CN110153355B - 自冲摩擦铆焊质量在线检测及铆焊工艺控制方法和*** - Google Patents

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Abstract

一种自冲摩擦铆焊质量在线检测及铆焊工艺控制方法和***，该***包括：与铆钉驱动杆相连的输出转速可调的旋转运动驱动装置、进给速度可调的直线进给运动驱动装置以及传感检测装置以及分别向旋转运动驱动装置和直线进给运动驱动装置输出控制指令，从传感检测装置采集控制信息的反馈控制装置，其中：待连接工件设置于铆钉驱动杆及铆钉下方。本发明能够显著提高自冲摩擦铆焊接头质量并实现接头质量的在线无损检测。

Description

自冲摩擦铆焊质量在线检测及铆焊工艺控制方法和***
技术领域
本发明涉及的是一种轻量化材料连接领域的技术，具体是一种自冲摩擦铆焊质量在线检测及铆焊工艺控制方法和***。
背景技术
自冲摩擦铆焊过程中铆钉与板材间的机械互锁和摩擦生热量对低延展率材料的软化程度以及对裂纹的抑制效果共同决定了接头的力学性能。目前自冲摩擦铆焊工艺可以通过采用高转速或长工艺时间达到增大生热量，抑制裂纹的效果，然而，在板材充分软化的同时，铆钉变形抗力减小，导致铆钉塑性变形不足，从而无法与板材之间形成有效的机械互锁。而当采用低转速或较短的工艺时间时，虽然可以达到增加铆钉塑性变形量，提高机械互锁量的目的，但由于材料软化不充分，无法完全消除低延展率材料中的裂纹。可见，现有自冲摩擦铆焊工艺控制方法无法实现在消除裂纹的同时使机械连接效果最大化的效果。
另一方面，自冲摩擦铆焊接头形成过程复杂，接头质量由铆钉、模具等工艺要素和转速、进给速度等工艺参数共同决定，接头质量控制难。目前自冲摩擦铆焊接头的质量评价完全依靠破坏式检测，包括破坏性力学试验和金相观察法。破坏性力学试验是对铆接接头在特定受力状态和速率下进行加载直至破坏以判断接头的动静态力学强度。常用的破坏性力学试验包括拉剪、剥离、正拉和疲劳等力学试验。金相观察法是将铆接接头沿直径切开，并在一定的标准下评判接头的几何形貌和材料成分、硬度等特征，以此判断机械连接和固相连接的好坏。破坏式检测法是一种衡量自冲摩擦铆焊接头质量好坏最直接最可靠的方法，但是这是一种线下质量检测方法，不仅效率低代价高，而且无法达到100％的检测，因而不适用于自动化大规模生产中的质量检测。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种自冲摩擦铆焊质量在线检测及铆焊工艺控制方法和***，通过对自冲摩擦铆焊工艺过程中力、扭矩、位移等信号进行实时采集和实时计算，并基于计算结果实时调整不同阶段的工艺参数，实现对自冲摩擦铆焊工艺过程中热输入和铆接力的动态实时调控，从而达到控制接头成形质量的目的。同时，基于工艺结束时刻力-位移曲线计算得到的特征值判断接头质量合格与否，并能对不合格接头缺陷进行分类。该方法可以提高自冲摩擦铆焊接头质量并实现接头质量的在线无损检测。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种铆焊质量在线检测方法，包括以下步骤：
步骤i：通过若干次测试获得不同工艺参数下的铆接力-时间曲线，扭矩-时间曲线和位移-时间曲线；
步骤ii：对接头质量进行筛选，计算得到质量合格的接头所对应的铆接力-位移曲线和总热输入值；
步骤iii：对合格接头的铆接力-位移曲线和总热输入值进行数值处理并计算确定特征值和特征值公差带的边界；
步骤iv：利用特征值和特征值公差带对自冲摩擦铆焊接头质量进行实时检测。
所述的若干次测试是指：针对同一种工件匹配，采用相同铆钉和模具组合，在不同工艺参数下进行的实验，工艺参数变化范围涵盖直线进给运动驱动装置和旋转运动驱动装置输出速度的整个范围。
所述的特征值和特征值公差带边界包括：
①铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值的上边界；
②铆接力-位移曲线中的最大铆接力值的上边界和下边界；
③整个工艺过程中的热输入量值的上边界和下边界；
④铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量的上边界和下边界。
