阅读说明：本技术 一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法和装置 (debugging method and device for lightweight vehicle body self-piercing riveting equipment ) 是由 刘蕾 李骥国 汤东华 梁端 刘宏婕 汤伟 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法和装置,该调试方法包括以下步骤：对下层板件进行测距,根据测距结果判断铆模与下层板件的贴合状况,据此对SPR枪的位姿进行调节,直至铆模与下层板件满足贴合要求；然后调节SPR枪相对于下层板件的间距至第一设定距离,此时在下层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心的第一光圈,据此判断下层板件铆接到边状况；以及调节SPR枪相对于下层板件至第二设定距离,此时在上层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心的第二光圈,据此判断上层板件铆接到边状况。本发明能够快速参数可视化的确认铆模与板件之间的贴合状况,并且确认铆模铆鼻到边距离足够。(The invention discloses a debugging method and a debugging device of lightweight self-piercing riveting equipment for a vehicle body, wherein the debugging method comprises the following steps: measuring the distance of the lower-layer plate, judging the attaching condition of the riveting die and the lower-layer plate according to the distance measuring result, and adjusting the pose of the SPR gun according to the judging condition until the riveting die and the lower-layer plate meet the attaching requirement; then adjusting the distance between the SPR gun and the lower-layer plate to a first set distance, projecting and forming a first aperture on the lower-layer plate by taking the central axis of the riveting position of the SPR gun as the center of a circle, and judging the riveting condition of the lower-layer plate to the edge; and adjusting the SPR gun to a second set distance relative to the lower-layer plate, projecting and forming a second aperture taking the center axis of the riveting position of the SPR gun as the center of a circle on the upper-layer plate, and judging the riveting condition of the upper-layer plate. The method can quickly and visually confirm the fitting condition between the riveting die and the plate through parameters, and can confirm that the distance between the riveting nose and the edge of the riveting die is enough.)

一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法和装置

技术领域

本发明涉及一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法和调试装置。

背景技术

铝合金在汽车行业应用比例的提升使得传统钢制车身逐步向轻量化车身转变。相应的，其材料匹配方式也由单一的钢-钢向钢-钢、钢-铝、铝-铝等多组合方式转变，涉及同种及异种材料的连接。

铝合金自身的物理化学属性导致其焊接性能差，传统的电阻焊及弧焊工艺已经无法满足铝合金的连接及应用需求。自冲铆接技术在轻量化车身应用逐渐推广。

自冲孔铆接工艺简称SPR，是铝合金车身连接的常用工艺之一。SPR是通过液压缸或伺服电机提供动力将铆钉直接压入待铆接板材，待铆接板材在铆钉的压力作用下和铆钉发生塑性变形，成型后充盈于铆模之中，从而形成稳定连接的一种全新的板材连接技术，参见图1。

参见图2，SPR的连接主要考量几个重要的参数如下：

(1)t_min(mm)–剩余材料最小厚度：在铆模边缘发生塑性变形后，板材剩余最薄的部分；

(2)LL(mm)–铆钉尾部左侧尖端与铆钉切入底层板材的左侧切入点之间的水平距离，此数值为左侧的互锁量；

(3)LR(mm)–铆钉尾部右侧尖端与铆钉切入底层板材的右侧切入点之间的水平距离，此数值为右侧的互锁量；

(4)Y(mm)–平面度。对于沉头铆钉，此铆钉头的表面应该和顶层板材的基面平齐；对于盘头铆钉，铆钉头的下部应该和顶层板材紧密贴合。

这些参数也与定位阶段铆模与待铆接板件的贴合状况有关。在定位阶段，若铆模贴合达不到要求，其铆钉会相对板件歪斜导致上述参数偏离期望值，甚至低于各汽车主机厂质量标准，导致连接失效，引起批量报废，参见图3。

另外，铆钉与铆模到待铆接板件边缘的距离目视难以确定，不确认到边距离会发生如图4、5的铆接质量不良，需要用钢板尺量测铆模到待铆接下层板件边距离，且SPR主轴需下降贴合到待铆接上层板件，再用钢板尺量测铆鼻到待铆接上层板件边缘距离。

现有的调试方法先目视调整铆模相对于待铆接板件位置，然后用0.1mm塞尺从铆模四周尝试塞入铆模与待铆接板件之间，当四周都无法塞入待铆接板件与铆模之间时，认定铆模和带铆接板件贴合到位，但是此种确认方法会消耗很多时间，且无法量化精确贴合的具体情况。

1、使用现有操作方法调试铆模与待铆接板件贴合度，过程繁杂，目视检查贴合度耗时耗力，并且准确率低，仅能依靠经验确保垂直度，并且对于不贴合的情况，无法量化精确贴合的具体情况、无法定量精确调整。

