基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统及方法，包括：孔径在线测量模块测量获得钻削后的孔径尺寸，集成安装在内铆缸上；铆钉直径在线测量模块获取当前参与配合的铆钉的直径数据，集成安装在送钉单元上；力位数据采集模块采集获得包括铆钉成形过程中的压铆力和压铆位移数据，集成安装在外铆缸和内铆缸上；干涉量判定模块读取孔径在线测量模块、铆钉直径在线测量模块和力位数据采集模块采集的数据。本发明专利技术能够在线获取制孔后孔径尺寸、铆钉压铆成形力位数据信息，从而获得钉孔配合干涉量的大小，实现自动化、无损化检测。

【技术实现步骤摘要】
基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统及方法
本专利技术涉及运载火箭舱体制造
，具体地，涉及一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统及方法。
技术介绍
干涉配合连接是航空航天部装中采用的关键连接技术，相对于传统连接，干涉配合连接对装配工艺和质量控制的要求较高。除了基本的连接特性外，干涉配合连接还关注连接孔和紧固件之间的干涉配合量。类似于孔壁挤压强化，干涉配合铆接可以提升连接孔的疲劳特性，从而延长飞行器服役寿命。干涉配合铆接是干涉配合连接的一种，除延长疲劳寿命外，干涉配合铆接使接头的密封性能也得到大幅提升。干涉配合铆接是有油密或气密性要求的航空航天壁板的关键连接技术，用于实现钉孔内无密封胶时的密封连接，如民机外翼壁板既是机翼结构件又是油箱的一部分，干涉配合铆接占据了其80％的铆接工作量；又如新型运载火箭，干涉密封铆接的应用使其具备中雨条件下的发射能力；水下发射导弹的干涉密封铆接则有利于长时间存放，避免钉孔内胶水干涸造成的水密性能下降。上述疲劳和密封性能均取决于铆接后铆点的钉-孔干涉配合量，干涉配合量过低使铆点存在泄漏途径，而过高的干涉量则会导致应力集中从而过早产生初始裂纹。因此，铆点干涉量是检测干涉配合铆接质量的重要指标。干涉配合时，由于铆钉直径相对固定，干涉量的控制与连接孔孔径公差直接相关；而铆接点的干涉量随着铆钉压铆量的变化而动态变化，因此，干涉量的控制与制孔质量和压铆质量均有密切联系。一般来讲，传统的干涉量检测方式分为两类：(1)直接测量法：一种是将试件切开并取出铆钉，分段测量变形钉杆的直径；另一种是沿铆钉长度方向按指定深度分层铣切铆接接头，并测量钉-孔结合处的铆钉直径。(2)间接测量法。由于直接测量法均通过破坏性试验测得，无法应用到成品装配过程中的铆点质量检测。因此，成品装配质量检测一般采用间接测量法，过程分为两步：首先采用特殊的通止卡规检测铆钉镦头，要求镦头的最大直径和最大高度均在允许范围内(即可穿过卡规)；其次，在交付前对成品进行整体密封性测试。由于间接测量法在实施过程中采用了定性测量，实际操作中发现接近1/3的成品在通过第一轮镦头尺寸检测后无法通过第二轮整体密封性检测。为准确而又经济地测量装配过程中铆点的钉-孔干涉量，非破坏性定量测量更具有实用价值。本专利技术针对运载火箭铆接箭体结构常用的半圆头铆钉，基于自动钻铆装备与技术，开发了基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统及方法，能够即时采集钻铆过程中关键数据信息，自动获取干涉量大小，实现干涉量数据自动化、无损获取，避免传统的干涉量检测方法的不足。专利文献CN102679923B(申请号：201210143536.X)公开了一种航空铝合金壁板铆接结构干涉量非破坏性检测方法，其特征包括以下步骤：首先，铆接加工前测量钉杆长度、钉杆直径、连接板厚度和紧固孔直径。然后，将铆钉放入连接板的连接孔中，连接设备提供铆接力进行铆接。检测铆接结构镦头内侧直径、镦头最大直径、镦头外侧直径和镦头高度。