CN109530906A - 一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法 - Google Patents
一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109530906A CN109530906A CN201811624371.1A CN201811624371A CN109530906A CN 109530906 A CN109530906 A CN 109530906A CN 201811624371 A CN201811624371 A CN 201811624371A CN 109530906 A CN109530906 A CN 109530906A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- additional shaft
- stirring
- stirring tool
- additional
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003756 stirring Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010210 aluminium Nutrition 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法，用于复杂曲面壁板结构，机器人构型包括机器人本体、搅拌头、搅拌工具、附加轴、附加轴电机和激光跟踪传感器，搅拌头连接于与机器人本体的末端，附加轴安装于搅拌头上，搅拌工具安装于附加轴上，搅拌工具动作方向与附加轴的圆心法线重合，搅拌工具的动作方向穿过机器人本体的第五轴的中心，附加轴电机用于控制附加轴转动，激光追踪传感器安装在附加轴上。运动算法通过控制附加轴和机器人本体五个轴旋转来实现搅拌工具的空间工作轨迹及工作位姿。本发明将搅拌工具与激光跟踪传感器的运动关系解耦，降低机器人本体的极限扭摆幅度，提高机器人本体在搅拌摩擦焊过程中的动刚度，实现高质高效的焊接过程。
Description
技术领域
本发明属于搅拌摩擦焊机器人技术领域，特别涉及一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法。
背景技术
随着航空航天领域的迅速发展，高强铝合金大型薄壁复杂曲面壁板结构的先进连接技术亟需突破，搅拌摩擦焊属于固相焊，作为一种先进连接方法，其焊接热输入低，焊接过程温度低于材料熔点，焊后残余应力小，母材变形小；不会产生气孔和裂纹等缺陷等优点受到了广泛关注与应用。
为了实现高精度焊接，在一般的搅拌摩擦焊过程中会采用激光焊缝跟踪传感器来扫描前进方向上的点位信息，实时检测焊缝，引导搅拌工具精确走位。一般情况下，激光跟踪传感器被刚性固定在搅拌头上，而针对大型复杂曲面壁板结构的搅拌摩擦焊接过程中，焊接路径跨度大、曲线复杂，为了能使激光束扫描到前进方向的焊缝，机器人工具轴与焊缝的相对姿态需要始终保持一致，因此机器人本体需要进行大幅度扭摆。由于壁板刚度弱、机器人本体大幅扭摆过程中关节柔性误差和机器人本体动刚度在动负载下的变化不仅会对搅拌摩擦焊本身的焊接质量产生影响，还会使激光传感器产生测量误差，导致焊接缺陷。为了实现优质高效的搅拌摩擦焊接过程，需要解除搅拌工具与激光传感器的刚性固定关系。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法，将搅拌头与焊缝跟踪传感器运动解耦，针对复杂曲面大曲率焊缝实现高质量焊接与高精度焊缝跟踪检测。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种搅拌摩擦焊机器人构型，用于复杂曲面壁板结构，包括机器人本体、搅拌头、搅拌工具、附加轴、附加轴电机和激光跟踪传感器，所述搅拌头连接于与机器人本体的末端，所述附加轴安装于搅拌头上，所述搅拌工具安装于附加轴上，所述搅拌工具动作方向与附加轴的圆心法线重合，所述搅拌工具的动作方向穿过机器人本体的第五轴的中心，所述附加轴电机用于控制附加轴转动，所述激光追踪传感器安装在附加轴上。
作为优选，所述搅拌工具为搅拌针。
作为优选，所述激光传感器通过连接机构连接于附加轴上。
一种搅拌摩擦焊机器人构型的运动算法，该算法控制机器人机器人本体的第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴维持附加轴上的搅拌工具的空间工作位姿，实现稳定的焊接过程，又控制附加轴旋转，以保持激光跟踪传感器发射出的激光束始终照射焊接前进方向，实现焊缝跟踪检测过程。
本发明的搅拌摩擦焊机器人构型，具有以下有益效果：本发明将搅拌工具与激光跟踪传感器的运动关系解耦，针对大型薄壁复杂曲面壁板结构的搅拌摩擦焊接，在焊接路径跨度大、曲线复杂、壁板刚性弱的条件下，降低机器人本体的极限扭摆幅度，提高机器人本体在搅拌摩擦焊过程中的动刚度，实现高质高效的焊接过程。
附图说明
图1为本发明中的搅拌摩擦焊机器人构型的结构示意图。
具体实施方式
使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
如图1所示，一种搅拌摩擦焊机器人构型，包括包括机器人本体1、搅拌头2、搅拌工具3、附加轴5、附加轴电机4和激光跟踪传感器6，搅拌头2连接于与机器人本体1的末端，附加轴5安装于搅拌头2上，搅拌工具3安装于附加轴5上，且搅拌工具3动作方向与附加轴5的圆心法线重合，且搅拌工具3的动作方向穿过机器人本体1的第五轴的中心，附加轴电机4用于控制附加轴5转动，激光追踪传感器6通过连接机构7安装在附加轴5上。
本发明中的一种搅拌摩擦焊机器人构型将普通的六轴机器人分解为两部分。第一部分：机器人本体的第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴用来实现搅拌工具3的空间轨迹运动，维持搅拌工具3相对于焊缝的工作位姿。第二部分：附加轴5作为机器人本体的第六轴，该附加轴5具有两个功能：(1)在焊接过程中，保持原机器人本体1的第六轴的功能，搅拌工具3安装于附加轴5的末端，搅拌工具3的动作方向与附加轴5的圆心的法线重合，且穿过机器人第五轴的旋转轴心。(2)在焊缝跟踪检测过程中，激光跟踪传感器安装于附加轴5上，通过机器人运动算法控制附加轴5旋转，激光跟踪传感器6则跟随附加轴5同时旋转，使激光束扫描方向始终指向焊接前进方向。
本发明中，机器人本体1拥有五个自由度(轴)，用于夹持搅拌头2执行焊接过程中的空间轨迹运动。搅拌头2可以通过控制器单独控制，夹持搅拌工具3执行搅拌摩擦焊接过程；搅拌工具3插入待焊材料的结合面进行摩擦搅拌，实现金属的塑性连接。在焊接过程中，安装于附加轴5上的激光跟踪传感器6跟随附加轴5一起旋转，运动方式包括往复旋转、单向旋转、平移等，扫描区域为扫描搅拌工具下方区域，且向下方焊接区域持续发射出激光束，激光束扫描搅拌工具下方区域内的点位信息，通过算法完成环形区域上的母材与焊缝检测，引导搅拌工具精确走位。