所述的波峰是指在到达铆接力波峰的位移点之前铆接力有明显上升趋势，并且在该位移点之后铆接力有明显下降趋势。
所述的合格接头是指铆钉穿透除最下层板以外的全部板材，并在最下层板中向外张开，使其在变形后与最下层板之间形成有效机械互锁，同时铆钉与板材之间无间隙，接头中不存在裂纹等缺陷。
所述的机械互锁可以通过铆钉体向外张开程度，即铆钉体尖端直径，进行表征。
所述的实时检测是指：当自冲摩擦铆焊接头的所有特征值在所述的公差带内，则检测结果为合格，否则：
1)当铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值在所述的特征值公差带边界①上方时，检测结果为铆钉体提前张开，接头中铆钉体与下层板间存在间隙；
2)当铆接力-位移曲线中的最大铆接力值在所述的特征值公差带边界②下方时，检测结果为铆钉体张开不足，机械互锁量小于容许值；
3)当铆接力-位移曲线中的最大铆接力值在所述的特征值公差带边界②上方时，检测结果为铆钉体出现镦粗；
4)当整个工艺过程中热输入量值在所述的特征值③公差带上方时，检测结果为热输入过大，接头中下层板材料被挤压流向接头底部边缘，导致接头底部剩余厚度不足；
5)当整个工艺过程中热输入量值在所述的特征值③公差带下方时，检测结果为热输入不足，接头中存在裂纹；
6)当铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量在所述的特征值④公差带上方时，检测结果为铆钉体尖端向外翻起，接头中铆钉体与上层板间、铆钉体与下层板间均存在间隙，且铆钉体出现镦粗；
7)当铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量在所述的特征值④公差带下方时，检测结果为铆钉无法穿透上层板；
8)当1)～7)中两个或两个以上条件同时满足时，检测结果为相应条件所对应的两个或两个以上单一检测结果的相加。
本发明涉及一种实现上述方法的在线检测***，包括：与铆钉驱动杆相连的输出转速可调的旋转运动驱动装置、进给速度可调的直线进给运动驱动装置以及传感检测装置以及分别向旋转运动驱动装置和直线进给运动驱动装置输出控制指令，从传感检测装置采集控制信息的反馈控制装置，其中：待连接工件设置于铆钉驱动杆及铆钉下方。
所述的铆钉包括：铆钉头部以及半空心铆钉体，
所述的传感检测装置包括：位移传感器、力传感器、扭矩传感器和数据采集卡。
所述的反馈控制装置用于对旋转运动驱动装置和直线进给运动驱动装置的输出速度进行分段控制，该分段方式包括：按位移分段，按铆接力分段或按时间分段。
所述的位移为采用所述的位移传感器和数据采集卡或直线运动装置检测得到的铆钉驱动杆沿轴线方向的位移值(即铆钉进给深度)。
所述的铆接力为采用所述的力传感器和数据采集卡检测得到的铆钉驱动杆沿轴线方向的力值。
本发明涉及一种基于上述***的优化自冲摩擦铆焊工艺，包括以下步骤：
步骤1：初始化设定，即设定待连接工件上表面位置为位移零点，并设定铆钉运动到位移零点的时刻为时间零点，驱动铆钉快速直线进给至零点附近；
步骤2：驱动铆钉在低进给速度和高转速下运动，旋转进给刺入待连接工件，从而获得较大的热输入效率；
步骤3：实时计算工艺过程的实时热输入，即
Figure BDA0001579400700000031
其中：Einput为热输入，F为采用所述的力传感器和数据采集卡检测得到的铆钉驱动杆沿轴线方向的力值，M为采用所述的扭矩传感器和数据采集卡检测得到的铆钉驱动杆沿铆钉轴线方向的扭矩值，f为所述的直线进给运动装置输出的进给速度值，ω为所述的旋转运动装置的输出转速值，T为工艺时间。
步骤4：当热输入达到阀值且铆钉进入下层工件时驱动铆钉在高进给速度和低转速下旋转进给至最终进给深度，从而获得较大的铆接力；否则当热输入达到阀值而铆钉未刺入最下层工件时，降低转速和/或增加直线进给速度，直至铆钉刺入下层工件，并按步骤2继续进行；或当铆钉刺入下层工件而热输入未达到阀值时，降低直线进给速度和/或增加转速，直至热输入达到阀值，并按步骤2继续进行。
所述的工艺时间为从位移零点开始到当前时刻经历的时间。
所述的铆钉进入下层工件通过铆钉进给位移判断，当进给位移超过上层工件厚度时，判断铆钉进入最下层工件。
所述的低进给速度和高转速采用但不限于：进给速度2.0毫米/秒，转速为4000转/分钟。
所述的高进给速度小于等于所述的直线进给运动驱动装置输出的直线进给运动速度的上限。
