CN100553850C - 惯性摩擦焊方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种能产生其中可以把最终缩锻控制到操作员规定的目标上的惯性摩擦焊的惯性摩擦焊接方法和系统。该方法采用任何基于靠模的缩锻控制技术，包括但不限于转矩调制和压力(负载)调制。该方法动态地修改靠模缩锻设定值以便系统地驱动缩锻的形成从而产生带有目标缩锻的焊接。本方法和系统还能产生其中可以把焊好零件的最终长度控制到操作员规定的目标上的惯性摩擦焊。该系统和关联的方法包括惯性摩擦焊一对样本零件以形成样本焊同时采集和该样本焊的形成关联的数据。该系统和关联的方法还包括利用样本零件对的摩擦焊期间采集的靠模数据摩擦焊接一对生产零件从而形成生产焊以达到预定的缩锻形成。

Description

惯性摩擦焊方法和系统

技术领域

本公开涉及把零件惯性摩擦焊到一起的方法和系统。

背景技术

和更加常规的焊接方法相比，可以采用摩擦焊在短时间内接合类似的和不同的金属。惯性摩擦焊是摩擦焊的一种变型，其中主要通过焊接机储存的转动动能提供完成焊接所需的能量。

惯性摩擦焊期间，来自各零件的材料移动或“缩锻”，这造成焊接零件的组合长度减小。这样，成品长度是惯性摩擦焊工序之前各零件的长度之和减掉各零件在惯性摩擦焊工序期间遭受的缩锻效应。缩锻并且因此最终产品的长度会遭受不可预测的变化从而需要在惯性焊中受到控制。

先前已经对缩锻控制采用了基于靠模(profile)的技术。2004年8月24日申请的Lovin等人的序号为10/924,633的待决专利申请通过减速期间动态地修改所施加的主轴马达转矩以便保持缩锻-主轴速度靠模从而重复先前的试验焊接的缩锻来达到对缩锻的控制。业内人士把该技术称为“转矩调制缩锻控制”。Benn等的美国4,757,932号专利通过减速期间动态地修改所施加的轴向压力控制缩锻，以便保持缩锻-主轴速度靠模从而重复先前的试验焊接的缩锻。业内人士把该技术称为“压力(或负载)调制缩锻控制”。但是，Benn等和Lovin等都没有提出以惯性摩擦焊中的缩锻或零件最终长度为目标的措施。这些缩锻控制技术仅仅通过准确地重复利用先前的靠模焊规定的缩锻减小缩锻的总变化。

惯性焊中已经采用以最终焊接零件长度控制和/或缩锻为目标的技术。Jones等的美国3,998,373号专利根据零件尺寸的焊接前测量修改焊接速度尝试焊接零件最终长度控制。如果由于工件焊前的组合长度比额定值大需要更多的缩锻，提高焊接起动速度。相反，如果由于工件焊前的组合长度比额定值小需要较小的缩锻，减小焊接起动速度。但是，一旦启动惯性焊周期，缩锻仍是焊接过程的未控制的结果，从而最终零件长度的精准性仍然受到缩锻的预期变化的限制。

发明内容

本发明包括在本文中或者在下面的详细说明中公开的一个或多个下面的特征或者这些特征的组合。

本公开涉及一种惯性摩擦焊方法，其包括，在造成主轴转动减速、滑座朝该主轴移动以及一个样本零件和另一个样本零件之间的产生缩锻形成的接触以便形成样本焊下把该对样本零件惯性摩擦焊到一起。在样本零件对的惯性摩擦焊接期间，采集和主轴的转动减速相关的以及和样本焊接形成期间滑座的移动相关的数据，其中从该采集的数据计算靠模。

然后，预先确定一对生产零件要经受的缩锻形成规定量。接着在造成主轴转动减速、滑座朝主轴移动以及一个生产零件和另一个生产零件之间的产生缩锻形成的接触下并且造成生产焊的形成下把该对生产零件惯性摩擦焊到一起。

在这对生产零件的惯性摩擦焊接期间，通过计算该对生产零件的惯性摩擦焊接造成的缩锻形成和从靠模确定的缩锻设定值之间的差产生缩锻误差信号，其中该设定值是根据该规定的缩锻目标修改的。根据该缩锻误差信号，调制这对生产零件惯性摩擦焊接期间对该焊接系统施加的输入，从而控制这对生产零件的缩锻形成以达到该规定的缩锻形成量。

本发明的重要目的之一是提供一种能生产带有任何缩锻目标的焊接零件的惯性摩擦焊接过程。本发明不受现有样本焊接中达到的重复缩锻的限制。

本发明的另一个重要目的是提供一种能应用任何基于靠模的缩锻控制技术，包括但不限于转矩调制和压力调制的惯性摩擦焊接过程，以生产具有任何缩锻目标的焊接零件。

本发明的再一个目的是提供一种惯性摩擦焊接过程，其能通过在该摩擦焊接过程期间达到缩锻目标生产带有预定最终长度的焊接零件。

图1A中说明本发明体现的过程控制的概要。后面在本文中更详细地说明图2中示出的该控制系统。各控制元件包含在和CPU 34电连接的逻辑控制器42中。逻辑控制器42根据CPU 34发送的焊接参数控制焊接系统10(图1)。

参照图1A，惯性生产期间从对主轴速度的任何给定值提供缩锻设定值的查找表确定代表靠模114设定值的缩锻设定值116。把缩锻设定值116发送到靠模修改器117，后者产生作为靠模缩锻设定值116的函数的新的动态设定值144以及代表规定的缩锻目标119的值。

按动态缩锻设定值144和缩锻反馈信号137提供的实际缩锻之间的差计算缩锻误差信号142。如会解释那样，把误差信号142驱动到PID(比例积分微分)控制算法125中以产生命令信号154。

对最后控制元件131施加命令信号。该最后控制元件响应来自该控制器的命令信号154操纵146该过程10，并产生可测量的其中包括主轴速度和滑座位置(相对于缩锻)的输出141。焊接过程10还受到随机干扰143。

包括滑动编码器133和主轴编码器135的测量部件和焊接系统10的输出电连接以便产生分别指示滑座30(图1)的位置和主轴18的速度的信号。滑动编码器133把指示实际缩锻的信号137反馈到控制器42。以类似的方式，主轴编码器135把指示实际主轴速度的信号139反馈到产生设定值116的设定值查找表114，从而建立作为主轴速度的函数的未修改的缩锻设定值。

在转矩调制和缩锻目标焊接系统10的特定例子中，最后控制元件131是主轴驱动器24(图1)并且命令信号154是对主轴驱动器24施加的转矩命令。操纵变量146以调制的转矩为形式，其中调制施加到主轴的转矩直接影响焊接生产周期期间的缩锻形成，从而生产出具有希望的预定缩锻形成的惯性焊产品。

在压力调制和缩锻目标焊接系统10的特定例子里，最后控制元件131是操作上和滑座30(图1)连接的压力控制阀并且命令信号154是对该压力控制阀提供的压力命令信号。操纵变量146以调制的压力为形式，其中调制施加在生产零件之间的压力直接影响焊接生产周期期间的缩锻形成速度，从而生产出具有希望的预定缩锻形成的惯性焊产品。

本发明说明的过程控制系统独特地扩展已知的缩锻控制技术。采用形成本发明的创新过程控制系统能使焊接过程产生带有任何缩锻目标的摩擦焊，而不仅仅是重复先有样本焊接的缩锻。这样，本发明允许精确控制并且以制成品的最终缩锻或者焊接零件的最终长度为目标。

本文说明的具体焊接控制技术是：

a.转矩调制和缩锻目标惯性焊过程，以及

b.压力调制和缩锻目标惯性焊过程。

每种这样的技术采用焊接靠模修改，其中焊接过程期间主轴减速时动态地为每个主轴速度值建立新的或修改的缩锻设定值。

本公开中详细说明的这些技术能形成操作员可对它规定最终缩锻的最终焊接产品。替代地，该缩锻目标技术可以在惯性焊中用来控制最终产品的长度。应用转矩调制缩锻目标技术或压力(负载)调制缩锻目标技术规定惯性焊过程中的最终产品长度，按如下根据焊接零件最终目标长度预先确定目标缩锻：目标缩锻＝工件1焊前长度+工件2焊前长度-焊接零件最终目标长度。

可以在另一台机器上预先测量工件1和2的组合长度，并且可以通过许多技术上已知的标准通信链路中的任何链路把测量传送到摩擦焊机控制器上。替代地，用户可以人工地把信息输入到CPU接口中。也可以在焊接周期期间动态地测量工件1和2的组合长度。

一旦研究下面的对本公开的示范实施例的详细说明业内人士会清楚本公开的其它特征。

附图说明

本详细说明具体地参照各附图，附图中：

图1是自然示出依据本公开的一实施例的焊接系统的正视图；

图1A是本发明的过程控制示意图；

图2说明图1焊接系统的组成部分；

图3根据和通过惯性摩擦焊接形成惯性样本焊相关的数据对照水平轴上表示的时间在垂直轴上示出转矩驱动命令、主轴角速度、缩锻和压力，并且还示出依据本公开的一实施例的惯性样本焊的各个阶段；

图4是流程图，说明一种在形成图3的惯性样本焊期间把零件焊到一起的方法的各个步骤，并且说明一种依据本公开的一实施例的根据形成图3的惯性样本焊期间得到的数据利用固定焊接速度算法把生产零件焊到一起的方法的各个步骤；

图5根据和按照本公开的一实施例的采用固定焊接速度算法下通过惯性摩擦焊形成三种转矩调制和缩锻目标生产惯性焊相关的数据，对照水平轴上表示的时间在垂直轴上示出主轴转矩驱动命令、主轴角速度、缩锻和压力。该图说明一种依据本公开的一实施例的在和图3示出的方法计算出的预先确定的靠模结合下把生产零件惯性焊到一起的方法的各个步骤。

图6根据和依照本公开的一实施例的采用固定焊接速度算法下通过惯性摩擦焊形成三种压力调制和缩锻目标生产惯性焊相关的数据，对照水平轴上表示的时间在垂直轴上示出主轴转矩驱动命令、主轴角速度、缩锻和压力。该图说明一种依据本公开的一实施例的在和图3示出的方法计算出的预定确定的靠模结合下把生产零件惯性焊到一起的方法的各个步骤；

图7是流程图，说明一种在形成图3的惯性样本焊期间把零件焊到一起的方法的各个步骤，并且说明一种依据本公开的一实施例的根据形成图3的惯性样本焊期间得到的数据利用可变焊接速度算法把生产零件焊到一起的方法的各个步骤；

