CN110587379A - 一种流钻拧紧设备探孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流钻拧紧设备探孔方法，利用单侧主摄像头获得流钻拧紧设备枪与上层板件中预开孔的相对位置的拍摄图像，拍摄图像中至少包含三个不同位置上的参考点的位置信息，通过信息处理获得拍摄图像中的预开孔边界信息，进而实现预开孔的孔位探测；利用枪头两侧对称设置的摄像头针对在流钻拧紧设备枪的预压力下的预开孔内下层板件的同一位置分别进行拍摄，获得预压力的主摄像头图像和辅助摄像头图像，通过计算实现预开孔的孔深探测。本发明方法在计算机系统的控制下可以实现流钻拧紧设备自动寻孔和测孔深，从而保证铆接成功并提高工作效率。

Description

一种流钻拧紧设备探孔方法

技术领域

本发明涉及白车身焊装领域，更具体地说是一种流钻拧紧设备寻孔和测孔深的方法。

背景技术

流钻拧紧工艺简称FDS，是钢铝混合车身连接的常用工艺之一。如图3所示，在流钻拧紧FDS工艺中，设备针对两层板或三层板实施连接，图3所示包括有上层板件1和下层板件3，按照流钻拧紧工艺的要求，需要针对上层板件1进行预开孔处理，使上层板件1成为上层预开孔板，以保证连接强度和疲劳强度。针对上层板件1的开孔有严格的要求，包括：开孔为圆形，直径为7.0～8.0毫米，孔深约为8.0毫米；铆接过程中，流钻拧紧铆钉4需对准上层板件1中的预开孔，防止出现因铆钉蹭及板件边缘导致铆接质量问题。实际生产中存在板件厚度与技术参考值不一致、预开孔的上层板件1出现翘起致使实际孔深增大等问题，这些情况都会导致铆接质量问题。

针对扭转拧紧工艺，现有技术中用于调整螺钉对孔中心以及测量孔深的方法是：

如图4、图5a、图5b所示，在调整螺钉对孔中心时采用图4所示的专用调试工具5，将专用调试工具5的尾部(即图4所示的上端)安装在流钻拧紧枪2的前端，专用调试工具5的前段(即图4所示的下段)是长度为8mm的圆柱体，圆柱体的直径和上层板件1中预开孔的孔径相配合，使圆柱体能够插入在预开孔中，通过将专用调试工具5前段的圆柱体插入上层板件1的预孔中，使设备得以定位；随后将专用调试工具5从设备上卸载，更换安装铆钉4，此时铆钉4即与预开孔对位；针对孔深则需要使用卡尺人工进行测量，并将测量结果输入到设备的设定工作程序中实施铆接。这一过程中存在如下问题：

1、铆钉4和预开孔的对位过程自动化程度低、人工参预工作量大、调试时间长；

2、因针对每一个铆接点都需要通过上述操作实现寻孔，大大增加生产时间和成本；

3、在使用卡尺人工进行孔深测量时，上层板件和下层板件之间尚未受到下压力，但在实际铆接时，铆接设备对于板件存在有下压力，这种差异使得通过人工测量获得的孔深参数与铆接状态下的实际孔深存在误差，铆接设备并不能自动适应这一误差，甚至导致铆接过程停止；虽然可以通过预估消除下压力作用下将减少的孔深，但预估值仍然存在误差，致使精确度无法得到保证，还有可能出现铆接失效问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种流钻拧紧设备探孔方法，以期能够迅速准确地自动定位铆接点孔的位置并获取孔深，从而保证铆接成功、提高精度，并提高工作效率。

本发明为实现发明目的采用如下技术方案：

本发明流钻拧紧设备探孔方法，所述探孔是指在利用所述流钻拧紧设备对待铆接零件进行铆接时，针对待铆接零件中带有预开孔的上层板件中的预开孔的位置和孔深进行探测；本发明方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、在流钻拧紧设备枪的枪头一侧固定设置主摄像头，利用主摄像头进行拍摄，获得所述流钻拧紧设备枪与上层板件中预开孔的相对位置的拍摄图像；所述拍摄图像中至少包含三个不同位置上的参考点的位置信息，所述参考点是已知空间位置的固定点；

步骤2、根据边缘像素的明暗程度对所述拍摄图像进行边缘识别，将所述拍摄图像中的暗环判断为预开孔边缘轮廓线，从而获得拍摄图像中的预开孔边界信息；根据所述预开孔边界信息以及各已知信息计算获得各参考点与预开孔边缘上的特征点之间的实际距离；所述特征点是指与一一对应地与各参考点最近的预开孔边缘上的点；

步骤3、根据由步骤2获得的各参考点与预开孔边缘特征点之间的实际距离以及各参考点的位置坐标进行位置换算，得到各特征点位置坐标，利用各特征点位置坐标计算获得预开孔中心坐标，实现预开孔的孔位探测；

