CN111460599A - 一种激光焊接夹具的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光焊接夹具的设计方法，包括步骤：基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型；根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型；分析根据所述整套激光焊接设备运动学分析模型的所有工位机构的动态运动过程，得到对应工位机构的动态运动过程分析结果；根据所述动态运动过程的分析结果，判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉和节拍时间的设计要求；若满足设计要求，确定当前设计的夹具为最终设计方案并输出。本发明能优化激光焊接设备夹具，并对整套激光焊接设备的布局和工艺流程进行全局把控，提高夹具设计的合理性，保证整机的加工性能。

Description

一种激光焊接夹具的设计方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种激光焊接夹具的设计方法。

背景技术

随着激光焊接工艺应用的日益深入，激光焊接设备已逐渐由结构形式单一的激光焊接机床逐渐发展成为包含多种运动机构(如机床、变位机、移动轴、机器人等)联动的复杂系统，其规模可以达到流水线甚至工厂级别。在激光焊接设备中存在大量的夹具装置，因此对夹具的设计提出了更高的要求。在以往单一的焊接机床中，被加工工件和焊缝的形式较为简单、工件相对机床不运动或者简单运动，因此夹具设计相对容易，传统的设计方法即可以满足设计要求。然而在现今复杂的焊接设备中，实施激光焊接工艺的通常是配有激光头的机床或机器人。由于工艺需要，工件和夹具在初始阶段可能分开放置，并分别放置或固联在运动机构上(如变位机、机器人)；运动机构则负责运输夹具或者工件；夹具用于夹紧工件。以上各个工位机构相互配合联动，在指定的时间将工件夹紧并放置于指定的位置上即可开始进行激光焊接加工。一次激光焊接工艺完成后，所有机构周而复始形成流水线激光焊接加工。

在复杂的激光加工设备中，夹具通常具有以下特点：(1)被加工零件形状复杂、数量多，因此夹具的数量多，形式复杂，又导致夹具之间的间隙狭小，激光加工时激光头的可操作空间小；(2)运动机构多，夹具、工件的空间位置经常在变化，激光焊接的可达性和机构相互干涉的情况难以评估。可见，设计工程师在夹具设计时需综合考虑以上各方面因素，采用传统的设计方式难以满足要求和效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供了一种激光焊接夹具的设计方法，旨在解决现有技术中的运动机构多，夹具、工件的空间位置经常在变化，激光焊接的可达性和机构相互干涉的情况难以评估的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种激光焊接夹具的设计方法，包括步骤：

基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型；

根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型；

分析根据所述整套激光焊接设备运动学分析模型的所有工位机构的动态运动过程,得到对应工位机构的动态运动过程分析结果；

根据所述动态运动过程的分析结果，判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中的是否满足可达性、干涉和节拍时间的设计要求；

若满足设计要求，确定当前设计的夹具为最终设计方案并输出。

优选的，所述基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型的步骤包括：

从3D设计中分别导入每个工位机构的模型，其中包含夹具模型；

基于导入的每个工位机构的模型建立所述每个工位机构的运动学分析模型，每个运动学分析模型中至少包含一个运动副。

优选的，所述根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型的步骤包括；

将每个工位机构的运动学分析模型按照3D模型进行布局，整合成整套设备机构的运动学分析模型；

根据每个工位的工艺要求，在每个工位机构的运动学分析模型中设置动作，并给运动副赋予相关运动参数；

根据整套设备一次节拍的实际工艺流程和时序，将所有工位的动作按照顺序或逻辑衔接起来；并保证起始时间所有工位机构的动作和结束时间所有工位机构的动作完全相同。

优选的，所述判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉、节拍时间的设计要求的步骤之后，所述方法还包括：

若出现不可达、干涉、节拍超时等情况，则需改进夹具、或工位布局、或工艺时序过程；

根据改进后的夹具、或工位布局、或工艺时序过程重新建立整套激光焊接设备运动学分析模型；

以新建立的整套激光焊接设备运动学分析模型进行分析判断，直至满足可达性、干涉和节拍时间的设计要求。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