图8根据和按照本公开的一实施例的采用可变焊接速度算法下通过惯性摩擦焊形成三种转矩调制和缩锻目标生产惯性焊相关的数据，对照水平轴上表示的时间在垂直轴上示出主轴转矩驱动命令、主轴角速度、缩锻和压力。该图说明一种依据本公开的一实施例的在和图3示出的方法计算出的预先确定的靠模结合下把生产零件惯性焊到一起的方法的各个步骤；以及

图9根据和按照本公开的一实施例的采用可变焊接速度算法下通过惯性摩擦焊形成三种压力调制和缩锻目标生产惯性焊相关的数据，对照水平轴上表示的时间在垂直轴上示出主轴转矩驱动命令、主轴角速度、缩锻和压力。该图说明一种依据本公开的一实施例的在和图3示出的方法计算出的预先确定的靠模结合下把生产零件焊到一起的方法的各个步骤。

具体实施方式

尽管本公开容许不同形式下的实施例，在附图示出并且在文中详细说明各实施例，但应理解本说明看成是本公开的原理的举例并且不把本公开限制在下面的说明中描述的或者附图中示出的结构细节、组成部分的数量和布局上。

图1在摩擦焊机12的形式下说明焊接系统10。摩擦焊机12包括头架部分14和尾架部分16，其中头架部分14包括带有用于和第一工件或零件22啮合的转动夹盘20的主轴18。诸如电动机的驱动器24配置成对主轴18施加转矩以便通过来自运动控制器36(图2)的命令转动该主轴。主轴18可能装着补充的质量，例如飞轮，以增加转动主轴的转动惯量。

尾架部分16包括用于啮合第二工件或零件28的不转动夹盘26。尾架部分16安装在滑座30上，其中滑动致动器32使不转动夹盘26朝着转动夹盘20滑动。由于转动夹盘20和不转动夹盘26分别啮合第一零件22和第二零件28，如会讨论那样焊接周期期间第一零件22和第二零件28彼此接触。

转到图2，该焊接系统10是以简图形式示出的，其进而包括：驱动器24，中央处理器(CPU)34，运动控制器36，滑动编码器38，速度测量器40，逻辑控制器42，滑座30，滑座致动器32，滑动方向阀44，压力控制阀46，压力变换器48，泵50和油箱52。

CPU 34提供对操作员的接口以便输入和存储焊接参数，它还把焊接参数通信到逻辑控制器42。CPU 34还从逻辑控制器42读焊接数据，提供对操作员显示焊接数据的接口并且存储焊接数据。驱动器24施加转矩以便加速、减速或保持主轴18的转动速度。滑动编码器38测量滑座30(相对于缩锻的)直线位置并且对运动控制器36发信号，其中运动控制器36代表从逻辑控制器42接收和滑座位置有关的命令并且把这些命令转换成向移动滑座30的滑座致动器32发出的命令。

滑座致动器32可以由液压缸构成，尽管也可以使用任何适当的能提供力的部件。为此，滑座致动器32和由油箱52、油泵50、滑动方向阀44、压力控制阀46和压力变换器48组成的液压系统连接。逻辑控制器42通过滑动方向阀44控制滑座致动器32。压力变换器48和逻辑控制器42连接以提供压力反馈信号，从而逻辑控制器42可以命令压力控制阀46控制滑座致动器32的液压缸中的压力并且由此提供必要的轴向力。运动控制器36具有监视压力变换器48提供的压力反馈信号的能力从而实时地调整发给压力控制阀46的压力命令。

速度测量器40测量主轴18的转速并对运动控制器36发信号，其中运动控制器36代表从逻辑控制器42接收有关主轴速度的命令的智能并且把这些命令转换成发给驱动器24的命令。运动控制器36具有监视速度测量器40提供的主轴速度信息的能力从而实时地调整驱动器24的转矩输出。逻辑控制器42根据CPU 34提供的焊接参数控制焊接系统10以及摩擦焊机12的功能和顺序。可以以任何适当的方式编写CPU 34和逻辑控制器42的源代码。

CPU 34操作上和逻辑控制器42连接，后者操作上和运动控制器36连接。运动控制器36操作上和驱动器24连接以便命令驱动器24转动主轴18。运动控制器36操作上还和滑动方向阀44连接，该方向阀操作上和滑座致动器32连接以便移动滑座30。滑动编码器38在形成焊接期间按设定的时间间隔测量滑座30移动时的直线位置，而速度测量器40测量主轴18的速度。相应地，滑动编码器38和速度测量器40操作上和运动控制器36连接，以使运动控制器36在不同的惯性焊阶段，例如加速阶段、脱开阶段、推进阶段、减速阶段和焊接冷却阶段，分析主轴角速度和滑座位置。

如技术上已知那样，由于驱动转矩会轻微延迟超出以时间为基的分辨率，在正常工作的机器中主轴驱动转矩命令和主轴驱动转矩大致相等。另外，由于压力正比于液压缸中的力，压力反馈和压力命令都和施加的使零件对的二个会合面受载的力相关。此外，焊接形成期间造成的缩锻等于把零件摩擦焊到一起时二个零件的组合长度的损失。零缩锻位置是滑座在最大焊接负载下使二个零件的二个会合面按零缩锻形成彼此接触的位置。最终缩锻位置定义为滑座在最大焊接负载下使二个零件按最终形成的缩锻焊在一起的位置。由此，最终缩锻等于滑座在零缩锻位置和最终缩锻位置之间的位移。本文中使用的长度指的是例如沿着滑座移动的方向即对滑座施加力的方向测量的零件的长度。此外，尽管主轴转动在物理学中的术语是主轴角速度；该术语，主轴速度，典型地用作为摩擦焊参数中的标准术语。2004年8月24日申请的共同待决美国10/924,633号专利申请涉及转矩调制情况下用于摩擦焊周期的靠模的形成，该申请收录作为参考。靠模是样本焊的缩锻对速度的模型，它基于在样本焊周期的减速阶段期间采集的实际焊接数据。

参照图3，图3图形示出惯性样本焊54的形成，其中水平轴表示时间而垂直轴代表惯性样本焊54形成期间的各种测量值和系统命令。为了形成惯性样本焊54，操作员首先输入定义惯性样本周期56的焊接参数。接着操作员通过使第一样本工件22和与主轴18(图1)连接的转动夹盘20(图1)啮合并使第二样本零件28和与滑座30(图1)连接的不转动夹盘26(图1)啮合，装上一对样本零件22、28(图1)。操作员发出启动惯性样本周期56的启动命令58。

运动控制器36(图2)向驱动器24(图2)发出转矩命令60以便加速转动主轴，其中图3中的迹线“A”代表驱动器24对主轴18施加的转矩。初始静止的主轴18开始加速阶段期间的初始转动62，其中图3中的迹线“B”代表惯性样本焊54形成期间主轴18的速度。当达到预定的脱开速度66时对主轴18施加的转矩命令60下降到零转矩电平64。在该脱开阶段，主轴18不受驱动器24的影响自由转动。这样，按焊接系统10中固有的惯性损失和摩擦损失决定的速率，主轴18减速转动。

一旦主轴18自然减速到预置焊接速度68，运动控制器36命令滑座致动器32(图2)移动滑座30(图2)以使二个样本零件22、28相对的会合面接触。当滑座30把二个样本零件22、28的会合面移动到一起时在初始缩锻迹线70中示出该接触，其中图3中的迹线“C”代表惯性样本周期56期间形成的缩锻。在样本零件22、28的会合面初始接触时，运动控制器36和滑动编码器38(图2)建立零缩锻位置72。

样本零件22、28接触期间，压力达到焊接压力74，其中图3中的迹线“D”代表样本零件22、28之间的压力。仍在此刻，驱动器24可能在推进阶段对主轴18施加零转矩67。替代地，此刻驱动器24可能施加固定正转矩78或固定负转矩80，从而分别提高或减小惯性样本焊54中消耗的能量。

由于二个样本零件22、28之间的摩擦焊转矩，样本零件22、28的会合面的接触把转矩负载加在主轴18上。减速阶段82期间，该接触造成主轴18的转动减速84并最终达到零速度86。供选地，在预先确定的“缩锻速度”上，该焊接系统10可以把二个样本零件22、28上的负载加大到“缩锻压力”(未示出)。

在惯形样本焊54的形成期间，主轴18的零件接触减速82期间形成的缩锻是不控制的并且受到焊接的自然特征，例如材料冶金、几何条件等的影响。一旦主轴18达到零速度86，驱动器24命令对主轴18的零转矩18。在零速度86下，启动按预定时段保持焊接压力92(或缩锻压力)的保压冷却阶段90。保压冷却阶段90期间，缩锻88可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后，可以在保压冷却阶段90结束时确定最终缩锻位置94。可以根据零缩锻位置72和最终缩锻位置94之间的差计算惯性样本焊54的总缩锻96。因此，总缩锻96代表惯性样本周期56期间缩锻形成引起的滑座30的位移。

转到图4并且参照图3，图中一个流程图说明用来形成惯性样本焊54的惯性样本周期56的各个步骤。如所示，操作员首先输入定义惯性样本周期56的焊接参数。接着操作员通过使第一样本零件和与主轴18连接的转动夹盘20啮合并且使第二样本零件28和不转动夹盘26啮合，装上样本零件对22、28。然后操作员发出启动命令58以便启动惯性样本周期56。

接着主轴18加速转动达到脱开速度66，此后驱动器24对主轴18施加零转矩。接着主轴18自然减速到预置焊接速度68，此时运动控制器36命令滑座致动器移动滑座30以使二个样本零件22、28的相对会合面接触，其中当样本零件28和样本零件22接触时样本零件22、28具有组合长度98。样本零件22、28的会合面初始接触时，运动控制器36和滑动编码器38建立零缩锻位置72。

惯性样本周期56的减速阶段82期间，由于二个样本零件22、28之间的摩擦焊转矩，样本零件22、28的会合面的接触在主轴18上施加转矩负载。样本零件22、28的惯性摩擦焊接造成样本零件22的转动减速、样本零件28朝向样本零件22的移动以及减小组合长度98的缩锻88的形成。该接触造成主轴18的最终会达到零速度86的减速84。在保压冷却阶段90结束时，可以根据零缩锻位置72和最终缩锻位置94之间的差计算惯性样本周期56的总缩锻96。从而，惯性样本焊54的形成造成把样本零件22、28的组合长度98减小到最终焊接长度100的缩锻88的形成。

