CN108296406A - 智能铆接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能铆接系统。包括液压铆接工具、铆接位置识别系统、铆接位移检测系统、铆接压力检测系统和中央处理系统；中央处理系统获取图像信息并进行位置识别、编码和储存，形成一一对应的铆接位置数据，获取每个铆接位的即时位移数据、即时铆接油压压力数据，形成铆接位移值与铆接压力值对应的实时数据并与标准比较进行质量判断；位移数据获取优选流量计结构方式。本发明实现了铆接位置和安装参数的自动识别和获取并自动检测判断铆接质量；本发明采用流量计可获取更加精准的实时铆接位移值，简化铆接器的结构和减小铆接器的重量，通过对铆接安装时数据进行储存，可实现拉铆钉安装质量的可追溯性。

Description

智能铆接系统

技术领域

本发明属于铆接紧固技术领域，尤其属于铆接紧固设备设计制造技术领域，特别涉及一种拉铆钉紧固连接设备系统及其监测技术，属铆接类(B21J)。

背景技术

拉铆紧固连接技术在铁路、航空、汽车、船舶等行业均得到了广泛应用，但在大批量的安装使用过程中，因操作人员和检查人员的疏忽，很可能出现漏铆、漏检或错检等问题，给系统运行带来了较大的安全隐患。

中国专利200680033854.3用于紧固件放置工具的监测系统公开了一种紧固件铆接的监测系统，它提供了一种用传感器对铆接位移和铆接力的检测。其采用如下结构及其方法：采用非接触冲程传感器测定适配器筒上的锥形面与传感器间的距离,需要在铆接工具后端活塞和前端夹持爪组件间增设随同移动的适配器筒。测铆接力的结构：通过测压元件传感器测监测组件本体前部与后部之间的压缩力，从而测出前端喷嘴与工具主体之间的压缩载荷。为此同时需在后端工具主体与喷嘴间还需增设监测组件：除前部与后部外，还包括有三组螺丝、后盖等。该专利存在以下不足，该监测系统只能用于拉断式盲铆接类型紧固件，不能满足非拉断式非盲铆接其它类型拉铆钉监测需求；监测系统智能化程度低，不能自动判断铆接位置；未能实现拉铆钉安装后的可追溯性。

中国专利201510939835.8智能铆接监测方法及系统公开了智能铆接监测方法及系统。其结构及其监测方法包括：铆接器油缸上装拉线、抽杆或激光位移传感器,本体和拉线等分别固定于油缸和活塞上。在液压泵出油口和铆接器进油管之间设压电式压力传感器；或在铆接器头部装穿心式轴压力传感器。油缸表面上设相机装置。并设微机处理器。传感器、相机等电信号端均接微机；其出口接报警器。拉铆钉预装插入后，铆接器启动。相机图像采集，由微机在线识别程序，判定铆接位置点。铆接完后，输入位移和压力测定数据。判定位移、铆接力和位置点是否合格,是,数据存储；否,报警。实现自动识别铆接位置、质量、系统故障、故障提示。有效规避因人疏忽带来的漏铆、漏检或错检等隐患。各种传感器安装结构简单、安装方便,可用于任何类型拉铆钉的铆接监测。该专利解决了自动识别铆接位置及初步进行质量监测、系统故障、故障提示等功能。但位移检测及其铆接数据追溯等存在不足。

发明内容

本发明提供的智能铆接装备系统，其目的是提供一种具有铆接位置、过程安装参数、质量、故障、错误信息提示、数据追溯等功能的全面智能化铆接装备，不仅结构、安装简单，还能用于各种类型铆钉的铆接监测。