通过运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型以及整套激光焊接设备运动学分析模型，判断各工位中夹具在整个工艺流程中的可达性、干涉、节拍时间是否满足分析结果；优化激光焊接设备夹具，保证激光焊接的可达性以及避免干涉，并对整套激光焊接设备的布局和工艺流程进行全局把控，提高夹具设计的合理性，保证整机的加工性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种激光焊接夹具的设计方法较佳实施例的方法流程图。

图2是本发明一种激光焊接夹具的设计方法每个工位机构的运动学分析模型流程图。

图3是本发明一种激光焊接夹具的设计方法较佳实施例中的建立整套激光焊接设备运动学分析模型流程图。

图4是本发明一种激光焊接夹具的设计方法较佳实施例中的分析结果流程图。

图5是本发明较佳实施例中的系统示意图。

图6是本发明较佳实施例中的每个工位的运动学分析模型。

图7是本发明较佳实施例中的1号直线运动轴模型。

图8是本发明较佳实施例中的1号直线运动轴运动学分析模型。

图9是本发明较佳实施例中的1号机器人模型。

图10是本发明较佳实施例中的机器人运动分析模型。

图11是本发明较佳实施例中的机器人运动参数表。

图12是本发明较佳实施例中的定义机器人工作状态。

图13是本发明较佳实施例中的工艺时序流程图。

图14是本发明较佳实施例中的整套激光焊接设备运动学分析模型在不同时刻的状态。

图15是本发明较佳实施例中的上下料夹具改进前结构示意图。

图16是本发明较佳实施例中的上下料夹具改进后结构示意图。

图17是本发明较佳实施例中的干涉情况示意图。

图18是本发明较佳实施例中的未干涉情况示意图。

附图标记：

图中1-直线运动轴，2-第一机器人，3-第二机器人，4-多个工件上料工位，5-多个变位机，6-上下料夹具，7-激光焊接头，8-第一工件上料工位，9-第二工件上料工位，10-1号直线运动轴，11-2号直线运动轴，12-1号机器人，13-2号机器人，14-1号变位机，15-2号变位机，16-1号工件上料工位，17-2号工件上料工位，18-机器人座，19-连接块，20-弯折结构，21-弯折杆，22-气缸。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种激光焊接夹具的设计方法，如图1所示，包括步骤：

S100、基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型；所述运动学分析使用运动学分析软件来分析并建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型，运动学分析软件如Delmia，是著名的工艺过程仿真软件。Delmia涵盖飞机设计、制造及维护过程中的所有工艺设计，使用户能够利用3D设计模型即可完成产品工艺的设计与验证。Delmia数字制造解决方案建立于一个开放式结构的产品、工艺与资源组合模型(PPR)上，可以在整个产品研发过程中持续不断的进行产品的工艺编制与验证。其中RoboticsSimulation仿真模块，用户可以定义机器人运动学模型、机构运动学模型，并定义多种机构联动的时序模型。

通过运动学分析软件可以将每个工位机构的运动学分析模型做出来，使得运动学分析模型能了解到每个工位机构的运动状态，在焊接加工时的运动状态以及运动到的位置信息。例如，在对工件进行焊接时，需要将工件输送到焊接位置上，而焊接位置与初始的工件放置位置不是同一位置，则通过输送装置进行工件的运输，当焊接位和工件放置位在同一直线上时，让输送装置直行就能将工件放置到指定焊接位上，通过焊接设备进行焊接加工。而当工件放置位与焊接位存在位置差异，如不在同一直线上、不在同一平面或是直线运输不能到达的位置等，这样就需要使用能实现多角度调节的输送装置来进行工件运输，如，机器人、机械手等。

