用于将法兰与管子对准的设备和方法
【专利摘要】本发明提供一种用于将法兰与管子对准的设备和方法。该设备包括：基座；夹具，其可移动地被支撑在基座上；以及检测器，其附接到基座上并设置成与夹具相邻。法兰被夹具夹住并随着夹具的旋转而旋转，从而利用检测器来测量法兰的内表面轮廓并确定法兰位置基准。然后，使夹具基于法兰位置基准而相对于基座移动，以将法兰与管子对准。
【专利说明】用于将法兰与管子对准的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于将法兰与管子对准的设备和方法，具体地说，本发明涉及用于将法兰与管子对准以将法兰焊接到管子的正确位置处的设备和方法。
【背景技术】
[0002]将法兰焊接到管子上是管线构建中的典型工序。为了确保达到质量标准，需要在焊接之前将法兰与管子对准。法兰和管子是通过独立的工序制造而成的，且各自有各自的尺寸公差。尽管在理想情况下法兰的内径与管子的外径是相同的，但实际中由于制造误差的原因，用于焊接到管子上的法兰的内径稍大。因此，需要在焊接之前使法兰和管子适当地对准。
[0003]目前用于将法兰和管子对准的对准工序是手动地操作的。操作者凭目测来完成对准。利用人工将管子提升到适当的位置，然后使法兰和管子处于一条直线上。这种对准方法具有几个缺点。第一，由于法兰的内径大于管子的外径，所以必须保持法兰不抵靠在管子的任何部分上，也就是呈与管子隔开的关系。因此，以这种方式来保持法兰是不稳定的。对于重工业上使用的法兰而言，尤其如此。第二，视线容易受到人为误差的影响，因此，由于不同的操作者之间的判断不一致，从长远来看，目测是不适用的且不可靠的。基于不正确的法兰-管子对准来执行焊接将导致制造出无法接受的部件，因而需要对管子法兰进行再作业，在这个过程中，法兰拆除和进一步的热加工有可能损坏期望的管子和法兰，而且除了再作业所需要的额外的时间、劳动和花费之外，还会使得法兰和管子不宜使用。
[0004]因此，需要提供一种用于将法兰与管子二者精确、可靠地对准的方案来满足管线构建要求。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种用于将法兰与管子对准的设备和方法。该设备包括:基座；夹具，其可移动地被支撑在所述基座上；以及检测器，其附接到所述基座上并设置成与所述夹具相邻。法兰被安装在所述夹具上并随着所述夹具的旋转而旋转，从而利用所述检测器来测量所述法兰的内表面的轮廓。基于所述测量来确定法兰位置基准。然后，使所述夹具根据所述法兰位置基准来相对于所述基座移动，以将所述法兰与所述管子在正确的位置对准，以便进行焊接。
[0006]根据以下详细描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见，在详细描述中以示例的方式描述了本发明的创造性概念。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面参考附图来详细描述本发明的这些和其它方面，其中:
[0008]图1是示出待焊接到管子上的法兰的放大透视图；
[0009]图2是图1的正视图；[0010]图3是根据本发明的一个实施例的用于将法兰与管子对准以便进行焊接的设备的透视图；
[0011]图4是示出图3中的设备在执行法兰-管子对准时的透视图；
[0012]图5是图4的局部放大图；
[0013]图6是示出法兰的内表面轮廓以及用于利用图3中的设备来测量法兰的轮廓的数据取样线的示意图；
[0014]图7是根据本发明的另一个实施例的用于将法兰与管子对准以便进行焊接的设备的透视图；
[0015]图8是示出法兰的内表面轮廓、管子的外表面轮廓以及用于利用图7中的设备来测量法兰和管子的轮廓的数据取样线的示意图；
[0016]图9是示出图3和图8中的设备在将法兰与管子对准并组合起来以便进行焊接时的透视图；
[0017]图10是示出根据本发明的一个实施例的用于法兰-管子对准的方法的流程图。【具体实施方式】
