调节机构包括前后调节所述头架本体位置的y轴调节单元、调节所述法兰轴心线位置的x-z轴调节台、以及驱使所述法兰夹盘绕一旋转轴转动的回转调节单元；所述x-z轴调节台连接所述头架本体与所述法兰夹盘，且包括相对所述头架本体左右调节所述法兰夹盘位置的x轴调节单元以及上下调节所述法兰夹盘位置的z轴调节单元，所述旋转轴与所述法兰轴心线所在位置重合。

进一步，所述法兰支撑头架还包括设置于所述头架本体下方的头架基座，所述y轴调节单元包括连接所述头架本体与所述头架基座以限定所述头架本体前后移动的第一导向组件、设置于所述头架基座上且前后朝向的第一齿条、设置于所述头架本体上与所述第一齿条啮合以在转动时驱动所述头架本体相对所述头架基座前后移动的第一齿轮、以及驱动所述第一齿轮转动的第一电机。

进一步，所述头架本体具有位于前侧的安装板，所述z轴调节单元具有连接至所述安装板且相对所述安装板上下移动的z轴移动板，所述x轴调节单元具有连接至所述z轴移动板且相对所述z轴移动板左右移动的x轴移动板，所述法兰夹盘转动连接至所述x轴移动板。

进一步，所述z轴调节单元还包括连接所述z轴移动板与所述安装板以限定所述z轴移动板上下移动的第二导向组件、设置于所述z轴移动板上且上下朝向的第二齿条、设置于所述安装板上与所述第二齿条啮合以在转动时驱动所述z轴移动板相对所述安装板上下移动的第二齿轮、以及驱动所述第二齿轮转动的第二电机；所述x轴调节单元还包括连接所述x轴移动板与所述z轴移动板以限定所述x轴移动板左右移动的第三导向组件、设置于所述x轴移动板上且左右朝向的第三齿条、设置于所述z轴移动板上与所述第三齿条啮合以在转动时驱动所述x轴移动板相对所述z轴移动板左右移动的第三齿轮、以及驱动所述第三齿轮转动的第三电机。

进一步，所述x-z轴调节台还具有限定所述z轴移动板上下移动行程的z轴限位单元以及限定所述x轴移动板左右移动行程的x轴限位单元。

进一步，所述回转调节单元包括设置于所述法兰夹盘上并以所述旋转轴为轴心的第四齿轮、设置于所述x轴移动板上与所述第四齿条啮合以在转动时驱动所述法兰夹盘转动的第五齿轮、以及驱动所述第五齿轮转动的第四电机。

进一步，所述法兰夹盘包括绕所述旋转轴转动的夹盘座、以所述旋转轴为中心均匀分布于所述夹盘座上的若干卡爪、以及同步调节若干所述卡爪相对所述旋转轴距离以夹持或松开所述法兰的卡爪调节机构。

进一步，所述法兰支撑头架还具有设置于所述头架本体前侧以在与所述法兰进行组对的直管沿所述旋转轴延伸方向靠近所述法兰时感应所述直管后端以获取所述直管后端与所述法兰间距离的传感器。

进一步，所述法兰支撑头架还具有固定于所述头架本体前侧且伸缩方向与所述旋转轴延伸方向一致的伸缩杆，所述传感器固定于所述伸缩杆的前端。

本发明还提供了一种法兰、直管组对设备，该组对设备具有以上所述的法兰支撑头架以及位于所述法兰支撑头架前侧用以支撑所述直管的直管托架。

本发明的有益效果是：基于本发明所涉及法兰支撑头架的结构，在法兰与直管的组对应用场景中，可以从多个角度调节法兰与直管之间的位置关系，从而有效确保法兰与直管之间的组对精度。

附图说明

图1所示为本发明法兰支撑头架与直管托架配合的一种示意图；

图2所示为图1中a部分的放大示意图；

图3所示为图2所示结构中的传感器处于缩回状态的示意图；

图4所示为图1所示结构的另一角度示意图；

图5所示为图4中b部分的放大示意图；

图6所示为法兰夹盘装配于头架本体安装板上的状态示意图；

图7所示为图6中z轴调节单元一种实施结构示意图；

图8所示为图6中x轴调节单元一种实施结构示意图；

图9所示为法兰夹盘与x轴移动板的一种配合示意图；

图10所示为图9所示结构的一种爆炸示意图；

图11所示为本发明法兰、直管组对设备的一种结构示意图；

图12所示为图11中c部分的放大示意图；

图13所示为图12中d部分的放大示意图；

图14所示为直管托架的一种结构示意图；

图15所示为本发明中对顶式法兰、直管组对设备的一种结构示意图；

图16所示为图15中e部分的放大示意图；

图17所示为图16所示结构的另一角度示意图；

图18所示为图17中g部分的放大示意图；

图19所示为图15中f部分的放大示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施结构对本发明进行详细描述，请参照图1至图19所示，为本发明的一些较佳实施结构。

