本发明专利技术涉及一种基于激光测距的复合材料金属叠层结构的装夹装置和方法，包括夹具基体、线激光扫描传感器、压头、压紧气缸和控制模块；夹具基体用于支撑复合材料板和金属板；线激光扫描传感器用于实时测量距离并发送至控制模块，距离为线激光扫描传感器所在的位置到复合材料板和金属板的叠层结构的侧面的水平距离；压头用于向复合材料板和金属板施加竖直向下的压力；压紧气缸用于控制压头的压力大小；控制模块用于实时处理线激光扫描传感器发送的距离信息，得到复合材料板和金属板之间的缝隙宽度，在缝隙宽度大于容许阈值控制压紧气缸增大压头的压力，在小于等于容许阈值时控制压紧气缸保持原位。本发明专利技术的装置可以修正板间缝隙，方法简单。方法简单。方法简单。
【技术实现步骤摘要】
基于激光测距的复合材料金属叠层结构的装夹装置和方法
[0001]本专利技术属于机械制造
，涉及一种基于激光测距的复合材料金属叠层结构的装夹装置和方法。
技术介绍
[0002]在复合材料/叠层结构的钻削加工过程中，底层金属材料在轴向力的作用下会产生弯曲，从而导致两板间出现缝隙。
[0003]这一缝隙不仅会影响到制孔精度，同时会使金属切削夹杂在缝隙中无法排出，从而对复合材料板产生破坏。现针对于复合材料/叠层加工装夹，如专利CN113442077A仍采用压板式夹具，但使用这种夹具无法实时修正板间缝隙，导致叠层结构加工质量恶化。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种基于激光测距的复合材料金属叠层结构的装夹装置和方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，包括夹具基体、线激光扫描传感器、压头、压紧气缸和控制模块；
[0007]夹具基体用于支撑复合材料板和金属板；
[0008]线激光扫描传感器用于实时测量距离并发送至控制模块，距离为线激光扫描传感器所在的位置到复合材料板和金属板的叠层结构的侧面的水平距离；
[0009]压头用于向复合材料板和金属板施加竖直向下的压力；
[0010]压紧气缸用于控制压头的压力大小；
[0011]控制模块用于实时处理线激光扫描传感器发送的距离信息，得到复合材料板和金属板之间的缝隙宽度，并将其与容许阈值(容许阈值一般由复合材料板的加工要求确定，该标准具体一般由使用钻孔后板材的用户定义，可定为0.1mm左右)进行比较，在缝隙宽度大于容许阈值时控制压紧气缸增大压头的压力，在缝隙宽度小于等于容许阈值时控制压紧气缸保持原位。
[0012]作为优选的技术方案：
[0013]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，复合材料板和金属板为长度相同、宽度相同的长方形板。
[0014]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，夹具基体内设有阶梯式凹槽，阶梯式凹槽由上下布置且相互连通的两个匚形槽组成，上匚形槽的宽度大于下匚形槽；上匚形槽的宽度等于复合材料板和金属板的宽度，上匚形槽的长度等于复合材料板和金属板的长度，上匚形槽的深度等于复合材料板和金属板的厚度之和，设定为阶梯式凹槽的原因是便于板材的固定(板边通过阶梯式凹槽支撑)，同时钻孔一般会钻穿板材，设置阶梯式凹槽使板的中心不接触夹具，钻头不会损伤夹具。
[0015]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，线激光扫描传感器位于阶梯式凹槽的一侧，且发射的激光线平行于阶梯式凹槽的长度方向，扫描方向平行于阶梯式凹槽的深度方向，即扫描方向同时垂直于匚形槽的底边与阶梯式凹槽的长度方向。
[0016]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，压头的数量为2个以上，共分为两组，对称分布在直线X的两侧，直线X为平行于阶梯式凹槽的长度方向的一条直线。
[0017]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，压头与金属板的四角的最小水平距离大于10mm，以防止应力集中于角部造成叠层板碎裂。
[0018]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，同一组内的压头数量为2个以上，且沿阶梯式凹槽的长度方向的水平间距为50～200mm。
[0019]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，压头为橡胶压头。
[0020]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，压紧气缸的数量同压头，一一对应通过连杆机构连接，连杆机构同时与压紧气缸的动作杆、压头和夹具基体连接，连杆机构用于将压紧气缸的动作杆水平运动转换为压头的竖直运动。
[0021]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，压紧气缸的主体固定在夹具基体上。
[0022]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，夹具基体底部开有螺栓孔，夹具基体通过螺栓连接固定在机床工作台上。
[0023]如上所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，控制模块包括数据采集卡、MCU及执行单元；
[0024]数据采集卡与线激光扫描传感器连接，用于将线激光扫描传感器采集到的距离信息转换为MCU可读取的数据信号格式；
