CN107030407A - 一种法兰位置测量仪及法兰管件校管机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法兰位置测量仪及法兰管件校管机，本发明的法兰位置测量仪通过设置在面板上的三个测量参考柱作为参考点，与现有测量装置的活动参考点相比，因为测量参考柱位置固定，在测量时系统误差变小，利用测量数据计算法兰的空间姿态时运算量也更少，因此与该法兰位置测量仪相结合的法兰管件校管机的加工、调形精度更高，法兰管件的产品合格率明显提升。

Description

一种法兰位置测量仪及法兰管件校管机

技术领域

本发明涉及钢结构、船舶制造与维修技术领域，具体涉及到一种法兰位置测量仪及法兰管件校管机。

背景技术

法兰管件指带有法兰（突缘或接盘）的管件，用于和管道来相匹配的，多为焊接管件，常见于钢结构、船舶工程、输送管路等领域。

以船舶为例，船舶里布满了管路，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，每个分段内的管线为放样管，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，合拢管的制作一般包括取型法和现场焊接法两种。

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，加工过程耗时长、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最大的障碍，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10%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；

（6）工人偷工减料客观存在，导致合拢管难以符合质量标准。

授权公告号CN203869673U、CN205317188的专利文献各公开了一种法兰空间测距装置，授权公告号CN102350605B、申请公布号CN106624583A各公开了一种合拢管再现机，其中，测距装置用于测量法兰位置，再现机用于再现待合拢的两个法兰的空间位置，采用上述测距装置与再现机可保证合拢管的法兰螺栓孔位置与待合拢管的法兰螺栓孔位置相同，保证合拢管的制造精度。但上述装置和设备都存在一些问题和缺陷，比如测距装置的精度差、操作复杂，再现机自身机械误差大等，这都会影响合拢管的精度，出现合拢管法兰螺栓孔位置不正确，导致无法安装的情况。

因此上述采用测距装置和再现机加工合拢管的方法，与传统取型法和现场焊接法相比，仅仅只是在工作效率上有提升，在产品合格率方面并没有明显的优势，因而其推广受限。

发明内容

为了克服法兰管件制造精度不高，工艺繁琐、制造时间长的问题，本发明提供了一种法兰位置测量仪及法兰管件校管机。

本发明采用的技术方案如下：

一种法兰位置测量仪，包括面板，所述面板上设有用于与法兰定位的固定装置，所述面板上设拉线位移传感器，所述面板安装有三个不共线设置的测量参考柱，所述拉线位移传感器的拉线可分别绕过测量参考柱至待待测法兰。

所述面板为轴对称结构，三个所述测量参考柱按三角形轴对称设置在面板上。

所述面板上设有水平滑槽与竖直滑槽，所述水平滑槽轴对称布置在面板上，所述竖直滑槽设置在水平滑槽正中，所述水平滑槽与竖直滑槽中卡接有截面为“工”字型的滑块，所述滑块正中设有螺纹孔，所述水平滑槽、竖直滑槽与滑块一起构成所述固定装置。

所述水平滑槽与竖直滑槽均设有刻度。

所述测量参考柱包括柱体，所述柱体的下方设水平的拉线轴，所述柱体的上方设有带缺口的穿线环，所述穿线环中装配有柱垫，所述柱垫的正中设穿线孔；所述拉线位移传感器的拉线依次经拉线轴、穿线孔至待二号法兰。

所述拉线位移传感器拉绳的端头连接有测量头，所述测量头包括用于凸缘部与插接部，所述插接部用于与二号法兰的法兰孔插接配合。

所述面板上安装有至少一个竖直安装的轴承，所述拉线位移传感器的拉线依次绕过轴承、测量参考柱至待二号法兰。

一种法兰管件校管机，包括底座，所述底座的一端安装有固定底盘，所述底座的另一端上设有滑轨，所述滑轨上安装有移动底盘，所述固定底盘上依次设有固定架旋转轴、固定架、一号翻转轴、一号翻转台、一号卡盘旋转轴及一号卡盘，所述移动底盘上依次设有移动架旋转轴、移动架、二号翻转轴、二号翻转台、二号卡盘旋转轴及二号卡盘，所述一号卡盘与二号卡盘均设有法兰孔零位定位装置；