2、使用现有操作方法调试铆模与铆鼻分别到待铆接板件下层板和待铆接板件上层板的边缘距离，过程繁杂，由于汽车车身设计复杂，使用钢板尺部分位置不可达导致无法测量，并且准确率低，目视检查到边距离耗时耗力，仅能依靠经验确保。

为保证铆钉开始在压力作用下打入板件时不会歪斜，且到待铆接板件边缘距离足够，需要一个更加快速精确的方式确认铆模与待铆接板件贴合状况及到边状况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法，以能够快速精确地调整铆模与待铆接板件的贴合状况及到边状况。

本发明的目的还在于提供一种轻量化车身自冲孔铆接设备，以能够快速精确地调整铆模与待铆接板件的贴合状况及到边状况。

为此，本发明一方面提供了一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法，包括以下步骤：对下层板件进行测距，根据测距结果判断铆模与下层板件的贴合状况，据此对SPR枪的位姿进行调节，直至铆模与下层板件满足贴合要求；在铆模与下层板件满足贴合要求的前提下，调节SPR枪相对于下层板件的间距至第一设定距离，此时在下层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心并且具有设定半径的第一光圈，据此判断下层板件铆接到边状况；以及在铆模与下层板件满足贴合要求的前提下，调节SPR枪相对于下层板件至第二设定距离，此时在上层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心并且具有设定半径的第二光圈，据此判断上层板件铆接到边状况。

进一步地，在上述调试方法中利用多个激光测距模块对下层板体进行多点测距。

进一步地，在上述调试方法中利用在SPR枪铆模一侧设置的第一光圈投射模块在下层板体上形成所述第一光圈和利用在在SPR枪的铆鼻一侧设置第二光圈投射模块在上层板体上形成所述第二光圈。

进一步地，在上述调试方法中第一光圈和第二光圈均为激光十字圆形标记。

进一步地，在上述调试方法还包括在下层板体的边沿位于第一光圈之内和/或上层板体的边沿位于第二光圈之内时对SPR枪的铆点中心位置进行调节。

根据本发明的另一方面，提供了一种轻量化车身自冲孔铆接设备的调试装置，包括SPR枪、机器人和控制器，还包括：在SPR枪的铆模一侧围绕铆模布置多个激光测距模块，用于对下层板件进行测距；在SPR枪的铆模一侧设置第一光圈投射模块，用于在SPR枪相对于下层板件调节至第一设定距离时在下层板件上投射、形成以铆点中心为圆心并且具有设定半径的第一光圈；以及在SPR枪的铆鼻一侧设置第二光圈投射模块，用于在SPR枪相对于下层板件调节至第二设定距离时在上层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心并且具有设定半径的第二光圈，其中，所述控制器用于根据测距结果判断铆模与下层板件的贴合状况，据此利用机器人对SPR枪的位姿进行调节，直至铆模与下层板件满足贴合要求，并且在铆模与下层板件满足贴合要求的前提下对SPR枪相对于下层板件的间距进行受控调节。

进一步地，上述多个激光测距模块为三个激光测距模块，并且关于SPR枪的铆接位置中心轴线中心对称布置。

进一步地，上述光圈为激光十字圆形标记。

进一步地，上述控制器还用于在下层板体的边沿位于第一光圈之内和/或上层板体的边沿位于第二光圈之内时对SPR枪的铆点中心位置进行调节。

本发明具有以下技术效果：

1、通过在SPR枪上设置激光发射器，利用光线的投射原理形成光源，能够快速实现无接触式铆点中心对准，且确认铆模铆鼻到边距离足够。

2、通过在SPR枪上设置多个测距点，利用不共线三点可以确定一平面原理，能够快速参数可视化的确认铆模与板件之间的贴合状况，满足其角度在±1°以内。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的SPR工艺的流程图；

图2是现有技术的SPR工艺的自冲孔铆接部分的截面图；

图3是SPR工艺中铆钉侧倾的示意图；

图4是SPR工艺中铆钉边缘铆接的示意图；

图5是SPR工艺中板材边缘裂纹的示意图；

图6是根据本发明的轻量化车身自冲孔铆接设备中三组激光测距模块的布局示意图一；

图7是根据本发明的轻量化车身自冲孔铆接设备中三组激光测距模块的布局示意图二；

图8是根据本发明的轻量化车身自冲孔铆接设备中激光发射器的布局示意图；

图9是根据本发明的激光发射器投射光圈(激光十字圆形标记)的示意图；以及

图10是根据本发明的轻量化车身自冲孔铆接设备的调试方法的流程图。

附图标记说明

1、SPR枪； 2、铆鼻；

3、铆模； 4、待铆接板件上板件；

5、待铆接板件下板件； 6、激光测距模块一；

7、激光测距模块二； 8、激光测距模块三；

9、第一光圈投射模块； 10、第二光圈投射模块；

11、激光发射器发射源； 12、激光发射器透镜；

13、激光十字圆形标记。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图6至图10示出了根据本发明的一些实施例。

