型材的定位装配装置及型材的装配方法与流程

本发明涉及海洋工程及船舶建造领域，尤其涉及一种型材的定位装配装置及型材的装配方法。

背景技术：

在船舶和海洋工程的建造领域，球扁钢和角钢等型材的应用非常普通，并且涉及的种类繁多，其中仅球扁钢规格多达64种，角钢也有几十种。在制造船体结构时，通常需要将型材安装在分片的板材上。

传统的型材安装方式是：首先，将型材吊装到板材指定的位置附近，然后，人工在吊机的辅助下对准板材上的标记线，接着，吊机将型材落下至标记线的位置。为便于型材定位和防止型材倾斜，在焊接型材之前，需要在板材和型材之间焊接临时斜支撑，待型材焊接完毕后，再用气割切除临时斜支撑，并且需要进行大量的打磨工作。有时，工人为了减少打磨的工作量，割除临时斜支撑时会尽可能少留根部。但是，这种方式经常会伤及板材或型材，不得不再进行补焊。这种安装方式存在一些缺点，一是工人在吊机下辅助作业时危险性很大；二是这种传统的方式非常浪费人工时；三是临时斜撑的割除不仅影响外观，而且影响材料的疲劳寿命。

针对传统方法存在的缺陷，技术人员在早些时候就提出了改进方法，并在中国申请了专利，申请号为cn201220633630.9，该专利公开了一种球扁钢装配定位工装，该球扁钢装配定位工装不仅能匹配多种尺寸的球扁钢，并且不需要在板材和型材之间焊接临时斜支撑，但是该球扁钢装配定位工装无法在型材吊装到位之前预先固定，需要先将型材吊装到位后，再使操作人员在吊机下操作安装定位工装以实现球扁钢的定位，安全隐患仍不能消除。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的型材的装配定位存在安全隐患的技术问题，而提供一种型材的定位装配装置。

本发明的另一个目的在于提供一种型材的装配方法。

本发明提出一种型材的定位装配装置，用以将型材定位于母材上，包括：

第一定位装置，包括：第一支架以及与所述第一支架相连而能够将所述第一支架固定在母材上的吸盘，所述第一支架上具有至少一定位面；

第二定位装置，包括：第二支架以及与所述第二支架相连而能够将所述第二支架固定在母材上的吸盘，所述第二支架上具有至少一弹性压块，所述弹性压块具有至少一导向斜面；

其中，所述第一定位装置和所述第二定位装置相对设置以夹紧二者之间的型材，所述第一支架上的定位面用以接触型材的一侧，所述第二支架上的弹性压块用以弹性接触型材的另一侧。

所述的型材的定位装配装置，所述第一定位装置和所述第二定位装置相互分离。

所述的型材的定位装配装置，所述第二支架包括底座和支撑架，所述底座固定在所述第二定位装置的吸盘上，所述支撑架固定在所述底座上，所述弹性压块的底部与所述底座接触，且所述弹性压块固定在所述支撑架上。

所述的型材的定位装配装置，所述弹性压块的顶部还设有一防止弹性压块翻转的上导向板，所述上导向板和所述底座共同作用以对所述弹性压块在移动时进行水平方向的导向。

所述的型材的定位装配装置，所述弹性压块包括导向块和与所述导向块相连的弹性件，所述导向块上设有所述的导向斜面，所述弹性件的一端固定在所述支撑架上，所述弹性件的另一端固定在所述导向块上。

所述的型材的定位装配装置，所述导向块包括两个夹紧块和连接在两夹紧块之间的连接板，所述弹性件连接至所述导向块上的一端直接连接在所述连接板上。

所述的型材的定位装配装置，所述导向块包括用于夹紧所述型材的竖直的夹紧面和位于所述夹紧面上方的所述的导向斜面，所述导向斜面与所述夹紧面相连且由所述夹紧块的顶端向底端的方向倾斜，所述夹紧面与其中一定位面面对面设置。

