CN106573334A - 摩擦搅拌接合装置、摩擦搅拌接合系统及摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高加工精度且同时扩展摩擦搅拌接合(FSW)的用途的FSW装置、FSW系统及FSW方法。在FSW装置(12)中，在使旋转中的加工工具(20)沿其轴向压紧于第一被接合件(W1)及第二被接合件(W2)的状态下，使加工工具(20)直线或曲线地移动而将第一被接合件(W1)和第二被接合件(W2)连续地接合时，控制装置(32)执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制支承构件致动器(44a～44f)的输出，来消除与加工工具(20)的旋转相伴而作用于加工工具(20)的反作用力(Fr)。

Description

摩擦搅拌接合装置、摩擦搅拌接合系统及摩擦搅拌接合方法
技术领域
本发明涉及使加工工具直线或曲线地移动而将第一被接合件和第二被接合件连续地接合的摩擦搅拌接合装置、摩擦搅拌接合系统及摩擦搅拌接合方法。
背景技术
在日本特开2003-205374号公报(以下，称作“JP2003-205374A”。)中公开了通过摩擦搅拌接合(FSW：Friction Stir Welding)来对被接合件进行点接合的点接合系统10(摘要、[0001])。点接合系统10包括多关节机器人11、在机器人臂前端安装的FSW头12、将工件W保持为水平的平台13及控制器14。在FSW头12上安装有接合工具15及固定装置16。固定装置16具有圆筒状的按压构件19和弹簧18。在接合时通过弹簧18将按压构件19向工件W表面压紧，由此将接合工具15暂时固定于工件W。由此，可防止因接合工具15的旋转反作用力而产生横向晃动的情况(摘要)。
在JP2003-205374A的点接合系统10中，由于进行点接合，因此未必适合于形成呈直线状或曲线状连续的焊接部的用途，从而用途被限定。
发明内容
本发明考虑上述那样的课题而提出，其目的在于提供一种能够提高加工精度且同时扩展FSW的用途的摩擦搅拌接合装置、摩擦搅拌接合系统及摩擦搅拌接合方法。
本发明的摩擦搅拌接合装置(FSW装置)具备加工工具；旋转驱动马达，其使所述加工工具旋转；支承构件，其对所述加工工具及所述旋转驱动马达进行支承；支承构件致动器，其使所述支承构件进行位移；以及控制装置，其对所述旋转驱动马达及所述支承构件致动器进行控制，所述摩擦搅拌接合装置的特征在于，在将旋转中的所述加工工具沿其轴向压紧于第一被接合件及第二被接合件的状态下，使所述加工工具直线或曲线地移动而将所述第一被接合件和所述第二被接合件连续地接合时，所述控制装置执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制所述支承构件致动器的输出，来消除与所述加工工具的旋转相伴而作用于所述加工工具的反作用力。
根据本发明，在经由支承构件使旋转中的加工工具呈直线状或曲线状移动时，执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制支承构件致动器的输出，来消除与加工工具的旋转相伴而作用于加工工具的反作用力。由此，通过一边补偿与作用于加工工具的反作用力相应的偏移，一边使加工工具移动，能够高精度地控制加工工具的位移。因此，能够高精度地进行第一被接合件和第二被接合件的摩擦搅拌接合(FSW)。其结果是，能够扩展使加工工具直线或曲线地移动而进行FSW的用途。
也可以是，所述控制装置基于所述加工工具的旋转方向和所述加工工具的目标行进方向或实际的行进方向，来算出所述反作用力的方向。由此，能够高精度地推定应补偿的反作用力的方向。因此，能够更加高精度地进行第一被接合件和第二被接合件的FSW。
也可以是，所述控制装置基于所述旋转驱动马达的实际的输出或目标输出，来算出所述反作用力的大小。由此，能够高精度地推定应补偿的反作用力的大小。因此，能够更加高精度地进行第一被接合件和第二被接合件的FSW。
也可以是，所述支承构件包括多关节臂和对所述加工工具及所述旋转驱动马达进行支承的夹具，所述支承构件致动器包括在所述多关节臂内设置的多个臂马达，所述夹具安装于所述多关节臂的前端。由此，作为FSW装置的一部分，能够利用作为通用件的多关节臂，能够削减FSW装置整体的成本。
也可以是，在所述夹具为C字状构件的情况下，在所述C字状构件的一端侧设有所述加工工具及所述旋转驱动马达，在所述C字状构件的另一端侧设有由引导构件引导的被引导构件，该引导构件形成在对所述第一被接合件及所述第二被接合件进行支承的被接合件支承部上。根据上述情况，通过旋转驱动马达、引导构件及被引导构件的组合，能够改善加工工具的定位精度，提高加工精度。
另外，由于夹具为C字状构件，因此旋转驱动马达隔着第一被接合件与第二被接合件的边界而与引导构件及被引导构件对置。因此，来自旋转驱动马达或支承构件致动器的力的一部分在引导构件、被引导构件及夹具处被承受。因此，能够实现FSW装置整体的小型化或省成本化、或者加工工具的定位精度或加工精度的提高。
