專利名稱：復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全新的鋼結構桿件隔板精確組裝定位技術的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，屬于鋼結構制造領域。
背景技術：
現(xiàn)有輕軌設計中，當工程全長幾km至幾十km，線路隨著地勢的起伏蜿蜒前迸，幾百根軌道梁線型各異，軌道梁腹板的線輪廓度要求很高，精度高，エ期紫。箱型軌道梁的隔板作為組裝桿件的內胎，其組裝定位精度要求很高，軌道梁線型復雜，無法設計通用的エ裝解決組裝問題，而傳統(tǒng)的劃線、組裝エ藝費時費力，劃線精度O. 5mm，組裝精度O. 5mm，精度達到設計要求存在一定的難度，劃線組裝ー個曲線軌道梁槽型需要2天時間，效率低，很難保證進度要求。

發(fā)明內容
設計目的避免背景技術中的不足之處，設計一種全新的鋼結構桿件隔板精確組裝定位技術的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法。設計方案為了實現(xiàn)上述設計目的。本申請利用數(shù)控機床研發(fā)ー種數(shù)控組裝技木，能夠準確、快速的組裝各種線型的箱型桿件隔板，即利用數(shù)控機床精確定位箱型桿件隔板。具體作法利用數(shù)控機床，設計、制作帶角度刻盤和定位擋塊的專用卡具，其次利用程序語言，編寫適用于各種線型的應用程序，使用者只需按提示輸入梁段件號，梁段類型及各種曲線的長度就可運行該程序。由數(shù)控機床、定位卡具、應用程序三部分形成成套數(shù)控組裝技木，達到使用簡單，操作方便，組裝精度滿足設計要求的目的。技術方案一種復雜曲線桿件數(shù)控組裝方法，至少包括數(shù)控機床、定位卡具、應用程序1)根據蓋板線型特點編寫程序。2)將蓋板安裝至機床，測量蓋板上特征點的機床坐標，讀取機床坐標值并記錄；3)在計算機中運行程序，用蓋板的圖紙理論模型與測得的特征點進行比較，通過程序優(yōu)化，使各特征點和理論模型之間的誤差最小，生成誤差分析數(shù)據，同時確定出理論模型在機床坐標系中的位置；4)通過誤差分析數(shù)據判斷蓋板實際偏差是否滿足圖紙要求；如果滿足要求，則進行下步工作；如果不滿足要求，則對蓋板進行返修后，重復2 4歩；5)通過蓋板圖紙理論模型在機床坐標系中的位置，確定蓋板從圖紙坐標系至機床坐標系的轉換參數(shù)，進而實現(xiàn)隔板圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定隔板在機床坐標系中的定位(角度、坐標)，生成機床代碼；6)將生成的機床代碼copy至數(shù)控機床，運行機床代碼，進行隔板定位；7)在數(shù)控機床上利用定位卡具進行隔板組裝;A、固定于數(shù)控機床的卡具定位至對應隔板坐標點，B、根據生成的隔板角度對卡具角度進行調整，C、組裝隔板，使其與卡具密切，保證隔板垂直度和角度，D、對蓋板和隔板進行定位焊，E、重復A D步驟，直至所有隔板定位點焊完成，F(xiàn)、完成數(shù)控定位組裝。本發(fā)明與背景技術相比，一是解決了不同曲線箱型桿件隔板組裝，提高裝配的適應性；ニ是精度達到并高于設計精度的要求，同時能檢測エ件上エ序的制造精度并且通過程序優(yōu)化將上エ序誤差累積減小到最低；三是很大程度上提高了工作效率，由I根/2天提高到6根/天，功效提高12倍。


圖I是定位卡具第一種實施例的結構示意圖。圖2是定位卡具第二種實施例的結構示意圖。圖3是定位卡尺的刻度盤示意圖。圖4是應用程序的框圖。圖5是測量卡具錐尖到卡具縱橫向擋塊的距離的示意圖。圖I和2中標號①為主尺，②為副尺，③為定位塊，④為坐標取值錐，⑤為轉軸。 圖5中標號①為定位塊，②為坐標取值錐錐尖位置，③為卡具轉軸。
具體實施例方式實施例I :參照附圖1-4。一種復雜曲線桿件數(shù)控組裝方法，至少包括數(shù)控機床、定位卡具、應用程序
I.I應用程序編寫根據エ件(復雜曲線鋼結構桿件)結構特點編寫程序，并采用計算機模擬調試。I. 2測量分析比較