本发明采用的技术方案如下：

智能铆接系统，包括液压铆接工具、铆接位置识别系统、铆接位移检测系统、铆接压力检测系统和中央处理系统；其特征在于：

所述液压铆接工具包括铆接器和液压泵站；铆接器用于将铆钉通过挤压连接固定被铆接件，液压泵站用于给铆接器提供液压铆接动力；

所述铆接位置识别系统包括图像采集装置，用于采集每个铆接位的图像信息并传送给中央处理系统；

所述铆接位移检测系统包括位移检测装置，用于检测铆接器挤压铆钉连接固定被铆接件过程中的即时位移数据并传送给中央处理系统；

所述铆接压力检测系统包括压力传感器，用于检测液压泵站在铆接过程中的即时铆接油压压力数据并传送给中央处理系统；

所述中央处理系统包括上位机；上位机获取图像采集装置的图像信息并进行位置识别、编码和储存，形成一一对应的铆接位置数据；上位机获取铆接位移检测系统的即时位移数据，形成以时间轴为顺序的即时位移数据并储存；上位机获取铆接压力检测系统的即时铆接油压压力数据，形成以时间轴为顺序的即时压力数据并储存；上位机将位置数据、位移数据、油压数据记录为以每个铆接位为单元的、以相同时间时的铆接位移值与铆接压力值对应的实时数据。

所述位移检测装置是拉线式、抽干式、激光式位移传感器。

所述位移检测装置还可以是安装在液压泵站回油口和铆接器压力油出油管之间，或安装在液压泵站出油口和铆接器压力油进油管之间的流量计；流量计用于采集铆接时铆接器出油管压力油或铆接器进油管压力油的流量信号，并将流量信号数据传输至上位机换算获得铆接位移数据。本发明优选采用流量计获取位移数据结构方式，采用流量计方式不用改变铆接系统的结构，获取数据稳定、准确、可靠，同时应用于现有设备改造可方便接入，无需对现有铆接工具进行复杂的改造。

所述图像采集装置采用CCD工业摄像镜头、USB接口内窥镜头或镜头配视频采集卡，图像采集装置的视频镜头通过安装座固定安装在铆接器油缸外表面顶部位置对准前方位置被铆接件，信号线从液压铆接工具后端盖与防松挡片之间经手柄传出。

所述中央处理系统将获得的每个铆接位为单元的、以相同时间的铆接位移值与铆接压力值对应的实时数据与标准值域进行比对，位于标准值域内的记录为合格，否则记录为不合格并发出提示信息。

本发明装备应用时，启动液压铆接工具后，图像采集器装置对铆接位置点进行拍照，数据传入智能泵站上位机图像采集分析系统中进行分析处理，完成对铆接位置点的判断；液压铆接工具活塞及卡爪向铆钉施加拉力、油缸及铁砧组件向套环施加推力、使铆钉和套环发生相对位移并固紧被铆接件；在铆接过程中液压铆接工具上的传感器采集铆接位移或泵站回油口的流量脉冲信号传入智能泵站上位机直接或间接计算出铆接位移，泵站上压力传感器采集铆接力数据传入上位机中计算出铆接力，获取以每个铆接位为单元的、以相同时间时的铆接位移值与铆接压力值对应的实时数据并生铆接力和铆接位移关系曲线，将其与系统中储存的标准合格曲线进行对比分析，从而完成铆接质量的判断，标准合格曲线设定为标准值域，位于标准值域内的记录为合格，否则记录为不合格并发出提示信息。

本发明有益效果：

1)本发明为实现了铆接位置的自动识别、调节安装参数、记录铆接过程中的参数信息、自动检测判断铆接质量、错误信息提示功能等的新型智能铆接装备，以有效地规避了因人疏忽而带来的安全隐患。2)根据不同铆接位置的特点，采集铆接位置点的图像，处理实际采集的图像，在提取到图像特征后，利用分类标准对特征进行模式识别或对比特征库输出分类信息，识别铆接位置点。输出了位置标识信息，可为进一步进行铆接质量监测提供一种有效的方法。3)位移传感器或流量计和压力传感器可以实现在线监测拉铆钉的铆接位移和铆接力，且安装均很方便。4)本发明开发的智能铆接装备不仅可用于拉断式盲铆接类型紧固件，且还可以用于非拉断的短尾拉铆钉、可重复拉铆钉等各种类型，以满足产品需求。5)采用流量计可获取更加精准的实时铆接位移值，且还可以简化铆接器的结构和减小铆接器的重量。6)本监测方法通过对铆接安装时数据进行储存，可实现拉铆钉安装质量的可追溯性。