[0025]MCU同时与数据采集卡和执行单元连接，用于对线激光扫描传感器采集到的距离信息进行处理，得到复合材料板和金属板之间的缝隙宽度，并将其与容许阈值进行比较，在缝隙宽度大于容许阈值时发送信号I至执行单元，在缝隙宽度小于等于容许阈值时发送信号II至执行单元；
[0026]执行单元通过气路与压紧气缸连接，在收到信号I时控制压紧气缸增大压头的压力，在收到信号II时控制压紧气缸保持原位。
[0027]本专利技术还提供一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹方法，利用如上任一项所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，包括初次夹紧阶段、测距阶段和间隙调整阶段；
[0028]初次夹紧阶段是指：通过压紧气缸使压头与复合材料板和金属板的叠层结构的上表面接触，实现初次夹紧；
[0029]测距阶段是指：通过线激光扫描传感器和控制模块计算复合材料板和金属板之间的缝隙宽度；
[0030]间隙调整阶段是指：控制模块将复合材料板和金属板之间的缝隙宽度与容许阈值进行比较，在缝隙宽度大于容许阈值时控制压紧气缸增大压头的压力，直到缝隙宽度小于
等于容许阈值，在缝隙宽度小于等于容许阈值时控制压紧气缸保持原位。
[0031]专利技术原理
[0032]通过测量板材边沿沿钻削方向(图中竖直方向)各点离线激光扫描传感器之间的距离，并寻找突变点得出缝隙位置。缝隙处由于无材料存在，在缝隙边缘处，该距离将会变大(实际由于缝隙方向及深度问题，会被缝隙后部的材料反射，但距离仍会变大)，由于缝隙处两板材表面方向垂直于激光扫描方向，该距离变化为突变(判定标准：曲线斜率大于5mm/mm)，通过计算两突变点沿钻削方向的距离，可得缝隙宽度。
[0033]有益效果
[0034]与现有的夹具(如专利CN113442077A)相比，本专利技术在保证装夹质量的同时，创造性地对复合材料/金属叠层结构的钻削加工过程中由弯曲变形产生的板间缝隙进行在位测量，并反馈至装夹机构中，实现其钻削加工过程中装夹力随板间缝隙宽度的动态反馈控制，极大程度上避免了板间缝隙的扩展，有效保证了制孔精度与质量。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的基于激光测距的复合材料金属叠层结构的装夹装置的结构示意图；
[0036]其中，1
‑
夹具基体，2
‑
压紧气缸，3
‑
连杆机构，4
‑
压头，5...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，其特征在于，包括夹具基体(1)、线激光扫描传感器(5)、压头(4)、压紧气缸(2)和控制模块；夹具基体(1)用于支撑复合材料板(7)和金属板(8)；线激光扫描传感器(5)用于实时测量距离并发送至控制模块，距离为线激光扫描传感器(5)所在的位置到复合材料板(7)和金属板(8)的叠层结构的侧面的水平距离；压头(4)用于向复合材料板(7)和金属板(8)施加竖直向下的压力；压紧气缸(2)用于控制压头(4)的压力大小；控制模块用于实时处理线激光扫描传感器(5)发送的距离信息，得到复合材料板(7)和金属板(8)之间的缝隙宽度，并将其与容许阈值进行比较，在缝隙宽度大于容许阈值时控制压紧气缸(2)增大压头(4)的压力，在缝隙宽度小于等于容许阈值时控制压紧气缸(2)保持原位。2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，其特征在于，夹具基体(1)内设有阶梯式凹槽，阶梯式凹槽由上下布置且相互连通的两个匚形槽组成，上匚形槽的宽度大于下匚形槽；上匚形槽的深度等于复合材料板(7)和金属板(8)的厚度之和。3.根据权利要求2所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，其特征在于，线激光扫描传感器(5)位于阶梯式凹槽的一侧，且发射的激光线平行于阶梯式凹槽的长度方向，扫描方向平行于阶梯式凹槽的深度方向。4.根据权利要求2所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，其特征在于，压头(4)的数量为2个以上，共分为两组，对称分布在直线X的两侧，直线X为平行于阶梯式凹槽的长度方向的一条直线。5.根据权利要求4所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，其特征在于，同一组内的压头(4)数量为2个以上，且沿阶梯式凹槽的长度方向的水平间距为50～200mm。6.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的复合材料/金属叠层结构的装夹装置，其特征在于，压头(4)为橡胶压头。7.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的复合材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐锦泱，李林峰，冀敏，郭国强，祝新发，安庆龙，陈明，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所上海工具厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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