参考图1所示，本发明所涉及法兰支撑头架100包括头架本体11以及设置于头架本体11前侧用于夹持法兰51并保持法兰51轴心线前后朝向的法兰夹盘12；本发明所涉及的法兰支撑头架100还具有调节法兰51位置的位置调节机构。

具体地，位置调节机构包括前后调节头架本体11位置的y轴调节单元、调节法兰51轴心线位置的x-z轴调节台、以及驱使法兰夹盘12绕一旋转轴转动的回转调节单元。其中，x-z轴调节台连接头架本体11与法兰夹盘12，x-z轴调节台包括相对头架本体11左右调节法兰夹盘12位置的x轴调节单元以及上下调节法兰夹盘12位置的z轴调节单元，回转调节单元的旋转轴与法兰51轴心线所在位置重合。

基于本发明所提供法兰支撑头架100的实施结构，可以对法兰51进行上下移动操作、左右移动操作、前后移动操作以及旋转操作以实现法兰位置的多维调整；参考图1所示，在具体应用于法兰51与直管52的组对场景中，通过本发明所提供法兰支撑头架100对法兰的多维调整能够使得法兰30与直管10之间在焊接固定前具有较为精准的组对关系，进而保障后续焊接固定环节的焊接质量。

为更好的理解本发明所涉及法兰支撑头架100的具体结构，以下对其进行更为详细的描述。

本实施例中的法兰支撑头架100还包括设置于头架本体11下方的头架基座13。结合图1、图2、图4、图5所示，y轴调节单元包括连接头架本体11与头架基座13以限定头架本体11前后移动的第一导向组件、设置于头架基座13上且前后朝向的第一齿条142、设置于头架本体11上与第一齿条142啮合以在转动时驱动头架本体11相对头架基座13前后移动的第一齿轮143、以及驱动第一齿轮143转动的第一电机144。基于y轴调节单元设置，当第一电机144运行时，可实现头架本体11的前后移动，进而实现法兰夹盘12上法兰51的前后移动。

具体于本实施例中，头架本体11具有位于底部的底板110，第一导向组件包括固定于头架基座13上且前后朝向的第一导轨141以及固定于底板110底部并沿第一导轨141长度方向滑动配合于第一导轨141上的第一滑块(图中未展示)。在具体实施过程中，第一导轨141可以包括并列设置的两根，第一滑块的数量可根据实际需求进行调整；第一电机144固定于底板110上，第一齿轮143与第一电机144的输出轴联动；通常，第一电机144为伺服电机，第一电机144与第一齿轮143之间还设置有减速机，具体在此不作展开。

结合图1、图6所示，头架本体11具有位于前侧的安装板111，本发明中所涉及的z轴调节单元具有连接至安装板111且相对安装板111上下移动的z轴移动板151，x轴调节单元具有连接至z轴移动板151且相对z轴移动板151左右移动的x轴移动板161，法兰夹盘12转动连接至x轴移动板161。通过z轴调节单元与x轴调节单元的配合，可以实现法兰夹盘12的上下及左右动作，进而实现法兰夹盘12上法兰51的上下、左右移动。

具体于本实施例中，结合图6、图7所示，z轴调节单元还包括连接z轴移动板151与安装板111以限定z轴移动板151上下移动的第二导向组件、设置于z轴移动板151上且上下朝向的第二齿条154、设置于安装板111上与第二齿条154啮合以在转动时驱动z轴移动板151相对安装板111上下移动的第二齿轮(图中未示出)、以及驱动第二齿轮转动的第二电机155。

本实施例中的第二导向组件包括固定于z轴移动板151上且上下朝向的第二导轨152以及固定于安装板111朝向z轴移动板151一侧的第二滑块153，第二滑块153沿第二导轨152长度方向滑动配合于第二导轨152上。在具体实施过程中，第二导轨152可以包括并列设置的两根，第二滑块153的数量可根据实际需求进行调整；第二电机155固定于安装板111上，第二齿轮与第二电机155的输出轴联动；通常，第二电机155为伺服电机，第二电机155与第二齿轮之间还设置有减速机，具体在此不作展开。