附图说明

图1智能铆接监测系统总体组成布置原理图；

图2智能铆接监测方法流程图；

图3液压控制原理图；

图4监测方法示意图。

图中，1液压铆接工具、2拉铆钉、3铆接板、4位移传感器、5压力传感器、6相机装置、7液压泵站、8中央处理系统、9报警器、1.1油缸、1.2活塞、1.3铁砧、1.4连接套、1.5液压铆接工具压力油进油口、2.1铆钉、2.2套环、2.1.1铆钉尾部、4.1拉线、4a位移传感器电信号线、5a压力传感器电信号线、5A穿心式轴压力传感器、5Aa穿心式轴压力传感器信号线、6a相机装置信号线、B1铆接曲线阈值上限曲线、B2铆接曲线阈值下限曲线、X1合格铆接曲线、X2不合格铆接曲线。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

结合附图。

智能铆接系统包括智能泵站、液压铆接工具；液压铆接工具启动后，图像采集器装置对铆接位置点进行拍照，数据传入智能泵站上位机图像采集分析系统中进行分析处理，完成对铆接位置点的判断；液压铆接工具活塞及卡爪向铆钉施加拉力、油缸及铁砧组件向套环施加推力、使铆钉和套环发生相对位移并固紧被铆接件；在铆接过程中液压铆接工具上的传感器采集铆接位移或泵站回油口和进油口的流量脉冲信号传入智能泵站上位机直接或间接计算出铆接位移，泵站上压力传感器采集铆接力数据传入上位机中计算出铆接力，力和位移采集判断系统对铆接力和铆接位移生成曲线关系与系统中储存的合格曲线进行对比分析，从而完成铆接质量的判断。

本发明具体还包括：

1)配置如下智能铆接装置：

在液压铆接工具上设如下图像采集器装置，包括CCD工业摄像头、USB接口内窥镜、镜头配视频采集卡三种方式：视频镜头通过安装座固定安装在液压铆接工具油缸外表面顶部位置，视频镜头对准前方位置被铆接件，信号线从液压铆接工具后端盖与防松挡片之间经手柄传出。

在液压铆接工具上设如下位移传感器或在智能泵站上设如下流量计：位移传感器包含拉线式、抽干式、激光式位移传感器可将采集的位移信号传输至上位机中直接计算出铆接位移，拉线、抽杆或缴光位移传感器本体固定在液压铆接器的后端油缸上，拉线、或抽杆固定在液压铆接器活塞上，缴光位移传感器本体上装设向活塞发射红外线的发射器和接收器，监测出活塞相对油缸的位移即为工作状态铆钉与套环间相对位移；流量计安装在智能泵站回油口和液压铆接工具压力油出油管之间或安装在智能泵站出油口和液压铆接工具压力油进油管之间，采集每次铆接时铆接工具出油管压力油和铆接工具进油管的脉冲信号，信号数据传输至智能泵站上位机换算间接得出铆接位移的数值。

在智能泵站上设如下压力传感器：在智能泵站的出油口和液压铆接工具压力油进油管间设置压力传感器，配制三通分别接液压泵站出油口、液压铆接工具液压进油管和压力传感器油压感应部分，压力传感器感应部分采集铆接实时油压值，将采集的数据传输至智能泵站上位机力和位移采集判断系统中进行计算分析出实时铆接力的数值。

