CN117168262A - 一种网架节点球面和球间定位装置及其测量操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网架节点球面和球间定位装置及其测量操作方法，整个定位装置包括竖直设置的测量臂，所述测量臂的底部固定连接下夹持装置，上部连接能够在测量臂上上下移动的上夹持装置，所述测量臂上连接纬度定位激光笔，所述上夹持装置通过机械臂连接空间量角器，所述空间量角器包括用于与所述机械臂连接的圆形轴槽，所述圆形轴槽底面固定连接水平面量角器，所述圆形轴槽通过旋转轴连接竖直平面量角器，空间旋臂下端套于竖直面量角器转轴，上端通过空心圆形套筒固定空间定位激光笔，空间指针固定在旋转轴处。本发明可用于施工过程中网架球节点的球面及球间焊接定位，适应性强，现场操作便捷，安装后不仅可以精准定位单个球节点球面焊接点，还能通过激光笔实现两个球节点间的焊接定位。

Description

一种网架节点球面和球间定位装置及其测量操作方法

技术领域

本发明涉及网架拼装焊接技术领域，尤其涉及一种一种网架节点球面和球间定位装置及其测量操作方法。

背景技术

空间网架结构作为建筑中一种普遍运用结构，网架中的各杆件依照具体设计要求或规范规定的要求呈规律性布置，杆件间互相支撑，具有完整度好、自重轻、经济性等优点。在网架球节点的焊接过程中，往往因浇铸误差、施工现场空间受限、缺乏定位测量工具等因素造成焊接时杆件方向错误及焊接收缩问题，造成网架的安装经度存在较大误差，网架拼装过程中主要依靠球节点进行定位，因此解决球面定位及球间定位问题，是网架拼装精度是否达到要求的关键。

常规情况下，网架的安装首先通过预先画好的定位线将下弦球的位置进行定位，之后再通过杆件焊接来完成上弦球和下弦球的拼装，在施工现场没有装置对杆件焊接时的精度进行控制，导致拼装过程不一定按预先设计进行施工并且误差较大，并且现场施工条件相对复杂，尤其当球节点位置较高时需要通过脚手架进行现场施工，空间狭小且空中操作难度大，因此高层空间上的球节点球面焊接点难以定位。因此如何准确、高效的定位网架各球节点球面焊接点成为网架拼装过程中的难点。

综上所述，目前继续设计一种网架球节点球面及球间定位装置，用来准确高效的完成网架的拼装，保证焊接过程的准确。

发明内容

发明目的：实现网架拼装过程中球面焊接点的快速精准定位，能够适应不同的网架结构形式，装置使用便捷、快速、能够循环利用。为此提出一种网架球节点球面和球间定位装置，实现球面的快速精准定位。

技术方案：为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种网架球节点球面和球间定位装置，包括竖直设置的测量臂，所述测量臂的底部固定连接下夹持装置，上部连接能够在测量臂上上下移动的上夹持装置，所述测量臂上连接纬度定位激光笔，所述上夹持装置通过机械臂连接空间量角器，所述空间量角器包括用于与所述机械臂连接的圆形轴槽，所述圆形轴槽底面固定连接水平面量角器，所述圆形轴槽通过旋转轴连接竖直平面量角器，空间旋臂下端套于竖直面量角器转轴，上端通过空心圆形套筒固定空间定位激光笔，空间指针固定在旋转轴处。

所述下夹持装置包括转轮下垫板、下转轮、球支座、下连接臂，所述转轮下垫板为一中部圆孔开口板状构件，圆孔外为转轮下垫板刻度板；所述下转轮固定在所述下垫板上，所述下转轮包括转轮外圈、转轮内圈、滚珠、转轮上垫板，转轮外圈上的孔状开口用于于转轮下垫板进行螺栓连接，滚珠通过转轮外圈内部滑槽与转轮内圈外部半球状凹槽将转轮外圈与转轮内圈连接在一起，并实现转轮内圈的转动，转轮上垫板通过四周开孔与转轮内圈连接；所述球支座通过四周开孔连接于转轮上垫板，所述球支座包括球支座外板，所述球支座外板上面通过支撑板连接测量圆盘；所述下连接臂的包括主杆，所述主杆头部槽口固连于球支座支撑，纬度指针指向转轮下垫板刻度线，下连接臂伸缩杆的一端与所述测量臂固定连接，另一端伸入调节凹槽中可调节长度。