[0018]图1和图2示出待与管子20对准并焊接到管子20上的法兰10。由于制造误差，管子20的外表面24和法兰10的内表面14可能具有不精确的尺寸和/或不规则的形状。在这种情况下，当法兰10抵靠在管子20上时，法兰10的位置基准点(即，对准中心12)变得与管子20的对准中心22失准。提供根据本发明的实施例的方法和设备来将法兰10与管子20对准以便进行焊接，参见以下详细描述。
[0019]如图3所示，根据本发明的一个实施例，用于将法兰与管子对准的设备100包括基座110以及安装在基座110上的第一支撑板120和第二支撑板130。在基座110和第一支撑板120上分别设置有滑轨112、122。第一支撑板120可以相对于基座110沿着Z方向滑动，第二支撑板130可以相对于第一支撑板120沿着Y方向滑动。夹具(例如卡盘140)安装在第二支撑板130上，并可以相对于第二支撑板130围绕卡盘140的旋转轴线142旋转。这样，卡盘140可以相对于基座110沿着Y方向和Z方向移动。另外，卡盘140可以相对于基座110围绕旋转轴线142旋转。
[0020]检测装置150被支撑在基座110上。检测装置150具有检测器，例如摄像头152，该检测器安装于检测装置上并设置成与卡盘140相邻。如图4和图5所示，在使用中，利用卡盘140的卡爪144将法兰10安装到卡盘140上。随着卡盘140旋转，法兰10相对于摄像头152旋转，并且可以利用摄像头152来测量法兰10的内表面或内孔14的轮廓。根据对准精度要求，例如法兰和管子的尺寸和位置误差，可以执行测量并获取沿着一条或多条预定的数据取样线16的数据，如图6所示。基于沿着各条数据取样线16的弦16a(图6中仅标示出一条)的取向和长度，可以确定法兰10的对准位置基准点12。
[0021]在本实施例中，在已知管子20的位置基准点22的情况下执行对准，例如，参照管子的指定直径、支撑架170的位置及支撑架相对于设备100的基座110的位置关系。在确定了法兰10的位置基准点12之后，可以得出法兰10的位置基准点12与管子20的位置基准点22之间的距离和取向，然后通过使第一支撑板120和/或第二支撑板130移动，由此使卡盘140沿着Z方向和/或Y方向移动预定距离，并沿该方向将法兰10与管子20对准。然后，可以执行焊接以将法兰固定到管子上，从而完成制作工作。
[0022]再次参考图3，可以用相应的步进电动机(未示出)来驱动第一支撑板120和第二支撑板130，并且设备100可以包括控制器102，控制器102与检测装置150以及第一支撑板120和第二支撑板130的步进电动机相连。可以将来自数据取样线16的测量结果发送到控制器102并进行处理，以确定法兰10的对准位置基准点12。然后，控制器102基于法兰10的位置基准点12并利用步进电动机来控制第一支撑板120和第二支撑板130的移动，以使卡盘140沿着Z方向和/或Y方向移动，从而使法兰10与管子20对准。
[0023]在另一个实施例中，如图7所示，设备200包括以与前述实施例中类似的方式构造的基座210、第一支撑板220、第二支撑板230和卡盘240。设备200还包括用于支撑管子的支撑架270，以确定管子位置基准，以便与法兰对准并与法兰焊接在一起。检测装置250安装在基座210上。检测装置250具有可移动地附接在检测装置250上的摄像头252。因此，摄像头252的位置是可调节的，从而除了测量法兰10的内表面轮廓之外，还测量管子20’的外表面轮廓。根据本实施例的设备可以在位置基准点(例如管子20’的对准中心)未知的情况下使用。在这种情况下，摄像头254设置成面向管子20’，并且随着管子20’因安装在支撑架270上的辊子272辅助而相对于支撑架270旋转，摄像头254测量管子20’的外表面24’并获取沿着预定的数据取样线26的数据以及对法兰10’的内表面14的测量结果，如图8所示。基于各条数据取样线26的取向、沿着各条数据取样线26的法兰10’的内表面14的弦26a的长度和管子20’的外表面的弦26b的长度、以及弦26a与弦26b之间的差异26c，可以确定法兰10’的对准位置基准点12’和管子20’的对准位置基准点22’。
