一种生产线高性能连接工艺自适应控制系统及方法与流程

本发明涉及汽车制造与先进材料连接，特别是涉及一种生产线高性能连接工艺自适应控制系统、方法。

背景技术：

1、目前，汽车白车身生产线中的自冲铆接（spr）工艺普遍采用“固定压边力＋固定行程”的开环或半开环控制模式。工艺工程师基于首件试制标定一套标称参数，在同一批次生产中直接复用，铆接工位本身不具备针对来料逐件波动的在线辨识与补偿能力。随着高强钢、铝合金及复合材料在混合车身中的广泛使用，上游冲压、拉延、修边等工序导致板件边缘出现波浪边、回弹间隙、塌角等几何缺陷，且不同批次来料及模具磨损程度差异显著；同时，材料加工硬化程度的随机变化进一步加剧了铆接工况的不确定性。

2、现有产线中，力传感器与位移编码器仅用于铆后nok/ok质量判定，无法在铆接前主动获取板件的真实贴合状态，也无法在毫秒级窗口内区分几何因素与材料因素对刚度的贡献。部分方案引入视觉检测，但仅限于铆后外观检查或铆前几何形貌提取，无法穿透表面获取材料内部硬化状态，因而对“间隙偏小”与“材料预硬化”所致的刚度差异产生方向性误判，导致压边力或行程调节失当，引发板间间隙、表面压痕、铆钉穿透等质量缺陷。此外，面对混合车身多材料交替流转的工况，产线需维护数百套参数配方，换型调试时间长、整线节拍受限。

3、综上所述，现有spr控制技术缺乏对来料几何—材料状态的全域主动感知、解耦与自适应决策能力，亟需一种能在铆接前主动感知板件变形与硬化程度、实现几何—材料解耦并据此自适应调整压边力及伺服参数的闭环控制系统与方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明提出了一种生产线高性能连接工艺自适应控制系统，通过集成3d视觉传感器、负荷传感器和绝对值编码器构建多模态感知架构，由计算中枢根据视觉数据生成纯几何特征向量、根据力-位移数据生成真实动态刚度响应，将纯几何特征向量作为独立观测值进行反演解算以分离几何贡献和材料硬化贡献，并根据两者构建工况异常度指数，基于该指数加权融合视觉补偿分量和力学补偿分量以输出目标压边力；伺服执行控制器接收工况异常度指数和目标压边力后将铆接全行程划分为多个阶段执行分段差异化控制。本发明实现了自冲铆接过程中几何因素与材料因素的物理解耦与自适应补偿，解决了现有技术因参数固化与来料波动导致的连接质量离散和产线停线调试问题。

3、本发明的另一个目的在于提出一种生产线高性能连接工艺自适应控制方法。

4、为达上述目的，本发明一方面提出一种生产线高性能连接工艺自适应控制系统，包括：

5、伺服驱动压边圈；

6、感知组件，包括安装于所述伺服驱动压边圈前端的3d视觉传感器、以及安装于所述伺服驱动压边圈上的负荷传感器和绝对值编码器；

7、计算中枢，与所述感知组件通信连接；

8、伺服执行控制器，分别与所述计算中枢和所述伺服驱动压边圈控制连接；

9、所述3d视觉传感器获取待铆接区域的图像及点云数据并发送至所述计算中枢；

10、所述计算中枢根据所述图像及点云数据生成纯几何特征向量，根据所述负荷传感器和所述绝对值编码器在探测脉冲加载过程中采集的力-位移数据生成真实动态刚度响应，将纯几何特征向量作为独立观测值进行反演解算以分离几何贡献和材料硬化贡献，并根据纯几何特征向量与真实动态刚度响应构建工况异常度指数，基于工况异常度指数加权融合视觉补偿分量和力学补偿分量以输出目标压边力；

11、所述伺服执行控制器接收工况异常度指数和目标压边力，将铆接全行程划分为多个阶段以执行分段控制：在穿刺阶段基于工况异常度指数给定穿刺速度且以目标压边力锁定压边力，在镦粗阶段根据工况异常度指数选择性地插入保压停顿，在保压阶段基于工况异常度指数给定保压时长。

12、本发明实施例的一种生产线高性能连接工艺自适应控制系统还可以具有以下附加技术特征：

13、在本发明的一个实施例中，所述计算中枢根据所述图像及点云数据生成纯几何特征向量，包括：所述计算中枢内置的目标检测网络接收二维图像数据作为输入，经目标检测推理后输出界定铆接区域的感兴趣区域坐标；所述计算中枢依据感兴趣区域坐标对三维点云数据进行空间裁剪与配准，生成表征局部表面形貌的高程图作为中间输出；将所述高程图输入内置的特征回归网络进行前向推理，由所述特征回归网络输出纯几何特征向量；纯几何特征向量的各分量分别用于量化表征当前铆接区域板件的波浪边高度、塌角深度及面外翘曲量。

14、在本发明的一个实施例中，所述计算中枢根据所述力-位移数据生成真实动态刚度响应，包括：所述计算中枢内置的刚度提取模块接收所述负荷传感器与所述绝对值编码器在探测脉冲加载全程同步采集的力-位移时域响应数据作为输入；所述刚度提取模块对所述力-位移时域响应数据依次执行带通滤波处理和线性回归拟合，提取脉冲加载段的斜率作为系统级测量刚度输出；所述刚度提取模块根据当前铆接点位的空间坐标查询预标定的设备刚度映射表以获得相应铆接点位下的设备刚度，并根据串联刚度解耦如下公式，对系统级测量刚度进行设备柔度扣除处理：