所述上夹持装置包括上连接臂、转轮上垫板、上转轮，所述上连接臂的结构与所述下连接臂的结构相同，所述转轮上垫板、上转轮与所述转轮下垫板、下转轮的结构相同且上下镜像对称。

所述上夹持装置上设置有水准仪。

所述测量臂上0刻线位置与测量圆盘水平，激光定位夹持通过方形槽套于测量臂上，纬度定位激光笔用于网架球节点半径相关数据的测量套于加持板中。

所述机械臂包括机械臂底座、下旋块、旋块连接、上旋块、万向节，机械臂底座通过螺栓固定于转轮上垫板上，固定块用于配重和手持固定，下旋块轴一连接于轴槽一，旋块连接轴二连接于轴槽二，旋块连接支撑将左右端面固定，旋块连接轴三连接于上旋块轴槽三，万向节连接轴一端部开有槽口便于与万向节连接槽固连时销钉的插入，两个万向节连接通过销钉连接于连接块实现万向节的空间转动。

所述空间量角器通过圆形轴槽与万向节连接轴槽连接，水平面量角器固定连接于底面，旋转轴连接竖直平面量角器，空间旋臂下端套于竖直面量角器转轴上端空心圆形套筒用于空间定位激光笔的固定。空间指针固定在旋转轴处，用于定位球节点所需焊接点。空间定位激光笔用于定位空间内另一球节点的焊接位置。

一种网架球节点球面和球间测量操作方法，该方法基于上述的网架球节点球面和球间定位装置实现，包括如下的步骤：

1.将定位装置放置在预先测量好的定位点上，将球放置在球支座上，通过调整下连接臂的长度控制测量臂与球面的距离；

2.上下调整上连接臂使上连接臂伸缩杆与下连接臂伸缩杆于同一长度，使上下球支座处中心对齐，并将上加持装置夹紧球面，根据水准仪调整整体装置处于水平状态；

3.由于测量圆盘的大小确定，所以定义测量圆盘的直径为a，并与上下球支座将球节点夹紧后，上连接臂套筒的下端与测量臂的水平刻度记为b，此时将纬度定位激光笔对准测量臂的位置处，可以得出球半径/>

4.通过计算在球面上找到设计给定的焊接点坐标；

5.获得设计给定的焊接点坐标后，记录纬度定位激光笔在球面打出的激光点并进行标记，此时松开上连接臂螺栓固定孔，将上连接臂上移使得机械臂有足够的空间转动，通过控制机械臂将空间量角器的空间指针定位到标记点上，该标记点即为当前球节点球面焊接点；

6.通过步骤1.5标记的当前球节点球面焊接点确定空间内另一球节点位置固定，具体方法是，控制水平面量角器使其保持水平，控制竖直面量角器确定空间内另一球节点的大概位置，再通过控制空间旋臂根据竖直量角器的刻度将空间内另一球节点球面焊接点精确定位，此时空间定位激光笔打在另一球节点球面的激光点即为所求空间内另一球节点的焊接点。

所述通过计算在球面上找到设计给定的焊接点坐标可以通过两种方式求得：

①若已知该点的经纬度坐标P(u,v)，u设为纬度，v设为经度；则通过转轮下垫板刻度获得想要的经度坐标v，再通过调节测量臂上纬度定位激光笔高度即获得纬度左边u，然后就能通过纬度定位激光笔定位任意点P；

②若已知该点的平面直角坐标P(X,Y,Z)，X、Y、Z分别为从球心引出的虚拟直角坐标值，此时可得到与经纬度的关系式：X＝r*cos(u)*cos(v),Y＝r*cos(v)*cos(u),Z＝r*sin(u)，通过公式变换再通过上述获得经纬坐标的方法即可得到所求球节点任意位置。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

