[发明专利]基于搅拌摩擦焊温度场温度梯度焊缝跟踪装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于搅拌摩擦焊温度场温度梯度焊缝跟踪装置及方法，涉及金属材料的焊接技术领域。本发明包括：搅拌摩擦焊执行器，红外测温装置，搅拌工具，温度数据处理模块，运动控制模块；所述红外测温装置实时传输给所述温度数据处理模块；所述温度数据处理模块与所述运动控制模块连接；所述运动控制模块驱动所述搅拌摩擦焊执行器运动；所述红外测温装置固定于搅拌摩擦焊执行器的支架上，所述搅拌摩擦焊执行器安装有搅拌工具。本发明通过红外温度实时测量，可以获得特征区域的温度场的数据，提高搅拌摩擦焊接过程中的压力控制的实施精度。

技术领域

本发明涉及金属材料的焊接技术领域，更具体的说是涉及一种基于搅拌摩擦焊温度场温度梯度焊缝跟踪装置及方法。

背景技术

自1991年英国焊接研究所(TWI)发明搅拌摩擦焊以来，该技术因焊接温度低，焊后残余应力小，不产生弧光、烟尘污染，不需要填丝材料等优点受到广泛关注，并很快被应用到航空航天、船舶、轨道列车、电子电力、汽车等生产领域，成为轻质合金特别是铝合金最佳的连接技术。

随着大规模工业应用，搅拌摩擦焊接的自动化成为亟需解决的问题，焊缝的自动跟踪是其中非常重要的问题，目前都是通过激光实现焊缝的跟踪和纠偏，其原理是：激光发射器发射一定波长的一道线激光到焊缝表面，随后接收焊缝表面反射的激光，通过反射回去的激光相对强度和位置的差异，定位焊缝的位置。

激光焊缝跟踪系统的鲁棒性并不理想，首先，容易受试样表面反射率的影响，对于表面光洁的铝合金型材，其焊缝定位较为困难；再次，激光焊缝定位的精度和焊缝的宽度紧密相关，当焊缝宽度较小时(0.1mm)，反射回去的激光不能精确的表征焊缝的位置；同时，现有的激光发射器只发射一条长度和宽度一定的线激光，而工业产品多为二维焊缝，即平面二维焊缝的跟踪时，尤其当拐弯半径较小时，线激光难以精确的判断出二维焊缝的准确位置。

因此，如何解决上述问题，是本领域技术人员亟需解决的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于搅拌摩擦焊温度场温度梯度焊缝跟踪装置及方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于搅拌摩擦焊温度场相邻特征点温度梯度焊缝跟踪装置，包括：搅拌摩擦焊执行器，红外测温装置，搅拌工具，温度数据处理模块，运动控制模块；所述红外测温装置实时传输给所述温度数据处理模块；所述温度数据处理模块与所述运动控制模块连接；所述运动控制模块驱动所述搅拌摩擦焊执行器运动；所述红外测温装置固定于搅拌摩擦焊执行器的支架上，所述搅拌摩擦焊执行器安装有搅拌工具。

可选的，所述温度数据处理模块设置有温度处理数据库，用于根据输入参数，推荐最佳温度解析范围以及焊缝的判据；还用于再获得红外成像的温度场数据后，计算每层取样的个数；还用于根据输入参数计算检测的层数。

可选的，所述红外测温装置的几何圆心与所述搅拌工具的轴心同轴。

可选的，所述红外测温装置为环形结构。

一种基于搅拌摩擦焊温度场相邻特征点温度梯度焊缝跟踪方法，包括以下步骤：

根据输入参数判定每层的取样个数、检测层数以及焊缝的判据G_threshold，所述输入参数包括输入搅拌工具的轴肩直径d_shouler/mm以及进给速度υ/mmmin^-1；

计算每层的温度值，并将温度值以矩阵的形式表示；

根据温度值获得焊缝在每一层的坐标；

连接每一层的坐标后得到焊缝的位置的二维坐标，所述二维坐标是在检测的时间点获得的；

建立“时间-搅拌工具位置的二维坐标-焊缝的位置的二维坐标”数据关系文件；