I)測量定位卡具錐尖和機床主軸的相對關系，即固定值，用于判定機床XY向的行程范圍。2)測量卡具錐尖到卡具縱橫向擋塊的距離(隔板圍繞卡具錐尖旋轉的回轉半徑值)，即固定值，用于坐標轉換，見附圖4。3)エ件蓋板的定位，隨機擺放エ件(復雜曲線鋼結構桿件)蓋板至機床，使用固定于機床主軸的卡具錐尖對點，進行測量エ件蓋板特征點的機床坐標，讀取機床坐標值并輸出。4)在計算機上完成下述工作
⑴整理工件蓋板特征點測量數(shù)據，形成程序可識別文件。(2)根據圖紙模型，整理并錄人工件(復雜曲線鋼結構桿件)蓋板特征參數(shù)，形成程序可識別文件。(3)運行應用程序。載入數(shù)據信息(包括圖紙模型的蓋板特征參數(shù)、蓋板特征點數(shù)據、卡具錐尖到卡具縱橫向擋塊的距離)，用蓋板的圖紙理論模型與測得的特征點進行比較，通過程序優(yōu)化，使各特征點和理論模型之間的誤差最小，生成誤差分析數(shù)據，同時確定出理論模型在機床坐標系中的位置；
⑷通過誤差分析數(shù)據判斷蓋板實際偏差是否滿足圖紙要求；如果滿足要求，則進行下步工作；如果不滿足要求，則對蓋板進行返修后，重復2 4歩；
(5)通過蓋板圖紙理論模型在機床坐標系中的位置，確定蓋板從圖紙坐標系至機床坐標系的轉換參數(shù)。進而實現(xiàn)隔板圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定隔板在機床坐標系中的定位(角度、坐標)，生成機床代碼；
(6)將生成的機床代碼copy至數(shù)控機床。
I. 3數(shù)控定位組裝
1)運行機床代碼，將固定于數(shù)控機床的卡具行走至對應隔板坐標點，
2)根據生成的隔板角度進行卡具的角度調整，
3)組裝隔板，使其與卡具縱橫向擋塊密切，以保證隔板垂直度和角度，
4)對エ件的蓋板和隔板進行定位焊，
5)重復I 4步驟，直至所有隔板定位點焊完成，
6)實現(xiàn)數(shù)控定位組裝。所述應用程序是指錄入蓋板的參數(shù)信息；進行參數(shù)處理；蓋板模型判定；根據蓋板與隔板的圖紙模型幾何關系，寫出隔板坐標、角度計算式；載入蓋板測量信息；進行蓋板 模型優(yōu)化；實現(xiàn)蓋板坐標轉換；計算特征點誤差數(shù)據，對輸出誤差分析數(shù)據結果進行判定；通過蓋板圖紙理論模型的機床坐標系，確定蓋板從圖紙坐標系至機床坐標系的轉換參數(shù)，進而實現(xiàn)隔板圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定隔板在機床坐標系中的定位(角度、坐標)，生成機床代碼。所述錄入參數(shù)信息是指根據蓋板的圖紙模型，錄入參數(shù)信息，即包括蓋板的件號、類型、直曲線長度、半徑、被組裝件(復雜曲線鋼結構桿件)與組裝件之間的關系。所述錄入參數(shù)處理包括焊接收縮量、二次配切量等，主要對直曲線長度進行處理；所述模型判定是指判斷蓋板的實際幾何形狀、尺寸是否與圖紙理論模型一致。根據被組裝件(復雜曲線鋼結構桿件)與組裝件的圖紙模型幾何關系，寫出圖紙坐標系下組裝件(復雜曲線鋼結構桿件)定位點的坐標計算式；載入蓋板測量信息，所述蓋板測量信息是指特征點坐標值、模型方向。所述蓋板模型優(yōu)化是指用蓋板的圖紙理論模型與測得的特征點進行比較，使各特征點和理論模型之間的誤差最小。步驟ー通過測量的蓋板特征點數(shù)據，將機床坐標原點轉換至圖紙坐標原點，并將機床坐標的Y方向旋轉至與圖紙坐標的Y方向一致；引入參數(shù)x方向平移參數(shù)a，Y方向平移參數(shù)b，角度旋轉參數(shù)C。步驟ニ 是指利用最小二乗法對機床坐標系與圖紙坐標系進行精確轉換。在第一次轉換的基礎上，將機床坐標系的原點沿圖紙坐標系的Y軸方向進行平移(設定步長)和旋轉，求得蓋板特征點到其圖紙模型中心線的距離平方和；利用數(shù)學應用軟件的求最小值函數(shù)得出對應參數(shù)Y向平移參數(shù)ml，繞原點的旋轉角度m2。所述特征點誤差是指蓋板特征點到其圖紙理論輪廓線的距離誤差；
