CN112881153A - 一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法，其包括万能实验机、折边连杆机构、三维数字图像采集设备。万能实验机安装力传感器并可智能控制；折边连杆机构包括基座、压板、销轴、开口销、传力杆组件以及滚轮组件，安装在万能实验机工作台上，将万能实验机施加竖直压力转换为折边压力，并可以替换不同的滚轮，以适应不同条件下的折边要求；三维数字图像采集设备包括LED光源、双目CCD相机，能有效地测量内外板扣合试件板材变形以及折边胶在板材间隙的流动状态，为车身薄板含胶包边工艺的优化设计提供数据支持。

Description

一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法

技术领域

本发明涉及车身制造技术领域，尤其是涉及一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法。

背景技术

汽车前后车门、发动机盖、行李箱盖(后背门)，即四门两盖，其内、外板均需要进行包边连接。汽车四门两盖包边后需进行结构连接，以保证装配的精度。目前在门盖制造过程中，大部分主机厂普遍以含胶包边工艺代替焊接进行结构连接。使用含胶包边工艺可以保证门盖外表面表面光顺、平整，又可提高耐腐蚀性。近年来，机器人滚压包边技术得到快速发展，其具有柔性高、投入和维护成本低、作业面积小等特点，在国内外各大汽车制造厂中逐渐得到了推广。

在包边工艺中，外板的弯曲影响了折边胶层流动，而胶层流动又会对胶层和薄板之间包边间隙的填充状态带来影响。折边胶填充不合理导致的成形质量缺陷主要是溢胶与缺胶。溢胶将导致折边胶材料浪费，并且影响后续的加工，造成一定的劳动力和工时的浪费。缺胶将导致内外板之间连接强度不足，且折边区域裸露金属易被腐蚀，影响门盖件使用寿命。

因此，在包边过程中，捕捉折边胶流动状态，精确测试折边胶填充状态尤为重要。目前，采用目测或者传统相机拍摄方式测试折边胶的填充状态精度不足，并且不能捕捉含胶包边过程中板材变形。此外，搭建基于机器人对薄板的滚边成形并捕捉胶层的填充状态的系统较为复杂，设备昂贵，成本过高。而万能实验机在科研单位、高等院校、生产企业等部门应用广泛，能够加载稳定的压力，并且可以输出高精度的压力数据，可以代替机器人作为滚边力源加载装置。然而，万能实验机仅能提供竖直的压力，如何转换为滚边的压力仍是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法，能够基于万能实验机条件下对薄板滚边成形并实时捕捉胶层的填充状态。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，该系统包括压力加载及测控装置、折边连杆机构以及三维数字图像采集装置，其中：

所述压力加载及测控装置，用于作为万能试验机以安装力传感器并能够提供智能控制；

所述折边连杆机构，用于实现薄板含胶折边过程，其通过机械连接设置于所述压力加载及测控装置的工作台上；

所述三维数字图像采集装置，包括LED光源和双目CCD相机，用于捕捉含胶滚边过程中板材变形及折边胶流动状态。

进一步地，所述的力传感器、LED光源和双目CCD相机所产生的数据通过线缆传输至上位机中。

进一步地，所述的折边连杆机构包括基座、压板、第一销轴、第一开口销、传力杆组件以及滚轮组件，所述基座下端面连接于所述压力加载及测控装置的工作台上，其上端面的耳座通过所述第一销轴与所述压板的一侧相连接构成旋转副，并进一步通过所述第一开口销锁定；所述压板的中段部与所述传力杆组件相连接，所述压板的轴部与所述滚轮组件相连接。

进一步地，所述的滚轮组件包括滚轮、深沟球轴承、轴端压板和紧定螺钉，所述滚轮开有中心孔，且两端各自向内开有圆柱形孔台阶，所述滚轮的两端分别通过所述圆柱形孔台阶与所述深沟球轴承外圈过盈连接，所述压板的轴部穿过所述中心孔与所述深沟球轴承内圈连接，并进一步通过所述紧定螺钉将所述深沟球轴承内圈双向固定于所述压板的轴部与轴肩之间。

