[發(fā)明專利]基于攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)溫度梯度焊縫跟蹤裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210481906.4
• 申請(qǐng)日: 2022-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114654073B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李騰飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京知信浩宇科技有限公司
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12
• 代理公司: 北京博爾赫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 16045
• 代理人: 王燦

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)溫度梯度焊縫跟蹤裝置及方法，涉及金屬材料的焊接技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括：攪拌摩擦焊執(zhí)行器，紅外測(cè)溫裝置，攪拌工具，溫度數(shù)據(jù)處理模塊，運(yùn)動(dòng)控制模塊；所述紅外測(cè)溫裝置實(shí)時(shí)傳輸給所述溫度數(shù)據(jù)處理模塊；所述溫度數(shù)據(jù)處理模塊與所述運(yùn)動(dòng)控制模塊連接；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊驅(qū)動(dòng)所述攪拌摩擦焊執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)；所述紅外測(cè)溫裝置固定于攪拌摩擦焊執(zhí)行器的支架上，所述攪拌摩擦焊執(zhí)行器安裝有攪拌工具。本發(fā)明通過(guò)紅外溫度實(shí)時(shí)測(cè)量，可以獲得特征區(qū)域的溫度場(chǎng)的數(shù)據(jù)，提高攪拌摩擦焊接過(guò)程中的壓力控制的實(shí)施精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料的焊接技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種基于攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)溫度梯度焊縫跟蹤裝置及方法。

背景技術(shù)

自1991年英國(guó)焊接研究所(TWI)發(fā)明攪拌摩擦焊以來(lái)，該技術(shù)因焊接溫度低，焊后殘余應(yīng)力小，不產(chǎn)生弧光、煙塵污染，不需要填絲材料等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，并很快被應(yīng)用到航空航天、船舶、軌道列車、電子電力、汽車等生產(chǎn)領(lǐng)域，成為輕質(zhì)合金特別是鋁合金最佳的連接技術(shù)。

隨著大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，攪拌摩擦焊接的自動(dòng)化成為亟需解決的問(wèn)題，焊縫的自動(dòng)跟蹤是其中非常重要的問(wèn)題，目前都是通過(guò)激光實(shí)現(xiàn)焊縫的跟蹤和糾偏，其原理是：激光發(fā)射器發(fā)射一定波長(zhǎng)的一道線激光到焊縫表面，隨后接收焊縫表面反射的激光，通過(guò)反射回去的激光相對(duì)強(qiáng)度和位置的差異，定位焊縫的位置。

激光焊縫跟蹤系統(tǒng)的魯棒性并不理想，首先，容易受試樣表面反射率的影響，對(duì)于表面光潔的鋁合金型材，其焊縫定位較為困難；再次，激光焊縫定位的精度和焊縫的寬度緊密相關(guān)，當(dāng)焊縫寬度較小時(shí)(0.1mm)，反射回去的激光不能精確的表征焊縫的位置；同時(shí)，現(xiàn)有的激光發(fā)射器只發(fā)射一條長(zhǎng)度和寬度一定的線激光，而工業(yè)產(chǎn)品多為二維焊縫，即平面二維焊縫的跟蹤時(shí)，尤其當(dāng)拐彎半徑較小時(shí)，線激光難以精確的判斷出二維焊縫的準(zhǔn)確位置。

因此，如何解決上述問(wèn)題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)溫度梯度焊縫跟蹤裝置及方法，以解決上述問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)相鄰特征點(diǎn)溫度梯度焊縫跟蹤裝置，包括：攪拌摩擦焊執(zhí)行器，紅外測(cè)溫裝置，攪拌工具，溫度數(shù)據(jù)處理模塊，運(yùn)動(dòng)控制模塊；所述紅外測(cè)溫裝置實(shí)時(shí)傳輸給所述溫度數(shù)據(jù)處理模塊；所述溫度數(shù)據(jù)處理模塊與所述運(yùn)動(dòng)控制模塊連接；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊驅(qū)動(dòng)所述攪拌摩擦焊執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)；所述紅外測(cè)溫裝置固定于攪拌摩擦焊執(zhí)行器的支架上，所述攪拌摩擦焊執(zhí)行器安裝有攪拌工具。

可選的，所述溫度數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置有溫度處理數(shù)據(jù)庫(kù)，用于根據(jù)輸入?yún)?shù)，推薦最佳溫度解析范圍以及焊縫的判據(jù)；還用于再獲得紅外成像的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)后，計(jì)算每層取樣的個(gè)數(shù)；還用于根據(jù)輸入?yún)?shù)計(jì)算檢測(cè)的層數(shù)。

可選的，所述紅外測(cè)溫裝置的幾何圓心與所述攪拌工具的軸心同軸。

可選的，所述紅外測(cè)溫裝置為環(huán)形結(jié)構(gòu)。

一種基于攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)相鄰特征點(diǎn)溫度梯度焊縫跟蹤方法，包括以下步驟：

根據(jù)輸入?yún)?shù)判定每層的取樣個(gè)數(shù)、檢測(cè)層數(shù)以及焊縫的判據(jù)G_threshold，所述輸入?yún)?shù)包括輸入攪拌工具的軸肩直徑d_shouler/mm以及進(jìn)給速度υ/mmmin^-1；

計(jì)算每層的溫度值，并將溫度值以矩陣的形式表示；

根據(jù)溫度值獲得焊縫在每一層的坐標(biāo)；

連接每一層的坐標(biāo)后得到焊縫的位置的二維坐標(biāo)，所述二維坐標(biāo)是在檢測(cè)的時(shí)間點(diǎn)獲得的；

建立“時(shí)間-攪拌工具位置的二維坐標(biāo)-焊縫的位置的二維坐標(biāo)”數(shù)據(jù)關(guān)系文件；