在执行惯性样本周期56的同时，焊接系统10收集减速阶段82期间82和主轴18的转动减速以及和滑座30的移动相关的焊接数据112。数据112可以用来表征主轴18和样本零件22的转动减速、滑座30和样本零件28的轴移动以及惯性样本周期56的零件接触减速阶段82期间形成的缩锻88，以供在随后的生产焊中焊接特定的零件。因此，采集数据112包括样本焊54的形成期间在不同的时间瞬刻测量主轴18的转速。另外，采集数据112包括样本焊54的形成期间在不同的时间瞬刻测量滑座30的位置，其中滑座位置和移动与样本零件22、28经历的缩锻形成88关联。样本惯性焊54的零件接触减速阶段82期间形成的缩锻88是不控制的，从而遭受一些固有的和不可预测的变化。但是，可以分析惯性样本周期56期间采集的焊接数据112以确定从样本零件22、28的会合面接触到主轴18的零速度86的时间内，即零件接触减速阶段82的各瞬刻的确切缩锻88以及主轴18的速度。

惯性样本焊接54的形成期间，焊接系统10按特定时间间隔测量和存储焊接数据112。作为计算缩锻88一主轴速度靠模114的基础保存焊接数据112。典型地在整个焊接周期期间测量焊接数据112，但惯性样本周期56的零件接触减速阶段82期间的测量是关键性的。另外，还可以和焊接数据112一起测量并存储推进压力。样本惯性焊54形成期间，通过逻辑控制器42采集并暂时存储焊接数据112。

当完成惯性样本焊周期56时，CPU 34从逻辑控制器42读焊接数据，向操作员显示结果并且存储焊接数据112的完整记录。测量的和存储的焊接数据112可以为任何适当的形式，这种形式可以接着用来形成随后的要求其具有和惯性摩擦样本焊54的零件接触减速阶段82期间测到的缩锻-主轴速度关系特性相同的特性的生产焊接。

在该示出的流程图中，利用焊接数据112计算靠模114。焊接数据112包括作为时间函数的主轴18的速度，这可以用二个离散数组表示，一个为主轴速度数组另一个为测量主轴速度的相关时间值数组。由此，焊接数据112可以表示作为时间的函数的主轴18的转动减速。用来计算靠模114的焊接数据112还包括用二个离散数组表示的作为时间的函数的滑座30的位置，其中一个数组是滑座位置而另一个关联的数组是测量滑座位置的时间值数组。由此，焊接数据112可以表示作为时间的函数的滑座30的移动。焊接数据112还可以包括零缩锻位置72，从而可以从滑座位置数据计算缩锻88的形成。

把焊接数据112编译成靠模114，其中靠模114是样本焊54形成期间作为主轴18的转速的函数的样本焊54的缩锻88形成关系的计算模型。接着，在随后的生产惯性焊的零件接触减速阶段82期间该靠模充当控制缩锻形成的基础，以对任何给定的主轴速度规定缩锻形成量115从而达到规定的缩锻形成量115。

在本公开中，靠模114是通过一个提供缩锻设定值116的查找表表示的，这些设定值116代表样本惯性周期56的零件接触减速阶段82期间作为主轴速度的函数对缩锻形成88的不同测量。因此，对样本焊18形成期间各不同时间瞬刻上的缩锻形成88和主轴18转速减速关系的建模包括对任何给定的主轴速度值产生缩锻设定值116。换言之，靠模114是一个数组，其中数组的下标是速度因子而该数组中存储的值代表在对应主轴速度下测到的缩锻。这样，对于任何给定的主轴速度，可以为该主轴速度查找对应的缩锻设定值116。由此，靠模114是通过主轴18的速度编索引的。通过当前速度的浮点表示和主轴速度对索引的定标因子的浮点表示相乘并且对结果舍入产生整数索引来计算索引。由于焊接数据112是通过数字采集速度采集的，焊接数据112必须内插以填充实际上未测量的数据样本以得到完整的靠模114的数组。

本发明说明的用于缩锻目标生产焊中的靠模是和2004年8月24日申请的共同待决美国专利申请10/924,633号中说明的用于采用转矩调制的缩锻控制生产焊中的靠模是相同的和可互换的。这二种情况中以相同的方式和相同的格式采集并编译来自样本焊的数据。这样，一旦完成编译，靠模可以选用于其中把目标缩锻限制在样本焊的最终缩锻上的简单缩锻控制应用中以及选用于其中目标缩锻可以和样本焊的最终缩锻不同的缩锻目标应用中。

CPU 34从惯性样本焊54的数据编译出靠模114后，取下焊好的组件以便随后执行任何数量的生产焊。

转到图5的转矩调制和缩锻目标焊接系统并且参照图4，图5中图形示出依据本发明的一实施例的惯性生产焊118的形成并且图5中水平轴表示时间而垂直轴表示惯性生产焊118的形成期间的各种测量值和系统命令。为了形成惯性生产焊118，操作员首先规定定义惯性生产周期120的焊接参数，其中包括一对生产零件120、128要经受的缩锻形成规定量115。接着操作员通过使第一生产零件126和转动夹盘20(图1)啮合并使第二生产零件128和不转动夹盘(图1)啮合装上一对生产零件126、128(图1)。此外，接着选择靠模114(图4)。可以执行任何数量的惯性样本焊54(图3和4)并且来自这些惯性样本焊54的焊接数据112(图4)可以编译成各种样本靠模114并存储在CPU 34(图2)中。从可使用的靠模列表中选择最适应生产零件126、128的当前配置的靠模114。

惯性焊接中，用于任何给定材料和几何条件的基本输入能量必须产生足够的热以便塑化足够的材料从而能形成缩锻。由于缩锻的形成不在二个生产零件126、128初始接触后的一段时间内开始，必须确定一个规定何时启动缩锻控制的参数。可以以任何适当的方式开始该启动，例如通过开动速度参数或开动缩锻参数。开动速度参数是一个预先确定的主轴速度，其规定当主轴速度下降到低于该预定值时启动缩锻控制。开动缩锻参数定义成当缩锻增加到大于预先确定的缩锻值时启动缩锻控制。

如图5中图形地示出那样，在加速阶段以及开动速度参数或者开动缩锻参数触发缩锻控制阶段130启动之前，惯性生产周期120的周期特征和惯性样本周期56的特征相同。任何影响主轴18的减速速率在惯性生产焊118中是不能改变的，从而必须对样本惯性焊54重复。这些参数包括焊接速度、制动转矩、焊接压力、缩锻速度和缩锻压力。如果需要改变这些参数，必须进行新的样本惯性焊54并且处理和存储对应的靠模114。CPU 34根据上述操作员输入的参数以及选定的样本靠模114的特征计算任何其它所需的参数。从CPU 34对逻辑控制器42传送所有这些参数，包括缩锻-速度靠模114的各个数据。

回到图5，焊接系统10开始把生产零件对126、128焊到一起的惯性摩擦焊以形成惯性产品焊118。当操作员输入焊接参数例如缩锻形成规定量115并且第一生产零件126和第二生产零件128啮合后，接着操作员发出对惯性生产周期120的启动命令132。主轴18加速到脱开速度133并自然滑行到焊接速度134后，接着运动控制器36命令滑座致动器32移动滑座以使二个生产零件126、128相对的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有组合长度138。如前面在惯性样本周期56中说明那样，惯性生产周期120继续。由于本例中的焊接是转矩调制和缩锻目标惯性焊，当达到开动速度136或开动缩锻172时，启动缩锻控制阶段130。主轴18的转速下降，滑座向生产零件126移动并且缩锻140的形成缩短组合长度138。

应用任何缩锻控制技术的核心是确定缩锻误差。基于靠模的简单缩锻受控焊接的缩锻控制阶段期间，运动控制器36比较实际缩锻和靠模模型对当前的实际主轴速度规定的缩锻设定值以便产生误差信号。可以对缩锻设定值减去实际缩锻以产生如下的缩锻误差：

UpsetError(142)(t)＝ProfileUpsetSetpoint(116)(t)-UpsetActual(140)(t)(1)

当以此方式直接使用来自靠模的缩锻设定值时，成功实现缩锻控制技术会产生其中缩锻大致等于选定的靠模样本焊所达到的缩锻的惯性焊。为了生产其中缩锻形成115和惯性样本焊54的靠模114规定的缩锻形成88不同的惯性生产焊118，不能直接使用靠模114的任何给定速度下的缩锻设定值116。缩锻目标焊的惯性生产周期120期间，根据样本焊最终缩锻96和缩锻形成115的规定目标量之间的差修改来自靠模114的缩锻设定值116。必须动态地修改任何给定速度的来自靠模114的缩锻设定值116以产生修改的缩锻设定值144(图4)，后者会系统地改变生产焊118的实际缩锻形成并且生产出带有可能和惯性样本焊周期56期间形成的缩锻88不同的缩锻形成115规定量的惯性生产焊118。通过逻辑控制器42从靠模缩锻设定值116计算修改的缩锻设定值104，并且逻辑控制器42按下面的式(2)指出那样计算缩锻误差信号142。

Upset Error(142)(t)＝Modified Upset Setpoint(144)(Upset Setpoint(116)(t))-UpsetActual(140)(t)(2)

缩锻控制阶段130期间，运动控制器36比较惯性生产周期120期间的实际缩锻140和从靠模114对于主轴18的当前实际速度计算的修改的缩锻设定值144以便产生如图4的流程图中示出那样的缩锻误差信号142。本发明中，可以根据主轴的当前速度从靠模114的各个数组查找任何时刻的靠模缩锻设定值116。接着根据目标缩锻修改该靠模缩锻设定值。从该修改的缩锻设定值144减去缩锻控制阶段130期间出现的实际缩锻40以便如上面的式(2)指出那样产生缩锻误差信号142。

接着利用缩锻误差信号142产生调节操纵输入的命令信号，其中该操纵输入改变焊接过程10以便控制零件对126、128的缩锻形成140从而达到该规定的缩锻形成量115。由此，缩锻误差信号142可能改变或者控制操纵变量146的幅值。对生产零件126、128施加的调制输入146可能基于与主轴18的转动减速相关的和与滑座30的移动相关的数据和靠模114的比较。图5示出一个焊接过程例子，其中驱动电机对主轴施加的转矩是该为了控制缩锻调制的操纵变量。如果惯性生产焊周期120期间实际缩锻形成140在任何给定速度下小于修改的缩锻设定值114，驱动器24对主轴18施加正转矩150。如果惯性生产焊周期120期间缩锻形成140在任何给定速度下大于修改的缩锻设定值144，驱动器24对主轴18施加负转矩152。把缩锻误差信号142送入PID(比较积分微分)算法中产生转矩命令154(图4)以便补偿缩锻误差信号142。

用来根据当前缩锻误差信号142产生转矩命令信号154的闭环控制算法是在带有误差微分的标准数字位置无关PID算法中实现的。该用于惯性生产周期120的转矩命令154数学上按下面式(3)表示：

$\mathrm{Torque\; Command}\left(154\right)\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+K_i\underset{0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{edt}+K_d\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{BIAS}---\left(3\right)$

其中e(t)＝UpsetError(142)

