CN111366067A - 一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置 - Google Patents

Abstract

一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其包括探头、探头固定支架、信号采集装置、终端电脑、自动分析软件、输出设备、报警装置和监控支架；每套监控支架由支架固定架、支架底座和支架行走机构组成，固定在定子环板的下环板上；探头固定支架包括托块、可调节垫块、探头架，托块焊接固定在支架固定架上，可调节垫块安装在托块上，探头架焊接固定在可调节垫块的前端，探头固定在探头架上；信号采集装置和报警装置固定在支架底座上，通过信号连接终端电脑；信号采集装置与探头相连；终端电脑安装有自动分析软件。该自动采集装置能够自动测量、自动记录、自动分析、实时报警，能够对水轮发电机定子定位筋焊接时进行实时监控。

Description

一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置

技术领域：

本发明涉及水电站机组设备装配技术领域，特别涉及一种现场叠片定子装配的定位筋焊接变形数据的自动采集、自动报警装置。

背景技术：

大型水轮发电机组定子均为散件到货，在工地现场经过一系列工序装配成整体，而定位筋安装是定子组装中最为关键的工序之一，其质量的好坏将直接影响定子组装下一道工序—定子铁心叠装的质量，随着水电站及电网安全运行的标准不断提高，对现场叠片定子装配的半径、圆度等关键数据的标准也是越来越高，定位筋安装作为定子组装乃至发电机部件组装中精度最高的工序，定位筋的半径、弦距数据尤为重要。而调整验收合格后的定位筋托块焊接时，过程中的变形控制极为重要，即针对于托块焊接时的单个定位筋的变化，还针对整圈托块焊接时的定子环板整体圆度变化。定位筋托块焊接后的定位筋焊后半径、弦距数据是决定定子整体尺寸的关键，且返工困难，控制难度极大。对于定位筋焊接变形数据的测量及分析处理方式，主要通过以下步骤实现：

(1)焊前值测量：一般定位筋安装验收数据为定位筋的焊前数据。

(2)焊接过程监控：一般采用“测圆架+百分表”进行半径和圆度测量，采用弦距测量工具进行弦距检测。每焊接完成一道工序或一个托块，即进行单根定位筋、或者整圈定位筋的尺寸测量。

(3)焊接变形控制：焊工在焊接过程中无法实时监测和检查是否发生变形。需在焊接每完成一道工序或一个托块后，进行单根定位筋、整圈定位筋的尺寸测量时，通过数据分析来判断定位筋是否发生变形。

(4)焊接变形处理：

1)小范围内的变形：通过调整焊接工序、焊接工艺、焊条摆焊方向调整；

2)较大或者大范围的变形：刨除托块焊缝，重新进行定位筋调整、验收后，重新进行托块焊接。

在实际施工中，由于大型水轮发电机组的发电机形体尺寸普遍较大、较高，定位筋数量较多，定子环板层数也较多，造成定位筋托块极多，而定位筋的半径、弦距等测量数据相对应较多，且精度要求高，现常用的变形测量方法存在以下问题：

1)焊工在焊接过程中无法实时监测和检查是否发生变形，不能在焊接过程中实时发现、实时调整，避免尺寸发生变化，焊后数据测量只能造成返工。

2)每焊接一道工序、每焊接一块托块，都需要进行尺寸测量，测量与焊接工序穿插进行，测量次数较多，直接影响焊接的连续性，延长焊接工期。

3)每道工序的焊接过程尺寸测量，受人工干预、水平度偏差等影响，测量难度大、精度差、测量周期长、数据多、分析难度大。

发明内容：

本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种操作方便，自动测量、自动记录、自动分析、实时报警的用于水轮发电机定子定位筋焊接时的实时监控装置。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，该采集装置包括探头、探头固定支架、信号采集装置、终端电脑、自动分析软件、输出设备、报警装置和监控支架；每套监控支架由支架固定架、支架底座和支架行走机构组成，支架底座上面焊接支架固定架、下面左右对称安装两组支架行走机构，通过限位销钉将支架底座固定在定子环板的下环板上；探头固定支架包括托块、可调节垫块、探头架和固定螺丝，托块焊接固定在支架固定架上，可调节垫块通过固定螺丝安装在托块上，探头架焊接固定在可调节垫块的前端，探头固定在探头架上；信号采集装置和报警装置固定在支架底座上；信号采集装置与探头相连，通过有线/无线信号传输给终端电脑；报警装置通过有线/无线信号与电脑终端连接；终端电脑安装有自动分析软件；终端电脑布置在测量工位上；输出设备连接在终端电脑上。

