本发明涉及现校管法兰校准的技术领域，具体地说是一种应用机器人的现校管法兰校准系统及其使用方法。
背景技术：
船舶在分段，总段合拢及管系和设备连接时，连接的管系需要采用合适的短管进行连接，这些需要连接的管系为现场校对管。
由于积累误差，往往实际建造在分段，总段合拢及管系和设备连接时与原设计管子图纸无法匹配，现阶段国内船厂在处理合拢连接问题上通常常规的现校管制造方法为：应用传统的现校管加工工艺，对待现校管进行打样和法兰匹配，并用角铁将匹配法兰电焊定位，以此作为现校管加工的尺寸模型件，再下船按模型件加工管子；或预先加工管子再上船对所加工的管子现场修割、点焊，下船完成管子焊接。通过以上几个繁重、复杂的过程，才能保证现校管的法兰在连接时与连接管子的法兰面及螺孔装配时无偏差。
目前也有部分船厂应用新的现校管测量加工工艺，通过现场测量的方法绘制管子加工图，工人再按图加工。此方法改变了原有的现校管加工工艺，提高了效率、节约了大量管子加工的辅助材料，但由于人工加工管子和法兰校对时，无法做到精准校对加工，上船安装时管子连接端二法兰面会产生喇叭口和螺孔偏差，导致无法安装，需要现场修割再下船返工，同样导致浪费人力和物力，极大的延长船舶建造时间。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种改进的机器人现校管法兰校准系统及其操作方法，它可克服现有技术中两个管件合拢过程中费时费力、现校管的法兰在连接时与连接管子的法兰面及螺孔装配时存在偏差的不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种机器人现校管法兰校准系统，所述的法兰校准系统用于将设有法兰的第一管件和第二管件进行合拢,其特征在于：所述的法兰校准系统包括机器人和用于机器人进行工作的操控台，操作台上设有第一法兰固定夹具，机器人的一端设有机器臂,机器臂的一端设有第二法兰夹具；工作台的四周设有安全装置，工作台的侧边设有安全门和警报装置。
优选的，所述的法兰固定夹具包括固定架和与固定架相配合的带螺孔定位卡盘；所述的操作台设有机器人控制柜，操控台上设有可操作的触摸屏。
进一步，所述的第二法兰夹具，第二法兰在机器臂端法兰固定夹具固定时，依据第二法兰夹具的装配的初始位置，将滑块上螺栓穿入法兰的二个对称螺孔，用双圆锥体螺母旋紧，确保螺栓定位在螺孔中心。
进一步，所述的安全装置包括安全栏，安全栏设置于操控台的四周，所述的安全栏包括栏柱和设置于栏柱上的电子门锁。所述的报警装置包括发光器和发声报警器。
所述的使用方法包括如下步骤：第一、本系统设定三个坐标，建立了坐标间的相互关系；第二、将现校管的第一端法兰固定在第一法兰固定夹具上，c、设定第二端法兰固定架的初始定位，将现校管的第二法兰固定在第二法兰夹具；d、根据操控台空间坐标的指令，机器臂运行到指令指定的第二法兰空间位置，形成管子第二法兰与管子第一法兰进行装配的模拟空间；e、机器臂模拟操作到达规定位置后，机器臂操作管子的第二法兰沿法向自动后退50mm，以便方便工人装配管子；f、关闭机器臂自动操作电源，打开安全门操作人员进入作业区装配管子和法兰，装配完成后取下装配后的管子，操作人员退出作业区，机器臂根据指令恢复原位。
优选的，第一步骤中，系统设定三个坐标，建立了坐标间的相互关系，选择需要进行操作的管子，根据指令系统自动确立第一、第二法兰的相互位置关系；
优选的，c步骤中，第二法兰在机器臂端第二法兰夹具固定时，依据第二法兰夹具的装配的初始位置，将滑块上螺栓穿入法兰的二个对称螺孔，用双圆锥体螺母旋紧，确保螺栓定位在螺孔中心。
优选的，e步骤中，机器臂运行到达规定位置后，机器臂操作第二管子的法兰沿法向后退50-100mm；e步骤中，操作人员进入作业区后，机器臂操作第二管子的法兰沿法兰法向后退50-100mm以便装配。
