曲面数字定形器的制作方法

1.本发明涉及曲面加工技术领域，更具体地说，涉及一种曲面数字定形器。


背景技术：

2.现有曲面加工时一般需要先在现场测量制作出实物曲面模型，如用石膏制作实物模型，然后再将现场测出的实物曲面模型运输到厂家，从而进行生产加工。但是在运输过程中实物曲面模型存在被损坏的隐患，影响后续产品的加工成型质量，而且会增加不必要的周折，导致生产成本提高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种曲面数字定形器，以解决现有技术中存在的问题，将曲面进行数字化定形后，将这组数据进行信息传送，从而实现远距离加工生产出同样的曲面形状，不用再将现场测出的实物曲面模型运输到厂家。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.本发明提供的一种曲面数字定形器，包括曲面定形装置、数字棒组合和曲面还原装置，其中所述曲面定形装置包括：
6.外壳；
7.设置在所述外壳内的承力棒层，所述承力棒层包括均匀排列在所述外壳上部的若干承力棒，且各个所述承力棒能够沿所述外壳的高度方向移动；
8.与所述外壳相连接、供各个所述承力棒穿过的防脱层，所述防脱层设有与各个所述承力棒相配合且一一对应的若干第一通孔，各个所述承力棒设有与所述防脱层下端相卡接的环形凸缘；
9.设置在所述外壳内且位于所述承力棒层下方的数字片层，所述数字片层包括与各个所述承力棒相配合且一一对应的若干数字片筒和层叠设置在各个所述数字片筒内的若干数字片，任意相邻两个所述数字片筒固定连接，且沿所述数字片筒的上端至下端的方向、每个所述数字片筒内的各个所述数字片的序号依次递减；
10.设置在所述外壳内且位于所述数字片层下方的弹力层，所述弹力层包括与各个所述数字片筒一一对应且与各个所述数字片相配合的若干弹性件筒和固定设置在各个所述弹性件筒内的若干弹性件，任意相邻两个所述弹性件筒固定连接，且各个所述弹性件筒的上端对称设置有两个裂口，所述弹力层还包括位于其上端、用于收紧各个所述弹性件筒上端的收紧结构；
11.所述数字棒组合包括若干长度不同且与所述数字片的序号一一对应的数字棒；
12.所述曲面还原装置包括：
13.壳体；
14.设置在所述壳体内、用于放置各个所述数字棒的托盘，所述托盘设有与各个所述承力棒一一对应的若干第二通孔，各个所述数字棒设有用于卡接在所述托盘上的第一台阶
结构，以使各个所述数字棒卡接在所述托盘上时、各个所述数字棒的顶端相平齐；
15.可升降地设置在所述壳体内、用于使各个所述数字棒的底端相平齐的底托，所述底托能够沿所述壳体的高度方向移动。
16.优选地，所述外壳包括上盖、与所述上盖相连接的上壳和与所述上壳相连接的下壳，所述承力棒层、所述防脱层和所述数字片层位于所述上壳内，且所述防脱层和所述数字片层均与所述上壳内壁固定连接，所述弹力层位于所述下壳内且与所述下壳固定连接。
17.优选地，所述上壳外壁设有沿其高度方向设置的套筒，所述下壳外壁设有沿其高度方向设置且能够穿过所述套筒的连杆，所述连杆的顶端设有用于安装第一紧固件的第一外螺纹，所述连杆还设有用于托住所述套筒的第二台阶结构。
18.优选地，所述收紧结构包括包围在所述弹力层外圈且相对设置的两个卡箍和设置在两个所述卡箍的两端、用于收紧两个所述卡箍的第二紧固件，所述下壳设有与所述卡箍相配合、供所述卡箍伸出的避让孔。
19.优选地，所述壳体内设有沿其高度方向设置且穿过所述底托的支撑杆和套设在所述支撑杆上且位于所述底托下方的第三紧固件，所述底托能够沿所述支撑杆的轴向上下移动，所述支撑杆的上端设有与所述第三紧固件相配合的第二外螺纹，所述支撑杆的下端设有用于托住所述底托和所述第三紧固件的第三台阶结构。