所述的高转速小于等于所述的旋转运动驱动装置输出的旋转运动速度的上限。
技术效果
与现有技术相比，本发明可以实现对自冲摩擦铆焊过程中热输入和铆接力的精确控制，提高接头质量；解决了采用单段式自冲摩擦铆焊工艺参数控制时无法同时实现抑制裂纹和使机械互锁最大化的问题；本发明可以实现自冲摩擦铆焊接头的非破坏性、在线质量检测。
附图说明
图1是实施例***结构示意图；
图2是采用本发明工艺控制方法得到的位移-时间示意图；
图3是采用本发明工艺控制方法得到的进给速度-时间示意图；
图4是采用本发明工艺控制方法得到的转速-时间示意图；
图5是采用本发明工艺控制方法得到的力-时间示意图；
图6是采用本发明工艺控制方法得到的扭矩-时间示意图；
图7是采用本发明工艺控制方法得到的热输入-时间示意图；
图8(a)-(l)是用于验证本发明工艺控制方法的自冲摩擦铆焊接头截面几何形貌；
图9是用于本发明铆焊质量检测方法确定特征值公差带的铆接力-位移示意图；
图10是用于本发明铆焊质量检测方法确定热输入公差带的方法；
图11(a)和(b)是采用本发明铆焊质量检测方法对自冲摩擦铆焊接头进行检测得到的铆接力-位移示意图；
图12是采用本发明铆焊质量检测方法对自冲摩擦铆焊接头进行检测得到的总热输入示意图；
图中：旋转运动驱动装置1、直线进给运动驱动装置2、力传感器3、扭矩传感器4、位移传感器5、数据采集卡6、计算模块7、铆钉驱动杆8、铆钉9、模具10、待连接工件11、12、铆钉头部13、铆钉体14。
具体实施方式
实施例1
本实施例涉及一种自冲摩擦铆焊质量在线检测方法，包括以下步骤：
步骤1：固定铆钉进给深度为5.3毫米，采用12组不同工艺参数对工件11、12进行自冲摩擦铆焊连接，获得12组工艺参数下的铆接力-时间曲线，扭矩-时间曲线和位移-时间曲线；
所述的12组不同工艺参数均采用单段参数，其中进给速度分为2、5、8毫米/秒3种，转速分为1800、2400、3000、3600转/分钟4种，为便于区分，将其按进给速度-转速进行标记，例如2-1800代表进给速度为2毫米/秒，转速为1800转/分钟的工艺参数。
步骤2：对12组工艺参数下的接头采用金相观测的方法进行质量筛选。如图8(a)-(l)所示为采用12组工艺参数得到的自冲摩擦铆焊接头截面几何形貌。本实施例中5-2400、5-3000、5-3600、8-3000、8-3600这5个参数下的接头为合格接头，即铆钉体14穿透上层板11，与下层板12间形成的机械互锁量35均大于6毫米，并且铆钉体14与板材11-12之间无间隙，接头中不存在裂纹。其余7个参数下接头均为有缺陷接头，其中2-1800、2-2400、2-3000、2-3600这4个接头的缺陷为机械互锁量35均小于6毫米；5-1800接头的缺陷为铆钉体14与上层板11间存在间隙36，铆钉体14与下层板12间存在间隙37，铆钉体14出现镦粗38；8-1800接头的缺陷为铆钉9未能穿透上层板11，铆钉体14与上层板11间存在间隙37，铆钉体13出现镦粗38,上层板11和下层板12间存在裂纹39；8-2400接头的缺陷为铆钉体14与下层板12间存在间隙37。通过计算模块获得所有合格接头的铆接力-位移曲线39和不同工艺参数下的总热输入值40。
步骤3：对5个合格接头铆接力-位移曲线39和总热输入值40进行数值处理并计算确定以这5个数据为基准的特征值公差带，包括：
①铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值的上边界41为：3.1千牛顿；
②铆接力-位移曲线中的最大铆接力值的上边界42和下边界分别43为：6.2千牛顿和8.2千牛顿；
③整个工艺过程中的热输入量值的上边界44和下边界45分别为：1230焦耳和725焦耳；
④铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量46为：1。
步骤4：12组工艺参数得到的接头中除5个合格接头以外的7个接头的铆接力-位移曲线和热输入值分别如图11和图12所示，对其进行质量检测及缺陷分类的具体方法为：
1)对于2-1800、2-2400、2-3000、2-3600四个工艺参数下获得的接头
a)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值均在所述的特征值公差带①内；
