CN109877744B - 一种薄壁管子的定位装置及其拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁管子的定位装置及其拼装方法，属于工装夹具领域。包括用于放置定位器的支撑平台和用于调整和固定导管位置的定位器，所述定位器包括从下到上依次安装的旋转部件、升降部件以及V型定位组件，所述定位装置的拼装方法包括a）获取导管的定位坐标：在虚拟装配环境中建立全局坐标系及局部坐标系，以此获取导管的定位坐标，b）定位器姿态调节：根据获取的TCP点坐标调节各定位器V型定位头的摆动角度、绕Z轴旋转角度和Z轴方向上的升降；c）定位器安装根据获取的X、Y向位置坐标，将调节好姿态后的各个定位器安装在支撑平台上。本发明所述定位装置可调节性高，且其拼装方法是基于数字量的拼装方式，操作方便且拼装效率高。

Description

一种薄壁管子的定位装置及其拼装方法

技术领域

本发明涉及一种工装夹具及其拼装方法，具体涉及一种薄壁管子的定位装置及其拼装方法。

背景技术

导管是一种薄壁金属管子，由于其轻量化、强韧化和紧凑化等特性，广泛应用于飞机液压、燃油、氧气等系统。导管在其端面余量切割、焊接、校验等工艺过程中都离不开夹具。目前导管的装夹夹具主要是拼装夹具，其主要拼装方式为：根据导管实样，将各个离散的基础元件拼装在一起，以满足导管的装夹。然而该拼装方式存在以下问题：由于各离散的基础元件由大量的定位元件、支撑元件、基础元件等组成，数量巨大，不便于存放。现有技术中也有一些用于定位导管的夹具体，如公开号为CN105598629A，公开时间为2016年05月25日，名称为“一种薄壁管子的柔性定位装置”的中国发明专利文献，公开了一种薄壁管子的柔性定位装置，包括：至少3组螺接在一起的角度垫板3和V型定位组件4按照导管6的走向放置在焊接平台1上，角度垫板32倍的压板组件5螺接在焊接平台1的阵列螺纹孔中，将角度垫板3压紧；导管6放置在V型定位组件4上，固定在V形开口处，导管6上方被与V型定位组件4螺接的压板组件5压紧。

上述发明专利仍然存在以下不足：一是定位装置的可调节性差，所述定位装置的柔性调节范围仅限于调节V型定位组件的高度以及适应导管的大小，并不能改变导管与V型定位组件间的装夹角度；同时，由于所述V型定位组件与角度垫板的位置相对比较固定，V型定位组件的朝向只能随角度垫板的安装角度而改变，而角度垫板在焊接平台上的安装方式是十分有限的。换言之，该定位装置只能定位水平方向上的导管，在实际的导管装夹过程中，导管的形状十分多样化，对于一些形状稍微复杂且高度有起伏的导管，该定位装置将无法适用；二是该定位装置的拼装方式是以导管实样进行拼装，是基于模拟量的拼装方式，这就造成拼装不方便、拼装效率较低。

发明内容

本发明针对现有技术中的导管定位夹具在使用过程中存在的诸多问题，提出了一种薄壁管子的定位装置及其拼装方法，所述定位装置可以实现多个自由度的调节，具有适用范围广、操作方便、拼装效率高等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种薄壁管子的定位装置，包括用于放置定位器的支撑平台和用于调整和固定导管位置的定位器，其特征在于：所述定位器包括从下到上依次安装的旋转部件、升降部件以及V型定位组件，所述旋转部件包括底座和导向支座，所述导向支座通过其底部设置的旋转轴安装在底座上，所述升降部件与V型定位组件之间设有一连接支座，所述V型定位组件包括V型定位头、摆动支座以及用于固定V型定位头的锁紧件，所述V型定位头通过设置在其底部的摆动轴可转动地安装在摆动支座上，所述摆动支座固定在连接支座顶端。

进一步地，所述升降部件包括升降螺钉，所述升降螺钉底部螺接在导向支座上，顶部固定在连接支座上。

进一步地，所述旋转轴可转动地安装在底座孔内，旋转轴底部外壁上设置有一圈倾斜的螺旋面，底座上设有一盖板，所述螺旋面位于盖板与底座之间，所述盖板上设有若干锁紧球头螺钉顶死所述螺旋面。

进一步地，所述导向支座上设有对称的导向孔，所述导向孔内分别安装有左导向轴和右导向轴，所述左导向轴和右导向轴下端安装在导向孔内，上端固定在连接支座底部，左导向轴和右导向轴关于升降螺钉对称。

进一步地，所述锁紧件设置在V型定位头底部中央，锁紧件包括锁紧块和球头螺钉，所述V型定位头底部中央设置有凹槽，锁紧块顶部垂直于V型定位头卡入所述凹槽内，与球头螺钉配合一起将V型定位头固定。