20.优选地，各个所述承力棒均包括相连接的第一段和第二段，所述第一段的横截面大于所述第二段的横截面，所述环形凸缘位于所述第二段上，所述环形凸缘处的横截面与所述第一段的横截面相同。
21.优选地，所述环形凸缘的下端与所述第二段的下端之间的距离a小于或等于所述环形凸缘的上端与所述第一段的下端之间的距离b，且所述环形凸缘的上端与所述第一段的下端之间的距离b小于或等于所述第一段的长度c。
22.优选地，各个所述弹性件的上端均设有支撑面板，所述支撑面板位于所述弹性件筒中且与所述弹性件筒的上端面相平齐。
23.优选地，各个所述数字片筒的内壁设有沿其轴向设置的凸棱，各个所述数字片设有与所述凸棱相配合、供所述凸棱插入的凹槽。
24.优选地，所述支撑杆的上端还设有用于限制所述底托继续上移的限位台阶。
25.本发明提供的技术方案中，一种曲面数字定形器包括曲面定形装置、数字棒组合和曲面还原装置，其中曲面定形装置包括：外壳；设置在外壳内的承力棒层，承力棒层包括均匀排列在外壳上部的若干承力棒，且各个承力棒能够沿外壳的高度方向移动；与外壳相连接、供各个承力棒穿过的防脱层，防脱层设有与各个承力棒相配合且一一对应的若干第一通孔，各个承力棒设有与防脱层下端相卡接的环形凸缘；设置在外壳内且位于承力棒层下方的数字片层，数字片层包括与各个承力棒相配合且一一对应的若干数字片筒和层叠设置在各个数字片筒内的若干数字片，任意相邻两个数字片筒固定连接，且沿数字片筒的上端至下端的方向、每个数字片筒内的各个数字片的序号依次递减；设置在外壳内且位于数字片层下方的弹力层，弹力层包括与各个数字片筒一一对应且与各个数字片相配合的若干弹性件筒和固定设置在各个弹性件筒内的若干弹性件，任意相邻两个弹性件筒固定连接，且各个弹性件筒的上端对称设置有两个裂口，弹力层还包括位于其上端、用于收紧各个弹性件筒上端的收紧结构；
26.数字棒组合包括若干长度不同且与数字片的序号一一对应的数字棒；
27.曲面还原装置包括：壳体；设置在壳体内、用于放置各个数字棒的托盘，托盘设有与各个承力棒一一对应的若干第二通孔，各个数字棒设有用于卡接在托盘上的第一台阶结构，以使各个数字棒卡接在托盘上时、各个数字棒的顶端相平齐；可升降地设置在壳体内、用于使各个数字棒的底端相平齐的底托，底托能够沿壳体的高度方向移动。如此设置，在现场可通过曲面定形装置将曲面进行数字化定形，然后将这组数据进行信息传送，在生产厂家可通过数字棒组合和曲面还原装置还原出现场定形测量出的曲面形状，从而实现远距离加工生产出同样的曲面形状，不用再将现场测出的实物曲面模型运输到厂家，排除了在途中对模型损坏的担忧，降低了生产成本，也减少了不必要的周折。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
29.图1为本发明实施例中曲面定形装置的外部示意图；
30.图2为本发明实施例中曲面定形装置内部的局部示意图；
31.图3为本发明实施例中曲面定形装置测量物体曲面时内部的局部示意图；
32.图4为本发明实施例中数字片落入弹性件筒后弹力层上端面的局部示意图；
33.图5为本发明实施例中承力棒的剖面图；
34.图6为本发明实施例中防脱层的结构示意图；
35.图7为本发明实施例中数字片筒、数字片的连接示意图；
36.图8为本发明实施例中弹性件筒的结构示意图；
37.图9为本发明实施例中下壳的剖面图；
38.图10为本发明实施例中收紧结构的局部示意图；
39.图11为本发明实施例中上壳、下壳的分解图；
