专利名称：数控样板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船体外板成型对样加工的数字化、自动化测量设备。
背景技术：
在船舶建造行业，对于船体外板曲面成型主要通过电脑放样，然后根据放样结果制作三角样板或活络样板，弯板操作工人再依照三角样板或活络样板进行船体外板(机械或水火)加工。船体三角样板，需要工人在船厂进行1 1实尺放样。需要消耗大量的木材和其他辅料(纸张和油毡等)，而且每次放样后样板不可重复使用，是一种浪费资源、费时费力的弯板工艺。活络样板可以反复地变换调节使用，进而节省了大量的木材和人工，同时活络样板的使用为造船厂取消1 1实尺放样创造了重要条件，为此目前已有许多船厂采用。但活络样板也存在着一些缺点活络样板节省了相对数量的三角样板，但其所需的样板数量仍然很大；样板成型仍需人工调节，而且活络样板的调节速度慢，程序复杂，在反复使用时零件也容易损坏，不得不废掉，资源利用率不能达到最优。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种数控样板，可以根据船舶建造系统提供的船体外板放样数据，通过微机控制机械调节装置，自动成形于指定样板，且保留弯板操作工人对船体外板成型(机械或水火)加工的操作习惯。同时还可通过激光扫描信息反馈，实现当前样板成型曲线与目标型线进行图示比较，并自动校验数控样板线形和成型精度，成型精度高， 节省资源。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为包括机械装置1、线形校验装置2 和在三维空间全方位移动的悬臂弹簧平衡吊3。机械装置为梯形梁结构。它包括弹簧钢带、丝杆驱动盒、骨架。骨架用于固定阵列 N+1 (4 ^ N^ 12, N为偶数)个丝杆驱动盒。骨架由梯形上梁、梯形斜拉梁与梯形下梁，以及紧固在梯形上梁与梯形下梁之间的加强丝杆构成梯形梁结构。梯形下梁两端安有操作工人操控数控样板的把手；悬挂臂下端通过连接法兰与骨架的梯形上梁相连，悬挂臂上端通过连接法兰与万向节相连，骨架通过装在悬挂臂上的万向节吊在悬臂弹簧平衡吊上。丝杆驱动盒包括丝杆驱动盒体、丝杆直线移动单元、样条支撑头。丝杆直线移动单元包括固定连接片、导杆、丝杆、上部导杆导套、上部丝杆导套、丝杆驱动盒体、驱动盒固定法兰、驱动盒固定螺丝、驱动盒固定片、下部丝杆导套、下部导杆导套、驱动盒内骨架、光磁传感器、驱动电机、位置信息点、齿轮安装架、主动驱动齿轮、从动驱动齿轮、光电码盘、光电传感器。丝杆直线移动单元上端通过连接片将导杆与丝杆由紧固螺母固定一起，导杆与丝杆分别通过上部导杆导套、上部丝杆导套和下部丝杆导套，下部导杆导套穿过丝杆驱动盒体，其下端经支撑头骨架由紧固螺母固定一起。支撑头骨架下端装有样条支撑滚轮与样条托片构成样条支撑头。丝杆与导杆组成直线移动顶杆前端连接样条支撑头，样条钢带穿插并滑动接触在样条支撑滚轮和样条托之间。丝杆驱动盒体由驱动盒固定法兰通过驱动盒固定螺丝与驱动盒固定片固定在骨架中。在丝杆驱动盒内，驱动盒内骨架左侧通过螺钉柱装有光磁传感器，用以检测丝杆上的位置信息点的光磁信号。齿轮安装架装在内骨架下部，主动驱动齿轮与从动驱动齿轮装在其腹部，装在齿轮安装架上部的电机驱动主动驱动齿轮， 与从动齿轮间隙耦合，从动齿轮的内丝母旋转移动丝杆，拖动直线移动单元作上下移动，移动距离由安装在从动齿轮颈部的光电码盘与光电传感器检测，实时记录光电码盘转动的圈数，从而计算出样条支撑头行走的距离。