与原有技术相比较，本发明可以实现在网架球节点焊接施工过程中对球面任意位置的快速精准定位，并通过纬度定位激光笔对位置进行精准标定，标定后通过控制机械臂可以使用空间量角器对一定空间范围内的其他球节点球面的焊接点位置进行定位，并且本装置采用数学方法将测量所需的各项数据进行简化，便于施工人员操作，在现场具有极高的实用性。装置操作方便、安装快速便捷，激光定位精准，结构稳定性高。

附图说明

图1为本发明网架球节点球面和球间定位装置的整体装置示意图；

图2为本发明下夹持装置安装顺序示意图；

图3为本发明转轮下垫板放大示意图；

图4为本发明下连接臂轴侧示意图；

图5为本发明测量臂整体及放大示意图；

图6为本发明机械臂的整体装置示意图；

图7为本发明机械臂的整体装置爆炸示意图；

图8为本发明空间量角器的轴侧示意图；

图9为本发明上连接臂的整体装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种网架球节点球面和球间定位装置，如图1-9所示，该定位装置包括竖直设置的测量臂5，所述测量臂的底部固定连接下夹持装置，上部连接能够在测量臂5上上下移动的上夹持装置，所述测量臂5上连接纬度定位激光笔6-1，所述上夹持装置通过机械臂11连接空间量角器12，所述空间量角器12包括用于与所述机械臂11连接的圆形轴槽12-1，所述圆形轴槽12-1底面固定连接水平面量角器12-4，所述圆形轴槽12-1通过旋转轴12-2连接竖直平面量角器12-3，空间旋臂12-6下端套于竖直面量角器转轴12-7，上端通过空心圆形套筒固定空间定位激光笔12-5，空间指针12-8固定在旋转轴12-2处。

如图1～3所示，所述下夹持装置包括转轮下垫板1、下转轮2、球支座3、下连接臂4，所述转轮下垫板1为一中部圆孔开口板状构件，圆孔外为转轮下垫板刻度板1-1；所述下转轮2固定在所述下垫板1上，所述下转轮2包括转轮外圈2-1、转轮内圈2-3、滚珠2-4、转轮上垫板2-6，转轮外圈2-1上的孔状开口用于于转轮下垫板1进行螺栓连接，滚珠2-4通过转轮外圈内部滑槽2-2与转轮内圈2-3外部半球状凹槽2-5将转轮外圈2-1与转轮内圈2-3连接在一起，并实现转轮内圈2-3的转动，转轮上垫板2-6通过四周开孔与转轮内圈2-3连接；所述球支座3通过四周开孔连接于转轮上垫板2-6，所述球支座3包括球支座外板3-1，所述球支座外板3-1上面通过支撑板3-2连接测量圆盘3-3；所述下连接臂4的包括主杆4-1，所述主杆4-1头部槽口4-2固连于球支座支撑3-1，纬度指针4-3指向转轮下垫板1刻度线，下连接臂伸缩杆4-4的一端与所述测量臂5固定连接，另一端伸入调节凹槽4-5中可调节长度。以上结构由下至上通过螺栓进行连接固定，根据施工现场放线确定好转轮下垫板1所在位置，将球节点放置在球支座3上，即可使整个装置保持重心稳定。

如图1、图9所示，所述上夹持装置包括上连接臂7、上转轮垫板8、上转轮9，所述上连接臂7的结构与所述下连接臂4的结构相同，所述上转轮垫板8、上转轮9与所述转轮下垫板1、下转轮2的结构相同且上下镜像对称。通过上下加持装置的共同作用，使装置能够保持整体稳定。

如图1所示，所述上夹持装置上设置有水准仪10，用于控制装置在安装使用过程中，整体处于说平状态，保证测量的精准性。

如图1、图4所示，所述测量臂5上0刻线位置5-1与测量圆盘3-3水平，激光定位夹持6通过方形槽6-2套于测量臂5上，纬度定位激光笔6-3用于网架球节点半径相关数据的测量套于加持板6-1中。当调节上连接臂7使上球支座与球面夹紧，就通过计算可以得到所得经度，纬度定位激光笔6-3始终与测量臂5呈直角，通过方形槽6-2可以固定装置到任意经线上。