S200、根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型；由于整套激光焊接设备运动学分析模型是由每个工位机构的运动学分析模型组成，每个工位机构运动学分析模型经过整体的组合匹配后就能形成所述整套激光焊接设备运动学分析模型。在一个工艺流程下，整套设备的运动学分析模型也只有一种，工艺优化的同时，整套的运动学分析模型也随之变化。

S300、分析所述整套激光焊接设备运动学分析模型的所有工位机构的动态运动过程，得到对应工位机构的动态运动过程分析结果；在整套激光焊接设备运动学分析模型中所有工位机构的运动状态不同，例如，在工件焊接的过程中，一般先通过对工件进行输送到指定的加工位置上，然后将工件放置在加工指定位置上进行加工，而在加工时需要对工件进行夹紧，避免在加工时工件发生位置偏移而导致加工精度降低，在夹紧后通过激光焊接设备进行焊接；上述的加工工位包括了工件的运输运动状态、工件夹紧运动状态、工件焊接运动状态等，对于不同的运动状态产生的运动过程不同，得到的动态运动过程分析结果不同。

S400、根据所述动态运动过程的分析结果，判断各工位中设计夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉、节拍时间设计要求。例如，通过建立整机系统的运动学模型可以观察所有机构在任何时刻内的状态、即可以检查可达性和干涉的情况，同时计算得到节拍时间为17.4s。在本例中，通过建立整机系统运动学模型，观察到各机构未出现不可达的情况，即说明机构的布局和上下料夹具的长度等满足设计要求，同时设计需求节拍时间为20s，模拟得到为17.4s，也满足设计要求；但是发现在2.5s和10.4s时出现干涉情况，详见图17所示。

在本申请中，可达性是指运动机构能够在行程范围内、且是在正常工作的情况下，将功能部件，例如夹具、焊接头等运输到指定的空间位置上，所述运动机构包括机器人等。机械干涉是指在部件装配的过程中，或者是机器运行的过程中，两个或者两个以上的零件(或部件)同时占有同一位置而发生冲突。由于干涉使得在加工过程发生冲突而导致加工达不到误差要求范围内，进而导致了焊接设备零部件在加工时发生碰撞而无法正常工作。所述节拍时间是在生产工艺上使用，即所述节拍时间为生产节拍时间，节拍时间生产节拍又称客户需求周期、产距时间，是指在一定时间长度内，总有效生产时间与客户需求数量的比值，是客户需求一件产品的市场必要时间。节拍时间是20世纪30年代德国飞机制造工业中使用的一个生产管理工具，指的是把飞机移动到下一个生产位置的时间间隔。通过建立整机系统的运动学模型可以观察所有机构在任何时刻内的状态、即可以检查可达性和干涉的情况，同时计算得到节拍时间。在本实施例中，通过建立整机系统运动学模型，观察到各机构未出现不可达的情况，即说明机构的布局和上下料夹具的长度等满足设计要求，同时设计需求节拍时间为20s，模拟得到为17.4s，也满足设计要求。

S500、若满足设计要求，确定当前设计的夹具为最终设计方案并输出。由于分析结果满足各工位中夹具在整个工艺流程中的可达性、干涉以及节拍时间，这样的夹具在整套的工艺中为最终方案。

具体实施时，通过基于运动学分析软件建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型，而每个工位机构的运动学分析模型是根据实际的工况来定义的，每个工位机构的运动学分析模型可能是相同的，也可能是不同的。

通过每个工位机构的运动学分析模型的每个运动状态来建立整套激光焊接设备运动学分析模型，每个工位机构的运动学分析模型已经通过运动学分析软件全部得到，再由每个工位机构的运动学分析模型之间进行组合形成整套激光焊接设备运动学分析模型，通过整套的激光焊接设备的运动学分析模型能直观的了解到整体的运动学分析模型。例如，在整套激光焊接设备运动学分析模型上能知道每个工位机构的运动状态。运动学从几何的角度描述和研究物体位置随时间的变化规律的力学分支，以研究质点和刚体这两个简化模型的运动为基础。