40.图12为图11中a处局部放大图；
41.图13为本发明实施例中数字棒组合的结构示意图；
42.图14为本发明实施例中数字棒置于曲面还原装置的局部示意图；
43.图15为本发明实施例中数字棒还原出被测物体曲面的局部示意图；
44.图16为本发明实施例中底托、支撑杆的局部示意图。
45.图1-图16中：
46.1-承力棒；2-防脱层；3-第一通孔；4-环形凸缘；5-数字片筒；6-数字片；7-弹性件筒；8-弹性件；9-裂口；10-数字棒；11-壳体；12-托盘；13-第二通孔；14-第一台阶结构；15-底托；16-上盖；17-上壳；18-下壳；19-套筒；20-连杆；21-第一紧固件；22-第一外螺纹；23-第二台阶结构；24-卡箍；25-第二紧固件；26-支撑杆；27-第三紧固件；28-第二外螺纹；29-第三台阶结构；30-第一段；31-第二段；32-支撑面板；33-凸棱；34-避让孔；35-限位台阶。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
48.以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
49.需要说明的是，以如图1所示的曲面定形装置的摆放位置来说，图中上下方向即为所指上下方位、高度方向。
50.请参考附图1-16，本实施例提供的曲面数字定形器包括曲面定形装置、数字棒组合和曲面还原装置。其中，曲面定形装置包括：
51.外壳，其形状结构可以根据所测物体的曲面形状的需要而确定，比如为长方体、正方体、圆柱体、多棱体等，如图1所示，本实施例中以长方体为例；
52.设置在外壳内的承力棒层，如图2所示，承力棒层包括均匀排列在外壳上部的若干承力棒1，相邻两个承力棒1紧密接触，且各个承力棒1能够沿外壳的高度方向移动，从而在压力作用下能够上下移动；
53.与外壳相连接、供各个承力棒1穿过的防脱层2，防脱层2可为一块平板，其外缘与外壳内壁焊接固定，如图6所示，防脱层2设有与各个承力棒1相配合且一一对应的若干第一通孔3，如图2所示，各个承力棒1设有与防脱层2下端相卡接的环形凸缘4，以防止承力棒1从曲面定形装置中脱出，此外防脱层2还对承力棒1的移动起到一定的限位导向作用；
54.设置在外壳内且位于承力棒层下方的数字片层，数字片层包括与各个承力棒1相配合且一一对应的若干数字片筒5和层叠设置在各个数字片筒5内的若干数字片6，如图2所示，承力棒层在上，数字片层在下，二者为完全接触的两个单独的物件，一般承力棒层高度为数字片层高度的三倍或三倍以上，即为曲面定形装置总高度的二分之一或二分之一以上，承力棒层和数字片层基本占据了曲面定形装置总高度的三分之二或三分之二以上；多个数字片6叠加起来形成数字片柱，数字片柱放在数字片筒5内，与筒内壁完全吻合，以增强稳固性和精密性，数字片柱高度完全和数字片筒5高度一致；本实施例中以圆形数字片6为例，则数字片筒5为圆筒，承力棒1为圆柱，当然也可对应设计为正方形等；数字片6为一个很薄的薄片，具有一定的硬度和韧性，其厚度可以根据所测量物体曲面的精密度要求而订制，数字片6越薄、面积越小，精密度就越高，数字片6可分级，如毫米级和十分之一毫米级等，即数字片6的厚度为一毫米或十分之一毫米；任意相邻两个数字片筒5固定连接，所有数字片筒5连在一起，整体形成蜂窝状数字片筒体，其外缘与外壳内壁焊接，从而固定在外壳内；并且沿数字片筒5的上端至下端的方向、每个数字片筒5内的各个数字片6的序号依次递减，则最底层的数字片6序号为“1”，这样数字片柱为递减的有序数字片6叠加而成，每个数字片6的正面都有一个阿拉伯数字，以便数字截面的提取；