固定在骨架上的(N+1列)整套丝杆驱动机械调节装置按照同样的原理一起工作时，在微电脑测控下就可有效地将样板钢带弯曲成形于目标样板曲线，用于船体外板成形检验。线形校验装置其功能是在储存状态下安放数控样板，在使用状态下对数控样板的线形对错与合格与否进行校验。它包括激光传感器及其保护盒、直线运动单元、支撑架。直线运动单元的功能是实现激光传感器对数控样板线形扫描，为当前样板曲线二维检测机构。电机安装在直线运动单元左端，环形同步带套在固结在直线运动单元两端的主同步带轮和从同步带轮上，激光传感器的滑块固定在同步带上，位移传感器安装在直线运动单元的右端。电机驱动主同步带轮使环形同步带运动，滑块的位移量由位移传感器测量。支撑架包括左主支腿、右主支腿、左辅支腿、右辅支腿、上横梁。左辅支腿、右辅支腿上部与上横梁搭接，下部分别通过左辅支腿、右辅支腿与直线运动单元固接，下端分别安装了左辅支腿高度调节螺丝、右辅支腿高度调节螺丝。左主支腿、右主支腿分别通过左主支腿上端连接块、 右主支腿上端连接块和左主支腿下端连接块、右主支腿下端连接块与上横梁和直线运动单元固接，其下端分别安装了左主支腿高度调节螺丝和右主支腿高度调节螺丝，确保与地面保持垂直。左主支腿上端连接块、右主支腿上端连接块上装有托手，托手有定位孔，与梯形下梁上的定位销配合，实现数控样板定位安放。调平螺丝装在托手连接块上，用以调平。悬臂弹簧平衡吊包括可旋转配重吊臂、可伸缩立柱、可移动底座和可伸缩吊杆的弹簧平衡器。可移动底座包括调节把手、行走轮、调平支腿，调节把手设在底座上面，行走轮、调平支腿安装在底座下面。可移动底座上面还固定有可伸缩立柱，可伸缩立柱包括柱筒、调节丝杆和丝杆调节把手。由丝杆调节把手驱动其丝母实现调节丝杆上下移动。在调节丝杆上端用立柱与悬转臂连接法兰与旋转臂相连。旋转臂包括配重臂、悬挂吊大臂、悬挂吊小臂。配重臂与悬挂吊大臂左边相连，其前端装有配重棒安装座，安装座上吊装有配重棒，右边用转轴与悬挂吊小臂铰接，悬挂吊小臂右下端装有吊耳，弹簧平衡器通过其吊钩吊挂在吊耳上。弹簧平衡器的吊索限荡伸缩管末端，通过连接件与螺旋接口相连。可旋转配重吊臂绕可伸缩立柱可以实现数控样板在平面360度范围内转动，工作半径由悬挂吊大臂和悬挂吊小臂夹角确定。吊挂在弹簧平衡器上的数控样板由弹簧平衡器吊索伸缩满足数控样板在不同高度工作台操作的需要，通过旋转臂和弹簧平衡器协同配合，使数控样板可灵活自如移动到工作范围内指定工作面，并稳定地停止指定点上。本实用新型可以根据船舶建造系统提供的船体外板放样数据，通过微机控制自动成形于指定样板，且保留弯板操作工人对船体外板成型(机械或水火)加工的操作习惯。同时还可通过激光扫描信息反馈，实现当前样板成型曲线与目标型线进行图示比较，并自动校验数控样板线形，成型精度高，节省资源，降低造船成本，缩短船舶建造周期。
图1为本实用新型储存或校验状态示意图。图2为本实用新型使用状态示意图。图3为本实用新型机械装置结构示意图。图4为本实用新型丝杆直线移动单元结构示意图。图5为本实用新型支撑头结构示意图。图6为本实用新型丝杆驱动盒内部结构示意图。图7为本实用新型线形校验装置结构示意图。图8为本实用新型托手结构示意图。图9为本实用新型悬臂弹簧平衡吊结构示意图。图10为本实用新型弹簧平衡器悬挂结构示意图。图中1.机械装置，2.线形校验装置，3.悬臂弹簧平衡吊，4.船体外板，10.弹簧钢带，11.丝杆驱动盒，Ila.