一种自动上下料钣金压铆机的多工位协同作业系统的制作方法

本发明涉及金属板材无切削加工及自动化装配，尤其涉及一种自动上下料钣金压铆机的多工位协同作业系统。

背景技术：

1、钣金压铆是一种通过施加压力，将压铆螺母、压铆螺柱、压铆销钉等紧固件安装于钣金件孔位，使紧固件与钣金件形成机械连接的加工方式。该加工方式广泛应用于机箱、机柜、储能箱体及装备壳体等产品的制造过程中。随着相关产品逐渐向多规格、小批量及多铆点方向发展，钣金压铆作业对上料效率、孔位定位精度、紧固件匹配准确性及压铆质量稳定性提出了更高要求。

2、目前，钣金压铆设备通常能够实现钣金件输送、紧固件供给、孔位定位及压铆执行等基本功能，并可对部分压铆过程参数或压铆结果进行检测。然而，在同一钣金件具有多个铆点、不同紧固件规格或不同结构区域的情况下，各铆点在孔边距、板厚、邻近折弯结构及支撑条件等方面可能存在差异。若仍按照预先设定的坐标、参数及顺序连续进行压铆，容易出现供料切换频繁、工位等待时间增加及作业节拍不均衡等情况。

3、在连续压铆过程中，前序铆点受压后可能引起钣金件局部翘曲、孔位偏移或残余变形。对于薄壁钣金件、大尺寸钣金件以及靠近折弯边的铆点，上述变形可能进一步改变后续铆点的实际孔位、板面姿态及支撑状态。若后续压铆仍依据初始位置和初始工艺参数执行，可能导致紧固件与孔位之间的同轴度降低，并增加偏压、歪斜、局部压痕或孔边损伤的风险。

4、此外，压铆过程中的状态检测通常主要用于判断当前铆点是否完成压铆或是否存在明显异常，检测结果与后续铆点定位、压铆参数调整及执行顺序之间的关联程度有限。当局部铆点状态发生变化时，系统往往难以及时结合钣金件当前形貌、紧固件供料情况及各工位运行状态，对后续作业进行协调调整，从而影响多工位连续作业的稳定性。

5、因此，如何提高钣金压铆系统对连续加工过程中工件状态变化的适应能力，并兼顾铆点定位精度、压铆质量及多工位作业效率，仍是本领域需要解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自动上下料钣金压铆机的多工位协同作业系统，用于根据压铆状态数据和板件残余变形数据动态修正待压铆铆点的目标坐标、压铆参数及压铆顺序，提高连续压铆过程中的定位精度、压铆质量和多工位协同效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种自动上下料钣金压铆机的多工位协同作业系统，包括：

3、上料识别模块，用于输送待压铆钣金件，采集工件图像，识别工件型号，并调用对应的铆点理论坐标、紧固件型号和初始压铆参数；

4、图谱模块，连接上料识别模块，用于根据所述工件图像修正所述铆点理论坐标，得到姿态修正坐标，并构建以铆点为节点、以变形影响关系、供料切换关系和压铆顺序关系为约束边的铆点工艺图谱；

5、供料定位模块，用于输送与当前待压铆铆点对应的紧固件；

6、压铆检测模块，用于按照修正压铆参数完成压铆，并采集已压铆铆点的压铆状态数据及待压铆铆点邻域的残余变形数据；

7、补偿模块，分别连接压铆检测模块和图谱模块，用于根据所述压铆状态数据确定质量可信度，根据所述姿态修正坐标、所述残余变形数据和所述约束边确定风险值、补偿后目标坐标、修正压铆参数及后续压铆顺序，并更新所述铆点工艺图谱；

8、供料定位模块还连接补偿模块，用于检测当前待压铆铆点的孔位中心，根据补偿后目标坐标调整所述待压铆钣金件或压铆下模，使所述孔位中心、紧固件中心和压铆下模中心满足预设同轴条件；

9、调度模块，分别连接图谱模块、供料定位模块、压铆检测模块和补偿模块，用于根据更新后的铆点工艺图谱确定下一待压铆铆点，并将对应的紧固件型号和补偿后目标坐标发送至供料定位模块，将对应的修正压铆参数发送至压铆检测模块。

10、进一步地，所述补偿模块还用于根据所述残余变形数据形成变形影响更新结果，并根据所述质量可信度、所述风险值、所述补偿后目标坐标、所述修正压铆参数、所述变形影响更新结果和所述后续压铆顺序生成图谱更新数据；