也可以是，所述多关节臂的前端安装于所述C字状构件的中央。由此，能够减少在加工工具的移动中作用于C字状构件的力矩。因此，能够实现FSW装置整体的小型化或省成本化、或者加工工具的定位精度或加工精度的提高。
也可以是，所述控制装置在所述旋转驱动马达的输出超过输出阈值时，执行所述反作用力修正控制，所述控制装置在所述旋转驱动马达的输出未超过所述输出阈值时，使所述反作用力修正控制停止。由此，限定了执行反作用力修正控制的场合，能够减轻控制装置的运算负荷。其结果是，能够在确保加工精度的同时实现作业的高速化。
也可以是，所述控制装置将所述旋转驱动马达的实际的电流值或目标电流值换算成所述反作用力的大小，所述控制装置将所述反作用力的大小换算成所述多关节臂的在所述反作用力的方向上的挠曲修正量，所述控制装置根据所述挠曲修正量来修正所述多关节臂的姿势。由此，能够简单且高精度地进行用于消除反作用力的处理。
也可以是，在将所述第一被接合件和所述第二被接合件呈直线状接合的情况下，所述控制装置设定所述加工工具的目标开始点和目标结束点，所述控制装置在所述加工工具从所述目标开始点到所述目标结束点的移动中，算出所述目标结束点相对于所述加工工具的当前位置的方向，所述控制装置使所述加工工具朝向所述目标结束点的方向移动。
由此，与例如除了加工工具的目标开始点和目标结束点以外，还算出将目标开始点与目标结束点连结的目标轨迹，进而一边修正加工工具的当前位置与目标轨迹的偏移，一边使加工工具移动的情况相比，能够减轻控制装置的运算负荷。与此相伴，能够实现加工的高速化或示教的容易化。
本发明的摩擦搅拌接合系统的特征在于，具备上述的摩擦搅拌接合装置和对所述第一被接合件及所述第二被接合件进行支承的被接合件支承部。
本发明的摩擦搅拌接合方法中使用摩擦搅拌接合装置，该摩擦搅拌接合装置具备：加工工具；旋转驱动马达，其使所述加工工具旋转；支承构件，其对所述加工工具及所述旋转驱动马达进行支承；支承构件致动器，其使所述支承构件进行位移；以及控制装置，其对所述旋转驱动马达及所述支承构件致动器进行控制，所述摩擦搅拌接合方法的特征在于，在使旋转中的所述加工工具沿其轴向压紧于第一被接合件及第二被接合件的状态下，使所述加工工具直线或曲线地移动而将所述第一被接合件和所述第二被接合件连续地接合时，所述控制装置执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制所述支承构件致动器的输出，来消除与所述加工工具的旋转相伴而作用于所述加工工具的反作用力。
附图说明
图1是简要表示本发明的一实施方式的摩擦搅拌接合系统的外观的外观图。
图2是简要表示所述实施方式的摩擦搅拌接合装置的结构的框图。
图3是所述实施方式中的FSW控制的流程图。
图4是说明加工工具的旋转方向及目标行进方向、作用于加工工具的反作用力、执行了反作用力修正控制的情况下的加工工具的实际的行进方向、及未执行反作用力修正控制的情况下的加工工具的实际的行进方向的关系的俯视图。
图5是所述实施方式的反作用力修正控制的流程图(图3的S7的详细情况)。
具体实施方式
A.一实施方式
[A1.摩擦搅拌接合系统10的结构]
(A1-1.整体结构)
图1是简要表示本发明的一实施方式的摩擦搅拌接合系统10(以下称作“FSW系统10”。)的外观的外观图。FSW系统10具备摩擦搅拌接合装置12(以下称作“FSW装置12”。)和被接合件支承部14(以下也称作“支承部14”。)。
(A1-2.FSW装置12)
(A1-2-1.FSW装置12的整体)
图2是简要表示本实施方式的FSW装置12的结构的框图。FSW装置12对第一被接合件W1(以下也称作“第一工件W1”或“工件W1”。)和第二被接合件W2(以下也称作“第二工件W2”或“工件W2”。)进行FSW。如图1和图2所示，FSW装置12具备加工工具20、多关节机器人22(以下也称作“机器人22”。)、保持夹具24、升降马达26、旋转驱动马达28(以下也称作“马达28”。)、电流传感器30a～30h及控制装置32。
(A1-2-2.加工工具20)
加工工具20是在圆筒状的主体的前端形成有突起(搅拌针)的构件，以旋转状态压紧于第一工件W1与第二工件W2的边界而使第一工件W1和第二工件W2接合。
(A1-2-3.多关节机器人22)
多关节机器人22使加工工具20相对于工件W1、W2位移。如图1所示，机器人22具备基座40和固定在基座40上的多关节臂42(支承构件致动器)。在多关节臂42(以下也称作“臂42”。)的前端连结有保持夹具24，通过使臂42位移而能够使保持夹具24移动。在臂42的各关节部装入有第一～第六马达44a～44f(以下也称作“臂马达44a～44f”。)(图2)。
(A1-2-4.保持夹具24)
如图1所示，保持夹具24(支承构件)在其中央安装于多关节臂42的前端，来支承加工工具20、升降马达26及旋转驱动马达28。如图1所示，保持夹具24是C字状构件。在保持夹具24的一端侧(在本实施方式中为上侧)设有加工工具20、升降马达26及旋转驱动马达28，在另一端侧设有被引导构件46。被引导构件46被后述的引导构件70(图1)引导。如图1所示，本实施方式的被引导构件46例如为金属制，前端侧(引导构件70侧)为半球状。