如图6～7所示，所述机械臂11包括机械臂底座11-1、下旋块11-2、旋块连接11-3、上旋块11-4、万向节11-5，机械臂底座11-1通过螺栓固定于上转轮垫板8上，固定块11-9用于配重和手持固定，下旋块11-2轴一11-11连接于轴槽一11-10，旋块连接轴二11-13连接于轴槽二11-12，旋块连接支撑11-14将左右端面固定，旋块连接轴三11-15连接于上旋块轴槽三11-16，万向节连接轴一11-21端部开有槽口11-22便于与万向节连接槽11-18固连时销钉的插入，两个万向节连接11-17通过销钉连接于连接块11-7实现万向节的空间转动。机械臂各个构件整体通过轴相互连接，轴均可以进行旋转，万向节可以实现空间馁转动，通过手动即可控制其转到任意位置，空心圆球套筒圆心与竖直面量角器面处于同一水平线上，以保证测量的精度。

如图8所示，所述空间量角器12通过圆形轴槽12-1与万向节连接轴槽11-18连接，水平面量角器12-4固定连接于底面，旋转轴12-2连接竖直平面量角器12-3，空间旋臂12-6下端套于竖直面量角器转轴12-7上端空心圆形套筒用于空间定位激光笔12-5的固定。空间指针12-8固定在旋转轴12-2处，用于定位球节点所需焊接点。空间定位激光笔12-5用于定位空间内另一球节点的焊接位置。

一种网架球节点球面和球间测量操作方法，该方法基于上述的网架球节点球面和球间定位装置实现，其特征在于，包括如下的步骤：

1.将定位装置放置在预先测量好的定位点上，将球放置在球支座3上，通过调整下连接臂4的长度控制测量臂5与球面的距离；

2.上下调整上连接臂7使上连接臂伸缩杆7-3与下连接臂伸缩杆4-4于同一长度，使上下球支座处中心对齐，并将上加持装置夹紧球面，根据水准仪10调整整体装置处于水平状态；

3.由于测量圆盘3-3的大小确定，所以定义测量圆盘3-3的直径为a，并与上下球支座将球节点夹紧后，上连接臂套筒7-1的下端与测量臂5的水平刻度记为b，此时将纬度定位激光笔6-3对准测量臂5的位置处，可以得出球半径/>

4.通过计算在球面上找到设计给定的焊接点坐标；

5.获得设计给定的焊接点坐标后，记录纬度定位激光笔6-3在球面打出的激光点并进行标记，此时松开上连接臂7螺栓固定孔7-2，将上连接臂7上移使得机械臂11有足够的空间转动，通过控制机械臂11将空间量角器12的空间指针12-8定位到标记点上，该标记点即为当前球节点球面焊接点；

6.通过步骤1.5标记的当前球节点球面焊接点确定空间内另一球节点位置固定，具体方法是，控制水平面量角器12-4使其保持水平，控制竖直面量角器12-3确定空间内另一球节点的大概位置，再通过控制空间旋臂12-6根据竖直量角器的12-3刻度将空间内另一球节点球面焊接点精确定位，此时空间定位激光笔打在另一球节点球面的激光点即为所求空间内另一球节点的焊接点。

所述通过计算在球面上找到设计给定的焊接点坐标可以通过两种方式求得：

①若已知该点的经纬度坐标P(u,v)，u设为纬度，v设为经度；则通过转轮下垫板刻度1-1获得想要的经度坐标v，再通过调节测量臂5上纬度定位激光笔6-3高度即获得纬度左边u，然后就能通过纬度定位激光笔6-3定位任意点P；