进一步地，所述球头螺钉对称设置在锁紧块两端底部，球头螺钉顶部的金属球头卡入锁紧块内，球头螺钉底部固定在连接支座上。

进一步地，所述V型定位头包括压紧件和两个相对设置形成“V”形的三角形块，所述摆动轴分别设置在两个三角形块底部，所述压紧件螺接在两个三角形块顶部。

进一步地，所述支撑平台上设有用于建立全局坐标系的全局基准孔，所述底座上设有用于建立局部坐标系的局部基准孔，所述V型定位组件上设有用于获取导管定位坐标的TCP点。

进一步地，所述TCP点设置在锁紧块上，TCP点包括1号TCP点、2号TCP点和3号TCP点，所述2号TCP点位于锁紧块与V型定位头的交界处，1号TCP点和3号TCP点以2号TCP点为对称中心分别位于锁紧块两端。

一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，包括以下步骤：

一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）定位点规划与虚拟装配

a1、在虚拟环境中，建立导管、定位器及支撑平台的同等模型，规划好导管的待定位点，并完成导管、定位器及支撑平台之间的虚拟装配；

a2、分别以支撑平台上的全局基准孔和定位器上的局部基准孔为基准，建立全局坐标系和局部坐标系；

a3、在局部坐标系中获取各个定位器V型定位头的1号TCP点、2号TCP点和3号TCP点坐标，在全局坐标系中获取各个定位器在支撑平台上的X、Y向位置坐标；

b）定位器姿态调节

根据获取的1号TCP点坐标和3号TCP点坐标，调节真实环境中各定位器V型定位头的摆动角度和绕Z轴旋转角度，根据获取的2号TCP点坐标，调节各定位器V型定位头在Z轴方向上的升降；

c）定位器安装

根据获取的X、Y向位置坐标，将调节好姿态后的各个定位器安装在支撑平台上。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的定位装置包括定位器和支撑平台，所述定位器可以实现V型定位头的角度摆动、Z轴升降和Z轴旋转三个自由度上的调节，适用范围广，调节更加方便；所述定位装置的拼装方法是一种基于数字量传递的拼装方式，不但操作方便，而且拼装效率高。

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是本发明所述定位装置的整体结构示意图；

图2是本发明所述定位器的结构示意图；

图3是本发明所述定位器的主视图；

图4是本发明所述定位器的左视图；

图5是本发明所述定位器的俯视图；

图6是本发明所述导向座的结构示意图；

其中，

1、导管，2、支撑平台，201、全局基准孔，3、定位器，301、底座，302、导向支座，303、旋转轴，304、连接支座，305、升降螺钉，306、V型定位头，307、摆动轴，308、摆动支座，309、螺旋面，310、盖板，311、锁紧球头螺钉，312、导向孔，313、左导向轴，314、右导向轴，315、锁紧块，316、球头螺钉，317、压紧件，318、螺纹孔，3011、局部基准孔，3012 、1号TCP点，3013、2号TCP点，3014、3号TCP点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例公开了一种薄壁管子的定位装置，如图1~6所示，包括用于放置定位器3的支撑平台2和用于调整和固定导管1位置的定位器3，所述定位器3包括从下到上依次安装的旋转部件、升降部件以及V型定位组件，所述旋转部件包括底座301和导向支座302，所述导向支座302通过其底部设置的旋转轴303安装在底座301上，所述升降部件与V型定位组件之间设有一连接支座304，所述V型定位组件包括V型定位头306、摆动支座308以及用于固定V型定位头306的锁紧件，所述V型定位头306通过设置在其底部的摆动轴307可转动地安装在摆动支座308上，所述摆动支座308固定在连接支座304顶端。

所述升降部件包括升降螺钉305，所述升降螺钉305底部螺接在导向支座302上，调节升降螺钉305使其在导向支座302的螺纹孔318内旋转，升降螺钉305顶部固定在连接支座304上，优选的，升降螺钉305头部穿过连接支座并与螺母一起配合固定在连接支座305底部。

优选的，所述旋转轴303可转动地安装在底座301孔内，旋转轴303底部外壁上设置有一圈倾斜的螺旋面309，底座301上设有一盖板310，所述螺旋面309位于盖板310与底座301之间，所述盖板310上设有若干锁紧球头螺钉311顶死所述螺旋面309。

优选的，所述导向支座302上设有对称的导向孔312，所述导向孔312为通孔，导向支座302顶部中央设有螺纹孔318，所述升降螺钉305底部安装在所述螺纹孔318内，所述导向孔312内分别安装有左导向轴313和右导向轴314，所述左导向轴313和右导向轴314下端安装在导向孔312内，上端固定在连接支座304底部，左导向轴313和右导向轴314关于升降螺钉305对称。

