[发明专利]基于多工位装配夹具补偿的柔性件装配尺寸偏差控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助制造技术，尤其是一种柔性件多工位装配偏差控制方法，具体是一种基于多工位装配夹具补偿的柔性件装配尺寸偏差控制方法。

背景技术

柔性零件由于其自身具有可变形及回弹特性，在装配过程中可以通过变形克服由于误差产生的间隙和干涉，但是装配件会发生变形和产生装配应力。在实际工程中，复杂产品往往需要在多个工位上装配而成。转换工位时，装配偏差会随工位的推进而传递，并逐渐累积，同时还会因定位基准的转换而产生重定位偏差。在多工位装配中，尺寸偏差过大常导致配合间隙不均匀、装配协调性较差等问题，最终影响产品质量。因此，需要运用有效的方法减小柔性件多工位装配偏差，提高产品质量，降低制造成本。

通过研究装配过程中偏差的传递与累积，一些减小偏差影响的方法已经被广泛使用，用来减小尺寸偏差对于最终装配产品质量的负面影响，改善产品质量。其中，最普遍的方法是稳健性设计，其在产品设计阶段发挥作用，并尽可能降低产品质量对于偏差的敏感度和生产阶段的干扰。另一种方法是采用统计过程质量控制(SPC)检测生产过程中的均值漂移和偏差变化，需要运用纠正或调整措施将过程恢复到正常的运行条件。然而，稳健性设计只能降低偏差的影响，不能直接提高质量；统计过程控制具有滞后性，且不能提供自动控制尺寸偏差的系统方法。统计过程控制(SPC)需要大量样本来确定误差源，所以不能在逐件装配中补偿误差。上述这两种方法都不能在装配过程中即时减小误差。

1996年，Nguyen和Mills改善了自动、稳健的无夹具装配元件，采用多种控制器，把零部件的力学模型与力传感器读数相结合，用来将金属薄板件精确定位到名义位置。然而，它不能通过更改零部件位置(非名义位置)来补偿最终装配体的关键产品特征偏差，从而控制零部件的尺寸偏差。2006年，Hu和Camelio采用了控制零部件误差的方法解决柔性件装配过程中的尺寸偏差问题，提出了一种用于控制输入零部件误差的自适应控制框架，由预装配测量和优化两部分组成，用来决定最优控制行为，使组装后的关键产品特征(KPC)偏差最小。然而，他们只给出了这种启发式方法的概念性框架，并没有涉及如何实施偏差补偿的方法；而且没有考虑该方法的适用范围，只能短时间内勉强用于决定实际装配过程中的控制行为，该控制过程若用于实时在线控制，需要一个高效的离线算法获得误差与控制行为之间的关系。2007年Lzquierdo等提出了一种面向单工位装配的实际反馈控制方法，可以实时减小线性装配系统的偏差。2012年，Xie提出一种用于柔性薄板件装配的逐件控制误差补偿方法，以改善装配偏差质量。该方法包含离线控制模块，考虑零件间的接触和摩擦，采用仿真模型决定控制行为，使得装配体的KPC偏差最小。但是基于有限元仿真的方法，需要针对每个装配件建立仿真模型，在实时性和用于生产控制的可行性方面存在较大局限；并且未考虑多工位装配模式下如何实现装配偏差的连续控制。

因此，建立一种适用于柔性件多工位装配过程的适应性控制方法，通过在定位或重定位环节实施夹具补偿的方式来减小装配偏差，将有助于科学、准确地减小柔性件多工位装配中的装配偏差，具有工程应用价值。

发明内容

本发明的目的针对柔性件多工位装配偏差的适应性控制差的问题，发明一种基于多工位装配夹具补偿的柔性件装配尺寸偏差控制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于多工位装配夹具补偿的柔性件装配尺寸偏差控制方法，其特征在于：首先，在柔性件多工位装配过程，逐工位的预测、补偿装配偏差，并使参与夹具补偿的夹具定位点位置在一定范围内能法向调节；其次，以控制理论中状态空间法为基础，在柔性件多工位装配的定位或重定位环节中加入夹具补偿系统进行偏差数据采集、补偿方案优化和补偿实施，以减小即将进行装配的工位上的装配偏差。也就是说，本发明以定位点法向可调夹具为装配设备，在柔性件多工位装配的定位或重定位环节中，采用调节后续工位的夹具定位点法向补偿量的方法来减小该工位装配件的法向偏差，从而减小最终装配件的偏差。用于柔性件多工位装配的夹具补偿系统包括偏差数据采集、补偿方案决策、补偿实施三个模块，可以通过以下技术路线来实现：

1.偏差数据采集