[發明專利]一種自沖鉚接頭機械內鎖區幾何特征尺寸的測量方法

有效

• 申請號: 201910983427.0
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110640068B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 曾凱;王凱偉;何曉聰;邢保英;孫曉婷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B21J15/02
• 分類號: B21J15/02;B21J15/28;B21C51/00
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本發明涉及一種自沖鉚接頭機械內鎖區幾何特征尺寸的測量方法，屬于金屬構件的無損檢測技術領域。利用超聲顯微鏡首先計算超聲波在下板材料中的傳播速度，其次調整自沖鉚接頭的檢測位置，再依照步驟順序提取自沖鉚接頭不同界面的超聲回波信號，并獲取自沖鉚接頭機械內鎖區、鉚接凸臺頂面、釘腳尖張開處的內徑面的超聲C掃圖，最后利用圖像閾值分割方法得到釘腳尖張開處的內徑面的二值化圖，進而計算自沖鉚接頭的釘腳張開度L，并根據鉚接凸臺頂面和釘腳尖的內徑面的超聲回波信號的時間差計算自沖鉚接頭的殘余底厚T。本發明為自沖鉚接頭的質量評價提供了一種高精度、全面、高效的無損檢測方法。

技術領域

本發明涉及一種自沖鉚接頭機械內鎖區幾何特征尺寸的測量方法，屬于金屬構件的無損檢測技術領域。

背景技術

自沖鉚(Self-Piercing Riveting，SPR)是一種薄板材料新型冷壓嵌鉚連接技術，構件成型過程中通過沖頭將一個半中空鉚釘壓入被連接板材，鉚釘腿端部在嵌入板件過程中向四周張開，形成鉚扣機械內鎖結構。自沖鉚連接技術具有工序簡單、連接強度高、可實現異種材料連接等特點，近年來在航空、汽車結構制造領域得到重視，尤其在汽車輕量化設計制造方面，自沖鉚被譽為下一代新型連接技術。自沖鉚接頭機械內鎖結構是指接頭成型過程中發生形變的鉚釘與鉚釘相鄰的板材形成的區域，此區域的結構幾何特征尺寸，如“釘腳張開度”、“殘余底厚”等，是影響自沖鉚接頭失效載荷、失效位移、能量吸收值、疲勞強度、剛度及密封防蝕性能的重要參數，也是其質量評價中重要指標。

目前測量自沖鉚接頭釘腳張開度及殘余底厚最為普遍的方法是：通過剖切自沖鉚接頭子午面，直觀地對釘腳張開度及殘余底厚進行測量，但對自沖鉚接頭進行了破壞，且測量精確度低、只能測量機械內鎖區的一個截面的釘腳張開度及殘余底厚、步驟繁瑣、效率低下。在已有的研究中，Han L等人利用窄帶超聲對自沖鉚接頭連接質量進行檢測，通過監測傳感器的阻抗變化來評估鉚接質量，但是研究結果無法判斷自沖鉚接頭的內部變形特征，只能辨別自沖鉚接頭是否有缺陷，且檢測較薄接頭的效果極差，檢測過程極其依賴操作技能，檢測誤差較大。因此，探索一種高精度、全面、高效的自沖鉚釘腳張開度及殘余底厚無損測量方法是自沖鉚連接技術質量評價急需解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對目前自沖鉚接頭機械內鎖區幾何特征尺寸的檢測主要是通過有損的剖切法，測量子午面中的釘腳張開度及殘余底厚等參數，已有的檢測方法存在測量精確度低、信息不全、步驟繁瑣、效率低等問題，從而提出了利用超聲波信號及超聲C掃圖實現自沖鉚接頭機械內鎖區幾何特征尺寸的測量方法。

本發明的技術方案是：一種自沖鉚接頭機械內鎖區幾何特征尺寸的測量方法，具體步驟為：

Step1：計算超聲波在自沖鉚接頭下板材料中的傳播速度v；

Step2：調整自沖鉚接頭的檢測位置；

Step3：利用超聲顯微鏡提取自沖鉚接頭機械內鎖區的超聲回波信號，對內鎖區進行定位并獲取超聲C掃圖；

Step4：在機械內鎖區內提取鉚接凸臺頂面的超聲回波信號，對鉚接凸臺頂面進行定位并獲取超聲C掃圖，所述鉚接凸臺頂面為自沖鉚接頭機械內鎖區中下板的凸出的頂面；

Step5：在鉚接凸臺頂面內提取釘腳尖張開處的內徑面的超聲回波信號，對釘腳尖張開處的內徑面進行定位并獲取超聲C掃圖，所述釘腳尖張開處的內徑面為釘腳尖伸入下板材料中鉚釘管腿的內徑面處；

Step6：利用圖像閾值分割方法得到釘腳尖張開處的內徑面的二值化圖，進而計算自沖鉚接頭的釘腳張開度L；

Step7：根據鉚接凸臺頂面和釘腳尖的內徑面的超聲回波信號的時間差計算自沖鉚接頭的殘余底厚T；