CN113182838A - 一种用于筒体加工的自适应对接装置、支撑装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于筒体加工的自适应对接装置，该装置包括轨道、车体、第一伺服电机、旋转机构、升降机构、第二伺服电机、横移机构、第三伺服电机、滚转机构、第四伺服电机、支撑板、传感器安装架、激光距离传感器，所述车体依靠所述第一伺服电机在所述轨道上前后移动，实现筒体与支撑环对接；所述车体的两端分别安装有所述传感器安装架，所述传感器安装架上设置所述激光距离传感器，用于测量筒体方位。本发明借助传感器测量技术实现筒体的自动调平、自动轴心对齐，调节筒体与支撑机构对应的最优安装位置，其灵活度高，能有效降低工人劳动强度，提高了撑环精度和撑环效率，使得减少人力投入的同时成品质量保持在一定的水平之上。

Description

一种用于筒体加工的自适应对接装置、支撑装置及其方法
技术领域
本发明属于薄壁筒体的加工支撑技术领域，特别涉及一种用于筒体加工的自适应对接装置、支撑装置及其方法。
背景技术
制造业中，大直径筒体的应用愈加广泛，然而筒体在加工制造和焊接组装的过程中可能会产生各种缺陷进而影响容器的质量和性能，这是由于筒体自身刚度较弱，在外力的作用下容易发生变形。因此在筒体加工制造和焊接组装的过程中严格控制筒体的圆度，对于提高筒体加工质量有着重要的作用。目前，加工成型和焊接组装过程中，筒体圆度保证的方法基本上是使用人工支撑工装等方法进行粗略调节。人工支撑工装一般为弧形顶部结构，多个支撑块的弧形顶部形成一个圆，撑杆下部连接螺纹杆，通过人工驱动螺栓带动支撑块顶紧筒体的内壁。然而，将筒体运送至支撑工装上的过程中，存在支撑工装轴心与筒体轴心对齐效果差、筒体两侧端面圆不同心等问题，导致筒体与支撑工装接触面受力不均匀，造成支撑过程中筒体变形。
因此在筒体制造业中，加工制造和焊接组装的过程自动化十分重要。研究制造一套高效率高质量的用于筒体加工的对接装置，在经济性和实用性方面来看，对筒体制造都是很有必要的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于筒体加工的自适应对接装置、支撑装置及其方法，本发明借助传感器测量技术实现筒体的自动调平、自动轴心对齐，获得筒体与支撑机构对应的最优安装位置，其灵活度高，能有效降低工人劳动强度，提高了撑环精度和撑环效率，使得减少人力投入的同时成品质量保持在一定的水平之上。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种用于筒体加工的自适应对接装置，该装置包括轨道、车体、第一伺服电机、旋转机构、升降机构、第二伺服电机、横移机构、第三伺服电机、滚转机构、第四伺服电机、支撑板、传感器安装架、激光距离传感器，所述车体依靠所述第一伺服电机在所述轨道上前后移动，实现筒体与支撑环对接；两个所述升降机构分别安装在所述车体的两端，依靠所述第二伺服电机实现筒体升降；所述横移机构安装在所述升降机构顶部，依靠所述第三伺服电机实现筒体横移；所述支撑板固连在所述横移机构顶部，所述滚转机构安装在所述支撑板上，依靠所述第四伺服电机实现筒体翻滚；所述车体的两端分别安装有所述传感器安装架，所述传感器安装架上设置所述激光距离传感器，用于测量筒体方位。
优选地，所述传感器安装架上设有三个所述激光距离传感器，用于测量筒体的最底端及左、右两端的位置。
优选地，三个所述激光距离传感器设置在筒体的同一截面圆周的外侧。
优选地，所述激光距离传感器通过测量对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器到筒体的垂直距离来实现筒体的自动调平和自动轴心对齐。
本发明还提供一种用于筒体加工的支撑装置，该支撑装置包括所述自适应对接装置、支撑环、支撑机构以及控制柜，所述支撑环安装在所述支撑机构上，所述控制柜用于控制所述自适应对接装置运送筒体到所述支撑环上以实现筒体支撑。
优选地，所述支撑环通过定位支撑装置安装在所述支撑机构上。
本发明还提供一种采用所述支撑装置进行筒体加工的支撑方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、将筒体放置在自适应对接装置上，驱动滚转机构带动筒体滚转，激光距离传感器测量筒体的最底端及左、右两端到对应传感器的垂直距离；
步骤二、控制柜承载的控制系统根据测量结果初步拟合出筒体轴向两端的两个端面圆，控制两个所述升降机构使筒体呈水平放置，控制两个所述横移机构使筒体呈摆正放置；
