RU168494U1 - Device for positioning an object in space - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к средствам для позиционирования объектов сложной формы в пространстве и может быть использована для сборки, контроля и измерений сложных конструкций, например трубопроводов, ферм, стержневых конструкций и других составных изделий, требующих высокой точности позиционирования. Устройство содержит основание 2 с установленной в нем стойкой 3. Устройство содержит сменный элемент 6 для удержания объекта. Элемент 6 связан со стойкой 3 посредством модулей 4 углового перемещения и модулей 5 прямолинейного перемещения в необходимом сочетании. Каждый модуль 4 и 5 выполнен с возможностью грубой и точной регулировки перемещения. На каждом модуле 4 и 5 установлена метка, позволяющая определять его положение в пространстве с помощью бесконтактного метода измерений. Техническим результатом является уменьшение времени настройки устройства и собственно позиционирования за счет исключения шаблона для настройки устройства и возможности автоматизации настройки и компьютеризации позиционирования. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.The utility model relates to means for positioning objects of complex shape in space and can be used to assemble, control and measure complex structures, such as pipelines, trusses, core structures and other composite products that require high positioning accuracy. The device contains a base 2 with a stand installed in it 3. The device contains a removable element 6 to hold the object. Element 6 is connected to the column 3 by means of angular displacement modules 4 and rectilinear movement modules 5 in the required combination. Each module 4 and 5 is made with the possibility of rough and precise adjustment of movement. Each module 4 and 5 has a label that allows you to determine its position in space using a non-contact measurement method. The technical result is to reduce the setup time of the device and the actual positioning due to the exclusion of the template for setting up the device and the ability to automate settings and computerization of positioning. 7 c.p. f-ly, 7 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к технологии машиностроения, в частности к средствам для позиционирования объектов сложной формы в пространстве, и может быть использована для сборки, контроля и измерений сложных пространственных конструкций, например трубопроводов, ферм, стержневых конструкций и других составных изделий, требующих высокой точности позиционирования составных элементов.The utility model relates to mechanical engineering technology, in particular to means for positioning objects of complex shape in space, and can be used to assemble, control and measure complex spatial structures, for example pipelines, trusses, core structures and other composite products requiring high precision positioning of composite elements.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известно большое количество средств для позиционирования объектов в пространстве.The prior art knows a large number of means for positioning objects in space.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано известное устройство для позиционирования объекта в пространстве, раскрытое в патентном документе SU №1747866 (G01B 5/20, опубликовано 15.07.1992). Данное известное устройство содержит стойки, выполненные на базе стандартных штангрейсмусов. Устройство состоит из рамы основания с отверстиями на торцах и боковых стенках, базовых и концевых фиксаторов положения, а также подвижных вдоль рамы поперечных балок с опорными штангрейсмусами. Конструкция данного приспособления позволяет гибко и бесступенчато менять координаты узлов базирования с одновременным определением отклонений угловых и линейных координат элементов трубопровода. При работе элементы приспособления выставляются в соответствие с чертежом или шаблоном трубопровода, после чего на него устанавливается контролируемый трубопровод. Недостатком данного известного средства является высокая трудоемкость настройки приспособления. Кроме этого, в настоящее время, при переходе к безбумажным (цифровым) технологиям производства, применение шаблонов недопустимо.As the closest analogue, the known device for positioning an object in space, disclosed in patent document SU No. 1747866 (G01B 5/20, published July 15, 1992), was selected. This known device contains racks made on the basis of standard boom racks. The device consists of a base frame with holes on the ends and side walls, base and end position fixers, as well as transverse beams moving along the frame with support rods. The design of this device allows you to flexibly and steplessly change the coordinates of the base nodes with the simultaneous determination of deviations of the angular and linear coordinates of the elements of the pipeline. During operation, the elements of the device are set in accordance with the drawing or template of the pipeline, after which a controlled pipeline is installed on it. The disadvantage of this known tool is the high complexity of setting up the device. In addition, at the present time, in the transition to paperless (digital) production technologies, the use of templates is unacceptable.

Сущность полезной моделиUtility Model Essence

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание средства, позволяющего позиционировать сложно-пространственные изделия или их компоненты с высокой точностью и производительностью.The task to which the real utility model is directed is to create a tool that allows you to position complex-spatial products or their components with high accuracy and performance.

В ходе решения данной задачи достигается совокупность технических результатов: уменьшение времени настройки устройства и собственно позиционирования за счет исключения шаблона для настройки устройства и возможности автоматизации настройки и компьютеризации позиционирования.In the course of solving this problem, a set of technical results is achieved: reducing the device setup time and positioning itself by eliminating the template for device setup and the ability to automate positioning configuration and computerization.

