CN110108803A - 一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法，公开了一种搅拌摩擦焊焊接头搅拌针的断针检测传感装置及方法，其中搅拌摩擦焊焊接头搅拌针的断针检测传感装置基于集成在焊接主轴内的声发射传感器，动态实时提取焊接时传感器反馈的声音变化趋势，通过分析确定搅拌针所断位置，或预测搅拌针即将断裂的趋势，并将此信号反馈至控制器，控制器综合主轴功率反馈，驱动进给轴退出至安全位置，并停止设备的运动。所述装置包含声发射传感器、前置放大器、声发射处理卡、主机，可有效解决焊接过程中搅拌针断针检测及预测即将断裂的问题。

Description

一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法

技术领域

本发明属于搅拌针断针的检测和控制方法设计，特别是涉及搅拌摩擦焊接中搅拌针断针检测装置和控制方法的设计。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种固相塑性连接技术，广泛应用于各大工业领域。

搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个带有搅拌针和轴肩的特殊搅拌头完成的。在焊接过程中，搅拌针会出现断针现象，但靠人为观察到的概率及其小，或监测电机功率等参数来判断，而每次发现断针均是在焊接完成后，一是无法判断断针位置，无法实施补焊，二是造成材料及人力物力的浪费，产生很多损失。

因此，为更好的进行焊接，减少不必要的材料浪费，对于断针检测及预测非常有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是焊接过程中搅拌针断针检测及预测即将断裂的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种搅拌针断针的检测装置，包含主轴、声发射传感器、前置放大器、数据处理卡、主机、控制器、驱动器、执行机构；所述声发射传感器放置于主轴内，所述声发射传感器与前置放大器连接，用于对信号滤波及放大；所述前置放大器与数据处理卡连接，用于对数据进行存储转换；所述数据处理卡与主机连接，用于对数据进行分析处理；所述主机与控制器连接，用于将检测信息反馈至控制器；所述控制器与驱动器连接，用于将控制器的运动信息传输至驱动；所述驱动器与执行机构连接，用于驱动执行机构的运动。

其中，所述声发射传感器是一种压电陶瓷传感器，与前置放大器连接，所检测的信号滤波放大；所述前置放大器与声发射处理卡连接，将声发射信号传递至声发射处理卡；所述声发射处理卡与主机连接，主机分析出声发射的变化情况；所述主机与运动控制器连接，将关键指令发送给运动控制器，实现轴运动功能。

本发明还公开一种搅拌针断针的检测控制方法，该方法包括如下步骤：标定声传感器正常反馈频率；断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率；结合正常反馈频率、实时监测反馈频率和频率变化率分析断针情况；将断针情况反馈至控制器，控制器结合主轴功率判断当前情况，在线运动到相应位置，实现断针检测及运动控制，控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序，将下压轴抬起至安全距离，停止装备的运行，以便检查搅拌针情况；若未出现断针，则运行至结束。

在进一步的方案中，所述频率的变化率，对应的方程为：其中RF2是时间t2所对应的声频率值，RF1是时间t1所对应的声频率值，得出在两个时间点之间的频率变化率β，RF表示实时反馈频率值。

在进一步的方案中，所述β出现突变，下一个采集周期内RF一直处于低频率状况，即出现断针情况；若出现突变，在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近，则并未出现断针情况；若并未出现突变，但实时反馈频率一直在下降，可能搅拌针出现磨损、裂纹等情况，当反馈频率下跌超过50％，则判断搅拌针出现损伤。

在进一步的方案中，所述断针情况反馈至控制器，控制器跳转至中断程序，将下压轴抬起至安全距离，停止装备的运行，以便检查搅拌针情况；若未出现断针，则运行至结束。

附图说明

图1是本发明实施例的断针检测装置示意图；

图2是本发明实施例的断针检测装置控制流程图；

图3是本发明实施例的传感器反馈数据分析图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

本发明针对现有技术存在的技术问题，提供一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法。该方法针对运行过程中，可能出现的断针现象提出解决方案，实现断针实时检测，预测断针现象，并反馈至控制器，完成运动控制功能。

