基于改进DETR的机器人铆接缺陷检测方法研究

铆接作为铁道车辆结构件的主要连接方式,合格的铆接质量是车辆安全稳定运行的重要保证。针对现有铆接缺陷检测方法存在检测精度低、检测点位少、检测智能化水平不高等问题,提出一种基于改进DETR的机器人铆接缺陷检测方法。首先,搭建铆接缺陷检测系统,依次采集工件尺寸大、铆钉尺寸小工况下的铆接缺陷图像。其次,为了增强DETR模型在小目标中的图像特征提取能力和检测性能,以EfficientNet作为DETR中的主干特征提取网络,并将3-D权重注意力机制SimAM引入EfficientNet网络,从而有效保留图像特征层的镦头形态信息和铆点区域的空间信息。然后,在颈部网络中引入加权双向特征金字塔模块,以EfficientNet网络的输出作为特征融合模块的输入对各尺度特征信息进行聚合,增大不同铆接缺陷的类间差异。最后,利用Smooth L1和DIoU的线性组合改进原模型预测网络的回归损失函数,提高模型的检测精度和收敛速度。结果表明,改进模型表现出较高的检测性能,对于铆接缺陷的平均检测精度mAP为97.12%,检测速度FPS为25.4帧/s,与Faster RCNN、YOLOX等其他主流检测模型相比,在检测精度和检测速度方面均具有较大优势。研究结果能够满足实际工况中大型铆接件的小尺寸铆钉铆接缺陷实时在线检测的需求,为视觉检测技术在铆接工艺中的应用提供一定的参考价值。

基于有限元模拟的铆接工艺参数优化

为提高铆接质量,从分析孔周应力分布与铆接工艺参数规律的角度入手,利用ABAQUS软件对不同铆接工艺参数的压铆过程进行了有限元分析。深入探究了预制孔倒角、下压量、铆接速度等工艺参数对孔周应力的具体影响规律。通过等值线图和望小特性函数等数据分析手段,成功确定了最优的铆接工艺参数组合,并进行了拉伸试验验证。实验结果表明,采用倒角深度为0.3 mm、铆接速度为15 mm/s、下压量为3.2 mm的最优工艺参数组合,可以显著减少连接域的孔周应力,进而提升铆接质量。

穿透式自冲铆接接头成形工艺及力学性能

为探究穿透式自冲铆接工艺,建立了穿透式自冲铆接过程的有限元仿真模型,并开展了工艺试验研究,探究了铆钉长度和底板厚度对铝合金/聚碳酸酯异质穿透式自冲铆接接头力学性能的影响,分析了PC板的预热温度对铆接成形裂纹产生的影响。结果表明,穿透式自冲铆接工艺过程可分为压紧、刺穿上板、刺穿下板和成形4个阶段;穿透式自冲铆接接头的失效载荷和能量吸收值均随着铆钉长度和底板厚度的增加而增加;热处理不仅可以抑制裂纹的产生,还可以提高接头的力学性能,预热处理后接头的最大失效载荷相较于常温处理的试样提升了26.21%。

基于优化Hough变换的铆接高度差亚像素检测方法研究

针对飞机铆接高度差的检测问题,提出了一种优化的Hough变换铆接高度差亚像素检测方法。该方法首先通过空间域点运算的灰度变换法对采集的铆接孔图像进行增强处理,然后利用局部阈值分割法进行图像分割,采用Canny算法进行边缘粗提取,再利用优化的Hough变换进行亚像素级的边缘精细提取,提取出铆接孔和铆钉钉头的圆环区域,最后结合RANSAC算法进行圆拟合,利用开发算子get_current_region_z()分别提取内外圆环区域的高度平均值,再通过函数height_Z()将所得的高度平均值作差即可得到铆接表面的高度差。经试验证明,该检测方法亚像素精确定位能力强,检测结果准确率高、稳定性好,重复测量精度可达到±10μm。

铆接夹层间隙对单搭接铆接头振动疲劳性能的影响研究

为了考虑装配间隙对单搭接结构振动疲劳性能的影响,利用ABAQUS软件建立了飞机发动机进气道局部结构金属铆接头的弹塑性有限元模型,采用Johnson-Cook失效模型模拟铆钉与被连接件的渐进失效行为,得到了不同装配间隙量的铆接头应力场分布与振动疲劳寿命。对单搭接铆接头进行振动疲劳试验,试验结果与仿真结果在疲劳寿命方面吻合较好,验证了数值模型的准确性。与无间隙模型相比,含间隙铆接试件各铆钉疲劳寿命降低了4.7%~18.0%,间隙的存在也导致了压铆过程中相邻铆钉间的挤压载荷传递,整体表现为铆钉与被连接板接触界面应力激增,导致有间隙铆接头残余应力场与无间隙铆接头残余应力场之间的差异,从而影响铆接头的振动疲劳性能。

