一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台的制作方法

本发明属于汽车零部件焊接加工，具体涉及一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台。

背景技术：

1、汽车零部件的自动化焊接流水线中，钢架平台作为焊接机器人和工装夹具的基础承载结构，其几何精度和结构稳定性直接影响焊缝跟踪精度与焊接质量一致性。随着汽车轻量化设计的推进和焊接工艺精度的提高，流水线钢架平台需承受的载荷工况更加复杂，对其承载稳定性提出了更高的要求。

2、现有的焊接流水线所采用的钢架平台，多基于静态刚度思路开展结构设计，主要通过增大钢架截面规格、加密立柱排布、增加平台面板厚度等方式，使平台具备抵抗焊接过程各类载荷的静态刚度。但该类静态刚度设计方案在实际应用中仍存在一定局限：焊接机器人跨工位移动作业时，集中载荷作用位置随作业进程发生改变，会造成平台不同区域产生程度不一的局部动态变形，静态刚度设计无法适配载荷的动态变化，进而对焊缝跟踪精度与焊接质量一致性带来不利影响；同时，不同车型零部件的重量、外形尺寸及焊接工艺参数存在差异，对平台刚度的实际需求并不统一，固定刚度的平台结构难以适配多变工况，易出现刚度偏大造成材料消耗增加，或刚度偏小影响焊接加工精度的情况；此外，焊接作业过程产生的热应力、机械振动等扰动因素，会进一步加大平台的形变波动，现有平台结构未设置针对该类扰动的主动调控结构。

3、现有技术中，已有部分研究在焊接平台配置主动抑振机构，或借助工装夹具施加弹性反变形以控制工件焊接变形，也有相关方案在航空领域焊接实验台应用主动柔顺装夹系统。上述技术手段主要针对焊接工件本体或者焊接工艺过程实现局部调节控制，并未对钢架平台自身的结构刚度开展动态主动补偿，上述方案仍无法从承载基础层面解决平台动态形变带来的精度问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，用以解决上述背景技术中的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，包括钢架平台主体，所述钢架平台主体上设置有主动刚度补偿系统；

4、所述主动刚度补偿系统包括形变感知子系统、中央控制子系统和刚度调控子系统；

5、所述形变感知子系统包括分布式设置于钢架平台主体各区域的形变传感器阵列；所述形变传感器阵列采集钢架平台主体的实时形变数据；

6、所述刚度调控子系统包括分布式设置于钢架平台主体各区域的多个可控刚度调节单元，各可控刚度调节单元与钢架平台主体的结构梁耦合连接；所述可控刚度调节单元调节对应区域的支撑刚度；

7、所述中央控制子系统分别与形变感知子系统和刚度调控子系统连接；所述中央控制子系统基于实时形变数据构建所述钢架平台主体的当前形变状态；根据构建的当前形变状态计算各可控刚度调节单元的目标刚度值；并根据各可控刚度调节单元的目标刚度值与实际刚度值的偏差向对应的可控刚度调节单元输出控制指令；以驱动各可控刚度调节单元独立调节对应区域的支撑刚度。

8、进一步的，所述形变传感器阵列为光纤光栅应变传感器阵列，各光纤光栅应变传感器通过光纤串联或并联组网，沿钢架平台主体的主梁或平台面板的纵横方向分布式布置。

9、进一步的，所述可控刚度调节单元为液压腔式，包括密封腔体，密封腔体内设置有活塞组件，密封腔体与液压管路连通，所述可控刚度调节单元通过液压管路调节密封腔体内的液压压力以改变输出刚度。

10、进一步的，所述可控刚度调节单元为电磁式，包括电磁线圈和磁流变弹性体；所述磁流变弹性体设置于电磁线圈产生的磁场中。

11、进一步的，所述钢架平台主体的当前形变状态，按照以下公式计算：

12、

13、其中，为平台面板在坐标处的形变位移量，为第i个传感器位置的形函数，为第i个传感器采集的应变值，为传感器总数。

14、进一步的，所述计算各可控刚度调节单元的目标刚度值，按照以下公式计算：

15、

16、其中，为可控刚度调节单元的目标刚度值， 为可控刚度调节单元的初始刚度值，为第个可控刚度调节单元所对应区域的形变位移量，为各区域形变位移量中的最大值，为第个可控刚度调节单元所对应区域的当前载荷值，为刚度补偿系数，为一个预设的正极小常量。

