CN111215825A - 一种筒体对接焊对中自动调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械加工装置技术领域，公开了一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，包括筒体安装步骤、激光对准偏差检测步骤和对准调节步骤，激光对准装置适时反馈偏差值。激光对准装置检测到两筒体轴线在水平、竖向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值输入到控制中心，中心电脑分析软件分析计算出正值，经中心驱动模块转换成纠偏电信号，中心电脑分析软件分析计算出正值，经中心驱动模块转换成纠偏电信号，控制各执行机构电机执行相应动作，从而实现筒体对中偏差修正，筒体支承与调节装置各驱动机构电机接受控制中心指令动作，对筒节相对位置进行自动调整，直到偏差值修正到设定值内。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工装置技术领域，尤其涉及一种筒体对接焊对中自动调节控制方法。
背景技术
起重机高扬程卷筒、风力发电机塔节等筒体部分长度通常都比较长，一张钢板直接卷制成筒体长度一般都不够，往往需要经多节筒体进行对接焊而成。筒体对接焊前需要由铆工拼装成一体，再交由筒体焊接机焊接成形，筒体拼装的重点是将两个筒体中心对正后，采用点焊方式固定。如何高效、精确地将两个筒体联接起来是困扰筒体制造过程的难题。
在现有技术情况下，筒体拼前拼装只能采用机械+人工方式，横向拼装对中操作极困难，精度极差，因此，目前筒体对接多采用竖拼方式，即先将一节筒体剖口端向上竖放、固定于地面或工装平台上，再用吊车将另一节筒体剖口端朝下吊起，对上下节筒体，通过移动吊车或人工推动方式调整，并在靠尺检测对中精度，确定调整对中偏差与筒间间隙达要求后，在接缝外圆四周均布焊接多个定位块，将上、下节筒体焊接固定成一体，最后将筒体放倒并吊上筒体滚焊台车实施焊接,完成焊接后，经火焰切割去除定位块，并打磨清除焊疤。该方式应用于尺寸小、长度短的筒体对接焊倒还行，但是应用于直径大、重量大、长度长或多节对接焊时就会遇到麻烦，主要有：1、筒节长度过长或多节对焊时，吊车行程局限了筒体对接，且竖拼就需要搭很高拼装平台，操作极不安全；2、对接筒体定位块焊接度难以精确控制，影响对中精度；3、当筒体过重过大时，对接操作需要多人配合，且返工率高；4、定位块焊接与切割清除劳动强度大，同时影响筒体表面质量。
总之，从超长超大型卷筒筒体、风机塔筒体等零件的制造实际应用看来，筒体竖拼对接方式存在需要耗时费力、效率低下、安全风险高等缺陷，不适用长筒对接。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本发明旨在于提供一种解决对超长超大筒体对接焊前拼装存在劳动强度大、对接精度差、作业效率低、安全风险高等问题的筒体对接焊对中自动调节装置的调节控制方法。
本发明对应的一种筒体对接焊对中自动调节装置，包括用于放置在待对接焊的筒体上的激光对准装置，以及用于放置在水平工作面上的托盘，托盘作为整个装置的载体，放置在工作面上，保证基本面的一致性，并且多套装置配合使用时便于基础对准；所述托盘内设置纵移联动调节螺杆，可以通过如轴承安装座配合驱动装置的方式安装纵移联动调节螺杆，所述纵移联动调节螺杆两端分别设置有与所述纵移联动调节螺杆垂直且随纵移联动调节螺杆纵向移动的端滑台，如通过驱动螺栓，所述端滑台两端相对设置有与所述纵移联动调节螺杆垂直的横移联动调节螺杆，所述横移联动调节螺杆上设置随横移联动调节螺杆横向移动的托轮回转装置，即纵移联动调节螺杆和横移联动调节螺杆组成了一个十字滑动机构提供纵向和横向两向的调整，并且横移联动调节螺杆在纵移联动调节螺杆两端均对此设置，还能实现在四个角的单独调整；所述托轮回转装置包括底部的托轮底座，托轮底座上通过铰轴铰接有V型拖轮架，所述V型拖轮架的两端设置有转动方向与筒体轴向垂直的托轮，即托轮用于与筒体接触作为筒体的支撑，而以纵移联动调节螺杆为中心线两边对称，这样既可以通过托轮带着筒体沿着纵移联动调节螺杆移动，还可以通过对称的托轮相向移动调整安装放置筒体的高度，V型拖轮架上的托轮与筒体两点接触，可以适配所有的弧度，对应的托轮间距调整后形成的有效托举弧度变化即可实现对高度和纵向偏角的调整。
