发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，提高带法兰型管路弯制的精度。具体的技术方案如下：

一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，依次包括如下步骤：

S1、带法兰型管路的夹持：带法兰型弯管上带有法兰的一端夹持在弯管机伺服小车的自定心夹持机构上，夹持时避开法兰而直接夹住带法兰型管路的直管部分；

S2、带法兰型弯管夹持后法兰孔位初始位置的动态校正：

S3、动态校正后的带法兰型弯管的数控弯制：启动数控弯管机上的数控弯管程序，通过数控弯管程序控制弯管机伺服小车的动作，实现管子的三维弯制；

其中，所述自定心夹持机构设置在弯管机伺服小车的小车旋转机构上；所述自定心夹持机构上设置有L型卡爪，所述自定心夹持机构通过所述L型卡爪避开法兰而直接夹住带法兰型管路的直管部分。

本发明中，所述自定心夹持机构可采用各种结构形式，包括但不限于以下几种结构：

结构之一，所述自定心夹持机构为三爪自定心卡盘，所述三爪自定心卡盘上的卡爪被改制成L型卡爪以避开法兰而直接夹住带法兰型管路的直管部分。

结构之二，所述自定心夹持机构为二爪自定心卡盘，所述二爪自定心卡盘上的卡爪被改制成L型卡爪以避开法兰而直接夹住带法兰型管路的直管部分。

装夹时所述带法兰型管路上的法兰横向进入所述L型卡爪的L型空挡内，然后通过所述L型卡爪的卡爪头直接夹住带法兰型管路的直管部分。

结构之三，所述自定心夹持机构采用大开度自定心强力夹持装置来避开法兰而直接夹住带法兰型管路的直管部分；所述大开度自定心强力夹持装置包括设置在弯管机伺服小车上的旋转套筒、固定在所述旋转套筒前端的空心座圈、设置在所述空心座圈前端且沿周向间隔分布的若干数量用于夹持带法兰型管路的L型卡爪、设置在所述旋转套筒外圆上并可沿所述旋转套筒中心轴线方向移动以实现所述L型卡爪夹紧的推拉套，所述L型卡爪包括转动臂和连接在所述转动臂前端的夹块，所述转动臂通过销轴与所述旋转套筒前端转动连接，所述推拉套上设置有内锥孔，在所述转动臂上远离所述中心轴线的外侧部位设置有与所述推拉套上的内锥孔相配合的外锥面，所述夹块位于所述转动臂上靠近所述中心轴线的内侧部位；所述转动臂上连接有用于所述L型卡爪自动张开的弹簧。

优选的，所述L型卡爪的夹块上设置有与管子外圆相适配的弧面。

本发明中，所述空心座圈的前端设置有前法兰，所述前法兰的外圆上沿周向开设有若干数量平行于所述中心轴线的定位槽，所述L型卡爪的转动臂与所述定位槽相适配并通过所述销轴实现转动连接。

优选的，所述大开度自定心强力夹持装置中的所述L型卡爪的数量为四个且沿周向间隔均匀布置。

上述L型卡爪的转动范围大，能实现大开度的张开和收拢，从而能够很好适应带法兰型管路吊装时的晃动，一方面使得管子不容易碰伤碰毛，另一方面也提高了带法兰型管路装夹的效率。

大开度自定心强力夹持装置还利用推拉套的锥面实现L型卡爪的夹紧，其与推拉油缸、杠杆型拨叉相互协同，实现了紧凑结构下的强力夹紧；推拉油缸使用小型油缸即可满足夹紧力的要求，相比传统使用的大吨位油缸配合卡盘的夹紧方式，其制造成本可以实现较大幅度的下降。

作为本发明中大开度自定心强力夹持装置实现L型卡爪自动张开的一种优选方案，在所述转动臂的后端且远离所述中心轴线的外侧部位开设有卡槽，所述弹簧为拉簧，所述拉簧围成环形后同时外套在所述若干数量用于夹持带法兰型管路的L型卡爪的转动臂的卡槽上。