15、

16、以输出板件侧的真实动态刚度响应。

17、在本发明的一个实施例中，所述计算中枢将纯几何特征向量作为独立观测值进行反演解算以分离几何贡献和材料硬化贡献，包括：所述计算中枢内置的解耦融合模块分别接收纯几何特征向量和真实动态刚度响应作为双路输入；所述解耦融合模块将纯几何特征向量作为几何分量的独立观测值，代入预构建的复合响应模型中进行反演解算：

18、

19、所述复合响应模型将真实动态刚度响应表征为几何贡献分量与材料硬化贡献分量的叠加；经反演解算后，所述解耦融合模块输出分离后的几何贡献分量和材料硬化贡献分量。

20、在本发明的一个实施例中，所述计算中枢根据纯几何特征向量与真实动态刚度响应构建工况异常度指数，包括：所述计算中枢内置的解耦融合模块接收纯几何特征向量和真实动态刚度响应作为输入；所述解耦融合模块对纯几何特征向量进行归一化处理得到几何归一化比值，对真实动态刚度响应相对于标称参考刚度的偏移量进行归一化处理得到刚度归一化比值；所述解耦融合模块根据如下公式计算输出工况异常度指数：

21、

22、其中，为预设的许用变形阈值，为板材标称参考刚度，为预设的非线性敏感度指数，为满足的预设权重系数。

23、在本发明的一个实施例中，所述计算中枢基于工况异常度指数加权融合视觉补偿分量和力学补偿分量以输出目标压边力，包括：所述计算中枢内置的解耦融合模块接收工况异常度指数作为输入；所述解耦融合模块通过如下sigmoid函数对工况异常度指数进行非线性变换，平滑输出力学信任权重和视觉信任权重：

24、

25、

26、其中，为预设的临界阈值，为预设的sigmoid陡峭系数，和分别为力学信任权重的下限值和上限值；

27、所述解耦融合模块根据如下公式计算视觉补偿分量：

28、

29、其中，为预设的视觉补偿增益，为预设的第一非线性指数，为预设的标称基准压边力；

30、所述解耦融合模块根据如下公式计算力学补偿分量：

31、

32、其中，为预设的力学补偿增益，为预设的第二非线性指数；

33、所述解耦融合模块根据如下加权融合公式计算输出目标压边力：

34、

35、在本发明的一个实施例中，所述伺服执行控制器在穿刺阶段基于工况异常度指数给定穿刺速度，包括：所述伺服执行控制器接收工况异常度指数和预设的基准穿刺速度作为输入；所述伺服执行控制器根据如下公式动态计算穿刺速度：

36、

37、其中，为预设的速度调节系数；所述伺服执行控制器将计算得到的穿刺速度输出至所述伺服驱动压边圈，并以目标压边力锁定压边力。

38、在本发明的一个实施例中，所述伺服执行控制器在镦粗阶段根据工况异常度指数选择性地插入保压停顿，包括：所述伺服执行控制器接收工况异常度指数和预设的临界阈值作为输入；所述伺服执行控制器将工况异常度指数与所述临界阈值进行实时数值比较：当时，所述伺服执行控制器在镦粗段的行程中自动插入具有50ms至200ms预设时长的中间保压停顿；当时，不插入中间保压停顿。

39、在本发明的一个实施例中，所述伺服执行控制器在保压阶段基于工况异常度指数给定保压时长，包括：所述伺服执行控制器接收工况异常度指数和预设的基准保压时长作为输入；所述伺服执行控制器根据如下公式动态计算保压时长：

40、

41、其中，为预设的异常工况延长因子；所述伺服执行控制器将计算得到的保压时长输出至所述伺服驱动压边圈，并在保压结束后执行50ms至100ms的渐进式线性卸载。

42、为达上述目的，本发明另一方面提出一种生产线高性能连接工艺自适应控制方法，包括：

43、获取待铆接区域的视觉数据并生成纯几何特征向量；

44、执行探测脉冲加载并提取真实动态刚度响应；

45、将纯几何特征向量作为独立观测值进行反演解算以分离几何贡献和材料硬化贡献，根据纯几何特征向量与真实动态刚度响应构建工况异常度指数，基于工况异常度指数融合视觉补偿和力学补偿后输出目标压边力；

46、根据工况异常度指数和目标压边力执行分段铆接控制：在穿刺阶段根据工况异常度指数给定穿刺速度并以目标压边力锁定压边力，在镦粗阶段根据工况异常度指数选择性地插入保压停顿，在保压阶段根据工况异常度指数给定保压时长。

47、本发明实施例的一种生产线高性能连接工艺自适应控制系统及方法，通过3d视觉传感器、负荷传感器和绝对值编码器构建“视觉外观+物理反力”的双重感知协同感知体系，突破了传统spr铆枪依赖预设力-位移的控制局限；首次提出将视觉提取的纯几何特征向量作为独立观测值，代入动态刚度复合响应模型中进行反演解算，从而将几何贴合状态与材料加工硬化贡献分离，解决了传统方法中几何因素与材料因素混同导致的补偿误判难题，使每个补偿决策都具有明确的物理可解释性；在此基础上，将铆接全行程划分为空行程段、穿刺段、镦粗段和终铆保压段，穿刺速度按工况异常度指数降速以降低冲击应力峰值，镦粗段在工况异常度指数超过临界阈值时自动插入中间保压以利用应力松弛降低底层板径向拉应力，终铆保压时长动态延长以充分释放弹性应变能，实现全过程的自适应调控。本发明有效解决了现有技术因参数固化与来料波动导致的连接质量离散和产线停线调试问题，显著提升了自冲铆接工艺在不同来料工况下的适应性和连接质量一致性。

48、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。