所述隔板圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定了隔板的機床角度、坐標是指利用蓋板圖紙坐標系到機床坐標系的轉換參數(shù)a，b，c，ml, m2,實現(xiàn)隔板圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，進而確定了隔板的機床角度、坐標。所述輸出誤差分析結果，限定誤差范圍作為判定條件，判斷蓋板特征點誤差是否滿足要求。所述定位卡具至少包括主尺、副尺、坐標取值錐、定位擋塊及擋板，主尺、副尺套在坐標取值錐桿上，定位塊固定在擋板上。具有測點、定位及角度測量功能。機床改造內容機床改造的目的滿足定位卡具的安裝需求，滿足定位焊的需求。I、定位卡具的安裝。根據卡具的使用特點，其與機床主軸定位牢靠，且與機床做絕緣連接。操作方法在機床主軸上安裝臨時連接件，臨時連接件采用絕緣的環(huán)氧樹脂與機床主軸進行膠粘連接，定位卡具與臨時連接件連接。2、絕緣改造。機床的操作平臺與機床本身改造為分體式，無任何連接，并在操作平臺上增設多個地線，滿足定位焊要求。3、加大機床主軸的Y向行程。調整機床主軸的定位擋塊,使得主軸的Y向行程范圍更大，利于施工操作。需要理解到的是上述實施例雖然對本發(fā)明的設計思路作了比較詳細的文字描述，但是這些文字描述，只是對本發(fā)明設計思路的簡單文字描述，而不是對本發(fā)明設計思路 的限制，任何不超出本發(fā)明設計思路的増加、修改或組合，均落入本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是至少包括數(shù)控機床、定位卡具、應用程序 1)根據復雜曲線鋼結構桿件結構的曲線線形編寫程序；所編定程序是通過測量被組裝件的曲線特征點所得數(shù)據，優(yōu)化后求得被組裝件圖紙坐標系至機床坐標系之間的轉換參數(shù)，實現(xiàn)組裝件圖紙坐標系和機床坐標系的轉換，確定組裝件機床坐標系的定位，并生成機床代碼； 2)將被組裝件安裝至機床，測量被組裝件特征點的機床坐標，讀取機床坐標值并記求; 3)在計算機中運行程序，用被組裝件的圖紙理論模型與測得的特征點進行比較，通過程序優(yōu)化，使各特征點和理論模型之間的誤差最小，生成誤差分析數(shù)據，同時確定出理論模型在機床坐標系中的位置； 4)通過誤差分析數(shù)據判斷被組裝件實際偏差是否滿足圖紙要求；如果滿足要求，則進行下步工作；如果不滿足要求，則對被組裝件進行返修后，重復2 4歩； 5)通過被組裝件圖紙理論模型在機床坐標系中的位置，確定被組裝件從圖紙坐標系至機床坐標系的轉換參數(shù)，進而實現(xiàn)組裝件圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定組裝件在機床坐標系中的定位角度、坐標，生成機床代碼； 6)將生成的機床代碼copy至數(shù)控機床，運行機床代碼，進行組裝件定位； 7)在數(shù)控機床上利用定位卡具進行組裝件組裝。
2.根據權利要求I所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述應用程序是指錄入被組裝件參數(shù)信息；進行參數(shù)處理；被組裝件模型判定；根據被組裝件與組裝件的圖紙模型幾何關系，寫出組裝件坐標、角度計算式；載入被組裝件測量信息；進行被組裝件模型優(yōu)化；實現(xiàn)被組裝件坐標轉換；計算特征點誤差數(shù)據，對輸出誤差分析數(shù)據結果進行判定；通過被組裝件圖紙理論模型的機床坐標系，確定被組裝件從圖紙坐標系至機床坐標系的轉換參數(shù)，進而實現(xiàn)組裝件圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定組裝件在機床坐標系中的定位角度、坐標，生成機床代碼。