本发明提供了应用于自冲孔铆接工艺中快速并精确调试SPR枪的方法，如图10所示，包括以下步骤：

S101、利用多个激光测距模块对下层板件进行测距，根据测距结果判断铆模与下层板件的贴合状况，据此利用机器人对SPR枪的位姿进行调节，直至铆模与下层板件满足贴合要求；

S103、在铆模与下层板件满足贴合要求的前提下，利用机器人调节SPR枪相对于下层板件的间距至第一设定距离，此时利用第一光圈投射模块在下层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心并且具有设定半径的第一光圈，据此判断下层板件铆接到边状况；以及

S105、在铆模与下层板件满足贴合要求的前提下，利用机器人调节SPR枪相对于下层板件至第二设定距离，此时利用第二光圈投射模块在上层板件上投射，形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心并且具有设定半径的第二光圈，据此判断上层板件铆接到边状况。

本发明通过对下层板体进行多点测距，快速实现SPR枪铆模贴合的确认，保证误差±1°以内，并且通过在上层板体和下层板体上投射光圈(红光圈)，快速实现无接触式铆模与铆鼻到待铆接板件边缘距离，保证进度。

本发明提供了一种钢铝混合车身自冲孔铆接设备的调试装置，该自冲孔铆接设备包括SPR枪1、用于承载SPR枪的六轴机器人和控制器(图中未示出)。

结合参照图6至图9，本调试装置包括：在SPR枪的铆模一侧围绕铆模布置多个激光测距模块6、7、8；在SPR枪的铆模一侧设置第一光圈投射模块10；以及在SPR枪的铆鼻一侧设置第二光圈投射模块9。

其中，多个激光测距模块6、7、8用于对下层板件进行多点测距。

具体地，如图6和图7所示，在SPR枪上围绕SPR铆模中心轴均布设置3个激光测距模块，其模块激光束发射角度相对于铆模中心轴成一定角度并等同角度，其模块发射端位置处于同一水平面，所构成平面平行于铆模表面，其功能是发射脉冲激光束，由模块接收端接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，通过换算并显示3个激光测距模块到下层板件的距离。

当距离不一致时通过调整SPR枪角度位姿使其数值达到一致，由于激光测距模块精度可以达到0.1mm，通过非共线3点可以确定一平面原理，确认板件与铆模为平行位置，当继续控制SPR枪运动到贴合板件时，也是平行的。

具体地，控制器用于根据测距结果判断铆模与下层板件的贴合状况，据此利用机器人对SPR枪的位姿进行调节，直至铆模与下层板件满足贴合要求，并且在铆模与下层板件满足贴合要求的前提下对SPR枪相对于下层板件的间距进行受控调节。

第一光圈投射模块10用于在SPR枪相对于下层板件调节至第一设定距离时在下层板件上投射、形成以铆点中心为圆心并且具有设定半径的第一光圈。第二光圈投射模块9用于在SPR枪相对于下层板件调节至第二设定距离时在上层板件上投射、形成以SPR枪铆接位置中心轴线为圆心并且具有设定半径的第二光圈。

具体地，如图8和图9所示，铆模侧和铆鼻侧各设置一个激光发射器，其发射器内部透镜上有薄膜片，通过在薄膜片上打孔，形成十字椭圆形标示，在激光照射下，由于光的直线传播原理，会在板件上形成十字圆形标示，因激光发射器会与SPR枪中心轴(铆模&铆鼻的中心连线)成一定角度，此标示应为拟合封闭圆形，其在离板件一定距离时，在激光发射器照射下，能在SPR铆接位置中心为圆心且直径为26mm的圆形十字标示。

在本发明中，通过试验测得第一激光器在下层板体上投射第一光圈(以SPR枪中心轴为圆心且直径26mm的圆形十字标示)和第二激光器在上层板体上投射第二光圈时多个激光测距模块所测得的距离，进而利用该距离可控制SPR枪相对于下层板体和下层板件的距离。规定板件边缘不在圆形光标范围内时，不会发生图4、图5不良现象。

本发明通过在SPR枪上设置低功率激光(红光圈)，快速实现无接触式铆模与铆鼻到待铆接板件边缘距离，保证进度。并且非共线三点即可确认一平面原理，设计低功率激光发射器及接受装置的激光模组，快速实现SPR枪铆模贴合的确认，保证误差±1°以内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。