K_p＝比例增益，由操作员输入

K_i＝积分增益，由操作员输入

K_d＝微分增益，由操作员输入

BIAS＝靠模制动转矩命令，由选定的靠模114规定

本公开还可以在压力调制和缩锻目标惯性生产焊周期120中应用。在此周期中，利用缩锻误差信号142调制施加到生产零件126、128上的输入。如指出那样，对生产零件126、128施加的调制输入146可以基于与主轴18的转动减速的数据和与滑座30的移动的数据和靠模114的比较。在一实施例中，图6示出一个焊接过程例子，其中在生产零件之间施加的压力是为控制缩锻调制的操纵变量。如果任何给定速度下形成的缩锻140小于修改的缩锻设定值144，滑座致动器32增大压力。如果任何给定速度下形成的实际缩锻140大于修改的缩锻设定值144，滑座致动器32减小压力。在此示出的例子中，把缩锻误差信号142送到PID(比例积分微分)算法中以产生和调制压力226或者(242，256)(图6)相关的压力命令154信号(图4)以便补偿缩锻误差信号142。

由于惯性焊系统10(图1)可能采用液压推进生成，如下面式(4)指出那样在带有误差微分的标准数字位置无关PID算法中实现压力调制缩锻控制。

$\mathrm{Pressure\; Command}\left(164\right)\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+K_i\underset{0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{edt}+K_d\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{BIAS}---\left(4\right)$

其中e(t)＝缩锻误差142

K_p＝比例增益，由操作员输入

K_i＝积分增益，由操作员输入

K_d＝微分增益，由操作员输入

BIAS＝靠模压力目标，由选定的靠模114规定

接着可以把该压力调制命令信号154输入到压力控制回路中以便控制压力。

为了动态地定出和选定的靠模114所定义的样本焊零件22、28的缩锻形成88不同的缩锻形成规定量115，必须在惯性生产焊118的减速期间对任何给定的主轴速度从靠模缩锻设定值116为该速度产生修改的缩锻设定值144。为了达到此，可以采用例如固定焊接速度算法或可变焊接速度算法或者其它算法从该选定的靠模计算修改的缩锻设定值。本讨论中给出的第一算法是固定焊接速度算法。如前面提到那样，用于任何给定材料和几何条件的基本输入能量必须产生足够的热以便塑化足够的能让缩锻发生的材料。把该概念应用到缩锻-速度关系上，可以如下面式(5)、(6)、(7)中说明那样得到会产生具有缩锻形成规定量115的惯性焊的缩锻误差信号142。

ΔUpset＝Target Upset 115-Sample Weld Upset 88(5)

令ω＝主轴角速度

K_u＝使用的总功能对可用于缩锻的功能的比

ω_b＝基本能量输入后即开始缩锻的主轴角速度

ω_z＝出现焊接粘附(seizure)时的主轴角速度，即标定零速度

K＝主轴速度-下标标定因子

ω_t＝开动主轴角速度

u_t＝开动缩锻

如果采用开动速度参数，一旦ω＞ω_t或者如果采用开动缩锻参数，当Upset 140(t)＞u_t，本公开的算法确定在形成缩锻中已经使用多少能量对缩锻可使用能量的比率。标定零速度参数ω_z定义可用于缩锻的能量的下限。包含标定零速度能使这些算法应对这样的应用，即其中存在一个和起始能量无关的主轴速度，当比该速度低时在焊接结束时存在固定的缩锻形成。在这些应用中，在生产焊期间当主轴从ω_b减速到ω_z时必须达到所有规定的ΔUpset。靠模焊中主轴速度达到ω_z后出现的缩锻会在生产焊的相同阶段期间重复。

由于缩锻和能量成正比，为了按如下计算给定主轴速度下的修改的缩锻设定值144，可以对缩锻形成中已使用的能量和缩锻可使用能量的比率乘上ΔU_pset并且和靠模缩锻设定值116相加

$K_U\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if\ω}\≥{\mathrm{\ω}}_b\\ \left(({{\mathrm{\ω}}_b}^2-\mathrm{\ω}{\left(t\right)}^2\right)/({{\mathrm{\ω}}_b}^2-{{\mathrm{\ω}}_z}^2)& \mathrm{if}{\mathrm{\ω}}_b>\mathrm{\ω}\≥{\mathrm{\ω}}_z\\ 1& \mathrm{if\ω}\≤{\mathrm{\ω}}_z\end{array}\right.---\left(6\right)$

i)因为K＝1/2Iω²

ii)其中K＝转动刚体的功能，以及

iii)I为转动惯量

Modified Upset Setpoint 144(t)＝Upset Setpoint116[kω(t)]+(K_U(t)*ΔUpset)(7)

Upset Error142(t)＝Modified Upset144(t)-Actual Upset 140(t)(8)

从而修改靠模114包括根据靠模114对主轴18当前速度的缩锻设定值116、最终靠模缩锻96以及缩锻形成规定量115，对生产零件对126、128在惯性摩擦焊期间的每个主轴速度下标产生修改的设定值144。计算生产零件对的惯性摩擦焊所产生的缩锻形成和从修改的靠模计算的缩锻设定值之间的差包括在该对生产零件的惯性摩擦焊期间的各个瞬刻比较该对生产零件的缩锻形成和该修改靠模的各个缩锻设定值。由此，在惯性生产焊118的形成期间对焊接过程10施加输入146。由此，在生产零件对126、128的惯性摩擦焊期间根据修改的靠模114调制施加到这对生产零件上的输入146以便控制这对生产零件126、128的缩锻形成140从而经受缩锻形成规定量115。

重新参照采用图5中示出的固定焊接速度算法的转矩调制和缩锻目标焊接，一旦出现会合面接触，建立零缩锻位置。另外，当出现该接触时可以把压力建立到焊接压力170。同时在此刻，驱动器24典型地继续对主轴18命令零转矩166。替代地，此刻驱动器24可以根据靠模114的制动转矩施加正的或负的转矩从而分别增加或减少惯性生产焊118中消耗的能量。由于二个零件126、128之间的摩擦焊转矩，会合面的接触对主轴18施加转矩负载。这造成主轴18在整个惯性生产周期120中减速。

由于该惯性生产焊118是转矩调制和缩锻目标惯性焊，可以规定生产零件126、128要经受的缩锻。当达到开动缩锻172或开动速度136时启动缩锻控制阶段130。图5示出三种可能的目标缩锻形成的例子，即额定缩锻[ΔUpset＝0]，减小缩锻[ΔUpset＜0]和增大缩锻[ΔUpset＞0]。所有三个例子是在靠模制动转矩为零下示出的。

在额定缩锻例子中，逻辑控制器42启动经运动控制器36的对施加到主轴18上的驱动转矩148的调制以使焊接过程中的实际缩锻和修改的缩锻设定值144匹配。为此，响应缩锻误差142(图4)，逻辑控制器42提供发给驱动器24的转矩命令154(图4)。当和惯性样本周期56相比目标缩锻为零改变时，转矩调制的行为可以像美国专利申请10/924,633号中用于惯性生产周期120的转矩调制那样。由此，缩锻140典型地会追随重复惯性样本周期56(图3)期间所遭受的缩锻88(图3)的额定缩锻174。主轴减速会典型地追随额定减速176或者惯性样本周期56的减速84(图3)。

在该减速176期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻174并且调制对主轴18施加的驱动转矩148以便如驱动转矩148的正弦振荡指示那样试图匹配修改的缩锻设定值144和实际缩锻174。一旦主轴18处于零速度178，驱动器24要求对主轴18的零转矩167。在零速度178下，启动保压冷却阶段180，在此阶段按预先确定的时间保持焊接压力170(或缩锻压力)，在此期间缩锻174可能继续增加。滑座32停止向主轴18的移动后在保压冷却阶段180结束时确定最终缩锻位置182。可以根据零缩锻位置168和最终缩锻位置182之间的差计算惯性生产焊118的最终缩锻184。最终缩锻184和惯性生产焊周期120期间缩锻174造成的滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻174以达到缩锻形成规定量115。

仍参照图5，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成小于选定靠模114的缩锻形成的转矩调制和缩锻目标惯性焊时，当达到开动缩锻172或开动速度136时启时缩锻控制阶段130。在该减小缩锻例子中，逻辑控制器42根据缩锻误差142(图4)提供转矩命令154(图4)，这启动通过运动控制器36调制对主轴18施加的负转矩，以便随焊接过程中匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。驱动器24对主轴18提供负转矩152，从而因此从惯性生产焊118转移能量。由于较少的能量进入惯性生产焊118，缩锻控制阶段130期间经历的实际缩锻186会小于额定缩锻174或者惯性样本焊周期56(图3)期间经历的缩锻88。由于用负转矩152驱动主轴18，主轴减速188会更快地发生并且低于额定减速176或样本减速84(图3)。

在该减速188期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻186并且调制驱动转矩152，以便如驱动转矩152的正弦振荡指示那样试图匹配修改的缩锻设定值144和实际缩锻186。由于由操作员输入的缩锻形成规定量115定义的缩锻186的目标要小于和靠模114关联的缩锻88，转矩命令152会趋于保持是负的。一旦主轴18处于在额定缩锻受控焊接的零速度178之前出现的零速度190，驱动器24命令对主轴18的零转矩167。在零速度190下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力170(或缩锻压力)的保压冷却阶段192，在此期间缩锻186可能继续增加。滑座32停止向主轴18移动后在保压冷却阶段192结束时确定最终缩锻位置194。可以根据零缩锻位置168和最终缩锻位置194之间的差计算该产品焊的最终缩锻196。因此，最终缩锻196和惯性生产周期120期间缩锻形成186造成的滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻186以达到缩锻形成规定量115。

仍参照图5，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成大于选定靠模的缩锻形成的转矩调制和缩锻目标惯性焊时，当达到开动缩锻172或开动速度136时启动缩锻控制阶段130。在该增大缩锻例子中，逻辑控制器42响应缩锻误差142(图4)提供转矩命令154(图4)，这启动通过运动控制器36调制对主轴18施加的正转矩，以便随焊接过程的进展匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。驱动器24对主轴18提供正转矩150，从而增加惯性生产焊118中消耗的能量。由于更多的能量进入惯性生产焊118，调制阶段130期间经历的缩锻198会大于额定缩锻174或者惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻88。由于用正转矩150驱动主轴18，主轴减速200会更慢地发生并且高于额定减速176或样本减速84(图3)。