②若已知该点的平面直角坐标P(X,Y,Z)，X、Y、Z分别为从球心引出的虚拟直角坐标值，此时可得到与经纬度的关系式：X＝r*cos(u)*cos(v),Y＝r*cos(v)*cos(u),Z＝r*sin(u)，通过公式变换再通过上述获得经纬坐标的方法即可得到所求球节点任意位置。

本发明可根据现场需要，调节整个装置为水平或其他角度，以便便于现场施工并能够得到所求球截面任意点，同时可以适应不用半径球节点，有良好的适应性。通过单个球节点的球面焊接点定位，可以确定空间一定范围内多个球节点球面焊接点，对于现场施工具有极好的效率同时避免了由于现场工作环境复杂对测量精度的影响，现场安装方便，通过刻度板与激光笔相互配合使用，定位精准度高。根据两测量圆盘的夹紧使整个装置保持稳定，整体稳定性高。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：该定位装置包括竖直设置的测量臂(5)，所述测量臂的底部固定连接下夹持装置，上部连接能够在测量臂(5)上上下移动的上夹持装置，所述测量臂(5)上连接激光笔一(6-1)，所述上夹持装置通过机械臂(11)连接空间量角器(12)，所述空间量角器(12)包括用于与所述机械臂(11)连接的圆形轴槽(12-1)，所述圆形轴槽(12-1)底面固定连接水平面量角器(12-4)，所述圆形轴槽(12-1)通过旋转轴(12-2)连接竖直平面量角器(12-3)，空间旋臂(12-6)下端套于竖直面量角器转轴(12-7)，上端通过空心圆形套筒固定激光笔二(12-5)，空间指针(12-8)固定在旋转轴(12-2)处。

2.据权利1所述的一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：所述下夹持装置包括转轮下垫板(1)、下转轮(2)、球支座(3)、下连接臂(4)，所述转轮下垫板(1)为一中部圆孔开口板状构件，圆孔外为转轮下垫板刻度板(1-1)；所述下转轮(2)固定在所述下垫板(1)上，所述下转轮(2)包括转轮外圈(2-1)、转轮内圈(2-3)、滚珠(2-4)、转轮上垫板(2-6)，转轮外圈(2-1)上的孔状开口用于于转轮下垫板(1)进行螺栓连接，滚珠(2-4)通过转轮外圈内部滑槽(2-2)与转轮内圈(2-3)外部半球状凹槽(2-5)将转轮外圈(2-1)与转轮内圈(2-3)连接在一起，并实现转轮内圈(2-3)的转动，转轮上垫板(2-6)通过四周开孔与转轮内圈(2-3)连接；所述球支座(3)通过四周开孔连接于转轮上垫板(2-6)，所述球支座(3)包括球支座外板(3-1)，所述球支座外板(3-1)上面通过支撑板(3-2)连接测量圆盘(3-3)；所述下连接臂(4)的包括主杆(4-1)，所述主杆(4-1)头部槽口(4-2)固连于球支座支撑(3-1)，纬度指针(4-3)指向转轮下垫板(1)刻度线，下连接臂伸缩杆(4-4)的一端与所述测量臂(5)固定连接，另一端伸入调节凹槽(4-5)中可调节长度。

3.据权利1所述的一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：所述上夹持装置包括上连接臂(7)、上转轮垫板(8)、上转轮(9)，所述上连接臂(7)的结构与所述下连接臂(4)的结构相同，所述上转轮垫板(8)、上转轮(9)与所述转轮下垫板(1)、下转轮(2)的结构相同且上下镜像对称。

4.根据权利1所述的一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：所述上夹持装置上设置有水准仪(10)。

5.根据权利1所述的一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：所述测量臂(5)上0刻线位置(5-1)与测量圆盘(3-3)水平，激光定位夹持(6)通过方形槽(6-2)套于测量臂(5)上，纬度定位激光笔(6-3)用于网架球节点半径相关数据的测量套于加持板(6-1)中。