下面结合附图详细说明搅拌针断针检测的装置及方法。

首先，在本实施方式中，如图1所示，断针检测装置包含主轴1、声发射传感器2、前置放大器3、数据处理卡4、主机5、控制器6、驱动器7、执行机构8。所述声发射传感器2放置于主轴1内，所述声发射传感器2与前置放大器3连接，用于对信号滤波及放大；所述前置放大器3与数据处理卡4连接，用于对数据进行存储转换；所述数据处理卡4与主机5连接，用于对数据进行分析处理；所述主机5与控制器6连接，用于将检测信息反馈至控制器；所述控制器6与驱动器7连接，用于将控制器的运动信息传输至驱动；所述驱动器7与执行机构8连接，用于驱动执行机构如电机的运动。

所述主机5是声发射传感装置的核心分析处理单元，在实际操作时可以是工控机或是嵌入式控制器等。所述控制器6是控制方法的核心运动控制单元，在实际操作时可以是数控系统单元或运动控制卡，也可以是PLC等。

如图2所示，结合图1装置和图3数据分析图，本发明的搅拌针断针检测方法的实现步骤如下：

第一步：控制器运行，启动声发射传感器，记录起始运行平稳时的频率，作为参考频率AF；

第二步：运行过程中，断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率。分析采集到的频率的变化率，结合公式：

其中RF2是时间t2所对应的声频率值，RF1是时间t1所对应的声频率值，得出在两个时间点之间的频率变化率β，RF表示实时反馈频率值。

第三步：结合频率AF、实时监测反馈频率RF和频率变化率β分析断针情况。若β出现突变，下一个采集周期内RF一直处于低频率状况，接近图3中的趋势9，即出现断针情况；若出现突变，在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近，则并未出现断针情况；若并未出现突变，但实时反馈频率一直在下降，可能搅拌针出现磨损、裂纹等情况，当反馈频率下跌超过50％，接近于图3中的趋势10，则判断搅拌针出现损伤。

第四步：将断针情况反馈至控制器，控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序，将下压轴抬起至安全距离，停止装备的运行，以便检查搅拌针情况；若未出现断针，则运行至结束。

Claims (9)

1.一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置，其特征在于，包含主轴、声发射传感器、前置放大器、数据处理卡、主机、控制器、驱动器、执行机构；

所述声发射传感器放置于主轴内，所述声发射传感器与前置放大器连接，用于对信号滤波及放大；

所述前置放大器与数据处理卡连接，用于对数据进行存储转换；所述数据处理卡与主机连接，用于对数据进行分析处理；

所述主机与控制器连接，用于将检测信息反馈至控制器；

所述控制器与驱动器连接，用于将控制器的运动信息传输至驱动；

所述驱动器与执行机构连接，用于驱动执行机构的运动。

2.如权利要求书1所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置，其特征在于，所述声发射传感器采用一种压电陶瓷传感器，与前置放大器连接，所述前置放大器与声发射处理卡连接，所述声发射处理卡与主机连接。

3.如权利要求书1所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置，其特征在于，所述主机是声发射传感装置的核心分析处理单元，在实际操作时可采用工控机或是嵌入式控制器。

4.如权利要求书1所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置，其特征在于，所述控制器是控制方法的核心运动控制单元，在实际操作时可采用数控系统单元、运动控制卡或PLC。

5.基于权利要求1所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：运行前，检测标定声传感器正常反馈频率；

第二步：运行中，断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率；

第三步：结合频率、实时监测反馈频率和频率变化率分析断针情况；

第四步：将断针情况反馈至控制器，控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序，将下压轴抬起至安全距离，停止装备的运行，以便检查搅拌针情况；若未出现断针，则运行至结束。

6.如权利要求5所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测方法，其特征在于，所述第一步：由于不同搅拌针、不同主轴转速、不同焊接材料等差异，声传感器所反馈频率不同，所以需标定正常情况下所反馈的声频率AF。

7.如权利要求6所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测方法，其特征在于，所述第二步：分析采集到的频率的变化率，结合公式：

其中RF2是时间t2所对应的声频率值，RF1是时间t1所对应的声频率值，得出在两个时间点之间的频率变化率β，RF表示实时反馈频率值。

8.如权利要求7所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测方法，其特征在于，所述第三步：若β出现突变，下一个采集周期内RF一直处于低频率状况，即出现断针情况；若出现突变，在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近，则并未出现断针情况；若并未出现突变，但实时反馈频率一直在下降，可能搅拌针出现磨损、裂纹等情况，当反馈频率下跌超过50％，则判断搅拌针出现损伤。

9.如权利要求5所述的一种基于声发射传感的搅拌针断针检测方法，其特征在于，所述断针包含两种情况，一种是搅拌针全部断裂至焊接材料中，另一种是搅拌针的前端1/3至1/2处断裂在焊接材料中。