CN108179884A - 一种拼接定位角度仪 - Google Patents

Abstract

本发明的拼接定位角度仪，用于拼接刚性节点，刚性节点包括节点本体以及连接臂，拼接定位角度仪包括：节点支撑台，用于支撑节点本体；多个连接臂支撑台，用于支撑连接臂，且多个连接臂支撑台设于节点支撑台的周向；以及角度调节机构，每一连接臂支撑台上设有一个角度调节机构，角度调节机构可调节连接臂支撑台万向转动。采用拼接定位角度仪使得定位工作大幅度简化，工人的劳强度也同样降低了，同时降低了刚性节点的拼接难度，拼接出的刚性节点的角度精度大幅提升。

Description

一种拼接定位角度仪

技术领域

本发明涉及建筑结构的连接构件领域，具体而言，涉及一种拼接定位角度仪。

背景技术

单层网壳是一种特殊的空间钢结构形式，由于其在建筑表皮之下只有一层钢构件，故此得名。通过建筑表面的形体变化，单层网壳可实现极佳轻盈的建筑美感，近年来常被用于装饰性较强的商业建筑中，充当大型公共空间的采光顶使用。

一般单层网壳所有钢结构杆件的外观截面尺寸一致，局部支撑位置可根据应力分析结果对杆件进行变截面增强。根据《网壳结构技术规程》中的要求，单层网壳应采用刚接节点。刚性节点的概念最早在国外被提出并应用于工程上，刚性节点是一种工厂预制的连接用构件，通过节点部件中的连接臂，可以将所有的杆件之间的安装连接转化为相同截面的等强连接，避免了钢结构杆件在拼装时大量的定位和异形切口的工作，提升了工作效率和拼装质量。而很多网壳由于体型是自由曲面的缘故，节点中各相交构件的空间位置均不一样，这对于刚接节点的生产、制造、设计提出了很高的要求。

目前刚性节点主要的生产方法有数控整体切割法、焊接拼装法。整体切割法采用实心钢锭通过多轴数控机床整体切割而成，加工成本高，效率低；焊接拼装法是最常用的方法，采用多钢板按图拼装后焊接成型并进行整体校正和热处理的方法，可以获得灵活多变的刚性节点，包括不同的板厚、复杂的连接形态等。采用焊接拼装形成刚性节点的方法，在拼接时，位置角度固定性差、精度低，拼装质量和效率低。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种拼接定位角度仪，以解决现有技术中由于刚性节点多变复杂的结构特性所引起的拼装质量低、效率差的问题。

为此，本发明提供如下技术方案：拼接定位角度仪，用于拼接刚性节点，所述刚性节点包括节点本体以及连接臂，所述拼接定位角度仪包括：节点支撑台，用于支撑所述节点本体；多个连接臂支撑台，用于支撑所述连接臂，且多个所述连接臂支撑台设于所述节点支撑台的周向；以及角度调节机构，每一所述连接臂支撑台上设有一个所述角度调节机构，所述角度调节机构可调节所述连接臂支撑台万向转动。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述角度调节机构包括第一角度调节组件、第二角度调节组件和第三角度调节组件，所述第一角度调节组件能够调节所述连接臂支撑台以Y轴为轴心翻转，所述第二角度调节组件能够调节所述连接臂支撑台以X轴为轴心翻转，所述第三角度调节组件能够调节所述连接臂支撑台以Z轴为轴心翻转；X轴和Y轴垂直且构成的平面与所述节点支撑台的台面平行，Z轴与X、Y轴构成的平面垂直。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述第一角度调节组件包括第一固定件和第一执行件，所述第二角度调节组件包括第二固定件和第二执行件，所述第三角度调节组件包括第三固定件和第三执行件；所述第三固定件的位置固定，所述第三执行件与所述第二固定件固定，所述第二执行件与所述第一固定件固定，所述第一执行件与所述连接臂支撑台固定。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述拼接定位角度仪还包括底座，所述第三固定件为设于所述底座上的圆弧形轨道，所述第三执行件为在所述圆弧形轨道上滑动的滑块，所述底座上设有n个所述圆弧形轨道；所述第二固定件为圆弧形支撑柱，所述滑块设于所述弧形支撑柱的底部，所述第二执行件为在所述弧形支撑柱上滑动的环抱游标；所述第一角度调节组件为转动连接轴，所述第一固定件为转动连接轴的固定端，所述第一执行件为转动连接轴的转动端。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述第一角度调节组件还包括第一锁紧件，所述第一锁紧件将所述滑块在所述圆弧形轨道上的位置锁定；所述第二角度调节组件包括第二锁紧件，所述第二锁紧件将所述环抱游标在所述圆弧形支撑柱上的位置锁定；所述第三角度调节组件包括第三锁紧件，所述第三锁紧件将所述转动连接轴的固定端和转动端的转动位置锁定。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述圆弧形轨道上、所述圆弧形支撑柱上、所述转动连接轴上设有转角刻度，所述滑块、所述环抱游标以及所述转动端所对的转角刻度为0时，所述连接臂支撑台与所述节点支撑台相平且相贴合。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述X、Y、Z轴的交点落在所述节点支撑台的台面的中心上。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述拼接定位角度仪还包括顶出机构，所述顶出机构可驱动所述节点支撑台相对所述连接臂支撑台凸起。