11、所述图谱模块包括：

12、坐标修正单元，用于根据所述工件图像修正所述铆点理论坐标，得到所述姿态修正坐标；

13、节点构建单元，连接所述坐标修正单元，用于将各铆点构建为铆点节点，并写入对应的姿态修正坐标、紧固件型号和初始压铆参数；

14、约束构建单元，连接所述节点构建单元，用于建立所述变形影响关系、所述供料切换关系和所述压铆顺序关系；

15、图谱更新单元，连接所述约束构建单元，用于根据所述图谱更新数据更新对应的铆点节点、变形影响关系和压铆顺序关系。

16、进一步地，所述压铆检测模块包括：

17、过程采集单元，用于采集已压铆铆点的压铆力数据和压头位移数据，以及声纹数据、回弹高度数据和压铆后图像数据中的至少一种；

18、形貌分区单元，用于在完成当前待压铆铆点的压铆后，根据其余各待压铆铆点的姿态修正坐标和预设检测范围，确定与其余各待压铆铆点一一对应且内部互不重叠的形貌检测分区；

19、形貌检测单元，连接所述形貌分区单元，用于检测各所述形貌检测分区的局部高度分布、局部翘曲量和孔位偏移量中的至少一种；

20、数据关联单元，分别连接所述过程采集单元和所述形貌检测单元，用于形成与已压铆铆点关联的所述压铆状态数据以及与其余各待压铆铆点关联的所述残余变形数据。

21、进一步地，所述铆点工艺图谱还包括与各铆点关联的目标状态特征范围；

22、所述补偿模块包括：

23、状态比较单元，用于从各类所述压铆状态数据中提取状态特征，并将各所述状态特征与对应的目标状态特征范围进行比较，得到状态偏差数据；

24、质量评价单元，连接所述状态比较单元，用于根据所述状态偏差数据确定相应已压铆铆点的质量可信度；

25、状态判定单元，连接所述质量评价单元，用于在所述质量可信度不小于第一质量阈值时确定为合格状态，在所述质量可信度小于所述第一质量阈值且不小于第二质量阈值时确定为待返修状态，在所述质量可信度小于所述第二质量阈值时确定为异常状态，以形成相应已压铆铆点的铆点状态，其中，所述第一质量阈值大于所述第二质量阈值。

26、进一步地，所述残余变形数据至少包括所述孔位偏移量；

27、所述补偿模块还包括：

28、风险分量确定单元，用于综合与相应待压铆铆点存在所述变形影响关系的各已压铆铆点的质量可信度，确定质量影响分量，根据所述残余变形数据和所述变形影响关系确定变形风险分量，根据所述孔位偏移量确定定位风险分量，并根据所述供料切换关系确定供料风险分量；

29、风险确定单元，连接所述风险分量确定单元，用于根据各所述风险分量确定相应待压铆铆点的风险值；

30、风险分级单元，连接所述风险确定单元，用于在所述风险值不小于第一风险阈值时确定为高风险等级，在所述风险值小于所述第一风险阈值且不小于第二风险阈值时确定为中风险等级，在所述风险值小于所述第二风险阈值时确定为低风险等级，其中，所述第一风险阈值大于所述第二风险阈值。

31、进一步地，所述补偿模块还包括：

32、变形影响提取单元，用于根据各铆点的姿态修正坐标确定各已压铆铆点与相应待压铆铆点之间的距离和方向，并结合所述变形影响关系确定变形影响数据；

33、坐标补偿单元，连接所述变形影响提取单元，用于根据所述相应待压铆铆点的姿态修正坐标、与所述相应待压铆铆点关联的残余变形数据及所述变形影响数据，确定坐标补偿向量，并根据所述坐标补偿向量修正所述姿态修正坐标，得到所述补偿后目标坐标；

34、补偿判定单元，连接所述坐标补偿单元，用于在所述坐标补偿向量的模值不大于补偿上限阈值时输出所述补偿后目标坐标，在所述模值大于所述补偿上限阈值时生成用于暂停所述相应待压铆铆点压铆的暂停压铆指令；