所述固定架通过固定架旋转轴安装在固定底盘上，所述一号翻转台通过一号翻转轴安装在固定架上，所述一号卡盘通过一号卡盘旋转轴安装在一号翻转台上；

所述移动架通过移动架旋转轴安装在移动底盘上，所述二号翻转台通过二号翻转轴安装在移动架上，所述二号卡盘通过二号卡盘旋转轴安装在二号翻转台上，所述底座与移动底盘之间设有以伺服电机做动力的丝杆螺母机构；

所述固定架旋转轴、一号翻转轴、一号卡盘旋转轴、移动架旋转轴、二号翻转轴、二号卡盘旋转轴均配有以伺服电机做动力、具有自锁性能的蜗轮蜗杆减速器；还包括控制系统以及上述的法兰位置测量仪，所述控制系统包括伺服控制部分与校管机专用软件，所述伺服控制部分用于控制各伺服电机动作，所述校管机专用软件具有获取法兰位置测量仪数据、计算法兰的空间姿态、传输至伺服控制部分以及计算管件小票四个功能。

所述固定架旋转轴、一号翻转轴、移动架旋转轴、二号翻转轴均配有旋转编码器，所述旋转编码器的信号反馈至伺服控制部分。

所述一号卡盘与二号卡盘的端面沿径向设有定位槽，所述定位槽内安装有可滑移的定位条，所述定位条上设有若干定位螺孔，所述定位槽与定位条构成所述法兰孔零位定位装置。

本发明的有益效果是：本发明的法兰位置测量仪通过设置在面板上的三个测量参考柱作为参考点，与现有测量装置的活动参考点相比，因为测量参考柱位置固定，在测量时系统误差变小，利用测量数据计算法兰的空间姿态时运算量也更少，因此与该法兰位置测量仪相结合的法兰管件校管机的加工、调形精度更高，法兰管件的产品合格率明显提升。

附图说明

图1是本发明实施例法兰位置测量仪的正视图。

图2是本发明实施例法兰位置测量仪中A-A向剖视图。

图3是本发明实施例法兰位置测量仪中滑块的剖视图。

图4是本发明实施例法兰位置测量仪中测量参考柱的示意图。

图5是本发明实施例法兰位置测量仪中测量参考柱的另一个示意图。

图6是本发明实施例法兰管件校管机的正视图。

图7是本发明实施例法兰管件校管机中B-B向剖视图。

图8是本发明实施例法兰管件校管机中C处的放大图。

图9是本发明实施例中二号法兰测量点的选取示意图。

图10是本发明实施例中管件小票的计算过程示意图。

面板1、拉线位移传感器2、测量参考柱3、柱体31、拉线轴32、穿线环33、柱垫34、水平滑槽4、竖直滑槽5、滑块6、测量头7、凸缘部71、插接部72、轴承8、底座9、固定底盘10、滑轨11、移动底盘12、固定架旋转轴13、固定架14、一号翻转轴15、一号翻转台16、一号卡盘旋转轴17、一号卡盘18、移动架旋转轴19、移动架20、二号翻转轴21、二号翻转台22、二号卡盘旋转轴23、二号卡盘24、丝杆螺母机构25、蜗轮蜗杆减速器26、定位槽27、定位条28。

具体实施方式

下面结合船舶合拢管为例，结合附图对本发明作进一步说明。

实施例中，如图1、图2、图3所示，一种法兰位置测量仪，用于检测一号法兰与二号法兰的空间姿态，包括面板1，所述面板1上设有用于与一号法兰定位的固定装置，所述面板1上设拉线位移传感器2，所述面板1安装有三个不共线设置的测量参考柱3，所述拉线位移传感器2的拉线可分别绕过测量参考柱3至待二号法兰。本实施例的法兰位置测量仪通过设置在面板1上的三个测量参考柱3作为参考点，与现有测量装置的活动参考点相比，因为测量参考柱3位置固定，在测量时系统误差变小，利用测量数据计算法兰的空间姿态时运算量也更少，因此与该法兰位置测量仪相结合的法兰管件校管机的加工、调形精度更高，法兰管件的产品合格率明显提升。

