CN109807624B - 一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，涉及船舶制造和自动化装配技术领域，包括小车模块、地面轨道模块、传感测量模块和船段模块；所述小车模块安装在所述地面轨道模块的轨道滑槽里；所述传感器测量模块布置在所述船段模块的外围；所述船段模块中的移动船段安装在所述小车模块之上。本发明通过布置多台四自由度小车进行协同运动，结合测量设备进行数据融合，可以高效灵活地调整待合拢船段的位置和姿态。该系统为一个闭环系统，实时反馈测量数据，运动调整精度高，自动化程度高，无需人为进行反复核实校验，提高了船段合拢装配的工作效率和质量。整体装置布局精简，机构操作安全性得到提高。

Description

一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统

技术领域

本发明涉及船舶制造和自动化装配领域，尤其涉及一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统。

背景技术

中国海洋强国战略的推出，进一步推动了船舶工业的发展。随着造船工艺的发展，对于大型甚至特大型船舶，目前主流的建造采用分段总组造船法，即先分段建造船体，然后对船段进行合拢焊接装配。而船段合拢装配时船段对接精度的高低决定了船体焊接质量的好坏，从而影响到船舶的整体制造水平。

传统的船体分段合拢技术方法是用吊车吊住船段并使其保持悬空，采用若干松紧螺丝或油顶通过人工估算对船段进行调整定位，然后进行对接装配。由于在船段合拢装配过程中通常会采用大型吊车，投资成本巨大；而且大型吊车的利用率低、合拢周期长、工人劳动强度大、定位精度不高；随着船舶吨位的提高，对吊车起吊能力的要求也越来越高。

针对上述问题，近年来发展出一种新的船段合拢装配技术：将待合拢的船段置于多个船台液压小车之上，通过小车下的导轨将船段合拢对接；每个船台液压小车上都设有主顶升油缸和侧推副油缸，通过主顶升油缸的升降和侧推副油缸的推移，可以控制调节待合拢船段的位置，实现精度较高的船段合拢对接。

但以上的船段合拢装配技术仍有不足之处：整体装置结构体积较大，不便于布置；运动平台比较笨重，对轨道的铺设位置精度要求高；船台液压小车对船段位置和姿态的自由度只有两个，需要有经验的技术人员判断船段的位置和姿态来评估对接的好坏，预先将待合拢的船段调整到比较准确的位置，这会带来人工操作的安全隐患；对于船段对接质量的好坏没有实时的反馈信息，无法保证合拢装配质量。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，提高船段合拢装配的精度、效率和安全性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：一、基于多台四自由度小车模块的协同运动，结合外围的传感测量数据，灵活地调整待合拢船段的位置和姿态，保证船段的准确对接；二、在船段模块的外围设置有传感测量装置用于实时监测船段的位置和姿态，评估对接面的质量好坏，无需人工反复核实校验，工作效率和安全性大大提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，其特征在于，包括小车模块、地面轨道模块、传感测量模块和船段模块；所述小车模块安装在所述地面轨道模块的轨道滑槽里；所述传感器测量模块布置在所述船段模块的外围；所述船段模块中的移动船段安装在所述小车模块之上。

进一步地，所述小车模块包括轨道轮、轴承座、驱动轴、底板、一号电机、电机托板、皮带、大同步轮、小同步轮、带轮挡圈、一号直线模组、二号电机、一号导轨安装块、底面导轨、中间板、二号直线模组、二号导轨安装块、中间导轨、三号电机、顶面板、电缸、电缸固定侧板、四号电机、球铰轴承、连接套、拖链和电机驱动器；所述轴承座通过螺栓连接方式与所述底板固定，所述驱动轴穿过所述轴承座，所述驱动轴两端分别安装一个所述轨道轮，所述大同步轮安装在所述驱动轴的中间位置，所述大同步轮两侧用所述带轮挡圈限制轴向运动；所述电机托板固定在所述底板上，所述小同步轮安装在所述一号电机上，所述一号电机固定在所述电机托板上，所述皮带安装在所述大同步轮和所述小同步轮上；所述一号导轨安装块固定在所述底板上，所述底面导轨安装在所述一号导轨安装块上；所述一号直线模组通过螺栓连接的方式固定在所述底板上；所述中间板安装在所述一号直线模组上，所述底面导轨同时也支撑着所述中间板；所述二号导轨安装块和所述二号直线模组均安装在所述中间板上，所述中间导轨固定在所述二号导轨安装块上，所述二号电机与所述二号直线模组连接；所述顶面板安装在所述二号直线模组和所述中间导轨上，所述电缸固定在所述顶面板上，所述电缸固定侧板与所述顶面板和所述电缸相互固定；所述四号电机与所述电缸连接；所述球铰轴承通过所述连接套与所述电缸相互连接；所述拖链布置在所述底板和所述中间板上；所述电机驱动器安装在所述中间板上。