作为上述拼接定位角度仪的进一步可选方案，所述节点支撑台与每一所述连接臂支撑台为斜面接触。

本发明的实施例至少具有如下优点：拼接定位角度仪的节点支撑台对节点的位置进行定位，通过调整连接臂支撑台的转动带动连接臂一同转动，从而改变连接臂与节点本体之间的夹角，形成不同夹角的连接臂与节点本体的拼接定位。节点支撑台通过支撑节点本体，连接臂支撑台通过支撑连接臂，从而使得支撑臂与节点本体在拼接时，无需承受连接臂的自重，保证了拼接过程中，不会因连接臂自重产品二次角度偏差。这种处理方法，定位工作大幅度简化，工人的劳强度也同样降低了，同时降低了刚性节点的拼接难度，拼接出的刚性节点的角度精度大幅提升。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例1提供的单层网壳的结构示意图；

图2示出了本发明实施例1提供的刚性节点的局部放大结构示意图；

图3示出了本发明实施例1提供的拼接定位角度仪的结构示意图；

图4示出了本发明实施例1提供的节点本体与连接臂的连接角度调节原理图。

图标：1-刚性节点；10-杆件；11-节点本体；12-连接臂；21-节点支撑台；22-连接臂支撑台；23-角度调节机构；231-第一角度调节组件；2311-第一固定件；2312-第一执行件；2313-第一锁紧件；232-第二角度调节组件；2321-第二固定件；2322-第二执行件；2323-第二锁紧件；233-第三角度调节组件；2331-第三固定件；2332-第二执行件；2333-第三锁紧件；24-底盘；25-浮动机构。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对拼接定位角度仪进行更全面的描述。附图中给出了拼接定位角度仪的优选实施例。但是，拼接定位角度仪可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对拼接定位角度仪的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在拼接定位角度仪的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1和图2，刚性节点1包括连接臂12和节点本体11，多条连接臂12连接在节点本体11上构成了刚性节点1，多个刚性节点1和杆体10连接形成时即形成了单层网壳。而很多单层网壳由于体型是异形曲面的缘故，刚性节点1中各相交构件的空间位置均不一样，即不同的连接臂12与节点本体11之间的连接角度有所变化，这对连接臂12和节点本体11之间的角度定位提出了较高的要求。

实施例1

图3示出了本发明实施例1提供的拼接定位角度仪的结构示意图。

本实施例提供一种拼接定位角度仪，用于对刚性节点1的连接臂12和节点本体11之间的相对夹角进行定位，从而能够使得连接臂12和节点本体11能够准确、快速的拼装。

拼接定位角度仪包括节点支撑台21、连接臂支撑台22和角度调节机构23，多个连接臂支撑台22设于节点支撑台21的周向。节点支撑台21用于支撑节点本体11，连接臂支撑台22用于支撑连接臂12。每一连接臂支撑台22上设有一个角度调节机构23，角度调节机构23用于调节连接臂支撑台22相对节点支撑台21万向转动。由此，节点支撑台21对节点本体11的位置进行定位，通过调整连接臂支撑台22的转动带动连接臂12一同转动，从而改变连接臂12与节点本体11之间的夹角，形成不同夹角的连接臂12与节点本体11的拼接定位。

本实施例以节点支撑台21周向呈十字分布有四个连接臂支撑台22为例。在其他实施例中，还可以通过调整成2个、3个甚至多个的连接臂12支撑平台，从而满足不同数量的连接臂12的角度定位需求。

本实施例中，连接臂12的截面为菱形。节点支撑台21和连接臂支撑台22的台面为平面状，节点本体11和连接臂12对应的放置面也为平面，在其他实施例中，节点支撑台21与节点本体11的放置面相匹配，连接臂支撑台22与连接臂12的放置面相匹配，从而实现对节点本体11和连接臂12的稳定支撑。

