CN108971409A - 一种基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法，通过实验或仿真建立铆接过程中铆接力和冲头位移量的关系标准曲线，并获得不同铆接缺陷所对应的铆接力的变化趋势；通过实时检测获得铆接过程中的冲头位移量和冲头铆接力的实测值，根据实测值绘制当前实测曲线；通过对当前实测曲线和关系标准曲线进行比较，判断铆接状态，并根据铆接状态控制铆接工具的冲头铆接力。本发明通过实时监控铆接过程中力和位移曲线，实现对铆接力值的控制，使铆接力保持在合理范围内以保证铆接质量。

Description

一种基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法

技术领域

本发明涉及铝车身自冲铆接质量控制方法，更具体地说是一种基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法。

背景技术

自冲铆接是指在冲头的作用下，将铆钉压入板材，使其穿刺上层板后，在凹模和下层板材共同作用下，铆钉腿部向四周翻开形成机械互锁的连接工艺。铆接设备包括压边圈、冲头、空心铆钉、上层板、下层板和凹模；铆接过程分为四个阶段：

一是夹紧阶段：凹模置于下层板的底部，压边圈置于上层板上、并向下压紧待铆接的上层板和下层板，与此同时，铆钉在冲头的驱动下竖直向下对板料进行压紧；

二是冲刺阶段：冲头向下运动，推动铆钉穿刺上层板，与此同时，铆钉也驱动下层板向凹模内发生塑性变形；

三是扩张阶段：随着冲头的继续下推，铆钉腿部逐渐张开，下层板受力变形逐渐填充凹模，在冲头和凹模的共同作用下，铆钉腿部向四周扩张，嵌入下层板，形成铆钉与板材的机械互锁结构，实现对上层板和下层板的两种板材的连接；

四是冲铆完成：当冲头将铆钉下压至铆钉头与上层板的上表面紧密接触且齐平时，铆接完成，随后压边圈释放压边力，冲头返回初始工位，冲铆结束。

图2为铆点剖面图，图2中所示包括：铆钉11、上层板12、下层板13，H为头高，是指铆钉上端面至上层板上表面的距离，LL为左侧互锁值，RL为右侧互锁值，左右侧互锁值表示铆钉穿透下层板后，向外翻开的距离，R为下层板的最小厚度；其中H、LL、RL和R值的大小为评价铆接质量的主要参数，不同的主机厂对这些参数设定的标准不尽相同，一组较为常规的标准是：H为-0.5mm-0.3mm，LL和RL为0.2mm，R为0.2mm。

自冲铆接所形成的机械互锁是指铆钉嵌入下层板材内部，发生塑性变形、硬化，从而起到连接的作用。

自冲铆接已经在汽车制造领域广泛应用；在大规模自动化生产中，对工件的质量进行有效监测和缺陷分析对提高产品质量稳定性、降低生产成本和提高产品竞争力起到重要作用。自冲铆接工艺的力学特点决定其铆接质量受到板材、铆钉、模具(即凹模)和冲压设备等多种因素的影响，接头可能出现裂纹、铆钉屈服、下层板被刺穿、强度不足等质量问题。因此，对接头质量的分析与监测，特别是在线监测技术的研究，对提高自冲铆接技术可靠性，实现过程的动态质量管理有重要意义。

目前常用的自冲铆接质量在线检测方法主要有：视觉检测法、铆点剖面测量法和力学测试法；视觉检测法是利用摄像头拍摄自冲铆接过程，将拍摄图像经过灰度处理后，读取其中关键区域的亮度值，建立亮度曲线，利用算法与基准曲线进行比较，以此判断铆钉是否处于正确位置，但视觉检测法只能识别铆接的外形缺陷，无法识别铆接的内部质量缺陷；铆点剖面测量法是将铆接接头沿接头径向切割，直接测量切割面上的LL、RL、R及H等参数值，据此并结合接头截面的形貌对铆接质量进行评价，显然，这种破坏性检测无法应用在针对铆接质量的实时监测中；力学测试法是通过拉伸试验测试接头抗剪切能力，通过剥离试验测试接头抗剥离能力；同样，因其试验过程破坏了铆接件的完整性无法用于针对铆接质量的实时监测。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法，通过实时监控铆接过程中力和位移曲线，实现对铆接力值的控制，使铆接力保持在合理范围内以保证铆接质量。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法的特点是：

通过实验或仿真建立铆接过程中力和位移关系标准曲线；

通过实时检测获得铆接过程中的冲头位移量值和冲头铆接力值；

通过对实时检测获得的铆接过程中的冲头位移量值和冲头铆接力值与所述力和位移关系标准曲线进行比较，判断铆接状态，并根据铆接状态控制铆接工具的冲头铆接力。

本发明基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法的特点也在于：

所述力和位移关系标准曲线，其包括上限标准曲线和下限标准曲线；根据所述上限标准曲线和下限标准曲线能够获得任意冲头位移量所对应的力的标准值范围；

构建自冲铆接在线反馈控制系统，其包括：

一位移传感器，利用所述位移传感器实时检测获得自冲铆接过程中冲头位移量检测值L；

一力传感器，利用所述力传感器实时检测获得自冲铆接过程中冲头铆接力检测值F；

一数据处理器，利用检测获得的冲头位移量检测值L和冲头铆接力检测值F描绘出自冲铆接过程中的力和位移关系实测曲线；将所述力和位移关系实测曲线与力和位移关系标准曲线进行比对，判断自冲铆接全过程中的冲头铆接力检测值F是否处在上限标准曲线和下限标准曲线之间；