固定连接片，lib.导杆，11c.丝杆，lid.上部导杆导套，lie.上部丝杆导套，Ilf.丝杆驱动盒体，Ilg.驱动盒固定法兰，Ilh.驱动盒固定螺丝，Ili.驱动盒固定片，Ilj.下部丝杆导套，Ilk.下部导杆导套，11m.样条支撑头，lln.支撑头骨架，lip. 样条支撑滚轮，llq.样条托片，Ilr驱动盒内骨架，lis.光磁传感器，lit.驱动电机，llu.位置信息点，Ilv.齿轮安装架，Ilw.主动驱动齿轮，Ilx.从动驱动齿轮，Ily.光电码盘，Ilz光电传感器，12.骨架，13.样板定位销，12a.万向节，12g.悬挂臂上端连接法兰，12b.悬挂臂， 12e.连接法兰，12h.梯形上梁，12i.梯形斜拉梁，12 j.梯形下梁，12f.加强丝杆，20.激光传感器保护盒，21.直线运动单元，21a.驱动电机，21b.环形同步带，21c.直线运动单元滑块，21d.位移传感器，22.支撑架，22a.左辅支腿，22b.左辅支腿连接块，22c.左辅支腿高度调节螺丝，22p.左主支腿，22dl.左主支腿上端连接块，22d2.左主支腿下端连接块，22e.左主支腿高度调节螺丝，22m.右主支腿，22Π.右主支腿上端连接块，22f2.右主支腿下端连接块，22g.右主支腿高度调节螺丝，22 j.右辅支腿，22i.右辅支腿连接块，22h.右辅支腿高度调节螺丝，22r.托手，22s.托手连接块，22t.托手调平螺丝，22u.样板安放定位孔，31a. 配重铁棒安装块，31b.配重臂，31c.配重棒，31d.悬挂吊大臂，31e.悬挂吊小臂，31f.转轴， 32b.立柱与悬转臂连接法兰，32a.调节丝杆，32c.丝杆调节把手，32d.立柱，33a.调节把手，33b.底座，33c.行走轮，33d.调平支腿，34.弹簧平衡器，3 .吊耳，34b.吊钩，34c.伸缩管，34d.连接件，34e.螺旋接口。
具体实施方式
本实用新型包括机械装置1、线形校验装置2和在三维空间全方位移动的悬臂弹簧平衡吊3。如图3所示，机械装置1为梯形梁结构。它包括弹簧钢带10、丝杆驱动盒11、骨架 12。骨架12用于固定阵列(N+l，4彡N彡12，N为偶数)个丝杆驱动盒。骨架12由梯形上梁12h、梯形斜拉梁12i与梯形下梁12j，以及紧固在梯形上梁12h与梯形下梁12j之间的加强丝杆12f构成梯形梁结构。梯形下梁12 j两端安有操作工人操控数控样板的把手12c ； 悬挂臂12b下端通过连接法兰1 与骨架12的梯形上梁1 相连，悬挂臂12b上端通过连接法兰12g与万向节1 相连，骨架12通过装在悬挂臂12b上万向节12a吊在悬臂弹簧平衡吊3上，如图1所示。如图4所示，丝杆驱动盒11包括丝杆驱动盒体llf、丝杆直线移动单元、样条支撑头11m。丝杆直线移动单元包括固定连接片11a、导杆lib、丝杆11c、上部导杆导套lid、上部丝杆导套lie、丝杆驱动盒体lif、驱动盒固定法兰lig、驱动盒固定螺丝lih、驱动盒固定片lli、下部丝杆导套llj、下部导杆导套ilk、驱动盒内骨架11、光磁传感器lis、驱动电机 1 It、位置信息点1 lu、齿轮安装架1IV、主动驱动齿轮1 lw、从动驱动齿轮1IX、光电码盘1 Iy、 光电传感器llz。丝杆直线移动单元上端通过连接片Ila将导杆lib与丝杆Ilc由紧固螺母固定一起，导杆lib与丝杆Ilc分别通过上部导杆导套lid、上部丝杆导套lie和下部丝杆导套llj，下部导杆导套Ilk穿过丝杆驱动盒体llf，其下端经支撑头骨架Iln由紧固螺母固定一起。