CN208902039U

CN208902039U - 一种空间构件的定位装置

Info

Publication number: CN208902039U
Application number: CN201821708287.3U
Authority: CN
Inventors: 苏召斌; 林森; 张润喜; 王力威; 黄冰
Original assignee: CCCC Tianjin Dredging Co Ltd
Current assignee: CCCC Tianjin Dredging Co Ltd
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2028-10-19

Abstract

本实用新型公开了一种空间构件的定位装置，属于设备定位技术领域，包括定位板所述定位板的形状与所述空间构件的定位面形状相匹配；在所述定位板上设有若干定位元件；所述定位元件具有反光部，所述定位元件和所述反光部中心相同；所述定位板为透明或半透明板状结构；在所述定位板上设有若干上定位孔，所述靠板对应上定位孔的位置具有下定位孔；所述定位板的上下端镜像设有限位结构；所述限位结构包括设在定位板上下端部的限位楞和限位块。本实用新型结构简单合理，节省了材料成本，经济实用；能够较容易的确定易磨损的空间构件的空间位置和姿态，降低了后期数据处理的强度，提高了工作效率。

Description

一种空间构件的定位装置

技术领域

本实用新型属于设备定位技术领域，特别是涉及一种空间构件的定位装置。

背景技术

在机械设备与土石方接触的过程中，前端的构件不仅受到土石方的严重磨损、而且还要承受强烈的冲击载荷，因此更换频繁。一般构件均是按照设计的空间位置安装在机械设备上，其安装定位精度对施工机械施工平稳性和工作寿命有重要的影响。

目前，空间构件的定位技术很不成熟，一般靠作业人员的焊接经验进行定位。有的施工机械提供了定位修复板，一般因笨重很难满足施工现场的机械设备的修复。往往经过反复修补，工程机械已经丧失了其最优结构，不仅降低了施工的效率，而且降低了机械设备的使用寿命。修复已经磨损的机械设备需要精确定位空间构件在磨损之前的空间位置。厂家往往提供定位修复板用于修复空间构件的空间位置，但不会提供具体的空间位置信息，这些定位修复板因笨重而很难得到实际应用。另外一种方式是借助扫描设备获取磨损部位的空间位置信息，需要扫描整个机械设备。由于扫描设备和扫描精度的限制，磨损部位的空间区域很难得到理想的结果，因此也很难得到磨损部位的空间位置。同时后期数据处理强度高，工作效率低。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述技术问题，提供了一种结构简单合理、成本低、测量方便的空间构件的定位装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种空间构件的定位装置，包括定位板；其特征在于：所述定位板的形状与所述空间构件的定位面形状相匹配；在所述定位板上设有若干定位元件；所述定位元件具有反光部，所述定位元件和所述反光部中心相同；

所述定位板为透明或半透明板状结构；在所述定位板上设有若干上定位孔；在所述定位板和空间构件之间设有可拆卸的靠板；所述靠板对应上定位孔的位置具有下定位孔；

所述定位板的上下端镜像设有限位结构；所述限位结构包括设在定位板上下端部的限位楞和限位块。

进一步，当空间构件为铁质时，所述靠板具有磁性，靠板有磁性的一侧与空间构件紧密贴合。

进一步，当空间构件为非铁质时，在所述定位装置上设有将定位装置贴在空间构件上的定位结构；所述定位结构包括卡合部、轴部和定位盘。

进一步，所述卡合部设在定位板上端；所述轴部贯穿定位板和靠板；所述定位盘设在靠板下方并与空间构件表面定位接触。

进一步，所述卡合部设在定位板上端；所述轴部贯穿定位板；所述定位盘设在定位板板下方并与空间构件表面定位接触。

进一步，所述定位结构为四个，四个定位结构均匀布置在定位装置上。

进一步，所述定位元件为圆形片状结构，所述反光部为圆形区域，所述定位元件和所述反光部中心相同。

进一步，所述定位元件为3个，所述3个定位元件之间都具有固定的间距。

更进一步，所述定位板包括四个竖向侧边，相邻的竖向侧边通过圆弧形的限位角连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、本实用新型的定位装置结构简单合理，节省了材料成本，经济实用；只需简单的材料就能测量易磨损部位的空间位置；

2、本实用新型适用范围广，任意的空间构件基本都可以通过这种定位装置进行空间定位都可以利用三点定位系统确定易磨损部位的空间位置和姿态；

3.本实用新型降低了人工成本，运算方法准确可靠，并且可以编制成专门的计算程序，大大降低了后期数据处理的强度。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例中定位装置的安装图；