结合图7、图8所示，x轴调节单元还包括连接x轴移动板161与z轴移动板151以限定x轴移动板161左右移动的第三导向组件、设置于x轴移动板161上且左右朝向的第三齿条164、设置于z轴移动板151上与第三齿条164啮合以在转动时驱动x轴移动板161相对z轴移动板151左右移动的第三齿轮(图中未展示)、以及驱动第三齿轮转动的第三电机165。

本实施例中的第三导向组件包括固定于z轴移动板151上且左右朝向的第三导轨162以及固定于x轴移动板161朝向z轴移动板151一侧的第三滑块153，第三滑块153沿第三导轨162长度方向滑动配合于第三导轨162上。在具体实施过程中，第三导轨162可以包括并列设置的两根，第三滑块153的数量可根据实际需求进行调整；第三电机165固定于z轴移动板151上，第三齿轮与第三电机165的输出轴联动；通常，第三电机165为伺服电机，第三电机165与第三齿轮之间还设置有减速机，具体在此不作展开。

可以理解的是，本发明中第一导向组件、第二导向组件、第三导向组件分别用于限制法兰夹盘12的前后、上下及左右移动。在具体实施过程中，构成第一导向组件的第一导轨141与第一滑块的设置位置可以互换，即第一导轨141固定于底板110底部，第一滑块固定于头架基座13上，如此亦可以实现头架本体11的前后移动设置。同理，构成第二导向组件的第二导轨152与第二滑块153的设置位置可以互换；构成第三导向组件的第三导轨162与第三滑块163的设置位置也可以互换。

作为本发明的一种优选实施方式，x-z轴调节台还具有限定z轴移动板151上下移动行程的z轴限位单元以及限定x轴移动板161左右移动行程的x轴限位单元。

具体于本实施例中，结合图6、图7所示，z轴限位单元包括上下间隔固定于z轴移动板151上的一对第一挡板156以及上下间隔固定于安装板111上的一对第一触发开关157，一对第一触发开关157位于一对第一挡板156之间。当z轴移动板151向上移动至下侧第一挡板156抵接至下侧第一触发开关157时，z轴移动板151即停止继续向上移动；当z轴移动板151向下移动至上侧第一挡板156抵接至上侧第一触发开关157时，z轴移动板151即停止继续向下移动。

结合图7、图8所示，x轴限位单元包括左右间隔固定于x轴移动板161上的一对第二挡板166以及左右间隔固定于z轴移动板151上的一对第二触发开关167，一对第二触发开关167位于一对第二挡板166之间。当x轴移动板161向左移动至右侧第二挡板166抵接至右侧第二触发开关167时，x轴移动板161即停止继续向左移动；当x轴移动板161向右移动至左侧第二挡板166抵接至左侧第二触发开关167时，x轴移动板161即停止继续向右移动。

在本发明的其它实施例中，z轴限位单元与x轴限位单元的具体结构也不局限于图6、图7、图8中所示结构。

结合图9、图10所示，本发明中所涉及的回转调节单元包括设置于法兰夹盘12上并以旋转轴为轴心的第四齿轮171、设置于x轴移动板161上与第四齿条171啮合以在转动时驱动法兰夹盘12转动的第五齿轮172、以及驱动第五齿轮172转动的第四电机173。

更为具体地，参考图10所示，第四齿轮171转动的配合于转动支撑座170上，转动支撑座170通过螺栓1700与x轴移动板161的螺孔1610配合以固定在x轴移动板161上，第四电机173为伺服电机，第四电机173与第五齿轮172之间还设置有减速机，具体在此不作展开。

进一步结合图9、图10所示，法兰夹盘12包括绕旋转轴转动的夹盘120座、以旋转轴为中心均匀分布于夹盘座120上的若干卡爪121、以及同步调节若干卡爪121相对旋转轴距离以夹持或松开法兰51的卡爪调节机构。具体于本实施例中，卡爪调节机构具有动力提供组件，该动力提供组件包括相对第四齿轮171转动设置以在转动时调节卡爪121相对旋转轴距离的第六齿轮125、与第六齿轮125啮合的第七齿轮124、以及驱动第七齿轮124转动的第六电机122。第六电机122与第七齿轮124之间具有离合器123，当离合器123处于结合状态时，第六电机122可带动第七齿轮124转动；而当离合器123处于分离状态时，第六电机122的输出端与第七齿轮124断开连接，第六齿轮125与第四齿轮171同步转动。

本具体实施例中的卡爪调节机构还具有供用户手动调节卡爪121位置的手动调节组件，参考图9、图10所示，该手动调节组件包括与第六齿轮125啮合的第八齿轮126以及供转动第八齿轮126的转动杆127，该转动杆127转动的设置于x轴移动板161上。

