本发明专利技术公开一种焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法和装置，本发明专利技术的技术方案借助光学在线测量设备和计算机人工智能技术，对焊接整体壁板尺寸、校形量和材料动态特性在线测量，通过专家系统实时数据传输与自适应反馈控制实现激光喷丸工艺参数的设定与优化，完成焊接整体壁板的自动化、数字化和智能化的精密校形。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空制造领域，特别涉及焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法和装置。
技术介绍
现代飞机对飞行速度、载荷性能和燃油经济性有较高要求，传统的铆接壁板由于刚度、强度和密闭性差、结构寿命低、重量大等缺点已被整体壁板所取代。近年来，随着焊接技术发展，出现了筋条与蒙皮焊接而成的整体壁板结构。这种焊接整体壁板能够将材料利用率大大提高、零件制造成本大幅降低；并且桁条与蒙皮可采用不同的合金材料，为整体壁板结构设计优化提供了更大的空间，进一步提高零件结构效率。例如，空客A380机身下壁板全部采用了6013和6056铝合金的焊接整体壁板，可极大地降低了零件制造成本，并提高了整体结构效率。但是，整体壁板在筋条焊接过程中，由于只是局部受热，使壁板内部产生非均匀的热应力，导致加工完成后的壁板发生一定的初始变形及内部残余应力，不利于后期整体壁板的装配与服役，因此必须进行相应的校形处理。目前，针对焊接整体壁板的校形方法有压力校形(例如：滚弯、压弯和锤击)、时效校形(例如：蠕变时效、振动时效)、机械喷丸校形。在压力校形中，由于加强筋参与变形，容易产生失稳、扭曲或开裂等缺陷，并且在卸载后会产生较大回弹，校形难度极大。此外，现代飞行器对结构疲劳寿命和损伤容限有较高要求，因此在一般情况下，压力校形不作为主要校形手段，仅用于局部加强区域辅助校形手段。时效校形必须采用具有时效硬化特性的材料，并且校形回弹量较大、壁板贴膜困难、模具成本高、准备周期长和要求有足够尺寸的热压罐，导致生产耗能及成本很高。机械喷丸校形则存在工艺参数难定、工艺可重复性差、校形能力受板厚限制、特殊细长加强结构与局部区域校形难度大等技术难点。综上所述，发展一种校形精度高、工艺可重复性强、自动化控制和经济高效的焊接整体壁板校形的方法是航空制造业亟需解决的技术问题。针对上述的技术问题，中国专利CN103752651B《焊接整体壁板激光冲击校形方法》是通过离线测量工件变形和残余应力数据，利用计算机确定校形量和校形路径，实施激光喷丸校形后再次进行离线测量，如果贴膜间隙超过预留间隙，则重复上述步骤，直至贴膜间隙小于等于预定间隙。但上述方法存在以下问题：1)采用离线测量工件变形，变形测量效率极低。2)离线测量需要拆装工件，导致重复定位误差和变形大，尤其是对于大尺寸航空整体壁板而言重复精确定位很困难，推导出下一步的激光喷丸参数而没有考虑重复定位误差的影响，这在实际生产中显然不足的。3)激光喷丸残余应力离线测量非常费事，应力测量效率低，且残余应力值不宜作为确定下一步激光喷丸工艺参数的依据。4)激光喷丸校形工艺参数确定机制简单，仅基于变形量设定，且缺乏工艺参数优化机制，导致校形工序迭代步骤增长，效率低下。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法和装置，旨在优化焊接整体壁板的激光喷丸的生产工艺，以实现航空精密制造的柔性化、数字化和智能化。为实现上述目的，本专利技术提出一种焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将需要校形的工件夹装于工作台上；2)开启LED测量辅助照明灯组提供高质量观测光源；3)使用光学测量相机对所述工件进行扫描，采集所述工件尺寸与校形量的数据并最终传输至专家系统；4)所述专家系统根据所述工件尺寸和校形量的数据预设校形参数；5)激光发生器及导光系统接收所述专家系统的命令，激光参数控制器设定激光喷丸校形参数；6)工作台位移处理器接收所述激光喷丸校形参数，工作台位移控制器设定位移参数；7)激光喷丸单元产生冲击波并作用于所述工件并发生相应变形；8)所述工件激光喷丸校形过程中，所述光学测量相机实时在线测量激光喷丸区域材料动态应变场，由图形处理工作站计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据，并反馈至专家系统；激光喷丸校形结束，所述光学测量相机重新测量所述工件尺寸和校形量数据；9)所述专家系统判断工件经激光喷丸校形后的尺寸是否合格；10)如果所述工件尺寸合格，结束激光喷丸校形；11)如果所述工件尺寸不合格，所述专家系统通过数值仿真、在线测量数据和专家数据库综合推理得出实时最优的激光喷丸参数与工件位移参数，并实时发送至激光发生器及导光系统与工作台位移处理器，再次实施工件激光喷丸校形；重复所述步骤5)至所述步骤11)，通过激光参数控制器与工作台位移控制器实现最优激光喷丸校形参数和工件按预定轨迹移动的实时反馈控制，逐区域控制工件变形，通过累积局部变形逐渐实现工件整体精密校形，直至工件达到尺寸要求。优选地，所述工件为柱形、锥形、凸峰形、马鞍形和折弯形的焊接整体壁板。优选地，所述步骤1)的所述工作台为航空制造专用的卡板式型面控制校形工装。优选地，所述步骤3)的所述光学测量相机的分辨率2900万像素，所述光学测量相机测量位移精度0.001-0.1/pixel。优选地，所述步骤3)或所述步骤4)的所述专家系统由理论模型数据库和试验模型数据库组成，所述理论模型数据库由数值仿真得到，所述试验模型数据库由基础试验和经验公式得到。本专利技术还提出一种焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法的装置，所述装置包括光学在线测量模块、激光喷丸校形模块、工作台位移模块以及专家系统。