Данная совокупность технических результатов достигается тем, что устройство для позиционирования объекта в пространстве содержит основание с установленной в нем стойкой; в основании размещается механизм прямолинейного перемещения стойки и фиксатор положения стойки; сменный элемент для удержания объекта, связанный со стойкой посредством, по крайней мере, одного соединительного модуля, выбранного из группы: модуль углового перемещения, модуль прямолинейного перемещения; каждый модуль выполнен с возможностью грубой и точной регулировки перемещения; на каждом модуле установлена метка, позволяющая определять его положение в пространстве с помощью бесконтактного метода измерений.This set of technical results is achieved in that the device for positioning an object in space contains a base with a stand installed therein; at the base there is a mechanism for rectilinear movement of the rack and a latch for the position of the rack; interchangeable element for holding the object associated with the rack by means of at least one connecting module selected from the group: angular displacement module, rectilinear movement module; each module is made with the possibility of coarse and precise adjustment of movement; Each module has a label that allows you to determine its position in space using the non-contact measurement method.

Отличительной особенностью данной полезной модели является то, что устройство состоит из сменных модулей прямолинейного и углового перемещений, способных соединяться между собой и с элементов для удержания объекта для образования устройства необходимой конфигурации.A distinctive feature of this utility model is that the device consists of replaceable modules of rectilinear and angular displacements that can be connected to each other and from elements to hold the object to form the device with the necessary configuration.

Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Drawings

На ФИГ. 1-ФИГ. 4 показаны конфигурации устройства при различном сочетании модулей.In FIG. 1-FIG. 4 shows device configurations for various combinations of modules.

На ФИГ. 5 показан общий вид модуля угловых перемещений.In FIG. 5 shows a general view of the angular displacement module.

На ФИГ. 6 показан общий вид модуля прямолинейных перемещений.In FIG. Figure 6 shows a general view of a rectilinear displacement module.

На ФИГ. 7 показана сборка модуля угловых перемещений и модуля прямолинейных перемещений.In FIG. 7 shows the assembly of the angular displacement module and the rectilinear displacement module.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Устройство для позиционирования объекта в пространстве содержит основание 2 с установленным в нем несущим элементом в виде стойки 3. Стойка 3 устанавливается в основании 2, например, с возможностью настройки по высоте. В этом случае основание 2 представляет собой модуль, в котором размещается механизм прямолинейного перемещения стойки 3 и фиксатор ее положения. Приспособление 2 с установленной в нем стойкой 3 закрепляется на базовой поверхности конструкции (например, сборочного стенда), где необходимо осуществить позиционирование объекта.A device for positioning an object in space contains a base 2 with a supporting element installed in it in the form of a rack 3. The rack 3 is installed in the base 2, for example, with the possibility of height adjustment. In this case, the base 2 is a module in which the mechanism for the rectilinear movement of the rack 3 and the lock of its position are located. The device 2 with the stand 3 installed in it is fixed on the base surface of the structure (for example, an assembly stand), where it is necessary to position the object.

Крепление стойки 3 в основании 2 и само основание 2 могут быть выполнены любым известным способом, например в виде конуса Морзе. Механизм прямолинейного перемещения стойки и фиксатор могут также быть выполнены любым известным способом, например в виде пары шестеренка-рейка и винта.The fastening of the rack 3 in the base 2 and the base 2 itself can be performed by any known method, for example, in the form of a Morse cone. The mechanism of the rectilinear movement of the rack and the latch can also be performed by any known method, for example, in the form of a pair of gear-rack and screw.

Устройство содержит сменный элемент для удержания позиционируемого объекта. Сменный элемент для удержания объекта может быть выполнен в виде средства 6, исключающего степени свободы у объекта. В качестве элемента для удержания могут использоваться патроны различных типов (трехкулачковые, четырехкулачковые), грибовидные фланцы, центрирующие конические упоры. Выбор элемента для удержания определяется конструкцией позиционируемого объекта.The device contains a removable element for holding a positioned object. A replaceable element for holding the object can be made in the form of means 6, eliminating the degree of freedom of the object. As an element for holding, cartridges of various types (three-jaw, four-jaw), mushroom-shaped flanges, centering conical stops can be used. The choice of element to hold is determined by the design of the positioned object.

