CN110919338B - 使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法及热熔流钻系统 - Google Patents
使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法及热熔流钻系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及铝车身零件连接领域，公开了一种使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法及热熔流钻系统，所述热熔流钻系统包括工装(4)、机械臂(3)、热熔流钻设备(1)、激光扫描距离识别机构(2)，所述加工方法包括：固定底层板(5)和至少一个上层板；扫描所述至少一个上层板，以确定底层板(5)的暴露区域的边界，并计算出所述暴露区域的中心点；移动所述机械臂(3)使得螺钉中心与所述中心点竖直对齐；向所述中心点处钻入螺钉(8)。通过上述技术方案，可以实现热熔流钻螺钉精准地找到上层板的预开孔位置，保证螺钉边缘不会碰到预开孔侧壁，从而使得螺钉更稳定地钻入多层板件中，提高热熔流钻的连接质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝车身零件连接领域，具体地涉及使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法，并且涉及一种热熔流钻系统。
背景技术
铝车身或钢铝混合车身的加工工艺中涉及多层板件的连接，因此使用热熔流钻(FDS)连接工艺将多层板件连接在一起。当多层板件的总厚度超过5mm时，需要对上层板件做预开孔处理，通过对其中几个板件的预开孔可以保证热熔流钻(FDS)的连接质量。
在将板件做预开孔处理后，需要将热熔流钻中的螺钉对齐到预开孔的中心点，避免在螺钉钻入时螺钉边缘碰到预开孔周围的实体结构，这对预开孔的尺寸大小及预开孔的位置度提出了要求。然而，即使在满足预开孔尺寸和预开孔位置度的情况下，由于工装尺寸精度和多道工序上件带来的公差累计后，仍然出现钉子对不准预开孔的情况，导致设备报警和停线，影响正常生产。
发明内容
本申请的目的是为了提供一种使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法，以解决热熔流钻的位置确定的精度较低带来设备停机风险或为改善设备停机而增大预开孔孔径带来的连接质量不合格的问题。
为了实现上述目的，本申请提供一种使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法，其中，所述热熔流钻系统包括工装、机械臂、设置在所述机械臂上的热熔流钻设备、电连接于所述机械臂和所述热熔流钻设备的激光扫描距离识别机构，所述加工方法包括：
在所述工装上固定底层板和位于所述底层板上的至少一个上层板，所述至少一个上层板形成有预开孔；
通过所述激光扫描距离识别机构扫描所述至少一个上层板，以确定所述底层板在所述预开孔位置的暴露区域的边界，并计算出所述暴露区域的中心点与所述热熔流钻设备上的螺钉中心的水平距离；
根据所述中心点与所述螺钉中心的水平距离，移动所述机械臂使得所述螺钉中心与所述中心点竖直对齐；
驱动所述热熔流钻设备向所述中心点处钉入螺钉，以连接所述底层板和所述至少一个所述上层板。
可选择的，所述激光扫描距离识别机构包括控制元件、设置在所述热熔流钻设备上的激光扫描仪、激光传感器矩阵。
可选择的，所述激光扫描距离识别机构扫描所述至少一个上层板包括：通过所述激光扫描仪扫描所述至少一个上层板，并通过所述激光传感器矩阵接收反射的激光。
可选择的，所述工装上设置有工装夹具，所述放置底层板和位于所述底层板上的至少一个上层板包括将所述底层板和位于所述底层板上的至少一个上层板放置在工装夹具上，并且在扫描所述至少一个上层板之前，所述机械臂移动到初始设定位置。
可选择的，所述螺钉的外径为4mm-6mm。
可选择的，所述至少一个上层板仅包括一个第一上层板，所述第一上层板上的第一预开孔的孔径比所述螺钉的外径大2mm。
