基于DELMIA焊装线工艺规划与仿真验证

第4期2013年4月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool ＆Automatic Manufacturing Technique
No．4Apr．2013
文章编号：1001－2265（2013）04－0106－04
收稿日期：2012－09－12
*基金项目：国家科技支撑项目（2012BAF06B01）；年产24万辆乘用车机器人焊接自动化生产线（发改办高技【2011】2548号）作者简介：林巨广（1963—），男，安徽六安人，合肥工业大学机械与汽车工程学院教授，工学博士，博士生导师，主要从事汽车自动化装备、汽
车实验台等研究，
（E －mail ）linjuguang@jee．com．cn 。

基于DELMIA 焊装线工艺规划与仿真验证
*
林巨广，樊晓光，李体振
（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）
摘要：基于DELMIA 的虚拟仿真技术，实现对白车身焊装线项目的前期工艺规划和仿真验证包括焊
装线中工作站的建立、
概念焊钳设计与验证、焊接工位的布局、干涉分析、三维工厂及离线编程的建立；通过仿真验证分析焊接装配过程中可能出现的问题，
并提出了解决方法，确定工艺方案。

指导现场装配和现场调试，提高工作效率，降低生产成本。

关键词：DELMIA ；白车身；焊装线；仿真中图分类号：TH16；TG65文献标识码：A Process Planning and Simulation Verification of Welding Line Based on DELMIA
LING Ju-guang ，FAN Xiao-guang ，LI Ti-zhen
（School of Mechanical ＆Automotive Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ）Abstract ：The virtual simulation technology is used to implement the preliminary process planning and simulation verification of BIW welding line project ，including the establishment of work station in weld-ing line ，design and verification of conceptual welding clamp ，layout of welding post ，interference analy-sis and establishment of 3D plant and off-line programming．Problems that may appear during the weld-ing and assembling are analyzed through the simulation and verification ，with solutions provided and process plan determined subsequently ，thus to offer guidance for field assembly and field commissioning ，hence raising efficiency and lowering production cost．
Key words ：DELMIA ；body in white ；welding line ；simulation
0引言
近年来，汽车行业的竞争日益激烈，客户对于汽车的要求也不断提高；面对着目前汽车产品车型周
期短，
市场变化快的情况，高精度高、高柔性化的汽车混合焊装线已成为车身焊接技术的发展方向［1］。

在汽车白车身的焊装前期工艺规划与仿真过程中，
WorkSpace 、Robcad 、IGRIP 以及DELMIA 等仿真分析软件在白车身焊装领域得到广泛应用［2］。

其中Dassault System 公司系列软件DELMIA 以基于物理的虚拟设计与制造及机器人等模块表现最为优异。

结合白车身自动线工艺规划的特点，本文采用DELMIA 的虚拟仿真技术，对白车身焊装线项目进行工艺规划和仿真验证。

1数模转换及工作站的建立
根据确定的仿真流程，首先要将设计完成的白车身、输送装置、夹具与相关工装设备的数模导入DELMIA 中。

DELMIA 具有UG 、CATIA 等常用三维软件的数据接口，也有IGES 等通用数据格式的转换
接口，通过接口，可以将三维数模导入到DELMIA 环境，保证了仿真设计与实际应用的统一性。

机器人数量依据生产线节拍和工作站工作数量
确定以后，
根据适用性和经济型进行选型。

不同品牌的机器人在负载和工作范围方面均有差异，因此需要进行对比验证之后导入仿真工位中。

将设计完成的白车身、输送装置、夹具与相关工
装导入DEMIA 中，
（所有模型的导入均以车身坐标系的原点为参考点）依据设计好的二维布局图进行大致的布局，建立工作站。

图1为初步建立的某工位点焊工作站。

图1基于DELMIA 的仿真工位建立
2
工位的仿真验证
2.1
焊点导入
工位模型建立之后，要将焊点导入并进行分配。

进入DELMIA 的Workcell Sequencing 模块，通过Im-port Io Info 调入焊点信息，焊点信息格式如图2。

机
器人工位任务分配，
应根据节拍的要求来合理的分配焊点，
使得机器人工作量达到平衡。

图2某工位焊点信息文件
2.2概念焊枪的设计
焊枪是焊装线中最重要的焊接设备，焊钳与焊
接夹具、工位中焊接资源之间的仿真验证对焊装设计非常重要。

根据分配后的焊点初步确立焊枪类型（C 型枪和X 型枪），在DELMIA 示教模块中综合考虑每一种车型的焊点，最终确定焊枪参数（喉深、喉宽、大小开
行程、
上下电极臂的长度）及焊枪安装法兰的形式，同时在保证焊接时不出现干涉的前提下，应尽量的
减少焊枪的尺寸，以便减少机器人的负载［3］。