所述的型材的定位装配装置，所述夹紧块的导向斜面上设有至少两个导向圆弧用以引导所述型材滑落至预设的位置。

所述的型材的定位装配装置，所述夹紧块的导向斜面包括位于所述导向斜面顶端的第一导向圆弧、位于所述导向斜面底端的第二导向圆弧以及连接在所述第一导向圆弧和所述第二导向圆弧之间的倾斜面，所述第二导向圆弧连接所述夹紧面。

所述的型材的定位装配装置，所述第一定位装置包括至少两个固定在所述第一支架上的导向板，每一导向板均具有定位面，至少两个导向板位于同一垂直面的不同高度以匹配定位不同高度的型材。

所述的型材的定位装配装置，所述第一支架还包括底座和支撑架，所述底座通过紧固件固定所述第一定位装置的吸盘上，所述支撑架焊接在所述底座上。

所述的型材的定位装配装置，所述支撑架包括一竖直部和至少一垂直于所述竖直部的横向部，每一横向部对应设有至少一所述的导向板。

所述的型材的定位装配装置，所述第一定位装置的定位面的高度大于等于第二定位装置顶端的高度以匹配不同类型的型材。

所述的型材的定位装配装置，所述吸盘为电磁吸盘。

本发明另提供一种型材的装配方法，用于将型材装配至母材上，包括以下步骤：

在所述母材上划线，每一画线处对应焊接一型材；

沿所述划线布置至少一定位装配装置，所述定位装配装置包括第一定位装置和第二定位装置；

将第一定位装置布置在划线的一侧，所述第一定位装置包括第一支架以及与所述第一支架相连而能够将所述第一支架固定在母材上方的吸盘，所述第一支架上具有至少一定位面，使所述定位面与划线平齐；

启动第一定位装置的吸盘使所述第一定位装置通过吸盘吸附在所述母材上；

沿所述划线的另一侧布置所述定位装配装置的第二定位装置，所述第一定位装置和所述第二定位装置相对设置且一一对应，所述第二定位装置包括第二支架以及与所述第二支架相连而能够将所述第二支架固定在母材上方的吸盘，所述第二支架上具有至少一弹性压块，所述弹性压块具有至少一导向斜面；

启动第二定位装置的吸盘使所述第二定位装置通过吸盘吸附在所述母材上；

吊起型材，将型材落向母材的划线处，型材在所述第一定位装置的定位面和所述第二定位装置的导向斜面的导向作用下，落入至第一定位装置和第二定位装置之间，所述第一支架上的定位面接触型材的一侧，所述第二支架上的弹性压块弹性接触型材的另一侧，使得所述型材被夹紧定位在第一定位装置和第二定位装置之间；以及

将型材固定在所述母材上。

所述的型材的装配方法，在布置第二定位装置时，使所述第二定位装置的弹性压块抵接所述第一定位装置的其中一定位面。

所述的型材的装配方法，所述第一定位装置的定位面的高度大于等于所述第二定位装置的弹性压块的高度以匹配不同类型的型材；所述型材具有两侧，分别为平面侧和面板侧，所述平面侧为一平面，所述面板侧的上端有球头或面板，当吊起型材时，先调整好所述型材的朝向位置，使所述型材的平面侧朝向所述第一定位装置，将所述型材的面板侧朝向所述第二定位装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的定位装配装置通过吸盘将第一定位装置和第二定位装置固定在母材上，并在第一定位装置的定位面和第二定位装置导向斜面的作用下，使得型材落入至该第一定位装置和第二定位装置之间，并实现对型材的自动定位，由于本发明的定位装配装置可在型材下落之前预先进行定位，而不需人员在吊机下进行操作，消除了现有技术存在的人员的安全隐患。