进一步的，所述纵移联动调节螺杆包括在中间内丝套筒左右两边设置的圆头丝杆以及用于驱动所述圆头丝杆在所述内丝套筒中转动并向同向运动的驱动装置，且所述两边的圆头丝杆的端头均通过带有销轴和止轴板的轴套固定有用于安装所述端滑台的支座，即滑台在圆头丝杆两端，圆头丝杆在内丝套筒中转动即可实现纵向的移动，则可带动设置在滑台上的装置纵向移动。
优选地，所述端滑台以所述纵移联动调节螺杆为中线的两边分别设置所述横移联动调节螺杆，且两边的横移联动调节螺杆在同一直线上，并与所述纵移联动调节螺杆方向垂直，即两边的横移联动调节螺杆即可以同时控制同向运动实现对筒体的横向调节，还可以两个单独控制相向运动实现筒体安装高度的调节。
具体的，所述横移联动调节螺杆包括通过两端轴承座水平设置在所述端滑台上的横移丝杠，且所述横移丝杠的一端还设置有丝杆转动驱动装置，所述横移丝杠上通过齿纹对应横移丝杠的横移驱动螺母设置有所述托轮底座，即通过丝杆转动即可带动丝杠上的横移驱动螺母带动托轮底座实现横向移动。
进一步的，所述端滑台上还设置有用于将所述轴承座压合固定在端滑台台面上的滑台压板，将丝杆和动作机构罩在压板内，同时也对安装固定点起到限位作用。
优选地，所述V型拖轮架的中间底部与所述托轮底座上表面之间通过铰轴角度固定铰接，且设置在通一端滑台两端的V型拖轮架相向设置，即两个V型拖轮架之间形成对筒体的环抱区域，便于稳定放置筒体，而所述托轮底座与V型拖轮架铰接处的铰轴带有用于驱动一个托轮转动的转动驱动装置，单轮转动作为筒体转动的驱动力，另一个轮则作为稳定轮随动，保证了对准和焊接的稳定。
为便于设置，所述激光对中仪装置包括底部弧度尺寸与筒体外表面弧度对应、用于吸附在筒体上的弧型强力磁吸座，和可拆卸的设置在所述弧型强力磁吸座上的激光发射模块及激光接收模块，即对应不同的筒体可以选择不同标号尺寸弧度的弧型强力磁吸座，由于弧形对应，安装后必定为中心同心设置保证了对准的精度，且所述激光发射模块的激光发射方向与所述筒体中轴线平行。
本发明所公开的这种筒体对接焊对中自动调节控制方法，对应上述装置，其特征在于，包括以下步骤：
筒体安装步骤，将两个位置相对设置的对中自动调节装置复位，复位至设定标准状态，将待对接焊的筒体分别放置在两个对中自动调节装置上，对中自动调节装置根据需求固定工位设置好即可作为参考标准点，对中自动调节装置的托轮与筒体外表面接触，一个装置上的四套托轮构成对一个筒体的托举结构，且筒体的中心线与对中自动调节装置的纵移联动调节螺杆方向一致，分别将两个激光对中仪装置放置在两个对中自动调节装置上的筒体末端上方，且两个激光对中仪装置的激光发射模块分别朝向对方的激光接收模块、两个激光对中仪装置的激光发射模块激光光束与各自所在筒体的中轴线平行，比如采用上下式的结构，一端上方为发射则下方为接收，对应的另一端则反过来下方为发射则上方为接收；
激光对准偏差检测步骤，分别标定两个激光对中仪装置与各自所在筒体的待焊接剖口端面的距离，作为对准接触的初始参考值，对应筒体长度数据即可得到纵向移动值，开启两个激光对中仪装置的激光发射模块，两个激光对中仪装置的激光接收模块接收到对方发射的激光光束，激光光束是直线，激光接收模块安装是与筒体的中心线平行的，则激光接收模块接收到对方发射的激光光束若时有偏差时肯定为筒体安装有偏差，即可检测到两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值；
对准调节步骤，根据所述激光对准偏差检测步骤得到的两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值，对应启动对中自动调节装置的纵向调节机构、横向调节机构和筒体转动驱动机构调整两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值，使两筒体的待焊接剖口端面对准。
优选地，还包括与所述两个激光对中仪装置信号相连、且与所述对中自动调节装置的纵移联动调节螺杆、横移联动调节螺杆、托轮回转装置以及托轮，所述激光对准偏差检测步骤检测到的两筒体轴线在水平、竖向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值输入至所述控制中心，控制中心纵向调节机构、横向调节机构和筒体转动驱动机构启动调整两筒体位置，使两筒体的待焊接剖口端面对准，且调整过程中所述控制中心持续接受上述两个激光对中仪装置的激光对准检测信号。