实施例中，如图1、图2所示，所述面板1为轴对称结构，三个所述测量参考柱3按三角形轴对称设置在面板1上。本实施例结构，三个测量参考柱3对称设置，能减小面板1与测量参考柱3的加工、装配难度，进而减小法兰位置测量仪测量时的系统误差。

实施例中，如图1、图2、图3所示，所述面板1上设有水平滑槽4与竖直滑槽5，所述水平滑槽4轴对称布置在面板1上，所述竖直滑槽5设置在水平滑槽4正中，所述水平滑槽4与竖直滑槽5中卡接有截面为“工”字型的滑块6，所述滑块6正中设有螺纹孔，所述水平滑槽4、竖直滑槽5与滑块6一起构成所述固定装置；所述水平滑槽4与竖直滑槽5均设有刻度。本实施例利用滑块6上的螺纹孔将面板1固定在一号法兰，具有装卸方便的特点，同时配合水平滑槽4与竖直滑槽5的刻度能将面板1准确定位在一号法兰的正中位置。此外，水平滑槽4与竖直滑槽5的交汇处设有工艺孔，用于将滑块6装配入水平滑槽4或竖直滑槽5中。

实施例中，如图4、图5所示，所述测量参考柱3包括柱体31，所述柱体31的下方设水平的拉线轴32，所述柱体31的上方设有带缺口的穿线环33，所述穿线环33中装配有柱垫34，所述柱垫34的正中设穿线孔；所述拉线位移传感器2的拉线依次经拉线轴32、穿线孔至待二号法兰。本实施例结构，便于将拉线位移传感器2水平的拉线平稳绕过测量参考柱3，而且带缺口的穿线环33便于拉线位移传感器2更换不同的测量参考柱3。

实施例中，如图4、图5所示，所述拉线位移传感器2拉绳的端头连接有测量头7，所述测量头7包括用于凸缘部71与插接部72，所述插接部72用于与二号法兰的法兰孔插接配合。本实施例的测量头7通常为一套，其插接部72分别为φ10、φ12、φ16、φ22、φ26 的铝质插头，以适于不同规格的法兰螺栓孔，而且铝质插头本身具有较好的耐腐蚀性能，可以保证测量头7的精确度。

实施例中，如图1所示，所述面板1上安装有至少一个竖直安装的轴承8，所述拉线位移传感器2的拉线依次绕过轴承8、测量参考柱3至待二号法兰。本实施例的轴承8保证拉线位移传感器2绕过不同方向测量参考柱3时，拉绳都不易损坏。

本实施例的法兰位置测量仪的使用示例如下：

（1）更换合适的测量头7；

（2）在二号法兰上，按顺时针选择好4个点，并标记为P1、P2、P3、P4，其中P1P3连线、P2P4连线均通过法兰中心（即为直径），且两者互相垂直，如图9所示；

（4）将测量头7及柱垫34放置在Q1测量参考柱3上，注意紧贴测量参考柱3，将拉线位移传感器2归零（初始化）；

（5）将测量头7拉向二号法兰上的 Q1 点，并暂时固定，注意测量头7要紧贴法兰面，获取P1到 Q1的距离L11，记录；

（6）同理，依次获取P1到Q2、P1到Q3的距离L12、L13；

（7）重复上述步骤，依次获取P2、P3、P4的完整数据包；

（8）至此，测量过程结束。

实施例中，如图6、图7所示，一种法兰管件校管机，包括底座9，所述底座9的一端安装有固定底盘10，所述底座9的另一端上设有滑轨11，所述滑轨11上安装有移动底盘12，所述固定底盘10上依次设有固定架旋转轴13、固定架14、一号翻转轴15、一号翻转台16、一号卡盘旋转轴17及一号卡盘18，所述移动底盘12上依次设有移动架旋转轴19、移动架20、二号翻转轴21、二号翻转台22、二号卡盘旋转轴23及二号卡盘24，所述一号卡盘18与二号卡盘24均设有法兰孔零位定位装置；

所述固定架14通过固定架旋转轴13安装在固定底盘10上，所述一号翻转台16通过一号翻转轴15安装在固定架14上，所述一号卡盘18通过一号卡盘旋转轴17安装在一号翻转台16上；