(A1-2-5.升降马达26及旋转驱动马达28)
升降马达26根据来自控制装置32的指令而使加工工具20在上下方向(Z方向)上位移。旋转驱动马达28根据来自控制装置32的指令而使加工工具20旋转。
(A1-2-6.电流传感器30a～30h)
电流传感器30a～30f检测从未图示的电源向各臂马达44a～44f输入的输入电流Im1～Im6(以下也称作“消耗电流Im1～Im6”。)[A]并将其向控制装置32输出。电流传感器30g检测向升降马达26输入的输入电流Ime(以下电称作“消耗电流Ime”。)[A]并将其向控制装置32输出。电流传感器30h检测向旋转驱动马达28输入的输入电流Imd(以下也称作“消耗电流Imd”。)[A]并将其向控制装置32输出。
(A1-2-7.控制装置32)
控制装置32控制升降马达26、旋转驱动马达28及多关节臂42(臂马达44a～44f)而执行摩擦搅拌接合控制(FSW控制)。在本实施方式的FSW控制中，在使旋转中的加工工具20沿其轴向压紧于第一工件W1及第二工件W2的状态下，使加工工具20直线或曲线地移动而将第一工件W1和第二工件W2连续地接合。
如图2所示，控制装置32具备输入输出部50、运算部52及存储部54。输入输出部50进行向在未图示的电源与各马达26、28、44a～44f之间配置的未图示的逆变器的控制信号的输出、从电流传感器30a～30f的输入等。运算部52控制各马达26、28、44a～44f。运算部52具有经由臂马达44a～44f来控制臂42的臂控制部60、经由升降马达26及旋转驱动马达28来控制加工工具20的工具控制部62。
臂控制部60算出XYZ方向(图1)上的臂42的挠曲量Qa[mm]，并执行对该挠曲量Qa进行修正的挠曲修正控制。关于挠曲修正控制的基本内容，例如可以使用美国专利申请公开第2004/0193293号公报或日本特开2000-183128号公报所记载的技术。但是，如后述那样，在本实施方式中，将基于作用于加工工具20的反作用力Fr来修正挠曲量Qa的反作用力修正控制作为挠曲修正控制的一部分而执行。FSW控制(包含反作用力修正控制。)的详细情况参照图3等在后面进行叙述。
(A1-3.被接合件支承部14)
被接合件支承部14对第一工件W1及第二工件W2进行支承。图1的支承部14虽然图示成在空中悬浮，但例如将加工工具20的加工开始点Pst(目标开始点)及加工结束点Pgoal(目标结束点)附近的两端固定于地面。
如图1所示，在支承部14上设有面向下方的引导构件70。引导构件70形成有V字状槽72，该V字状槽72的与将加工开始点Pst(目标开始点)和加工结束点Pgoal(目标结束点)连结的假想线垂直的假想平面中的截面为V字状，该引导构件70对设置于保持夹具24的被引导构件46进行引导。
[A2.FSW控制]
(A2-1.FSW控制的概要)
如上述那样，控制装置32控制升降马达26、旋转驱动马达28及多关节臂42(臂马达44a～44f)来执行FSW控制。在FSW控制中，在使旋转中的加工工具20沿着其轴向(在图1中为Z方向)压紧于工件W1、W2的状态下，使加工工具20直线或曲线地移动而将工件W1、W2连续地接合。因此，与在点接合中使用FSW相比，能够扩宽用途。
图3是本实施方式中的FSW控制的流程图。在开始图3的处理之前，进行加工工具20的加工开始点Pst(目标开始点)及加工结束点Pgoal(目标结束点)的坐标、从加工工具20对工件W1、W2施加的力(目标按压力Fptar)、工件W1、W2的厚度等的设定。
图3的步骤S1、S8由控制装置32的臂控制部60执行，步骤S2、S10由工具控制部62执行，步骤S3～S9由臂控制部60和工具控制部62执行。
在步骤S1中，控制装置32控制臂42(臂马达44a～44f)而使加工工具20向加工开始点Pst的上方移动。在该时刻，臂42移动到与加工开始点Pst对应的位置。在步骤S2中，控制装置32控制旋转驱动马达28而使加工工具20开始旋转。
在步骤S3中，控制装置32控制升降马达26及臂42(臂马达44a～44f)，从而在加工开始点Pst处使加工工具20压抵于工件W1、W2。需要说明的是，在步骤S3～S8中，控制臂马达44a～44f和升降马达26，以实现预先设定的目标按压力Fptar[kg·mm/s2]。但是，由于工件W1、W2的厚度的不均、基于臂42实现的向工件W1、W2的接触等原因，加工工具20产生的实际的按压力Fp发生变化。
需要说明的是，加工工具20产生的实际的按压力Fp[kg·mm/s2]通过下式(1)算出。
Fp＝k×Ip×t×9800.0 (1)
在上述式(1)中，k表示系数。Ip表示与加压轴对应的马达的消耗电流[A]。t表示与加压轴对应的马达的转矩常数[kg·mm/A]。9800.0表示重力加速度[mm/s2]。这里所说的加压轴是指从加工工具20向工件W1、W2加压的加压方向(Z方向)上的轴。因此，与加压轴对应的马达成为臂马达44a～44f及升降马达26中的任一个或多个。