6.根据权利1所述的一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：所述机械臂(11)包括机械臂底座(11-1)、下旋块(11-2)、旋块连接(11-3)、上旋块(11-4)、万向节(11-5)，机械臂底座(11-1)通过螺栓固定于上转轮垫板(8)上，固定块(11-9)用于配重和手持固定，下旋块(11-2)轴一(11-11)连接于轴槽一(11-10)，旋块连接轴二(11-13)连接于轴槽二(11-12)，旋块连接支撑(11-14)将左右端面固定，旋块连接轴三(11-15)连接于上旋块轴槽三(11-16)，万向节连接轴一(11-21)端部开有槽口(11-22)便于与万向节连接槽(11-18)固连时销钉的插入，两个万向节连接(11-17)通过销钉连接于连接块(11-7)实现万向节的空间转动。

7.根据权利1所述的一种网架球节点球面和球间定位装置，其特征在于：空间量角器(12)通过圆形轴槽(12-1)与万向节连接轴槽(11-18)连接，水平面量角器(12-4)固定连接于底面，旋转轴(12-2)连接竖直平面量角器(12-3)，空间旋臂(12-6)下端套于竖直面量角器转轴(12-7)上端空心圆形套筒用于空间定位激光笔(12-5)的固定。空间指针(12-8)固定在旋转轴(12-2)处，用于定位球节点所需焊接点。空间定位激光笔(12-5)用于定位空间内另一球节点的焊接位置。

8.一种网架球节点球面和球间测量操作方法，基于权利1-6之一所述的网架球节点球面和球间定位装置实现，其特征在于，包括如下的步骤：

1.1、将定位装置放置在预先测量好的定位点上，将球放置在球支座(3)上，通过调整下连接臂(4)的长度控制测量臂(5)与球面的距离；

1.2、上下调整上连接臂(7)使上连接臂伸缩杆(7-3)与下连接臂伸缩杆(4-4)于同一长度，使上下球支座处中心对齐，并将上加持装置夹紧球面，根据水准仪(10)调整整体装置处于水平状态；

1.3、由于测量圆盘(3-3)的大小确定，所以定义测量圆盘(3-3)的直径为a，并与上下球支座将球节点夹紧后，上连接臂套筒(7-1)的下端与测量臂(5)的水平刻度记为b，此时将纬度定位激光笔(6-3)对准测量臂(5)的位置处，可以得出球半径/>

1.4、通过计算在球面上找到设计给定的焊接点坐标；

1.5、获得设计给定的焊接点坐标后，记录纬度定位激光笔(6-3)在球面打出的激光点并进行标记，此时松开上连接臂(7)螺栓固定孔(7-2)，将上连接臂(7)上移使得机械臂(11)有足够的空间转动，通过控制机械臂(11)将空间量角器(12)的空间指针(12-8)定位到标记点上，该标记点即为当前球节点球面焊接点；

1.6、通过步骤1.5标记的当前球节点球面焊接点确定空间内另一球节点位置固定，具体方法是，控制水平面量角器(12-4)使其保持水平，控制竖直面量角器(12-3)确定空间内另一球节点的大概位置，再通过控制空间旋臂(12-6)根据竖直量角器的(12-3)刻度将空间内另一球节点球面焊接点精确定位，此时空间定位激光笔打在另一球节点球面的激光点即为所求空间内另一球节点的焊接点。

9.根据权利要求7所述的一种网架球节点球面和球间测量操作方法，其特征在于，步骤1.4所述通过计算在球面上找到设计给定的焊接点坐标可以通过两种方式求得：

①若已知该点的经纬度坐标P(u,v)，u设为纬度，v设为经度；则通过转轮下垫板刻度(1-1)获得想要的经度坐标v，再通过调节测量臂(5)上纬度定位激光笔(6-3)高度即获得纬度左边u，然后就能通过纬度定位激光笔(6-3)定位任意点P；

②若已知该点的平面直角坐标P(X,Y,Z)，X、Y、Z分别为从球心引出的虚拟直角坐标值，此时可得到与经纬度的关系式：X＝r*cos(u)*cos(v),Y＝r*cos(v)*cos(u),Z＝r*sin(u)，通过公式变换再通过上述获得经纬坐标的方法即可得到所求球节点任意位置。