图3是概念焊钳设计效果图，图中可以看出焊点所在的板件剖切面集合与焊枪中心剖切型面组合验证焊枪的通过性。

图3焊点断面图及焊枪形状的验证
2.3机器人的布局
将焊枪安装到机器人上，使用Auto Place 功能，
通过Selected Groups 选择机器人任务包含所有焊点的Tag Group ，验证可达的焊点，在确保所有焊点可达的情况下，选择机器人的站位点，然后依据后续仿真工作调整机器人，确定出最佳站位。

机器人位置点和可达区域如图4、图5所示。

这样前期的工作的可靠性很高，不会出现机器人和工件位置的不合理而造成焊点不可达的现象。

图4
工位机器人位置点计算
图5
机器人可达区域位置
2.4
焊接路径的优化
在点焊工作站中，一台机器人的焊点很少集中在同一区域，通常需要变换几种姿态才能完成焊接工作。

因此，应使机器人在尽量少的姿态下完成预
定工作，同时又能在焊接过程中避开与相邻机器人的干涉
［4-5］。

在Device Task Definition 模块中，使用Teach a Device 就可以对路径进行仿真优化，在仿真运行的同时，需要效验每个焊点处机器人的六轴姿态是否合适，确保机器人各关节正常、顺畅，如图6所示。

在DELMIA 中可以直观的了解工作站中各个机器人的焊接位置，从而安排焊接先后顺序，避免两台机器人同时出现在同一区域，造成互相等待耽误节拍。

图6
焊接路径仿真（左边是仿真按钮右是机器人六轴状态）
2.5干涉分析
在机器人焊接过程中需要分析焊接机器人、车身数模、焊装夹具与焊枪之间是否发生干涉现象，对于焊枪可以通过对焊点处断面图来进行分析（如上图3所示）。

在点焊工作站中，通常会有4台甚至是更多台机器人，在工作时机器人之间相互干涉是很难避免
·
701·2013年4月林巨广，等：基于DELMIA 焊装线工艺规划与仿真验证
的，因此需要干涉区。

如图7，机器人1和机器人2同时进行B 柱焊接时，机器人之间会发生干涉。

通过路径优化，使机器人2先通过干涉区，这样两台机器人同时工作时就不会发生干涉。

但是当机器人2在干涉区工作时发生故障停留在干涉区，后进入干涉区的机器人就会与其发生碰撞。

因此机器人之间的安全性就需要干涉区的设置来保障。

例如在侧围点焊工作站，机器人较多，焊点分布较广，同时又不
能通过路径的优化来避免干涉，
这种情况下干涉区的设置是必不可少的环节
［6-7］。

图7
机器人干涉区的设置
3三维工厂的建立
依据DELMIA 进行的仿真工艺规划，利用PLAYT LAYOUT 模块生成焊接三维工厂。

从整体空间上把握焊装生产线的布局，提高工艺规划的合理性［8］。

图8是某项目前后盖的二维布局图，
图9是某项目前后盖的三维布局图。

图8某项目前后盖二维布局图
4离线编程
目前机器人的编程可分为示教编程和离线编程两种方式。

离线编程技术的一大特点是在离线的情况下，生成机器人程序。

在DELMIA 中Robot Offline Programming 模块可实现离线编程，编程前需要安装java 2SDK 1.4.2或更高的版本的软件。

相比较示教编程，离线编程具有如下优点：
（1）减少机器人不工作的时间。

（2）使编程者远离危险的工作环境。

（3）便于修改机器人的程序。

（4）可结合相关人工智能技术提高编程效率。

（5）预测生产节拍是否满足生产要求。

图9
某项目前后盖三维布局图
离线编程中机器人运动时间、焊接时间、运动轨
迹等都是虚拟的，与现场的实际情况有一定的偏差，通过现场示教反馈，反过来修改仿真中的参数，并通
过现场示教经验，
对仿真轨迹进行修改和优化，从而使离线编程更好的指导现场示教调试
［9-10］。