飞机薄壁件损伤铆接修理前后承载能力分析

铆接是飞机结构损伤修理中常用的修理方法之一。为深入研究飞机薄壁件损伤铆接修理前后的承载能力和破坏形式,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了其三维有限元模型,进行了准静态拉伸仿真模拟,并将相应的模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:有限元分析能有效模拟飞机薄壁件损伤铆接修理前后的承载能力和破坏形式;同时,进一步分析了铆钉布置和盖板形状对飞机薄壁件损伤铆接修理前后承载能力的影响。这些结果为研究飞机结构铆接修理工艺参数优化设计提供了参考依据。

氧化锡整体触头钉脚铆接开裂有限元分析

氧化锡整体触头在铆接过程中经常发生钉脚开裂问题。通过分析氧化锡整体触头铆接前钉脚结构,查找铆接后产生开裂的原因,并应用有限元工具模拟仿真氧化锡整体触头铆接前钉脚形状与铆接后钉脚开裂的关联性,与现实情况下铆接后钉脚开裂情况进行比较。结果表明,氧化锡整体触头铆接前钉脚部位形状的不同会引起钉脚铆接不同程度的开裂,解决此类开裂的问题要从钉脚结构上进行改善。

航空铝合金薄板自冲铆接头静力学性能的研究

自冲铆是近年兴起的一种性能优异、绿色和高效的连接新技术,可连接同种、异种和多层板材,有望成为航空轻合金薄板材料连接的关键技术。本文以2A12(A组)和6061(B组)异质自冲铆接头为研究对象,进行静力学性能测试及失效微观分析,对接头成形质量、力学性能、失效形式及失效机理进行系统分析。结果表明:SBA(6061-2A12)接头成形质量最佳,SBB(6061-6061)接头密封性能最好,SAA(2A12-2A12)接头对称性最优;SAA接头具有最强静载强度,SBB接头具有最优抗震吸收能力,SBA和SAB(2A12-6061)接头的综合力学性能较好。SBB接头失效形式均为拉脱失效;SAA接头失效形式最不稳定,出现了3种不同失效形式;接头最主要的失效形式是拉脱失效。

钛合金抽芯铆钉铆接过程分析及规律探索

钛合金抽芯铆钉为航空航天用高端紧固件,针对铆接过程中钛合金抽芯铆钉强度匹配关系不明晰的问题,研究了基于deform软件的铆接过程分析方法。在结构尺寸、材料参数标定基础上,建立了抽芯铆钉铆接过程仿真模型;通过分析铆接过程中铆接力变化规律,将铆接力变化区间划分为四个变化区域:钉套影响区、驱动环断裂区、锁环锁紧区以及钉杆断裂区,四个区域的合理分布是保证钛合金抽芯铆钉高成功率研制的重要基础。通过改变各零件材料变量属性,进一步确定了钛合金抽芯铆钉各组件强度/强度分布对四区域峰值的影响规律。相关研究为提高钛合金抽芯铆钉铆接成功率提供了技术基础。

基于球形底模的铝合金自冲铆接工艺多元回归模型

针对低延展性铝合金薄板材料自冲铆接成形过程易出现裂纹问题,提出了一种基于球形底模的自冲铆连接工艺.针对7075铝合金材料,采用Box-Behnken Design响应面试验方法,开展自冲铆接头工艺试验研究,确定最优工艺参数.以铆钉长度,冲头速度和冲头行程作为输入变量,接头的失效载荷和能量吸收值为响应值,建立基于球形底模的自冲铆接工艺多元非线性回归模型,并进行试验验证.结果表明,采用球形底模在保证接头强度下有效抑制自冲铆接头机械内锁区裂纹的产生;应用回归模型得到的理论预测值与试验值之间的相对误差较低,回归模型具有较高的可靠性;同时,单因素分析表明,铆钉长度对接头静力学性能的影响最大;交互作用分析中,铆钉长度和冲头行程的交互作用对失效载荷和能量吸收值的影响最为显著.最后通过NSGA-Ⅱ遗传算法确定最优工艺参数组合.