具体的，所述对准调节步骤包括用于调整两筒体在水平方向上偏角的筒体横向修正过程，和用于调整两筒体在竖直方向上的倾角的筒体倾角修正过程，以及用于调整两筒体待焊接剖口端面间距的筒体接缝间距误差修正过程，并且，所述筒体横向修正过程和筒体倾角修正过程先于筒体接缝间距误差修正过程进行。
进一步的，所述筒体横向修正过程，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体轴线在水平方向的角度偏差值，通过设置在对中自动调节装置的托轮带动在横移联动调节螺杆上横向调整筒体的位置和水平方向上的偏角。
所述筒体倾角修正过程，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体轴线在竖直方向的角度偏差值，通过调整设置在横移联动调节螺杆上的托轮间的间距和/或通过托轮驱动筒体转动来调整其上放置的筒体在竖直方向的高度。
所述筒体接缝间距误差修正，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体对接剖口面间隙偏差值，通过驱动横移联动调节螺杆带动托轮和筒体在纵移联动调节螺杆上沿筒体轴向移动调整两筒体待焊接剖口端面间距。
进一步的，所述托轮在筒体焊接过程中还需要以固定间距、以固定的转速驱动筒体同向转动。
与现有技术方案相比，本发明技术方案的有益效果如下：
1、筒体采用卧拼方式，只需用吊车将两筒体吊放入装置的V型托架托轮上即可，全程不需要吊及人力帮扶找正，解决了竖拼方式在拼装大型、长型筒体时存在劳动强度大、对接精度差、作业效率低、安全风险高等问题，操作方便快捷，省时省力，且更安全。
2、激光对中仪通过长条V型强力磁吸座精确固定在筒体外圆上，发射端激光路径与发射侧筒体中心线平行，接收端默认接收激光路径与本侧筒体中心线平行；仪器自动检测出两条路径的偏差值，并将偏差数据发送给控制中心，整个过程由程序控制实现，也可手动粗调，检测精度高，提高了拼装对正精度和效率。
3、筒体支承与调节装置全采用伺服电机驱动，控制中心根据各向偏差值自动分析计算并控制各向调节驱动机构动作，对各向偏差值进行反复修正，直到向偏差值达到设定值要求。检测——控制形成闭环伺服系统，整个过程全由机器自动完成，无需人工干预。操作方便快捷，省时省力，且更安全。
4、筒体支承与调节装置自带滚焊台车功能，筒体在带伺服驱动工功能的托架上卧拼，并自动调整对正后，可该装置上直接进行焊接操作，无需进行竖拼方式中必须的焊接板固定——放倒——装入滚焊台车——调整——焊接——切割联接板——打磨等复杂过程。效率更高、质量更好。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
图1为本发明的安装结构正面示意图；
图2为本发明的安装结构侧面示意图；
图3为本发明V型拖轮架的结构示意图；
图4为本发明纵移联动调节螺杆的结构示意图；
附图中：
1、筒体 ；2、V型拖轮架；2.1、铰轴；2.2、托轮；3、托轮底座；4、转动驱动装置；5、横移驱动螺母；6、横移丝杠；7、轴承座 ；8、纵移联动调节螺杆；9、激光对准装置；9.1、激光发射模块；9.2、激光接收模块；10、端滑台；11、圆头丝杆；12、内丝套筒。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
作为本发明一种最基本的实施方案，公开了一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，包括筒体安装步骤、激光对准偏差检测步骤和对准调节步骤。
具体的，筒体安装步骤，是将如图2两个位置相对设置的对中自动调节装置复位，复位至设定标准状态，将待对接焊的筒体分别放置在两个对中自动调节装置上，对中自动调节装置根据需求固定工位设置好即可作为参考标准点，对中自动调节装置的托轮2.2与筒体外表面接触，一个装置上的四套托轮2.2构成对一个筒体的托举结构，且筒体的中心线与对中自动调节装置的纵移联动调节螺杆8方向一致，分别将两个激光对中仪装置放置在两个对中自动调节装置上的筒体末端上方，且两个激光对中仪装置的激光发射模块9.1分别朝向对方的激光接收模块9.2、两个激光对中仪装置的激光发射模块9.1激光光束与各自所在筒体的中轴线平行，比如采用上下式的结构，一端上方为发射则下方为接收，对应的另一端则反过来下方为发射则上方为接收；