参考图1、图2所示，本发明中所涉及的法兰支撑头架100还具有设置于头架本体100前侧以在与法兰51进行组对的直管52沿旋转轴延伸方向靠近法兰51时感应直管51后端以获取直管51后端与法兰51间距离的传感器191。在法兰51与直管52进行组对过程中，当法兰支撑头架100带动法兰51靠近直管52达到某一特定距离时，传感器191可感应直管52后端，基于法兰的厚度、法兰夹盘12与传感器191的在y轴方向上的位置关系等，可以获取当前法兰51与直管52后端之间的距离，进而可以通过控制y轴调节单元的动作准确控制法兰51在y轴方向上的移动距离，以使法兰51与直管52在组对时具有合适的位置关系。

作为本发明的一种优选实施方式，参考图2、图3所示，法兰支撑头架100还具有固定于头架本体11前侧且伸缩方向与旋转轴延伸方向一致的伸缩杆192，传感器191固定于伸缩杆192的前端。基于该设置方式，在传感器191感应直管51后端并获取前法兰51与直管52后端之间的距离后，伸缩杆192可缩回，从而避免头架本体11进一步移动或其它操作对传感器191造成损伤。

结合图1、图11所示，本发明还提供了一种法兰、直管组对设备，该组对设备具有以上的法兰支撑头架100以及位于法兰支撑头架100前侧用以支撑直管52的直管托架200。

更为具体地，本发明中的直管托架200可限定直管52前后朝向，y轴调节单元前后调节头架本体11位置可使头架本体11靠近或远离直管托架200，x-z轴调节台对法兰51轴心线位置的调节可以使得组对时法兰52轴心线与直管51轴心线重合。

参考图11所示，本具体实施例中组对设备具有两个间隔设置以共同承载直管52并限定直管52前后朝向的直管托架200。结合图14所示，每一直管托架200包括托架座21以及左右相对设置于托架座21顶部以在承载直管52时抵接直管52外壁不同位置的一对支撑轮22，如图14中所示，一对支撑轮22包括第一支撑轮221与第二支撑轮222，第一支撑轮221与第二支撑轮222分别绕一前后朝向的转动轴转动设置以在转动时带动直管52绕直管52轴心线滚动。

在具体实施过程中，至少一个直管托架200上的支撑轮22连接有驱使其转动的第五电机(图中未展示)，基于第五电机的设置，可实现直管托架200上直管52的主动转动。

本发明所涉及的法兰、直管组对设备还包括用以检测直管52轴心线所在位置的轴心线检测单元，参考图12、图13所示，轴心线检测单元包括相对头架本体11固定设置的第一支架31以及相对第一支架31上下移动设置且位于法兰夹盘12前侧上方的2d激光位移传感器32。

具体于本实施例中，组对设备具有固定于底板110上的载架30，第一支架31固定于载架30上且朝法兰夹盘12前侧上方延伸，第一支架31的前端上下移动设置有用于固定2d激光位移传感器32的第一固定杆320。

在具体应用过程中，直管52的轴心线检测过程为：直管52承载于直管托架200上，头架本体11带动载架30朝直管托架200方向移动直至传感器191感应到直管52端部，y轴移动单元停止动作，此时直管52端部位于2d激光位移传感器32的检测范围内，直管托架200的上的支撑轮22带动直管52转动一周，2d激光位移传感器32根据直管52的外形检测数据得到直管52的轴心线。根据2d激光位移传感器32所检测的直管52轴心线，法兰支撑头架100的x-z轴调节台在竖直方向及左右方向上调节法兰夹盘12位置直至法兰51的轴心线与直管52的轴心线重合。在具体组对过程中，通过回转调节单元的回转调节，还可以使得法兰51在与直管52组对前可以绕法兰51轴心线转动至合适的角度。

进一步结合图12、图13所示，本发明中所涉及的组对设备还具有在法兰51、直管52组对后对法兰51、直管52间的缝隙进行焊接的焊接单元，焊接单元包括相对头架本体11固定设置的第二支架41以及均相对第二支架41上下移动设置以在法兰51、直管52组对后分别在法兰51两侧对缝隙进行焊接的第一焊枪42、第二焊枪43。

在具体实施过程中，第二支架41亦固定于载架30上且朝法兰夹盘12前侧上方延伸，第二支架41上设置有上下移动的第二固定杆420、第三固定杆430，第一焊枪42、第二焊枪43分别通过第一十字滑架421、第二十字滑架431装配于第二固定杆420、第三固定杆430上；本具体实施例中，第一焊枪42、第二焊枪43设置于2d激光位移传感器32前侧且前后间隔设置。