铆接机器人位置和压铆力自适应模糊滑模阻抗控制

针对机器人铆接小尺寸、低刚度铆钉过程中对准精度要求高、作业行程小和冲击力大等问题,提出了一种结合自适应模糊滑模控制和模糊阻抗控制的机器人铆接控制方法。为此,将机器人铆接控制过程分为接近对准与压铆两个阶段。其中,为了实现快速接近铆钉顶部以及铆接头与铆钉轴线的精确对准,设计了以双曲正切函数为切换函数的模糊自适应滑模控制器,使得切换过程更加光滑、滑模增益自适应调节,从而降低了系统的抖振,实现了运动的快速性和准确性;针对压铆阶段作业行程小、冲击力大的特点,设计了以接触力误差和力增量为输入的阻尼调整模糊控制器,减少了阻尼参数在阻抗控制过程中产生的振荡,避免了过度力加载导致的铆钉损坏或铆接失败。仿真及试验结果表明,所给出的控制方法位置精度在0.3 mm以内,力接触具有更好的稳定性、实时性和快速性,能够满足铆接工艺规范要求,对于铆接机器人的高精度作业具有借鉴意义。

飞机多层金属铆接结构缺陷检测的新型电涡流探头仿真设计

飞机多层金属铆接结构随着飞机服役时间的增加,并伴随极端服役环境,有可能出现疲劳裂纹等缺陷,及时发现缺陷并获取缺陷深度、方向等信息对损伤评估与维修具有重要意义。然而,由于多层结构带来的缺陷隐蔽性,导致常规电涡流探头检测信号特征不明显,且常规电涡流探头对某些方向缺陷不敏感,难以判断疲劳裂纹走向。针对上述问题,设计了一种十字跑道型差分式涡流探头,主要由一个十字跑道型激励线圈和两组差分检测线圈组成。通过建立飞机多层金属铆接结构缺陷检测的三维有限元模型研究新型涡流探头的可行性,包括对探头的结构进行了优化,分别对缺陷的不同方向、埋深和提离高度进行了仿真计算。结果表明,新型探头能够有效检测埋深6 mm、尺寸为10 mm×1 mm×1 mm的深层缺陷,并且能够获取缺陷的方向信息。相较传统探头,设计探头具有非敏感方向不漏检、抗提离效应、分辨力高等优势,研究结果可对飞机多层金属铆接结构检测的电涡流探头设计提供一定的参考。

铝/钢铆接辅助搅拌摩擦焊搭接接头组织与力学性能分析

目的利用搅拌摩擦焊技术对4mm以上厚度的铝/钢板材进行搭接焊接时,容易出现沿厚度方向温度梯度变化大、工艺窗口急剧变窄等问题,难以获得高质量的焊接接头。针对以上问题,采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法,以提高4mm以上厚度铝/钢板材搭接接头的力学性能。方法采用铆接辅助搅拌摩擦焊的方法实现了7mm厚6061铝合金板和8mm厚Q345钢板的搭接;研究了下压量对接头焊核晶粒尺寸、抗剪切力和显微硬度的影响,并分析了接头界面显微组织。结果随着下压量的增大,各接头焊核晶粒尺寸均呈现先减小后增大的趋势,其中矩形槽焊核晶粒尺寸由11.1μm减小至9.6μm后又增大至12.7μm,不开槽焊核晶粒尺寸由11.7μm减小至10.2μm后又增大至12.4μm。金属间化合物(IMC)层厚度随下压量的增大而增大,接头抗剪切力呈先增大后减小的趋势,当下压量为0.3mm时,矩形槽接头和不开槽接头抗剪切力均达到最大值,分别为17600N和15700N,并且在下压量为0.3mm时矩形槽接头和不开槽接头焊核区平均显微硬度均达到最大值,分别为81.1HV和76.8HV。结论在焊接速度为100mm/min、搅拌头转速为600r/min、轴肩下压量为0.3 mm时,利用铆接辅助搅拌摩擦焊可以提高搭接接头的力学性能,能够有效解决以往4mm以上厚度板材搭接接头力学性能较差的难题。

预制孔式无铆连接尺寸关系对铆接质量的影响研究

为了研究预制孔无铆连接的工艺参数对铆接质量的影响,设计了预制孔无铆连接模型,以板厚、冲头半径、预制孔半径、倒角尺寸等为变量,分析得到了无铆连接中一种变量组合对应的该种组合下预制孔尺寸的最佳取值。建立了预制孔无铆连接的有限元模型,通过DEFORM-2D软件模拟预制孔无铆连接过程,控制铆接成形后的铆接头底厚值为0.2 mm,在预制孔半径范围计算公式所确定的范围内选取预制孔最佳尺寸参数,研究了预制孔倒角尺寸对铆接头成形质量的影响。结果表明,预制孔的半径、倒角尺寸等直接影响铆接头质量,上、下板材厚度均为2 mm,预制孔半径选用4.01 mm,倒角尺寸为1.2×45°时,铆接质量最好;铆接速度影响铆接头的颈厚值,铆接速度越大,颈厚值越小。

