CN109799153A - 一种便携式铆接质量检测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式铆接质量检测装置及其监测方法。装置包括动力系统、铆接监测系统和铆接工具，动力系统为铆接提供动力，铆接工具为液压铆枪执行部分，铆接检测系统包括压力传感器、力传感器、多个流量计、电磁换向阀、比例溢流阀、数据采集系统及用于数据收集、处理的处理器；本发明通过数据采集系统进行数据采集，在未知油缸两腔面积情况下可以准确的测得油缸双侧面积，进而对铆接质量进行判断；本发明体积小、重量轻，便于携带、安装和检测；与现有铆接检测设备相比，该设备主要是能够更广泛的、实时的、准确的对铆接质量进行检测、判断和分析；本发明满足多种环境下的检测和判断。

Description

一种便携式铆接质量检测装置及其监测方法

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，特别涉及一种便携式铆接质量检测装置及其监测方法。

背景技术

紧固件在风电、核电、高铁、航空中有着大量运用，其中铆钉类紧固件凭借着在极端振动环境下的可靠性，在轨道车辆和航空飞行器的制造中具有不可替代的作用。最早的拉铆技术出现在航空领域，由于其优异的连接性能和可靠性，拉铆钉逐渐在铁道货车车体及转向架的生产中普及开来。尤其是在近些年随着新能源领域的蓬勃兴起，铆接技术已经在太阳能、风能等方面广泛运用。但在大量的运用过程中个别铆钉出现质量问题。因此研制一种便携式铆接质量检测设备，能够高效的、实时的、准确的对铆接质量进行监测、判断和分析。

发明内容

本发明目的是针对现有技术所存在的不足提供的一种便携式的、能够实时监测和处理其铆接装置及其检测方法。

本发明通过以下技术方案实现：

便携式铆接质量检测装置，包括动力系统、铆接监测系统和铆接工具，动力系统为铆接提供动力，铆接工具为液压铆枪执行部分，其特征在于：铆接检测系统包括压力传感器、力传感器、多个流量计、电磁换向阀、比例溢流阀、数据采集系统和用于数据收集、处理的处理器；；

动力系统的液压油泵出口通过管路及快换接头与第一流量计和比例溢流阀并联，液压油泵出口还与电磁换向阀连接；电磁换向阀另一接口通过快换接头与液压铆枪油缸前枪体连接，液压铆枪油缸后枪体通过管路及快换接头与第二流量计相连后连接液压泵站回油口；

第一流量计另一端与电磁换向阀第三接口连接；

压力传感器设置于液压油泵出口用于检测获得铆接油压；

力传感器固定于液压铆枪头端部用于检测获得液压铆枪铆接力。

所述压力传感器、力传感器、多个流量计与数据采集系统信号联接，数据采集系统与用于数据收集、处理的处理器数据联接。

所述电磁换向阀是三通电磁换向阀，一接口通过快换接头与液压铆枪前枪体联通，一接口通过单向阀与第一流量计联通，一接口通过快换接头与动力系统联通。

本发明便携式铆接检测装置质量监测方法包括：铆枪油缸面积的测量和铆接过程数据处理分析。

通过数据采集系统采集铆接力、液压铆枪油缸两端铆接液压、液压油泵出口和入口流量数据，获取任意液压铆枪油缸活塞无杆腔有效面积和有杆腔有效面积，利用所述有效面积得到铆接全过程的实时数据和曲线，对铆接结果进行分析。

所述获取任意液压铆枪油缸活塞无杆腔有效面积和有杆腔有效面积是通过以下方法获取：

a.将力传感器通过固定工装与液压铆枪配合组装好，设定比列溢流阀在某一特定压力P₀，两位三通电磁换向阀右位接通；

b.启动液压铆枪的开关按钮，当液压铆枪活塞静止及系统稳定后，读取油压力传感器读数P₀，读取力传感器读数F₀；

c.从液压铆枪卸下力传感器和固定工装，两位三通电磁换向阀左位接通；

d.再次启动铆枪的按钮，使铆枪运动到一定行程时，同时读取第一流量计和第二流量计的读数分别为Q₁和Q₂；

根据上述测得的数据计算铆枪活塞面积S₁和S₂；

有杆腔有效面积为：无杆腔有效面积为：

所述铆接过程数据处理分析包括：将各传感器传输的数据通过数据采集系统采集传送至数据处理器；经LabVIEW程序解算，得到铆接力与位移曲线，并将得到的曲线与标准曲线对比评价铆接质量。

本发明有益效果：本发明通过数据采集系统进行数据采集，本发明在未知油缸两腔面积情况下可以准确的测得油缸双侧面积，进而对铆接质量进行判断；本发明体积小、重量轻，便于携带、安装和检测；与现有铆接检测设备相比，该设备主要是能够更广泛的、实时的、准确的对铆接质量进行检测、判断和分析；本发明满足多种环境下的检测和判断，包括不同厂家铆接工具和野外无法通电等情况。