在该减速200期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻198并且调制驱动转矩150，以便试图匹配如驱动转矩150的正弦振荡指示那样的实际缩锻198和修改的缩锻设定值144。由于由操作员输入的缩锻形成规定量115定义的缩锻198的目标要大于和靠模114关联的缩锻70，施加转矩150会趋于保持是正的。一旦主轴18处于在额定缩锻受控焊接的零速度178之后出现的零速度204，驱动器24命令对主轴18的零转矩167。在零速度202下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力170(或缩锻压力)的保压冷却阶段202，在此期间缩锻198可能继续增加。滑座32停止向主轴18移动后在保压冷却阶段204结束时确定最终缩锻位置206。可以根据零缩锻位置168和最终缩锻位置206之间的差计算该产品焊的最终缩锻208。因此，最终缩锻208和惯性生产周期120期间缩锻形成198造成的滑座30的位移相关。从而惯性生产周期120控制缩锻198以达到缩锻形成规定量115。

上面连同形成生产惯性焊118一起说明的方法可以随后予以重复以便批量地把任何数量的生产零件焊到一起。

参照图6，焊接系统10开始把一对生产零件126、128(图1)焊到一起的惯性摩擦焊以便形成惯性生产焊118，其中本公开实施例中的固定焊接速度算法调制惯性生产周期120期间的压力。当操作员输入焊接参数例如缩锻形成规定量115后，接着操作员发出对惯性生产周期120的启动命令210。该惯性焊周期开始并且如前面在惯性样本周期56中说明那样进行。

一旦主轴18加速到脱开速度211并把驱动转矩214置成为零，主轴18不受驱动器24的影响地自由转动，并且按取决于系统10中固有的惯性和摩擦损耗的速率减速。一旦主轴18自然减速到焊接速度212，系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使二个生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有组合长度138。该接触造成主轴18的减速、滑座30的移动以及当滑座30把二个生产零件126、128的会合面移到一起时形成缩锻218。一旦出现会合面的接触，建立零缩锻位置220。另外，当出现该接触时可以把轴向压力建立到焊接压力222上。同样在此刻，驱动器24典型地继续命令对主轴18的零转矩214。替代地，此刻驱动器24可以根据靠模114的制动转矩施加正的或负的转矩(未示出)从而分别增加或减少进入惯性生产焊118中的能量。

由于二个生产零件126、128之间的摩擦焊转矩，二个会合面的接触对主轴18施加转矩负载。这造成在整个惯性生产周期120中主轴18减速。在预定的“缩锻速度”下，焊接系统10可以加大二个生产零件126、128上的轴向负载，从而提高“缩锻压力”(未示出)。

由于该例中惯性生产焊118是压力调制和缩锻目标惯性焊，当达到开动缩锻224或开动速度216时启动缩锻控制阶段158。图6说明目标缩锻形成的三种可能的例子，即额定缩锻[ΔUpset＝0]，减小缩锻[ΔUpset＜0]和增大缩锻[ΔUpset＞0]。这些例子是在靠模制动转矩为零下示出的。

在额定缩锻例子中，逻辑控制器42启动对施加到滑座30上的压力226的调制，以便随着焊接过程的进展使实际缩锻和修改的缩锻设定值144匹配。为此，逻辑控制器42响应缩锻误差142(图4)提供控制对滑座30施加的压力226的压力命令154(图4)。由于目标缩锻为零改变，和惯性样本周期56相对比，缩锻218典型地会追随额定缩锻228或惯性样本焊周期56(图3)的缩锻，而主轴减速典型地会追随额定减速230或样本惯性焊54(图3)的减速84。

在该减速230期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻228并且调制轴向压力，以便试图匹配如轴向压力226的正弦振荡指示那样的实际缩锻228和修改的缩锻设定值144。一旦主轴18处于零速度232，驱动器24命令对主轴18的零转矩215。在零速度232下，启动其中按预定的时间保持焊接压力222(或缩锻压力)的保压冷却阶段234，在此期间缩锻228可能继续增加。滑座32停止向主轴18移动后在保压冷却阶段234结束时确定最终缩锻位置236。可以根据零缩锻位置220和最终缩锻位置236之间的差计算惯性生产焊118的最终缩锻240。最终缩锻240和惯性生产焊周期120期间缩锻228造成的滑座30的移动相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻228以达到缩锻形成规定量115。

仍参照图6，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成小于选定靠模114的缩锻形成的压力调制和缩锻目标惯性焊时，当达到开动缩锻224或开动速度216时启动缩锻控制阶段158。在该减小缩锻例子中，逻辑控制器42根据缩锻误差信号142(图4)提供压力命令154(图4)，这启动通过减小对滑座30施加的压力242调制压力，以便随焊接过程的进展匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。该减小的压力242在相应减小摩擦力下减小作用在零件上的额定力，这减小二个接触的生产零件126、128上的净转矩。该可以以轴向压力为形式的减小的压力242控制惯性生产焊118中的能量转换速度。其结果是，缩锻244会比额定缩锻228或惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻88小。由于减小的压力242减小生产零件126、128上的焊接转矩，主轴减速246会较慢地发生并且它高于额定减速230或样本减速84(图3)。

在该减速246期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻244并且调制压力，以便试图匹配如减小的压力242的正弦振荡指示那样的实际缩锻244和修改的缩锻设定值144。但是由于操作员输入的缩锻形成规定量115定义的缩锻244的目标比靠模114小，该减小的压力242会趋于保持比额定压力226小。一旦主轴18处于在额定缩锻受控焊接的零速度232之后出现的零速度248，驱动器24命令对主轴18的零转矩215。在零速度248下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力222(或缩锻压力)的保压冷却阶段250，在此期间缩锻228可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段250结束时确定最终缩锻位置252。可以根据零缩锻位置220和最终缩锻位置252之间的差计算该产品焊的最终缩锻254。因此，最终缩锻254和惯性生产周期120期间缩锻形成244造成的滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻244以达到缩锻形成规定量115。

再参照图6，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成大于选定靠模的缩锻形成的压力调制和缩锻目标惯性焊时，当达到开动缩锻224或开动速度216时启动缩锻控制阶段158。在该增大缩锻例子中，逻辑控制器42响应缩锻误差信号142(图4)提供通过增大对滑座(30)施加的压力启动压力256的调制的压力命令154(图4)以得到缩锻形成规定量115。该增大的压力256在相应增大摩擦力下加大作用在零件上的额定力，这增大二个接触的生产零件126、128上的焊接转矩。其结果是，缩锻258会比额定缩锻228或惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻88大。由于增大的轴向压力增大生产零件126、128上的焊接转矩，主轴减速260会更快地发生并且它低于额定减速230或惯性样本周期56(图3)的减速84。

在该减速260期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻258并且调制压力，以便试图匹配如前面说明和增大的压力256的正弦振荡指示那样的实际缩锻258和修改的缩锻设定值144。但是由于操作员输入的缩锻形成规定量115定义的缩锻258的目标比靠模114大，该增大的压力256会趋于保持比额力压力大。一旦主轴18处于在额定焊接中的零速度232之前出现的零速度262，驱动器24命令对主轴18的零转矩215。在零速度262下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力222(或缩锻压力)的保压冷却阶段264，在此期间缩锻258可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段264结束时确定最终缩锻位置266。可以根据零缩锻位置220和最终缩锻位置266之间的差计算产品焊的最终缩锻268。因此，最终缩锻268和惯性生产周期120期间缩锻形成258造成的滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻258以达到缩锻形成规定量115。

上面连同形成生产惯性焊118一起说明的方法可以接着予以重复以便批量地把任何数量的生产零件焊到一起。

由于样本焊和生产焊都是从相同的初始能量启动，本公开的固定焊接速度算法依赖于在考虑到生产焊和样本焊之间的缩锻形成差异下对焊接系统提供或去掉必需的能量的缩锻控制技术。本公开的可变焊接速度算法估计为达到目标缩锻所要求的能量的不同。接着该系统10修改生产焊的焊接速度以体现这种能量差。

采用可变速度算法下，由于初始能量更加接近达到缩锻形成规定量所需的能量，缩锻控制技术的贡献比采用固定焊接速度算法时所需的贡献小。一种算法都采取在给出当前实际主轴速度情况下查找靠模的缩锻设定值，并且接着以会在缩锻形成目标量下完成生产焊的方式动态修改靠模设定值。采用可变焊接速度算法时，为了能在给出当前速度下查找靠模缩锻设定值，必须建立生产焊中的当前速度和样本焊中的对应速度之间的关系。另外，必须建立样本焊缩锻设定值和动态生产焊缩锻设定值之间的关系。

如果在相同的惯性但起始能量(和焊接速度平方成正比)不同的情况下完成多个不缩锻的受控焊接，可以利用缩锻和能量之间的线性关系对形成的结果缩锻建模。操作员可以预先确定和规定该关系，从而逻辑控制器可以按如下根据缩锻形成的目标量估计起始能量并调整生产焊的焊接速度：

给定

ii)KE＝1/2Iω²

ii)其中KE＝转动刚体的功能，以及

iii)I是转动惯量，以及

iv)Upset(缩锻)∝焊接速度下的KE，令

U_K＝ΔUpset对Δ(ω²)的比例系数

ω_wp＝样本(靠模)焊的焊接速度

ω_wu＝生产(目标缩锻)焊的焊接速度，从而，

(ω_wu ²-ω_wp ²)U_K+ProfileFinalUpset＝Target Upset

以及

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wu}}=\sqrt{\frac{T\arg \mathrm{et\; Upset}-\mathrm{ProfileFinalUpset}}{U_K}+{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wp}}}^2}---\left(9\right)$

可变焊接速度算法目的之一是调整焊接速度，从而如果在不带有缩锻控制地执行生产焊情况下得到的缩锻会自然地比选定靠模规定的缩锻更接近目标缩锻。这使应用缩锻控制技术时所需的修正和调整为最小。上面式(9)中描述的能量和缩锻之间的经验线性关系仅是一种根据靠模最终缩锻和目标缩锻之间的差估计所需焊接速度的可能方法。可以利用其它过程根据目标缩锻估计起始能量并调整焊接速度。

一旦启动惯性焊周期，在不存在任何缩锻控制技术下缩锻形成仍然会是焊接进程的无控结果，从而零件最终长度的精度随缩锻固有变化性变化。但是，通过和对靠模的动态改变组合下采用缩锻控制技术，则在主轴减速期间缩锻形成可以是有目标的和受控的。这可以按如下完成：

令

ω_bp＝基本能量输入后，即样本(靠模)焊接中开始缩锻形成的主轴速度，

ω_bu＝基本能量输入后，即生产(缩锻目标)焊中开始缩锻形成的主轴速度，

ω_tp＝用于样本(靠模)焊的开动主轴角速度，

ω_tu＝用于生产(缩锻目标)焊的开动主轴角速度，

U_t＝开动缩锻参数，

ω_u＝生产(缩锻目标)焊的主轴角速度

ω_p＝样本(靠模)焊的主轴角速度，

ω_z＝发生焊接粘附时的主轴角速度，即标定零速度，

K_U＝使用的总功能和缩锻形成可使用功能的比，

k＝用于样本(靠模)焊的主轴速度下标标定因子

试验地从靠模数据确定基本能量输入后的主轴角速度ω_bp。使样本焊和生产焊二者的从焊接速度到基本能量输入速度的能量差相等产生：

$(\frac{1}{2}{{\mathrm{I\ω}}_{\mathrm{wp}}}^2-\frac{1}{2}{{\mathrm{I\ω}}_{\mathrm{bp}}}^2)=(\frac{1}{2}{{\mathrm{I\ω}}_{\mathrm{wu}}}^2-\frac{1}{2}{{\mathrm{I\ω}}_{\mathrm{bu}}}^2)---\left(10\right)$