本发明的定位装配装置的装配方法简单，方便，提高了工作效率，同时也不会对母材产生损伤。

附图说明

图1a、图2a和图3a为本发明的定位装配装置用于定位不同型号型材的结构示意图。

图1b、图2b和图3b分别是图1a、图2a和图3a的俯视图。

图4为弹性压块的侧面结构示意图。

图5为弹性压块的夹紧块、连接板和弹性件的结构示意图。

图6为在甲板分片上布置型材的结构示意图。

图7至图9为型材在装配过程中的结构示意图。

图10为型材的装配方法流程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

在船舶和海洋工程的建造领域中，最常用的型材主要有球扁钢和角钢，二者的其中一侧均为平面，本发明中称为平面侧，另一侧有球头或面板，在结构强度方面均起到面板的作用，本发明中称为面板侧。通常上述型材的高度范围从75mm到430mm不等。

在船体结构的制造中，经常使用到上述两种型材，例如，在船体甲板制造中，需要在甲板分片中焊接多根型材，每一根型材的重量达778kg，如此重的型材自然对定位工装的固定效果有着较高的要求。虽然现有的一些定位工装能够实现型材的定位，但如前述所述定位工装无法预先固定，需要先将型材吊装到位后，再使操作人员在吊机下操作安装定位工装以实现球扁钢的定位，存在全安全隐患。而其他现有的定位工装对于重量较重的型材的固定效果不佳。

本发明设计了一种型材的定位装配装置能够克服现有定位工装存在的缺陷，如图1a和图1b所示，本发明的定位装配装置100，用以将型材30定位于母材上，其包括第一定位装置10和第二定位装置20，该第一定位装置10和第二定位装置20相对设置以夹紧二者之间的型材30。第一定位装置10包括第一支架11以及与该第一支架11相连而能够将第一支架11固定在母材上的吸盘12，该第一支架11上具有至少一定位面；第二定位装置20包括第二支架21以及与该第二支架21相连而能够将第二支架21固定在母材上的吸盘22，该第二支架上21具有至少一弹性压块214，该弹性压块214具有至少一导向斜面，第一支架11上的定位面用以接触型材30的一侧，第二支架21上的弹性压块214用以弹性接触型材30的另一侧。

较佳地，该第一定位装置10和第二定位装置20两者相互分离，从而在安装定位装配装置100时，可根据不同型材的厚度大小相应增加或缩小第一定位装置10和第二定位装置20之间的距离，使之匹配不同厚度的型材。要说明的是，第一定位装置10和第二定位装置20之间的最远距离也应能确保第二定位装置20在弹性压块214的弹性件的作用下，弹性压块214可接触到第一定位装置10的定位面。

第一支架11还包括底座113和支撑架112，该底座113通过紧固件111固定第一定位装置10的吸盘12上，支撑架112焊接在该底座113上。该紧固件111可为螺栓，其中该螺栓的公称尺寸与吸盘12上的螺纹孔尺寸相配对，通常一个吸盘12配一对螺纹孔。

该支撑架112其包括一垂直于水平面的竖直部1121和至少一垂直于该竖直部1121并由该竖直部1121向外延伸的横向部1122，每一横向部1122的顶端对应设有导向板，导向板具有垂直于水平面的定位面。

在一实施例中，该支撑架112包括两个横向部1122，该支撑架112整体呈字母f形，两横向部1122的顶端分别设有一导向板，即导向板114和位于导向板114上方的导向板115，两个导向板位于同一垂直面的不同高度，用以匹配定位不同高度的型材。如图1a至图3b所示，不同高度的导向板用以导向不同高度的型材。例如，如图1a和图1b所示，该定位装配装置100用于定位高达430mm的大型号型材30，该型材30的平面侧紧贴于两个处于不同高度的导向板114和导向板115上，该导向板114和导向板115能起到很好的导向作用；如图2a和图2b所示，该定位装配装置100用于定位高度大于75m小于430mm的中型号型材31，该型材31高于下方导向板114但低于上方导向板115，其平面侧贴于导向板115上，仍可起到很好导向的作用；如图3a和图3b所示，该定位装配装置100用于定位高度只有75m的小型号型材32，该型材32的高度小于下方导向板115的高度，但其平面侧仍可贴在导向板115上，且该贴合的位置位于该型材32的重心以上，仍能起到很好的导向。