图2是本实用新型优选实施例中定位装置的下端面三维图；

图3是本实用新型优选实施例中定位装置的上端面三维图；

图4是本实用新型优选实施例中定位装置(包括靠板)的侧视图；

图5是本实用新型优选实施例中定位装置(除去靠板)的侧视图。

其中：

1、支撑部；2、空间构件；3、定位装置；31、定位板；311、侧边一；312、侧边二； 313、侧边三；314、侧边四；315、限位角一；316、限位角二；317、限位角三；318、限位角四；32、靠板；33、定位元件；331、定位元件一；332、定位元件二；333、定位元件三；33a、反光部；34、定位结构；341、定位结构一；342、定位结构二；343、定位结构三；344、定位结构四；34a、卡合部；34b、轴部；34c、定位盘；35、限位结构； 351、限位楞；352、限位块。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，机械设备具有多个支撑部1和空间构件2，每个空间构件2通过支撑部1固定在机械设备上；空间构件2直接与岩土接触或作用，空间构件2的空间位置和姿态对机械设备的作业效率十分重要；一般地，确定了任意一个支撑部1的位置和姿态，则同时确定了与之配套的空间构件2的位置和姿态，反之亦然。空间构件2具有有效区域和无效区域。所述有效区域指能够明显标识空间构件2的区域，所述有效区域应具有明显的特征，以使得定位装置3可以准确的置于该所述有效区域。当然，空间构件2可具有多个有效区域，但是在进行空间定位时，需要保证所运算的有效区域是相同的。

如图2至图4所示，为了能够确定空间构件2的空间位置和姿态，本实用新型的一种空间构件2的定位装置3，包括定位板31和靠板32；所述靠板32可拆卸的设在所述定位板31和空间构件2之间；所述定位板31的形状与所述空间构件2的定位面形状相匹配；当需要定位的空间构件2具有平面的定位特征时，定位板31则为平面板状结构，当需要定位的空间构件2具有曲面的定位特征时，定位板31为曲面壳状结构；

在所述定位板31上设有若干定位元件33；所述定位元件33具有反光部33a，所述反光部33a能够反射检测装置发射的激光，然后反射的激光被检测装置所接收，因此所述检测设备能够识别所述定位元件33、定位元件33或定位元件33的空间位置和姿态。所述空间位置一般被表示为空间直角坐标，也可以为空间柱坐标或者球坐标，所述坐标一般率属于右手坐标系统。优选的，所述定位元件33为圆形片状结构，所述反光部33a 为圆形区域，所述定位元件33和所述反光部33a中心相同，这样便于检测装置计算定位元件33的坐标和方位。

所述定位板31为一透明或半透明板状结构；检测人员通过定位板31可以看到构件的表面，便于观察是否将定位元件33固定于指定的位置。

优选的，所述定位元件33为3个，分别为定位元件一331、定位元件二332和定位元件三333；所述3个定位元件33之间都具有固定的间距。

优选的，所述定位板31的上下端镜像设有限位结构35；所述限位结构35包括设在定位板31上下端部的限位楞351和限位块352；优选的，所述限位块352设在与限位楞 351垂直的一侧，以便于定位；

优选的，当空间构件2为铁质时，所述靠板32具有磁性，这样使得靠板32的一端与空间构件2紧密贴合，靠板32的另一端与定位板31螺纹连接或粘接；靠板32的尺寸可以和定位板31一样大小，也可以小于定位板31的面积。更优选的，所述靠板32具有单向磁性，当所述空间构件2为铁质时，不需要安装定位结构34，只要将具有磁性的靠板32一侧贴紧空间构件2即可将定位装置3与空间构件2紧密贴合。

优选的，当所述空间构件2为非铁质时，所述定位装置3上设有定位结构34；所述定位结构34包括卡合部34a、轴部34b和定位盘34c；所述卡合部34a设在定位板31上端；所述轴部34b贯穿定位板31和靠板32；所述定位盘34c设在靠板32下方并与空间构件2表面定位接触。为了便于装配，靠板32上装配轴部34b的定位孔的直径等于或略大于所述轴部34b的直径。这样当所述空间构件2为非铁质时，定位结构34能将定位装置3贴在空间构件2的表面。定位盘34c的吸附原理为：定位盘34c中的空气被挤压后，外部的大气压将定位结构34与空间构件2紧密贴合，因此需要保证空间构件2与定位盘 34c接触的表面平整且清洁。