所述移动架20通过移动架旋转轴19安装在移动底盘12上，所述二号翻转台22通过二号翻转轴21安装在移动架20上，所述二号卡盘24通过二号卡盘旋转轴23安装在二号翻转台22上，所述底座9与移动底盘12之间设有以伺服电机做动力的丝杆螺母机构25；

所述固定架旋转轴13、一号翻转轴15、一号卡盘旋转轴17、移动架旋转轴19、二号翻转轴21、二号卡盘旋转轴23均配有以伺服电机做动力、具有自锁性能的蜗轮蜗杆减速器26；还包括控制系统以及上述的法兰位置测量仪，所述控制系统包括伺服控制部分与校管机专用软件，所述伺服控制部分用于控制各伺服电机动作，所述校管机专用软件具有获取法兰位置测量仪数据、计算法兰的空间姿态、传输至伺服控制部分以及计算管件小票四个功能。

本实施例的法兰管件校管机的主要优点：一是与本实施例的法兰位置测量仪相结合，使得加工精度高，成品合格率高；二是采用蜗轮蜗杆减速器26作为主要传动装置，平稳而且精确。

实施例中，如图6、图7所示，所述固定架旋转轴13、一号翻转轴15、移动架旋转轴19、二号翻转轴21均配有旋转编码器，所述旋转编码器的信号反馈至伺服控制部分。本实施例除了采用伺服电机自带的脉冲信号作反馈外，还采用旋转编码器来实测拢管智能校管机的实际转角，然后反馈至伺服控制部分作出修正。另外，由于法兰螺栓孔自身的特征，即螺栓孔直径大于螺栓，因此一号卡盘旋转轴17、二号卡盘旋转轴23无需安装旋转编码器进行反馈修正。

实施例中，如图8所示，所述一号卡盘18与二号卡盘24的端面沿径向设有定位槽27，所述定位槽27内安装有可滑移的定位条28，所述定位条28上设有若干定位螺孔，所述定位槽27与定位条28构成所述法兰孔零位定位装置。本实施例结构中的定位条28，调节方便，适于不同规格法兰的螺纹孔相位的定位。

另，补充校管机专用软件计算管件小票的计算过程：

（1）管形设计前需先设置垫片厚度。设计管形有直管、一弯管和两弯管三种，根据现场法兰的相对位置，选取合适的管形；

（2）若采用直管，按标准给定直管轴心线与法兰端面的最大允许夹角，若不能强制拟合直管，可考虑采用一弯管或二弯管；

（3）若采用一弯管，给标准给定弯管半径和直管与最大允许夹角，若不能强制拟合一弯管，则只能采用二弯管；

（4）若采用二弯管，如附图10所示，选定首、尾长度 L1、L2和两个弯管半径 R1、R 2，计算时若某段出现负值，则调整 L1、L2、R1和R2，直至满足要求，调整方法为：如果首端直管长度L3为负值，则增大L1或减小R1；如果中间直管长度L4为负值，则减小L1、L2、R1和R 2；如果尾端直管长度L5为负值，则增大L2或减小R2；

（5）还需考虑其他管件的空间干涉、弯管机的夹持长度等问题；

（6）注意：相对半径是指弯管半径与管子直径之比，当相对半径小于3时，弯管加工较困难，此时应考虑采用焊接1倍或1.5倍弯头来代替直接弯管。

上述管件小票的计算过程，均可由计算机语言来实现，并集成到校管机专用软件中。

需要说明的是，本实施例不仅可用于合拢管的加工，对设备作适应性改进，比如加长底座9、滑轨11后，还可用于放样管的加工。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种法兰位置测量仪，包括面板（1），所述面板（1）上设有用于与法兰定位的固定装置，所述面板（1）上设拉线位移传感器（2），其特征在于：所述面板（1）安装有三个不共线设置的测量参考柱（3），所述拉线位移传感器（2）的拉线可分别绕过测量参考柱（3）至待待测法兰。