可以理解，节点支撑台21通过支撑节点本体11，连接臂支撑台22通过支撑连接臂12，从而使得支撑臂与节点本体11在拼接时，无需承受连接臂12的自重，保证了拼接过程中，不会因连接臂12自重产品二次角度偏差。

角度调节机构23包括第一角度调节组件231、第二角度调节组件232和第三角度调节组件233，第一角度调节组件231能够调节连接臂支撑台22以Y轴为轴心翻转，第二角度调节组件232能够调节连接臂支撑台22以X轴为轴心翻转，第三角度调节组件233能够调节连接臂支撑台22以Z轴为轴心翻转；X轴和Y轴垂直且构成的平面与所述节点支撑台21的台面平行，Z轴与X、Y轴构成的平面垂直。

上述，X轴、Y轴和Z轴共同构成了空间坐标系，通过沿X轴、Y轴和Z轴的旋转、其中二者旋转的合成、三者旋转的合成即能够实现角度调节机构23，即连接臂支撑台22的万向旋转，也就能实现连接臂12的万向旋转。通过将角度调节机构23的万向转动分解为X轴、Y轴和Z轴的转动，能够实现对角度调节机构23转角的精确调节与控制。

采用拼接定位角度以能够解决不同空间位置的节点本体11与连接臂12空间角度与的配合问题。每个刚性节点1需要通过节点本体11和连接臂12来实现角度和位置的适应性。节点本体11是一个独立的连接通用部件，其有多个侧面用于与连接臂12相接，本实施例为4个，单层网格的分格为矩形分格。节点本体11的底面和顶面会形成一个节点本体11的向心轴线，这个轴线在空间的定位是与定位点所在的空间曲面的法线方向相同，本实施例中，该轴线与Z轴相同。节点本体11的向心轴线确定了以后，各方向连接臂12将会与节点本体11形成特定的空间位置关系，这种位置关系可以分解成为空间三维角度信息，类似于力和运动的分解，我们将这种分解后的角度信息通过一个固定长度的连接臂12来实现集成。连接臂12通过一系列角度旋转的分解，即可得到一个与目标角度重合的位置，我们将这些角度信息用附图2的分解方式，分解成空间坐标式的调节，用于每个刚性节点1的生产。

本方案可用于其它连接形式的单层网壳的刚性节点1，包括三角形分格、六边形分格等形式，也可适用于大于4个连接臂12的形式，例如三角形分格中的刚性节点1为6个连接臂12。节点本体11的形式可以为圆筒形、多边形，不仅限于菱形，可根据具体项目具体设计。所生产的刚性节点1同样适用于不同形状的杆件截面，例如圆形、矩形、三角形，是一种能够拼接定位单层网壳的刚性节点1的通用治具。

第一角度调节组件231包括第一固定件2311和第一执行件2312，第二角度调节组件232包括第二固定件2321和第二执行件2322，第三角度调节组件233包括第三固定件2331和第三执行件2332。第三固定件2331的位置固定，第三执行件2332与第二固定件2321固定，第二执行件2322与第一固定件2311固定，第一执行件2312与连接臂支撑台22固定。

第三固定件2331的位置固定，从而将整个角度调节机构23的位置固定，第三执行件2332在动作时，联动第一角度调节组件231和第二角度调节组件232后带动连接臂支撑台22沿Z轴转动。第二执行件2322在动作时，第二固定件2321与第三角度调节组件233固定，第二执行件2322联动第一角度调节组件231后带动连接臂支撑台22沿X轴转动。第一执行件2312在动作时，第一固定件2311通过第二角度调节组件232固定在第三角度调节组件233上，第一执行件2312带动连接臂支撑台22沿Y轴转动。

由此，通过独立的调节第一执行件2312、第二执行件2322和第三执行件2332相对各自的固定件运动，从而实现连接臂支撑台22沿X轴、Y轴和Z轴的独立转动，通过同时调整两个或三个方向的转角，实现连接臂支撑台22的空间角度的调整。

拼接定位角度仪还包括底座，第三固定件2331为设于底座上的圆弧形轨道，第三执行件2332为在圆弧形轨道上滑动的滑块，底座上设有n个圆弧形轨道，也就是滑动地设有n个滑块。圆弧形轨道的圆弧轴线与Z轴重合，滑块在圆弧形轨道上滑动时，围绕着Z轴转动，转动角度为图4中的α角。圆弧形轨道的弧度决定额了第三角度调节组件233的角度调节范围。