相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：
1、本发明所述的改进方案，设有通过设置在机器臂端部的机器臂法兰夹具来固定第二法兰，同时第一法兰固定在固定的架上，依靠现校管测量仪现场测量获取现校管的坐标数据，通过软件分析转换输出机器人动作指令，使机器人手臂按动作指令运转至规定空间坐标位置，第一、第二二法兰面形成现校管现场实际空间形态，帮助管件进行精确配合安装定位，使现校管的法兰在连接时与连接管子的法兰面及螺孔装配时无偏差。
2、本发明的技术方案的中，设定第二法兰螺孔的初始位置，将滑块上螺栓穿入法兰的二个对称螺孔，用双圆锥体螺母旋紧，确保螺栓定位在螺孔中心。通过机器臂带动第二法兰运动来调节达到装配位置，到达装配位置后，人工介入，完成两个法兰面间管件的安装定位，保证精度、安全快速性，节省了大量的人力物力；
3、本发明的管件与二个法兰面配合安装所需要的场地小，只要在操控台上依次进行操作即可，可以节省工人在船舶施工现场的装配、切割和焊接工作，节省了人力资源和改善了船舶的建造环境；
4、本发明的机器人法兰校准系统针对现校管进行精准校管，以达到节约材料、减少工时、提高精度、降低能耗等目的。
附图说明
图1为本发明的机器臂法兰校准系统的结构示意图。
图2为本发明的第一法兰固定夹具固定法兰的结构示意图。
图3为本发明的系统运行时的流程框图。
图4为本发明的机器臂第二法兰夹具结构示意图。
图5为本发明的坐标系参考示意图。
附图标记：
1机器臂、2第二法兰夹具、3第一法兰固定装置、4控制柜、5操作台、6安全装置、7报警装置；
21支撑层、22夹具层、23支撑脚。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种机器人现校管法兰校准系统及其使用方法，具体参见图1，一种机器人现校管法兰校准系统，其特征在于：所述法兰校准系统包括机器人、操控台，与机器人相对应的第一法兰固定夹具，机器臂的一端设有机器臂第二法兰夹具；机器人作业区域的四周设有安全装置，一侧设有安全门及警报装置。所述的法兰固定夹具包括固定架和与固定架相配合的带螺孔定位卡盘；所述的卡盘上设有三个沿着卡盘均匀分布的卡爪，卡盘上设有一圈螺孔，卡盘上设有与法兰螺孔定位滑块相配合的滑道，滑道上安装法兰螺孔定位滑块，所述的操控台设有控制柜和操作台，操作台上设有可操作的触摸屏。
具体来说，第二法兰在机器臂端法兰固定夹具固定时，依据第二法兰夹具的装配的初始位置，将滑块上螺栓穿入法兰的二个对称螺孔，用双圆锥体螺母旋紧，确保螺栓定位在螺孔中心。所述的安全装置包括安全栏，安全栏设置于操控台的四周，所述的安全栏包括栏柱和设置于栏柱上的电子门锁。所述的报警装置包括发光器和发声报警器。
本发明所述的一种机器人现校管法兰校准系统的使用方法，其与现有技术的区别在于：所述的使用方法包括如下步骤：a、本系统设定三个坐标，建立了坐标间的相互关系；b、将现校管的第一法兰固定在第一法兰固定夹具上；c、设定第二法兰固定架的初始定位，将现校管的第二法兰固定在第二法兰夹具上；d、根据操控台空间坐标的指令，机器臂运行到指令指定的第二法兰空间位置，形成管子第二法兰与管子第一法兰进行装配的模拟空间；e、机器臂模拟操作到达规定位置后，机器臂操作管子的第二法兰沿法向自动后退50mm，以便方便工人装配管子；f、关闭机器臂自动操作电源，打开安全门操作人员进入作业区装配管子和法兰，装配完成后取下装配后的管子，操作人员退出作业区，机器臂根据指令恢复原位。
进一步而言，c步骤中，第二法兰在机器臂端法兰固定夹具固定时，依据第二法兰夹具的装配的初始位置，将滑块上螺栓穿入法兰的二个对称螺孔，用双圆锥体螺母旋紧，确保螺栓定位在螺孔中心。
所述的第二法兰夹具包括夹具面板和设在夹具面板底部的支撑脚，所述的夹具面板由两层构成，分别为底部支撑层和上部的夹具层，支撑层和夹具层分别嵌设有对应的弹簧体，保证夹具的稳定，精确。