2.根据权利要求1所述的法兰位置测量仪，其特征在于：所述面板（1）为轴对称结构，三个所述测量参考柱（3）按三角形轴对称设置在面板（1）上。

3.根据权利要求2所述的法兰位置测量仪，其特征在于：所述面板（1）上设有水平滑槽（4）与竖直滑槽（5），所述水平滑槽（4）轴对称布置在面板（1）上，所述竖直滑槽（5）设置在水平滑槽（4）正中，所述水平滑槽（4）与竖直滑槽（5）中卡接有截面为“工”字型的滑块（6），所述滑块（6）正中设有螺纹孔，所述水平滑槽（4）、竖直滑槽（5）与滑块（6）一起构成所述固定装置。

4.根据权利要求3所述的法兰位置测量仪，其特征在于：所述水平滑槽（4）与竖直滑槽（5）均设有刻度。

5.根据权利要求1所述的法兰位置测量仪，其特征在于：所述测量参考柱（3）包括柱体（31），所述柱体（31）的下方设水平的拉线轴（32），所述柱体（31）的上方设有带缺口的穿线环（33），所述穿线环（33）中装配有柱垫（34），所述柱垫（34）的正中设穿线孔；所述拉线位移传感器（2）的拉线依次经拉线轴（32）、穿线孔至待二号法兰。

6.根据权利要求5所述的法兰位置测量仪，其特征在于：所述拉线位移传感器（2）拉绳的端头连接有测量头（7），所述测量头（7）包括用于凸缘部（71）与插接部（72），所述插接部（72）用于与二号法兰的法兰孔插接配合。

7.根据权利要求1所述的法兰位置测量仪，其特征在于：所述面板（1）上安装有至少一个竖直安装的轴承（8），所述拉线位移传感器（2）的拉线依次绕过轴承（8）、测量参考柱（3）至待二号法兰。

8.一种法兰管件校管机，包括底座（9），所述底座（9）的一端安装有固定底盘（10），所述底座（9）的另一端上设有滑轨（11），所述滑轨（11）上安装有移动底盘（12），所述固定底盘（10）上依次设有固定架旋转轴（13）、固定架（14）、一号翻转轴（15）、一号翻转台（16）、一号卡盘旋转轴（17）及一号卡盘（18），所述移动底盘（12）上依次设有移动架旋转轴（19）、移动架（20）、二号翻转轴（21）、二号翻转台（22）、二号卡盘旋转轴（23）及二号卡盘（24），所述一号卡盘（18）与二号卡盘（24）均设有法兰孔零位定位装置；

所述固定架（14）通过固定架旋转轴（13）安装在固定底盘（10）上，所述一号翻转台（16）通过一号翻转轴（15）安装在固定架（14）上，所述一号卡盘（18）通过一号卡盘旋转轴（17）安装在一号翻转台（16）上；

所述移动架（20）通过移动架旋转轴（19）安装在移动底盘（12）上，所述二号翻转台（22）通过二号翻转轴（21）安装在移动架（20）上，所述二号卡盘（24）通过二号卡盘旋转轴（23）安装在二号翻转台（22）上，所述底座（9）与移动底盘（12）之间设有以伺服电机做动力的丝杆螺母机构（25）；

其特征在于：所述固定架旋转轴（13）、一号翻转轴（15）、一号卡盘旋转轴（17）、移动架旋转轴（19）、二号翻转轴（21）、二号卡盘旋转轴（23）均配有以伺服电机做动力、具有自锁性能的蜗轮蜗杆减速器（26）；还包括控制系统以及如权利要求1所述的法兰位置测量仪，所述控制系统包括伺服控制部分与校管机专用软件，所述伺服控制部分用于控制各伺服电机动作，所述校管机专用软件具有获取法兰位置测量仪数据、计算法兰的空间姿态、传输至伺服控制部分以及计算管件小票四个功能。

9.根据权利要求8所述的法兰管件校管机，其特征在于：所述固定架旋转轴（13）、一号翻转轴（15）、移动架旋转轴（19）、二号翻转轴（21）均配有旋转编码器，所述旋转编码器的信号反馈至伺服控制部分。

10.根据权利要求8所述的法兰管件校管机，其特征在于：所述一号卡盘（18）与二号卡盘（24）的端面沿径向设有定位槽（27），所述定位槽（27）内安装有可滑移的定位条（28），所述定位条（28）上设有若干定位螺孔，所述定位槽（27）与定位条（28）构成所述法兰孔零位定位装置。