用于將法蘭與管子對準的設備和方法
【專利摘要】本發明提供一種用于將法蘭與管子對準的設備和方法。該設備包括：基座；夾具，其可移動地被支撐在基座上；以及檢測器，其附接到基座上并設置成與夾具相鄰。法蘭被夾具夾住并隨著夾具的旋轉而旋轉，從而利用檢測器來測量法蘭的內表面輪廓并確定法蘭位置基準。然后，使夾具基于法蘭位置基準而相對于基座移動，以將法蘭與管子對準。
【專利說明】用于將法蘭與管子對準的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于將法蘭與管子對準的設備和方法，具體地說，本發明涉及用于將法蘭與管子對準以將法蘭焊接到管子的正確位置處的設備和方法。
【背景技術】
[0002]將法蘭焊接到管子上是管線構建中的典型工序。為了確保達到質量標準，需要在焊接之前將法蘭與管子對準。法蘭和管子是通過獨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徑與管子的外徑是相同的，但實際中由于制造誤差的原因，用于焊接到管子上的法蘭的內徑稍大。因此，需要在焊接之前使法蘭和管子適當地對準。
[0003]目前用于將法蘭和管子對準的對準工序是手動地操作的。操作者憑目測來完成對準。利用人工將管子提升到適當的位置，然后使法蘭和管子處于一條直線上。這種對準方法具有幾個缺點。第一，由于法蘭的內徑大于管子的外徑，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系。因此，以這種方式來保持法蘭是不穩定的。對于重工業上使用的法蘭而言，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，從長遠來看，目測是不適用的且不可靠的。基于不正確的法蘭-管子對準來執行焊接將導致制造出無法接受的部件，因而需要對管子法蘭進行再作業，在這個過程中，法蘭拆除和進一步的熱加工有可能損壞期望的管子和法蘭，而且除了再作業所需要的額外的時間、勞動和花費之外，還會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、可靠地對準的方案來滿足管線構建要求。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種用于將法蘭與管子對準的設備和方法。該設備包括:基座；夾具，其可移動地被支撐在所述基座上；以及檢測器，其附接到所述基座上并設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而旋轉，從而利用所述檢測器來測量所述法蘭的內表面的輪廓。基于所述測量來確定法蘭位置基準。然后，使所述夾具根據所述法蘭位置基準來相對于所述基座移動，以將所述法蘭與所述管子在正確的位置對準，以便進行焊接。
[0006]根據以下詳細描述，本發明的其它方面和優點將變得顯而易見，在詳細描述中以示例的方式描述了本發明的創造性概念。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]下面參考附圖來詳細描述本發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是根據本發明的一個實施例的用于將法蘭與管子對準以便進行焊接的設備的透視圖；
[0011]圖4是示出圖3中的設備在執行法蘭-管子對準時的透視圖；
[0012]圖5是圖4的局部放大圖；
[0013]圖6是示出法蘭的內表面輪廓以及用于利用圖3中的設備來測量法蘭的輪廓的數據取樣線的示意圖；
[0014]圖7是根據本發明的另一個實施例的用于將法蘭與管子對準以便進行焊接的設備的透視圖；
[0015]圖8是示出法蘭的內表面輪廓、管子的外表面輪廓以及用于利用圖7中的設備來測量法蘭和管子的輪廓的數據取樣線的示意圖；
[0016]圖9是示出圖3和圖8中的設備在將法蘭與管子對準并組合起來以便進行焊接時的透視圖；
[0017]圖10是示出根據本發明的一個實施例的用于法蘭-管子對準的方法的流程圖。【具體實施方式】
[0018]圖1和圖2示出待與管子20對準并焊接到管子20上的法蘭10。由于制造誤差，管子20的外表面24和法蘭10的內表面14可能具有不精確的尺寸和/或不規則的形狀。在這種情況下，當法蘭10抵靠在管子20上時，法蘭10的位置基準點(即，對準中心12)變得與管子20的對準中心22失準。提供根據本發明的實施例的方法和設備來將法蘭10與管子20對準以便進行焊接，參見以下詳細描述。
[0019]如圖3所示，根據本發明的一個實施例，用于將法蘭與管子對準的設備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上分別設置有滑軌112、122。第一支撐板120可以相對于基座110沿著Z方向滑動，第二支撐板130可以相對于第一支撐板120沿著Y方向滑動。夾具(例如卡盤140)安裝在第二支撐板130上，并可以相對于第二支撐板130圍繞卡盤140的旋轉軸線142旋轉。這樣，卡盤140可以相對于基座110沿著Y方向和Z方向移動。另外，卡盤140可以相對于基座110圍繞旋轉軸線142旋轉。
[0020]檢測裝置150被支撐在基座110上。檢測裝置150具有檢測器，例如攝像頭152，該檢測器安裝于檢測裝置上并設置成與卡盤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，法蘭10相對于攝像頭152旋轉，并且可以利用攝像頭152來測量法蘭10的內表面或內孔14的輪廓。根據對準精度要求，例如法蘭和管子的尺寸和位置誤差，可以執行測量并獲取沿著一條或多條預定的數據取樣線16的數據，如圖6所示。基于沿著各條數據取樣線16的弦16a(圖6中僅標示出一條)的取向和長度，可以確定法蘭10的對準位置基準點12。