优选的，所述旋转套筒的前端内孔部位设置有内法兰，所述空心座圈的后端设置有后法兰，所述空心座圈的后法兰与所述旋转套筒的内法兰通过螺栓固定连接。

本发明中，所述旋转套筒连接在所述弯管机伺服小车的蜗轮蜗杆传动箱的输出端。

本发明中，所述推拉套的外圆上设置有环形槽，所述蜗轮蜗杆传动箱上设置有第一支座，所述第一支座通过第一铰轴转动连接有杠杆型拨叉，所述杠杆型拨叉的前端转动设置有与所述环形槽相适配的滚轮，所述弯管机伺服小车上还设置有推拉油缸，所述推拉油缸的伸缩头与所述杠杆型拨叉的后端通过第二铰轴实现转动连接。

本发明中，所述弯管机伺服小车上设置有第二支座，所述推拉油缸的油缸壳体通过第三铰轴转动连接在所述第二支座上。

本发明中，所述第一铰轴、第二铰轴、第三铰轴和所述滚轮的轴线之间相互平行。

本发明中，所述弯管机伺服小车设置在移动导轨上并通过直线驱动机构实现在所述移动导轨上的移动。

优选的，为了进一步扩大带法兰型管路的夹持范围，在所述L型卡爪的夹块内侧设置有大倒角。

弯制时，可从弯管机伺服小车尾端内孔向夹持装置的旋转套筒内孔方向插入一辅助芯轴，辅助芯轴定位到管子内孔中，以实现对管子的辅助弯制。

优选的，所述步骤S2的带法兰型弯管夹持后法兰孔位初始位置的动态校正中，通过设置在数控弯管机上的视觉设别装置识别出法兰上多个孔的位置，并根据所设别出的法兰上多个孔的孔位误差进行弯制起始角度位置的校正。

更优选的，所述步骤S2的带法兰型弯管夹持后法兰孔位初始位置的动态校正依次包括如下工步：

(1)法兰单孔识别：设置摄像机坐标系，通过视觉设别装置，设别出带法兰型管路的管法兰上的其中一个单孔A及位置；

(2)旋转中心位置设别：小车旋转机构旋转，带动自定心夹持机构上的带法兰型管路一起旋转，将管法兰上的所述单孔A旋转至多个不同位置，由视觉设别装置检测得到所述单孔A在不同位置处的坐标，根据所述单孔A在多个不同位置处的坐标计算出旋转中心位置，然后建立以旋转中心为原点的X—Y坐标系；

(3)孔位角度校正量计算：取所述单孔A以及管法兰上另一个与所述单孔A呈180°布置的单孔B，根据所述单孔A在X—Y坐标系中的位置，计算出所述单孔A与Y轴的夹角α；然后小车旋转机构旋转180°，将所述单孔B旋转至对应位置，由视觉设别装置设别出单孔B旋转后在X—Y坐标系中的位置，计算出所述单孔B与Y轴的夹角β；取α与β的平均值即(α+β)/2作为孔位角度校正量；

(4)孔位校正：小车旋转机构反向旋转180°，使得原旋转180°的单孔B复位，然后小车旋转机构旋转使得单孔A位于与Y轴的夹角为(α+β)/2位置处，作为单孔A的校正位置；

(5)弯制起始角度设定：弯管机的小车旋转机构旋转，将单孔A的位置旋转转至程序设定的起始角度，然后按照弯管机的弯制程序自动进行管路的弯制。

需要指出的是，现实中使用的带法兰型管路其管法兰上的螺栓孔基本上都是均布的偶数孔(如四孔均布、六孔均布、八孔均布等)。因此在孔位校正时是采用两个相互呈180°的孔A和孔B通过旋转180°后进行视觉识别检测和校正的。如果出现奇数孔或其它非均布的特殊分布孔情况，可以选择管法兰上两个距离最远的孔，根据这两个孔的理论设计夹角，在孔位校正时转过一个相应的理论设计夹角，再通过视觉识别检测得到相应的α与β角度值，然后再进行孔位校正。