В случае позиционирования объекта типа «круглая труба» могут применяться грибовидные фланцы или ступенчатые диски. При этом труба фиксируется от перемещения в осевом направлении упором торца трубы в грибовидный выступ фланца или ступенчатый переход диска, а перемещения в радиальном направлении ограничиваются тем, что труба одевается внутренним диаметром на выступ фланца или диска меньшего диаметра. Также могут применяться центрирующие конические упоры, при этом упор центрируется по внутреннему диаметру трубы.In the case of positioning an object of the "round tube" type, mushroom-shaped flanges or stepped disks can be used. In this case, the pipe is fixed from axial movement by focusing the end of the pipe into a mushroom-shaped protrusion of the flange or a stepped transition of the disk, and movements in the radial direction are limited by the fact that the pipe is worn with an inner diameter on the protrusion of the flange or disk of a smaller diameter. Centering conical stops can also be used, with the stop being centered on the inside diameter of the pipe.

При работе с профильной трубой можно использовать все фиксирующие элементы, которые используются для работы с круглой трубой с поправкой на сечение трубы, т.е. упоры и фланцы повторяют профильное сечение трубы или имеют внутренние непараллельные контактные площадки, вместо трехкулачкового патрона используется четырехкулачковый.When working with a profile pipe, you can use all the fixing elements that are used to work with a round pipe, adjusted for the pipe section, i.e. stops and flanges repeat the profile section of the pipe or have internal non-parallel contact pads; instead of a three-jaw chuck, a four-jaw chuck is used.

Для фиксации других элементов металлоконструкций типа «рамы» и «фермы», таких как уголок, швеллер или тавр, необходимо использовать упорные элементы, ограничивающие их перемещение по всем координатам - плиты с закрепленными на них упорами, пальцами или профильными накладками.To fix other elements of metal structures such as "frames" and "trusses", such as a corner, channel or Taurus, it is necessary to use persistent elements that limit their movement in all coordinates - plates with fixed stops, fingers or profile plates.

В зависимости от поставленных задач элемент для удержания объекта может быть выполнен в виде средства 7, допускающего перемещение объекта по некоторым степеням свободы. В качестве таких удерживающих средств могут использоваться различные ложементы, призмы, прямоугольные упоры или угольники.Depending on the tasks set, the element for holding the object can be made in the form of means 7, which allows the object to be moved over certain degrees of freedom. As such holding means various lodges, prisms, rectangular stops or squares can be used.

При любом варианте исполнения, элемент для удержания объекта выполняется съемным с возможностью его замены.In any embodiment, the element for holding the object is removable with the possibility of its replacement.

Элемент для удержания позиционируемого объекта соединен со стойкой 3 посредством, по крайней мере, одного соединительного модуля, выбранного из группы: модуль 4 углового перемещения, модуль 5 прямолинейного перемещения.The element for holding the positioned object is connected to the stand 3 by means of at least one connecting module selected from the group: angular displacement module 4, rectilinear movement module 5.

Модуль 4 углового перемещения содержит основание 8, поворотное основание 9, приводимое в движение механизмом 10 углового перемещения и средства присоединения модуля к другим элементам (ФИГ. 5).The angular displacement module 4 comprises a base 8, a rotary base 9, driven by the angular displacement mechanism 10 and means for connecting the module to other elements (FIG. 5).

Модуль 5 прямолинейного перемещения содержит корпус 11, средства присоединения модуля к другим элементам, при этом в корпусе 11 размещается стержень 12, механизм его прямолинейного перемещения и фиксатор 13 положения стержня (ФИГ 6).The rectilinear movement module 5 comprises a housing 11, means for connecting the module to other elements, while the rod 12, the mechanism of its rectilinear movement and the rod position lock 13 (FIG. 6) are placed in the housing 11.

Каждый модуль 4 и 5 выполнен с возможностью грубой и точной регулировки, соответственно углового или прямолинейного, перемещения.Each module 4 and 5 is made with the possibility of coarse and fine adjustment, respectively angular or rectilinear, movement.