55.设置在外壳内且位于数字片层下方的弹力层，弹力层占据曲面定形装置总高度的三分之一或三分之一以下，当然承力棒层、数字片层和弹力层各部分的比例高度可以由所测量物体的曲面凹凸度来决定；如图2所示，弹力层包括与各个数字片筒5一一对应且与各
个数字片6相配合的若干弹性件筒7和固定设置在各个弹性件筒7内的若干弹性件8，弹性件8为弹簧，起支撑作用，可以根据所测量曲面的物体的压力放置不同劲度系数的弹簧，弹簧置于弹性件筒7内，其底端焊接在外壳底板上，初始状态时其顶端位于弹性件筒7上端并与最底层数字片6直接接触，弹性件筒7为圆筒，其内外直径与数字片筒5的内外直径完全一样；任意相邻两个弹性件筒7固定连接，所有弹性件筒7连在一起，整体形成蜂窝状弹性件筒体，其外缘与外壳内壁焊接，从而固定在外壳内；并且如图8所示，各个弹性件筒7的上端对称设置有一定长度的两个裂口9，弹力层还包括位于其上端、用于收紧各个弹性件筒7上端的收紧结构，以便能收紧弹性件筒7上端，使在压力下推到弹性件筒7上端的数字片6固定下来，当将弹力层移开时数字片6就不会滑落。
56.数字棒组合包括若干长度不同且与数字片6的序号一一对应的数字棒10，如图13所示，比如数字片6序号
②-⑩
分别对应一定长度的数字棒10，数字棒10的顶端也相应作出序号标记，每个序号的数字棒10为多个，以便后续还原所测曲面形状时查找使用。
57.曲面还原装置包括：
58.壳体11，可与曲面定形装置的外壳相一致，如为长方体；
59.设置在壳体11内、用于放置各个数字棒10的托盘12，如图14所示，托盘12固定安装在壳体11的上部，需要说明的是，为了更好地表示出曲面还原装置的工作原理，图14未示出位于托盘12上方的部分壳体11；托盘12设有与各个承力棒1一一对应的若干第二通孔13，这样与曲面定形装置的承力棒1排列完全相同，以便准确地还原出所测曲面形状；如图13所示，各个数字棒10设有用于卡接在托盘12上的第一台阶结构14，则所有数字棒10台阶以上部分等高设置，当将数字棒10放入第二通孔13中，相邻两个数字棒10上端紧密接触，最外圈数字棒10与壳体11内壁相接触，配合托盘12从而将数字棒10左右夹紧在壳体11内，第一台阶结构14卡在托盘12上，数字棒10则悬空卡接在托盘12上，使得各个数字棒10的顶端相平齐，这样便于根据传送的数据信息核对校验，以免出错；
60.可升降地设置在壳体11内、用于使各个数字棒10的底端相平齐的底托15，底托15为一平板，位于托盘12下方，能够沿壳体11的高度方向移动，如图15所示，当放好所有数字棒10后，将底托15上移，令所有数字棒10底端位于同一平面上，则其顶端就会还原出所测物体的曲面形状。
61.如此设置，将所测量物体的曲面放在曲面定形装置中由多个承力棒上端组成的平面上，如图3所示，在压力作用下承力棒、数字片会下移，部分数字片进入弹性件筒中，待物体稳定后通过收紧结构将弹性件筒上端收紧，进入弹性件筒上端的数字片被固定下来，弹力层上面便呈现出如图4所示排列整齐的一个数字平面，从而在现场通过曲面定形装置将曲面进行数字化定形，然后将这个数字平面拍照发送给生产厂家，进行数据信息传送，生产厂家便由人工或机器按照数字平面上的数字将相应的数字棒有序插入托盘的第二通孔中，然后上移底托将数字棒底端取齐，数字棒上端便形成了一个曲面也就是现场测量出的曲面形状，从而实现了通过数字棒组合和曲面还原装置还原出曲面定形装置测量出的曲面形状，然后以该形状为模具加工生产出各类材质的同样曲面，不用再将现场测出的实物曲面模型运输到厂家，实现远距离加工生产出同样的曲面形状，排除了在途中对模型损坏的担忧，降低了生产成本，也减少了不必要的周折。
