[发明专利]一种用于搅拌摩擦焊的在线监控系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，特别是涉及一种用于搅拌摩擦焊的在线监控系统及方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术，它是通过高速旋转的搅拌头与被焊接材料表面生成的摩擦热而实现焊接的。由于该技术具有同态连接、生产成本较低、焊接过程无污染等显著优势，因此已成功应用于铝、镁、铝镁合金等轻金属材料的焊接方面。随着搅拌摩擦焊技术的快速发展和广泛应用，人们对产品焊接质量的要求也越来越高。在焊接过程中，焊接力直接影响着搅拌头和焊材料之间的摩擦力、摩擦力矩、摩擦发热功率及焊接温度，是影响焊缝质量的重要参数。因此，如何精确优化工艺参数，合理控制搅拌摩擦焊接中的顶锻力、前进抗力及侧向力是决定焊缝质量的关键所在。

在现有技术中，如已公开的中国发明专利(公开号：101929892A)提出了一种搅拌摩擦焊在线测试系统，通过将两个测力八角环对称的安装在机床工作台上的底座上，焊接时将工件安装在底座上，实现了焊接力的在线检测。该发明尽管提供了一种对焊接过程三向力的在线检测装置及方法，但却无法适应搅拌摩擦焊设备焊接不同形状、不同尺寸的工件需求，同时缺少控制模块，不能对焊接工艺参数进行实时调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于搅拌摩擦焊的在线监控系统及方法，能够在焊接过程中对顶锻力、前进抗力、侧向力等进行实时检测，并且能够对焊接工艺参数进行实时调整的搅拌摩擦焊在线监控系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于搅拌摩擦焊的在线监控系统，包括在线检测模块、信号采集与处理模块、焊接工艺控制模块，所述在线检测模块由三个信号实时传感单元组成，所述三个信号实时传感单元分别直接嵌入到搅拌摩擦焊设备的X/Y/Z向进给系统中；所述信号采集与处理模块用于获取检测信号，实时处理检测信号，并将检测信号转换成焊接顶锻力、前进抗力和侧向力信息；所述的焊接工艺控制模块对数据处理与显示模块输出的焊接三向力进行分析，推理出合适的焊接工艺参数，并通过反馈给焊接设备的数控系统，实现工艺参数的实时调整。

所述的信号实时传感单元包括上联轴器、扭矩传感器、下联轴器、调整板和法兰；所述的扭矩传感器通过销钉和螺钉固定在法兰上；所述的调整板用于调整扭矩传感器在机床的实际安装位置；所述扭矩传感器通过上联轴器与搅拌摩擦焊设备的X/Y/Z向进给系统的驱动电机连接，通过下联轴器与丝杠连接。

所述信号采集与处理模块包括依次相连的端子板、数据采集卡和数据处理与显示单元；所述的三个信号实时传感单元通过高频电缆线分别与端子板相连；所述数据采集卡用于获取所述三个信号实时传感单元的检测信号；所述数据处理与显示单元用于实时处理检测信号，并将检测信号转换成焊接顶锻力、前进抗力和侧向力信息。

所述焊接工艺控制模块包括工艺参数优化单元和反馈单元，所述工艺参数优化单元包括工艺数据库、工艺规则库及控制算法，根据工艺数据库和工艺规则库中的内容通过控制算法对信号采集与处理模块输出的焊接三向力进行分析，推理出焊接工艺参数；所述反馈单元与焊接设备的数控系统进行通讯连接，根据推理出的焊接工艺参数进行实时调整。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种用于搅拌摩擦焊的在线监控方法，包括以下步骤：

(1)根据工件及接头的几何形状和焊接要求，编制数控程序，进行产品焊接；当焊接主轴对工件进行下压及进给焊接时，通过三个在线传感单元分别实时感应到摩擦焊设备X/Y/Z向进给系统的输出信号；

(2)采集输出信号，并将输出信号传送给数据处理与显示单元进行数据处理，以实时显示出焊接顶锻力、前进抗力和侧向力的焊接过程信息；

(3)工艺参数优化单元根据工艺数据库及工艺规则，对数据处理与显示单元输出的焊接过程信息进行实时推理与决策，以获得合适的焊接工艺参数；

(4)通过反馈单元将优化后的焊接工艺参数传送到焊接设备的数控系统中，以实时控制搅拌摩擦焊接过程。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明的在线检测模块，直接嵌入到搅拌摩擦焊设备中，与设备融合于一体，结构紧凑、安装便捷、实用可靠。

2、本发明通过实时检测搅拌摩擦焊接过程中的顶锻力、前进抗力和侧向力等信息，积累了大量的基础数据，为建立和优化焊接工艺数据库及工艺规则提供了技术支持。