[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

摘要

本发明公开了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，解决现有搅拌摩擦焊过程中，当母材由于表面状态不平或焊接过程母材变形翘曲时，压入量无法自动反馈控制导致焊接飞边大、减薄量大等问题。在搅拌摩擦焊过程中，采用高精度激光测距传感器安装在设备主轴上，通过测量标定搅拌工具轴肩后沿与焊接母材表面的距离作为压入量，计算测量压入量与给定压入量之差作为输入量，以恒压入量为控制目标，采用PID控制主轴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，焊接同时继续检测压入量值，形成闭环，适用于铝、镁、铜合金等有色金属的可编程式的搅拌摩擦焊以及异种金属连接过程。

主权项

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。