本发明还涉及一种搅拌摩擦焊机器人运动算法，该算法控制机器人机器人本体的第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴维持附加轴5上的搅拌工具3的空间工作位姿，实现稳定的焊接过程，又控制附加轴5旋转，以保持激光跟踪传感器6发射出的激光束始终照射焊接前进方向，实现焊缝跟踪检测过程。
本发明针对复杂曲面壁板结构的搅拌摩擦焊接需求，提出一种“5+1+1”搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法，解决了搅拌工具与跟踪传感器刚性连接引起焊接过程中的机器人极限扭摆问题，实现了大曲率空间曲线焊缝跟踪传感器视场的自主追踪，实现了高强铝合金复杂薄壁曲面壁板结构的优质高效焊接。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种搅拌摩擦焊机器人构型，用于复杂曲面壁板结构，其特征在于，包括机器人本体、搅拌头、搅拌工具、附加轴、附加轴电机和激光跟踪传感器，所述搅拌头连接于与机器人本体的末端，所述附加轴安装于搅拌头上，所述搅拌工具安装于附加轴上，所述搅拌工具动作方向与附加轴的圆心法线重合，所述搅拌工具的动作方向穿过机器人本体的第五轴的中心，所述附加轴电机用于控制附加轴转动，所述激光追踪传感器安装在附加轴上。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机器人构型，其特征在于，所述搅拌工具为搅拌针。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机器人构型，其特征在于，所述激光传感器通过连接机构连接于附加轴上。
4.一种搅拌摩擦焊机器人构型的运动算法，其特征在于，该算法控制机器人机器人本体的第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴维持附加轴上的搅拌工具的空间工作位姿，实现稳定的焊接过程，又控制附加轴旋转，以保持激光跟踪传感器发射出的激光束始终照射焊接前进方向，实现焊缝跟踪检测过程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811624371.1A CN109530906A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811624371.1A CN109530906A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109530906A true CN109530906A (zh) | 2019-03-29 |
Family
ID=65857713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811624371.1A Pending CN109530906A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109530906A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110814510A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-21 | 安徽必达新能源汽车产业研究院有限公司 | 一种搅拌摩擦焊接设备及其焊接方法 |
| CN112139654A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 北京工业大学 | 机器人搅拌摩擦焊在线力位混合控制系统 |
| CN114700610A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-05 | 苏州大学 | 搅拌摩擦焊装置 |
| CN115519233A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-12-27 | 青岛寰宇乾堃航天特种设备有限公司 | 一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法 |
| CN115519233B (zh) * | 2022-09-15 | 2024-05-28 | 青岛寰宇乾堃航天特种设备有限公司 | 一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103801816A (zh) * | 2012-11-07 | 2014-05-21 | 上海航天设备制造总厂 | 搅拌摩擦点焊机器人装置和利用该装置焊接的方法 |
| CN104607795A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-05-13 | 昆山斯格威电子科技有限公司 | 机器人搅拌摩擦焊接系统及其力位并环混合控制方法 |
| CN104942459A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-09-30 | 湖北省齐星汽车车身股份有限公司 | 一种大型罐体机器人自动化焊接工作站 |
| CN105195888A (zh) * | 2015-10-09 | 2015-12-30 | 航天工程装备（苏州）有限公司 | 搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法 |
| CN206263418U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-06-20 | 华南理工大学 | 一种六自由度焊接机器人线激光实时焊缝跟踪系统 |
| CN206717246U (zh) * | 2017-04-10 | 2017-12-08 | 中国石油大学(华东) | 一种水下管道焊接机器人 |
| DE202018001178U1 (de) * | 2018-03-06 | 2018-03-16 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | Vorrichtung zur Vermeidung einer Unterbrechung des Schweiß - Prozesses beim Rührreibschweißen, insbesondere eines Bruchs des Reibstifts. |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811624371.1A patent/CN109530906A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103801816A (zh) * | 2012-11-07 | 2014-05-21 | 上海航天设备制造总厂 | 搅拌摩擦点焊机器人装置和利用该装置焊接的方法 |