步骤三、初步调整完成后，激光距离传感器通过测量找出端面圆心，所述控制系统控制筒体的端面圆心与所述支撑机构轴心在同一水平位置；
步骤四、所述控制系统控制车体向所述支撑环移动，使得所述支撑环进入到筒体内部，所述支撑环在动力装置驱动下与筒体内壁抵接实现筒体的支撑；
步骤五、自适应对接装置远离筒体后移，筒体进入加工流程。
优选地，步骤二中进一步包括：控制系统通过对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器测量获得的位置数据，初步拟合出对应的筒体端面圆，测量对应传感器到对应端面圆的垂直距离，分别对筒体在垂直方向和水平方向上进行轴向两端调平。
优选地，步骤三中进一步包括：控制系统在所述分别对筒体在垂直方向和水平方向上进行轴向两端调平的基础上，确定对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器在拟合的端面圆上的垂直对应点的三维坐标，进而拟合出端面圆心坐标，通过控制所述升降机构和横移机构调节端面圆心与所述支撑机构轴心对齐。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、本发明借助传感器测量技术实现筒体的自动调平、自动轴心对齐，获得筒体与支撑机构对应的最优安装位置，克服了支撑环轴心与筒体轴心对齐效果较差、筒体两侧端面圆不同心、筒体与支撑环接触面受力不均匀而易造成支撑过程中筒体变形等缺陷；
2、本发明中的支撑装置灵活度高，能有效降低工人劳动强度，提高了撑环精度和撑环效率，使得减少人力投入的同时成品质量保持在一定的水平之上。
附图说明
图1为用于筒体加工的支撑装置的结构示意图。
图2为用于筒体加工的自适应对接装置的结构示意图。
图3为自适应对接装置自动调平原理图。
图4为自适应对接装置自动轴心对齐原理图。
图中：1-支撑环、2-支撑机构、3-对接装置、4-控制柜、26-轨道、27-车体、28-第一伺服电机、29-旋转机构、30-升降机构、31-第二伺服电机、32-第三伺服电机、33-横移机构、34-滚转机构、35-第四伺服电机、36-支撑板、37-传感器安装架Ⅰ、38,39,40-设置在传感器安装架Ⅰ上的激光距离传感器、41-传感器安装架II、42,43,44-设置在传感器安装架II上的激光距离传感器、45-筒体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
结合图1-2，本发明提供了一种用于筒体加工的自适应对接装置，该装置包括轨道26、车体27、第一伺服电机28、旋转机构29、升降机构30、第二伺服电机31、横移机构33、第三伺服电机32、滚转机构34、第四伺服电机35、支撑板36、传感器安装架Ⅰ37、传感器安装架II41、激光距离传感器38,39,40,42,43,44，所述车体27依靠所述第一伺服电机28在所述轨道26上前后移动，实现筒体与支撑环1对接；两个所述升降机构30分别安装在所述车体27的两端，依靠所述第二伺服电机31实现筒体升降；所述横移机构33安装在所述升降机构30顶部，依靠所述第三伺服电机32实现筒体横移；所述支撑板36固连在所述横移机构33顶部，所述滚转机构34安装在所述支撑板36上，依靠所述第四伺服电机35实现筒体翻滚；所述车体27的两端分别安装传感器安装架Ⅰ37和传感器安装架II41，所述传感器安装架Ⅰ37上设置用于测量筒体的最底端及左、右两端的方位数据的三个激光距离传感器38,39,40，所述传感器安装架II41上设置用于测量筒体的最底端及左、右两端的方位数据的三个激光距离传感器42,43,44。三个激光距离传感器38,39,40设置在筒体45一端的同一截面圆周的外侧，三个激光距离传感器42,43,44设置在筒体45另一端的同一截面圆周的外侧。激光距离传感器通过测量对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器到筒体45的垂直距离来实现筒体45的自动调平和自动轴心对齐。
本发明还提供了一种用于筒体加工的支撑装置，该支撑装置包括所述自适应对接装置3、支撑环1、支撑机构2以及控制柜4，所述支撑环1安装在所述支撑机构2上，所述控制柜4用于控制所述自适应对接装置3运送筒体45到所述支撑环1上以实现筒体支撑。所述支撑环1通过定位支撑装置安装在所述支撑机构2上。
本发明还提供了一种采用所述支撑装置进行筒体加工的支撑方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、将筒体45放置在自适应对接装置3上，驱动滚转机构34带动筒体滚转，激光距离传感器测量筒体45的最底端及左、右两端到对应传感器的垂直距离。