支撑头骨架Iln下端装有样条支撑滚轮IlP与样条托片Ilq构成样条支撑头 11m，如图5所示。丝杆Ilc与导杆lib组成直线移动顶杆前端连接样条支撑头11m，弹簧钢带10穿插并滑动接触在样条支撑滚轮Ilp和样条托Ilq之间。丝杆驱动盒体Ilf由驱动盒固定法兰Ilg通过驱动盒固定螺丝Ilh与驱动盒固定片Ili固定在骨架12中。在丝杆驱动盒11内，驱动盒内骨架Ilr左侧通过螺钉柱装有光磁传感器11s，用以检测丝杆上的位置信息点Ilu的光磁信号；齿轮安装架Ilv装在内骨架11下部，如图6所示，主动驱动齿轮Ilw与从动驱动齿轮Ilx装在其腹部，装在齿轮安装架Ilv上部的电机lit驱动主动驱动齿轮llw，与从动齿轮Ilx间隙耦合，从动齿轮Ilx的内丝母旋转移动丝杆11c，拖动直线移动单元作上下移动，移动距离由安装在从动齿轮Ilx颈部的光电码盘Ily与光电传感器Ilz检测，实时记录光电码盘Ily转动的圈数，从而计算出样条支撑头Ilm行走的距离。 固定在本体骨架12上的(N+1列)整套丝杆驱动机械调节装置11按照同样的原理一起工作时，在微电脑测控下就可有效地将弹簧钢带10弯曲成形为目标样板曲线，用于船体外板 4成形检验。如图7所示，线形校验装置2其功能是在储存状态下安放数控样板，在使用状态下对数控样板的线形对错与合格与否进行校验。它包括激光传感器及其保护盒20、直线运动单元21、支撑架22。直线运动单元21其功能是实现激光传感器对数控样板线形扫描，为当前样板曲线二维检测机构。电机21a安装在直线运动单元21左端，环形同步带21b套在固结在直线运动单元21两端的主同步带轮和从同步带轮上，激光传感器的滑块21c固定在同步带21b上，位移传感器21d安装在直线运动单元21的右端。电机21a驱动主同步带轮使同步带21b运动，滑块21c的位移量由位移传感器21d测量。支撑架22包括左主支腿22p、 右主支腿22m、左辅支腿22a、右辅支腿22j、上横梁22k。左辅支腿22a、右辅支腿22j上部与上横梁2 搭接，下部分别通过左辅支腿22b、右辅支腿22i与直线运动单元21固接，下端分别安装了左辅支腿高度调节螺丝22c、右辅支腿高度调节螺丝22h。左主支腿22p、右主支腿2 !分别通过左主支腿上端连接块22dl、右主支腿上端连接块22Π和左主支腿下端连接块22d2、右主支腿下端连接块22f2与上横梁2 和直线运动单元21固接，其下端分别安装了左主支腿高度调节螺丝2 和右主支腿高度调节螺丝22g，确保与地面保持垂直。左主支腿上端连接块22dl、右主支腿上端连接块22Π上装有托手22r，其托手22r有定位孔 22u,与梯形下梁12 j上的定位销13配合，实现数控样板定位安放。调平螺丝22t装在托手连接块2 上，用以调平如图8所示。如图9所示，悬臂弹簧平衡吊3包括可旋转配重吊臂、可伸缩立柱、可移动底座和可伸缩吊杆的弹簧平衡器；34。可移动底座包括调节把手33a，底座33b，行走轮33c，调平支腿33d，行走轮33c、调节把手33a设在底座3 上面，行走轮33c、调平支腿33d安装在底座 33b下面。可移动底座上面还固定有可伸缩立柱，可伸缩立柱包括柱筒32d、调节丝杆3 和丝杆调节把手32c。由丝杆调节把手32c驱动其丝母实现调节丝杆3 上下移动。在调节丝杆3 上端用立柱与悬挂吊臂连接法兰32b与旋转臂相连。旋转臂包括配重臂31b、 悬挂吊大臂31d、悬挂吊小臂31e。