所述激光对准偏差检测步骤，是分别标定两个激光对中仪装置与各自所在筒体的待焊接剖口端面的距离，作为对准接触的初始参考值，对应筒体长度数据即可得到纵向移动值，开启两个激光对中仪装置的激光发射模块9.1，两个激光对中仪装置的激光接收模块9.2接收到对方发射的激光光束，激光光束是直线，激光接收模块9.2安装是与筒体的中心线平行的，则激光接收模块9.2接收到对方发射的激光光束若时有偏差时肯定为筒体安装有偏差，即可检测到两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值；
所述对准调节步骤，根据所述激光对准偏差检测步骤得到的两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值，对应启动对中自动调节装置的纵向调节机构、横向调节机构和筒体转动驱动机构调整两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值，使两筒体的待焊接剖口端面对准。
实施例2
作为本发明一种优选的实施方案，在上述实施例1技术方案的基础上，优选地，如图1、3、4，还包括与所述两个激光对中仪装置信号相连、且与所述对中自动调节装置的纵移联动调节螺杆8、横移联动调节螺杆、托轮2.2回转装置以及托轮2.2，所述激光对准偏差检测步骤检测到的两筒体轴线在水平、竖向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值输入至所述控制中心，控制中心纵向调节机构、横向调节机构和筒体转动驱动机构启动调整两筒体位置，使两筒体的待焊接剖口端面对准，且调整过程中所述控制中心持续接受上述两个激光对中仪装置的激光对准检测信号。
具体的，所述对准调节步骤包括用于调整两筒体在水平方向上偏角的筒体横向修正过程，和用于调整两筒体在竖直方向上的倾角的筒体倾角修正过程，以及用于调整两筒体待焊接剖口端面间距的筒体接缝间距误差修正过程，并且，所述筒体横向修正过程和筒体倾角修正过程先于筒体接缝间距误差修正过程进行。
进一步的，所述筒体横向修正过程，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体轴线在水平方向的角度偏差值，通过设置在对中自动调节装置的托轮2.2带动在横移联动调节螺杆上横向调整筒体的位置和水平方向上的偏角。
所述筒体倾角修正过程，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体轴线在竖直方向的角度偏差值，通过调整设置在横移联动调节螺杆上的托轮2.2间的间距和/或通过托轮2.2驱动筒体转动来调整其上放置的筒体在竖直方向的高度。
所述筒体接缝间距误差修正，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体对接剖口面间隙偏差值，通过驱动横移联动调节螺杆带动托轮2.2和筒体在纵移联动调节螺杆8上沿筒体轴向移动调整两筒体待焊接剖口端面间距。
进一步的，所述托轮2.2在筒体焊接过程中还需要以固定间距、以固定的转速驱动筒体同向转动。
即，在本技术方案中，激光对准装置9适时反馈偏差值。激光对准装置9检测到两筒体轴线在水平、竖向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值输入到控制中心，中心电脑分析软件分析计算出正值，经中心驱动模块转换成纠偏电信号，经过：
1、建立激光对中仪检测出对中偏差——控制中心通过电脑分析计算输出修正电量——筒体支承与调节装置伺服电机执行修正动作的闭环控制系统，实现筒体对中自动调节。
2、激光对中仪测量装置适时反馈偏差值，中心电脑分析软件分析计算出正值，经中心驱动模块转换成纠偏电信号，控制各执行机构电机执行相应动作，从而实现筒体对中偏差修正。
3、筒体支承与调节装置各驱动机构电机接受控制中心指令动作，对筒节相对位置进行自动调整，直到偏差值修正到设定值内。本申请主要通过以下动作实现自动调节：
（1）筒体横向错位修正。激光对中仪检测到两筒体轴线存在水平面上的错位或交角，控制中心根据偏差值自动分析计算并控制横移调节装置驱动机构进行筒体横向平移或旋转修正。
（2）筒体竖向错位及倾角修正。激光对中仪检测到两筒体轴线存在竖直面上的错位或交角，控制中心根据偏差值自动分析计算并控制托轮2.2开合调节装置并辅以托轮2.2回转机构进行筒体的竖向平移或旋转转修正。
（3）筒体接缝间距误差修正。筒体间水平及竖向偏差完成修正后，对接缝间距还存在误差，则控制中心根据偏差值自动分析计算并控制纵移调节驱动机构进行前后平移进行修正。