2)拉铆钉在被铆接件单侧或双侧预装完,铆钉插入液压铆接工具前端的卡爪上后，按动铆接开关，液压铆接工具启动；

3)图像采集器装置进行图像采集，控制时间约1s，采集的图像参数传输至中央处理系统，通过在线位置识别程序与标本图像参数中获得的权向量和阀向量进行比对，获得位置识别结果,判定铆接位置点。

4)铆接完成后，将测定的位移和压力相关的数据传输至中央处理系统中生成铆接力与位移的关系曲线，与数据库中标定数据铆接力与位移的关系曲线进行比对判定。

5)中央处理系统的处理模块判定铆接力与位移的关系曲线是否合格，识别模块对铆接位置进行样本识别，合格便将数据储存于存储器，不合格，驱动报警器发出警报信号。

本发明智能铆接系统上设如下图像采集识别系统：图像采集对需要判断位置的铆接点进行360°范围的图像采集，将采集好的图像进行离线训练，并找出各个位置点的图像特征，获得权向量与阀值向量；图像识别是处理实际采集的图像，在提取到图像特征后，利用分类标准对特征进行模式识别或对比特征库输出分类信息的过程。

智能铆接系统上设如下铆接系统：铆接时压力油从液压铆接工具进油口进入油缸活塞有杆腔对活塞施加推力，活塞及卡爪向铆钉施加拉力、油缸及铁砧组件向套环施加推力、使铆钉和套环发生相对位移并固紧被铆接件；退铆时压力油从液压铆接工具回油口进入油缸活塞无杆腔对活塞施加推力，活塞及卡爪向铆钉施加推力，油缸及铁砧组件与套环松开完成退铆。

智能铆接系统上设如下力和位移采集判定系统：在铆接过程中使用压力传感器在液压站出油口采集泵站输出压力；使用流量计在液压站的回油口和出油口时实采集铆接时液压油的流量或使用拉线式、抽干式、激光式位移传感器采集的位移数据；由上位机将采集的液压油信息换算为位移信息并生成“铆接压力-位移”曲线。通过铆接过程的“最大压力”、“有效铆接位移”、“铆接压力-位移曲线”三项参数与系统内的标定数据作对比，以此来判断铆接过程质量。

智能铆接系统上设如下液压控制系统：液压泵站通过溢流阀、电磁换向阀、卸荷阀、压力传感器以及压力开关的控制，完成正常的铆接工作。

图像采集识别系统，包括离线训练程序和在线识别程序：

离线训练程序使用MATLAB编写快速获得所需的权向量和阀值向量训练离线神经网络：选取实际工况拍摄的铆接位置图像作为训练样本，平均每个位置取多幅图像，将样本图像特征数据通过数据接口输入MATLAB中，输入值归一化、构造输出矩阵、创建网络，训练网络获得权向量与阀值向量。

在线识别程序使用LabVIEW编写，测试组图像的特征参数输入、测试数据归一化、将测试组数据与获得权向量与阀值向量生成的在线识别程序按照与离线训练程序训练同一算法进行运算，统计准确率是通过正确识别图像位置的数目与测试数据对应图像的总数之比计算所得。

铆接应用时，启动铆接按钮，压力油从液压铆接工具进油口进入油缸活塞有杆腔对活塞施加推力，活塞及卡爪向铆钉施加拉力、油缸及铁砧组件向套环施加推力、使铆钉和套环发生相对位移并固紧被铆接件；退铆时压力油从液压铆接工具回油口进入油缸活塞无杆腔对活塞施加推力，活塞及卡爪向铆钉施加推力，油缸及铁砧组件与套环松开完成退铆。

铆接过程中压力传感器在液压站出油口采集液压站站输出压力电信号，流量计在液压站的回油口和出油口采集液压油流量电信号，由中央处理系统将采集的液压油流量电信号换算为铆接位移并生成“铆接压力-位移”曲线。中央处理系统提取铆接过程的“最大压力”、“有效铆接位移”、“铆接压力-位移曲线”三项参数与系统内存储的标定数据进行对比，以此来判断铆接过程是否合格。