步骤4、在所述流钻拧紧设备枪的枪头另一侧对称设置辅助摄像头，所述主摄像头与辅助摄像头的中心点处在同一水平高度，主摄像头与辅助摄像头之间的距离为T；将流钻拧紧设备枪的编码尺置为位置n，使流钻拧紧设备枪对待铆接零件产生预压力，调整主摄像头和辅助摄像头的焦距为f，利用主摄像头和辅助摄像头在流钻拧紧设备枪的预压力下针对预开孔内下层板件的同一位置分别进行拍摄；

步骤5、所述主摄像头和辅助摄像头在拍摄下层板件时，其光轴线与成像平面的交点分别为点x1和点x2，点x1与点x2之间的距离为d，主摄像头和辅助摄像头与下层板件的上表面之间的垂直距离均为z，并有：z＝fT/d；则预开孔的孔深D为：D＝z-n-L，其中：L为摄像头到枪头下压模块之间的固定距离，实现预开孔的孔深探测。

本发明流钻拧紧设备探孔方法的特点也在于：在工装夹具的不同位置上安装具有不同高度的各支撑杆，所述参考点即为所述支撑杆的顶部端点，各参考点具有不同的位置参数；所述工装夹具用于装夹待铆接零件。

本发明流钻拧紧设备探孔方法的特点也在于：步骤2中的所述各已知信息包括：各参考点之间的实际距离，各参考点之间在拍摄图像中的图像距离；拍摄图像中各参考点与预开孔边缘的图像距离，以及所述预开孔的孔径。

本发明流钻拧紧设备探孔方法的特点也在于：所述摄像头带有红色光源，利用所述红色光源朝向拍摄目标进行投射。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法通过计算机控制可以实现自动化过程，无需人工操作，大大减少人力成本；

2、本发明方法中拍照寻孔再拍照获得孔深信息，过程一气和成，大大缩短了寻孔测孔深的工作时间，加快了调试速度，提高工作效率；

3、本发明方法在测量孔深时，直接体现了流钻拧紧枪的下压力作用，消除了下压力所带来的孔深测量误差，保障了铆接成功率，提高铆接质量。

4、本发明方法将参考点设置在工装夹具上，使拍摄范围可以更小，获得更加清晰的孔的边界信息；同时，将参考点设置在工装夹具上能减小设备占用空间，更加合理规划产线空间。

5、本发明将摄像头安装在枪头上，保持与枪体轴线形成10°～90°的夹角，其调节范围宽，能适应形状差异较大的各种不同的工装，只需调整安装角度，即可直接应用于现场。

6、本发明方法所涉及的整个机械结构均安装在铆枪枪头上的，不需要增加额外的机构，可以快速完成安装调试。

7、本发明方法中所采用的摄像头附带光源，能有效提高检测精度，最小化环境光干扰。

8、本发明方法中所采用的摄像头在数据处理器端可以同时处理至少两台以上摄像头数据,从而节约硬件成本。

附图说明

图1为本发明方法中摄像头安装示意图；

图2为本发明方法中孔深测量原理示意图；

图3为现有技术中使用调试工具对孔示意图；

图4为现有技术中调试工具示意图；

图5a为现有技术中调试方法正视图；

图5b为现有技术中调试方法轴测图；

图中标号：1上层板件；2流钻拧紧枪；3下层板件；4铆钉；5专用调试工具；6主摄像头；7辅助摄像头；8光轴线；9下压模块。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例为流钻拧紧设备探孔方法，其探孔是指在利用流钻拧紧设备对待铆接零件进行铆接时，针对待铆接零件中带有预开孔的上层板件1中的预开孔的位置和孔深进行探测。

本实施例中流钻拧紧设备探孔方法按如下步骤进行：

步骤1、在流钻拧紧设备枪2的枪头一侧固定设置主摄像头6，利用主摄像头6进行拍摄，获得流钻拧紧设备枪2与上层板件1中预开孔的相对位置的拍摄图像；拍摄图像中至少包含三个不同位置上的参考点的位置信息，参考点是已知空间位置的固定点。

步骤2、根据边缘像素的明暗程度对拍摄图像进行边缘识别，将拍摄图像中的暗环判断为预开孔边缘轮廓线，从而获得拍摄图像中的预开孔边界信息；根据预开孔边界信息以及各已知信息计算获得各参考点与预开孔边缘上的特征点之间的实际距离；特征点是指与一一对应地与各参考点最近的预开孔边缘上的点。

具体实施中，各已知信息包括：各参考点之间的实际距离，各参考点之间在拍摄图像中的图像距离；拍摄图像中各参考点与预开孔边缘的图像距离，以及预开孔的孔径。

步骤3、根据由步骤2获得的各参考点与预开孔边缘特征点之间的实际距离以及各参考点的位置坐标进行位置换算，得到各特征点位置坐标，利用各特征点位置坐标计算获得预开孔中心坐标(X₁,Y₁)，实现预开孔的孔位探测。