Модуль 4 углового перемещения, который может быть также назван поворотным или вращательным, может иметь цилиндрическую форму, как показано на ФИГ. 5. Он устанавливается одним из своих оснований 8, например, на вертикальную стойку 3 или стержень 12 модуля 5 прямолинейного перемещения. На верхнем торце модуля 4 углового перемещения размещается посадочный фланец с крепежными элементами для закрепления и базирования присоединяемого модуля 5 прямолинейного перемещения. Для присоединения к стойке 3 или стержню 12 модуль 4 комплектуется сменным фланцем нужного размера. Конструкция позволяет осуществлять точный поворот модуля 5, закрепленного на поворотном основании 9 модуля 4, относительно вертикальной стойки 3 или стержня, закрепленных со стороны основания 8. Для осуществления точного поворота в модуле 4 смонтирован механизм точного поворота на базе червяной пары или планетарного редуктора. При этом поворотное основание 9 связано блокировкой с червяным колесом или водилом планерного редуктора. При необходимости ускоренного поворота (грубой настройки) поворотное основание 9 разблокируется от червячного колеса или водила, после чего вручную поворачивается относительно основания 8 модуля 4.The angular displacement module 4, which may also be called rotary or rotational, may have a cylindrical shape, as shown in FIG. 5. It is installed by one of its bases 8, for example, on a vertical rack 3 or a rod 12 of the rectilinear movement module 5. At the upper end of the angular displacement module 4, a landing flange with fasteners is placed for fixing and basing the attached rectilinear displacement module 5. To connect to the rack 3 or the rod 12, the module 4 is equipped with a replaceable flange of the required size. The design allows precise rotation of the module 5, mounted on the rotary base 9 of the module 4, relative to the vertical strut 3 or the rod, fixed on the side of the base 8. To carry out the exact rotation in the module 4, an exact rotation mechanism is mounted on the basis of a worm pair or planetary gearbox. In this case, the rotary base 9 is interlocked with a worm wheel or a carrier of a glider gearbox. If necessary, accelerated rotation (rough adjustment), the rotary base 9 is unlocked from the worm wheel or the carrier, and then manually rotates relative to the base 8 of the module 4.

В модуле 5 прямолинейного перемещения производится перемещение стержня 12 вдоль его оси без возможности его поворота. Стержень 12 может иметь круглое сечение с выбранной по всей длине лыской, как показано на ФИГ. 6. Базовым элементом модуля 5 является корпус 11, в частности, прямоугольной формы. Внутри корпуса 11 установлен механизм прямолинейного перемещения и башмак, который при совмещении с лыской направляющей обеспечивает ее фиксацию от поворота и создает необходимый натяг в радиальном направлении. В механизме прямолинейного перемещения фрикционного типа или типа «шестерня-зубчатая рейка» перемещение производится вращением валика или шестерни, совмещенного с маховиком. В корпусе 11 предусмотрен стопорный винт 13 для зажима стержня 12 в необходимом положении. На корпусе 11, параллельно оси движения стержня, предусмотрен присоединительный фланец с крепежными элементами для присоединения корпуса 11 к другому модулю или элементу устройства.In the module 5 rectilinear movement is the movement of the rod 12 along its axis without the possibility of rotation. The rod 12 may have a circular cross-section with the selected along the entire length of the flat, as shown in FIG. 6. The basic element of module 5 is the housing 11, in particular, of a rectangular shape. Inside the housing 11, a rectilinear movement mechanism and a shoe are installed, which, when combined with the flat rail, ensures its fixation from rotation and creates the necessary interference in the radial direction. In the mechanism of rectilinear movement of the friction type or the gear-to-rack type, the movement is made by rotating the roller or gear combined with the flywheel. A lock screw 13 is provided in the housing 11 for clamping the shaft 12 in the desired position. On the housing 11, parallel to the axis of movement of the rod, a connecting flange is provided with fasteners for attaching the housing 11 to another module or element of the device.

На каждом модуле 4 и 5 установлена метка, позволяющая определять положение соответствующего модуля в пространстве с помощью бесконтактного метода измерений.Each module 4 and 5 has a label that allows you to determine the position of the corresponding module in space using the non-contact measurement method.

Отличительной особенностью конструкции устройства по настоящей полезной модели является размещение на модулях 4 и 5 (в качестве одного из вариантов осуществления метки могут устанавливаться на основании 2 стойки 3 и элементе для удержания позиционируемого объекта) сменных идентификационных меток, которые позволяют отслеживать положение каждого модуля в пространстве при помощи бесконтактных методов измерения - фотометрических, фотограмметрических, оптико-электронных, лазерных или других. В зависимости от использованного метода выбирается тип идентификационной метки. Каждой метке присваивается уникальный номер в используемой системе измерений.A distinctive feature of the design of the device according to this utility model is the placement on the modules 4 and 5 (as one of the embodiments, the tags can be installed on the base 2 of the rack 3 and the element to hold the positioned object) replaceable identification tags that allow you to track the position of each module in space when using non-contact measurement methods - photometric, photogrammetric, optoelectronic, laser or others. Depending on the method used, the type of identification tag is selected. Each label is assigned a unique number in the measurement system used.