62.如图1所示，外壳包括上盖16、与上盖16相连接的上壳17和与上壳17相连接的下壳
18，承力棒层、防脱层2和数字片层位于上壳17内，且防脱层2和数字片层均与上壳17内壁固定连接，如图2所示，防脱层2外缘和数字片筒5整体外缘均与上壳17内壁焊接固定。弹力层位于下壳18内且与下壳18固定连接，如图2所示，弹性件筒7整体外缘与下壳18内壁焊接固定。使用时打开上盖16，闲置时盖上上盖16，可防止灰尘落入曲面定形装置内影响测量精准度，特别是对有弹性的曲面尤为重要。上壳17与下壳18可拆卸连接，便于取下弹力层，方便查看弹力层上面的数字平面。
63.于本发明的具体实施例中，如图11所示，上壳17外壁固定设置有沿其高度方向设置的套筒19，下壳18外壁固定设置有沿其高度方向设置且能够穿过套筒19的连杆20，套筒19与上壳17外壁焊接，连杆20下段与下壳18外壁焊接。连杆20的顶端设有用于安装第一紧固件21的第一外螺纹22，第一紧固件21可为手拧式螺丝帽，旋紧第一紧固件21将套筒19和连杆20压紧，手拧式螺丝帽上还设有通气孔，用于排出封闭在套筒19中的空气。如图12所示，连杆20还设有用于托住套筒19的第二台阶结构23，第二台阶结构23的台阶面与下壳18上端面平齐，套筒19下端面与上壳17下端面平齐。第一外螺纹22的长度由第一紧固件21决定，第一外螺纹22下端至台阶面的距离由套筒19长度决定。装配时，将连杆20穿入套筒19中，使上壳17和下壳18的连接端面完全吻合，然后拧紧第一紧固件21，将套筒19压紧在连杆20上，从而使上壳17和下壳紧密贴合在一起。需要采集弹力层上面的数字平面信息时，可将曲面定形装置倒置，取掉第一紧固件21，拆开套筒19、连杆20，取下下壳18，即可便捷地移开弹力层。此外，还可起到校正上下壳对齐的作用。套筒19、连杆20、第一紧固件21的数量可以根据曲面定形装置的大小和形状而确定，至少为三组，如图11所示为四组、对称分布。
64.作为可选的实施方式，收紧结构包括包围在弹力层外圈且相对设置的两个卡箍24和设置在两个卡箍24的两端、用于收紧两个卡箍24的第二紧固件25。第二紧固件25可为内六棱螺丝，可用“l”形六棱杆工具拧紧螺丝。为了方便操作，如图1所示，下壳18设有与卡箍24相配合、供卡箍24伸出的避让孔34。如图10所示，由于弹性件筒7上端设有对称的裂口9，因此旋紧内六棱螺丝，将两个卡箍24开口端的距离缩小，使弹性件筒7上端前后压紧，使裂口9开度减小，从而将落在弹性件筒7上端的数字片6夹紧。然后分离弹力层，采集截面数字信息。采集完毕后，将弹力层放回归位，放松卡箍24，解除收紧，恢复至初始状态。卡箍24与下壳18上端内壁可相接触，但不固定在一起。图10中左右两端的弹性件筒7与卡箍24只接触但不固定在一起，图10中前后两端的弹性件筒7与卡箍24固定连接，便于固定卡箍24，以防止在收紧卡箍24时，卡箍24从弹性件筒7上端滑脱。卡箍24的宽度为裂口9长度的二分之一较佳，这样收紧效果较好。如图9所示，下壳18上端的壁厚小于其下端的壁厚，为在弹性件筒7上端周围环绕卡箍24留出了空间。
65.如图16所示，壳体11内设有沿其高度方向设置且穿过底托15的支撑杆26和套设在支撑杆26上且位于底托15下方的第三紧固件27，第三紧固件27可为手拧式螺丝，底托15能够沿支撑杆26的轴向上下移动即沿图16中上下方向移动。支撑杆26的上端设有与第三紧固件27相配合的第二外螺纹28，以便底托15下方的第三紧固件27随底托15上移后拧紧以固定底托15。支撑杆26的下端设有用于托住底托15和第三紧固件27的第三台阶结构29。在底托15没有上移固定时，底托15和第三紧固件27在重力作用下落在第三台阶结构29上。此外，支撑杆26的上端还设有用于限制底托15继续上移的限位台阶35。底托15上移抵在限位台阶35上，其下方拧紧第三紧固件27，使得底托15被可靠固定，保证在取齐数字棒10底端时底托15