此外，为了适用更多不同高度的型材，该支撑架112竖直部1121的高度和横向部1122的数量可根据实际应用进行变化。

上述支撑架112、导向板114、导向板115和底座113均采用钢板切割而成，并通过焊接进行永久性连接，这种连接方式成本低，强度可靠，同时为了保证较好的精度，在焊接完成以后，对底座113的底部进行机加工和配钻孔，以保证其底部的平面度和孔的位置准确。同样，也在焊接完成以后，对导向板114和导向板115进行机加工，以保证其自身的平面度和相对于底座113的垂直度。

第二支架21包括底座213和支撑架212，该底座213通过紧固件211固定在第二定位装置20的吸盘22上，支撑架212固定在底座213上，弹性压块214的底部与底座212接触，且弹性压块214固定在支撑架212上。该紧固件211可为螺栓，其中该螺栓的公称尺寸与吸盘12上的螺纹孔尺寸相配对，通常一个吸盘22配一对螺纹孔。

弹性压块214包括导向块2140和与该导向块2140相连的弹性件2143，该弹性件2143的一端固定在支撑架212上，另一端固定在导向块2140上。该弹性件2143可为弹簧。

弹性压块214的顶部还设有一防止弹性压块214翻转的上导向板217，且该上导向板217焊接在支撑架212上。该上导向板217和底座213共同作用以对该弹性压块214在移动时进行水平方向的导向。

如图4和图5所示，导向块2140包括两个夹紧块2141和连接在两夹紧块2141之间的连接板2142，该弹性件2143连接至导向块2140上的一端直接连接在该连接板2142上。该夹紧块2141的下端直接落在底座213上，以对夹紧块2141起到导向作用。

该夹紧块2141包括用于夹紧型材30的竖直的夹紧面2141d和位于夹紧面2141d上方的导向斜面2141e。

该导向斜面2141e与该夹紧面2141d相连且由该夹紧块2141的顶端向底端的方向倾斜，该导向斜面2141e上设有至少两个导向圆弧用以引导型材滑落至预设的位置。

在一实施例中，导向斜面2141e包括位于该导向斜面顶端的第一导向圆弧2141a、位于导向斜面2141e底端的第二导向圆弧2141c以及连接在第一导向圆弧2141a和该第二导向圆弧2141c之间的倾斜面2141b，该倾斜面2141b与夹紧面2141d间形成的夹角大于180度并小于270度。且该第二导向圆弧2141c连接上述夹紧面2141d。当吊装的型材落在夹紧块2141上时，先接触到第一个导向圆弧2141a，在型材重力的作用下，型材沿倾斜面2141b和第二导向圆弧2141c滑下，直至滑落至夹紧面2141d和定位面之间。

该夹紧面2141d与第一定位装置10的下方导向板114的定位面面对面设置，以夹紧落入至第一定位装置10和第二定位装置20之间的型材。

不同类型的型材具有不同的结构，例如，球扁钢其一侧设有球头，角钢其一侧设有面板，为了使该定位装配装置适用于多种类型的型材，使得第一定位装置10的定位面的高度大于等于第二定位装置20的顶端的高度，并在起吊型材时使该型材含有球头或面板的一侧朝向第二定位装置20，籍此，型材能够在定位面的导向作用下从高处向低处落下，并在导向斜面2141e的作用下，落入弹簧压块214和定位面之间，实现精准定位。

第一定位装置10的吸盘12和第二定位装置20的吸盘22均可为电磁吸盘。该电磁吸盘采用对人体安全的电压，24v的直流电。该电磁吸盘重量轻、体积小，但吸力大，例如，型号为h30010040的电磁吸盘，重量仅为7.5kg，尺寸为300*100*40mm，占用空间非常小，但该型号的电磁吸盘吸力却可以达到300kg以上，短时间吸力甚至可以达到900kg，完全可以固定778kg重的型材。另外，该电磁吸盘的操作也非常方便，由于电磁吸盘吸力的产生和消除靠通电和断电，所以采用开关或按钮控制即可。

