CN100484689C - 汽车焊装的模块化自适应调整夹具及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车焊装的模块化自适应调整夹具，包括基台(1)，固定在基台(1)上面的夹紧机构(100)和独立主定位机构(200)，在线实时检测及自适应调整装置(300)，所述在线实时检测及自适应调整装置(300)由步进电机(305)、滑块(308)、直线导轨(309)和传动装置组成，传动装置由步进电机(305)带动，推动推杆(301)和滑块沿直线导轨(309)滑动。本发明具有更大的柔性，通过模块化、标准化、系列化的夹具元件，便于各个组件之间的连接组合，能适应一定范围和类型的不同工件，可以有效减少生产成本，有效控制了工件关键点的精度，提高焊接质量和效率。

Description

汽车焊装的模块化自适应调整夹具及其调整方法

技术领域

本发明属汽车焊装领域，特别是涉及一种模块化自适应调整部件及其调整方法。

背景技术

21世纪汽车制造企业间的竞争已经演变成为基于时间的竞争，为了满足市场提出的产品多样性、质量、交付时间上的要求，必须从提高质量和柔性要对车身制造系统进行研究分析，寻找有效的控制方法。资料显示，汽车制造企业所有设计上所做的改动有67％-70％是由于产品尺寸偏差引起的，缺乏对产品工艺设计期间生产过程性能和偏差状况的有效控制是造成问题的基本原因。由于薄板冲压件易变形，车身制造装配过程的零件冲压质量、装焊夹具夹紧定位的不稳定、焊装变形及零部件装配干涉等引起的零件尺寸偏差在车身装配过程中发生耦合、积累和传播会形成车身制造的综合偏差。车身装配生产系统由焊接设备、工装夹具、机械化输送系统及自动化控制系统等四部分组成。焊接夹具是车身总成及其分总成完成装焊工作所用的定位与夹紧机械，它的合理性不但影响加工位置的精确性，焊接质量，也影响到工作效率和生产成本。据相关研究表明，由焊接夹具引起的汽车车身制造的质量问题占到了全部装配质量问题的72％。

目前，在国内众多汽车制造生产厂家中，焊接工装夹具通常采用的是专用工装夹具，它是针对一道或几道特定的焊接工艺而配备的。随着目前汽车生产小批量、个性化的发展趋势，这类工装的使用就越来越受到限制，其设计生产的周期较长，场地占用较大，重复使用率较低的缺点充分的暴露出来，这种现状很大程度地制约了我国汽车制造业焊接工艺水平的提高，延长了新车型研发的周期。

现有汽车车身厂家大都是定期校核夹具或对焊接后的工件进行抽检，每次都需要花费较多时间，并且抽检工件需要开发专用的检具；而主要校核手段有三坐标测量仪、测量机械手、激光跟踪仪等，但这些检测手段都是定期检查夹具的关键控制点或者对产品进行抽捡，都需要停机检测，需要花费较长时间，并且设备的成本非常高，不易维护。

本发明基于适应一定车型相似工件的变化、实现偏差的自适应补偿的柔性可重构设计理念，可以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供能够在一定大小范围内适应不同工件形状变化，能够在车身生产线上对焊装夹具进行实时检测，并且能对定位元件进行实时调整的新型汽车焊装夹具，同时解决现有技术中检测不便的缺陷。

技术方案

本发明提供了一种汽车焊装的模块化自适应调整夹具，包括基台，固定在基台上面的夹紧机构和独立主定位机构，在线实时检测及自适应调整装置，

所述夹紧机构由支撑架、平板连接件、压紧块和压紧连杆组成，平板连接件固定在支撑架上，平板连接件前端通过压紧连杆固定连接压紧块；

所述独立主定位机构由定位销钉、第一转接块、第二转接块和定位台组成，定位销钉通过第一转接块和第二转接块固定在定位台上，定位台由定位立柱固定在基台上；

所述在线实时检测及自适应调整装置由步进电机、滑块、直线导轨和传动装置组成，步进电机的输出轴和传动装置的输入轴相连，传动装置的另一端连接推杆，所述的推杆放置在滑块上，推杆与滑块一起沿直线导轨滑动。