3.根據權利要求2所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述錄入參數(shù)信息是指根據被組裝件的圖紙模型，錄入參數(shù)信息，即包括被組裝件的件號、類型、直曲線長度、半徑、被組裝件與組裝件之間的關系。
4.根據權利要求2所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述錄入參數(shù)處理包括焊接收縮量、二次配切量等，主要對直曲線長度進行處理；所述模型判定是指判斷被組裝件的實際幾何形狀、尺寸是否與圖紙理論模型一致。
5.根據權利要求2所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是根據被組裝件與組裝件的圖紙模型幾何關系，寫出圖紙坐標系下組裝件定位點的坐標計算式；載入被組裝件測量信息，所述被組裝件測量信息是指特征點坐標值、模型方向。
6.根據權利要求2所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述被組 裝件模型優(yōu)化是指用被組裝件的圖紙理論模型與測得的特征點進行比較，使各特征點和理論模型之間的誤差最?。? 步驟一通過測量的被組裝件特征點數(shù)據，將機床坐標原點轉換至圖紙坐標原點，并將機床坐標的Y方向旋轉至與圖紙坐標的Y方向一致；引入參數(shù)x方向平移參數(shù)a，Y方向平移參數(shù)b,角度旋轉參數(shù)c ； 步驟ニ 是指利用最小二乗法對機床坐標系與圖紙坐標系進行精確轉換，在第一次轉換的基礎上，將機床坐標系的原點沿圖紙坐標系的Y軸方向進行平移(設定步長)和旋轉，求得被組裝件特征點到其圖紙模型中心線的距離平方和；利用數(shù)學應用軟件的求最小值函數(shù)得出對應參數(shù)Y向平移參數(shù)ml，繞原點的旋轉角度m2。
7.根據權利要求2所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述特征點誤差是指被組裝件特征點到其圖紙理論輪廓線的距離誤差；所述組裝件圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，確定了組裝件的機床角度、坐標是指利用權6中的被組裝件轉換參數(shù)a，b，c，ml，m2實現(xiàn)組裝件圖紙坐標系到機床坐標系的轉換，進而確定了組裝件的機床角度、坐標。
8.根據權利要求2所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述輸出誤差分析結果，限定誤差范圍作為判定條件，判斷被組裝件特征點誤差是否滿足要求。
9.根據權利要求I所述的復雜曲線鋼結構桿件數(shù)控高效組裝方法，其特征是所述定位卡具至少包括角度尺、坐標取值錐、定位擋塊及擋板，定位塊固定擋板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全新的鋼結構桿件隔板精確組裝定位技術的復雜曲線桿件數(shù)控組裝方法，至少包括數(shù)控機床、定位卡具、應用程序1)根據桿件結構特點編寫程序；2)將被組裝件安裝至機床，測量并讀取機床坐標值并記錄；3)在計算機中運行程序，用被組裝件的圖紙理論模型與測得的特征點進行比較，生成誤差分析數(shù)據，確定出理論模型在機床坐標系中的位置；4)通過誤差分析數(shù)據判斷被組裝件實際偏差是否滿足圖紙要求；5)通過被組裝件圖紙理論模型在機床坐標系中的位置，確定被組裝件從圖紙坐標系至機床坐標系的轉換參數(shù)，生成機床代碼；6)將生成的機床代碼copy至數(shù)控機床，運行機床代碼，進行組裝件定位；7)在數(shù)控機床上利用定位卡具進行組裝。
文檔編號B23K31/02GK102699548SQ201210178409
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權日2012年6月1日
發(fā)明者史淑艷, 吉敏廷, 孟培元, 宋燕君, 張健康, 朱新華, 李毅, 費維周 申請人:中鐵寶橋集團有限公司