重新排列式(10)并解出ω_bu

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bu}}=\sqrt{{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wu}}}^2-{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wp}}}^2+{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bp}}}^2}---\left(11\right)$

该计算建立样本焊和生产焊的主轴速度之间的关系。如果该结果是不确定的，则不存在启动缩锻形成的足够能量并且不会出现缩锻目标生产焊。

类似地，如果采用开动速度参数，可以通过使样本焊和生产焊二者的焊接速度和开动速度之间的能量差相等计算用于缩锻受控生产焊的相应开动速度参数。这产生：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{tu}}=\sqrt{{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wu}}}^2-{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wp}}}^2+{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{tp}}}^2}---\left(12\right)$

这建立样本焊和缩锻目标生产焊之间的关系。如果该结果是不确定的，则不存在启动缩锻形成的足够能量并且不会出现缩锻目标生产焊。

生产焊中的任何给定速度和样本焊中的对应速度之间的关系是通过按缩锻形成能得到的百分比能量使样本焊和生产焊消耗的能量相等建立的。只是在启动适当缩锻控制技术的缩锻控制阶段之后才应用这一点。正如固定接速度算法中讨论那样，标定零速度参数ω_z定义可用于缩锻的能量的下限。

$\frac{{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bu}}}^2-{\mathrm{\ω}}_u{\left(t\right)}^2}{({{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bu}}}^2-{\mathrm{\ω}}_z^2)}=\frac{{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bp}}}^2-{\mathrm{\ω}}_p{\left(t\right)}^2}{({{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bp}}}^2-{\mathrm{\ω}}_z^2)}---\left(13\right)$

重新排列式(13)并解出ω_p(t)得到

${\mathrm{\ω}}_p\left(t\right)=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}_u{\left(t\right)}^2({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bp}}^2-{\mathrm{\ω}}_z^2)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bu}}^2{\mathrm{\ω}}_z^2-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bp}}^2{\mathrm{\ω}}_z^2}{({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bu}}^2-{\mathrm{\ω}}_z^2)}}---\left(14\right)$

这使得能从和缩锻目标生产焊对应的速度查找以和样本焊对应的速度为索引(下标)的靠模缩锻设定值。这样，可以按如下根据缩锻形成目标量在缩锻可使用的能量消耗给定水平下利用样本焊中产生的总缩锻比例计算修改的缩锻设定值：

对于主轴角速度，ω_b＞ω＞ω_z

$\mathrm{ModifiedUpsetSP}144\left(t\right)=\left(\frac{\mathrm{ProfileUpset}116\left[{\mathrm{k\ω}}_p\left(t\right)\right]}{\mathrm{ProfileUpset}116@{\mathrm{\ω}}_z}\right)(\mathrm{\ΔUpset}+\mathrm{ProfileUpset}116@{\mathrm{\ω}}_z)---\left(15\right)$

对于主轴角速度，ω≤ω_z

Modi fied Upset SP 144(t)＝Upset Setpoint 116[kω_p(t)]+ΔUpset(16)

以及

Upset Error 142(t)＝Modified Upset SP144(t)-UpsetActual(t)(17)

接着可以把该得到的缩锻误差信号142送入适当的用于缩锻目标生产焊的PID回路。

转到图7，图中说明用于形成惯性样本焊54的惯性样本周期56的各个步骤，它们遵循前面讨论的进程。如所示，系统10(图1)为编译好的数据112计算靠模以便如前面讨论那样从靠模114产生未修改的缩锻设定值116。但是，在本公开的可变焊接速度算法下，该流程图还说明为生产惯性缩锻目标生产焊118的惯性生产焊120中涉及的步骤。

在启动惯性生产焊周期120之前，操作员规定包括着缩锻形成规定量115的参数并且装上生产零件126、128以在可变焊接速度算法下加工。接着操作员选择适当的靠模114。一旦选择靠模114，逻辑控制器42计算为达到该缩锻形成规定量所需的估计的起始能量270。该起始能量为该惯性生产焊周期定义脱开速度和焊接速度。

参照图8，焊接系统10(图1)开始把生产零件对126、128(图1)焊到一起的惯性摩擦焊以形成其中本公开的可变焊接速度算法在惯性生产焊周期120期间调制转矩的惯性生产焊118。在操作员输入例如缩锻形成规定量115的参数(图7)后，操作员接着发出起动命令272。焊接系统10(图1)开始把一对生产零件126、128(图1)焊到一起的惯性摩擦焊以形成惯性生产焊118。

图8示出三种目标缩锻形成例子，即额定缩锻[ΔUpset＝0]、减小缩锻[ΔUpset＜0]以及增大缩锻[ΔUpset＞0]。所有三个例子是在靠模制动转矩为零下说明的。图8为了在该图中使焊接开始时间对齐在偏移它们关联的时基的情况下表示这三个惯性生产焊118。换言之，由于根据算出的起始能量270把这三个惯性生产焊118加速到不同的脱开速度，对时间标度进行了偏移以使每个惯性生产焊118的加速结束点在时间轴上的同一点上出现。

在额定缩锻例子中，驱动器24施加转矩274以便主轴加速到调整后的脱开速度280。一旦主轴18加速到脱开速度280并且驱动器24命令对主轴18的零转矩282，主轴18在不受驱动器24的影响下转动并且以取决于系统10中固有的惯性和摩擦损耗的速率减速。一旦主轴18自然减速到预设定的焊接速度284，焊接系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使二个生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有组合长度138。该接触由于滑座30把二个生产零件126、128的会合面移到一起造成主轴18的减速以及缩锻286的形成。一旦出现会合面接触，建立零缩锻位置288。另外，当出现该接触时可以把压力建立到焊接压力290。还在此刻，驱动器24典型地继续对主轴18命令零转矩282。替代地，此刻取决于靠模114的制动转矩，驱动器24可以施加正的或负的转矩。

由于二个生产零件126、128之间的摩擦焊转矩，会合面的接触在主轴18上施加转矩负载。这造成主轴18在整个惯性生产周期120期间减速。在预先确定的“缩锻速度”下，焊接系统10可以增大二个生产零件126、128上的轴向负载并且从而增大“缩锻压力”(未示出)。

由于惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成等于选定靠模中的缩锻形成的转矩调制和缩锻目标惯性焊，当达到开动缩锻294或开动速度296时启动控制阶段298。在额定缩锻情况下，逻辑控制器响应缩锻误差142(图7)经运动控制器36开始调制转矩300，以便随着焊接过程的前进使实际缩锻和修改的缩锻设定值144匹配。当和惯性样本周期56相比目标缩锻为零改变时，转矩调制的行为可以像待决美国专利申请10/924,633号中用于惯性生产焊118的转矩调制那样，因为其中初始焊接速度不会受到可变焊接速度算法的调整。缩锻286会典型地追随额定缩锻302，以重复惯性生产周期(图3)中经历的缩锻88(图3)。主轴减速会典型地追随额定减速304或者样本惯性周期56的减速84(图3)。

减速304期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻302并且调制驱动转矩300，以便试图匹配如驱动转矩300的正弦振荡指示那样的实际缩锻302和修改的缩锻设定值144。一旦主轴18处于零速度306，驱动器24命令对主轴18的零转矩283。在零速度306下，启动按预先确定的时间保持焊接压力290(或缩锻压力)的保压冷却阶段308，在此期间缩锻302可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段308结束时确定最终缩锻位置310。可以根据零缩锻位置288和最终缩锻位置310之间的差计算惯性生产焊的最终缩锻312。最终缩锻312和惯性生产周期120期间缩锻302引起的滑座30的位移相关。从而，惯性生产焊周期120控制缩锻302以达到缩锻形成规定量115。

仍参照图8，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成小于选定靠模114中的缩锻形成的转矩调制和缩锻目标惯性焊时，可变焊接速度算法计算要比额定情况中的对应速度小的起始焊接速度322以及脱开速度320。这减少生产零件126、128就要接触之前在该焊接系统的转动部件中存储的总能量。主轴18加速到调整后的脱开速度320并且接着不受驱动器24的影响地滑行到调整后的焊接速度322。一旦主轴18自然减速到调整后的焊接速度322，焊接系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使二个生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有初始长度138。一旦发生会合面接触，建立零缩锻位置288。另外，当该接触出现时可以把轴向压力建立到焊接压力290。同时在此刻，驱动器24典型地对主轴18继续命令零转矩282。替代地，取决于靠模114的制动转矩此刻驱动器24可以施加正的或负的转矩。

当达到开动缩锻参数294或开动缩锻参数324时启动缩锻控制阶段298。在该减小缩锻情况下，和额定开动速度296相比，该可变焊接速度算法减小开动速度324。在缩锻控制阶段298期间，逻辑控制器42响应缩锻误差信号142(图7)经运动控制器36调制转矩300，以便随着焊接过程的前进匹配实际实际缩锻和修改的缩锻设定值144。即使在该减小缩锻情况下，由于通过该可变焊接速度算法降低系统的起始能量270，来自驱动器24的转矩作用会相对小并且以惯性样本周期56的制动转矩水平为中心。该减小的缩锻326典型地会初始地追随额定缩锻302或惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻88，直至焊接接近完成。由于主轴速度通过该可变焊接速度算法降低，该缩锻减小的主轴减速328通常会平行于但低于额定减速304或样本惯性周期56(图3)的减速84。

在该减速328期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻326并且调制驱动转矩300，以便试图匹配如驱动转矩300的正弦振荡指示那样的实际缩锻326和修改的缩锻设定值144。一旦主轴18达到零速度330，驱动器24命令对主轴18的零转矩283。在零速度330下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力290(或缩锻压力)的保压冷却阶段332，在此期间缩锻326可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在加压冷却阶段332结束时确定最终缩锻位置334。可以根据零缩锻位置288和最终缩锻位置334之间的差计算生产焊的最终缩锻336。该最终缩锻和惯性生产周期120期间缩锻326引起的滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻326以达到缩锻形成规定量115。可变焊接速度算法的应用根据估计的起始能量修改焊接速度，从而使得对主轴驱动的依赖为最小以便消除为了生产带有目标缩锻形成的惯性焊所需的能量差。