计算变形前的钉杆体积；依据检测数据，计算镦头体积，依据镦头对连接板的挤压力计算铆接变形后连接板厚度，依据体积不变原理，计算连接孔内钉杆体积，结合变形后连接板厚度进而得到钉杆直径。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统及方法。根据本专利技术提供的一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统，包括：自动钻铆机1、孔径在线测量模块2、铆钉直径在线测量模块3、力位数据采集模块4和干涉量判定模块5；所述自动钻铆机1包括外立柱1-1、内立柱1-2、外铆缸1-3、内铆缸1-4、制孔单元1-5、送钉单元1-6、控制单元1-7、旋转盘1-8和基体1-9；所述孔径在线测量模块2测量获得钻削后的孔径尺寸，集成安装在所述内铆缸1-4上；所述铆钉直径在线测量模块3获取当前参与配合的铆钉的直径数据，集成安装在所述送钉单元1-6上；所述力位数据采集模块4采集获得包括铆钉成形过程中的压铆力和压铆位移数据，集成安装在所述外铆缸1-3和所述内铆缸1-4上；所述干涉量判定模块5分别读取采集到的实测直径、孔径尺寸、压铆力和压铆位移，并计算得到当前点位处钉孔配合干涉量的大小；所述干涉量判定模块5集成安装在所述控制单元1-7上。优选地，所述孔径在线测量模块2包括孔径测量仪2-1、校准装置2-2、补偿装置2-3、位移计2-4、支撑装置2-5、移动机构2-6和安装座2-7；所述校准装置2-2与所述支撑装置2-5端部连接，用于数据归零，实现测量精度的校正；所述移动机构2-6与所述支撑装置2-5连接，并且所述移动机构2-6能够在所述支撑装置2-5上进行水平方向移动；所述孔径测量仪2-1与所述位移计2-4连接；所述补偿装置2-3为环形结构，嵌套在所述位移计2-4四周，用于消除孔径测量误差，使得孔径测量仪准确入孔；所述位移计2-4安装在所述安装座2-7内；所述安装座2-7与所述移动机构2-6连接；所述位移计2-4用于测量变形量并通过线缆进行数据传递；所述孔径测量仪2-1用来测量孔径大小。优选地，所述移动机构2-6通过丝杆和导轨在所述支撑装置2-5上进行水平方向移动。优选地，所述干涉量判定模块5分别与所述孔径在线测量模块、铆钉直径在线测量模块、力拉数据采集模块通讯，在线获取各模块信息，判定孔径配合干涉量大小。根据本专利技术提供的一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测方法，运行上述所述的基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统执行如下步骤：步骤M1：舱体装配，固定装夹，具备自动钻铆加工条件；步骤M2：运行自动钻铆机加工程序，对舱体进行制孔；步骤M3：制孔后回刀，孔径在线测量模块执行操作指令，运行到加工点位，进给至孔内，测量获得孔径尺寸d2，并回撤；步骤M4：铆钉由自动钻铆机送钉单元经柔性管路输送至夹钉端，外铆缸上的铆头进给将铆钉插入孔内，外铆头位置锁定；在管路输送过程中，铆钉直径在线测量模块测量获取铆钉的实测直径d1；步骤M5：内铆缸运动，在于外铆缸配合作用下，对铆钉施加外力使之发生塑性变形，实现当前点处的夹层的连接；在成型过程中，力位数据采集模块获取压铆力F及压铆位移P；步骤M6：干涉量判定模块分别读取采集到的实测直径d1、孔径尺寸d2、压铆力F和压铆位移P，基于塑性成形力学原理及工艺标准，计算得到当前点位处钉孔配合干涉量的大小；重复步骤M2至步骤M6，得到舱体所有自动钻铆加工点位处干涉量数据。优选地，所述自动钻铆机中外铆缸和内铆缸能够提供铆钉成形外力；所述制孔单元能够钻削制孔；所述送钉单元能够自动送钉。优选地，所述铆钉直径在线测量模块集成在所述送钉单元的柔性管路上，在经过管路时，采用非接触式测量方法获得铆钉直径尺寸d1。