以下说明本发明的定位装配装置如何实现对型材的装配。

以下结合图6至图10，说明本发明的型材的装配方法，具体的，包括以下步骤：

s1:在母材上划线，每一画线处对应焊接一型材。

该母材可为一板材，为了加强该板材的强度，需要在该板材上焊接多根型材，例如，如图6所示，该母材为甲板分片40，该甲板分片40的长度l为11.090m，宽度w为11.075m，根据该甲板分片40的用途和尺寸，计算出沿该甲板分片40的宽度方向需布置12根型材30，型材30之间的间距d为875mm。该型材30通常为球扁钢。

根据母材的实际用途，在计算出型材在母材上的间距后，对甲板分片40进行画线，因该甲板分片40采用的反造的形式，最好在该甲板分片40完成拼板后再进行划线。

s2:沿划线布置至少一定位装配装置，定位装配装置包括第一定位装置和第二定位装置。

沿划线布置定位装配装置的数量根据型材的长度而定。

上述甲板分片40的长度为11.090m，型材30的长度与甲板分片40的长度大致相同，因此，根据计算，沿该型材30的长度方向布置三个定位装配装置即可，分别位于甲板分片40的艏部、中部和艉部。

s3:沿甲板分片40划线的一侧布置定位装配装置的第一定位装置，该第一定位装置为上述所述的第一定位装置10，如图1a所示，其包括第一支架11以及与该第一支架相连而能够将该第一支架11固定在母材上方的吸盘12，该第一支架11上具有至少一定位面，使定位面与划线平齐。

如图1a所示，第一定位装置10包括至少两个固定在第一支架11上的导向板114和导向板115，导向板114和导向板115各具有一定位面，两个导向板的定位面位于同一垂直面的不同高度，用于以匹配定位不同高度的型材。

s4：启动第一定位装置10的吸盘12使吸盘12工作，第一定位装置10通过吸盘12吸附在甲板分片40上。

沿画线的长度方向逐一布置完三个第一定位装置10后，对吸盘12进行通电，使三个第一定位装置10吸附在甲板分片40的对应位置上。

s5:沿甲板分片40划线的另一侧布置定位装配装置的第二定位装置，第一定位装置10和第二定位装置相对设置且一一对应，该第二定位装置为上述所述的第二定位装置20，如图1a所示，该第二定位装置20包括第二支架21以及与该第二支架21相连而能够将第二支架21固定在母材上的吸盘22，该第二支架21上具有至少一弹性压块214，该弹性压块214具有至少一导向斜面。

其中，第一定位装置10和第二定位装置相对设置且一一对应，指的是，每一第一定位装置10的对面布设一第二定位装置20，使得第一定位装置10和第二定位装置20成对设置，以起到夹紧型材的功能。

如图1a所示，该第二支架21包括底座213和支撑架212，底座213固定在第二定位装置20的吸盘22上，支撑架212固定在底座213上，弹性压块214的底部与底座213接触，且弹性压块214固定在支撑架212上。

该弹性压块214的顶部还设有一防止弹性压块214翻转的上导向板217，该上导向板217和底座213共同作用以对弹性压块214在移动时进行水平方向的导向。

结合图4所示，弹性压块214包括导向块2140和与导向块2140相连的弹性件2143，导向块2140上设有导向斜面2141e和竖直的夹紧面2141d，该导向斜面2141e上设有至少两个导向圆弧用以引导型材滑落至预设的位置，弹性件2143的一端固定在支撑架212上，弹性件2143的另一端固定在导向块2140上。

如图4所示，该导向斜面2141e包括两个导向圆弧，分别为第一导向圆弧2141a和第二导向圆弧2141c，该导向斜面2141e还包括连接在第一导向圆弧2141a和第二导向圆弧2141c之间的倾斜面2141b。