更优选的，如图5所示，当所述空间构件2为非铁质时，定位装置3可以将靠板32 除去，仅需要所述定位结构34就可以将定位板31与空间构件2紧密贴合。具体为，所述卡合部34a设在定位板31上端；所述轴部34b贯穿定位板31；所述定位盘34c设在定位板32下方并与空间构件2的表面定位接触。

优选的，所述定位结构34包括均匀布置在定位装置3上的定位结构一341、定位结构二342、定位结构三343和定位结构四344；

优选的，所述定位板31包括四个竖向侧边，分别为首尾相接的侧边一311、侧边二312、侧边三313和侧边四314；

优选的，为了便于测量的时候观察到定位装置3与空间构件2的对齐情况，相邻的竖向侧边通过圆弧形的限位角连接，具体的，侧边一311与侧边二312之间的限位角为限位角一315；侧边二312与侧边三313之间的限位角为限位角二316，侧边三313与侧边四314之间的限位角为限位角三317；侧边四314与侧边一311之间的限位角为限位角四318；

上述定位装置3的定位方法包括：包括如下步骤：

S1、建立初始坐标系统：将空间构件2取出，并将定位装置3置于空间构件2的有效区域。一般地，侧边一311或侧边二312与有效区域的特征边对齐，并通过限位角一 315和限位角二316进行微调，同时将定位结构一341、定位结构二342、定位结构三343 和定位结构四344置于空间构件2的有效区域上。然后驱动检测装置对定位装置3的定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333进行检测。一般地，当驱动检测装置对定位装置3的定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333进行检测时，也就建立了一套坐标系统，称之为初始坐标系统；

S2、获取初始位置的定位装置3上定位元件一331,定位元件二332或定位元件三333的三维坐标；

将空间构件2置于任一位置，并将所述位置定义为初始位置，然后将定位板31置于所述位置的有效定位区域，驱动监测设备对该定位装置3的定位元件33逐一监测，获取所述定位装置3上各所述定位元件33的三维坐标{(x_n,y_n,z_n),n＝1,2,3,…,N}，其中N为用于所述定位装置3上所述定位元件33的数量；所述定位元件33的数量一般要3个以上。由于检测装置可以进行任意位置和任意姿态的变动，因此所述定位元件33的位置和姿态信息被获得。

S3、计算初始位置的定位装置3上定位元件33的变换矩阵A₀：

选取S2中3个定位元件33的坐标，选取的定位元件33应该为S2中已经被检测的定位元件33，其坐标分别为(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)和(x₃,y₃,z₃)，则变换矩阵表示为，

其中，

由于在S2中，三个定位元件33的位置信息已经被获取，因此公式(4)可以求解，则空间构件2的初始变换矩阵便已确定。3个所述定位元件33的坐标经过公式(4)的空间变换矩阵运算可以得到标准位置的空间坐标。

S4、获取置于空间构件2上的定位装置3的定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333的三维坐标：

将定位装置3置于空间构件2的有效区域，然后驱动检测设备定位装置3上的定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333进行检测，获取到所述定位元件一331, 二或三的三维坐标{(X_1n,Y_1n,Z_1n),n＝1,2,3,…,N}，然后依次检测其它空间构件2获取各构件的定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333空间坐标 {(X_mn,Y_mn,Z_mn),m＝1,2,3,…,M,n＝1,2,3,…,N}，其中M为空间构件2的数量，N为空间构件2的定位装置3上定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333的数量。值得注意的是，检测空间构件2的定位时，检测设备又建立了一套坐标系统，该系统和步骤一的坐标系统一般是不相同的。这两套坐标系统的建立都是检测设备自动建立，难以人为干预，因此需要建立这两套坐标系统之间的联系。

S5，计算置于空间构件2上的定位装置3的变换矩阵{B_m,m＝1,2,…,M}：

选取步骤二所使用的三个定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333，坐标分别为(x_m1,y_m1,z_m1)，(x_m2,y_m2,z_m2)和(x_m3,y_m3,z_m3)，则变换矩阵可表示为，

其中，

由于在S4中，定位元件一331、定位元件二332或定位元件三333的位置信息已经被获取，因此公式(8)可以求解，则空间构件2的初始变换矩阵便已确定。所述定位元件一331,定位元件二332或定位元件三333的坐标经过公式(8)的空间变换矩阵运算可以得到标准位置的空间坐标。所述标准位置的空间坐标和步骤二中得到的标准位置的空间坐标实际上是一样的。

S6，计算置于空间构件2上的定位装置3的变换矩阵的逆矩阵{C_m,m＝1,2,…,M}：

C_m＝B_m ^-1 (12)