所述的传动装置由滚珠丝杠和联轴器构成，步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠正反转，使滑块及推杆沿着直线导轨往复直线运动。

所述的支撑架由立柱、内套筒、外套筒、L型立柱构成，其中，立柱上面固定连接内套筒，内套筒外套接外套筒，内套筒与外套筒之间可调连接，外套筒顶面固定连接L型立柱，L型立柱侧面固定连接平板连接件。

所述的立柱与内套筒之间设有垫片。

所述的内套筒和外套筒上分别有一排定位孔，内套筒与外套筒之间通过螺钉和定位销钉相连。

所述的定位台由孔系定位板、连接块、平板组成，其中，平板上面通过连接块，固定连接孔系定位板，孔系定位板上固定第二转接块。

所述的第二转接块为L形块，通过第一转接块固定定位销钉。

所述平板上均布有平板阵列孔。

所述基台上均布有基台阵列孔。

所述夹紧机构与基台之间设有可调节水平方向位置的过渡平板，所述立柱与过渡平板之间，过度平板和基台之间均用螺钉固定连接。

所述压紧块和压紧连杆之间通过过渡件连接。

所述的在线实时检测及自适应调整装置还包括报警单元，用于当位置传感器所采集的位置信号超出允许误差时，发出声光报警信号，指示夹具需要进行调整。

一种汽车车身焊装夹具自适应调整方法，首先将位置传感器及自适应调整装置嵌入汽车车身流水线上的焊装夹具中，当焊装夹具对工件进行定位时，位置传感器采集工件的位置信息，然后通过高频电缆线将该位置信息传送给与位置传感器相连的传感器控制器A，传感器控制器A对位置信息进行转化，并进行误差识别和判断，给夹具自适应调整装置的运动控制器B下达指令，运动控制器B对检测信号进行处理，发出指令驱动电机，电机带动丝杆正反转，并经滑块，使推杆沿着直线导轨实现往复直线运动，完成自适应调整，同时将结果输出并保存。

上述方法中，当夹具自适应调整完毕并满足要求，中央处理器CPU给出相应的信号，指示夹具进行下个动作。

上述方法中，通过位置传感器对多个定位点的实时检测，通过传感器控制器和运动控制器多轴控制对多个定位元件同时进行自适应调整。

有益效果

本发明与现有夹具比较所具有的有益效果是：

1.本发明具有更大的柔性，通过模块化、标准化、系列化的夹具元件，便于各个组件之间的连接组合，能适应一定范围和类型的不同工件，可以有效减少生产成本，提高生产效率。

2.本发明具有精确定位功能的孔系基础板，配合可更换的过渡平板就能够实现水平面内两个坐标轴线方向上的精确调节。

3.本发明具有方形套筒结构，按照固定的孔间距可以实现一定范围内的水平面法线方向上的调整，配合精密垫片能够实现水平面法线方向上的精确调整。

4.本发明具有独立的主定位模块，把定位机构和夹紧机构分层设计，有利于夹具的设计和制造，同时有利于实现柔性重构。

5.本发明通过多点在线实时监测和自适应调整，有效控制了工件关键点的定位精度，提高焊接质量和效率。

6.本发明通过在线监测，实时检测夹具的定位状况，当夹具定位精度超差时，系统产生报警，同时显示夹具的工作状态。

7.本发明通过对工件进行多点自适应调整，使夹具安装误差控制在规定范围内，避免了夹具的停机检测和调整，节省时间、提高生产效率。

8.本发明实现了检测与调整控制的协同工作，记录了生产线上工件在夹具上的定位安装状况，为产品质量管理保存了重要信息。

9.本发明在重构安装之前先经过结构分析软件平台校验，能确保全部结构件的刚度满足工件安装稳定性要求。

10.本发明在设计过程中先经过机构运动仿真分析，能确保制造出的夹具满足实际生产的要求，而传统组合夹具不具备这一过程。

11.本发明在得到加工工件时，经过对工件的特征识别，在结构分析软件平台支持下，生成多个候选方案，最后经有限元仿真分析选择最佳方案，能够有效提高设计的有效性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的立体总装示意图；