根据上述分析根据所述整套激光焊接设备运动学分析模型的所有工位机构的动态运动过程，得到对应工位机构的动态运动过程分析结果。将所有工位机构的动态运动过程分析结果进行对比，选取所有工位机构的动态运动过程分析结果最优的作为分析结果使用，这样能避免所有工位机构的运动过程发生碰撞，影响焊接的效率。

根据对应工位机构的动态运动过程分析结果，判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉和节拍时间的设计要求；在整个工艺流程中可达性、干涉和节拍时间对夹具要求严格，只有满足了可达性、干涉和节拍时间的设计要求，才能确定当前设计的夹具为最终设计方案，最终设计方案为夹具在工艺流程中的最优选择，得到最终设计方案后通过运动学分析模型将其输出。

本发明进一步较佳实施例中，所述基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型方法包括：

如图2所示，S101、从3D设计中分别导入每个工位机构的模型，其中包含夹具模型。例如，以两个工位为例，如图5-图6所示某激光焊接系统，包括：相对设置的两个直线运动轴1、分别设置在所述直线运动轴1上第一机器人2、第二机器人3、设置在所述两个直线运动轴1之间的多个工件上料工位4以及多个变位机5；其中，所述第一机器人2上设有夹具6，所述第二机器人3上设有激光焊接头7。所述两个直线运动轴1用于限制以及导向设置在所述两个直线运动轴1上的所述机器人，所述多个工件上料工位4用于上料以及下料的效果。所述上下料夹具6用于夹紧工件至所述上料工位上，所述激光焊接头7用于对所述上料工位上的工件进行焊接，在所述2号机器人3的移动下焊接角度多，全面性广。上述举例的激光焊接系统不仅仅为两个工位，同时也不局限于直线运动轴来使用，例如，所述工位还包括多个工位，所述运动轴可以是旋转运动轴，也可以是直线运动轴与旋转运动轴配合使用。

具体的，通过在3D设计软件中分别导入每个工位机构的模型，而所述夹具模型是通过运动学分析软件需要适合的模型进行夹具选择，在3D设计软件将夹具模型设计出来，由于所述夹具模型只是每个工位机构的模型中的一个模型，而现在使用的3D设计模型是通过3D设计软件针对每个工位机构扫描的得到。一般常用的3D设计软件包括AutoCAD、Solidworks等，其中AutoCAD(Auto Computer Aided Design)是计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。Solidworks软件功能强大，组件繁多，Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维设计解决方案，SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

S102、基于导入的每个工位机构的模型建立所述每个工位机构的运动学分析模型，每个运动学分析模型中至少包含一个运动副。由于机构运动副是两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接，两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副元素。所述运动副包含以下运动参数：运动副的上下行程范围、速度、加速度、或动作时间等。例如，所述两个直线运动轴1包括相对设置的1号直线运动轴10及2号直线运动轴11，所述第一机器人2、所述第二机器人3分别设置在所述2号直线运动轴11及所述1号直线运动轴10上；该模型仅包含一个直线运动副机构。该模型的运动参数为最大行程3600m，最大运动速度20m/min。具体参见图8所示。

进一步的，所述第一机器人2为1号机器人12，所述第二机器人3为2号机器人13。如图9-图10所示，所述1机器人与所述2号机器人13下设有一机器人座18，所述机器人座18用于支撑固定所述1号机器人12以及所述2号机器人13。所述1号机器人12在通过3D设计软件中分别导入1号机器人12运动学分析模型，建立所述1号机器人12的运动学分析模型，该模型包含6个旋转运动副，所述1号机器人12的6个旋转运动副，即6个轴的运动参数如图11所示，各轴角度范围(A1，±185°)，(A2，+35°/-135°)，(A3，+158°/-120°)，(A4，±350°)，(A5，±119°)，(A6，±350°)；各轴最大速度为(A1，140°/s)，(A2，120°/s)，(A3，140°/s)，(A4，260°/s)，(A5，245°/s)，(A6，322°/s)。