在具体应用过程中，通过法兰支撑头架100对法兰51位置的多维度调节可以使得法兰51与直管52之间具有合适的对位置关系，在法兰51与直管52达到合适的位置关系后，通过人工手动局部点焊的方式即可完成两者之间的组对固定；在两者之间组对固定完成后还需要对两者之间形成的缝隙进行全面焊接，此时，法兰夹盘12释放法兰51，y轴移动单元驱动底板110朝远离直管托架200的方向移动直至第一焊枪42、第二焊枪43分别位于法兰51的两侧上方。然后，在第二固定杆420、第一十字滑架421的配合下，第一焊枪42可移动至法兰51一侧以在该侧对法兰51、直管52间缝隙进行焊接的第一焊接位置；在第三固定杆430、第二十字滑架431的配合下，第二焊枪43可移动至法兰51另一侧以在该侧对法兰51、直管52间缝隙进行焊接的第二焊接位置。在对法兰51、直管52间缝隙进行焊接时，直管托架200上的支撑轮22驱动直管52转动，第一焊枪42、第二焊枪43分别在法兰52两侧对法兰51、直管52两者间的缝隙进行连续的焊接。在实际应用过程中，第一十字滑架421、第二十字滑架431均具有弹性抵接法兰侧壁和/或直管外壁以使得在焊接过程中第一焊枪42、第二焊枪43始终处于合适焊接位置的靠模组件，具体在此不作进一步展开。

作为本发明的一种更为优选的实施方式，本发明还提供了一种对顶式法兰、直管组对设备。参考图15所示，该对顶式法兰、直管组对设备包括两前后间隔设置且均用以承载法兰51的法兰支撑头架100以及设置于两法兰支撑头架100间用以承载直管52并限定直管52前后朝向的直管托架200。本实施方式中对顶式法兰、直管组对设备在图11所示法兰、直管组对设备结构的基础上增设一个法兰支撑头架100，基于该增设的法兰支撑头架100，可以满足直管52两端同时与不同法兰51进行组，进而有效提高法兰51与直管52的组对效率。

为适应对不同长度直管52两端与法兰51间的组对，本实施例中对顶式法兰、直管组对设备还具有用于调节两头架基座13之间距离的间距调节单元。

结合图16、图17、图18及图4所示，该间距调节单元包括设置于一个头架基座13底部以限定相应头架基座13前后移动的导轨32、相对导轨32固定设置且与导轨32延伸方向一致的齿条34、设置于相应头架基座13上与齿条34啮合以在转动时驱动相应头架基座13前后移动的齿轮35、以及驱动齿轮35转动的电机36。

具体于本实施例中，对顶式法兰、直管组对设备具有安装底座31，一对平行且前后朝向的轨道32固定于该安装底座31上，头架基座13的底部通过滑块33滑动配合于轨道32上，电机36固定于头架基座13上，齿轮35与电机36的输出轴联动；通常，电机36为伺服电机，电机36与齿轮35之间还设置有减速机，具体在此不作展开。

在本发明另一些实施例中，构成对顶式法兰、直管组对设备的两个法兰支撑头架100均通过以上所涉及的间距调节单元装配于安装底座31上。

图11所示对顶式法兰、直管组对设备具有两个分别靠近前后两侧法兰支撑头架100以共同承载直管52并限定直管52前后朝向的直管托架200，作为优选，每一直管托架200均相对相应侧法兰支撑头架100的头架基座13固定设置。结合图16、图17所示，靠近该侧法兰支撑头架100的直管托架200固定在头架基座13上，基于此，用于承载直管52的两个直管托架200之间间距可调，从而适应不同长度直管52的支撑。

可以理解的是，对于图11所示的对顶式法兰、直管组对设备而言，其前后两端均设置有用以在直管52前后两端检测并获取直管52轴心线所在位置的轴心线检测单元以及在法兰51、直管52组对后分别于直管52前后两端进行焊接操作的焊接单元。轴心线检测单元与焊接单元的具体设计结构均可参考以上描述。

结合图15、图19所示，本发明中所涉及的组对设备还具有配合直管托架200共同承载直管52的辅助托架24，该辅助托架24设于两直管托架200之间以在直管52长度过大时对直管52形成支撑。具体于本实施例中，辅助托架24翻转的设置于安装底座31上，辅助托架24具有用以支撑直管52的直立状态及收容于安装底座31内的平躺状态。

参考图16所示，在具体实施过程中，本发明中所涉及的组对设备还具有用于实现直管52上料及组对焊接后下料的上下料单元400以及实现组对设备运行控制的控制柜600等结构，具体在此不作进一步展开。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。