步骤二、控制柜4承载的控制系统根据测量结果初步拟合出筒体45轴向两端的两个端面圆，控制两个所述升降机构30使筒体呈水平放置，控制两个所述横移机构33使筒体呈摆正放置。
结合图3，上述筒体呈水平、摆正放置具体实现如下：
(1)记录数据
1)传感器39垂直测量点为测量初始点A1，筒体45每旋转45°作为一记录点，端面共有8个记录点，分别为A1-A8。传感器38垂直测量点为测量初始点B1，筒体45每旋转45°作为一记录点，端面共有8个记录点，分别为B1-B8。记录传感器38、39到筒体45的垂直距离，共16个数据，分别为A1a-A8a、B1b-B8b。
2)传感器44垂直测量点为测量初始点D1，同样筒体45每旋转45°记录一点，端面共有8个记录点，分别为D1-D8。传感器42垂直测量点为测量初始点E1，同样筒体45每旋转45°记录一点，端面共有8个记录点，分别为E1-E8。记录传感器42、44到筒体45的距离，共16个数据，分别为D1d-D8d、E1e-E8e。
(2)数据处理
1)垂直方向的数据处理
S1＝(A1a+A2a+……+A7a+A8a)/8
S2＝(D1d+D2d+……+D7d+D8d)/8
S＝|(S1-S2)/2|
其中，S1为传感器39侧拟合的近似端面圆距离传感器39的距离；S2为传感器44侧拟合的近似端面圆距离传感器44的距离；S为筒体45垂直方向需要移动的距离。
2)水平方向的数据处理
s1＝(B1b+B2b+……+B7b+B8b)/8
s2＝(E1e+E2e+……+E7e+E8e)/8
s＝|(s1-s2)/2|
其中，s1为传感器38侧拟合的近似端面圆距离传感器38的距离；s2为传感器42侧拟合的近似端面圆距离传感器42的距离；s为筒体45水平方向需要移动的距离。
(3)自动调平
1)垂直方向调平
若S1>S2，则控制系统控制传感器39侧升降机构30向下移动S距离，传感器44侧升降机构30向上移动S距离；若S1<S2，则控制系统控制传感器39侧升降机构30向上移动S距离，传感器44侧升降机构30向下移动S距离；若S1＝S2，垂直方向保持不动。
2)水平方向摆正
若s1>s2，则控制系统控制传感器39侧横移机构33向传感器38方向移动s距离，传感器44侧横移机构33向传感器42外侧移动s距离；若s1<s2，则控制系统控制传感器39侧横移机构33向传感器38外侧移动s距离，传感器44侧横移机构33向传感器42方向移动s距离；若s1＝s2，水平方向保持不动。
步骤三、初步调整完成后，激光距离传感器通过测量找出端面圆心，所述控制系统控制筒体的端面圆心与所述支撑机构2轴心在同一水平位置。
结合图4，上述控制筒体的端面圆心与所述支撑机构轴心在同一水平位置具体实现如下：
(1)记录数据
传感器40垂直测量点为测量初始点C1，筒体45每旋转45°作为一记录点，端面共有8个记录点，分别为C1-C8。记录传感器40到筒体45的垂直距离，共8个数据，分别为C1c-C8c。
(2)数据处理
Ss＝(C1c+C2c+……+C7c+C8c)/8
其中，Ss为传感器40侧拟合的近似端面圆距离传感器40的距离。
(3)坐标计算
已知传感器38坐标为(x38,y38,z38)、传感器39坐标为(x39,y39,z39)、传感器40为(x40,y40,z40)、支撑机构轴心坐标(xx，yy)。其中，传感器38、39、40与支撑机构轴心的坐标系相同，传感器38、39、40的x、y方向坐标在设备安装时标定且固定不变。
在水平调整后，拟合的近似端面圆与传感器38、39、40垂直对应点的坐标分别为(x38-s1±s,y38±S,z38)、(x39±s,y39+S1±S,z39)、(x40+Ss±s,y40±S,z40)。正负号的选择由自动调平的结果确定。
由于三个坐标点在同一平面内，z轴坐标值相同即z38＝z39＝z40，为简化公式，令拟合的近似端面圆与传感器38、39、40垂直对应点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，根据圆心坐标公式求出拟合的近似端面圆圆心(x,y)：
(x1-x)2+(y1-y)2＝r2
(x2-x)2+(y2-y)2＝r2
(x3-x)2+(y3-y)2＝r2
(4)轴心对齐
控制系统控制横移机构33在x轴方向上移动xx-x的距离，正数向x轴正方向移动，负数向x轴负方向移动；控制升降机构30在y轴方向移动yy-y的距离，正数向上移动，负数向下移动。从而调节筒体的端面圆心即筒体轴心与支撑机构轴心对齐。