所述的托块为方形结构，由厚度为20mm-30mm的钢板制作而成，均布四个M10的螺孔。

所述可调节垫块为方形结构，由厚度10mm钢板制作而成，均布四个条形孔。

所述的探头至定位筋表面的垂直距离为3mm±1mm。

所述探头架的中心线与可调节垫块中心线重合。

所述的探头架上开设一个与探头相匹配的圆孔，探头穿过探头架后两端用螺母紧固。

所述的每套支架固定架上自上而下分两列布置两组探头，1组3个探头自上而下布置在对应定位筋的正面，另外1组3个探头自上而下布置在对应定位筋的侧面，

所述的信号采集装置用信号传输电缆连接探头。

所述的报警装置用基础座把合，垫板焊接在支架底座上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明可以实时监测定位筋在焊接过程中的尺寸数据变化，实现实时监控、全过程监控和数据自动记录，能够实现自动测量、自动采集数据、自动记录数据、自动编辑数据、自动分析、自动报警功能。

2、本发明可以设定变形数据的预警值，在实时监控数据达到预警值时，通过报警装置的声光效果自动报警，提醒监控人员和焊接作业人员立刻停止，及早进行工艺调整，避免焊缝刨除和返工操作。

3、本发明可以极大的简化测量程序，减少测量人员，减少人为测量误差，避免人为记录、编辑时错误的出现，极大的缩短测量时间。本发明可以提高测量精度，测量数据从百分表读数的精度(0.01mm)提高至微米(1μm＝0.001mm)级。

4、本发明可以避免测量作业和焊接工序的穿插干扰，使焊接作业连续。

5、本发明根据测量部位测量需求，可在支架上分两列自上而下布置多个探头进行联合测量，实施监测定位筋正面、侧面的尺寸变化情况，同时测量多层环板定位筋半径数据和弦距数据的变化情况。

综上所述，本发明的关键技术在于利用探头的间隙测量特性，通过在定位筋旁边布置监控支架，监控支架上的探头与测量部位的间距变化，而产生不同的电信号；再通过电信号的采集、转化、记录功能，通过研发的软件，将测量部位的原始形状编辑为基准点，通过对采集数据的分析功能，实现精确测量、实时记录、自动分析、自动报警功能。

附图说明：

图1是本发明结构布置示意图；

图2是本发明定位筋半径弦距变形测量监控示意图；

图3是本发明定位筋垂直度变形测量监控示意图；

图4是本发明探头和探头固定支架安装结构示意图；

图5是本发明探头固定支架俯视图；

图6是本发明监控支架安装结构示意图；

图7是本发明监控支架安装结构俯视图。

附图标记：

1-测圆架，2-定子环板，3-定位筋，4-探头，5-探头固定支架,6-信号采集装置，7-终端电脑，8-输出设备,9-报警装置，10-定位筋托块，11-托块，12-可调节垫块，13-探头架，14-固定螺丝,15-支架固定架，16-支架底座，17-限位销钉，18-支架行走机构。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