d步骤中，机器臂模拟操作到达规定位置后，机器臂操作第二管子的法兰沿法向后退50-100mm；e步骤中，操作人员进入作业区后，机器臂操作第二管子的法兰沿法兰向前前进50-100mm以便装配。
在本系统设置有多个坐标系，主要为：全局参考坐标系、工具坐标系、用户坐标系，设计中需要解决坐标系及坐标转换问题。本文设定固定的机器人第一轴坐标系为全局参考坐标系，用x,y,z轴表示全局参考坐标系sx,y,z；设定运动的机器人第六轴坐标系(或第二法兰中心坐标系)为相对于参考坐标系的一个工具坐标系，用n,o,第一轴表示工具坐标系en,o,a。设定固定的第一法兰中心坐标系为相对于参考坐标系的一个用户坐标系，用l,h,c轴表示用户坐标系ul,h,c，上述三个坐标系关系如图5所示。
其中：全局参考坐标系sx,y,z位置固定，系统第一法兰端固定架位置也固定，所以用户坐标系u对参考坐标系s的转换矩阵uts为已知；另外根据测量装置导入的现校管两端法兰中心位置数据，同样可知工具坐标系e对用户坐标系u的转换矩阵etu。
这样可求出工具坐标系e对参考坐标系s的转换矩阵ets：
ets＝etu×uts
又：
即：
根据机器人的逆运动学方程，可求得机器人6轴参数，以此控制机器人将第二端法兰放置在正确的位置。
在一个实施例中：
1、机器人1为6轴传动，在2mx1.2mx1.2m的范围内可以任意运动到指定位置
2、机器人1与控制柜4通过信息传输线连接，机器人接收指令信息；
3、控制柜4与操作台5通过信息传输线连接，控制柜接收操作台指令，转换成机器人各轴的运动指令并向机器人传输；
4、将机器臂端第二法兰夹具2中心与第一法兰固定夹具3中心进行对中校准，确定第二法兰夹具2中心与第一法兰固定夹具3中心的坐标关系；
在另一个实施例中：本实施例在实施例1的基础上，再增加一个与实施例1机器人位置相对的第一法兰固定夹具3结构。整个系统第一法兰的固定坐标与第二法兰的初始坐标形成一个相对空间位置。
在第三个实施例中，本实施例在实施例1和实施案例2的基础上，再增加一个与实施例1相联接的安全系统6和报警装置7结构，安全系统保证在安全门关闭的状态下，机器臂可以作自动运行，在安全门打开状态下，执行自动运行的电源自动切断，整个系统只能示教盒操作执行；
报警装置7与安全门门锁及控制柜通过信息传输线连接，报警系统负责在安全门开关时由于操作人员的误操作发出报警信号，同时负责当合拢管的空间形态超出机器人的运动范围时，报警装置发出报警信号；
另一个具体的实施例中,设备：以实施例三中所述结构的机器人法兰校准装置为实验设备；
设备参数：动载荷50kg的sr50第二机器人，第一法兰固定夹具夹持及定位的法兰外径为d90～d608mm，第二法兰夹具d90～d608mm，系统执行空间范围2000mmx1200mmx1200mm；
实验对象：法兰外径分别为ф135mm，管子外径60mm；法兰外径ф115mm，管子外径ф42mm；法兰外径ф125mm，管子外径ф48mm；法兰外径ф190mm，管子外径ф114mm；法兰外径ф155mm，管子外径ф76mm；法兰外径ф170mm，管子外径ф89mm；法兰外径ф215mm，管子外径ф140mm。
指令数据如下：
控制柜根据上述指令转换成机器人各轴的运动指令并向机器人传输，机器臂按接收信息依次自动运行到指定空间位置,随后机器臂沿法兰法向后退50mm；
打开安全门，按机器人形成的空间位置，将已经制作的管子与法兰进行装配，机器臂沿法兰法向前进50mm，完成点焊接；
关闭安全门，机器人恢复初始状态，等待下一道指令。
实船安装经机器人法兰校准系统校准装配的管子，经检验达到精准安装的精度要求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。