图2是本发明自适应调整方法与装置的框架原理示意图；

图3是本发明自适应调整装置直线传动机构的结构示意图；

图4是本发明的夹紧机构立体示意图；

图5是本发明的独立主定位机构立体示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，本发明包括基台1，过渡平板2，固定在基台1上面的夹紧机构100和独立主定位机构200，安装在套筒6上的自适应调整与检测装置300。

如图2所示，本发明的自适应调整装置包括：在线实时检测装置，控制器A、B，自适应调整装置2及自适应调整系统。

在线实时检测装置由位置传感器311、高频电缆线316和传感器控制器A组成。

所述在线实时检测及自适应调整装置300由步进电机305、滑块308、直线导轨309、滚珠丝杠306、联轴器303、推杆301组成；运动控制器根据检测信号，获得夹具所需调整的量化值，发出指令驱动步进电机305，步进电机305带动滚珠丝杠306正反转，使滑块308及推杆301沿着直线导轨309往复直线运动，用于自适应调整。

如图3所示，自适应调整装置由运动控制器B、电机305、联轴器303、滑块308、直线导轨309、支撑座302、滚珠丝杠306、推杆301、限位开关及外壳304组成。

步进电机305安装在外壳304端面，外壳304上面固定支撑座302，步进电机305输出轴与滚珠丝杠306通过联轴器303相连。运动控制器B根据检测信号，获得夹具所需调整的量化值，发出指令驱动步进电机305，步进电机305带动滚珠丝杠306正反转，使推杆301沿着直线导轨309往复直线运动，用于自适应调整。

如图4所示，夹紧机构100由立柱3、内套筒5、外套筒6、L型立柱7、平板连接件8、压紧块9和压紧连杆11组成。

立柱3上面固定连接内套筒5，内套筒5外套接外套筒6，内套筒5与外套筒6之间通过螺钉和定位销钉实现高度方向的可调连接，外套筒6顶面固定连接L型立柱7，L型立柱7侧面固定连接平板连接件8，平板连接件8前端通过压紧连杆11固定连接压紧块9；压紧块和压紧连杆之间安装有过渡件10。

各部件之间的连接通过螺栓、螺母及螺钉来实现。首先立柱3与内套筒5用螺钉连接，外套筒6上通过螺钉连接L型立柱7，中间可以加入一定厚度的垫片4来调整高度，在L型立柱7上通过螺栓、螺母连接平板连接件8，然后压紧连杆11以及其他的连接部件都通过螺栓、螺母和螺钉固定连接在平板连接件8上，压紧块9则通过螺钉连接在压紧连杆11上。

如图5所示，独立主定位机构200由定位销钉12、第一转接块13、第二转接块14、孔系平板15、连接块16、平板17组成。

平板17上面通过连接块16固定连接孔系平板15，孔系平板15上固定连接第二转接块14，第二转接块14上面连接第一转接块13。

首先在定位立柱19上通过螺栓和螺母连接平板17，在平板17上通过螺钉连接连接块16，连接块16上通过螺钉连接孔系平板15，第二转接块14通过螺钉安装在孔系平板15上，然后第一转接块13通过螺钉安装在第二转接块14上，两者中间可加入垫片来调整水平面两个坐标轴线方向上的距离，所有的定位都由销孔和销钉来实现。独立主定位机构200通过螺钉直接固定在基台1上，而夹紧机构100首先依靠螺钉连接在过渡平板2上，然后通过螺钉把过渡平板2固定在基台1上，所述基台1上均布有基台阵列孔18，所述平板17上均布有平板阵列孔20。

夹具的运动方式如下：首先由气泵驱动气缸，气缸顶杆通过连杆机构推动压紧连杆11，压紧连杆11带动压紧块9进行夹紧动作。其中气缸的动作由电磁阀控制。

Claims (13)