具体实施时，通过从3D设计软件中分别导入每个工位机构的模型，其中包含夹具模型；所述夹具模型在3D设计软件扫描设计出来，在3D设计软件将夹具模型设计出来，但是所述夹具模型只是每个工位机构的模型中的一个模型，将所有每个工件机构的模型整合起来形成整套工位机构模型，通过整套工位机构模型之间进行组合得到效率高、加工效果好的设计方案，通过优选的设计方案来选择相应的夹具模型。基于导入每个工位机构的模型建立所述每个工位机构的运动学分析模型，而夹具模型是属于每个工位机构的运动学分析模型的一个夹紧工位，当夹具夹紧工件在每个工位机构上进行加工时运动状态会发生变化，每个运动学分析模型中至少包含一个运动副；通过所述运动副的上下行程范围，所述上下运动行程范围是指在上下运动的最高点与最低点行程来确定所述运动副的上下运动的范围。通过上述的运动副的运动参数来保证每个运动分析模型的运动分析结果。

本发明进一步较佳实施例中，根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型的步骤包括；

如图3所示，S201、将每个工位机构的运动学分析模型按照3D模型进行布局，整合成整套设备机构的运动学分析模型。

S202、根据每个工位的工艺要求，在每个工位机构的运动学分析模型中设置动作，并给运动副赋予相关运动参数。所述定义动作是为了确保每个工位机构的在运行学分析模型中的运动状态，通过对每个工位机构的运动学分析模型在运动时产生运动副，并赋予所述运动副相关运动参数，使得运动学模型可以正确模拟机构在工艺过程中的状态，如位置、速度等。以1号机器人12和上下料夹具6的运动学分析模型为例，如图12所示，定义机器人在1号工件取料工位时每个轴的角度，保存为机器人动作状态序号0；此时，机器人各轴角度为(A1，-7.060°)，(A2，--54.302°)，(A3，139.635°)，(A4，180.0°)，(A5，-4.666°)，(A6，-187.060°)。定义机器人在1号工件变位机上料工位时每个轴的角度，保存为机器人动作状态序号1；此时，机器人各轴角度为(A1，38.026°)，(A2，-46.493°)，(A3，124.304°)，(A4，43.547°)，(A5，-50.746°)，(A6，-9.669°)。定义机器人从序号0的动作状态变换序号1的动作状态时的速度为50％机器人最大速度、模式为PTP。PTP(POINT TO POINT)是指工业机器人的运动控制方式为点到点的模式。

S203、根据整套设备一次节拍的实际工艺流程和时序，将所有工位的动作按照顺序或逻辑衔接起来；并保证起始时间所有工位机构的动作和结束时间所有工位机构的动作完全相同，即完成了整套激光焊接设备运动学分析模型。例如，当两个机器人同时作业，相互交替完成两种工件的上下料、激光焊接等工作，其主要工艺的时序流程图如图13所示；

S700、1号机器人12在1号工件上料工位16取未加工的1号工件；

S701、1号机器人12在1号变位机14放置未加工的1号工件；

S702、1号机器人12在2号变位机15取已加工的2号工件；

S703、1号机器人12在2号上料工位放置未加工的2号工件，然后取已加工的2号工件；

S704、1号机器人12在2号变位机15放置未加工的2号工件；

S705、2号机器人13在2号变位机15处激光焊接2号工件；

S706、2号机器人13在1号变位机14处激光焊接1号工件。

具体的，通过1号机器人12在1号工件上料工位16取未加工的1号工件；1号机器人12在1号变位机14放置未加工的1号工件；1号机器人12在2号变位机15取已加工的2号工件；1号机器人12在2号上料工位放置未加工的2号工件，然后取已加工的2号工件；1号机器人12在2号变位机15放置未加工的2号工件；2号机器人13在2号变位机15处激光焊接2号工件；2号机器人13在1号变位机14处激光焊接1号工件。