理论上，只需要知道单孔A的三个位置的坐标，就能计算出旋转中心的位置。但是，为了提高旋转中心位置的设别精度，可以采用以下进一步的改进方案：所述工步(2)的旋转中心位置设别中，将管法兰上的所述单孔A旋转至七个不同位置，根据所述单孔A在所述七个不同位置处的坐标，计算出旋转中心位置。

为了提高弯制的精度，作为本发明进一步改进的方案是：在批量弯制所述带法兰型管路前，预先进行弯制试验，将弯制试验制成的带法兰型管路采用三维激光扫描仪进行扫描，形成带法兰型管路的三维实体模型，将扫描后的实体模型导入到三维设计软件中，并与所述带法兰型管路的三维设计理论模型进行比对，得到所述带法兰型管路上各弯曲部位的实际弯曲误差，将该实际弯曲误差作为补偿量写入到弯制程序中，形成带弯曲误差补偿的弯制程序；在正式弯制所述带法兰型管路时，使用所述带弯曲误差补偿的弯制程序进行弯制。

实际进行试验时，可以根据管路弯曲的段数，按顺序逐段分别进行弯制试验，前一段弯制试验和程序补偿完成后再进行针对后一段的弯制试验和程序补偿，直到所有弯曲部位试验和程序补偿完成。其其优点是校正精度高，但需要进行的试验次数较多。

为了兼顾校正精度和减少试验次数，优选的方案是采用一次性弯制试验后，针对每一弯曲节点进行局部比对；即对于所述带法兰型管路有多个弯曲节点时，在三维设计软件中取各弯曲节点分别进行所述比对，得到各弯曲节点位置的弯曲误差，然后将各弯曲节点位置的弯曲误差作为补偿量写入到弯制程序中，形成带弯曲误差补偿的弯制程序。

本发明中的数控弯管机包括弯管机伺服小车、设置在所述弯管机伺服小车上的小车旋转机构、连接在所述小车旋转机构上用于夹持带法兰型管路的自定心夹持机构、设置在所述自定心夹持机构旁用于检测所述带法兰型管路上法兰孔位的视觉设别装置；所述视觉设别装置包括摄像机、连接所述摄像机的视觉识别系统，所述视觉识别系统、摄像机分别连接数控弯管机的控制系统。

优选的，所述摄像机设置在升降机构上，所述升降机构连接数控弯管机的控制系统。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，管子的装夹是采用L型卡爪，通过L型卡爪避开法兰而直接夹住带法兰型管路的直管部分，克服了传统弯管机直接夹住管法兰所导致的夹持偏斜偏斜误差大、管子弯制精度差的弊端。

第二，本发明的一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，通过视觉识别系统设别出法兰上的孔位，并根据所设别出法兰孔位误差进行法兰孔位初始位置的动态校正，将管法兰的周向位置校正到一个最佳的角度，实现了法兰上周向孔位相对于三维弯曲管路的最佳位置设置，从而提高了管子弯制的精度，并克服了传统带法兰管路弯制中采用单孔定位形成的法兰上孔位周向误差大导致安装困难的弊端。

第三，本发明的一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，采用大开度自定心强力夹持装置进行管路的夹持，大开度自定心强力夹持装置能够避开法兰直接夹牢管子外径，且其夹持力大、夹紧可靠，避免了传统弯数控弯管机夹持管法兰导致管法兰损伤的弊端；且本发明直接夹持管子外径的方式相对于传统夹持法兰外圆的方式来说，不会发生夹持偏斜现象，从而可以提高管子三维弯制的质量。

第四，本发明的一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，采用视觉识别系统进行法兰孔位的识别和检测，对更换不同规格的法兰后的检测不受影响(不同规格的法兰，其孔径不同、孔圆周直径不一、法兰厚度不一)。

第五，本发明的一种采用数控弯管机弯制带法兰型弯管的弯管工艺，能避免因实际生产过程中产生的误差而导致弯管精度不准的问题，且能让船厂管道加工工艺更加优化，实现无余量精准下料、管子自动打码、直管自动焊法兰、数控弯管机自动弯管，能实现车间智能化生产，大大节约人工，提高生产效率。视觉识别系统不受不同法兰规格的影响，达到一种系统全面覆盖。