如下程序为某点焊工作站机器人部分程序：
；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊；*E6POS Declarations *；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
DECL E6POS XBefore _Dock =｛X －803.945496，Y 1428.16699，Z 322.46579，A －58.7966003，B －0.544990599，C －179.453903，S 6，T 27，E10.0，E20.0，E30.0，E40.0，E50.0，E60.0｝
DECL E6POS XDock _pos =｛X －803.514771，Y 1428.08801，Z 292.137085，A －58.7971001，B －0.54456991，C －179.453903，S 6，T 27，E10.0，E20.0，E30.0，E40.0，E50.0，E60.0｝
DECL E6POS XAfter _Dock =｛X －803.845581，Y 1428.16394，Z 316.805511，A －58.7969894，B －0.544618905，C －179.453903，S 6，T 27，E10.0，E20.0，E30.0，E40.0，E50.0，E60.0｝
；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊；*FDAT Declarations *；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
DECL FDAT FBefore_Dock =｛TOOL_NO 0，BASE_NO 0，IPO_FRAME #BASE ，POINT2［］""，TQ_STATE FALSE ｝
DECL FDAT FDock_pos =｛TOOL_NO 0，BASE_NO 0，IPO _FRAME #BASE ，POINT2［］""，TQ_STATE FALSE ｝
DECL FDAT FAfter_Dock =｛TOOL_NO 0，BASE_NO 0，IPO_FRAME #BASE ，POINT2［］""，TQ_STATE FALSE ｝
；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
；*PDAT ＆LDAT Declarations *；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
DECL BASIS_SUGG_T LAST_BASIS =｛POINT1［］"P19"，POINT2［］"P19"，CP_PARAMS ［］"CPDAT3"，PTP_PA-RAMS ［］"H "，CONT ［］""，CP_VEL ［］"0.2"，PTP_VEL ［］"100"，SYNC_PARAMS ［］"SYNCDAT "，SPL_NAME ［］"S0"｝
DECL E6POS XP1=｛X －3466.0，Y －2740.86499，Z 2801.80493，A 89.4692993，B －60.1968193，C 148.013397，S 2，T 3，E10.0，E20.0，E30.0，E40.0，E50.0，E60.0｝
DECL FDAT FP1=｛TOOL _NO 1，BASE _NO 1，IPO _FRAME #BASE ，POINT2［］""，TQ_STATE FALSE ｝
…
·
801·组合机床与自动化加工技术
第4期
…
…
DECL E6POS XP19=｛X－3797.30908，Y－2909.90601，Z2552.70996，A82.3114929，B－61.2843018，C157.030502，S2，T3，E10.0，E20.0，E30.0，E40.0，E50.0，E60.0｝DECL FDAT FP19=｛TOOL_NO1，BASE_NO1，IPO_ FRAME#BASE，POINT2［］""，TQ_STATE FALSE｝
DECL LDAT LCPDAT10=｛VEL2.0，ACC30.0，APO_ DIST100.0，APO_FAC50.0，ORI_TYP#VAR，CIRC_TYP# BASE，JERK_FAC50.0｝
DECL LDAT LCPDAT4=｛VEL2.0，ACC30.0，APO_DIST 100.0，APO_FAC50.0，ORI_TYP#VAR，CIRC_TYP#BASE，JERK_FAC50.0｝
DECL LDAT LCPDAT5=｛VEL2.0，ACC30.0，APO_DIST 100.0，APO_FAC50.0，ORI_TYP#VAR，CIRC_TYP#BASE，JERK_FAC50.0｝
DECL LDAT LCPDAT6=｛VEL2.0，ACC30.0，APO_DIST 100.0，APO_FAC50.0，ORI_TYP#VAR，CIRC_TYP#BASE，JERK_FAC50.0｝
DECL LDAT LCPDAT7=｛VEL2.0，ACC30.0，APO_DIST 100.0，APO_FAC50.0，ORI_TYP#VAR，CIRC_TYP#BASE，JERK_FAC50.0｝
ENDDAT
5结束语
本文基于DELMIA软件对焊装线项目进行了前期的工艺规划和仿真验证。

（1）实现了对产品数据和焊点信息的管理；
（2）充分模拟现场生产场景，消除动静态干涉，提高规划的合理性；
（3）辅助设计人员进行工装设计，在设计阶段较早的发现问题及时更正，提高设计效率和较低生产成本；
（4）离线编程能够辅助现场调试，降低现场调试人员的工作量，提高调试效率。

通过DELMIA软件平台将焊装工艺规划、焊装机构设计、焊装仿真系统集成于一体，实现了数字化工厂的建立。

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（编辑赵蓉）
（上接第105页）轮廓工作曲面设计程序，统一多种运动规律和滚子到一个用户设计界面中，设计人员可以通过更改用户界面上的参数设计出满足不同需要的弧面分度凸轮并能够以三维网格的形式显示，设计过程产生的弧面分度凸轮工作轮廓曲面数据可以保存并能导入其它的三维模型软件生成三维实体模型，能够为以后数控加工代码的生成和运动学分析等提供基础，对于弧面分度凸轮机构的研发具有重要意义。

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（6）：98－105．（编辑赵蓉）
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2013年4月林巨广，等：基于DELMIA焊装线工艺规划与仿真验证。