在步骤S4中，控制装置32控制臂42(臂马达44a～44f)而使加工工具20朝向加工结束点Pgoal移动。如上述那样，在臂42移动时执行挠曲修正控制。
在挠曲修正控制中，在控制臂42的位置(尤其是前端基准位置)时，考虑与臂42所支承的被支承构件及臂42自身的重量相伴而产生的臂42的挠曲量Qa。
在挠曲修正控制中，在臂42(或机器人22)的动作区域内的多个位置，将在重量及/或重心位置不同的多个载荷条件下测定的臂42的前端位置及/或姿势偏移的挠曲量Qa预先存储于存储部54。
另外，在挠曲修正控制中，在机器人22的使用时，作业者经由输入输出部50来指定在臂42的前端安装的被支承构件(在此，为加工工具20、保持夹具24、升降马达26及旋转驱动马达28等)的重量及/或重心位置所接近的挠曲量Qa的数据。而且，控制装置32使用指定的挠曲量Qa的数据来算出机器人22的动作程序的各示范点位置处的挠曲量Qa。另外，控制装置32与算出的挠曲量Qa相应地修正并变更动作程序的各示范点位置。
在步骤S5中，控制装置32取得旋转驱动马达28的消耗电流Imd。在步骤S6中，控制装置32判定是否执行反作用力修正控制。具体而言，判定消耗电流Imd是否为电流阈值THimd以上。
在执行反作用力修正控制的情况下(S6：是)，在步骤S7中，控制装置32执行反作用力修正控制(详细情况参照图4、图5等而在后面进行叙述。)。在不执行反作用力修正控制的情况下(S6：否)，不经过步骤S7而进入步骤S8。
在步骤S8中，控制装置32判定加工工具20是否到达了加工结束点Pgoal。在加工工具20未到达加工结束点Pgoal的情况下(S8：否)，返回到步骤S4。在加工工具20到达了加工结束点Pgoal的情况下(S8：是)，进入步骤S9。
在步骤S9中，控制装置32控制升降马达26及臂42而使加工工具20从工件W1、W2离开。需要说明的是，在该时刻，对于至少在此次的处理中作为目标的接合部分，工件W1、W2一体化。
在步骤S10中，控制装置32控制旋转驱动马达28而使加工工具20的旋转停止。之后，在还存在其他接合部分的情况下，控制装置32重复进行图3的处理。在对全部的接合部分结束了FSW的情况下，控制装置32控制升降马达26及臂42而使加工工具20返回到初始位置。
(A2-2.反作用力修正控制)
(A2-2-1.反作用力修正控制的概要)
图1中的箭头Da表示执行了反作用力修正控制的情况下的加工工具20的行进方向，与加工工具20的目标行进方向Datar大致一致。箭头Dac表示未执行反作用力修正控制的情况下的加工工具20的行进方向。另外，箭头Dtr表示加工工具20的旋转方向Dtr。箭头Fr表示作用于加工工具20的反作用力。Fc表示在反作用力修正控制中经由臂42向加工工具20施加的修正力。
图4是说明加工工具20的旋转方向Dtr及目标行进方向Datar、作用于加工工具20的反作用力Fr、执行了反作用力修正控制的情况下的加工工具20的实际的行进方向Da、及未执行反作用力修正控制的情况下的加工工具20的实际的行进方向Dac的关系的俯视图。在图4中，双点划线的箭头110表示工件W1、W2的流动。
在旋转中的加工工具20直线或曲线地移动的情况下，工件W1、W2因摩擦热而软化。此时，因加工工具20与工件W1、W2的关系而在加工工具20上作用有阻力、举力及压缩力。因此，如图4所示，工件W1、W2的流动在朝向目标行进方向Datar观察时成为非对称。与此相伴，在加工工具20上产生与目标行进方向Datar垂直的反作用力Fr。因此，在未执行反作用力修正控制的情况下，加工工具20的实际的行进方向Dac与目标行进方向Datar产生偏移。
因此，在本实施方式中，通过控制臂42的输出来消除反作用力Fr，从而使臂42的实际的行进方向Da靠近目标行进方向Datar。即，在经由臂42及保持夹具24使旋转中的加工工具20呈直线状或曲线状移动时，控制装置32执行控制臂42的输出来消除作用于加工工具20的反作用力Fr的反作用力修正控制。
(A2-2-2.反作用力修正控制的具体处理)
图5是本实施方式的反作用力修正控制的流程图(图3的S7的详细情况)。图5的步骤S21～S23主要由控制装置32的臂控制部60执行。在步骤S21中，控制装置32将旋转驱动马达28的消耗电流Imd换算成反作用力Fr的大小Nr。消耗电流Imd与反作用力Fr的大小Nr的关系例如预先制作成映射，并存储于存储部54。
在步骤S22中，控制装置32基于加工工具20的旋转方向Dtr及目标行进方向Datar来算出反作用力Fr的方向Dr(以下也称作“反作用力方向Dr”。)。需要说明的是，此处的目标行进方向Datar可以为以加工工具20的当前位置为基准而朝向加工结束点Pgoal的方向。
在步骤S23中，控制装置32将反作用力Fr的大小Nr换算成臂42的在反作用力方向Dr上的挠曲修正量Qac(以下也称作“修正量Qac”。)。修正量Qac是用于对上述的挠曲修正控制的挠曲量Qa进行修正的值。因此，控制装置32使用算出的修正量Qac对挠曲量Qa进行修正，来控制臂42的位置。需要说明的是，请留意此处的修正量Qac是朝向反作用力方向Dr的量，未必是铅垂方向上的量。