进一步地，所述的传力杆组件包括连接螺母、传力杆、第二销轴和第二开口销，所述连接螺母与所述压力加载及测控装置的移动横梁的下端面螺纹连接，所述传力杆的轴部与所述连接螺母相连接，其连接部通过所述第二锁销穿过所述压板的直槽口与所述压板的中段部相连接，进一步通过所述第二开口销锁定，所述第二锁销与所述直槽口构成滑动摩擦副。

进一步地，所述的基座上设有直槽通孔，所述的基座的下端面通过所述直槽通孔螺栓连接于所述压力加载及测控装置的工作台上。

进一步地，所述的基座的上端面上设有用于放置并定位涂覆折边胶的内外板扣合试件的方形凹槽。

进一步地，所述的滚轮的形状能够根据滚边要求进行更改替换。

进一步地，所述的涂覆折边胶的内外板扣合试件的侧面喷涂有白色底漆，于所述白色底漆上喷涂黑色漆，以形成随机散斑图像。

本发明还提供一种基于所述的薄板滚边成形胶层填充状态测试系统的测试方法，该测试方法中的实验对象为涂覆折边胶的内外板扣合试件，该测试方法包括以下步骤：

步骤1：于内外板扣合试件的侧面喷涂白色底漆，于所述白色底漆上喷涂黑色漆，用来形成随机散斑图像；

步骤2：将所述压力加载及测控装置通过螺栓固定于承力地面上；

步骤3：将所述折边连杆机构的基座通过螺栓连接安装在所述压力加载及测控装置的工作台上，并将所述折边连杆机构的传力杆通过螺纹连接安装在所述压力加载及测控装置的移动横梁的下端面；

步骤4：于所述折边连杆机构的侧面设定距离处安装所述双目CCD相机，通过电缆将所述双目CCD相机连接至所述上位机上，通过调节所述LED光源的位置和光强度以得到最佳的散斑图像；

步骤5：在不施加载荷的条件下，用所述双目CCD相机记录所述内外板扣合试件的原始散斑图像，然后施加载荷，用所述双目CCD相机记录所述内外板扣合试件的散斑图像；

步骤6：通过所述上位机对散斑图像进行相关计算，获得内外板扣合试件板材变形以及折边胶在板材间隙的流动状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)、本发明采用了先进的三维数字图像相关技术，具有全场实时测量、非接触、测量范围可调整等优点，能有效地测量内外板扣合试件板材变形以及折边胶在板材间隙的流动状态，为折边胶涂覆质量优化提供有效的数据资料。

(2)、本发明采用了万能实验机代替机器人作为滚边力源加载装置，既能够加载稳定的压力，又可以输出高精度的压力数据，性能稳定，可靠性强。

(3)、本发明设计了一种折边连杆机构，此机构将万能实验机施加的竖直压力转换为折边压力，并且可更换不同的滚轮，结构简单，紧固性强，安全性高，适用于汽车产业中多种需要滚边操作的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的总体布置图；

图2为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的折边连杆机构示意图；

图3为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的折边连杆机构滚轮组件剖视图；

图4为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的折边连杆机构滚轮组件俯视图；

图5为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的传力杆组件示意图；

图6为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的内外板扣合试件示意图；

图7为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的更换滚轮的折边连杆机构示意图；

图8为本发明一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统及方法一实施例中的折边连杆机构尺寸示意图；

图中，1为万能实验机，2为上位机，3为双目CCD相机，4为折边连杆机构，401为压板，402为滚轮组件，402a为深沟球轴承，402b为滚轮，402c为轴端压板，402d为紧定螺钉，403为内外板扣合试件，404为基座，405为第一开口销，406为第一销轴，407为传力杆组件，407a为连接螺母，407b为传力杆，407c为第二销轴，407d为第二开口销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1-8和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示为一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统的总体布置图，其中，包括压力加载及测控装置、折边连杆机构、三维数字图像测试设备；压力加载及测控装置为安装力传感器并可智能控制的万能实验机1；折边连杆机构4能够实现薄板含胶滚边过程；三维数字图像测试设备包括LED光源、双目CCD相机3，能够捕捉含胶滚边过程中板材变形及折边胶流动状态。折边连杆机构4通过机械连接安装在万能实验机1上，所述力传感器及双目CCD相机3产生的数据通过线缆传输到上位机2上。