步骤四、所述控制系统控制车体27向所述支撑环1移动，使得所述支撑环1进入到筒体45内部，所述支撑环1在动力装置驱动下与筒体内壁抵接实现筒体的支撑。
步骤五、自适应对接装置3远离筒体后移，筒体进入加工流程。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于筒体加工的自适应对接装置，其特征在于：该装置包括轨道(26)、车体(27)、第一伺服电机(28)、旋转机构(29)、升降机构(30)、第二伺服电机(31)、横移机构(33)、第三伺服电机(32)、滚转机构(34)、第四伺服电机(35)、支撑板(36)、传感器安装架(37)、激光距离传感器(38,39,40)，所述车体(27)依靠所述第一伺服电机(28)在所述轨道(26)上前后移动，实现筒体与支撑环(1)对接；两个所述升降机构(30)分别安装在所述车体(27)的两端，依靠所述第二伺服电机(31)实现筒体升降；所述横移机构(33)安装在所述升降机构(30)顶部，依靠所述第三伺服电机(32)实现筒体横移；所述支撑板(36)固连在所述横移机构(33)顶部，所述滚转机构(34)安装在所述支撑板(36)上，依靠所述第四伺服电机(35)实现筒体翻滚；所述车体(27)的两端分别安装有所述传感器安装架(37)，所述传感器安装架(37)上设置所述激光距离传感器(38,39,40)，用于测量筒体方位。
2.根据权利要求1所述的自适应对接装置，其特征在于：所述传感器安装架(37)上设有三个所述激光距离传感器(38,39,40)，用于测量筒体的最底端及左、右两端的位置。
3.根据权利要求2所述的自适应对接装置，其特征在于：三个所述激光距离传感器(38,39,40)设置在筒体(45)的同一截面圆周的外侧。
4.根据权利要求3所述的自适应对接装置，其特征在于：所述激光距离传感器(38,39,40)通过测量对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器到筒体(45)的垂直距离来实现筒体(45)的自动调平和自动轴心对齐。
5.一种用于筒体加工的支撑装置，其特征在于：该支撑装置包括如权利要求1-4之一所述的自适应对接装置(3)、支撑环(1)、支撑机构(2)以及控制柜(4)，所述支撑环(1)安装在所述支撑机构(2)上，所述控制柜(4)用于控制所述自适应对接装置(3)运送筒体(45)到所述支撑环(1)上以实现筒体支撑。
6.根据权利要求5所述的支撑装置，其特征在于：所述支撑环(1)通过定位支撑装置安装在所述支撑机构(2)上。
7.一种采用如权利要求5或6所述的支撑装置进行筒体加工的支撑方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一、将筒体(45)放置在自适应对接装置(3)上，驱动滚转机构(34)带动筒体滚转，激光距离传感器(38,39,40)测量筒体(45)的最底端及左、右两端到对应传感器的垂直距离；
步骤二、控制柜(4)承载的控制系统根据测量结果初步拟合出筒体(45)轴向两端的两个端面圆，控制两个所述升降机构(30)使筒体呈水平放置，控制两个所述横移机构(33)使筒体呈摆正放置；
步骤三、初步调整完成后，激光距离传感器(38,39,40)通过测量找出端面圆心，所述控制系统控制筒体的端面圆心与所述支撑机构(2)轴心在同一水平位置；
步骤四、所述控制系统控制车体(27)向所述支撑环(1)移动，使得所述支撑环(1)进入到筒体(45)内部，所述支撑环(1)在动力装置驱动下与筒体内壁抵接实现筒体的支撑；
步骤五、自适应对接装置(3)远离筒体后移，筒体进入加工流程。
8.根据权利要求7所述的支撑方法，其特征在于：步骤二中进一步包括：控制系统通过对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器测量获得的位置数据，初步拟合出对应的筒体端面圆，测量对应传感器到对应端面圆的垂直距离，分别对筒体在垂直方向和水平方向上进行轴向两端调平。
9.根据权利要求8所述的支撑方法，其特征在于：步骤三中进一步包括：控制系统在所述分别对筒体在垂直方向和水平方向上进行轴向两端调平的基础上，确定对应筒体最底端及左、右两端设置的传感器在拟合的端面圆上的垂直对应点的三维坐标，进而拟合出端面圆心坐标，通过控制所述升降机构(30)和横移机构(33)调节端面圆心与所述支撑机构(2)轴心对齐。
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