| CN104607795A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-05-13 | 昆山斯格威电子科技有限公司 | 机器人搅拌摩擦焊接系统及其力位并环混合控制方法 |
| CN104942459A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-09-30 | 湖北省齐星汽车车身股份有限公司 | 一种大型罐体机器人自动化焊接工作站 |
| CN105195888A (zh) * | 2015-10-09 | 2015-12-30 | 航天工程装备（苏州）有限公司 | 搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法 |
| CN206263418U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-06-20 | 华南理工大学 | 一种六自由度焊接机器人线激光实时焊缝跟踪系统 |
| CN206717246U (zh) * | 2017-04-10 | 2017-12-08 | 中国石油大学(华东) | 一种水下管道焊接机器人 |
| DE202018001178U1 (de) * | 2018-03-06 | 2018-03-16 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | Vorrichtung zur Vermeidung einer Unterbrechung des Schweiß - Prozesses beim Rührreibschweißen, insbesondere eines Bruchs des Reibstifts. |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 褚东志等: "一种适合焊接专机的激光焊缝跟踪应用 ", 《机电工程》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110814510A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-21 | 安徽必达新能源汽车产业研究院有限公司 | 一种搅拌摩擦焊接设备及其焊接方法 |
| CN112139654A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 北京工业大学 | 机器人搅拌摩擦焊在线力位混合控制系统 |
| CN114700610A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-05 | 苏州大学 | 搅拌摩擦焊装置 |
| CN115519233A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-12-27 | 青岛寰宇乾堃航天特种设备有限公司 | 一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法 |
| CN115519233B (zh) * | 2022-09-15 | 2024-05-28 | 青岛寰宇乾堃航天特种设备有限公司 | 一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109530906A (zh) | 一种搅拌摩擦焊机器人构型及运动算法 | |
| CN105562973B (zh) | 一种激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接系统及方法 | |
| CN101786210B (zh) | 开孔接管及马鞍形焊缝焊接设备 | |
| JP2001314982A (ja) | スポット接合方法およびスポット接合装置 | |
| CN207205619U (zh) | 基于三维激光扫描的波纹焊缝跟踪系统 | |
| CN109365956A (zh) | 一种转向架连续转弯焊缝焊接方法及焊接装置 | |
| JP6408735B1 (ja) | 摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法 | |
| JP2007167896A (ja) | シーム溶接機、シーム溶接装置、シーム溶接ロボットシステム、シーム溶接方法及びローラ電極の回転駆動制御プログラム作成方法 | |
| CN103386554B (zh) | 焊缝应力消除移动机器人跟踪系统 | |
| CN206824862U (zh) | 用于船舶分段制造的焊接机器人 | |
| CN108061755A (zh) | 火箭贮箱搅拌摩擦焊缝相控阵超声自动检测系统 | |
| CN103394833B (zh) | 焊后焊缝高精度跟踪及残余应力消除系统 | |
| CN105234553A (zh) | 筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统及调整方法 | |
| CN101612689A (zh) | 数控搅拌摩擦焊接系统及其焊接方法 | |
| JP5061640B2 (ja) | レーザ溶接装置、レーザ溶接方法 | |
| JP2010089149A (ja) | 溶接ロボットの制御装置および制御方法 | |
| CN207642480U (zh) | 一种用于五轴搅拌摩擦焊接设备的焊缝扫描系统 | |
| CN106984921A (zh) | 用于船舶分段制造的焊接机器人 | |
| WO2019189505A1 (ja) | 摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法 | |
| CN202984880U (zh) | 焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统 | |
| CN214291574U (zh) | 一种机器人车厢板浪板自动跟踪焊装置 | |
| De Backer et al. | Friction stir welding with robot for light weight vehicle design | |
| JPH11197866A (ja) | レーザ加工装置およびワークのレーザ切断方法 | |
| KR20190081040A (ko) | 마찰 교반 용접장치 | |
| JP2023090359A (ja) | 移動制御方法、制御装置及び溶接装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190329 |