优选地，所述光学在线测量模块包括所述LED测量辅助照明灯组、所述光学测量相机、所述光学设备控制器、所述图形处理工作站。所述激光喷丸校形模块包括激光发生器及导光系统、所述激光参数控制器、所述激光喷丸单元；所述工作台位移模块包括所述工作台、所述工作台位移控制器、所述工作台位移处理器；所述专家系统分别与所述图形处理工作站、所述激光发生器及导光系统、所述工作台位移处理器电连接，所述光学设备控制器分别与所述LED测量辅助照明灯组、所述光学测量相机、所述图形处理工作站电连接；所述激光参数控制器分别与所述激光发生器及导光系统、所述激光喷丸单元电连接；所述工作台位移控制器分别与所述LED测量辅助照明灯组、所述光学测量相机、所述激光喷丸单元、所述工作台位移处理器电连接。本专利技术技术方案在工件激光喷丸校形过程中，通过光学测量相机实时在线测量激光喷丸区域材料动态应变场，并由图形处理工作站计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据，并反馈至专家系统，专家系统通过数值仿真、在线测量数据和专家数据库综合推理得出实时最优的激光喷丸参数与工件位移参数，并实时发送至激光系统与工作台位移系统，再次实施工件激光喷丸校形，使焊接整体壁板在航空精密制造中避免重复拆装工件，提高激光喷丸校形的精度和工作效率，从而实现焊接整体壁板的激光喷丸校形的柔性化、数字化和智能化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法的流程结构图；图2为本专利技术焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形装置的结构示意图；图3为本专利技术的柱形焊接整体壁板工件的结构示意图；图4为本专利技术的锥形焊接整体壁板工件的结构示意图；图5为本专利技术的凸峰形焊接整体壁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将需要校形的工件夹装于工作台上；2)开启LED测量辅助照明灯组提供高质量观测光源；3)使用光学测量相机对所述工件进行扫描，采集所述工件尺寸与校形量的数据并最终传输至专家系统；4)所述专家系统根据所述工件尺寸和校形量的数据预设校形参数；5)激光发生器及导光系统接收所述专家系统的命令，激光参数控制器设定激光喷丸校形参数；6)工作台位移处理器接收所述激光喷丸校形参数，工作台位移控制器设定位移参数；7)激光喷丸单元产生冲击波并作用于所述工件并发生相应变形；8)所述工件激光喷丸校形过程中，所述光学测量相机实时在线测量激光喷丸区域材料动态应变场，由图形处理工作站计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据，并反馈至专家系统；激光喷丸校形结束，所述光学测量相机重新测量所述工件尺寸和校形量数据；9)所述专家系统判断工件经激光喷丸校形后的尺寸是否合格；10)如果所述工件尺寸合格，结束激光喷丸校形；11)如果所述工件尺寸不合格，所述专家系统通过数值仿真、在线测量数据和专家数据库综合推理得出实时最优的激光喷丸参数与工件位移参数，并实时发送至激光发生器及导光系统与工作台位移处理器，再次实施工件激光喷丸校形；重复所述步骤5)至所述步骤11)，通过激光参数控制器与工作台位移控制器实现最优激光喷丸校形参数和工件按预定轨迹移动的实时反馈控制，逐区域控制工件变形，通过累积局部变形逐渐实现工件整体精密校形，直至工件达到尺寸要求。...
【技术特征摘要】
1.一种焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将需要校形的工件夹装于工作台上；2)开启LED测量辅助照明灯组提供高质量观测光源；3)使用光学测量相机对所述工件进行扫描，采集所述工件尺寸与校形量的数据并最终传输至专家系统；4)所述专家系统根据所述工件尺寸和校形量的数据预设校形参数；5)激光发生器及导光系统接收所述专家系统的命令，激光参数控制器设定激光喷丸校形参数；6)工作台位移处理器接收所述激光喷丸校形参数，工作台位移控制器设定位移参数；7)激光喷丸单元产生冲击波并作用于所述工件并发生相应变形；8)所述工件激光喷丸校形过程中，所述光学测量相机实时在线测量激光喷丸区域材料动态应变场，由图形处理工作站计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据，并反馈至专家系统；激光喷丸校形结束，所述光学测量相机重新测量所述工件尺寸和校形量数据；9)所述专家系统判断工件经激光喷丸校形后的尺寸是否合格；10)如果所述工件尺寸合格，结束激光喷丸校形；11)如果所述工件尺寸不合格，所述专家系统通过数值仿真、在线测量数据和专家数据库综合推理得出实时最优的激光喷丸参数与工件位移参数，并实时发送至激光发生器及导光系统与工作台位移处理器，再次实施工件激光喷丸校形；重复所述步骤5)至所述步骤11)，通过激光参数控制器与工作台位移控制器实现最优激光喷丸校形参数和工件按预定轨迹移动的实时反馈控制，逐区域控制工件变形，通过累积局部变形逐渐实现工件整体精密校形，直至工件达到尺寸要求。2.如权利要求1所述的焊接整体壁板在线自适应激光喷丸校形方法，其特征在于，所述工件为柱形、锥形、凸峰形、马鞍形和折弯形的焊...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永康，张峥，杨青天，罗红平，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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