配重臂31b与悬挂吊大臂31d左边相连，其前端装有配重棒安装座31a，安装座31a上吊装有配重棒31c，右边用转轴31f与悬挂吊小臂31e铰接， 悬挂吊小臂31e右下端装有吊耳34a，弹簧平衡器34通过其吊钩34b吊挂在吊耳3 上， 如图10所示。弹簧平衡器的吊索限荡伸缩管;Mc末端，通过连接件34d与螺旋接口 3 相连。可旋转配重吊臂绕可伸缩立柱可以实现数控样板在平面360度范围内转动，工作半径由悬挂吊大臂31d和悬挂吊小臂31e夹角确定。吊挂在弹簧平衡器上的数控样板由弹簧平衡器吊索伸缩满足数控样板在不同高度工作台操作的需要，通过旋转臂和弹簧平衡器协同配合，使数控样板可灵活自如移动到工作范围内指定工作面，并稳定地停止指定点上。
权利要求1.一种数控样板，其特征在于包括机械装置(1)、线形校验装置(2)和在三维空间全方位移动的悬臂弹簧平衡吊(3)；所述的机械装置(1)为梯形梁结构，包括弹簧钢带(10)、 丝杆驱动盒(11)、骨架(12)；骨架(12)由梯形上梁(1 1)、梯形斜拉梁(12i)与梯形下梁 (12j)，以及紧固在梯形上梁(12h)与梯形下梁(12j)之间的加强丝杆(12f)构成梯形梁结构；梯形下梁(12j)两端安有操作工人操控数控样板的把手(12c)；悬挂臂(12b)下端通过连接法兰(12e)与骨架(1 的梯形上梁(12h)相连，悬挂臂(12b)上端通过连接法兰(12g) 与万向节(12a)相连，骨架(1 通过装在悬挂臂(12b)上万向节(12a)吊在悬臂弹簧平衡吊(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种数控样板，其特征在于所述的丝杆驱动盒(11)包括丝杆驱动盒体(Ilf)、丝杆直线移动单元、样条支撑头(Ilm)；丝杆直线移动单元包括固定连接片(11a)、导杆(lib)、丝杆(11c)、上部导杆导套(lid)、上部丝杆导套(lie)、丝杆驱动盒体(lif)、驱动盒固定法兰(lig)、驱动盒固定螺丝(Iih)、驱动盒固定片(IIi)、下部丝杆导套(Ilj)、下部导杆导套(Ilk)、驱动盒内骨架(11)、光磁传感器(lis)、驱动电机(lit)、 位置信息点(Ilu)、齿轮安装架(Ilv)、主动驱动齿轮(IlW)、从动驱动齿轮(IlX)、光电码盘 (Ily)、光电传感器(Ilz)；丝杆直线移动单元上端通过连接片(Ila)将导杆(lib)与丝杆 (Ilc)由紧固螺母固定一起，导杆(lib)与丝杆(Ilc)分别通过上部导杆导套(lid)、上部丝杆导套(lie)和下部丝杆导套(Ilj)，下部导杆导套(Ilk)穿过丝杆驱动盒体(Ilf)，其下端经支撑头骨架(Iln)由紧固螺母固定一起；支撑头骨架(Iln)下端装有样条支撑滚轮 (Ilp)与样条托片(Ilq)构成样条支撑头(Ilm)；丝杆(Ilc)与导杆(lib)组成直线移动顶杆前端连接样条支撑头(11m)，弹簧钢带(10)穿插并滑动接触在样条支撑滚轮(Ilp)和样条托(Ilq)之间；丝杆驱动盒体(Ilf)由驱动盒固定法兰(Ilg通过驱动盒固定螺丝(Ilh) 与驱动盒固定片(Ili)固定在骨架(12中)；在丝杆驱动盒(11)内，驱动盒内骨架(Ilr)左侧通过螺钉柱装有光磁传感器(lis)；齿轮安装架(Ilv)装在内骨架(11)下部，主动驱动齿轮(Ilw)与从动驱动齿轮(Ilx)装在其腹部，电机(lit)装在齿轮安装架(Ilv)上部，光电码盘(Ily)与光电传感器(Ilz)安装在从动齿轮(Ilx)颈部。