优选的，所述锁紧件设置在V型定位头306底部中央，锁紧件包括锁紧块315和球头螺钉316，所述V型定位头306底部中央设置有凹槽，锁紧块315顶部垂直于V型定位头306卡入所述凹槽内，与球头螺钉316配合一起将V型定位头306固定。

优选的，所述球头螺钉316对称设置在锁紧块315两端底部，球头螺钉316顶部的金属球头卡入锁紧块315内，球头螺钉316底部固定在连接支座304上。

优选的，所述V型定位头306包括压紧件317和两个相对设置形成“V”形的三角形块，所述摆动轴307分别设置在两个三角形块底部，所述压紧件317螺接在两个三角形块顶部，所述导管1固定在V型定位头306的中心开口处。

本发明所述定位器3可以实现V型定位头306的角度摆动、Z轴升降和Z轴旋转三个自由度上的调节。具体调节方法为：

调节锁紧块315下方的两个球头螺钉316，使V型定位头306下方的摆动轴307绕摆动支座308转动，再通过球头螺钉316锁死，锁紧块315始终保持与V型定位头306垂直，从而实现V型定位头306的角度摆动；

调节升降螺钉305，升降螺钉305在导向支座302的螺纹孔318内旋转，同时左、右导向轴314在导向支座302的导向孔312内升降，从而实现V型定位头306的Z轴升降；

旋松底座301盖板310上的锁紧球头螺钉311，旋转导向支座302，导向支座302底部的旋转轴303可在底座301内旋转，调整好后，拧紧锁紧球头螺钉311顶死旋转轴303上的螺旋面309，通过倾斜的螺旋面309以“楔形”的方式锁紧旋转轴303，从而实现V型定位头306的Z轴旋转。

进一步地，所述支撑平台2上设有用于建立全局坐标系的全局基准孔201，所述底座301上设有用于建立局部坐标系的局部基准孔3011，所述V型定位组件上设有用于获取导管定位坐标的TCP点。所述TCP点作为局部坐标系中的目标点或检测点，可以反映导管的定位位置。

进一步地，所述TCP点设置在锁紧块315上，TCP点包括1号TCP点3012、2号TCP点3013和3号TCP点3014，所述2号TCP点3013位于锁紧块315与V型定位头306的交界处，1号TCP点3012和3号TCP点3014以2号TCP点3013为对称中心分别位于锁紧块315两端。

实施例2

本实施例提供了一种薄壁管子的定位装置的使用方法，以需要三个定位器3的进行定位的导管1为例，包括以下步骤：

a）定位点规划与虚拟装配

a1、在虚拟环境中，按照1:1的比例建立起定位器3、支撑平台2及待装夹导管1的同等模型，规划好导管1的三个待定位点，并完成导管1、定位器3及支撑平台2之间的虚拟装配；虚拟装配环境可以通过绘图机或带有虚拟装配软件的任意一台PC来实现；

a2、在虚拟环境中，分别以支撑平台2上的全局基准孔201和定位器3上的局部基准孔3011为基准，建立起全局坐标系和局部坐标系；

a3、在局部坐标系中获取各个定位器3V型定位头306的1号TCP点3012、2号TCP点3013和3号TCP点3014坐标，在全局坐标系中获取各个定位器3在支撑平台2上的X、Y向位置坐标。

b）定位器姿态调节

在真实环境中，借助现有技术中的激光跟踪仪测量手段，根据获取的1号TCP点3012坐标和3号TCP点3014坐标，调节各定位器3V型定位头306的摆动角度和绕Z轴旋转角度，根据获取的2号TCP点3013坐标，调节各定位器3V型定位头306在Z轴方向上的升降，具体调节方式如下：

调节V型定位组件上的两个球头螺钉316，使V型定位头306底部的摆动轴307绕摆动支座308进行摆动，并可进行锁死；旋松盖板310上的锁紧球头螺钉311并旋转导向支座302，导向支座302底部的旋转轴303可在底座301孔内旋转，然后调节锁紧球头螺钉311使其顶死螺旋面309，通过该螺旋面309以 “楔形”方式锁紧；调节升降螺钉305，左导向轴313和右导向轴314在导向支座302的导向孔312内升降，可实现导管1定位高度的调节。