[0021]在本實施例中，在已知管子20的位置基準點22的情況下執行對準，例如，參照管子的指定直徑、支撐架170的位置及支撐架相對于設備100的基座110的位置關系。在確定了法蘭10的位置基準點12之后，可以得出法蘭10的位置基準點12與管子20的位置基準點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，由此使卡盤140沿著Z方向和/或Y方向移動預定距離，并沿該方向將法蘭10與管子20對準。然后，可以執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，可以用相應的步進電動機(未示出)來驅動第一支撐板120和第二支撐板130，并且設備100可以包括控制器102，控制器102與檢測裝置150以及第一支撐板120和第二支撐板130的步進電動機相連。可以將來自數據取樣線16的測量結果發送到控制器102并進行處理，以確定法蘭10的對準位置基準點12。然后，控制器102基于法蘭10的位置基準點12并利用步進電動機來控制第一支撐板120和第二支撐板130的移動，以使卡盤140沿著Z方向和/或Y方向移動，從而使法蘭10與管子20對準。
[0023]在另一個實施例中，如圖7所示，設備200包括以與前述實施例中類似的方式構造的基座210、第一支撐板220、第二支撐板230和卡盤240。設備200還包括用于支撐管子的支撐架270，以確定管子位置基準，以便與法蘭對準并與法蘭焊接在一起。檢測裝置250安裝在基座210上。檢測裝置250具有可移動地附接在檢測裝置250上的攝像頭252。因此，攝像頭252的位置是可調節的，從而除了測量法蘭10的內表面輪廓之外，還測量管子20’的外表面輪廓。根據本實施例的設備可以在位置基準點(例如管子20’的對準中心)未知的情況下使用。在這種情況下，攝像頭254設置成面向管子20’，并且隨著管子20’因安裝在支撐架270上的輥子272輔助而相對于支撐架270旋轉，攝像頭254測量管子20’的外表面24’并獲取沿著預定的數據取樣線26的數據以及對法蘭10’的內表面14的測量結果，如圖8所示。基于各條數據取樣線26的取向、沿著各條數據取樣線26的法蘭10’的內表面14的弦26a的長度和管子20’的外表面的弦26b的長度、以及弦26a與弦26b之間的差異26c，可以確定法蘭10’的對準位置基準點12’和管子20’的對準位置基準點22’。
[0024]基于法蘭10’的對準位置基準點12’和管子20’的對準位置基準點22’，確定法蘭
10、10’與管子20或20’之間的位置關系。然后，可以相應地移動卡盤240，以使法蘭與管子對準。當法蘭10與管子20正確地對準(圖3)并且法蘭10’與管子20’正確地對準(圖7)時，法蘭10、10’和管子20或20’可以一起沿著例如X方向移動，以便能在正確的對準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-管子對準方法500中，將法蘭安裝到夾具上(流程框510)。測量法蘭的內表面輪廓(流程框520 )。根據測量得到的內表面輪廓，可以確定法蘭位置基準(流程框530)。然后，基于法蘭位置基準來移動夾具，以使法蘭與管子對準。
[0026]盡管以上結合附圖示出并在以上詳細描述中說明了本發明的實施例，但應該認為本發明不限于已公開的實施例。因此，應該理解的是，可以在不脫離所附權利要求書所記載和描述的本發明的精神的情況下對本發明做出多種調整、變型、變更和替換。
【權利要求】
1.一種用于將法蘭與管子對準的設備，所述設備包括: 基座; 夾具，其可移動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； 檢測器，其附接到所述基座上并設置成與所述夾具相鄰，所述檢測器用于確定法蘭位置基準； 其中，所述夾具基于所述法蘭位置基準來移動所述法蘭，以將所述法蘭與所述管子對準。
2.根據權利要求1所述的設備，還包括: 第一支撐板，其可滑動地安裝在所述基座上；以及 第二支撐板，其可滑動地安裝在所述第一支撐板上， 其中，所述夾具可旋轉地安裝在所述第二支撐板上。
3.根據權利要求2所述的設備，其中， 所述夾具能相對于所述檢測器旋轉，由此所述檢測器檢測所述法蘭的內表面輪廓，以確定所述法蘭位置基準。
4.根據權利要求2所述的設備，其中， 所述檢測器能相對于所述基座移動，以測量所述管子的外表面輪廓，以確定管子位置基準。
5.根據權利要求4所述的設備，其中， 所述支架用于可旋轉地支撐所述管子，以使所述管子能相對于所述檢測器旋轉，用于測量所述管子的外表面，以確定所述管子位置基準。
6.根據權利要求2所述的設備，還包括: 控制器，其與所述檢測裝置、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來移動所述夾具，以使所述法蘭與所述管子對準。
7.一種用于將法蘭與管子對準的方法，所述方法包括: 將所述法蘭安裝到夾具上； 測量所述法蘭的內表面輪廓； 根據所述內表面輪廓來確定法蘭位置基準； 基于所述法蘭位置基準來移動所述夾具，以使所述法蘭與所述管子對準。
8.根據權利要求7所述的方法，其中， 測量所述法蘭的內表面輪廓的步驟包括: 將檢測器設置成與所述夾具相鄰； 使所述夾具相對于所述檢測器旋轉；以及 沿著預定的數據取樣線獲取所述法蘭的內表面的弦長。
9.根據權利要求7所述的方法，還包括: 測量所述管子的外表面輪廓； 根據所述外表面輪廓來確定管子位置基準；以及基于所述法蘭位置基準和所述管子位置基準來移動所述夾具，以使所述法蘭與所述管子對準。
10.根據權利要求9所述的方法，其中， 測量所述管子的外表面輪廓的步驟包括: 將檢測器設置成與所述管子相鄰； 使所述管子相對于所述檢測器旋轉；以及 沿著預定的數據取 樣線獲取所述管子的外表面的弦長。
【文檔編號】B23K37/053GK103990932SQ201410050372
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2013年2月14日
【發明者】麥錢特·阿齊茲·阿米拉利·哈沙姆, 郭俊杰, 吳子英 申請人:吉寶岸外與海事科技中心私人有限公司