如图1所示。铆接系统中有液压铆接工,1，拉铆钉2(拉铆钉由铆钉和套环组成)，被铆接件3，被铆接件安装孔3A，液压泵站7。液压铆接器启动后，活塞1.2通过卡爪1.21向铆钉2.1施后拉力，油缸1.1通过连接套1.4、铁砧组件1.3向套环2.2施向前推力，使铆钉和套环相对位移并将被铆接件3固紧。

本发明还包括下述方法步骤：

1)配置如下铆接监测系统

在液压铆接工具上设如下图像采集器装置，包括CCD工业摄像头、USB接口内窥镜、镜头配视频采集卡三种方式：视频镜头通过安装座固定安装在液压铆接工具油缸外表面顶部位置，视频镜头对准前方位置被铆接件，信号线从液压铆接工具后端盖与防松挡片之间经手柄传出。

在液压铆接工具上设如下位移传感器或在智能泵站上设如下流量计：位移传感器包含拉线式、抽干式、激光式位移传感器可将采集的位移信号传输至上位机中直接计算出铆接位移，拉线、抽杆或缴光位移传感器本体固定在液压铆接器的后端油缸上，拉线、或抽杆固定在液压铆接器活塞上，缴光位移传感器本体上装设向活塞发射红外线的发射器和接收器，监测出活塞相对油缸的位移即为工作状态铆钉与套环间相对位移；流量计安装在智能泵站回油口和液压铆接工具压力油出油管之间或安装在智能泵站出油口和液压铆接工具压力油进油管之间，采集每次铆接时铆接工具出油管压力油和铆接工具进油管的脉冲信号，信号数据传输至智能泵站上位机计算出铆接时液压铆接工具油缸有杆腔和无杆腔实时液压油体积的变化，根据液压铆接工具油缸有杆腔和无杆腔活塞的有效面积计算出铆接位移的数值。

在智能泵站上设如下压力传感器：在智能泵站的出油口和液压铆接工具压力油进油管间设置压力传感器，配制三通分别接液压泵站出油口、液压铆接工具液压进油管和压力传感器油压感应部分，压力传感器感应部分采集铆接实时油压值，将采集的数据传输至智能泵站上位机力和位移采集判断系统中进行计算分析出实时铆接力的数值。

2)预装和铆接启动：将铆钉在铆接件单侧或双侧预装完，铆钉插入液压铆接器前端卡爪上后，按动铆接开关，液压铆工具启动开机，卡爪夹紧瓣向后拉动铆钉，同时铁砧推动拉铆钉套环前移并铆接固紧，整个铆接过程的液压控制原理为图3。

3)位置识别：图像采集器装置控制时间不超过1s进行图像采集，将采集的图像通过图像采集器装置电信号线传输至上位机处理系统处理。处理器进行图象采集程序后，一是将测试图象参数传入在线位置识别程序，二是将样本图象参数输入到离线训练程序，将获得的权向量W和阀值向量Q也输入到在线位置识别程序中，经在线位置识别程序后，获得位置识别结果，即输出铆接位置标识信息。

4)铆接位移和铆接压力比较：将压力传感器采集的压力电信号转化为数字信号传输至上位机处理系统中，将流量计采集的流量电信号或位拉线式、抽干式、激光式位移传感器采集的位移数据传输至上位机处理系统中，经过上位机处理系统处理，形成“铆接压力-位移”曲线。通过比较铆接过程中的“最大压力”、“有效位移”和“铆接压力-位移”曲线与系统存储的标定数据，判定铆接位移和铆接力是否合格。

5)判断处理：处理器判定位移、铆接力与铆接位置点是否合格，若合格便将数据储存于中央处理系统储存器，反之若不合格，驱动报警器发出警报信号。

位置识别是根据不同铆接位置的特点，采集铆接位置点的图像，处理实际采集的图像，在提取到图像特征后，利用分类标准对特征进行模式识别或对比特征库输出分类信息，识别铆接位置点。输出的位置标识信息。