按照公式(12)所示，空间构件2的变换矩阵求逆就是把S5得到的标准位置的空间坐标变换到空间构件2的实际位置。因为公式(8)是可逆的，其代表空间构件2按照公式(8)所述的变换矩阵进行位置变换和姿态变换，得到另外一个位置和姿态，即所述的标准位置的姿态。则所述标准位置的姿态按照公式(8)的逆变换亦即公式(12)进行空间的位置变换和姿态变换，还原到空间构件2的实际位置。

S7，计算定位装置3上定位元件一331,定位元件二332或定位元件三333从初始位置到空间构件2上的变换矩阵{D_m,m＝1,2,…,M}：

D_m＝A₀C_m (13)

公式(13)即时该空间构件2位置和姿态的对应的变换矩阵，空间构件2的初始位置先进行公式(4)变换达到所述的标准位置的姿态，再进行公式(8)的变换达到空间构件23的实际位置。所述空间构件2(3)的初始位置也可以用公式(13)进行位置变换和姿态变换达到空间构件2的实际位置。值得注意的是，每个空间构件2的位置和姿态都是不相同的，因此公式(13)所示的变换矩阵也是各不相同的。

S8，移动初始构件到达指定空间位置：

按照公式(13)所示的矩阵将初始机构移动到指定位置。初始位置的空间构件2先进行公式(4)变换达到所述的标准位置，再进行公式(8)的变换达到空间位置。所述初始位置的空间构件2也可以用公式(13)进行位置变换和姿态变换达到空间位置。所述空间位置包含了空间构件2的位置信息和姿态信息。

进一步地，所述空间构件2可能具有多个有效区域，每个有效区域的位置和姿态也各不相同，因此在检测设备使用前应该事先确定有效区域。每个空间构件2应该在同样的有效区域安装定位装置3。

本实用新型能够获取空间构件2的位置和姿态，利用特制的定位装置3就能标定空间构件2的姿态和位置，对空间构件2进行定位。空间构件2的位置各不相同，姿态也有所差别，通过本实用新型可以得到空间构件2的变换的内在联系，即空间变换矩阵。通过这些矩阵的运算，可以将初始位置的空间构件2变换到空间构件2的空间位置。

本实用新型的一种空间构件的定位装置解决了空间构件2的定位问题，其结构简单，经济实用，只需简单的材料就能制作用于测量磨损部位的空间位置的定位装置3。这种定位装置3的适用范围广，任意的空间构件2基本都可以通过这种定位装置3进行空间定位。利用三点定位系统能够确定磨损部件的空间位置和姿态，降低了后期数据处理的强度，提高了工作效率。此外本实用新型降低了人工成本，运算方法准确可靠，并且可以编制成专门的计算程序，大大降低了后期数据处理的强度。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种空间构件的定位装置，包括定位板；其特征在于：所述定位板的形状与所述空间构件的定位面形状相匹配；在所述定位板上设有若干定位元件；所述定位元件具有反光部，所述定位元件和所述反光部中心相同；

2.如权利要求1所述的空间构件的定位装置，其特征在于：当空间构件为铁质时，所述靠板具有磁性，靠板有磁性的一侧与空间构件紧密贴合。

3.如权利要求1所述的空间构件的定位装置，其特征在于：当空间构件为非铁质时，在所述定位装置上设有将定位装置贴在空间构件上的定位结构；所述定位结构包括卡合部、轴部和定位盘。

4.如权利要求3所述的空间构件的定位装置，其特征在于：所述卡合部设在定位板上端；所述轴部贯穿定位板和靠板；所述定位盘设在靠板下方并与空间构件表面定位接触。

5.如权利要求3所述的空间构件的定位装置，其特征在于：所述卡合部设在定位板上端；所述轴部贯穿定位板；所述定位盘设在定位板板下方并与空间构件表面定位接触。

6.如权利要求3所述的空间构件的定位装置，其特征在于：所述定位结构为四个，四个定位结构均匀布置在定位装置上。

7.如权利要求1所述的空间构件的定位装置，其特征在于：所述定位元件为圆形片状结构，所述反光部为圆形区域，所述定位元件和所述反光部中心相同。

8.如权利要求1所述的空间构件的定位装置，其特征在于：所述定位元件为3个，所述3个定位元件之间都具有固定的间距。

9.如权利要求1所述的空间构件的定位装置，其特征在于：所述定位板包括四个竖向侧边，相邻的竖向侧边通过圆弧形的限位角连接。