具体实施时，通过将每个工位机构的运动学分析模型按照3D模型进行布局，整合成整套设备机构的运动学分析模型；其布局保持和整套设备的3D模型保持一致。根据每个工位的工艺要求，在每个工位机构的运动学分析模型中定义动作；根据整套设备一次节拍的实际工艺流程和时序，将所有工位的动作按照顺序或逻辑衔接起来；当所有工位的动作按照顺序或逻辑衔接起来时，同时能让所有工位的动作在运动时不会发生混乱的情况。例如，在一个焊接工艺的流水线上工作，所有工位的动作顺序或动作逻辑不能发生错位或者改变，当所有工位的动作顺序或动作逻辑发生错位或者改变时，每个工位的工艺效果会受到影响。按照整套设备一次节拍的实际工艺流程和时序，将所有工位的动作按照顺序或逻辑衔接起来；完成了整套激光焊接设备运动学分析模型。如图14所示，为一次节拍起始时间0s、3.7s、10.4s、结束时间17.4s时的整套激光焊接设备运动学分析模型的状态，起始时间所有工位机构的动作和结束时间所有工位机构的动作完全相同。

本发明进一步较佳实施例中，如图4所示，所述判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉、节拍时间的设计要求的步骤之后，所述方法还包括：

S600、若出现不可达、干涉、节拍超时等情况，则改进夹具、或工位布局、或工艺时序过程。

其中，通过建立整机系统运动学模型，观察到各机构未出现不可达的情况，即说明机构的布局和上下料夹具的长度等满足设计要求，同时设计需求节拍时间为20s，模拟得到为17.4s，也满足设计要求；但是发现在2.5s和10.4s时出现干涉情况，详见图17所示，图17为通过模拟发现干涉问题图。

例如，所述夹具与所述第一机器人2通过一连接块19连接，所述连接块19为弯折结构20。所述夹具为上下料夹具6，所述上下料夹具6为相对设置的弯折杆21，所述弯折杆21上端通过一气缸22连接，所述气缸22另一侧与所述连接块19一侧固定连接。所述上下料夹具6用于将工件运输至所述工件上料工位上进行加工，同时所述上下料夹具6还用于将加工完成的工件夹紧取出放在指定的收集箱内进行收集，所述气缸22用于驱动所述弯折杆21对工件的夹紧，上下料效率高。进一步的，如图16所示，改进上下料夹具6的弯折杆21，通过改进上下料夹具6来替换原来的上下料夹具6的模型，基于运动学分析软件建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型，即重新建立整机系统的运动学分析模型并进行分析。所述多个工件上料工位4为两个并列设置在所述两个直线运动轴1之间的第一工件上料工位8以及第二工件上料工位9。所述第一工件上料工位8、所述第二工件上料工位9用于放置工件，当工件放置在所述第一工件上料工位8与所述第二工件上料工位9上时，通过所述第二机器人3对工件进行焊接，在工件焊接完成后由所述第一机器人2上的上下料夹具6将工件取出收集。所述第一工件上料工位8为1号工件上料工位16，所述第二工件上料工位9为2号工件上料工位17。所述多个变位机5为两个并列设置在所述两个直线运动轴1之间的第一变位机以及第二变位机，所述第一变位机设置在所述第一上料工位以及所述第二上料工位之间，所述第二变位机设置在所述第二上料工位一侧上。所述第一变位机、所述第二变位机分别为1号变位机14以及2号变位机15。

S601、根据改进后的夹具、或工位布局、或工艺时序过程重新建立整套激光焊接设备运动学分析模型。

S602、以新建立的整套激光焊接设备运动学分析模型进行分析判断，直至满足可达性、干涉和节拍时间设计要求。例如，当将改进后的上下料夹具模型替换原设计上下料夹具模型，并重复步骤S100，即重新建立整机系统的运动学分析模型并进行分析。从分析结果上看：在上下料夹具改进后、整机未出现不可达的情况，节拍时间为17.2s，满足设计要求，同时避免了原方案中夹具和变位机夹具零部件干涉的情况，如图18所示，图18为上下料夹具改进后未出现干涉的情况。