本发明设备能够高效、实时、准确地对铆接质量进行监测、判断和分析；便于携带、安装和使用；满足多种环境下的监测和判断，满足不同铆枪的铆接过程监测和数据处理以及结果判断的要求。

附图说明

图1便携式铆接质量检测设备油缸面积测量示意图；图中，S₁为无杆腔面积、S₂为有杆腔面积、21工装、22轮辐式力传感器；

图2便携式铆接质量检测设备流程图。

图3便携式铆接质量检测设备原理图；图中，Ⅰ为动力系统，Ⅱ为铆接检测系统，Ⅲ为铆接工具，1动力源，2快换接头，3比例溢流阀，4压力传感器，5第一流量计，6单向阀，7电磁换向阀，8快换接头，9液压铆枪，10快换接头，11第二流量计，12快换接头。

图4铆接力-铆接位移标准；图中，横坐标表示位移，单位，mm；纵坐标表示铆接力，单位，KN；X铆接有效行程；X₂铆接的总行程；X₁铆枪空驰行程。

图5实施例铆接曲线对比；图中，横坐标表示位移，单位，mm；纵坐标表示铆接力，单位，KN；A1是合格曲线，A3是不合格曲线，B2是标准曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合附图。

便携式铆接质量检测装置,包括动力系统Ⅰ、铆接检测系统Ⅱ、铆接工具Ⅲ三部分组成，其中，动力系统Ⅰ通常可采用液压泵站系统为铆接提供动力，铆接工具Ⅲ可以是任意采用液压动力进行铆接作业的铆接装置；本例动力系统Ⅰ为液压泵站系统主要是提供动力部分，铆接工具Ⅲ系统是执行部分。

如图3所示，动力源1的液压油泵出口液压油通过管路及快换接头2与第一流量计5和比例溢流阀3并联，同时液压油泵出口液压油与电磁换向阀7连接，电磁换向阀7通过快换接头8与液压铆枪9油缸前枪体连接，液压铆枪9油缸后枪体通过管路及快换接头10与第二流量计11相连并接液压泵站回油口。其中电磁换向阀7为两位三通电磁换向阀。

本发明工作过程为：首先调定比例溢流阀3开启压力，电磁换向阀7右侧接通，按下液压铆枪9按钮，系统通过力传感器和压力传感器4先测出液压铆枪9油缸铆接腔在对应压力下的力，计算出油缸无杆腔有效面积S1。然后通过油缸两侧流量计所测得数据，在等位移情况下通过第二流量计11测得的流量，计算出液压铆枪9油缸另外一侧有杆腔有效面积S2。两侧面积得到之后，电磁换向阀7左侧接通，同时将比例溢流阀3的压力调制不低于整个系统的铆接压力，然后对现场所需测量的铆钉进行铆接，系统通过数据采集系统直接通过压力传感器和流量计采集实时铆接数据。铆接完成后，所有数据传输到处理器中，对数据集中进行分析计算，最终转换为铆接力—铆接位移曲线并将结果显示出来，进而对铆接质量进行分析和判断。

具体铆接检测系统Ⅱ结构及其应用原理进一步说明如下：

1、未知枪体油缸面积的测量

如图1所示，针对不同未知液压铆枪9活塞无杆腔有效面积S₁和有杆腔有效面积S₂，根据下述方法测得。在测定铆枪基本参数前需要排出液压系统中的空气。

a.在图1中，力传感器采用轮辐式力传感器22，轮辐式力传感器22通过固定工装21将液压铆枪9配合组装好，设定比列溢流阀3在某一特定压力P₀，两位三通电磁换向阀7右位接通；

b.启动液压铆枪9的开关按钮，当液压铆枪活塞静止及系统稳定后，读取油压力传感器读数P₀，读取轮辐式力传感器22读数F₀；

c.从液压铆枪9卸下轮辐式力传感器22和固定工装21，两位三通电磁换向阀7左位接通；

d.再次启动液压铆枪9的按钮，使铆枪运动到一定行程时，同时读取第一流量计5和第二流量计11的读数分别为Q₁和Q₂；

根据上述测得的数据计算铆枪活塞面积S₁和S₂。

有杆腔有效面积为：

不考虑操作过程中整个系统压力导致管道膨胀油量损失，即无外载荷，油压力较小，假设步骤d中所用时间为t0，则有：

即，无杆腔有效面积为：

如有需要精准的有杆腔和无杆腔有效面积值，可以多次测量求平均值。

2、数据处理分析

将各传感器传输的数据通过数据采集系统采集传送至数据处理器；本发明数据采集系统可以采用NI数据采集卡或者PLC等；经解算，得到铆接力与位移曲线，并将得到的曲线与标准曲线对比评价铆接质量，解算方法可以采用LabVIEW程序或者C语言等各类可以编程程序，进行数据转换和计算。