b)其铆接力-位移曲线中的最大铆接力值在所述的特征值公差带②以外，具体为特征值公差带②的下边界43下方；
c)其工艺过程中热输入值在所述的特征值公差带③以外，具体为在所述的特征值公差带③上边界44上方；
d)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量为1，与基准特征值46相同。
因此，该四个工艺参数下获得的接头检测结果为：铆钉体张开不足，机械互锁量小于容许值；热输入过大，接头中下层板材料被挤压流向接头底部边缘，接头底部剩余厚度不足。该检测结果与图8(a)-(d)所示实验结果一致。
2)对于5-1800工艺参数下获得的接头
a)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值不在所述的特征值公差带①内，具体为在所述的特征值公差带①边界41上方；
b)其铆接力-位移曲线中的最大铆接力值在所述的特征值公差带②内；
c)其工艺过程中热输入值在所述的特征值公差带③以外，具体为在所述的特征值公差带③上边界44上方；
d)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量为2，与基准特征值46不同。
因此，该工艺参数下获得的接头检测结果为：铆钉体提前张开，接头中铆钉体与下层板间存在间隙；热输入过大，接头中下层板材料被挤压流向接头底部边缘，接头底部剩余厚度不足；铆钉体尖端向外翻起，铆钉体与上层板间、铆钉体与下层板间均存在间隙，且铆钉体出现镦粗。该检测结果与图8(h)所示实验结果一致。
3)对于8-1800工艺参数下获得的接头
a)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值不在所述的特征值公差带①内，具体为在所述的特征值公差带①边界41上方；
b)其铆接力-位移曲线中的最大铆接力值不在所述的特征值公差带②内，具体在所述的特征值公差带②上边界42上方；
c)其工艺过程中热输入量值在所述的特征值公差带③以外，具体为在所述的特征值公差带③下边界45下方；
d)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量为0，与基准特征值46不同。
因此，该工艺参数下获得的接头检测结果为：铆钉体提前张开，接头中铆钉体与下层板间存在间隙，；铆钉体出现镦粗；热输入不足，接头存在裂纹；铆钉无法穿透上层板。该检测结果与图8(l)所示实验结果一致。
4)对于8-2400工艺参数下获得的接头
a)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值不在所述的特征值公差带①内，具体为在所述的特征值公差带①边界41上方；
b)其铆接力-位移曲线中的最大铆接力值不在所述的特征值公差带②内，具体在所述的特征值公差带②上边界42上方；
c)其工艺过程中热输入量值在所述的特征值公差带③以内；
d)其铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量为1，与基准特征值46相同。
因此，该工艺参数下获得的接头检测结果为：铆钉体提前张开，接头中铆钉体与下层板间存在间隙；铆钉体出现镦粗。该检测结果与图8(k)所示实验结果一致。
如图1所示，为实现上述检测方法的在线检测***，其包含旋转运动驱动装置1、直线进给运动驱动装置2、力传感器3、扭矩传感器4、位移传感器5、数据采集卡6、计算模块7、铆钉驱动杆8、铆钉9、模具10和待连接工件11-12。
所述的铆钉9包括铆钉头部13和铆钉体14，旋转运动驱动装置1和直线进给运动驱动装置2与铆钉驱动杆8相连，分别用于驱动铆钉9沿轴线方向做旋转运动15和进给运动16，位移传感器5的输入端和输出端分别与铆钉驱动杆8和数据采集卡6相连，力传感器3的输入端和输出端分别与铆钉驱动杆8和数据采集6卡相连，扭矩传感器4的输入端和输出端分别与铆钉驱动杆8和数据采集卡6相连，数据采集卡6与计算模块7相连，计算模块7与旋转运动驱动装置1和直线进给运动驱动装置2相连，铆钉9的头部与铆钉驱动杆8末端相接触，待连接工件11-12放置于铆钉9的铆钉体14一侧，模具10与铆钉9同轴设置，且放置于铆钉9的铆钉头部13一侧。