仍参照图8，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成大于选定靠模114中的缩锻形成的转矩调制和缩锻目标惯性焊时，该可变焊接速度算法计算比额定情况下的对应速度大的起始焊接速度344和脱开速度352。这增加生产零件126、128就要接触之前在该焊接系统的转动部件中存储的总能量。主轴18的加速到调整后的脱开速度352并且接着在不受驱动器24的影响下滑行到调整后的焊接速度344。一旦主轴18自然减速到调整后的焊接速度344，焊接系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有初始长度138。一旦发生会合面接触，建立零缩锻位置288。另外，当接触出现时可以把轴向压力建立到焊接压力290。同时在此刻，驱动器24典型地对主轴18继续命令零转矩282。替代地，取决于靠模114的制动转矩此刻驱动器可以施加正的或负的转矩。

当达到开动缩锻294或开动速度356时启动缩锻控制阶段298。在该增大缩锻情况下，和额定开动速度参数296相比，该可变焊接速度算法提高开动速度参数356。在缩锻控制阶段298期间，逻辑控制器42响应缩锻误差信号142(图7)经运动控制器36调制转矩300，以便随着焊接过程的前进匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。即使在增大缩锻情况下，由于通过可变焊接速度算法提高该系统的起始能量270，来自驱动器24的转矩作用相对小并且以惯性样本周期56的制动转矩水平为中心。增大的缩锻形成358典型地会追随额定缩锻形成302或惯性样本周期56(图3)期间经受的缩锻形成88直到焊接接近完成。由于通过可变焊接速度算法提高主轴速度，该增大缩锻的主轴减速350通常会平行于但高于额定减速304或样本惯性周期56(图3)的减速84。

减速350期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻358并且调制驱动转矩300，以便试图匹配如驱动转矩300的正弦振荡指示那样的实际缩锻358和修改的缩锻设定值144。一旦主轴18达到零速度352，驱动器24命令对主轴18的零转矩283。在零速度352下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力290(或缩锻压力)的保压冷却周期354，在此期间缩锻358可继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段354结束时确定最终缩锻位置356。可以根据零缩锻位置288和最终缩锻位置356之间的差计算该生产焊的最终缩锻359。该最终缩锻359和惯性生产周期120期间由缩锻358引起的滑座30的位移有关。从而，惯性生产焊周期120控制缩锻358以达到缩锻形成规定量115。可变焊接速度算法的应用根据估计的起始能量修改焊接速度，从而使得对主轴驱动的依赖为最小以便为了生产带有目标缩锻形成的惯性焊提供所需的能量差。

上面连同形成生产惯性焊一起说明的方法可以接着予以重复以便批量地把任何数量的生产零件焊到一起。

参照图7，焊接系统10(图1)开始把一对生产零件126、128(图1)惯性摩擦焊到一起以形成惯性生产焊118，其中本公开的可变焊接速度算法在惯性生产周期120期间调制压力。操作员输入例如缩锻形成规定量115的焊接参数后，操作员对惯性生产周期120发出启动命令360。

图9示出目标缩锻形成的三个例子，即额定缩锻[ΔUpset＝0]、减小缩锻[ΔUpset＜0]和增大缩锻[ΔUpset＞0]。在靠模制动转矩为零下示出所有三个例子。图9为了在该图中使焊接开始时间对齐在偏移它们关联的时基情况下表示这三个惯性生产焊118。换言之，由于根据算出的起始能量270把这三个惯性生产焊118加速到不同的脱开速度，对时间标度进行了偏移以使每个惯性生产焊118的加速结束点在时间轴上的同一点上出现。

在额定缩锻例子中，驱动器24施加转矩362以把主轴加速到调整后的脱开速度366。一旦把主轴18加速到脱开速度并且驱动器24对主轴18命令零转矩368，主轴18不受驱动器24的影响地自由转动并且以取决于系统10中固有的惯性损耗和摩擦损耗的速率减速。一旦主轴18自然减速到预设定的焊接速度370，焊接系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使二个生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有组合长度138。随着滑座30把二个生产零件126、128的会合面移到一起，该接触造成主轴18的减速和缩锻372的形成。一旦发生会合面接触，建立零缩锻位置374。另外，当出现接触时可以把轴向压力建立到焊接压力376。仍在此刻，驱动器24典型地继续对主轴18命令零转矩368。替代地，此刻驱动器24可以根据靠模的制动(未示出)施加正的或负的转矩。

由于二个生产零件126、128之间的摩擦焊转矩，二个会合面的接触在主轴18上施加转矩负载。这造成主轴18在整个惯性生产周期120期间减速。在预先确定的“缩锻速度”下，焊接系统10可以提高二个生产零件126、128上的轴向负载，并且从而提高“缩锻压力”(未示出)。

由于该惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成等于选定靠模中的缩锻形成的压力调制和缩锻目标惯性焊，当达到开动缩锻380或开动速度382时启动缩锻控制阶段378。在该额定缩锻情况下，逻辑控制器42响应缩锻误差142(图7)通过滑座致动器32开始调制压力376，以便随着焊接过程的进展匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。由于和惯性样本周期56相比目标缩锻的改变为零，该可变焊接速度算法不调整初始焊接速度。缩锻372典型地会追随额定缩锻384或惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻88。主轴减速386典型地会追随样本惯性焊周期56的减速84(图3)。

在减速386期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻384并且调制焊接压力376，以便试图匹配如压力376的正弦振荡指示那样的实际缩锻384和修改的缩锻设定值144。一旦主轴18处于零速度390，驱动器24命令对主轴18的零转矩369。零速度390下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力376(或缩锻压力)的保压冷却阶段392，在此期间缩锻384可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段392结束时确定最终缩锻位置394。可以根据零缩锻位置374和最终缩锻位置394之间的差计算惯性生产焊的最终缩锻396。最终缩锻396和惯性生产周期120期间缩锻384引起的滑座30的位移相关。从而，惯性生产焊周期120控制缩锻384以达到缩锻形成规定量115。

仍参照图9，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成小于选定靠模114中的缩锻形成的压力调制和缩锻目标惯性焊时，可变焊接速度算法计算要比额定情况中的对应速度小的起始焊接速度406和脱开速度404。这减少生产零件126、128就要接触之前在该焊接系统的转动部件中存储的总能量。主轴18加速到调整后的脱开速度404并且接着在不受驱动器24的影响下滑行到调整后的焊接速度406。一旦主轴18自然减速到调整后的焊接速度406，焊接系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使二个生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有初始长度138。一旦发生二个会合面的接触，建立零缩锻位置374。另外，当该接触出现时可以把轴向压力建立到焊接压力376。还在此刻，驱动器24典型地继续对主轴18命令零转矩282。替代地，驱动器24此刻可以根据靠模114的制动转矩施加正的或负的转矩。

当达到开动缩锻380或开动速度408时启动缩锻控制阶段378。在减小缩锻情况下，和额定开动速度参数382相比，该可变焊接速度算法减小开动速度408。在缩锻控制阶段378期间，逻辑控制器42响应缩锻误差信号142(图7)经运动控制器32开始调制转矩376，以便随着焊接过程的进展匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。即使在该减小缩锻情况下，由于通过该可变焊接速度算法降低系统的起始能量270，压力调整会相对于小并且以惯性样本焊周期56的焊接压力为中心。减小的缩锻410典型地会追随额定缩锻384或惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻88，直到焊接接近完成。减小缩锻的主轴减速412通常会平行于但是低于额定减速386或样本惯性周期56的减速84(图3)，这是因为该可变焊接速度算法降低主轴速度。

在该减速412期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻410并且调制驱动转矩376，以便试图匹配如驱动转矩376的正弦振荡指示那样的实际缩锻410和修改的缩锻设定值142。一旦主轴18达到零速度414，驱动器24命令对主轴18的零转矩369。在零速度414下，启动其中按预定确定的时间保持焊接压力376(或缩锻压力)的保压冷却阶段416，在此期间缩锻410可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段416结束时确定最终缩锻位置418。可以根据零缩锻位置374和最终缩锻位置418之间的差计算生产焊的最终缩锻420。最终缩锻420和惯性生产周期120期间缩锻410造成的滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻410以达到缩锻形成规定量115。可变焊接速度算法的应用根据估计的起始能量修改焊接速度，从而使得对压力变化的依赖为最小以便按照生产带有目标缩锻形成的惯性焊的需要控制缩锻形成。

仍参照图9，当惯性生产焊118是其中规定的缩锻形成大于选定靠模114中的缩锻形成的压力调制和缩锻目标惯性焊时，可变焊接速度算法计算要比额定情况下的对应速度大的起始焊接速度430和脱开速度248。这增加生产零件126、128就要接触之前在该焊接系统的转动部件中存储的总能量。主轴18加速到调整后的脱开速度428并且接着在不受驱动器24的影响下自由滑行到调整后的焊接速度430。一旦主轴18自然减速到调整后的焊接速度430，焊接系统10命令滑座致动器32移动滑座30以使生产零件126、128的会合面接触，其中当生产零件128和生产零件126接触时生产零件126、128具有初始长度138。一旦发生会合面的接触，建立零缩锻位置374。另外，当出现该接触时可以把轴向压力建立到焊接压力376。还在此刻，驱动器24典型地继续命令对主轴18的零转矩368。替代地，此刻驱动器24可以根据靠模114的制动转矩施加正的或负的转矩。

当达到开动缩锻380或开动速度432时启动缩锻控制阶段378。在增大缩锻情况下，和额定开动速度参数382相比，可变焊接速度算法提高开动速度参数432。缩锻控制阶段378期间，逻辑控制器42响应缩锻误差信号142(图7)通过滑座致动器32开始调制压力376，以便随着焊接过程的进展匹配实际缩锻和修改的缩锻设定值144。甚至在增大缩锻情况下，由于通过可变焊接速度算法提高系统的起始能量270，压力调整会相对小并且以惯性样本焊周期56的焊接压力为中心。增大的缩锻形成434会典型地追随额定缩锻形成384或惯性样本周期56(图3)期间经历的缩锻形成88，直至焊接接近完成。增大缩锻的主轴减速388通常会平行于但是大于额定减速386或样本惯性周期56的减速84(图3)，这是因为可变焊接速度算法提高了主轴速度。

减速388期间，逻辑控制器42反复地比较修改的缩锻设定值144和实际缩锻434并且调制焊接压力376，以便试图匹配如该压力的正弦振荡指示那样的实际缩锻434和修改的缩锻设定值144。一旦主轴18达到零速度438，驱动器24命令对主轴18的零转矩369。在零速度438下，启动其中按预先确定的时间保持焊接压力376(或缩锻压力)的保压冷却阶段440，在此期间缩锻434可能继续增加。滑座30停止向主轴18移动后在保压冷却阶段440结束时确定最终缩锻位置442。可以根据零件缩锻位置374和最终缩锻442之间的差计算该生产焊的最终缩锻444。最终缩锻444和惯性生产周期120期间缩锻434引起滑座30的位移相关。从而，惯性生产周期120控制缩锻434以达到缩锻形成规定量115。可变焊接速度算法的应用根据估计的起始能量修改焊接速度，从而使得对压力变化的依赖为最小以便按照生产带有目标缩锻形成的惯性焊的需要控制缩锻形成。