参见图1～图7，本发明提供一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，该自动采集装置包括探头4、探头固定支架5、信号采集装置6、终端电脑7、自动分析软件、输出设备8、报警装置9和监控支架。可根据测量需求设置监控支架数量，本实施例中监控支架设置有六套，每套监控支架由支架固定架15、支架底座16和支架行走机构18组成，支架底座16上面焊接支架固定架15、下面左右对称安装两组支架行走机构18，支架底座16上设置有四个销孔，通过限位销钉17将支架底座16固定在定子环板2的下环板上。探头固定支架5包括托块11、可调节垫块12、探头架13和固定螺丝14，所述托块11为方形结构，由厚度为20mm-30mm的钢板制作而成，均布四个M10的螺孔，焊接固定在支架固定架15上；可调节垫块12为方形结构，由厚度10mm钢板制作而成，均布四个条形孔，通过4颗固定螺丝14安装在托块11上；探头架13焊接固定在可调节垫块12的前端，其中心线与可调节垫块12中心线重合，探头架13上开设一个与探头4相匹配的圆孔，探头4穿过探头架13后两端用螺母紧固，探头固定支架5就是由其上的托块11固定在支架固定架15上。探头4是以无需接触检测对象进行检测为目的的接近传感器的总称，是一种具有感知物体接近能力的器件，它利用位移传感器对接近的物体具有敏感特性来识别物体的接近，能检测对象的移动和存在信息并转化成电信号。

所述的探头4通过探头固定支架5安装固定在支架固定架15上，探头4至定位筋3表面的垂直距离为3mm±1mm，测量精度一般为1μm＝0.001mm。根据测量部位测量需求，可在每套支架固定架15上分两列自上而下布置多个探头4进行联合测量，本实施例每套支架固定架15上自上而下分两列布置两组探头4，1组3个探头4自上而下布置在对应定位筋3的正面，测量定位筋3在焊接过程中的半径变化情况；另外1组3个探头4自上而下布置在对应定位筋3的侧面，测量定位筋在焊接过程中的弦距变化情况。

所述的信号采集装置6为采集、汇总探头传输的电信号，并将电信号放大，无线传输的发射装置。信号采集装置6固定在支架固定架15底部的支架底座16上，信号采集装置6采用信号传输电缆与探头4相连，用于接收单个或多个探头4采集数据，兼顾给探头4提供电源的功能，再通过有线/无线信号传输给终端电脑7。报警装置9为红色警示灯，用基础座把合，垫板焊接在支架底座16上，与终端电脑7通过有线/无线连接，可接收终端电脑7提供的报警信号，发出声光效果作为提示信号。终端电脑7布置在测量工位上，终端电脑7安装有自动分析软件。终端电脑7具备无线接收信号功能，将信号采集装置6采集的探头4的电信号接收转换为数字信号，并将采集和转换的数据信号提供给自动分析软件，并利用软件的分析功能，实现数据采集、整理、编辑、分析功能，输出直观的图/表分析结果，判别采集数据的真实与否，判别部件的实测值及偏差值，及其是否满足精度要求。另外根据设定的警戒值，在数据接近警戒值时，发出报警信号给报警装置9，同时在终端电脑7以闪屏方式提醒操作人员。输出设备8为打印机，连接在终端电脑7上，可根据施工需要传输或者打印数据结果图/表。

该自动采集装置利用探头4的间隙测量特性，通过固定探头4与水轮发电机定子的定位筋3上测量部位的间距变化，而产生不同的电信号；再通过电信号的采集、转化、记录功能，通过研发的软件，将测量部位的原始形状编辑为基准点，通过对采集数据的分析功能，实现精确测量、实时记录、自动分析、实施监控、自动报警功能。

采用该数据自动采集装置进行定位筋3焊接过程中的自动采集、自动分析、自动报警具体实施如下：

1)定位筋3焊接变形测量数据自动采集装置安装

在定位筋3安装前，在机坑内安装发电机定子机座和定子测圆架1，并调整定子测圆架1中心、垂直度等数据满足规范要求。然后在定位筋3验收合格后、定位筋托块10开始焊接前，安装焊接变形测量数据自动采集装置。