所述的旋转运动驱动装置1的输出转速为：0-4000转/分钟；
所述的直线进给运动驱动装置2的输出直线进给速度为：0-11毫米/秒；
所述的旋转运动驱动装置1和所述的直线进给运动驱动装置2的输出速度可以分1-10段进行控制，控制方式为按位移控制。
本实施例中的铆钉9为半空心铆钉，铆钉头部13的直径为7.8毫米，铆钉体14的外径为5.3毫米，铆钉9总长度7.3毫米，铆钉头部13的厚度2.0毫米，铆钉体14的长度5.3毫米。
本实施例中的待连接工件11、12均为：铝合金AA7075-T6，厚度2.0毫米。
本实施例中采用的自冲摩擦铆焊工艺参数为：第一段：进给速度2.0毫米/秒，转速4000转/分钟，第二段：进给速度11毫米/秒，转速0转/分钟，总进给深度为5.3毫米，热输入阀值：1900焦耳。
实施例2
本实施例涉及一种基于上述***及在线检测方法的优化自冲摩擦铆焊工艺，包括以下步骤：
步骤1：设定待连接工件11上表面为位移零点17，并设定铆钉运动至位移零点17的时刻为时间零点；
步骤2：设置进给运动16为11毫米/秒，旋转运动15为0转/分钟，使铆钉9快速直线进给至距位移零点17的距离为1.0毫米处；
步骤3：设置第一段工艺参数，即进给运动16为2.0毫米/秒，旋转运动15为4000转/分钟，驱动铆钉9旋转进给进入待连接工件11-12。
步骤4：通过力传感器3、扭矩传感器4和数据采集卡6获得工艺过程中的实时位移-时间曲线18、铆接力-时间曲线19和扭矩-时间曲线20，并采用计算模块7计算工艺过程中的实时热输入-时间曲线21：
Figure BDA0001579400700000081
其中：Einput为当前时刻热输入，F为采用力传感器3和数据采集卡6获得的铆钉驱动杆8沿轴线方向的力值，M为采用所述的扭矩传感器4和数据采集卡6获得的铆钉驱动杆8沿轴线方向的扭矩值，T为从位移零点开始到当前时刻经历的时间。
步骤5：判断热输入是否大于1900焦耳且铆钉9的进给位移大于2.0毫米。本实施例中当工艺时间22为1.0秒时，进给位移23为2.0毫米，而此时的热输入24为820焦耳，不满足当前时刻热输入24大于1900焦耳。故设置进给运动16为0.5毫米/秒，旋转运动15为4000转/分钟，使铆钉9继续以低速进给并以高速旋转。
步骤6：当工艺时间25为2.6秒时，热输入26大于1900焦耳，设置第二段工艺参数，即进给速度15为11毫米/秒，转速14为0转/分钟，使铆钉9快速直线进给至最终位移，即5.3毫米。
图3和图4给出了进给运动16随时间的变化曲线27和旋转运动17随时间的变化曲线28；通过设定初始段29和结束段30的工艺参数以及热输入阀值31，可以实现自冲摩擦铆焊工艺过程的自动控制。同时，可以看出从工艺时刻25开始，铆接力32急剧上升，扭矩33减少到零，而热输入34基本保持不变。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种铆焊质量在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤i：通过若干次测试获得不同工艺参数下的铆接力-时间曲线，扭矩-时间曲线和位移-时间曲线；
步骤ii：对接头质量进行筛选，计算得到质量合格的接头所对应的铆接力-位移曲线和总热输入值；
步骤iii：对合格接头的铆接力-位移曲线和总热输入值进行数值处理并计算确定特征值和特征值公差带的边界；
步骤iv：利用特征值和特征值公差带对自冲摩擦铆焊接头质量进行实时检测，该特征值和特征值公差带边界包括：
①铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值的上边界；
②铆接力-位移曲线中的最大铆接力值的上边界和下边界；
③整个工艺过程中的热输入量值的上边界和下边界；
④铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量的上边界和下边界；
所述的实时检测是指：当自冲摩擦铆焊接头的所有特征值在所述的公差带内，则检测结果为合格，否则：
1)当铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的最大铆接力值在所述的特征值公差带边界①上方时，检测结果为铆钉体提前张开，接头中铆钉体与下层板间存在间隙；