Используемые метки могут имеют унифицированные посадочные поверхности в виде цилиндрического пальца с ограничительным фланцем. При таком исполнении метки устанавливаются в основание 2 стойки 3 или модули 4, 5 устройства в специальные гнезда с центральным отверстием для пальца и цилиндрическим углублением вокруг него. При установке метки в гнездо ее утапливают в цилиндрическое углубление до упора. Возможны и иные способы установки меток на элементы устройства.Used tags can have unified seating surfaces in the form of a cylindrical pin with a restrictive flange. With this design, the tags are installed in the base 2 of the rack 3 or modules 4, 5 of the device in special sockets with a central hole for the finger and a cylindrical recess around it. When installing a tag in the socket, it is recessed into a cylindrical recess until it stops. There are other ways to set labels on device elements.

Применение метода бесконтактных измерений позволяет производить настройку положения элемента для удержания позиционируемого объекта с использованием цифрового прототипа изготавливаемого или контролируемого изделия (трубопровода, рамы, фермы и др.). Используя экран с выводимой на него визуальной информацией, настройщик может производить настройку положения каждого модуля стойки до совмещения положения объекта в цифровом прототипе и измеряемого фактического положения объекта.The use of the method of contactless measurements allows you to adjust the position of the element to hold the positioned object using a digital prototype of a manufactured or controlled product (pipeline, frame, truss, etc.). Using a screen with visual information displayed on it, the adjuster can adjust the position of each rack module before combining the position of the object in the digital prototype and the measured actual position of the object.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства в соответствии с настоящей полезной моделью обладает значительными преимуществами по сравнению с известными аналогами.Thus, the proposed design of the device in accordance with this utility model has significant advantages compared with known analogues.

Модульная конструкция устройства позволяет собирать различные ее варианты с необходимым количеством настраиваемых координат. Применение в модулях 4 и 5 грубой и точной настройки позволяет производить настройку конечного положения удерживаемых объектов.The modular design of the device allows you to collect its various options with the required number of custom coordinates. The use of coarse and fine tuning in modules 4 and 5 allows you to configure the final position of the held objects.

Claims (13)

1. Устройство для позиционирования объекта в пространстве, содержащее1. Device for positioning an object in space, containing - основание с установленной в нем стойкой;- a base with a stand installed in it; - в основании размещается механизм прямолинейного перемещения стойки и фиксатор положения стойки;- at the base is placed the mechanism of rectilinear movement of the rack and the position lock of the rack; - сменный элемент для удержания объекта, связанный со стойкой посредством, по крайней мере, одного соединительного модуля, выбранного из группы: модуль углового перемещения, модуль прямолинейного перемещения;- a removable element for holding an object connected to the column by means of at least one connecting module selected from the group: angular displacement module, rectilinear movement module; - каждый модуль выполнен с возможностью грубой и точной регулировки перемещения;- each module is made with the possibility of rough and precise adjustment of movement; - на каждом модуле установлена метка, позволяющая определять его положение в пространстве с помощью бесконтактного метода измерений.- a label is installed on each module, allowing you to determine its position in space using the non-contact measurement method. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для удержания объекта выполнен в виде средства, исключающего степени свободы у объекта.2. The device according to claim 1, characterized in that the element for holding the object is made in the form of means that excludes the degree of freedom of the object. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что элемент для удержания объекта выполнен в виде трехкулачкового или четырехкулачкового патрона.3. The device according to claim 2, characterized in that the element for holding the object is made in the form of a three-jaw or four-jaw cartridge. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для удержания объекта выполнен в виде средства, допускающего перемещение объекта по некоторым степеням свободы.4. The device according to claim 1, characterized in that the element for holding the object is made in the form of means allowing the object to be moved over certain degrees of freedom. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что элемент для удержания объекта выполнен в виде призмы, упора или угольника.5. The device according to p. 4, characterized in that the element for holding the object is made in the form of a prism, stop or square. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве бесконтактного метода измерений используется фотометрия, фотограмметрия, оптико-электронные или лазерные измерения.6. The device according to claim 1, characterized in that photometry, photogrammetry, optoelectronic or laser measurements are used as a non-contact measurement method. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль прямолинейного перемещения содержит корпус, средства присоединения модуля к другим элементам, при этом в корпусе размещается стержень, механизм его прямолинейного перемещения и фиксатор положения стержня.7. The device according to claim 1, characterized in that the rectilinear displacement module comprises a housing, means for attaching the module to other elements, the rod, the mechanism of its rectilinear movement, and the rod position lock being placed in the housing. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль углового перемещения содержит основание, поворотное основание, приводимое в движение механизмом углового перемещения, и средства присоединения модуля к другим элементам.8. The device according to claim 1, characterized in that the angular displacement module comprises a base, a rotary base, driven by the angular displacement mechanism, and means for attaching the module to other elements.

Images