第二固定件2321为圆弧形支撑柱，第二执行件2322为在圆弧形支撑柱上滑动的环抱游标。环抱游标在圆弧形支撑柱上呈全包围或半包围状态，从而有效地防止环抱游标与圆弧形支撑柱的松脱。圆弧形支撑柱呈圆弧形，横截面为条形，环抱游标为开口与圆弧形支撑柱的横截面相匹配的全包围式游标，环抱游标可以为与圆弧形支撑柱的曲率相等的弧形游标，也可以设置的较窄，从而使得环抱游标能够在圆弧形支撑柱上平滑的滑动，有效地防止环抱游标在圆弧形支撑柱上卡死。圆弧形支撑柱的圆弧轴线与X轴重合，环抱游标在圆弧形支撑柱上滑动时，围绕着X轴转动，转动角度为图4中的γ角。圆弧形支撑柱的弧度决定了第二角度调节组件232的角度调节范围。

滑块设于圆弧形支撑柱的底部，可以与圆弧形支撑柱为分体结构，如自圆弧形支撑柱底部***到圆弧形轨道上的螺栓，滑块还可以与圆弧形支撑柱的底部一体成型，如成型在圆弧形支撑柱底部的与圆弧形轨道相匹配的弧形凸台。

第一角度调节组件231为转动连接轴，第一固定件2311为转动连接轴的固定端，第一执行件2312为转动连接轴的转动端。转动连接轴的固定端和转动端中的一端与第二执行件2322连接，另一端与连接臂支撑台22连接。本实施例中，固定端与第二执行件2322连接，转动端与连接臂支撑台22连接。转动连接轴的轴线与Y轴重合，转动端相对固定端转动时，围绕着Y轴转动，转动角度为图4中的β角。转动连接轴的转动范围决定了第一角度调节组件231的角度调节范围。

第一角度调节组件231还包括第一锁紧件2313，第一锁紧件2313将滑块在圆弧形轨道上的位置锁定，从而使得第一角度调节组件231在调节角度后，将调节的角度锁紧保持，防止在Y轴角度调节，发生二次偏差。第一锁紧件2313为设于转动连接轴上的锁紧螺钉，锁紧螺钉通过固定端拧向转动端。通过锁紧螺钉的拧出，使得固定端和转动端能够自由转动，将锁紧螺钉拧入，锁紧螺钉与转动端形成过盈配合，将转动端顶紧，从而限制了转动端的转动，将第一角度调节组件231的调节角度固定。

第二角度调节组件232还包括第二锁紧件2323，第二锁紧件2323将环抱游标在圆弧形支撑柱上的位置锁定，从而使得第二角度调节组件232在调节角度后，将调节的角度锁紧保持，防止在X轴角度调节，发生二次偏差。第二锁紧件2323为设于环抱游标上的锁紧螺钉，锁紧螺钉通过环抱游标拧向圆弧形支撑柱。通过锁紧螺钉的拧出，使得环抱游标能够自由地在圆弧形支撑柱上滑动，将锁紧螺钉拧入，锁紧螺钉与圆弧形支撑柱形成过盈配合，将圆弧形支撑柱顶紧，从而限制了环抱游标的滑动，将第二角度调节组件232的调节角度固定。

第三角度调节组件233包括第三锁紧件2333，第三锁紧件2333将滑块在圆弧形轨道上的位置锁定，从而使得第三角度调节组件233在调节角度后，将调节的角度锁紧保持，防止在Z轴角度调节，发生二次偏差。第三锁紧件2333为设于滑块上的锁紧螺钉，锁紧螺钉通过滑块拧向底座。通过锁紧螺钉的拧出，使得滑块能够自由地在圆弧形轨道上滑动，将锁紧螺钉拧入，锁紧螺钉与底座形成过盈配合，将底盘24顶紧，从而限制了滑块的滑动，将第三角度调节组件233的调节角度固定。

本实施例中，圆弧形轨道上、圆弧形支撑柱上、转动连接轴，可以为转动连接轴的固定端上设有转角刻度。通过转角刻度能够实现对转角的准确调节，转动角度的显示更加直观。

连接臂支撑台22的台面为方形，节点支撑台21的台面为方形，滑块、环抱游标以及转动端所对的转角刻度为0°时，连接臂支撑台22与节点支撑台21相平且相对的边平行。各个转角均为0°，连接臂支撑台22处于初始位置，通过调节角度调节机构23，从而调整连接臂12的拼接夹角，将角度调节机构23的三个角度复位为0°时复位。

