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专利号: 2018116215571
申请人: 上海理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于本方法包括如下步骤:步骤一、通过焊装夹具将车身来料零件进行夹紧,并采集所有来料零件的制造偏差数据;

步骤二、对夹紧于焊装夹具上的来料零件进行离空现象判断,若来料零件间未产生离空,则由弧焊机器人对目标焊缝进行自动焊接,反之表示该来料零件相较于其标准值存在较大偏差,从而导致产生离空;

步骤三、根据采集的来料零件制造偏差数据,通过敏感度矩阵计算得到焊接后装配体焊缝位置的回弹变形量;

步骤四、若回弹变形量满足设计公差要求,则使用辅助工装夹具对来料零件进行夹紧,并根据来料零件制造偏差数据和辅助工装夹具定位误差对辅助工装夹具的夹头夹紧力和法向位移量进行优化计算,通过调节辅助工装夹具的液压伸缩缸伸缩量控制夹头调整夹具偏差补偿量及焊缝位置,消除来料零件离空,由弧焊机器人对目标焊缝进行自动焊接,否则来料零件返工或报废。

2.根据权利要求1所述的协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于:所述步骤三中,回弹变形量按下式计算得到:Vw=S×Vu             (1)

其中,Vw为焊接后装配体焊缝位置的回弹变形量,Vu为存在离空的来料零件的制造偏差,S为来料零件制造偏差与焊接后装配体焊缝位置回弹变形量的敏感度矩阵。

3.根据权利要求1或2所述的协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于:所述回弹变形量按如下方式判断:设来料零件制造偏差为Vu,其刚度矩阵为Ku,辅助工装夹具将其进行夹紧,并将焊缝夹头位置处消除离空的夹紧力为Fu,由有限元分析可知,三者间存在如下关系:Fu=Ku×Vu            (2)

假设对焊缝进行焊接后,装配体焊缝位置的回弹变形量为Vw,由有限元分析可知,装配体焊接力Fw和焊接后装配体的刚度矩阵Kw以及焊接后装配体焊缝位置的回弹变形量Vw存在如下关系:Fw=Kw×Vw            (3)

通过简单力学分析可知,施加在来料零件上的夹紧力与夹具释放后的回弹力是相同的力,即Fu=Fw,根据式(2)和式(3),可得来料零件制造偏差与焊接后装配体焊缝位置的回弹变形量间的线性关系:Vw=Ku×Vu/Kw=S×Vu     (4)

其中,S为来料零件制造偏差与焊接后装配体焊缝位置回弹变形量的敏感度矩阵。

4.根据权利要求3所述的协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于:所述敏感度矩阵采用影响系数法和有限元分析获得,包括如下步骤:(1)在来料零件第i个偏差源上施加与其变形方向一致的单位力,根据有限元分析获得T来料零件上所有偏差源的变形响应,变形响应的位移偏差用向量{c1i,c2i,...cmi}表示,若在第i个偏差源上施加的力为Fui时,根据来料零件变形的线弹性假设,对应的装配偏差源上的变形表示为:T

设m个偏差源处施加的力向量用{Fu1,Fu2,...Fum}表示,则m个偏差源处的偏差变化大小表示为:其中,[V]表示偏差源上的位移变形向量,C表示影响系数法矩阵;

(2)对式(6)中矩阵[C]求逆,得到来料零件上施加力向量与偏差源节点上位移变形之间的关系:{Fu}=[C]-1×[V]=[K]×[V]                    (7)其中,[K]表示刚度矩阵,每列的具体数值代表偏差源处产生单位位移时各偏差源上所要施加的力;

(3)根据式(7)获得在第i个偏差源处发生单位位移时所需的力的大小,设辅助工装夹具释放后的回弹力和来料零件在夹具上定位时的夹紧力相等,再次进行装配偏差的有限元分析,获得装配体在各偏差源处单位变形时所有关系测点位置上的位移变化大小,即装配体的回弹变形量;第i个偏差源单位位移时装配体上测点的回弹变形表示为:其中,n表示装配体上所有测点的数目,而对于偏差源处非单位位移情况,装配偏差和来料零件偏差源之间的线性关系表达为:其中,[S]为偏差源向量与装配偏差向量之间的敏感度矩阵,该矩阵中Sji表示第j个测点偏差对第i个偏差源的敏感度系数;判断焊接后装配体焊缝位置的回弹变形量{Vw}是否满足设计公差要求,满足要求则采用辅助工装夹具夹紧来料零件,由弧焊机器人进行自动焊接。

5.根据权利要求4所述的协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于:所述步骤四中,夹具偏差补偿量在约束条件下,按焊缝各节点位置偏差平方和最小为目标函数进行优化,即满足下式:其中,i=1,2,...n为焊缝节点,Wi为焊缝节点的位置偏差。

6.根据权利要求5所述的协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于:对所述夹具偏差补偿量进行优化,其包括如下步骤:(1)、设最优夹具偏差补偿量为Ut,该值为辅助工装夹具液压伸缩缸的伸缩量,通过液压伸缩缸伸缩量弥补辅助工装夹具的偏差,调整焊缝位置,确保弧焊机器人成功焊接,最优夹具偏差补偿量Ut存在如下关系式:Ut=U1+U2                      (11)其中,U1为夹具定位误差偏差源数据,U2为来料零件偏差补偿量,在约束条件下,焊缝各节点位置偏差平方和最小为目标函数进行优化,得到最优辅助夹头夹紧力F0,约束条件包括辅助夹头夹紧力大小、夹头法向位移量、焊缝各节点位置偏差满足焊接工艺要求;

(2)、根据式(2),将最优辅助夹头夹紧力F0代入式(2),求得焊缝夹头位置处零件偏差值V0,即为来料零件偏差补偿量U2,最终得到最优夹具偏差补偿量Ut。

7.根据权利要求6所述的协助机器人自动化弧焊的车身辅助夹紧方法,其特征在于:所述辅助工装夹具中液压伸缩缸为执行机构,将液压伸缩缸的伸缩量x等同于辅助夹头的法向位移量,即最优夹具偏差补偿量Ut,建立夹紧力与液压伸缩缸伸缩量的定量模型:Fu=q×x                          (12)其中,Fu为夹具夹头夹紧力,q为系数,x为液压伸缩缸的伸缩量,即焊缝位置调整通过夹具夹头夹紧力实现。