步骤4、在流钻拧紧设备枪2的枪头另一侧对称设置辅助摄像头7，主摄像头6与辅助摄像头7的中心点处在同一水平高度，主摄像头6与辅助摄像头7之间的距离为T；将流钻拧紧设备枪2的编码尺置为位置n，使流钻拧紧设备枪2对待铆接零件产生预压力，调整主摄像头6和辅助摄像头7的焦距为f，利用主摄像头6和辅助摄像头7在流钻拧紧设备枪2的预压力下针对预开孔内下层板件的同一位置分别进行拍摄。

步骤5、主摄像头6和辅助摄像头7在拍摄下层板件时，其光轴线与成像平面的交点分别为x1和x2，图1中示出了辅助摄像头7的光轴线8，点x1与点x2之间的距离为d，主摄像头6和辅助摄像头7与下层板件3的上表面之间的垂直距离均为z，并有：z＝fT/d；则预开孔的孔深D为：D＝z-n-L，其中：L为摄像头到枪头下压模块9之间的固定距离，实现预开孔的孔深探测。

具体实施中，在工装夹具的不同位置上安装具有不同高度的各支撑杆，参考点即为支撑杆的顶部端点，各参考点具有不同的位置参数，工装夹具用于装夹待铆接零件；摄像头带有红色光源，利用红色光源朝向拍摄目标进行投射，以提高检测精度，最小化环境光干扰。

具体实施中，设置计算机图像和信息处理系统，将各已知信息以及由主摄像头6和辅助摄像头7拍摄获得的图像在计算机图像和信息处理系统中进行图像和数据处理，获得预开孔的孔位和孔深信息，进而实现流钻拧紧设备自动寻孔和测量孔深。

Claims (4)

1.一种流钻拧紧设备探孔方法，所述探孔是指在利用所述流钻拧紧设备对待铆接零件进行铆接时，针对待铆接零件中带有预开孔的上层板件(1)中的预开孔的位置和孔深进行探测，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、在流钻拧紧设备枪(2)的枪头一侧固定设置主摄像头(6)，利用主摄像头(6)进行拍摄，获得所述流钻拧紧设备枪(2)与上层板件(1)中预开孔的相对位置的拍摄图像；所述拍摄图像中至少包含三个不同位置上的参考点的位置信息，所述参考点是已知空间位置的固定点；

步骤2、根据边缘像素的明暗程度对所述拍摄图像进行边缘识别，将所述拍摄图像中的暗环判断为预开孔边缘轮廓线，从而获得拍摄图像中的预开孔边界信息；根据所述预开孔边界信息以及各已知信息计算获得各参考点与预开孔边缘上的特征点之间的实际距离；所述特征点是指与一一对应地与各参考点最近的预开孔边缘上的点；

步骤3、根据由步骤2获得的各参考点与预开孔边缘特征点之间的实际距离以及各参考点的位置坐标进行位置换算，得到各特征点位置坐标，利用各特征点位置坐标计算获得预开孔中心坐标，实现预开孔的孔位探测；

步骤4、在所述流钻拧紧设备枪(2)的枪头另一侧对称设置辅助摄像头(7)，所述主摄像头(6)与辅助摄像头(7)的中心点处在同一水平高度，主摄像头(6)与辅助摄像头(7)之间的距离为T；将流钻拧紧设备枪(2)的编码尺置为位置n，使流钻拧紧设备枪(2)对待铆接零件产生预压力，调整主摄像头(6)和辅助摄像头(7)的焦距为f，利用主摄像头(6)和辅助摄像头(7)在流钻拧紧设备枪(2)的预压力下针对预开孔内下层板件的同一位置分别进行拍摄；

步骤5、所述主摄像头(6)和辅助摄像头(7)在拍摄下层板件时，其光轴线与成像平面的交点分别为点x1和点x2，点x1与点x2之间的距离为d，主摄像头(6)和辅助摄像头(7)与下层板件(3)的上表面之间的垂直距离均为z，并有：z＝f T/d；则预开孔的孔深D为：D＝z-n-L，其中：L为摄像头到枪头下压模块(9)之间的固定距离，实现预开孔的孔深探测。

2.根据权利要求1所述的流钻拧紧设备探孔方法，其特征是：在工装夹具的不同位置上安装具有不同高度的各支撑杆，所述参考点即为所述支撑杆的顶部端点，各参考点具有不同的位置参数；所述工装夹具用于装夹待铆接零件。

3.根据权利要求1所述的流钻拧紧设备探孔方法，其特征是：步骤2中的所述各已知信息包括：各参考点之间的实际距离，各参考点之间在拍摄图像中的图像距离；拍摄图像中各参考点与预开孔边缘的图像距离，以及所述预开孔的孔径。

4.根据权利要求1所述的流钻拧紧设备探孔方法，其特征是：所述摄像头带有红色光源，利用所述红色光源朝向拍摄目标进行投射。