[发明专利]一种搅拌摩擦焊接顶锻力和前进抗力自适应控制装置

摘要

本发明提供了一种在搅拌摩擦焊接过程中将顶锻力和前进抗力维持于指令值的自适应控制装置。该装置通过实时调整搅拌针的下压量控制焊接顶锻力，通过实时调整搅拌针的进给速度控制前进抗力。该装置包括：力测量系统，测量和采集焊接过程中的顶锻力和前进抗力值；伺服控制系统，根据焊接力的实际值和指令值的偏差，由集成在数控系统内的控制算法计算下压量和进给速度的修正值；执行系统，按照下压量和进给速度的修正值驱动机床主轴运动，控制顶锻力与前进抗力。该方法能够将搅拌摩擦焊接过程中的顶锻力和前进抗力维持在指令值，无稳态误差，响应速度快，超调量极小，能有效降低时滞问题对控制效果的影响，可应用于数控搅拌摩擦焊接机床。

主权项

一种搅拌摩擦焊接顶锻力和前进抗力自适应控制装置，其特征在于：通过该装置使搅拌摩擦焊接过程中焊接力的大小保持在指令力值，其中焊接力为搅拌摩擦焊接过程中由搅拌针施予被焊接工件的，垂直于工件表面向下的顶锻力以及沿焊缝方向的前进抗力；指令力值为通过工艺试验获取的焊接质量最佳时的顶锻力值和前进抗力，通过数控系统输入执行系统中；具体包括如下子系统：(1)力测量系统，包括搅拌焊主轴和数据采集系统；搅拌焊主轴用于驱动搅拌针旋转，在主轴前段，沿周向均匀设置3个各自间隔120°的力传感器，实时测量并采集搅拌摩擦焊接过程中的焊接力；通过数据采集系统将力传感器输出的电压信号转换为数控系统可识别的形式，然后传给伺服控制系统；(2)伺服控制系统，包括数控系统、状态反馈器、状态观测器；通过集成在数控系统中的控制算法，结合状态反馈器和状态观测器，根据力测量系统采集的焊接力实际值计算下压量和进给速度的修正值；其中：①下压量是搅拌针轴肩垂直压入工件表面的深度；下压量修正值是根据控制算法计算出的，机床主轴沿垂直于工件表面方向，相对于当前位置，应运动的位移量；②进给速度是搅拌针沿焊缝方向移动的速度；进给速度修正值是根据控制算法计算出的，搅拌针沿焊接方向，相对于当前运动速度，应补偿的运动速度；(3)执行系统，包括运动控制系统、伺服电机、机床、搅拌针—工件对；按照伺服控制系统计算出的下压量修正值和进给速度修正值，驱动机床在焊缝方向运动，控制焊接力达到指令值；通过运动控制系统，将伺服控制系统计算的下压量修正值处理为伺服电机可识别的运动指令；通过伺服电机，根据运动控制系统计算的运动指令，驱动机床运动；通过机床上设置的机床主轴，带动搅拌针旋转；通过搅拌针—工件对，产生焊接力，使得焊接力达到指令值。