CFRP/合金构件抽芯铆接成型机制及钉套变形区参数优化

结合仿真及试验的方法,针对机械锁紧鼓包型抽芯铆钉的钉套变形区中高温区域的屈服强度和长度等参数对连接强度的影响规律进行研究。通过建立有限元仿真模型及试验验证,预测钉套变形区的鼓包成型形状与复合材料铆接结构的失效形式,并对铆接结构的承载性能变化规律进行分析。此外通过建立BP神经网络模型,得到了铆接结构最佳的钉套变形区中高温区域的屈服强度和长度等参数。结果表明:随着钉套构件高温区材料屈服强度的增加和长度的减少,铆接结构件鼓包成型装配力逐渐提升,同时铆接结构也出现承载力峰值,这主要与拉伸过程中鼓包成型区域的变形和复合材料的损伤有关。

基于改进PSO-SVM的薄壁件铆接质量检测

针对传统铆接几何公差质量检测极易造成错检、漏检等问题,提出了基于改进PSO-SVM的铆接质量检测方法。采用惯性权重自适应调整的策略,并选择合适的学习因子,有效提高了检测准确性;针对小样本提出最小二乘SVM算法,提高计算速度获得最优解;利用改进PSO优化最小二乘SVM的惩罚因子参数值和核函数参数值。并以制孔和铆接后的6061铝合金板模拟飞机薄壁件铆接样本,使用搭配远心镜头的CCD相机采集图像并建立数据集,验证了方法的有效性。

激光冲击+机械喷丸复合强化对铆接件微动疲劳性能的影响

研究机械喷丸、激光冲击+机械喷丸复合强化2种表面强化技术对铝合金铆接构件微动疲劳行为的影响。利用微动磨损实验机、疲劳实验机、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电镜等设备,测试表面强化技术对铝合金表面完整性、耐磨性、疲劳性能和微动损伤特征的影响。结果表明:机械喷丸、激光冲击+机械复合强化均可提升铆接件微动疲劳性能,机械喷丸提高12倍,复合强化提升5.4倍。表面强化处理改变疲劳裂纹源位置,原始件裂纹萌生于铆接件圆孔30°左右,喷丸强化后裂纹在圆孔接近90°位置萌生。复合强化的残余压应力层深度为1.00 mm,远大于机械喷丸的0.25 mm。总体上,复合强化效果不理想,这是由于激光冲击技术不便于在小尺寸的铆接孔实施,同时强化过程连接孔变形,影响服役性能。

高柔性弹夹式流钻螺钉铆接系统研究

流钻螺钉工艺主要应用于空间狭小、封闭管腔等只能单边可达的铝型材、铝铸件部位。汽车行业主要采用的吹钉式流钻螺钉铆接设备受送钉管限制,存在可达性差、节拍慢等不足。传统弹夹式流钻螺钉铆接设备一套只能使用一种规格的螺钉,每增加一种规格螺钉,需要额外增加一台机器人和一套设备,设备利用率低,投资成本高。对此,提出兼容多规格螺钉的高柔性弹夹式流钻螺钉铆接系统,解决了吹钉式流钻螺钉铆接设备和传统弹夹式流钻螺钉铆接设备存在的问题,满足柔性、高效的生产需求。介绍了高柔性弹夹式流钻螺钉铆接系统的组成、原理和特点,分析了系统中的拧紧枪和充钉站。

钢铝混合铆接漏斗车铆钉建模方法研究

利用Hypermesh软件和ANSYS软件对钢铝混合铆接结构进行联合仿真,通过对比分析MPC接触算法和梁单元模拟两种方法与实体建模方法之间结果的差异,寻找较为准确模拟铆钉结构的有限元分析方法。研究结果表明:在三种铆接连接中铆钉常见受力工况下,和实体单元模型相比,梁单元模型最小误差为2.44%,MPC接触算法模型最小误差为6.46%。因此按照梁单元模型模拟铆钉更为贴近实际情况,同时能够节省大量计算时间,提高计算效率。

钢/铝/铝三层板自冲铆接头静载特性及模拟分析

采用自冲铆技术实现了三层板钢/铝/铝异种金属的有效连接。通过接头截面对比研究了3种搭接顺序下接头的成形质量,以成形质量较好的接头为基础,研究了搭接结构对接头的影响,通过拉伸-剪切试验研究了接头静力学性能,结合有限元模拟分析了接头的成形机理与静载失效特性。结果表明:钢板在上层时,接头成形质量优于其它搭接顺序;搭接结构对接头的综合性能影响较大,上板与下板同侧的搭接结构具有更高的静失效载荷,接头的失效形式为中板撕裂失效;中板与下板同侧的搭接结构具有更高的能量吸收值,接头的失效形式为铆钉拉脱失效;成形模拟结果以及拉伸-剪切模拟结果均与实际结果具有较高的一致性。