如图3所示，液压泵站可同时供两路油缸独立工作，每路油缸又可供两个油缸工作(不同路油缸工作方式为独立，同一路油缸的工作方式为互锁)；液压泵站启动，两路油压上升，油路同时到达溢流阀、电磁换向阀和卸荷阀；当卸荷阀不工作时连接油路回路回到油箱；卸荷阀给电工作时，油路流经油缸回路。油压经过二位三通电磁换向阀，当YV1、YV2、YV3均通电时，压力油通过YV2的通路流入油缸推动活塞向后运动，当压力大于压力传感器设定压力，YV1、YV2断电，压力油通过YV1的通路流入油缸推动活塞向前运动；当回油压力大于压力开关设定压力时，YV3断电，卸荷阀断电卸荷；当油路油压大于溢流阀的溢流压力时，溢流阀打开与油缸油路的通路卸荷，使油保持在溢流压力值；当两油路卸荷阀均断电时，电机断电并停止工作。

如图4所示，图4是监测方法示意图，图中，横坐标Y是压力指，纵坐标是位移值，B1和B2分别是标准合格曲线设定的标准值域，X1是合格铆接数据，X2是不合格铆接数据。

Claims (5)

1.智能铆接系统，包括液压铆接工具、铆接位置识别系统、铆接位移检测系统、铆接压力检测系统和中央处理系统；其特征在于：

所述液压铆接工具包括铆接器和液压泵站；铆接器用于将铆钉通过挤压连接固定被铆接件，液压泵站用于给铆接器提供液压铆接动力；

所述铆接位置识别系统包括图像采集装置，用于采集每个铆接位的图像信息并传送给中央处理系统；

所述铆接位移检测系统包括位移检测装置，用于检测铆接器挤压铆钉连接固定被铆接件过程中的即时位移数据并传送给中央处理系统；

所述铆接压力检测系统包括压力传感器，用于检测液压泵站在铆接过程中的即时铆接油压压力数据并传送给中央处理系统；

所述中央处理系统包括上位机；上位机获取图像采集装置的图像信息并进行位置识别、编码和储存，形成一一对应的铆接位置数据；上位机获取铆接位移检测系统的即时位移数据，形成以时间轴为顺序的即时位移数据并储存；上位机获取铆接压力检测系统的即时铆接油压压力数据，形成以时间轴为顺序的即时压力数据并储存；上位机将位置数据、位移数据、油压数据记录为以每个铆接位为单元的、以相同时间时的铆接位移值与铆接压力值对应的实时数据。

2.根据权利要求1所述的智能铆接系统，其特征在于：所述位移检测装置是拉线式、抽干式、激光式位移传感器。

3.根据权利要求1所述的智能铆接系统，其特征在于：所述位移检测装置包括安装在液压泵站回油口和铆接器压力油出油管之间，或安装在液压泵站出油口和铆接器压力油进油管之间的流量计；流量计用于采集铆接时铆接器出油管压力油或铆接器进油管压力油的流量信号，并将流量信号数据传输至上位机换算获得铆接位移数据。

4.根据权利要求1或2或3所述的智能铆接系统，其特征在于：所述图像采集装置采用CCD工业摄像镜头、USB接口内窥镜头或镜头配视频采集卡，图像采集装置的视频镜头通过安装座固定安装在铆接器油缸外表面顶部位置对准前方位置被铆接件，信号线从液压铆接工具后端盖与防松挡片之间经手柄传出。

5.根据权利要求4所述的智能铆接系统，其特征在于：所述中央处理系统将获得的每个铆接位为单元的、以相同时间的铆接位移值与铆接压力值对应的实时数据与标准值域进行比对，位于标准值域内的记录为合格，否则记录为不合格并发出提示信息。