c）定位器安装

在真实环境中，借助激光跟踪仪等测量手段，根据获取的X、Y向位置坐标，将调节好姿态后的各个定位器3安装在支撑平台2上。

待各个定位器3在支撑平台2上安装好后，再将导管1安装定位。

在使用激光跟踪测距仪时，根据实体定位器和支撑平台上的基准孔建立起与虚拟环境中相同的仪器测量三维坐标系以确定仪器的测量基准，虚拟环境中获取的TCP点和X、Y向位置坐标即激光跟踪测距仪的目标点，使用时根据激光跟踪仪上显示的目标点与测量基准间的距离对定位器姿态进行调整，激光跟踪仪的调试、校准、测量等其他步骤是现有技术中的内容，这里不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，所述定位装置包括用于放置定位器（3）的支撑平台（2）和用于调整和固定导管（1）位置的定位器（3），其特征在于：所述定位器（3）包括从下到上依次安装的旋转部件、升降部件以及V型定位组件，所述旋转部件包括底座（301）和导向支座（302），所述导向支座（302）通过其底部设置的旋转轴（303）安装在底座（301）上，所述升降部件与V型定位组件之间设有一连接支座（304），所述V型定位组件包括V型定位头（306）、摆动支座（308）以及用于固定V型定位头（306）的锁紧件，所述V型定位头（306）通过设置在其底部的摆动轴（307）可转动地安装在摆动支座（308）上，所述摆动支座（308）固定在连接支座（304）顶端；

所述锁紧件设置在V型定位头（306）底部中央，锁紧件包括锁紧块（315）和球头螺钉（316），所述V型定位头（306）底部中央设置有凹槽，锁紧块（315）顶部垂直于V型定位头（306）卡入所述凹槽内，与球头螺钉（316）配合一起将V型定位头（306）固定；

所述支撑平台（2）上设有用于建立全局坐标系的全局基准孔（201），所述底座（301）上设有用于建立局部坐标系的局部基准孔（3011），所述V型定位组件上设有用于获取导管定位坐标的TCP点；

所述TCP点设置在锁紧块（315）上，TCP点包括1号TCP点（3012）、2号TCP点（3013）和3号TCP点（3014），所述2号TCP点（3013）位于锁紧块（315）与V型定位头（306）的交界处，1号TCP点（3012）和3号TCP点（3014）以2号TCP点（3013）为对称中心分别位于锁紧块（315）两端；

所述的拼装方法包括以下步骤：

a）定位点规划与虚拟装配

a1、在虚拟环境中，建立导管（1）、定位器（3）及支撑平台（2）的同等模型，规划好导管（1）的待定位点，并完成导管（1）、定位器（3）及支撑平台（2）之间的虚拟装配；

a2、分别以支撑平台（2）上的全局基准孔（201）和定位器（3）上的局部基准孔（3011）为基准，建立全局坐标系和局部坐标系；

a3、在局部坐标系中获取各个定位器（3）V型定位头（306）的1号TCP点（3012）、2号TCP点（3013）和3号TCP点（3014）坐标，在全局坐标系中获取各个定位器（3）在支撑平台（2）上的X、Y向位置坐标；

b）定位器姿态调节

根据获取的1号TCP点（3012）坐标和3号TCP点（3014）坐标，调节各实体定位器（3）V型定位头（306）的摆动角度和绕Z轴旋转角度，根据获取的2号TCP点（3013）坐标，调节各定位器（3）V型定位头（306）在Z轴方向上的升降；

c）定位器安装

根据获取的X、Y向位置坐标，将调节好姿态后的各个定位器（3）安装在支撑平台（2）上。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，其特征在于：所述升降部件包括升降螺钉（305），所述升降螺钉（305）底部螺接在导向支座（302）上，顶部固定在连接支座（304）上。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，其特征在于：所述旋转轴（303）可转动地安装在底座（301）孔内，旋转轴（303）底部外壁上设置有一圈倾斜的螺旋面（309），底座（301）上设有一盖板（310），所述螺旋面（309）位于盖板（310）与底座（301）之间，所述盖板（310）上设有若干锁紧球头螺钉（311）顶死所述螺旋面（309）。

4.根据权利要求1或2所述的一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，其特征在于：所述导向支座（302）上设有对称的导向孔（312），所述导向孔（312）内分别安装有左导向轴（313）和右导向轴（314），所述左导向轴（313）和右导向轴（314）下端安装在导向孔（312）内，上端固定在连接支座（304）底部，左导向轴（313）和右导向轴（314）关于升降螺钉（305）对称。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，其特征在于：所述球头螺钉（316）对称设置在锁紧块（315）两端底部，球头螺钉（316）顶部的金属球头卡入锁紧块（315）内，球头螺钉（316）底部固定在连接支座（304）上。

6.根据权利要求1所述的一种薄壁管子的定位装置的拼装方法，其特征在于：所述V型定位头（306）包括压紧件（317）和两个相对设置形成“V”形的三角形块，所述摆动轴（307）分别设置在两个三角形块底部，所述压紧件（317）螺接在两个三角形块顶部。