[发明专利]一种曲线搅拌摩擦焊的恒倾角控制方法

说明书

本发明公开了一种曲线搅拌摩擦焊的恒倾角控制方法，包括：在主轴上等高安装三个或三个以上测距传感器；焊接时测量测距传感器与工件的相对高度，计算各传感器相对工件高度的差值，将差值换算为主轴的当前倾角值；将所述当前倾角作为控制器的输入量，以恒倾角为控制目标对主轴的姿态进行闭环反馈控制。本发明能在曲面曲线焊缝焊接中控制主轴倾角恒定，提高焊接质量，适用于铝、镁、铜合金等有色金属的固相连接以及异种金属连接过程。

技术领域

本发明属于焊接领域，具体涉及一种基于激光测距传感的恒倾角控制曲线搅拌摩擦焊方法。

背景技术

搅拌摩擦焊具有焊接变形小、焊接缺陷少、力学性能好、质量高等优点，作为一种新型固相连接技术，已在航空航天领域获得了广泛应用。该方法在焊接平直焊缝及平面曲线焊缝时质量易于保证，并且已经实现了成熟的应用。但是，在焊接曲面曲线焊缝时难度大，易于产生焊接缺陷。特别是在焊接曲面零件表面焊缝时，由于材料受热变形、原材料尺寸公差等因素导致实际焊接曲线倾角变化导致焊接成形不良的问题。实际应用中，曲线焊缝应用需求巨大，且钣金件居多，对于钣金件原材料来说，曲线焊缝处尺寸公差，圆度偏差，导致了搅拌摩擦焊曲线焊缝对接状态会有少许偏差。特别在焊接过程中，由于搅拌摩擦焊接的非对称性，以及焊接工具前后工件翘曲变形将导致主轴焊接倾角发生变化。

目前，搅拌摩擦焊过程大多无反馈控制，仅通过操作人员看到飞边的大小及工件翘曲变形量，调节手轮，对压入量进行调节，该方法对操作人员的依赖大，焊接质量不够稳定，焊接一致性有待提高。搅拌摩擦焊过程中，焊接温度、压入量、倾角、顶锻力都是非常重要的过程控制参数，目前，少数闭环控制搅拌摩擦焊接方法中有安装测温传感器对温度进行监测控制，或对压力进行监测控制，进而控制压入量，但对于主轴倾角尚无有效的在线反馈控制方法。因此，开发一种基于激光测距传感的恒倾角控制搅拌摩擦焊方法具有重要的意义，可以有效控制搅拌摩擦焊接过程主轴倾角，提升曲面曲线焊缝搅拌摩擦焊接过程自动化程度，提高焊接适应性，为大型曲面曲线焊缝的高质量搅拌摩擦焊接过程提供一种理想的解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有曲面曲线焊缝搅拌摩擦焊的由于材料受热变形、原材料尺寸公差等因素导致实际焊接曲线倾角变化的问题，提供一种基于激光测距传感的恒倾角控制曲线搅拌摩擦焊方法。

本发明的技术方案是：

一种恒曲线搅拌摩擦焊的倾角控制方法，其特征在于包括：

在主轴上等高安装三个或三个以上测距传感器；

焊接时测量测距传感器与工件的相对高度，计算各传感器相对工件高度的差值，将差值换算为主轴的当前倾角值；

将所述当前倾角作为控制器的输入量，以恒倾角为控制目标对主轴的姿态进行闭环反馈控制。

在主轴上安装三个测距传感器，相互间距120°，其中一个测距传感器的投影位于待焊焊缝的中心线上作为中心传感器。

中心传感器与其他传感器相对工件高度的差值d与主轴当前倾角值θ的换算公式为：

其中R为工件曲线焊缝的半径，R_s为测距传感器安装位置所在圆周的半径，α为测距传感器之间的夹角，当等角度安装三个传感器时，α为120°。

采用PID控制，利用比例积分微分计算出控制量控制主轴倾角，以末端搅拌工具坐标系的球坐标值为输出量，对主轴的姿态进行控制。

测距传感器为激光测距传感器。

工件为铝合金、镁合金或铜合金，也可以是异种材料。