制作并组装监控支架，监控支架由支架固定架15、支架底座16、支架行走机构18组焊而成。根据焊工人数确定需制作的套数，本实施例安排6名焊工同时进行定位筋托块10的焊接，需制作并组装6套监控支架。然后将组装好的6套监控支架放在定子环板2的下环板上，通过限位销钉17将支架底座16与定子环板2的下环板固定。然后将探头固定支架5上的托块11焊接固定在支架固定架15上。安装探头4在探头固定支架5上，探头4与定位筋3上测量部位的间隙可暂不调整。将信号采集装置6、报警装置9安装固定在支架底座16上，用信号传输电缆连接探头4及信号采集装置6。

启动信号采集装置6和探头4，启动电脑终端7，启动报警装置9。用铁片或塞尺划过探头4，测试信号的传输和采集、软件的运行、报警装置9的声光效果功能。测试结束后将信号全部复位。

2)定位筋3焊接变形测量数据自动采集装置使用

Ⅰ、每套监控支架对应定位筋3后，调整探头4与定位筋3测量面的距离为3mm±1mm。1组3个探头4自上而下布置对应定位筋3正面，监控定位筋3焊接过程中的半径和垂直度变化，调整距离合格后，将探头4复位归零；另外1组3个探头4自上而下布置对应定位筋3侧面，监控定位筋3焊接过程中的弦距和侧面垂直度变化，调整距离合格后，将探头4复位归零。

Ⅱ、每根定位筋托块10焊接前，将所有探头4复位归零。在焊接过程中，通过本发明的精确测量、实时记录、自动分析、实施监控、自动报警功能，实时监控焊接变形情况，达到变形预警值时自动报警，提醒操作焊工及时停止，并通过调整焊接工序，使焊接变形受控。

Ⅲ、每道焊接工序完成后，拔出限位销钉17，移动监控支架到新的焊接位置，重复以上程序，进行新的定位筋3焊接的变形监控。

Claims (9)

1.一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，该采集装置包括探头(4)、探头固定支架(5)、信号采集装置(6)、终端电脑(7)、自动分析软件、输出设备(8)、报警装置(9)和监控支架，其特征是：所述的每套监控支架由支架固定架(15)、支架底座(16)和支架行走机构(18)组成，支架底座(16)上面焊接支架固定架(15)、下面左右对称安装两组支架行走机构(18)，通过限位销钉(17)将支架底座(16)固定在定子环板(2)的下环板上；探头固定支架(5)包括托块(11)、可调节垫块(12)、探头架(13)和固定螺丝(14)，托块(11)焊接固定在支架固定架(15)上，可调节垫块(12)通过固定螺丝(14)安装在托块(11)上，探头架(13)焊接固定在可调节垫块(12)的前端，探头(4)固定在探头架(13)上；信号采集装置(6)和报警装置(9)固定在支架底座(16)上；信号采集装置(6)与探头(4)相连，通过有线/无线信号传输给终端电脑(7)；报警装置(9)通过有线/无线信号与电脑终端(7)连接；终端电脑(7)安装有自动分析软件；终端电脑(7)布置在测量工位上；输出设备(8)连接在终端电脑(7)上。

2.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述的托块(11)为方形结构，由厚度为20mm-30mm的钢板制作而成，均布四个M10的螺孔。

3.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述可调节垫块(12)为方形结构，由厚度10mm钢板制作而成，均布四个条形孔。

4.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述的探头(4)至定位筋(3)表面的垂直距离为3mm±1mm。

5.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述探头架(13)的中心线与可调节垫块(12)中心线重合。

6.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述的探头架(13)上开设一个与探头(4)相匹配的圆孔，探头(4)穿过探头架(13)后两端用螺母紧固。

7.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述的每套支架固定架(15)上自上而下分两列布置两组探头(4)，1组3个探头(4)自上而下布置在对应定位筋(3)的正面，另外1组3个探头(4)自上而下布置在对应定位筋(3)的侧面。

8.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述的信号采集装置(6)用信号传输电缆连接探头(4)。

9.根据权利要求1所述的一种定子定位筋焊接变形测量数据自动采集装置，其特征是：所述的报警装置(9)用基础座把合，垫板焊接在支架底座(16)上。

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