通过上述得到活塞有效面积或者通过液压铆枪9提供的已知面积，采用间接方法测量套环被铆接时的铆接力和有效铆接长度。按照图3的液压系统进行铆接质量的检测，其操作步骤如下：

a.两位三通电磁换向阀7左位接通，启动液压铆枪9按钮；

b.压力传感器4和第二流量计11实时采集铆接过程中数据；

c.将采集数据按照下列方法进行处理。

铆接力的计算公式为：F＝PS₂，式中：F铆接力，P进油压力，S₂有杆腔有效面积；

由于铆接过程中，进油管油压力很大，一般超过30MPa，考虑进油管会发生膨胀，为了测量更加接近真实值，因此将测量铆接位移的流量计放置于回油路，如图3中的第二流量计11，活塞行程的计算公式为：式中：x活塞行程，Q₁回油流量，t铆接过程时间，S₁无杆腔有效面积；

环槽铆钉在铆接过程中可生成如图4所示的铆接曲线，铆接的有效行程X的为：X＝X₂-X₁，其中，X是铆接的有效行程，X₂是铆接的总行程；X₁是铆枪铁砧刚接触套环的行程即铆枪空驰行程，活塞行程x与铆接有效行程X相等。数据处理分析是将各个传感器传输的数据通过采集卡采集至数据处理中心，通过对数据进行分析计算，最终得到铆接全过程的实时数据和实时曲线，便于对现场铆接结果进行分析。

将力传感器、压力传感器、流量计采集到的信号通过数据采集卡或者PLC等将其传输至LabVIEW程序或者C程序等各类可以实现编程程序，然后通过运算，将采集到的各类信号进行转换，得到压力、力以及流量，最终得到铆接力与位移曲线,并将得到的曲线与现有标准曲线对比，最终得到测试结果，下面举一个例子具体说明。

如图5所示，通过测量油缸面积，采集传感器数据并将其进行分析计算，最终得到某型号铆钉铆接曲线如图所示。其中曲线B2标准曲线，曲线A1和曲线A3为两组铆接曲线。从三条曲线比较可以看出，曲线A1铆接合格，曲线A3由于铆接有效位移较小，因此曲线A3表明该铆钉未铆接到位，铆接不合格。

Claims (6)

1.一种便携式铆接质量检测装置，包括动力系统、铆接监测系统和铆接工具，动力系统为铆接提供动力，铆接工具为液压铆枪执行部分，其特征在于：铆接检测系统包括压力传感器、力传感器、多个流量计、电磁换向阀、比例溢流阀、数据采集系统和用于数据收集、处理的处理器；

动力系统的液压油泵出口通过管路及快换接头与第一流量计和比例溢流阀并联，液压油泵出口还与电磁换向阀连接；电磁换向阀另一接口通过快换接头与液压铆枪油缸前枪体连接，液压铆枪油缸后枪体通过管路及快换接头与第二流量计相连后连接液压泵站回油口；

压力传感器设置于液压油泵出口用于检测获得铆接油压；

力传感器固定于液压铆枪铆接抢头端部用于检测获得液压铆枪铆接力。

2.根据权利要求1所述的便携式铆接质量检测装置，其特征在于：所述压力传感器、力传感器、多个流量计与数据采集系统信号联接，数据采集系统与用于数据收集、处理的处理器数据联接。

3.根据权利要求2所述的便携式铆接质量检测装置，其特征在于：所述电磁换向阀是三通电磁换向阀，一接口通过快换接头与液压铆枪前枪体联通，一接口通过单向阀与第一流量计联通，一接口通过快换接头与动力系统联通。

4.一种便携式铆接质量监测方法，其特征在于：采用权利要求1或2或3所述的便携式铆接质量检测装置，监测方法包括铆枪油缸面积的测量和铆接过程数据处理分析；通过数据采集系统采集铆接力、液压铆枪油缸两端铆接液压、液压油泵出口和入口流量数据，获取任意液压铆枪油缸活塞无杆腔有效面积和有杆腔有效面积，利用所述有效面积得到铆接全过程的实时数据和曲线，对铆接结果进行分析。

5.根据权利要求4所述的便携式铆接质量监测方法，其特征在于：所述获取任意液压铆枪油缸活塞无杆腔有效面积和有杆腔有效面积是通过以下方法获取：

a.将力传感器通过固定工装与液压铆枪配合组装好，设定比列溢流阀在某一特定压力P₀，两位三通电磁换向阀右位接通；

b.启动液压铆枪的开关按钮，当液压铆枪活塞静止及系统稳定后，读取油压力传感器读数P₀，读取力传感器读数F₀；

c.从液压铆枪卸下力传感器和固定工装，两位三通电磁换向阀左位接通；

d.再次启动铆枪的按钮，使铆枪运动到一定行程时，同时读取第一流量计和第二流量计的读数分别为Q₁和Q₂；

根据上述测得的数据计算铆枪活塞面积S₁和S₂；

有杆腔有效面积为：无杆腔有效面积为：

6.根据权利要求5所述的便携式铆接质量监测方法，其特征在于，所述铆接过程数据处理分析包括：将各传感器传输的数据通过数据采集系统采集传送至数据处理器；经解算，得到铆接力与位移关系曲线，并将得到的曲线与标准曲线对比评价铆接质量。