不会发生晃动。支撑杆26为多个且均匀分布，其上端与托盘12相连，下端与壳体11底部相连，支撑杆26上端至限位台阶35的距离取决于最短数字棒10下端的长度。
66.如图5所示，各个承力棒1均包括相连接的第一段30和第二段31，各部分的比例可以由所测量物体的曲面凹凸度来决定，在本实施例中第一段30长度为第二段31长度的二分之一。各个承力棒1的第一段30紧密接触并且是光滑无摩擦的，第一段30的横截面大于第二段31的横截面，便于第二段31在防脱层2和数字片筒5中上下运动。环形凸缘4位于第二段31中间位置，环形凸缘4处的横截面与第一段30的横截面相同，使得承力棒1上下均紧密接触。此外，第一段30的横截面与数字片筒5外壁的横截面相同，环形凸缘4以下部分的承力棒1的长度即图5中距离a与数字片筒5的高度相同，当环形凸缘4抵在数字片筒5上端时，承力棒1能够将所有数字片6压入弹性件筒7中，而承力棒1不会伸出数字片筒5。需要说明的是，图5中上下方向为承力棒的轴向，垂直于轴向与承力棒相交所得的截面为其横截面。
67.进一步地，环形凸缘4的下端与第二段31的下端之间的距离a小于或等于环形凸缘4的上端与第一段30的下端之间的距离b，当距离a等于距离b时，在压力最大时，第一段30下端会抵在防脱层2上，同时环形凸缘4也抵在了数字片筒5的上端，当距离a小于距离b时，第一段30下端不会抵在防脱层2上，只是环形凸缘4抵在了数字片筒5的上端，保证承力棒1能够有效将所有数字片6推入弹性件筒7中。并且环形凸缘4的上端与第一段30的下端之间的距离b小于或等于第一段30的长度c，当环形凸缘4抵在数字片筒5上端时，保证相邻两个承力棒1的第一段30仍能够相接触。
68.如图2所示，各个弹性件8的上端固定连接有支撑面板32，支撑面板32位于弹性件筒7中且与弹性件筒7的上端面相平齐，这样使得数字片6进入弹性件筒7后能够与支撑面板32平稳地接触，能够更加稳定地向下运动。支撑面板32为圆片，可用数字片6代替，其正面标注序号“0”，以便和上方数字片筒5中的数字片6有序衔接，从而形成完整的数字截面。
69.如图7所示，各个数字片筒5的内壁设有沿其轴向设置的凸棱33，各个数字片6设有与凸棱33相配合、供凸棱33插入的凹槽。这样对数字片的移动起到限位导向作用，数字片在压力推动的过程中，任意一层的数字片都整齐的摆放在筒内，以便数字片上数字序号被容易辨别，从而避免了误差，提高了精确度。
70.曲面数字定形器是把曲面定形装置测量出来的曲面形状在生产线一端由数字棒组合和曲面还原装置完全活现的新型工具，是一种可以把曲面的凹凸形状用数字显示的一种精密仪器，使用非常方便，便于传递、精细化生产和制作，解决了物体曲面模型的运输带来的不便，降低了生产成本。使用时，可将曲面定形装置倒置于物体曲面上，或者将物体曲面直接放在曲面定形装置上。曲面数字定形器可以重复使用，当采集完弹力层上端截面上的数字平面后，解除收紧，使曲面定形装置内部各部分恢复至初始状态，以备下次使用。曲面数字定形器各组成部分的材质除弹簧外要有硬度、有韧性，如果是金属则保证不能生锈。
71.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。