17、进一步的，所述各可控刚度调节单元的调节方式具体为：

18、

19、其中，为中央控制子系统在时间输出的控制量，为在时间的刚度偏差量，，为在时间的目标刚度值，为在时间的实际刚度值，为增益系数。

20、进一步的，所述中央控制子系统还与流水线流转系统的控制端以及焊接机器人的控制端通信连接，中央控制子系统根据流水线流转系统中流转小车的位置信号以及焊接机器人的当前作业位置信号，向对应的可控刚度调节单元输出预调节指令。

21、进一步的，所述钢架平台主体由多个钢架平台单元沿流水线方向依次拼接而成，各相邻钢架平台单元之间可拆卸连接，每个钢架平台单元分别设置有主动刚度补偿子系统，各主动刚度补偿子系统分别与中央控制子系统连接。

22、进一步的，所述主动刚度补偿系统还包括设置于钢架平台主体上的基准参考梁，所述基准参考梁与钢架平台主体的承载结构之间设置有隔振元件，所述形变感知子系统的参考传感器设置于基准参考梁上。

23、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

24、1.本发明通过形变感知子系统实时采集平台各区域的形变数据，中央控制子系统基于实时形变数据构建当前形变状态并计算各可控刚度调节单元的目标刚度值，刚度调控子系统根据目标刚度值与实际刚度值的偏差独立调节各区域支撑刚度，三者构成闭环主动补偿架构，使钢架平台能够响应焊接过程中载荷的动态变化并调节各区域刚度，克服了静态刚度设计对动态载荷适应性不足的问题；

25、2.通过形函数插值与正则化补偿项相结合的形变重构算法，将离散传感器应变数据转换为连续位移场，通过刚度补偿系数和增益系数的取值，使公式中各参数均具有明确的物理来源和确定方法，减少了经验参数的设定，有利于提高刚度分配的准确性和控制律的稳定性，从而在平台自重不显著增加的前提下降低焊接过程中的平台形变量；

26、3.通过中央控制子系统与流转小车及焊接机器人的信号联动实现载荷预调节，通过多个钢架平台单元的可拆卸拼接实现流水线长度的扩展，通过设置与承载结构隔离的基准参考梁降低温度漂移和外界振动对形变测量精度的影响，有利于提高流水线的响应速度、扩展能力和测量精度。

1.一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，包括钢架平台主体，其特征在于：所述钢架平台主体上设置有主动刚度补偿系统；

2.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述形变传感器阵列为光纤光栅应变传感器阵列，各光纤光栅应变传感器通过光纤串联或并联组网，沿钢架平台主体的主梁或平台面板的纵横方向分布式布置。

3.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述可控刚度调节单元为液压腔式，包括密封腔体，密封腔体内设置有活塞组件，密封腔体与液压管路连通，所述可控刚度调节单元通过液压管路调节密封腔体内的液压压力以改变输出刚度。

4.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述可控刚度调节单元为电磁式，包括电磁线圈和磁流变弹性体；所述磁流变弹性体设置于电磁线圈产生的磁场中。

5.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述钢架平台主体的当前形变状态，按照以下公式计算：

6.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述计算各可控刚度调节单元的目标刚度值，按照以下公式计算：

7.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述各可控刚度调节单元的调节方式具体为：

8.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述中央控制子系统还与流水线流转系统的控制端以及焊接机器人的控制端通信连接，中央控制子系统根据流水线流转系统中流转小车的位置信号以及焊接机器人的当前作业位置信号，向对应的可控刚度调节单元输出预调节指令。

9.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述钢架平台主体由多个钢架平台单元沿流水线方向依次拼接而成，各相邻钢架平台单元之间可拆卸连接，每个钢架平台单元分别设置有主动刚度补偿子系统，各主动刚度补偿子系统分别与中央控制子系统连接。

10.如权利要求1所述的一种多功能汽车零部件焊接流水线钢架平台，其特征在于：所述主动刚度补偿系统还包括设置于钢架平台主体上的基准参考梁，所述基准参考梁与钢架平台主体的承载结构之间设置有隔振元件，所述形变感知子系统的参考传感器设置于基准参考梁上。