角度调节机构23的X、Y、Z轴的交点落在节点支撑台21的台面的中心上，从而使得环设于节点支撑台21的连接臂支撑台22在转动时能够以节点支撑台21的中心为轴心进行转动，保证每一连接臂12在转动时，连接臂12的端部的位置不变或变化较小。

节点支撑台21的台面可以与连接臂支撑台22的台面相平，也可以略低于或高于连接臂支撑台22的台面。节点支撑台21和连接臂支撑台22的台面的相对位置由节点本体11和连接臂12的相对厚度所决定，节点支撑台21和连接臂支撑台22的初始位置为节点本体11的厚度与连接臂12厚度差值的一半。

拼接定位角度仪还包括浮动机构25，浮动机构25可驱动节点支撑台21的台面相对连接臂支撑台22的台面浮动。通过浮动机构25驱动节点支撑台21相对连接臂支撑台22凸起、相平或凹陷，从而满足不同的节点本体11的厚度要求，拼接适用范围更广、更灵活。

浮动机构25可以为设于节点支撑台21下的直线运动机构，如气缸、液压缸、滚珠丝杠机构、齿轮齿条机构、凸轮机构或直线电机等，也可以为手动的螺母螺杆调节机构。

上述，拼接定位角度仪可以用于拼接制造消失模，蜡模，蜡模与刚性节点1的形态、尺寸相同，蜡模包括核心筒和铸臂，核心筒相当于节点本体11，铸臂相当于连接臂12，通过拼接定位角度仪拼接出蜡模，而后采用消失模铸造的方式铸造出刚性节点1。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.拼接定位角度仪，用于拼接刚性节点，所述刚性节点包括节点本体以及连接臂，其特征在于，所述拼接定位角度仪包括：节点支撑台，用于支撑所述节点本体；

多个连接臂支撑台，用于支撑所述连接臂，且多个所述连接臂支撑台设于所述节点支撑台的周向；以及

角度调节机构，每一所述连接臂支撑台上设有一个所述角度调节机构，所述角度调节机构可调节所述连接臂支撑台万向转动。

2.根据权利要求1所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述角度调节机构包括第一角度调节组件、第二角度调节组件和第三角度调节组件，所述第一角度调节组件能够调节所述连接臂支撑台以Y轴为轴心翻转，所述第二角度调节组件能够调节所述连接臂支撑台以X轴为轴心翻转，所述第三角度调节组件能够调节所述连接臂支撑台以Z轴为轴心翻转；

X轴和Y轴垂直且构成的平面与所述节点支撑台的台面平行，Z轴与X、Y轴构成的平面垂直。

3.根据权利要求2所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述第一角度调节组件包括第一固定件和第一执行件，所述第二角度调节组件包括第二固定件和第二执行件，所述第三角度调节组件包括第三固定件和第三执行件；

所述第三固定件的位置固定，所述第三执行件与所述第二固定件固定，所述第二执行件与所述第一固定件固定，所述第一执行件与所述连接臂支撑台固定。

4.根据权利要求3所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述拼接定位角度仪还包括底座，所述第三固定件为设于所述底座上的圆弧形轨道，所述第三执行件为在所述圆弧形轨道上滑动的滑块，所述底座上设有n个所述圆弧形轨道；

所述第二固定件为圆弧形支撑柱，所述滑块设于所述弧形支撑柱的底部，所述第二执行件为在所述弧形支撑柱上滑动的环抱游标；

所述第一角度调节组件为转动连接轴，所述第一固定件为转动连接轴的固定端，所述第一执行件为转动连接轴的转动端。

5.根据权利要求4所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述第一角度调节组件还包括第一锁紧件，所述第一锁紧件将所述转动连接轴的固定端和转动端的转动位置锁定；

所述第二角度调节组件包括第二锁紧件，所述第二锁紧件将所述环抱游标在所述圆弧形支撑柱上的位置锁定；

所述第三角度调节组件包括第三锁紧件，所述第三锁紧件将所述滑块在所述圆弧形轨道上的位置锁定。

6.根据权利要求4所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述圆弧形轨道上、所述圆弧形支撑柱上、所述转动连接轴上设有转角刻度，所述滑块、所述环抱游标以及所述转动端所对的转角刻度为0时，所述连接臂支撑台与所述节点支撑台相平且相贴合。

7.根据权利要求2所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述X、Y、Z轴的交点落在所述节点支撑台的台面的中心上。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的拼接定位角度仪，其特征在于，所述拼接定位角度仪还包括浮动机构，所述浮动机构可驱动所述节点支撑台的台面相对所述连接臂支撑台的台面浮动。