Claims (7)
1.一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
筒体安装步骤，将两个位置相对设置的对中自动调节装置复位，将待对接焊的筒体分别放置在两个对中自动调节装置上，对中自动调节装置的托轮（2.2）与筒体外表面接触，且筒体的中心线与对中自动调节装置的纵移联动调节螺杆（8）方向一致，分别将两个激光对中仪装置放置在两个对中自动调节装置上的筒体末端上方，且两个激光对中仪装置的激光发射模块（9.1）分别朝向对方的激光接收模块（9.2）、两个激光对中仪装置的激光发射模块（9.1）激光光束与各自所在筒体的中轴线平行；
激光对准偏差检测步骤，分别标定两个激光对中仪装置与各自所在筒体的待焊接剖口端面的距离，开启两个激光对中仪装置的激光发射模块（9.1），两个激光对中仪装置的激光接收模块（9.2）接收到对方发射的激光光束检测到两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值；
对准调节步骤，根据所述激光对准偏差检测步骤得到的两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值，对应启动对中自动调节装置的纵向调节机构、横向调节机构和筒体转动驱动机构调整两筒体轴线在水平、竖直方向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值，使两筒体的待焊接剖口端面对准。
2.如权利要求1所述的一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于：还包括与所述两个激光对中仪装置信号相连、且与所述对中自动调节装置的纵移联动调节螺杆（8）、横移联动调节螺杆、托轮（2.2）回转装置以及托轮（2.2），所述激光对准偏差检测步骤检测到的两筒体轴线在水平、竖向的错位与角度偏差值，以及对接剖口面间隙偏差值输入至所述控制中心，控制中心纵向调节机构、横向调节机构和筒体转动驱动机构启动调整两筒体位置，使两筒体的待焊接剖口端面对准，且调整过程中所述控制中心持续接受上述两个激光对中仪装置的激光对准检测信号。
3.如权利要求1或2所述的一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于：所述对准调节步骤包括用于调整两筒体在水平方向上偏角的筒体横向修正过程，和用于调整两筒体在竖直方向上的倾角的筒体倾角修正过程，以及用于调整两筒体待焊接剖口端面间距的筒体接缝间距误差修正过程，并且，所述筒体横向修正过程和筒体倾角修正过程先于筒体接缝间距误差修正过程进行。
4.如权利要求3所述的一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于：所述筒体横向修正过程，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体轴线在水平方向的角度偏差值，通过设置在对中自动调节装置的托轮（2.2）带动在横移联动调节螺杆上横向调整筒体的位置和水平方向上的偏角。
5.如权利要求3所述的一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于：所述筒体倾角修正过程，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体轴线在竖直方向的角度偏差值，通过调整设置在横移联动调节螺杆上的托轮（2.2）间的间距和/或通过托轮（2.2）驱动筒体转动来调整其上放置的筒体在竖直方向的高度。
6.如权利要求3所述的一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于：所述筒体接缝间距误差修正，是根据所述激光对准偏差检测步骤中检测到两筒体对接剖口面间隙偏差值，通过驱动横移联动调节螺杆带动托轮（2.2）和筒体在纵移联动调节螺杆（8）上沿筒体轴向移动调整两筒体待焊接剖口端面间距。
7.如权利要求1或2所述的一种筒体对接焊对中自动调节控制方法，其特征在于：所述托轮（2.2）在筒体焊接过程中还需要以固定间距、以固定的转速驱动筒体同向转动。
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