在一个示例中，如图2所示为折边连杆机构4示意图，其中，包括基座404、压板401、第一销轴406、第一开口销405、传力杆组件407以及滚轮组件402，基座404下端连接万能实验机1工作台上，基座404上端的耳座通过第一销轴406与压板401连接构成旋转副；压板401的一侧与基座404上端的耳座相连，压板401中段与传力杆组件407相连接，压板401轴部与滚轮组件402相连接；传力杆组件407上端与万能实验机1移动横梁下端螺纹连接，传力杆组件407下端与压板401相连接；第一销轴406连接基座404上端的耳座孔和压板401一侧的通孔，构成铰链连接，连接后用第一开口销405锁定。

在一个示例中，如图3和图4所示为折边连杆机构滚轮组件402剖视图及俯视图，其中，包括滚轮402b、一对深沟球轴承402a、轴端压板402c、紧定螺钉402d，滚轮402b沿轴线开有圆柱形通孔，滚轮402b两端向内开有圆柱形孔台阶，滚轮402b通过圆柱形孔台阶与深沟球轴承402a外圈过盈连接；深沟球轴承402a内圈与压板401轴部连接；轴端压板402c通过紧定螺钉402d与外侧深沟球轴承402a内圈连接，轴端压板402c与轴肩相配合对深沟球轴承402a内圈作双向固定；紧定螺钉402d连接与压板401轴部相连接。

在一个示例中，如图5所示为传力杆组件407示意图，其中，包括连接螺母407a、传力杆407b、第二销轴407c、第二开口销407d，连接螺母407a与万能实验机1移动横梁下端螺纹连接；第二销轴407c穿过压板401的直槽口连接压板401与传力杆407b，连接后用第二开口销407d锁定，第二销轴407c与直槽口构成滑动摩擦副。

如图2所示，上述基座404开有直槽通孔，基座404通过螺栓连接万能实验机1工作台上。

如图2和图6所示，上述基座404上表面开有方形凹槽，用于放置并定位内外板扣合试件403，可以有效抵消板材折弯过程中受到的横向力，从而避免发生横移现象。

在一个示例中，如图2和图7所示，所述滚轮，其结构形状不止一种，可根据滚边要求进行更改替换滚轮形状。

在一个示例中，如图8所示为折边连杆机构尺寸示意图，由于第二销轴407c与直槽口构成滑动摩擦副，因此计算直槽口最小长度s_min尤为重要。直槽口长度为s，基座404的耳座中心孔高度为h，压板401直槽口与基座404的耳座中心孔距离为s₀，压板401与平面夹角为θ，滚轮402b半径为r，内外板扣合试件403高度为l，内外板扣合试件403与滚轮402b的接触点距基座404的耳座中心孔为k。因此，

求解θ得，

其中，

则直槽口最小长度为s_min

s_min＝s₀-s₀·cosθ (4)

则直槽口长度s应大于直槽口最小长度s_min。即

s≥s_min (5)

一种薄板滚边成形胶层填充状态测试方法，其实验对象为涂覆折边胶的内外板扣合试件403，所述操作方法包括以下步骤：

步骤一：在内外板扣合试件403侧面喷涂白色底漆，在所述白色底漆上喷涂黑色漆，用来形成随机散斑图像；

步骤二：将万能实验机1通过螺栓固定在承力地面上。

步骤三：将基座404通过螺栓连接安装在万能实验机1工作台上，将传力杆407b通过螺纹连接安装在万能实验机1移动横梁下端。

步骤四：在折边连杆机构4侧面适宜距离处安装双目CCD相机3，双目CCD相机3通过电缆连接到上位机2上，通过调整LED光源的位置和光强度得到最佳的散斑图像。

步骤五：在不施加载荷的条件下，用CCD相机记录内外板扣合试件403的原始散斑图像，然后施加载荷，用CCD相机记录内外板扣合试件403的散斑图像。

步骤六：通过上位机2对散斑图像进行相关计算，获得内外板扣合试件403板材变形以及折边胶在板材间隙的流动状态。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，该系统包括压力加载及测控装置、折边连杆机构以及三维数字图像采集装置，其中：