可选择的，所述第一上层板预开孔的位置度为φ2mm。
可选择的，所述至少一个上层板包括位于所述底层板上的一个第一上层板以及位于所述第一上层板上的第二上层板，所述第一上层板上的第一预开孔的孔径比所述螺钉的外径大3mm，所述第二上层板的第二预开孔的孔径比所述螺钉的外径大2mm。
可选择的，所述第一上层板预开孔的位置度为φ2mm，所述第二上层板预开孔的位置度为φ2mm。
另外，本申请还提供了一种热熔流钻系统，其中，
所述热熔流钻系统包括工装、机械臂、设置在所述机械臂上的热熔流钻设备、电连接于所述机械臂和所述热熔流钻设备的激光扫描距离识别机构；
所述工装上固定底层板和位于所述底层板上的至少一个上层板，所述至少一个上层板形成有预开孔；
所述激光扫描距离识别机构扫描所述至少一个上层板，以确定所述底层板在所述预开孔位置的暴露区域的边界，并计算出所述暴露区域的中心点与所述热熔流钻设备上的螺钉中心的水平距离。
通过上述技术方案，可以实现热熔流钻螺钉可以精准地找到上层板的预开孔位置，保证螺钉可以更稳定地钻入多层板件中，提高热熔流钻的连接质量。
附图说明
图1是本申请第一种实施方式所述的使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法的示意图；
图2是本申请第二种实施方式所述的使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法的示意图。
附图标记说明
1 热熔流钻设备 2 激光扫描距离识别机构
3 机械臂 4 工装
5 底层板 6 第一上层板
7 第二上层板 8 螺钉
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。
本申请提供了一种使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法，其中，所述热熔流钻系统包括工装4、机械臂3、设置在所述机械臂3上的热熔流钻设备1、电连接于所述机械臂3和所述热熔流钻设备1的激光扫描距离识别机构2，所述加工方法包括：
在所述工装4上固定底层板5和位于所述底层板5上的至少一个上层板，所述至少一个上层板形成有预开孔；
通过所述激光扫描距离识别机构2扫描所述至少一个上层板，以确定所述底层板5在所述预开孔位置的暴露区域的边界，并计算出所述暴露区域的中心点和所述中心点与所述热熔流钻设备1上的螺钉中心的水平距离；
根据所述中心点与所述螺钉中心的水平距离，移动所述机械臂3使得所述螺钉中心与所述中心点竖直对齐；
驱动所述热熔流钻设备1向所述中心点处钉入螺钉8，以连接所述底层板5和所述至少一个所述上层板。
本方案中，其目的在于将多个板件通过螺钉8连接在一起，其中，最底部的底层板5没有设置预开孔，其他的上层板设置有预开孔，至少一个上层板与底层板5虽然存在一定的位置误差，但这样的误差相对较小，特别是上层板的数量大于1时，不同上层板的预开孔也至少部分地对齐，从而暴露出一部分的底层板5。热熔流钻设备1用于驱动螺钉8穿过多个板件，热熔流钻设备1安装于能够水平移动的机械臂3上，并且热熔流钻设备1上设置有激光扫描距离识别机构2，激光扫描距离识别机构2与热熔流钻设备1上的螺钉8的水平距离为已知数值，所述激光扫描距离识别机构2可以扫描出底层板5暴露区域的边界，从而确定暴露区域的中心点，进而计算出该中心点与激光扫描距离识别机构2的水平相对距离，并且计算出所述中心点与热熔流钻设备1上的螺钉8的水平距离，以螺钉8指向中心点的水平方向水平地移动机械臂1，使得热熔流钻设备1也就是是螺钉8与所述中心点竖直地对齐，然后通过热熔流钻设备1驱动螺钉8竖直向下钉入所述中心点，使得螺钉8穿过底层板5，将底层板和至少一个上层板连接起来，形成多层板。
在所述中心点的测量中，机械臂3保持固定不动，激光扫描距离识别机构2与热熔流钻设备1的相对位置是已知确定的，通过扫描所述暴露区域，也可以获知暴露区域与激光扫描距离识别机构2的水平相对位置，进而确定暴露区域的中心点的相对位置，最后得出所述中心点与热熔流钻设备1的相对位置，并据此水平移动机械臂3使得热熔流钻设备1也就是携带的螺钉8与所述中心点对齐。