优选地，所述力位数据采集模块4通过设置的PLC程序模块与压铆缸连接，进行实时数据传输；并通过特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统，其特征在于，包括：/n自动钻铆机(1)、孔径在线测量模块(2)、铆钉直径在线测量模块(3)、力位数据采集模块(4)和干涉量判定模块(5)；/n所述自动钻铆机(1)包括外立柱(1-1)、内立柱(1-2)、外铆缸(1-3)、内铆缸(1-4)、制孔单元(1-5)、送钉单元(1-6)、控制单元(1-7)、旋转盘(1-8)和基体(1-9)；/n所述孔径在线测量模块(2)测量获得钻削后的孔径尺寸，集成安装在所述内铆缸(1-4)上；/n所述铆钉直径在线测量模块(3)获取当前参与配合的铆钉的直径数据，集成安装在所述送钉单元(1-6)上；/n所述力位数据采集模块(4)采集获得包括铆钉成形过程中的压铆力和压铆位移数据，集成安装在所述外铆缸(1-3)和所述内铆缸(1-4)上；/n所述干涉量判定模块(5)分别读取采集到的实测直径、孔径尺寸、压铆力和压铆位移，并计算得到当前点位处钉孔配合干涉量的大小；所述干涉量判定模块(5)集成安装在所述控制单元(1-7)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统，其特征在于，包括：
自动钻铆机(1)、孔径在线测量模块(2)、铆钉直径在线测量模块(3)、力位数据采集模块(4)和干涉量判定模块(5)；
所述自动钻铆机(1)包括外立柱(1-1)、内立柱(1-2)、外铆缸(1-3)、内铆缸(1-4)、制孔单元(1-5)、送钉单元(1-6)、控制单元(1-7)、旋转盘(1-8)和基体(1-9)；
所述孔径在线测量模块(2)测量获得钻削后的孔径尺寸，集成安装在所述内铆缸(1-4)上；
所述铆钉直径在线测量模块(3)获取当前参与配合的铆钉的直径数据，集成安装在所述送钉单元(1-6)上；
所述力位数据采集模块(4)采集获得包括铆钉成形过程中的压铆力和压铆位移数据，集成安装在所述外铆缸(1-3)和所述内铆缸(1-4)上；
所述干涉量判定模块(5)分别读取采集到的实测直径、孔径尺寸、压铆力和压铆位移，并计算得到当前点位处钉孔配合干涉量的大小；所述干涉量判定模块(5)集成安装在所述控制单元(1-7)上。


2.根据权利要求1所述的基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统，其特征在于，所述孔径在线测量模块(2)包括孔径测量仪(2-1)、校准装置(2-2)、补偿装置(2-3)、位移计(2-4)、支撑装置(2-5)、移动机构(2-6)和安装座(2-7)；
所述校准装置(2-2)与所述支撑装置(2-5)端部连接，用于数据归零，实现测量精度的校正；所述移动机构(2-6)与所述支撑装置(2-5)连接，并且所述移动机构(2-6)能够在所述支撑装置(2-5)上进行水平方向移动；
所述孔径测量仪(2-1)与所述位移计(2-4)连接；所述补偿装置(2-3)为环形结构，嵌套在所述位移计(2-4)四周，用于消除孔径测量误差，使得孔径测量仪准确入孔；所述位移计(2-4)安装在所述安装座(2-7)内；所述安装座(2-7)与所述移动机构(2-6)连接；
所述位移计(2-4)用于测量变形量并通过线缆进行数据传递；
所述孔径测量仪(2-1)用来测量孔径大小。


3.根据权利要求2所述的基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统，其特征在于，所述移动机构(2-6)通过丝杆和导轨在所述支撑装置(2-5)上进行水平方向移动。


4.根据权利要求1所述的基于自动钻铆的半圆头铆钉干涉量检测系统，其特征在于，所述干涉量判定模块(5)分别与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁莹，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31