[A3.本实施方式的效果]
根据以上那样的本实施方式，在经由保持夹具24及多关节臂42(支承构件)使旋转中的加工工具20呈直线状或曲线状移动时，执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制臂马达44a～44f(支承构件致动器)的输出，来消除与加工工具20的旋转相伴而作用于加工工具20的反作用力Fr(图3的S7、图5)。由此，一边补偿与作用于加工工具20的反作用力Fr相应的偏移，一边使加工工具20移动，从而能够高精度地控制加工工具20的位移。因此，能够高精度地进行第一工件W1和第二工件W2的FSW。其结果是，能够扩展使加工工具20直线或曲线地移动而进行FSW的用途。
在本实施方式中，控制装置32基于加工工具20的旋转方向Dtr及目标行进方向Datar来算出反作用力方向Dr(图5的S22)。由此，能够高精度地推定应补偿的反作用力Fr的方向Dr的偏移。因此，能够更加高精度进行第一工件W1和第二工件W2的FSW。
在本实施方式中，控制装置32基于旋转驱动马达28的消耗电流Imd(实际的输出)来算出反作用力Fr的大小Nr(图5的S21)。由此，能够高精度地推定应补偿的反作用力Fr的大小Nr。因此，能够更加高精度地进行第一工件W1和第二工件W2的FSW。
在本实施方式中，FSW装置12包括多关节臂42、对加工工具20及旋转驱动马达28进行支承的保持夹具24、在多关节臂42内设置的多个臂马达44a～44f。保持夹具24安装于臂42的前端(图1)。由此，能够利用作为通用件的多关节臂42，能够削减FSW装置12整体的成本。
在本实施方式中，保持夹具24为C字状构件，在保持夹具24的一端侧设有加工工具20、升降马达26及旋转驱动马达28，在另一端侧设有被引导构件46(图1)。由此，能够通过旋转驱动马达28、引导构件70及被引导构件46的组合来改善加工工具20的定位精度，能够提高加工精度。
另外，由于保持夹具24为C字状构件，因此升降马达26及旋转驱动马达28隔着第一被接合件W1与第二被接合件W2的边界而与引导构件70及被引导构件46对置。因此，来自升降马达26、旋转驱动马达28或臂马达44a～44f的力的一部分在引导构件70、被引导构件46及保持夹具24(支承构件)处被承受。因此，能够实现FSW装置12整体的小型化或省成本化、或者加工工具20的定位精度或加工精度的提高。
在本实施方式中，多关节臂42的前端安装于保持夹具24(C字状构件)的中央(图1)。由此，能够减少在加工工具20的移动中作用于保持夹具24的力矩。因此，能够实现FSW装置12整体的小型化或省成本化、或者加工工具20的定位精度或加工精度的提高。
在本实施方式中，控制装置32在旋转驱动马达28的消耗电流Imd(输出)为阈值THimd(输出阈值)以上时(图3的S6：是)，执行反作用力修正控制(S7)。另外，控制装置32在消耗电流Imd不是阈值THimd以上时(S6：否)，不进行反作用力修正控制(换言之，使反作用力修正控制停止。)。由此，限定了执行反作用力修正控制的场合，能够减轻控制装置32的运算负荷。其结果是，能够在保持加工精度的同时实现作业的高速化。
在本实施方式中，控制装置32将旋转驱动马达28的消耗电流Imd(实际的电流值)换算成反作用力Fr的大小Nr(图5的S21)。并且，控制装置32基于加工工具20的旋转方向Dtr及目标行进方向Datar来算出反作用力Fr的方向Dr(S22)。而且，控制装置32将反作用力Fr的大小Nr换算成多关节臂42的在反作用力Fr的方向Dr上的挠曲修正量Qac(S23)。另外，控制装置32根据挠曲修正量Qac来修正臂42(支承构件致动器)或保持夹具24(支承构件)的姿势。由此，能够简单且高精度地进行用于消除反作用力Fr的处理。
在本实施方式中，在将第一被接合件W1和第二被接合件W2呈直线状接合的情况下，控制装置32设定加工工具20的加工开始点Pst(目标开始点)和加工结束点Pgoal(目标结束点)。并且，控制装置32在加工工具20从加工开始点Pst到加工结束点Pgoal的移动中，算出相对于加工工具20的当前位置的目标行进方向Datar(加工结束点Pgoal的方向)，使加工工具20朝向目标行进方向Datar移动(图3的S4)。由此，与例如除了加工工具20的加工开始点Pst和加工结束点Pgoal以外，还算出将加工开始点Pst与加工结束点Pgoal连结的目标轨迹，进而一边修正加工工具20的当前位置与目标轨迹的偏移一边使加工工具20移动的情况相比，能够减轻控制装置32的运算负荷。与此相伴，能够实现加工的高速化或示教的容易化。
B.变形例
需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，当然可以基于本说明书的记载内容采用各种结构。例如，可以采用以下的结构。
[B1.FSW装置12(适用对象)]
