薄壁鋁合金導管數字化裝配及焊接偏差主動補償.pdf

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

2、配及焊接試驗系統(tǒng)。主要功能包括：a)導管的柔性定位與裝卡；b)導管與法蘭的自動裝配偏差補償；c)導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的坐標閉式鏈，標定了機器人的手眼關系。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系，實現(xiàn)了系統(tǒng)內坐標系的統(tǒng)一。
　　從廣義和狹義兩方面分別對數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的初步執(zhí)行。分析了機器人離線規(guī)劃路徑偏差的產生原因。
　　分析了導管多工序制造過程中，導管尺寸誤差流動的特點及規(guī)律。針對導管多工序制造過程中誤差流動的特殊性，提出了利用導管與法蘭的精確空間位置構建導管尺寸偏差的反演模型，通過主動調整法蘭相對于導管的裝配偏差大小，實現(xiàn)利用一種偏差補償多種偏差的誤差補償思路。
　　提出了通過測量導管與法蘭的相對位置偏差進行

4、導管與法蘭裝配偏差補償的策略。法蘭繞自身坐標系端面軸旋轉時，法蘭軸線與導管軸線之間的夾角先減小后增大。利用旋轉過程中夾角變化的對稱性，法蘭經過兩次旋轉，其軸線與導管軸線平行，精度在±0.5°范圍內。
　　提出了通過激光條紋與導管相對位姿關系進行裝配偏差補償的策略。結構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，先將光平面調整到與導管軸線垂直，然后將法蘭調整到與光

5、平面垂直，完成了導管與法蘭裝配姿態(tài)偏差的調整，精度在±0.5°~±1.5°范圍內。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圓柱體的直徑位置，在直徑兩側呈軸對稱關系。利用這一對稱性規(guī)律完成了導管與法蘭位置偏差的調整，精度在±0.20mm范圍內。
　　通過系統(tǒng)中機器人之間的相互位姿關系，實現(xiàn)了導管數字化制造過程中模型數據的傳遞，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管端面焊縫間的橫向及縱向距離，完成了導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數值模擬軟件模擬了導管焊接熱變形，將熱變形引起的焊接路徑偏差加載到離線規(guī)劃路徑中。在分析結構光前視于焊槍問題的基礎上，將“示教-再現(xiàn)”型機器人開發(fā)為具備