所述压力加载及测控装置，用于作为万能试验机以安装力传感器并能够提供智能控制；

所述折边连杆机构，用于实现薄板含胶折边过程，其通过机械连接设置于所述压力加载及测控装置的工作台上；

所述三维数字图像采集装置，包括LED光源和双目CCD相机，用于捕捉含胶滚边过程中板材变形及折边胶流动状态。

2.根据权利要求1所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的力传感器、LED光源和双目CCD相机所产生的数据通过线缆传输至上位机中。

3.根据权利要求1所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的折边连杆机构包括基座、压板、第一销轴、第一开口销、传力杆组件以及滚轮组件，所述基座下端面连接于所述压力加载及测控装置的工作台上，其上端面的耳座通过所述第一销轴与所述压板的一侧相连接构成旋转副，并进一步通过所述第一开口销锁定；所述压板的中段部与所述传力杆组件相连接，所述压板的轴部与所述滚轮组件相连接。

4.根据权利要求3所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的滚轮组件包括滚轮、深沟球轴承、轴端压板和紧定螺钉，所述滚轮开有中心孔，且两端各自向内开有圆柱形孔台阶，所述滚轮的两端分别通过所述圆柱形孔台阶与所述深沟球轴承外圈过盈连接，所述压板的轴部穿过所述中心孔与所述深沟球轴承内圈连接，并进一步通过所述紧定螺钉将所述深沟球轴承内圈双向固定于所述压板的轴部与轴肩之间。

5.根据权利要求3所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的传力杆组件包括连接螺母、传力杆、第二销轴和第二开口销，所述连接螺母与所述压力加载及测控装置的移动横梁的下端面螺纹连接，所述传力杆的轴部与所述连接螺母相连接，其连接部通过所述第二锁销穿过所述压板的直槽口与所述压板的中段部相连接，进一步通过所述第二开口销锁定，所述第二锁销与所述直槽口构成滑动摩擦副。

6.根据权利要求3所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的基座上设有直槽通孔，所述的基座的下端面通过所述直槽通孔螺栓连接于所述压力加载及测控装置的工作台上。

7.根据权利要求3所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的基座的上端面上设有用于放置并定位涂覆折边胶的内外板扣合试件的方形凹槽。

8.根据权利要求4所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的滚轮的形状能够根据滚边要求进行更改替换。

9.根据权利要求7所述的一种薄板滚边成形胶层填充状态测试系统，其特征在于，所述的涂覆折边胶的内外板扣合试件的侧面喷涂有白色底漆，于所述白色底漆上喷涂黑色漆，以形成随机散斑图像。

10.一种基于如权利要求1至9中任一项所述的薄板滚边成形胶层填充状态测试系统的测试方法，该测试方法中的实验对象为涂覆折边胶的内外板扣合试件，其特征在于，该测试方法包括以下步骤：

步骤1：于内外板扣合试件的侧面喷涂白色底漆，于所述白色底漆上喷涂黑色漆，用来形成随机散斑图像；

步骤2：将所述压力加载及测控装置通过螺栓固定于承力地面上；

步骤3：将所述折边连杆机构的基座通过螺栓连接安装在所述压力加载及测控装置的工作台上，并将所述折边连杆机构的传力杆通过螺纹连接安装在所述压力加载及测控装置的移动横梁的下端面；

步骤4：于所述折边连杆机构的侧面设定距离处安装所述双目CCD相机，通过电缆将所述双目CCD相机连接至所述上位机上，通过调节所述LED光源的位置和光强度以得到最佳的散斑图像；

步骤5：在不施加载荷的条件下，用所述双目CCD相机记录所述内外板扣合试件的原始散斑图像，然后施加载荷，用所述双目CCD相机记录所述内外板扣合试件的散斑图像；

步骤6：通过所述上位机对散斑图像进行相关计算，获得内外板扣合试件板材变形以及折边胶在板材间隙的流动状态。

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