若是，则判断为自冲铆接过程状态正常；

若否，则判断为自冲铆接过程中状态异常。

一控制器，对于状态异常，由控制器反馈控制铆接工具的冲头铆接力，使自冲铆接过程状态正常，实现在线反馈控制。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明为闭环控制方法，通过实时监控铆接过程中力和位移曲线，实现对铆接力值的控制，使铆接力保持在合理范围内以保证铆接质量，有效消除了自冲铆接缺陷，减少人工干预，提高效率。

附图说明：

图1为本发明所涉及监控系统示意图；

图2为铆点剖面示意图；

图3为铆接力—位移曲线；

图中标号：11铆钉，12上层板，13下层板；1铆接工具，2控制器，3力传感器、4位移传感器，5模数转换器，6处理器，7总线传输器,8上限标准曲线,9当前实测曲线,10下限标准曲线。

具体实施方式

本实施例中基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法是：

通过实验或仿真建立铆接过程中铆接力和冲头位移量的关系标准曲线，并获得不同铆接缺陷所对应的铆接力的变化趋势；通过实时检测获得铆接过程中的冲头位移量和冲头铆接力的实测值，根据所述实测值绘制当前实测曲线；通过对当前实测曲线和关系标准曲线进行比较，判断铆接状态，并根据铆接状态控制铆接工具的冲头铆接力。

参见图3，本实施例中力和位移关系标准曲线包括上限标准曲线8和下限标准曲线10；根据上限标准曲线8和下限标准曲线10能够获得任意冲头位移量所对应的力的标准值范围；

具体实施例中构建如图1所示的自冲铆接在线反馈控制系统，包括：

位移传感器4，利用位移传感器4实时检测获得自冲铆接过程中冲头位移量检测值L；

力传感器3，利用力传感器3实时检测获得自冲铆接过程中冲头铆接力检测值F；

数据处理器6，利用检测获得的冲头位移量检测值L和冲头铆接力检测值F描绘出如图3中所示的自冲铆接过程中的力和位移关系的当前实测曲线9；将力和位移关系实测曲线与力和位移关系标准曲线进行比对，判断自冲铆接全过程中的冲头铆接力检测值F是否处在上限标准曲线8和下限标准曲线10之间；若是，则判断为自冲铆接过程状态正常；若否，则判断为自冲铆接过程中状态异常。

设置控制器2，对于状态异常，由控制器2反馈控制铆接工具1的冲头铆接力，使自冲铆接过程状态正常，实现在线反馈控制，图1所示自冲铆接在线反馈控制系统还包括模数转换器5和总线传输器7，利用模数转换器5对于位移传感器4和力传感器3的检测信号进行模数转换，以便于数据处理器6进行数据处理，总线传输器7用于在数据处理器6和控制2之间实施信号传输。

铆接过程中：一方面，铆接工具1的同一个位移量所对应的铆接力并不一定完全相等，通过实验或仿真获得同一位置点的铆接力的取值范围，从而绘制出铆接力与位移曲线的包络线，得到关系标准曲线；另一方面，不同的质量缺陷反映在力的变化上也不一样，比如力值整体偏大，可能导致铆钉屈服，通过实验或仿真获得不同铆接缺陷所对应的力的变化趋势，从而获得铆接力与位移关系与铆接质量的关联性，以此作为铆接质量缺陷判定准则。

具体实施中，针对实时绘制的当前实测曲线9，在铆接力异常时，当前实测曲线9将超出上限标准曲线8和下限标准曲线10的包络范围，系统报警，向操作人员警示当前力值异常，以及可能导致何种缺陷，同时，利用图1所示的反馈控制系统针对性地调整铆接力。

Claims (2)

1.基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法，其特征是：

通过实验或仿真建立铆接过程中铆接力和冲头位移量的关系标准曲线，并获得不同铆接缺陷所对应的铆接力的变化趋势；

通过实时检测获得铆接过程中的冲头位移量和冲头铆接力的实测值，根据所述实测值绘制当前实测曲线；

通过对当前实测曲线和关系标准曲线进行比较，判断铆接状态，并根据铆接状态控制铆接工具的冲头铆接力。

2.根据权利要求1所述的基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法，其特征是：

所述力和位移关系标准曲线，其包括上限标准曲线(8)和下限标准曲线(10)；根据所述上限标准曲线(8)和下限标准曲线(10)能够获得任意冲头位移量所对应的力的标准值范围；

构建自冲铆接在线反馈控制系统，其包括：

一位移传感器(4)，利用所述位移传感器(4)实时检测获得自冲铆接过程中冲头位移量检测值L；

一力传感器(3)，利用所述力传感器(3)实时检测获得自冲铆接过程中冲头铆接力检测值F；

一数据处理器(6)，利用检测获得的冲头位移量检测值L和冲头铆接力检测值F描绘出自冲铆接过程中的力和位移关系实测曲线；将所述力和位移关系实测曲线与力和位移关系标准曲线进行比对，判断自冲铆接全过程中的冲头铆接力检测值F是否处在上限标准曲线(8)和下限标准曲线(10)之间；

若是，则判断为自冲铆接过程状态正常；

若否，则判断为自冲铆接过程中状态异常；

一控制器(2)，对于状态异常，由控制器(2)反馈控制铆接工具(1)的冲头铆接力，使自冲铆接过程状态正常，实现在线反馈控制。