薄壁鋁合金導(dǎo)管數(shù)字化裝配及焊接偏差主動補償.pdf

1、導(dǎo)管是航空飛機上最關(guān)鍵的組成部件之一。目前，國內(nèi)航空飛機焊接類導(dǎo)管的制造主要采用手工鎢極氬弧焊，焊接工作強度大、質(zhì)量不穩(wěn)定，無法滿足導(dǎo)管CAD/CAM數(shù)字化制造的需求。針對航空導(dǎo)管制造的落后現(xiàn)狀，本文旨在建立一套導(dǎo)管數(shù)字化裝配及焊接試驗系統(tǒng)，對系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)如導(dǎo)管與法蘭裝配偏差的補償、導(dǎo)管焊接熱變形偏差的補償?shù)确矫娴膬?nèi)容進行研究。
　　首先，針對導(dǎo)管形狀復(fù)雜多變、壁厚薄的難點，建立了一套通用的、適應(yīng)導(dǎo)管不同空間走向的柔性數(shù)字化裝

2、配及焊接試驗系統(tǒng)。主要功能包括：a)導(dǎo)管的柔性定位與裝卡；b)導(dǎo)管與法蘭的自動裝配偏差補償；c)導(dǎo)管與法蘭焊接熱變形偏差的實時補償。
　　通過輔助的三坐標儀坐標系，建立了包括傳感器坐標系、三坐標儀坐標系、機器人基坐標系、機器人工具坐標系在內(nèi)的坐標閉式鏈，標定了機器人的手眼關(guān)系。采用四點標定法標定了裝配機器人與焊接機器人基坐標系之間的相對位姿關(guān)系，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)坐標系的統(tǒng)一。
　　從廣義和狹義兩方面分別對數(shù)字化焊接的定義進行了闡

3、述。離線規(guī)劃了裝配機器人和焊接機器人的運動路徑，用于系統(tǒng)中裝配以及焊接任務(wù)的初步執(zhí)行。分析了機器人離線規(guī)劃路徑偏差的產(chǎn)生原因。
　　分析了導(dǎo)管多工序制造過程中，導(dǎo)管尺寸誤差流動的特點及規(guī)律。針對導(dǎo)管多工序制造過程中誤差流動的特殊性，提出了利用導(dǎo)管與法蘭的精確空間位置構(gòu)建導(dǎo)管尺寸偏差的反演模型，通過主動調(diào)整法蘭相對于導(dǎo)管的裝配偏差大小，實現(xiàn)利用一種偏差補償多種偏差的誤差補償思路。
　　提出了通過測量導(dǎo)管與法蘭的相對位置偏差進行

4、導(dǎo)管與法蘭裝配偏差補償?shù)牟呗?。法蘭繞自身坐標系端面軸旋轉(zhuǎn)時，法蘭軸線與導(dǎo)管軸線之間的夾角先減小后增大。利用旋轉(zhuǎn)過程中夾角變化的對稱性，法蘭經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)，其軸線與導(dǎo)管軸線平行，精度在±0.5°范圍內(nèi)。
　　提出了通過激光條紋與導(dǎo)管相對位姿關(guān)系進行裝配偏差補償?shù)牟呗?。結(jié)構(gòu)光條紋與圓柱體相交時，隨著圓柱母線與入射光平面夾角的增大，光平面在圓柱體上的投影逐漸趨近于圓弧。利用這一變化特征，先將光平面調(diào)整到與導(dǎo)管軸線垂直，然后將法蘭調(diào)整到與光

5、平面垂直，完成了導(dǎo)管與法蘭裝配姿態(tài)偏差的調(diào)整，精度在±0.5°~±1.5°范圍內(nèi)。當光平面相對于圓柱體平移時，激光傳感器與圓柱體之間的距離先減小后增大，其最小值點恰好對應(yīng)圓柱體的直徑位置，在直徑兩側(cè)呈軸對稱關(guān)系。利用這一對稱性規(guī)律完成了導(dǎo)管與法蘭位置偏差的調(diào)整，精度在±0.20mm范圍內(nèi)。
　　通過系統(tǒng)中機器人之間的相互位姿關(guān)系，實現(xiàn)了導(dǎo)管數(shù)字化制造過程中模型數(shù)據(jù)的傳遞，減小了后續(xù)焊接機器人規(guī)劃路徑的偏差。提出了一種新穎的基于視覺

6、的導(dǎo)管彎曲成形尺寸偏差離線自動補償算法。當焊槍沿著離線規(guī)劃的橫焊縫路徑運動一周后，利用傳感器采集的焊槍與導(dǎo)管端面焊縫間的橫向及縱向距離，完成了導(dǎo)管彎曲成形尺寸偏差的離線自動補償。補償后，焊槍與焊縫的最大橫向偏差為±0.60mm，最大縱向偏差為±0.64mm。
　　最后，采用Marc數(shù)值模擬軟件模擬了導(dǎo)管焊接熱變形，將熱變形引起的焊接路徑偏差加載到離線規(guī)劃路徑中。在分析結(jié)構(gòu)光前視于焊槍問題的基礎(chǔ)上，將“示教-再現(xiàn)”型機器人開發(fā)為具備