上述实施方式的FSW装置12具有多关节机器人22(图1)。然而，若例如从在进行FSW时，消除作用于加工工具20的反作用力Fr的观点出发，则不限于此。例如，也可以将本发明适用于所谓的门型的FSW装置。需要说明的是，使加工工具20及旋转驱动马达28进行位移的致动器(支承构件致动器)只要向加工工具20的目标行进方向Datar和反作用力Fr的方向Dr生成力即可，因此至少具有两轴即可。
[B2.升降马达26、旋转驱动马达28及臂马达44a～44f]
在上述实施方式中，为了控制加工工具20，使用升降马达26、旋转驱动马达28及臂马达44a～44f(图2)。然而，若例如从使加工工具20直线移动(或曲线移动)及旋转的观点出发，则不限于此。例如，也可以使用臂马达44a～44f(6轴马达)中的构成旋转轴的马达(例如臂马达44f)代替旋转驱动马达28，来用于使加工工具20旋转。或者，也可以省略升降马达26而通过臂马达44a～44f使加工工具20升降。或者，也可以采用如JP2003-205374A那样，在臂42的前端配置加工工具20的结构。
[B3.保持夹具24(支承构件)]
在上述实施方式中，使保持夹具24为C字状构件(图1)。然而，若例如从对加工工具20及旋转驱动马达28进行支承的观点出发，则不限于此。例如，也可以使保持夹具24为X字状构件。
[B4.反作用力修正控制]
在上述实施方式中，为了消除反作用力Fr而控制挠曲修正量Qac(图5的S23)。然而，若例如从消除反作用力Fr的观点出发，则不限于此。例如，也可以根据反作用力Fr来修正加工工具20的目标行进方向Datar或目标移动位置。
在上述实施方式中，基于目标行进方向Datar来进行修正(S22)，但若例如从考虑反作用力Fr的观点出发，则也可以基于实际的行进方向Da来进行修正。例如，将目标行进方向Datar通过从最初考虑了反作用力Fr的值预先作为临时目标行进方向Datar，使实际的行进方向Da与目标行进方向Datar一致或近似，由此来实现最终的目标行进方向Datar。
在上述实施方式中，使用旋转驱动马达28的消耗电流Imd来推定反作用力Fr的大小Nr(图5的S21)。然而，若例如从推定反作用力Fr的大小的观点出发，则不限于此。例如，控制装置32也可以基于旋转驱动马达28的目标电流来算出反作用力Fr的大小。或者，控制装置32也可以基于旋转驱动马达28的消耗电力或目标电力来算出反作用力Fr的大小。
在上述实施方式中，在旋转驱动马达28的消耗电流Imd为输出阈值THimd以上时(图3的S6：是)，执行反作用力修正控制(S7)，在消耗电流Imd不是输出阈值THimd以上时(S6：否)，使反作用力修正控制停止。然而，若例如从消除反作用力Fr的观点出发，则也可以在加工工具20进行FSW的期间，始终进行反作用力修正控制。
在上述实施方式中，在使加工工具20直线地移动时，仅设定加工开始点Pst及加工结束点Pgoal，没有设定途中的目标点(参照图3)。然而，若例如从消除反作用力Fr的观点出发，则不限于此。例如，也可以是，设定从加工开始点Pst至加工结束点Pgoal的目标轨迹(目标点的集合)，算出加工工具20的当前位置与目标轨迹的偏移(距离)，并以弥补该偏移的方式设定加工工具20的目标行进方向Datar或目标行进位置。
在上述实施方式中，对使加工工具20直线地移动的情况进行了说明(图1)。然而，若例如从消除基于加工工具20的旋转方向Dtr及目标行进方向Datar而确定的反作用力Fr的观点出发，则也可以使加工工具20曲线地移动。

Claims (11)

1.一种摩擦搅拌接合装置(12)，其具备：
加工工具(20)；
旋转驱动马达(28)，其使所述加工工具(20)旋转；
支承构件，其对所述加工工具(20)及所述旋转驱动马达(28)进行支承；
支承构件致动器，其使所述支承构件进行位移；以及
控制装置(32)，其对所述旋转驱动马达(28)及所述支承构件致动器进行控制，
所述摩擦搅拌接合装置(12)的特征在于，
在将旋转中的所述加工工具(20)沿其轴向压紧于第一被接合件及第二被接合件的状态下，使所述加工工具(20)直线或曲线地移动而将所述第一被接合件和所述第二被接合件连续地接合时，所述控制装置(32)执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制所述支承构件致动器的输出，来消除与所述加工工具(20)的旋转相伴而作用于所述加工工具(20)的反作用力。
2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述控制装置(32)基于所述加工工具(20)的旋转方向和所述加工工具(20)的目标行进方向或实际的行进方向，来算出所述反作用力的方向。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述控制装置(32)基于所述旋转驱动马达(28)的实际的输出或目标输出，来算出所述反作用力的大小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述支承构件包括多关节臂(42)和对所述加工工具(20)及所述旋转驱动马达(28)进行支承的夹具(24)，