上面连同形成生产惯性焊一起说明的方法可以接着予以重复以便批量地把任何数量的生产零件焊到一起。

在本调制缩锻控制实现中，可以对允许的最低负载和最高负载设以限制。应从模型研究推出这些负载限制，以便确定不会牺牲焊接质量。另外，在可变焊接速度算法实现中，可以对允许的最小焊接速度和最大焊接速度设以限制。以应从模型研究推出这些焊接速度限制，以便确定不会牺牲焊接质量。

本公开中说明的这些技术在能让操作员规定最终缩锻形成的情况下生产产品是有用的。替代地，可以利用缩锻目标技术控制惯性焊中的最终产品长度。为了应用压力调制缩锻控制或者应用转矩调制缩锻控制来控制惯性焊中的焊接产品最终长度，本公开可以把最终焊接长度定义为生产零件原始长度之和减去缩锻。

可以在另一台机器上预测量生产零件的组合长度并通过技术上已知的许多标准通信链路中的任何链路把尺寸信息传送给摩擦焊机控制器。替代地，操作员可以人工地把该信息输到CPU接口中。也可以在焊接周期期间动态地测量生产零件1和2的组合长度。因此，生产带有目标缩锻形成量的惯性焊的能力也使能实现生产带有目标焊接零件最终长度的惯性焊的能力。本公开给出的所有算法和例子等同地应用于焊接零件最终长度目标。

尽管在附图和上面的说明中详细地示出和说明了本公开的概念。这些示出和说明当成是示例性的并不是文字限制的，应理解仅仅示出和说明了示范性例子并且期望通过下面阐述的权利要求书保护本公开的精神之内的所有改变和修改。

Claims (35)

1.一种惯性摩擦焊接方法，包括：

通过使一对样本零件中的一个样本零件和主轴连接并使另一个样本零件和滑座连接提供一对样本零件；

把该对样本零件惯性摩擦焊接到一起，包括：该主轴转动减速、该滑座朝该主轴移动以及在该一个样本零件和该另一个样本零件之间接触，该接触产生缩锻形成，并且造成样本焊接的形成；

在该样本焊接的形成期间采集和主轴的转动减速以及滑座的移动有关的数据；

从采集的数据计算靠模；

通过使一对生产零件中的一个生产零件和该主轴连接并使另一个生产零件和该滑座连接提供一对生产零件；

规定该对生产零件要经受的最终缩锻形成量；

把该对生产零件惯性摩擦焊接到一起，包括：该主轴转动减速、该滑座朝该主轴移动以及在该一个生产零件和该另一个生产零件之间接触，该接触产生缩锻形成，并且造成生产焊接的形成；

根据样本焊接的最终缩锻和该最终缩锻形成的规定量之间的差修改该靠模；

计算该对生产零件的惯性摩擦焊接造成的缩锻形成和从该修改的靠模算出的缩锻设定值之间的差；以及

根据该算出的缩锻差在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间调制对该对生产零件施加的输入，从而控制该对生产零件的缩锻形成以达到该最终缩锻形成的规定量。

2.根据权利要求1的方法，其中调制该输入包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间调制施加到该主轴上的转矩。

3.根据权利要求2的方法，其中该转矩的调制控制该主轴的转动减速以在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间控制缩锻形成，从而达到该最终缩锻形成的规定量。

4.根据权利要求1的方法，其中调制该输入包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间调制施加到该滑座上的压力。

5.根据权利要求4的方法，其中调制该压力影响在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间的缩锻形成速率，以达到该最终缩锻形成的规定量。

6.根据权利要求1的方法，其中采集用于靠模的数据包括在样本焊接的形成期间在不同的时刻测量该主轴的转速。

7.根据权利要求6的方法，其中采集用于靠模的数据包括在样本焊接的形成期间在不同的时刻测量该滑座的位置，滑座位置和滑座移动是和该对样本零件经历的缩锻形成相关的。

8.根据权利要求1的方法，其中该靠模的计算包括在样本焊接的形成期间将样本焊接的缩锻形成关系建模作为主轴转速的函数。

9.根据权利要求8的方法，其中在样本焊接的形成期间对样本焊接的缩锻形成和主轴转速的关系进行建模包括对不同的主轴速度产生缩锻设定值。

10.根据权利要求9的方法，其中该靠模是通过主轴速度编索引的。

11.根据权利要求10的方法，其中修改该靠模包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间根据该靠模针对在生产焊接的形成期间主轴当前速度的缩锻设定值、样本焊接的最终缩锻以及最终缩锻形成的规定量，对主轴的每个速度索引产生修改的缩锻设定值。

12.根据权利要求11的方法，其中计算该对生产零件的惯性摩擦焊接产生的缩锻形成和从修改的靠模算出的缩锻设定值之间的差包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间的园个时刻比较该对生产零件的缩锻形成和该修改的靠模的与在该时刻的主轴转速相对应的缩锻设定值。

13.根据权利要求12的方法，其中调制该输入还包括基于修改的靠模的缩锻设定值和惯性生产焊接的实际缩锻形成之间的所述差产生误差信号。

14.根据权利要求13的方法，其中调制该输入包括根据该误差信号改变该输入的幅值。

15.根据权利要求1的方法，其中规定该对生产零件要经历的最终缩锻形成量包括预先测量生产零件的尺寸并且计算为达到最终焊好零件的规定目标长度所需的缩锻量。

16.一种惯性摩擦焊接方法，包括：

通过使一对样本零件中的一个样本零件和主轴连接并使另一个样本零件和滑座连接提供一对样本零件，

把该对样本零件惯性摩擦焊接到一起，包括：该主轴转动减速、该滑座朝该主轴移动以及在一个样本零件和另一个样本零件之间接触，该接触产生缩锻形成，并且造成样本焊接的形成；

在样本焊接的形成期间采集和主轴的转动减速以及滑座的移动有关的数据；

从采集的数据计算靠模；

通过使一对生产零件中的一个生产零件和该主轴连接并使另一个生产零件和该滑座连接，提供一对生产零件；

规定该对生产零件要经受的最终缩锻形成量；

估计为达到该最终缩锻形成的规定量所需的起始能量；

根据该起始能量调整该主轴的脱开速度和焊接速度，以便启动把该对生产零件惯性摩擦焊接到一起，包括：该主轴转动减速、该滑座朝该主轴移动以及在一个生产零件和另一个生产零件之间接触，该接触产生缩锻形成，并且造成生产焊接的形成；

根据样本焊接的最终缩锻和该最终缩锻形成的规定量之间的差修改该靠模；

计算该对生产零件的惯性摩擦焊接造成的缩锻形成和从该修改的靠模算出的缩锻设定值之间的差，以及

根据该算出的缩锻差在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间调制对该对生产零件施加的输入，从而控制该对生产零件的缩锻形成，以达到该最终缩锻形成的规定量。

17.根据权利要求16的方法，其中估计达到该最终缩锻形成的规定量所需的起始能量包括以不同的起始能量执行多个无缩锻控制的焊接以及建立起始能量和所产生的最终缩锻之间的经验关系。

18.根据权利要求17的方法，其中以不同的起始能量执行多个无缩锻控制的焊接的步骤造成起始能量的增大或者起始能量的减小。

19.根据权利要求18的方法，其中在调整起始能量之后，在生产零件的惯性摩擦焊接的减速期间从该算出的缩锻差计算缩锻误差信号，以便命令转矩调制或者压力调制。

20.根据权利要求16的方法，其中调制该输入包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间调制施加到该主轴上的转矩。

21.根据权利要求20的方法，其中该转矩的调制控制该主轴的转动减速，以在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间控制缩锻形成，从而达到该最终缩锻形成的规定量。

22.根据权利要求16的方法，其中调制该输入包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间调制施加到该滑座上的压力。

23.根据权利要求22的方法，其中调制该压力影响该对生产零件的惯性摩擦焊接期间的缩锻形成速率，以达到最终缩锻形成的规定量。

24.根据权利要求16的方法，其中采集用于靠模的数据包括在样本焊接的形成期间在不同的时刻测量该主轴的转速。

25.根据权利要求24的方法，其中采集用于靠模的数据包括在样本焊接的形成期间在不同的时刻测量该滑座的位置，滑座位置和滑座移动是和该对样本零件经历的缩锻形成相关的。

26.根据权利要求16的方法，其中该靠模的计算包括在样本焊接的形成期间将样本焊接的缩锻形成关系建模作为主轴转速的函数。

27.根据权利要求26的方法，其中在样本焊接的形成期间对样本焊接的缩锻形成和主轴转速的关系进行建模包括对不同主轴速度产生缩锻设定值。

28.根据权利要求27的方法，其中该靠模是通过该主轴速度编索引的。

29.根据权利要求28的方法，其中修改该靠模包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间根据该靠模针对在生产焊接的形成期间主轴当前速度的缩锻设定值、样本焊接的最终缩锻以及最终缩锻形成的规定量，对主轴的每个速度索引产生修改的缩锻设定值。

30.根据权利要求29的方法，其中为每个速度索引产生修改的缩锻设定值包括通过基于缩锻形成可得到的百分比能量，使样本焊接和生产焊接消耗的能量相等，而由当前生产焊接的主轴速度计算样本焊接靠模索引。

31.根据权利要求30的方法，其中为每个速度索引产生修改的缩锻设定值还包括在缩锻所能消耗的能量的相等水平下，计算和样本焊接中产生的缩锻成比例的修改的缩锻设定值。

32.根据权利要求29的方法，其中计算该对生产零件的惯性摩擦焊接产生的缩锻形成和从修改的靠模算出的缩锻设定值之间的差包括在该对生产零件的惯性摩擦焊接期间各个时刻比较该对生产零件的缩锻形成和该修改的靠模的与在该时刻的主轴转速相对应的缩锻设定值。

33.根据权利要求32的方法，其中调制该输入还包括基于修改的靠模的缩锻设定值和惯性生产焊接的实际缩锻形成之间的所述差产生误差信号。

34.根据权利要求33的方法，其中调制该输入包括根据该误差信号改变该输入的幅值。

35.根据权利要求16的方法，其中规定该对生产零件要经历的最终缩锻形成量包括预先测量生产零件的尺寸并且计算为达到最终焊好零件的规定目标长度所需的缩锻量。

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