[发明专利]一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法

说明书

本发明一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法，公开了一种搅拌摩擦焊焊接头搅拌针的断针检测传感装置及方法，其中搅拌摩擦焊焊接头搅拌针的断针检测传感装置基于集成在焊接主轴内的声发射传感器，动态实时提取焊接时传感器反馈的声音变化趋势，通过分析确定搅拌针所断位置，或预测搅拌针即将断裂的趋势，并将此信号反馈至控制器，控制器综合主轴功率反馈，驱动进给轴退出至安全位置，并停止设备的运动。所述装置包含声发射传感器、前置放大器、声发射处理卡、主机，可有效解决焊接过程中搅拌针断针检测及预测即将断裂的问题。

技术领域

本发明属于搅拌针断针的检测和控制方法设计，特别是涉及搅拌摩擦焊接中搅拌针断针检测装置和控制方法的设计。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种固相塑性连接技术，广泛应用于各大工业领域。

搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个带有搅拌针和轴肩的特殊搅拌头完成的。在焊接过程中，搅拌针会出现断针现象，但靠人为观察到的概率及其小，或监测电机功率等参数来判断，而每次发现断针均是在焊接完成后，一是无法判断断针位置，无法实施补焊，二是造成材料及人力物力的浪费，产生很多损失。

因此，为更好的进行焊接，减少不必要的材料浪费，对于断针检测及预测非常有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是焊接过程中搅拌针断针检测及预测即将断裂的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种搅拌针断针的检测装置，包含主轴、声发射传感器、前置放大器、数据处理卡、主机、控制器、驱动器、执行机构；所述声发射传感器放置于主轴内，所述声发射传感器与前置放大器连接，用于对信号滤波及放大；所述前置放大器与数据处理卡连接，用于对数据进行存储转换；所述数据处理卡与主机连接，用于对数据进行分析处理；所述主机与控制器连接，用于将检测信息反馈至控制器；所述控制器与驱动器连接，用于将控制器的运动信息传输至驱动；所述驱动器与执行机构连接，用于驱动执行机构的运动。

其中，所述声发射传感器是一种压电陶瓷传感器，与前置放大器连接，所检测的信号滤波放大；所述前置放大器与声发射处理卡连接，将声发射信号传递至声发射处理卡；所述声发射处理卡与主机连接，主机分析出声发射的变化情况；所述主机与运动控制器连接，将关键指令发送给运动控制器，实现轴运动功能。

本发明还公开一种搅拌针断针的检测控制方法，该方法包括如下步骤：标定声传感器正常反馈频率；断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率；结合正常反馈频率、实时监测反馈频率和频率变化率分析断针情况；将断针情况反馈至控制器，控制器结合主轴功率判断当前情况，在线运动到相应位置，实现断针检测及运动控制，控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序，将下压轴抬起至安全距离，停止装备的运行，以便检查搅拌针情况；若未出现断针，则运行至结束。

在进一步的方案中，所述频率的变化率，对应的方程为：其中RF2是时间t2所对应的声频率值，RF1是时间t1所对应的声频率值，得出在两个时间点之间的频率变化率β，RF表示实时反馈频率值。

在进一步的方案中，所述β出现突变，下一个采集周期内RF一直处于低频率状况，即出现断针情况；若出现突变，在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近，则并未出现断针情况；若并未出现突变，但实时反馈频率一直在下降，可能搅拌针出现磨损、裂纹等情况，当反馈频率下跌超过50％，则判断搅拌针出现损伤。

在进一步的方案中，所述断针情况反馈至控制器，控制器跳转至中断程序，将下压轴抬起至安全距离，停止装备的运行，以便检查搅拌针情况；若未出现断针，则运行至结束。

附图说明

图1是本发明实施例的断针检测装置示意图；

图2是本发明实施例的断针检测装置控制流程图；

图3是本发明实施例的传感器反馈数据分析图。

具体实施方式