所述支承构件致动器包括在所述多关节臂(42)内设置的多个臂马达(44a～44f)，
所述夹具(24)安装于所述多关节臂(42)的前端。
5.根据权利要求4所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述夹具(24)为C字状构件，
在所述C字状构件的一端侧设有所述加工工具(20)及所述旋转驱动马达(28)，
在所述C字状构件的另一端侧设有由引导构件(70)引导的被引导构件(46)，该引导构件(70)形成在对所述第一被接合件及所述第二被接合件进行支承的被接合件支承部(14)上。
6.根据权利要求5所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述多关节臂(42)的前端安装于所述C字状构件的中央。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述控制装置(32)在所述旋转驱动马达(28)的输出超过输出阈值时，执行所述反作用力修正控制，
所述控制装置(32)在所述旋转驱动马达(28)的输出未超过所述输出阈值时，使所述反作用力修正控制停止。
8.根据权利要求4～6中任一项所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
所述控制装置(32)将所述旋转驱动马达(28)的实际的电流值或目标电流值换算成所述反作用力的大小，
所述控制装置(32)将所述反作用力的大小换算成所述多关节臂(42)的在所述反作用力的方向上的挠曲修正量，
所述控制装置(32)根据所述挠曲修正量来修正所述多关节臂(42)的姿势。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的摩擦搅拌接合装置(12)，其特征在于，
在将所述第一被接合件和所述第二被接合件呈直线状接合的情况下，
所述控制装置(32)设定所述加工工具(20)的目标开始点和目标结束点，
所述控制装置(32)在所述加工工具(20)从所述目标开始点到所述目标结束点的移动中，算出所述目标结束点相对于所述加工工具(20)的当前位置的方向，
所述控制装置(32)使所述加工工具(20)朝向所述目标结束点的方向移动。
10.一种摩擦搅拌接合系统(10)，其具备：
权利要求1～4中任一项所述的摩擦搅拌接合装置(12)；以及
对所述第一被接合件及所述第二被接合件进行支承的被接合件支承部(14)。
11.一种摩擦搅拌接合方法，在该摩擦搅拌接合方法中使用摩擦搅拌接合装置(12)，该摩擦搅拌接合装置(12)具备：加工工具(20)；旋转驱动马达(28)，其使所述加工工具(20)旋转；支承构件，其对所述加工工具(20)及所述旋转驱动马达(28)进行支承；支承构件致动器，其使所述支承构件进行位移；以及控制装置(32)，其对所述旋转驱动马达(28)及所述支承构件致动器进行控制，所述摩擦搅拌接合方法的特征在于，
在使旋转中的所述加工工具(20)沿其轴向压紧于第一被接合件及第二被接合件的状态下，使所述加工工具(20)直线或曲线地移动而将所述第一被接合件和所述第二被接合件连续地接合时，所述控制装置(32)执行反作用力修正控制，在该反作用力修正控制中，控制所述支承构件致动器的输出，来消除与所述加工工具(20)的旋转相伴而作用于所述加工工具(20)的反作用力。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111683782A (zh) * 2018-03-29 2020-09-18 株式会社日立电力解决方案 摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法
CN112894120A (zh) * 2020-10-27 2021-06-04 倪平涛 一种带4套辅助装置的双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及其焊接中厚钢件曲线对接焊缝的方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6554029B2 (ja) * 2015-11-24 2019-07-31 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌点接合装置及び摩擦撹拌点接合方法
US10456858B2 (en) 2018-03-30 2019-10-29 Esab Ab Welding head for friction stir welding
JP2020121360A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 株式会社安川電機 ロボットシステム