3.根据权利要求1或2所述的一种数控样板，其特征在于线形校验装置(2)包括激光传感器及其保护盒(20)、直线运动单元(21)、支撑架02)；电机(21a)安装在直线运动单元左端，环形同步带(21b)套在固接在直线运动单元两端的主同步带轮和从同步带轮上，激光传感器的滑块Olc)固定在环形同步带(21b)上，位移传感器(21d)安装在直线运动单元的右端；支撑架0 包括左主支腿02p)、右主支腿(22m)、左辅支腿0加)、右辅支腿Q2j)、上横梁0 )；左辅支腿0加)、右辅支腿上部与上横梁(22k)搭接，下部分别通过左辅支腿02b)、右辅支腿与直线运动单元固接， 下端分别安装了左辅支腿高度调节螺丝02c)、右辅支腿高度调节螺丝oao ；左主支腿 02p)、右主支腿(22m)分别通过左主支腿上端连接块(22dl)、右主支腿上端连接块和左主支腿下端连接块(22d2)、右主支腿下端连接块02 )与上横梁(22k)和直线运动单元固接，其下端分别安装了左主支腿高度调节螺丝(22e)和右主支腿高度调节螺丝 (22g)；左主支腿上端连接块(22dl)、右主支腿上端连接块02Π)上装有托手02r)，其托手(22r)有定位孔Q2u)，与梯形下梁(12 j)上的定位销(1 配合，调平螺丝(22t)装在托手连接块(22s)上。
4.根据权利要求3所述的一种数控样板，其特征在于所述的悬臂弹簧平衡吊(3)包括可旋转配重吊臂、可伸缩立柱、可移动底座和可伸缩吊杆的弹簧平衡器(34)；可移动底座包括调节把手(33a)、底座(3 )、行走轮(33c)、调平支腿(33d)，调节把手(33a)设在底座(33b)上面，行走轮(33c)、调平支腿(33d)安装在底座(33b)下面；可移动底座上面还固定有可伸缩立柱，可伸缩立柱包括柱筒(32d)、调节丝杆(32a)和丝杆调节把手(32c)；在调节丝杆(32a)上端用立柱与悬挂吊臂连接法兰(32b)与旋转臂相连；旋转臂包括配重臂 (31b)、悬挂吊大臂(31d)、悬挂吊小臂(31e)；配重臂(31b)与悬挂吊大臂(31d)左边相连， 其前端装有配重棒安装座(31a)，安装座(31a)上吊装有配重棒(31c)，右边用转轴(31f) 与悬挂吊小臂(31e)铰接，悬挂吊小臂(31e右下端装有吊耳(3 )，弹簧平衡器(34)通过其吊钩(34b)吊挂在吊耳(34a)上；弹簧平衡器的吊索限荡伸缩管(34c)末端，通过连接件 (34d)与螺旋接(34e)相连。
专利摘要一种数控样板，包括机械装置、线形校验装置和在三维空间全方位移动的悬臂弹簧平衡吊。机械装置为梯形梁结构，包括弹簧钢带、丝杆驱动盒、骨架。骨架由梯形上梁、梯形斜拉梁与梯形下梁，以及紧固在梯形上梁与梯形下梁之间的加强丝杆构成梯形梁结构。梯形下梁两端安有操作工人操控数控样板的把手，悬挂臂下端通过连接法兰与骨架的梯形上梁相连，悬挂臂上端通过连接法兰与万向节相连，骨架通过装在悬挂臂上万向节吊在悬臂弹簧平衡吊上。可以根据船舶建造系统提供的船体外板放样数据，通过微机控制自动成形于指定样板，且保留弯板操作工人对船体外板成型(机械或水火)加工的操作习惯。成型精度高，节省资源，降低造船成本，缩短船舶建造周期，适用于船厂的船体外板成形加工。
文档编号G01B11/24GK202024741SQ20112005967
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者郑绍春 申请人:武汉理工大学