在布置第二定位装置20时，调整弹簧压块214的位置，使弹簧压块214在弹力的作用下能够抵接到第一定位装置10的其中一定位面。

s6:启动第二定位装置20的吸盘22使吸盘22工作，第二定位装置20通过吸盘22吸附在甲板分片40上。

当弹簧压块214位置调整适当时，对吸盘进行通电，使第二定位装置20吸附在甲板分片40上且位于第一定位装置10的对面。

上述启动吸盘的时间是可选的，亦即可，布置完一个第二定位装置（或第一定位装置）时启动一个，也可待所有第二定位装置（或第一定位装置）布置完毕后，在逐一启动。

s7:用吊装设备吊起型材30，将型材30落向甲板分片40的划线处，并在第一定位装置10的定位面和第二定位装置20的导向斜面2141e的导向作用下，型材30落入至第一定位装置10和第二定位装置20之间，第一支架11上的定位面接触型材30的一侧，第二支架21上的弹性压块214弹性接触型材30的另一侧，使得型材30夹紧定位在第一定位装置10和第二定位装置20之间。

该第一定位装置10的定位面的高度大于等于第二定位装置20的弹性压块的高度，用以匹配不同类型的型材。

因该第二定位装置20的高度较低，因此，当用吊装设备吊起型材30时，先调整好型材30的朝向位置，使型材30的平面侧朝向第一定位装置10，含有球头或面板的面板侧朝向第二定位装置20。

当吊装的型材30落向甲板分片40的划线处时，型材30先接触到导向块2140的第一个导向圆弧2141a，在型材重力的作用下，型材30沿倾斜面2141b和第二导向圆弧2141c滑下，并滑向导向块2140的夹紧面2141d，在弹性压块214的弹簧压力作用下，型材30被夹紧在导向块2140的夹紧面2141d和导向板114、导向板115之间。

由于吊装过程中型材30并不是完全垂直，如图7所示，型材30与导向板115并不平行，而是有一定的倾斜，但当型材30逐步向下落的过程中，如图8所示，先是型材30的平面侧的上部与上方的导向板115接触，下部与导向块2140接触，然后在下落过程中，对导向块2140产生垂直向下的分力和向型材30面板侧的水平分力。垂直向下的分力使型材30下落，在导向板115和导向板114的导向作用，型材30会被逐步扶正，而型材30对导向块2140产生的水平分力会压缩弹性件2143，使导向块2140与下方的导向板114分离并产生间隙，最终使型材30的下部落至甲板分片40上，并在弹性件2143的作用下型材30被夹紧在导向块2140的夹紧面2141d和导向板114、导向板115之间，如图9所示。

s8:对型材30进行点焊，使型材30固定在甲板分片40上。

在型材30完成定位之后，对型材30进行点焊定位并固定。

完成点焊固定后，将吸盘12和吸盘22断电，取下第一定位装置10和第二定位装置20，并进入下一根型材30的装配，直至完成甲板分片40上所有型材的装配。

本发明的定位装配装置通过吸盘将第一定位装置和第二定位装置固定在母材上，并在第一定位装置的定位面和第二定位装置导向斜面的作用下，使得型材落入至该第一定位装置和第二定位装置之间，并实现对型材的自动定位，由于本发明的定位装配装置可在型材下落之前预先进行定位，而不需人员在吊机下进行操作，消除了现有技术存在的人员的安全隐患。且该定位装配装置能真正起到夹紧的作用，并保证装配精度。

本发明定位装配装置适用性强，可重复利用，大量节约成本，提高生产效率。

本发明采用电磁吸盘，该吸盘的吸力大，夹紧和固定效果好。

本发明采用导向板和导向斜面，实现了定位装配装置与型材的无缝固定，并且定位精度高。

此外，本发明的第一定位装置采用两个以上的导向板，可使用不同高度的型材的定位，适用范围广。

本发明的定位装配装置由于采用定位板和导向块，使得在装配型材时，对型材具有自动扶正的功能，有利于生产的自动化及效率的提高。

此外，本发明的定位装配装置的装配方法容易操作，推广性强，有利于全面提高生产效率。并且能够达到较高的装配精度。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。