JP7212124B1 (ja) 2021-10-25 2023-01-24 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置、摩擦攪拌接合方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002001550A (ja) * 2000-06-19 2002-01-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦撹拌接合における倣い制御装置
CN1490112A (zh) * 2002-10-18 2004-04-21 ������������ʽ���� 摩擦搅拌接合装置及接合方法
JP2011200880A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Honda Motor Co Ltd 摩擦撹拌溶接方法および摩擦撹拌溶接装置
CN103658966A (zh) * 2012-09-04 2014-03-26 株式会社F.泰克 摩擦搅拌接合装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002066763A (ja) * 2000-09-01 2002-03-05 Honda Motor Co Ltd 摩擦撹拌接合装置
JP2002103061A (ja) * 2000-10-02 2002-04-09 Hitachi Ltd 摩擦攪拌接合装置及びその接合方法
JP4050478B2 (ja) * 2001-03-29 2008-02-20 マツダ株式会社 摩擦撹拌を用いた加工制御方法、並びに当該方法を実行するコンピュータプログラム並びに当該コンピュータプログラムを格納した記憶媒体
JP5038070B2 (ja) * 2007-09-07 2012-10-03 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌接合装置
US8052034B2 (en) * 2008-05-30 2011-11-08 Vanderbilt University Lateral position detection and control for friction stir systems
US8556156B1 (en) * 2012-08-30 2013-10-15 Apple Inc. Dynamic adjustment of friction stir welding process parameters based on weld temperature
JP5788861B2 (ja) * 2012-12-28 2015-10-07 株式会社エフテック 摩擦撹拌接合装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002001550A (ja) * 2000-06-19 2002-01-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦撹拌接合における倣い制御装置
CN1490112A (zh) * 2002-10-18 2004-04-21 ������������ʽ���� 摩擦搅拌接合装置及接合方法
JP2011200880A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Honda Motor Co Ltd 摩擦撹拌溶接方法および摩擦撹拌溶接装置
CN103658966A (zh) * 2012-09-04 2014-03-26 株式会社F.泰克 摩擦搅拌接合装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111683782A (zh) * 2018-03-29 2020-09-18 株式会社日立电力解决方案 摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法
CN111683782B (zh) * 2018-03-29 2022-06-24 株式会社日立电力解决方案 摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法
US11794273B2 (en) 2018-03-29 2023-10-24 Hitachi Power Solutions Co., Ltd. Friction stir welding apparatus and friction stir welding method
CN112894120A (zh) * 2020-10-27 2021-06-04 倪平涛 一种带4套辅助装置的双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及其焊接中厚钢件曲线对接焊缝的方法

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