35、所述补偿模块还用于将所述补偿后目标坐标或所述暂停压铆指令发送至所述调度模块。

36、进一步地，所述补偿模块还包括：

37、参数选取单元，用于根据相应待压铆铆点的风险等级和质量影响分量，从对应的初始压铆参数中确定至少一种待修正参数；

38、参数修正单元，连接所述参数选取单元，用于对所述待修正参数进行修正，得到所述修正压铆参数，并根据所述风险等级确定反支撑修正参数；

39、所述补偿模块还用于将所述修正压铆参数和所述反支撑修正参数发送至所述调度模块；

40、所述压铆检测模块还包括：

41、反支撑调节单元，用于根据所述调度模块发送的反支撑修正参数调节相应待压铆铆点邻域的支撑高度和支撑刚度中的至少一种，并生成支撑就绪信号；

42、伺服压铆单元，连接所述反支撑调节单元，用于在接收到所述支撑就绪信号后，按照所述调度模块发送的修正压铆参数完成压铆。

43、进一步地，还包括转移执行机构，所述转移执行机构连接所述调度模块，用于在各工位之间转移所述待压铆钣金件；

44、所述供料定位模块还用于采集供料器余料状态和供料等待时间，并对紧固件的规格和放置姿态进行检测，得到紧固件检测结果，形成供料状态数据并发送至所述补偿模块；

45、所述调度模块还用于采集各工位的工位占用状态和所述转移执行机构的位置状态，形成工位状态数据和执行机构位置数据，并发送至所述补偿模块；

46、所述补偿模块还包括：

47、执行优先级确定单元，用于根据各待压铆铆点的风险值、所述供料状态数据、所述供料切换关系、所述压铆顺序关系、所述工位状态数据和所述执行机构位置数据确定执行优先级；

48、顺序重排单元，连接所述执行优先级确定单元，用于从满足所述压铆顺序关系的待压铆铆点中，按照所述执行优先级由高至低确定所述后续压铆顺序。

49、进一步地，所述供料定位模块包括：

50、供料选择单元，用于根据所述紧固件型号选择对应的供料器；

51、单件分离单元，连接所述供料选择单元，用于从所述供料器输出单个待检测紧固件；

52、姿态检测单元，连接所述单件分离单元，用于采集所述待检测紧固件的紧固件图像，根据所述紧固件图像确定紧固件规格、放置姿态和紧固件中心，并在所述紧固件规格和所述放置姿态满足预设供料条件时生成供料合格信号；

53、孔位检测单元，用于采集当前待压铆铆点的孔位图像，并根据所述孔位图像确定孔位中心；

54、同轴找正单元，分别连接所述姿态检测单元和所述孔位检测单元，用于在接收到所述供料合格信号后，根据所述紧固件中心、所述孔位中心和所述补偿后目标坐标，驱动所述待压铆钣金件和所述压铆下模中的至少一个移动，使所述孔位中心和所述紧固件中心在垂直于压铆轴线的定位平面内分别相对于所述压铆下模的中心的偏差不大于预设的同轴偏差阈值。

55、进一步地，还包括返修下料模块，所述返修下料模块分别连接所述图谱模块、所述压铆检测模块、所述补偿模块和所述调度模块，并包括：

56、复检单元，用于采集处于待返修状态的已压铆铆点的复检图像数据；

57、返修判定单元，连接所述复检单元，用于根据所述复检图像数据确定紧固件错型信息、孔边开裂信息和歪斜量，在不存在紧固件错型和孔边开裂且所述歪斜量不大于歪斜阈值时生成补压允许信号，否则生成异常判定结果；

58、补压单元，连接所述返修判定单元，用于根据所述补压允许信号执行补压并生成补压完成信号；

59、下料判定单元，用于根据各铆点的所述铆点状态确定下料类型；

60、分流下料单元，连接所述下料判定单元，用于将钣金件输送至对应的下料区；

61、所述返修下料模块还用于将所述异常判定结果发送至所述补偿模块，并根据所述补压完成信号控制所述压铆检测模块重新采集压铆状态数据；

62、所述补偿模块还用于根据所述异常判定结果更新相应铆点状态，或者根据重新采集的压铆状态数据重新确定相应已压铆铆点的质量可信度和铆点状态，并将更新后的铆点状态发送至所述返修下料模块和所述图谱模块；

63、所述下料判定单元还用于根据更新后的铆点状态重新确定所述下料类型。

64、本发明的有益效果：

65、第一，本发明通过构建铆点工艺图谱，将各铆点的姿态修正坐标、紧固件型号、压铆参数及相互约束关系进行关联，实现对多铆点压铆任务的统一管理。

66、第二，本发明根据已压铆铆点的压铆状态数据确定质量可信度，并结合待压铆铆点邻域的残余变形数据确定风险值、补偿后目标坐标及修正压铆参数，能够降低前序压铆引起的孔位偏移和局部翘曲对后续压铆的影响。

67、第三，本发明根据更新后的铆点工艺图谱动态调整后续压铆顺序，并将补偿后目标坐标和修正压铆参数下发至定位及压铆机构，有利于提高紧固件与孔位的定位精度以及连续压铆质量。

68、第四，本发明将工件识别、紧固件供料、同轴定位、压铆检测、动态补偿和多工位调度相结合，能够减少工位等待和人工干预，提高钣金件多铆点压铆作业的连续性、稳定性及协同效率。