2)当铆接力-位移曲线中的最大铆接力值在所述的特征值公差带边界②下方时，检测结果为铆钉体张开不足，机械互锁量小于容许值；
3)当铆接力-位移曲线中的最大铆接力值在所述的特征值公差带边界②上方时，检测结果为铆钉体出现镦粗；
4)当整个工艺过程中热输入量值在所述的特征值③公差带上方时，检测结果为热输入过大，接头中下层板材料被挤压流向接头底部边缘，导致接头底部剩余厚度不足；
5)当整个工艺过程中热输入量值在所述的特征值③公差带下方时，检测结果为热输入不足，接头中存在裂纹；
6)当铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量在所述的特征值④公差带上方时，检测结果为铆钉体尖端向外翻起，接头中铆钉体与上层板间、铆钉体与下层板间均存在间隙，且铆钉体出现镦粗；
7)当铆接力-位移曲线中铆钉进入下层板前的波峰数量在所述的特征值④公差带下方时，检测结果为铆钉无法穿透上层板；
8)当1)～7)中两个或两个以上条件同时满足时，检测结果为相应条件所对应的两个或两个以上单一检测结果的相加。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的若干次测试是指：针对同一种工件匹配，采用相同铆钉和模具组合，在不同工艺参数下进行的实验，工艺参数变化范围涵盖直线进给运动驱动装置和旋转运动驱动装置输出速度的整个范围。
3.一种实现权利要求1或2所述方法的在线检测***，其特征在于，包括：与铆钉驱动杆相连的输出转速可调的旋转运动驱动装置、进给速度可调的直线进给运动驱动装置以及传感检测装置以及分别向旋转运动驱动装置和直线进给运动驱动装置输出控制指令，从传感检测装置采集控制信息的反馈控制装置，其中：待连接工件设置于铆钉驱动杆及铆钉下方；
所述的反馈控制装置用于对旋转运动驱动装置和直线进给运动驱动装置的输出速度进行分段控制，该分段方式包括：按位移分段，按铆接力分段或按时间分段。
4.根据权利要求3所述的***，其特征是，所述的传感检测装置包括：位移传感器、力传感器、扭矩传感器和数据采集卡；
所述的位移为采用所述的位移传感器和数据采集卡或直线运动装置检测得到的铆钉驱动杆沿轴线方向的位移值；
所述的铆接力为采用所述的力传感器和数据采集卡检测得到的铆钉驱动杆沿轴线方向的力值。
5.一种基于权利要求3或4所述***的优化自冲摩擦铆焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：初始化设定，即设定待连接工件上表面位置为位移零点，并设定铆钉运动到位移零点的时刻为时间零点，驱动铆钉快速直线进给至零点附近；
步骤2：驱动铆钉在低进给速度和高转速下运动，旋转进给刺入待连接工件，从而获得较大的热输入效率；
步骤3：实时计算工艺过程的实时热输入，即
Figure FDA0002422575290000021
其中：Einput为热输入，F为采用所述的力传感器和数据采集卡检测得到的铆钉驱动杆沿轴线方向的力值，M为采用所述的扭矩传感器和数据采集卡检测得到的铆钉驱动杆沿铆钉轴线方向的扭矩值，f为所述的直线进给运动装置输出的进给速度值，ω为所述的旋转运动装置的输出转速值，T为工艺时间；
步骤4：当热输入达到阀值且铆钉进入下层工件时驱动铆钉在高进给速度和低转速下旋转进给至最终进给深度，从而获得较大的铆接力；否则当热输入达到阀值而铆钉未刺入最下层工件时，降低转速和/或增加直线进给速度，直至铆钉刺入下层工件，并按步骤2继续进行；或当铆钉刺入下层工件而热输入未达到阀值时，降低直线进给速度和/或增加转速，直至热输入达到阀值，并按步骤2继续进行。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征是，所述的铆钉进入下层工件通过铆钉进给位移判断，当进给位移超过上层工件厚度时，判断铆钉进入最下层工件。
7.根据权利要求5所述的工艺，其特征是，所述的低进给速度和高转速采用：进给速度2.0毫米/秒，转速为4000转/分钟。
8.根据权利要求5所述的工艺，其特征是，所述的高进给速度小于等于所述的直线进给运动驱动装置输出的直线进给运动速度的上限；所述的高转速小于等于所述的旋转运动驱动装置输出的旋转运动速度的上限。
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