[发明专利]自冲铆接质量在线检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工技术领域的系统及方法，具体是一种自冲铆接质量在线检测系统及其检测方法。

背景技术

自冲铆接是指将铆钉压入板材，使其刺穿上层板后，在模具、下层板材和铆钉腿部形状共同作用下，铆钉向四周翻开形成机械互锁的连接工艺。随着能源危机和环境污染受到越来越广泛的关注，汽车的环保性能及燃油经济性越来越为各大汽车厂商所重视。因此，作为实现汽车轻量化的重要途径，铝合金、镁合金等各种新型轻量化材料被广泛的应用于车身制造。自冲铆接作为一种成熟的冷成型工艺，成为铝制车身的主要连接技术。

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、冲压设备等多种因素的影响，故质量检测对提高自冲铆接的可靠性，减少缺陷接头，提高生产效率有重要的意义。目前自冲铆接的评价方法主要分两大类：一是破坏式检测。这种方法是目前广泛应用的质量检测方式，包括破坏性力学试验和截面观察法。破坏性力学试验是对铆接试件用力学试验设备进行拉剪、剥离、疲劳等破坏性质的力学试验以判断接头强度好坏；截面观察法是将铆接接头沿接头直径切开，在一定的标准下评判接头横截面的各形貌特征，以此判断铆接质量的好坏。破坏式检测法是一种衡量铆接接头质量好坏最直接最可靠的方法，但是这是一种线下质量检测方法，不仅效率低代价高，而且无法达到100％的检测，因而不适用于自动化大规模生产中的质量检测。二是非破坏式检测。

经过对现有技术的检索发现，《Inprocess Quality Monitoring ofPunch riveting[J]》(LiebigHP.，Mutschler J，Bander Blecre，1993，34(5)：52-54)(冲铆过程质量监控)中根据各种工艺参数下的铆接载荷曲线特征的不同，提出通过检测力位移曲线来评价自冲铆接质量的方法。之后，文献《Characterization for Quality Monitoring of a Self-Piercing Riveting Process [C]》(HouW，Mangialard E，Hu J，et al.Sheet Metal Welding Conference XI，Sterling Heights，2004，May11-14：8-3)(自冲铆接过程质量监控的特征)系统性地研究了自冲铆接过程中载荷位移曲线的特征与工艺参数、操作误差之间的关系。他们发现不同的铆钉长度、板材厚度、模具形状具有不同特征的载荷位移曲线，通过对载荷位移曲线的信号提取可以对自冲铆接加工中的工艺故障进行判断。这种方法被Henrobs，Bollhoffs，和Orbitforms等公司开发应用于自冲铆接在线检测产品，但该方法存在以下不足：1、采用力-位移曲线进行检测都是以基准曲线上下偏移而形成的一个公差带为质量判断区域，也因此对铆接过程中曲线沿横坐标(位移轴)的变化不敏感，使得在铆接过程中的位移变化的检测存在一些盲区；2、对铆接过程中的某些特定的常见故障，如被铆板件间隙和铆钉偏离等不敏感，导致其检测功能受到限制；3、单纯依靠公差带的偏离程度来判断质量，无法给出造成缺陷的原因，无法指导生产工艺的改进。除了力位移曲线法，文献《Online Visual Measurement of Self-Pierce Riveting Systems to Help Determine theQuality of the Mechanical Interlock》(Johnson，P，Cullen，J D.，Sharples，L.，Shaw，A.，Al-Shamma′a，A I.Journal ofMeasurement，2009，42(5)：661-667)(用于判断机械连锁质量的在线视觉自冲铆接质量检测方法)将视觉识别技术应用于自冲铆接质量检测，但这项技术仅适用于检测铆钉位置以避免空铆、铆钉初始偏离等导致的质量问题，检测范围有限，没有得到广泛的应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种自冲铆接质量在线检测系统及其检测方法，通过获取自冲铆接过程中的力-时间和位移-时间曲线，根据所获曲线上的一个特征窗口及三个特征公差带判断接头质量合格与否，以及不合格接头属于何种缺陷类型。该方法兼顾位移和力在铆接全程的变化，具有对板件间隙等缺陷敏感、对缺陷检测速度快等特点，可针对铆钉长度换错、铆钉硬度换错、装配间隙出错、空铆(即铆接时未放铆钉)、被铆板件材质波动引起的铆钉铆入过深或者凸出等多种缺陷进行明确的检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：