进一步地，根据所述移动船段的宽度，所述小车模块每3-4个排成一组，至少2组；根据所述移动船段的长度与重量，可以选择2-4组所述小车模块。

进一步地，所述地面轨道模块包括型材轨道、型材连接板；根据所述移动船段的宽度，所述型材轨道共有6根或8根，所述型材轨道之间通过所述型材连接板进行螺栓联接固定。

进一步地，所述传感测量模块包括激光扫描仪和全站仪，所述激光扫描仪和所述全站仪均布置在所述船段模块的外侧。

进一步地，所述激光扫描仪采用FARO大场景扫描仪。

进一步地，所述船段模块包含移动托架、移动船段、固定托架、固定船段；所述移动船段安装在所述移动托架上，所述固定船段安装在所述固定托架上，所述固定托架固定安装在地面上。

进一步地，所述移动托架由三部分组成，包括一个底座托架和两个左右对称的托架。

进一步地，所述移动托架至少2个，其数量与所述小车模块的组数相同，一个所述移动托架安装在一组所述小车模块之上，与所述球铰轴承相连接；根据所述移动船段的长度与重量，可以选择2-4个所述移动托架。

进一步地，所述船段模块上设置有测量靶标，作为所述传感测量模块的测量对象。

有益效果：

与现有技术相比，本发明提供了一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，通过布置多台四自由度小车进行协同运动，结合测量设备进行数据融合，可以高效灵活地调整船段的位置和姿态。该系统为一个闭环系统，实时反馈测量数据，运动调整精度高，自动化程度高，无需人为进行反复核实校验，提高了工作效率和质量。整体装置布局精简，机构操作安全性得到提高。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的整体结构图；

图2是本发明一个较佳实施例的小车模块侧视图；

图3是本发明一个较佳实施例的小车模块俯视图。

其中：1-小车模块，2-地面轨道模块，3-传感测量模块，4-船段模块，5-轨道轮，6-轴承座，7-驱动轴，8-底板，9-一号电机，10-电机托板，11-皮带，12-大同步轮，13-小同步轮，14-带轮挡圈，15-一号直线模组，16-二号电机，17-一号导轨安装块，18-底面导轨，19-中间板，20-二号直线模组，21-二号导轨安装块，22-中间导轨，23-三号电机，24-顶面板，25-电缸，26-电缸固定侧板，27-四号电机，28-球铰轴承，29-连接套，30-拖链，31-电机驱动器，32-型材轨道，33-型材连接板，34-激光扫描仪，35-全站仪，36-移动托架，37-移动船段，38-固定托架，39-固定船段。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本发明一个较佳实施例中，包括小车模块1、地面轨道模块2、传感测量模块3和船段模块4；小车模块1安装在地面轨道模块2的轨道滑槽里；传感器测量模块3布置在船段模块4的外围；船段模块4中的移动船段37安装在小车模块1之上。

小车模块1有多个，根据移动船段37的宽度，每3-4个排成一组，本实施例中每组3个小车模块1；根据移动船段37的长度与重量，可以选择2-4组小车模块，本实施例中选择3组。

地面轨道模块2包括型材轨道32、型材连接板33；根据移动船段37的宽度，型材轨道32共有6根或者8根，本实施例中共有6根；型材轨道32之间通过型材连接板33进行螺栓联接固定。

传感测量模块3包括激光扫描仪34和全站仪35，两者均布置在船段模块4的外侧，并在船段模块4设置相应的测量靶标；本实施例的激光扫描仪34采用FARO大场景扫描仪。

船段模块4包括移动托架36、移动船段37、固定托架38、固定船段39；移动船段37安装在移动托架36之上；移动托架36由三部分组成，包括一个底座托架和两个左右对称的托架；移动托架36至少2个，其数量与小车模块的组数相同，一个移动托架36安装在一组小车模块之上，与球铰轴承28相连接；根据移动船段37的长度与重量，可以选择2-4个移动托架，本实施例中选择3个；固定船段39安装在固定托架38之上，固定托架38固定安装在地面上。

如图2和图3所示，小车模块1包括轨道轮5、轴承座6、驱动轴7、底板8、一号电机9、电机托板10、皮带11、大同步轮12、小同步轮13、带轮挡圈14、一号直线模组15、二号电机16、一号导轨安装块17、底面导轨18、中间板19、二号直线模组20、二号导轨安装块21、中间导轨22、三号电机23、顶面板24、电缸25、电缸固定侧板26、四号电机27、球铰轴承28、连接套29、拖链30和电机驱动器31。

轴承座6通过螺栓连接方式与底板8固定，驱动轴7穿过轴承座6，驱动轴7两端分别安装一个轨道轮5，大同步轮12安装在驱动轴7的中间位置，两侧用带轮挡圈14限制轴向运动；电机托板10固定在底板8上，小同步轮13安装在一号电机9上，一号电机9固定在电机托板10上，皮带11安装在大同步轮12和小同步轮13上；一号导轨安装块17固定在底板8上，底面导轨18安装在一号导轨安装块17上；一号直线模组15通过螺栓连接的方式固定在底板8上；中间板19安装在一号直线模组15上，底面导轨18同时也支撑着中间板19；二号导轨安装块21和二号直线模组20安装在中间板19上，中间导轨22固定在二号导轨安装块21上，二号电机16与二号直线模组20连接；顶面板24安装在二号直线模组20和中间导轨22上，电缸25固定在顶面板24上，电缸固定侧板26与顶面板24和电缸25相互固定；四号电机27与电缸25连接；球铰轴承28通过连接套29与电缸25相互连接；拖链30布置在底板8和中间板19上；电机驱动器31安装在中间板19上。