在本方案中，所述暴露区域是指底层板5通过所述至少一个上层板上的预开孔而暴露可见的部分，例如，所述至少一个上层板仅包括一个板件，且该板件形成圆形预开孔时，形成的暴露区域为对应的圆形暴露区域，或者该板件形成其他形状的预开孔民，形成的暴露区域也为相应形式，或者，所述至少一个上层板包括多个板件时，多个板件各自的预开孔重叠的部分使得底层板5上的一部分被暴露可见，预开孔重叠部分的形状即为暴露区域的形状。特别的，所述至少一个上层板的预开孔的孔壁与所述暴露区域的暴露表面大致彼此垂直，二者形成的反射激光角度明显不同，根据反射激光的不同，从而区分出孔壁和暴露区域，确定暴露区域范围及其中心点。具体的，所述激光扫描距离识别机构2包括控制元件、设置在所述热熔流钻设备1上的激光扫描仪、激光传感器矩阵。所述控制元件与机械臂3、激光扫描仪、激光传感器矩阵以及热熔流钻设备1电连接，形成完整的控制网络。控制元件可以控制激光扫描仪、激光传感器矩阵完成暴露区域及其中心点的确定，并控制机械臂3的移动及热熔流钻设备1的运行。
进一步的，所述激光扫描距离识别机构2扫描所述至少一个上层板包括：通过所述激光扫描仪扫描所述至少一个上层板，并通过所述激光传感器矩阵接收反射的激光。激光扫描仪可以发射激光光束来扫描下部的板件，特别是至少一个上层板的预开孔位置，底层板5在上层板的预开孔处形成暴露区域，该暴露区域本身及其边界处反射的激光形成差异很大不同光束，所述激光传感器矩阵可以感应反射的激光，特别是反射激光的角度，以区别所述暴露区域及其周围的区域，特别是二者之间的边界，根据激光传感器矩阵和激光扫描仪的相对位置，从而确定暴露区域的相对位置，进而计算出暴露区域的中心点，例如，当暴露区域为圆形且相对位置已知时，很容易计算出其圆心位置即所述中心点，或者暴露区域为椭圆、矩形等。所述控制元件根据中心点的相对位置，可以控制机械臂3移动到热熔流钻设备1与中心点对齐的位置，并控制热熔流钻设备1发射螺钉8。
另外，所述工装4上设置有工装夹具，所述放置底层板5和位于所述底层板5上的至少一个上层板包括将所述底层板5和位于所述底层板5上的至少一个上层板放置在所述工装夹具上，并且在扫描所述至少一个上层板之前，所述机械臂3移动到初始设定位置。在支撑架4上放置底层板5与至少一个上层板均因尺寸公差及累计，再加上至少一个上层板上预开孔的位置度偏差，使得至少一个上层板上预开孔的位置与所述工装基准位置有偏差，而机械臂3可以较为准确地移动到初始设定位置。在此情况下，激光扫描仪可以在更小范围内扫描暴露区域，并且反射的激光光束也在较小的范围内反射到所述激光传感器矩阵，可以减小所述激光传感器矩阵的尺寸，并提高计算中心点相对位置的精度。
其中，所述螺钉8的外径为4mm-6mm。
根据本发明的一种实施方式，所述至少一个上层板仅包括一个第一上层板6，所述第一上层板6上的第一预开孔的孔径比所述螺钉8的外径大2mm。参考图1所示，在本实施方式中，意在实现两个板件的连接，底层板5上设置有一个具有第一预开孔的第一上层板6，第一上层板6的第一预开孔可以为圆孔，其直径为D，暴露区域的直径也为D，通过所述激光扫描距离识别机构2扫描预开孔位置，即可确认出暴露区域的边界，进而确定暴露区域的相对位置即其中心点。特别的，第一上层板6的第一预开孔的内径比所述螺钉8的外径大2mm，即相对于螺钉8的外径更大一些，因此，可以允许螺钉8可以在较大的范围内插入第一预开孔中，这里第一预开孔的内径相比于现有技术(螺钉外径为5mm时，开孔孔径为7.5mm-8mm)更小，这得益于所述激光扫描距离识别机构2扫描准确地确认第一预开孔也就是暴露区域的位置。
进一步的，所述第一上层板6预开孔的位置度为φ2mm。相比于现有技术，本方案对第一上层板6的预开孔位置度要求降低，对预开孔的加工精度要求降低(现有技术的位置度要求在Φ0.6～Φ1mm)，对冲孔或机加工孔的难度大大降低，而即使预开孔位置度要求降低，但完全可以通过所述激光扫描距离识别机构2更精确地找出第一预开孔及对应的暴露区域的位置，保证螺钉8在合适的位置钉入板件。