具体实施时，通过判断各个工位中设计的夹具在整个工艺流程中出现不可达、干涉、节拍超时等情况后，每个工位机构的运动学分析模型如，夹具机构运动学分析模型、工位机构的布局不好、工艺的加工时间超时及工艺的顺序错位变化过程等，因此需要对夹具机构运动学分析模型改进、工位机构重新布局、降低加工时间、以及加工工艺的顺序等。根据改进后的夹具、或工位布局、或工艺时序过程重新建立整套激光焊接设备运动学分析模型，以新建立的整套激光焊接设备运动学分析模型进行分析判断，直至满足可达性、干涉和节拍时间设计要求。

分析步骤S600的模拟结果发现的夹具和变位机零部件干涉的问题，考虑到整机未出现不可达的情况、以及节拍时间满足设计要求，说明整机布局、夹具长度、工艺时序并未出现较大问题。其主要由于变位机上夹具零部件过多，空间狭小，容易和上下料夹具干涉。改进方法有两种方向，一种是改进变位机上夹具零部件，一种是改进上下料夹具。具体在本例中，采用第一种改进方法更为复杂，成本较高，于是采用第二种改进方法，通过改进上下料夹具来避免不可达、干涉、节拍超时等问题，提高了工艺的加工效果，参见图15-16所示。

以上以一个相对简单的例子说明了在激光焊接设备中夹具的改进方法。在实际中机构、机构上零部件的数量可能大大增加、相对运动的空间状态会更加复杂。在此情况下，将难以仅凭经验来设计。本发明则特别适用于以上复杂激光焊接设备，当然同样也适用于简单的设备。利用以上所述方法优化设计，使得激光焊接系统中夹具的设计有科学的方向，避免盲目的试制和测试，提高了激光焊接系统中夹具和整机设计效率。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光焊接夹具的设计方法，其特征在于，包括步骤：

基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型；

根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型；

分析根据所述整套激光焊接设备运动学分析模型的所有工位机构的动态运动过程，得到对应工位机构的动态运动过程分析结果；

根据所述动态运动过程的分析结果，判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉和节拍时间的设计要求；

若满足设计要求，确定当前设计的夹具为最终设计方案并输出。

2.根据权利要求1所述的激光焊接夹具的设计方法，其特征在于，所述基于运动学分析建立激光焊接设备每个工位机构的运动学分析模型的步骤包括：

从3D设计中分别导入每个工位机构的模型，其中包含夹具模型；

基于导入的每个工位机构的模型建立所述每个工位机构的运动学分析模型，每个运动学分析模型中至少包含一个运动副。

3.根据权利要求2所述的激光焊接夹具的设计方法，其特征在于，所述根据所述每个工位机构的运动学分析模型建立整套激光焊接设备运动学分析模型的步骤包括：

将每个工位机构的运动学分析模型按照3D模型进行布局，整合成整套设备机构的运动学分析模型；

根据每个工位的工艺要求，在每个工位机构的运动学分析模型中设置动作，并给运动副赋予相关运动参数；

根据整套设备一次节拍的实际工艺流程和时序，将所有工位的动作按照顺序或逻辑衔接起来；并保证起始时间所有工位机构的动作和结束时间所有工位机构的动作完全相同。

4.根据权利要求3所述的激光焊接夹具的设计方法，其特征在于，所述判断各工位中设计的夹具在整个工艺流程中是否满足可达性、干涉、节拍时间的设计要求的步骤之后，所述方法还包括：

若出现不可达、干涉、节拍超时等情况，则改进夹具、或工位布局、或工艺时序过程；

根据改进后的夹具、或工位布局、或工艺时序过程重新建立整套激光焊接设备运动学分析模型；

以新建立的整套激光焊接设备运动学分析模型进行分析判断，直至满足可达性、干涉和节拍时间的设计要求。

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