1.一种汽车焊装的模块化自适应调整夹具，包括基台(1)，固定在基台(1)上面的夹紧机构(100)和独立主定位机构(200)，在线实时检测及自适应调整装置(300)，其特征在于：

所述夹紧机构(100)由支撑架、平板连接件(8)、压紧块(9)和压紧连杆(11)组成，平板连接件(8)固定在支撑架上，平板连接件(8)前端通过压紧连杆(11)固定连接压紧块(9)；

所述独立主定位机构(200)由定位销钉(12)、第一转接块(13)、第二转接块(14)和定位台构成，定位销钉(12)通过第一转接块(13)和第二转接块(14)固定在定位台上，定位台由定位立柱(19)固定在基台上；

所述在线实时检测及自适应调整装置(300)由步进电机(305)、滑块(308)、直线导轨(309)和传动装置组成，步进电机(305)的输出轴和传动装置的输入轴相连，传动装置的另一端连接推杆(301)，所述的推杆(301)放置在滑块(308)上，推杆与滑块一起沿直线导轨(309)滑动。

2.如权利要求1所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的传动装置由滚珠丝杠(306)和联轴器(303)构成，步进电机(305)通过联轴器(303)带动滚珠丝杠(306)正反转，使滑块(308)及推杆(301)沿着直线导轨(309)往复直线运动。

3.如权利要求1所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的支撑架由立柱(3)、内套筒(5)、外套筒(6)、L型立柱(7)构成，其中，立柱(3)上面固定连接内套筒(5)，内套筒(5)外套接外套筒(6)，内套筒(5)与外套筒(6)之间可调连接，外套筒(6)顶面固定连接L型立柱(7)，L型立柱(7)侧面固定连接平板连接件(8)。

4.根据权利要求3所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的立柱(3)与内套筒(5)之间设有垫片(4)。

5.根据权利要求3所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的内套筒(5)与外套筒(6)之间的可调连接为，内套筒(5)和外套筒(6)上分别有一排定位孔，内套筒(5)与外套筒(6)之间通过螺钉和定位销钉相连。

6.如权利要求1所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的定位台由孔系定位板(15)、连接块(16)、平板(17)组成，其中，平板(17)上面通过连接块(16)固定连接孔系定位板(15)，孔系定位板(15)上固定第二转接块(14)。

7.根据权利要求6所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述平板(17)上均布有平板阵列孔(20)。

8.如权利要求6所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的第二转接块(14)为L形，通过第一转接块(13)固定定位销钉(12)。

9.如权利要求1～8中任意一权利要求所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述基台(1)上均布有基台阵列孔(18)。

10.如权利要求3～5中任意一权利要求所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述夹紧机构(100)与基台(1)之间设有可调节水平方向位置的过渡平板(2)，所述立柱(3)与过渡平板(2)之间，过渡平板(2)和基台(1)之间均用螺钉固定连接。

11.根据权利要求1～8中任意一权利要求所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述压紧块(9)和压紧连杆(11)之间通过过渡件(10)连接。

12.根据权利要求1～8中任意一权利要求所述的汽车焊装的模块化自适应调整夹具，其特征在于：所述的在线实时检测及自适应调整装置(300)还包括报警单元，用于当位置传感器(311)所采集的位置信号超出允许误差时，发出声光报警信号，指示夹具需要进行调整。

13.一种汽车车身焊装夹具自适应调整方法，其特征在于：首先将位置传感器(311)及自适应调整装置(312)嵌入汽车车身流水线上的焊装夹具(313)中，当焊装夹具对工件(314)进行定位时，位置传感器(311)采集工件(314)的位置信息，然后通过高频电缆线(316)将该位置信息传送给与位置传感器(311)相连的传感器控制器(A)，传感器控制器(A)对位置信息进行转化，并进行误差识别和判断，给夹具自适应调整装置的运动控制器(B)下达指令，运动控制器(B)对检测信号进行处理，发出指令驱动电机(305)，电机(305)带动丝杆(306)正反转，并经滑块(308)，使推杆(301)沿着直线导轨(309)实现往复直线运动，完成自适应调整，同时将结果输出并保存。

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