根据本发明的另一种实施方式，所述至少一个上层板包括位于所述底层板5上的一个第一上层板6以及位于所述第一上层板6上的第二上层板7，所述第一上层板6上的第一预开孔的孔径比所述螺钉8的外径大3mm，所述第二上层板7的第二预开孔的孔径比所述螺钉8的外径大2mm。本实施方式意在实现三个板件的连接，上部的两个板件分别设置有预开孔，以保证热熔流钻的连接质量，参考图2，由于放置时位置不准确，第一预开孔和第二预开孔几乎不可避免地部分错开，重合部分对应于暴露区域，通过所述激光扫描距离识别机构2扫描第一预开孔和第二预开孔的重叠部分，从而可以确认暴露区域的位置，确认暴露区域的尺寸D，进而确认其中心点。其中，第二上层板7的第二预开孔的内径比所述螺钉8的外径大2mm，第一上层板6的第一预开孔的内径为比所述螺钉8的外径大3mm，两个板件预开孔的内径均相对于现有技术(螺钉外径为5mm时，最上层板的孔径为8mm，中间板的开孔孔径为10mm-11mm)更小，这是因为所述激光扫描距离识别机构2扫描可以精确地确定在第一预开孔和第二预开孔处的暴露区域的位置。
进一步的，所述第一上层板6预开孔的位置度为φ2mm，所述第二上层板7预开孔的位置度为φ2mm。本方案对第一上层板6和第二上层板7的位置度要求较低(现有技术的位置度要求在Φ0.6～Φ1mm)，但仍可以保证螺钉8精准地钻入底层板5，达到合格的热熔流钻的连接质量。
另外，本申请还提供了一种热熔流钻系统，其中，所述热熔流钻系统包括工装4、机械臂3、设置在所述机械臂3上的热熔流钻设备1、电连接于所述机械臂3和所述热熔流钻设备1的激光扫描距离识别机构2；
所述工装4上固定底层板5和位于所述底层板5上的至少一个上层板，所述至少一个上层板形成有预开孔；
所述激光扫描距离识别机构2扫描所述至少一个上层板，以确定所述底层板5在所述预开孔位置的暴露区域的边界，并计算出所述暴露区域的中心点与所述热熔流钻设备1上的螺钉中心的水平距离。
以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于此。在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本申请所公开的内容，均属于本申请的保护范围。
Claims (2)
1.一种使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法，其特征在于，所述热熔流钻系统包括工装(4)、机械臂(3)、设置在所述机械臂(3)上的热熔流钻设备(1)、电连接于所述机械臂(3)和所述热熔流钻设备(1)的激光扫描距离识别机构(2)，所述激光扫描距离识别机构(2)包括控制元件、设置在所述热熔流钻设备(1)上的激光扫描仪、激光传感器矩阵，所述加工方法包括：
所述工装(4)上设置有工装夹具，在所述工装夹具上固定底层板(5)和位于所述底层板(5)上的至少一个上层板，所述至少一个上层板形成有预开孔；
所述机械臂(3)移动到初始设定位置，通过所述激光扫描距离识别机构(2)扫描所述至少一个上层板，以确定所述底层板(5)在所述预开孔位置的暴露区域的边界，并计算出所述暴露区域的中心点与所述热熔流钻设备(1)上的螺钉中心的水平距离；
根据所述中心点与螺钉中心的水平距离，移动所述机械臂(3)使得所述螺钉中心与所述中心点竖直对齐；
驱动所述热熔流钻设备(1)向所述中心点处钉入螺钉(8)，以连接所述底层板(5)和所述至少一个所述上层板，所述螺钉(8)的外径为4mm-6mm，
其中，所述至少一个上层板包括位于所述底层板(5)上的一个第一上层板(6)以及位于所述第一上层板(6)上的第二上层板(7)，所述第一上层板(6)上的第一预开孔的孔径比所述螺钉(8)的外径大3mm，所述第二上层板(7)的第二预开孔的孔径比所述螺钉(8)的外径大2mm，所述第一上层板(6)预开孔的位置度为φ2mm，所述第二上层板(7)预开孔的位置度为φ2mm。
2.根据权利要求1所述的使用热熔流钻系统连接多层板件的加工方法，其特征在于，所述激光扫描距离识别机构(2)扫描所述至少一个上层板包括：通过所述激光扫描仪扫描所述至少一个上层板，并通过所述激光传感器矩阵接收反射的激光。
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