[0024]基于法兰10’的对准位置基准点12’和管子20’的对准位置基准点22’，确定法兰
10、10’与管子20或20’之间的位置关系。然后，可以相应地移动卡盘240，以使法兰与管子对准。当法兰10与管子20正确地对准(图3)并且法兰10’与管子20’正确地对准(图7)时，法兰10、10’和管子20或20’可以一起沿着例如X方向移动，以便能在正确的对准位置将法兰焊接到管子上，如图9所示。
[0025]在如图10所示的法兰-管子对准方法500中，将法兰安装到夹具上(流程框510)。测量法兰的内表面轮廓(流程框520 )。根据测量得到的内表面轮廓，可以确定法兰位置基准(流程框530)。然后，基于法兰位置基准来移动夹具，以使法兰与管子对准。
[0026]尽管以上结合附图示出并在以上详细描述中说明了本发明的实施例，但应该认为本发明不限于已公开的实施例。因此，应该理解的是，可以在不脱离所附权利要求书所记载和描述的本发明的精神的情况下对本发明做出多种调整、变型、变更和替换。
【权利要求】
1.一种用于将法兰与管子对准的设备，所述设备包括: 基座; 夹具，其可移动地被支撑在所述基座上，所述夹具用于将所述法兰安装在所述夹具上; 支架，其用于支撑所述管子； 检测器，其附接到所述基座上并设置成与所述夹具相邻，所述检测器用于确定法兰位置基准； 其中，所述夹具基于所述法兰位置基准来移动所述法兰，以将所述法兰与所述管子对准。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括: 第一支撑板，其可滑动地安装在所述基座上；以及 第二支撑板，其可滑动地安装在所述第一支撑板上， 其中，所述夹具可旋转地安装在所述第二支撑板上。
3.根据权利要求2所述的设备，其中， 所述夹具能相对于所述检测器旋转，由此所述检测器检测所述法兰的内表面轮廓，以确定所述法兰位置基准。
4.根据权利要求2所述的设备，其中， 所述检测器能相对于所述基座移动，以测量所述管子的外表面轮廓，以确定管子位置基准。
5.根据权利要求4所述的设备，其中， 所述支架用于可旋转地支撑所述管子，以使所述管子能相对于所述检测器旋转，用于测量所述管子的外表面，以确定所述管子位置基准。
6.根据权利要求2所述的设备，还包括: 控制器，其与所述检测装置、所述第一支撑板及所述第二支撑板相连， 其中，所述控制器基于所述法兰位置基准来移动所述夹具，以使所述法兰与所述管子对准。
7.一种用于将法兰与管子对准的方法，所述方法包括: 将所述法兰安装到夹具上； 测量所述法兰的内表面轮廓； 根据所述内表面轮廓来确定法兰位置基准； 基于所述法兰位置基准来移动所述夹具，以使所述法兰与所述管子对准。
8.根据权利要求7所述的方法，其中， 测量所述法兰的内表面轮廓的步骤包括: 将检测器设置成与所述夹具相邻； 使所述夹具相对于所述检测器旋转；以及 沿着预定的数据取样线获取所述法兰的内表面的弦长。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括: 测量所述管子的外表面轮廓； 根据所述外表面轮廓来确定管子位置基准；以及基于所述法兰位置基准和所述管子位置基准来移动所述夹具，以使所述法兰与所述管子对准。
10.根据权利要求9所述的方法，其中， 测量所述管子的外表面轮廓的步骤包括: 将检测器设置成与所述管子相邻； 使所述管子相对于所述检测器旋转；以及 沿着预定的数据取 样线获取所述管子的外表面的弦长。
【文档编号】B23K37/053GK103990932SQ201410050372
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2013年2月14日
【发明者】麦钱特·阿齐兹·阿米拉利·哈沙姆, 郭俊杰, 吴子英 申请人:吉宝岸外与海事科技中心私人有限公司