结合本实施例的附图和技术方案简述本发明的工作原理及工作过程：

本实施例中，9台小车模块1形成3组，安装在地面轨道模块2的6根轨道滑槽里，3个移动托架36通过球铰轴承28与小车模块1相连接；移动船段37安装在3个移动托架36之上；固定船段39安装在固定托架38之上，固定托架38固定安装在地面上。

移动船段37与固定船段39合拢对接时，通过遥控器来控制每台小车模块1的行走、顶升、下降和平移运动并带动待合拢移动船段37的同步运动，小车上的一号电机9驱动小车模块1，带动移动船段37向固定船段39靠拢；布置在船段模块4外围的传感器测量模块3实时测量移动船段37与固定船段39的相对位置，并实时反馈测量数据，小车模块1根据反馈的测量数据通过二号电机16、三号电机23、四号电机27调节球铰轴承28的坐标，进而动态调节移动船段37的位置和姿态，从而使移动船段37与固定船段39实现高精度的对接装配。

与现有技术相比，本发明提供了一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，通过布置多台四自由度小车进行协同运动，结合测量设备进行数据融合，可以高效灵活地调整船段的位置和姿态。该系统为一个闭环系统，实时反馈测量数据，运动调整精度高，自动化程度高，无需人为进行反复核实校验，提高了工作效率和质量。整体装置布局精简，机构操作安全性得到提高。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，其特征在于，包括小车模块、地面轨道模块、传感测量模块和船段模块；所述小车模块安装在所述地面轨道模块的轨道滑槽里；所述传感测量模块布置在所述船段模块的外围；所述船段模块中的移动船段安装在所述小车模块之上；所述传感测量模块包括激光扫描仪和全站仪，所述激光扫描仪和所述全站仪均布置在所述船段模块的外侧；所述船段模块上设置有测量靶标，作为所述传感测量模块的测量对象；

所述小车模块包括轨道轮、轴承座、驱动轴、底板、一号电机、电机托板、皮带、大同步轮、小同步轮、带轮挡圈、一号直线模组、二号电机、一号导轨安装块、底面导轨、中间板、二号直线模组、二号导轨安装块、中间导轨、三号电机、顶面板、电缸、电缸固定侧板、四号电机、球铰轴承、连接套、拖链和电机驱动器；所述轴承座通过螺栓连接方式与所述底板固定，所述驱动轴穿过所述轴承座，所述驱动轴两端分别安装一个所述轨道轮，所述大同步轮安装在所述驱动轴的中间位置，所述大同步轮两侧用所述带轮挡圈限制轴向运动；所述电机托板固定在所述底板上，所述小同步轮安装在所述一号电机上，所述一号电机固定在所述电机托板上，所述皮带安装在所述大同步轮和所述小同步轮上；所述一号导轨安装块固定在所述底板上，所述底面导轨安装在所述一号导轨安装块上；所述一号直线模组通过螺栓连接的方式固定在所述底板上；所述中间板安装在所述一号直线模组上，所述底面导轨同时也支撑着所述中间板；所述二号导轨安装块和所述二号直线模组均安装在所述中间板上，所述中间导轨固定在所述二号导轨安装块上，所述二号电机与所述二号直线模组连接；所述顶面板安装在所述二号直线模组和所述中间导轨上，所述电缸固定在所述顶面板上，所述电缸固定侧板与所述顶面板和所述电缸相互固定；所述四号电机与所述电缸连接；所述球铰轴承通过所述连接套与所述电缸相互连接；所述拖链布置在所述底板和所述中间板上；所述电机驱动器安装在所述中间板上；

根据所述移动船段的宽度，所述小车模块每3-4个排成一组，至少2组；根据所述移动船段的长度与重量，可以选择2-4组所述小车模块；

所述船段模块包含移动托架、移动船段、固定托架、固定船段，所述移动船段安装在所述移动托架上，所述固定船段安装在所述固定托架上，所述固定托架固定安装在地面上，所述移动托架由三部分组成，包括一个底座托架和两个左右对称的托架。

2.如权利要求1所述的多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，其特征在于，所述地面轨道模块包括型材轨道、型材连接板；根据所述移动船段的宽度，所述型材轨道共有6根或8根，所述型材轨道之间通过所述型材连接板进行螺栓联接固定。

3.如权利要求1所述的多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，其特征在于，所述激光扫描仪采用FARO大场景扫描仪。

4.如权利要求3所述的多自由度调节的高精度船段自动装配对接系统，其特征在于，所述移动托架至少2个，其数量与所述小车模块的组数相同，一个所述移动托架安装在一组所述小车模块之上，与所述球铰轴承相连接；根据所述移动船段的长度与重量，可以选择2-4个所述移动托架。

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