[发明专利]基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法

权利要求书

1.一种基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，采用搅拌摩擦焊工具装卡在设备主轴上，将高精度激光测距传感器安装在设备主轴上，搅拌工具对待焊母材来实施搅拌摩擦焊接，搅拌轴肩具有内聚材料的辅助花纹，其特征在于，包括以下步骤：

首先，将激光测距传感器与搅拌工具轴肩的相对位置进行标定；焊接时，主轴带动搅拌工具以旋转速度ω旋转，并以焊接速度v移动进行搅拌摩擦焊接，该压入量传感反馈控制过程，手轮调节搅拌工具Z向位移来实现压入量的控制过程，将该过程实现自动化；

根据激光测距传感器测得的母材与搅拌针轴肩的相对位置信息，计算压入量值与给定目标压入量之间的差值，作为控制器的输入量，闭环反馈，采用PID控制，利用比例积分微分计算出控制量，即主轴Z方向的位移，作为输出量，对伺服进给系统进行控制，从而控制焊接压入量，进行搅拌摩擦焊接；同时继续测量压入量值，对Z向位移进行调整，以形成闭环；

在保持平稳压入量的条件下，搅拌针和轴肩上的内聚花纹促使材料向中心及下方流动，在机械搅拌作用和热作用的综合影响下，使焊缝区域金属达到塑性状态，以实现焊接。

2.根据权利要求1所述的基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述激光测距传感器采用40-60mm量程，精度21µm。

3.根据权利要求1所述的基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述待焊母材采用铝合金板、镁合金或铜合金。

4.根据权利要求1所述的基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述待焊母材可采用异种材料进行，为铝合金和铝基复合材料。

5.根据权利要求1所述的基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，其特征在于，使用两个或多个激光测距传感器测量两个或多个母材位置，提升恒压入量控制搅拌摩擦焊的适应性。

6.根据权利要求1所述的基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述闭环反馈可采用比例控制、积分控制、微分控制、PI控制、PD控制、模糊控制、神经控制、智能控制方法。

7.根据权利要求1所述的基于高精度激光测距传感的恒压入量控制搅拌摩擦焊方法，其特征在于，焊接过程采用无倾角式搅拌摩擦焊或有倾角搅拌摩擦焊，当为无倾角式搅拌摩擦焊时，轴肩成外凸形且具有内聚材料的辅助花纹；当为有倾角式搅拌摩擦焊时，搅拌工具轴肩需为内凹式。