CN114713966B - 识别焊缝的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种识别焊缝的焊接方法。本发明实施例所提供的识别焊缝的焊接方法通过焊缝传感器扫描待焊接工件获得焊缝的平面坐标，可精准地进行焊缝焊接；在焊缝的平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标不一致时，可控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移或进一步再控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动，直至焊缝的平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标保持一致，进一步提高焊接的精准性和高效性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接的技术领域，特别是涉及一种识别焊缝的焊接方法。
背景技术
搅拌摩擦焊装置是利用高速旋转的焊具与待焊工件摩擦产生的热量融化待焊工件材料局部融合，并在焊具的挤压下形成焊缝的技术。搅拌摩擦焊装置能够一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，残余应力低且成本较低。但是，现有技术中的搅拌摩擦焊装置对于批量少、纹理特征特异具有曲线焊缝的大板件焊件，焊缝难以识别且识别效率低。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种能够应对大板件焊件的识别焊缝的焊接方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种能够应对大板件焊件的识别焊缝的焊接方法。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：一种识别焊缝的焊接方法，所述焊接方法基于搅拌摩擦焊装置，所述搅拌摩擦焊装置包括焊缝传感器和搅拌摩擦焊钻头，所述焊接方法包括步骤：控制焊缝传感器扫描待焊接工件，获得焊缝的平面坐标；识别所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标是否一致；在所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致时，控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作；在所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标不一致时，控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移或进一步再控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致，再控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。
作为本发明的进一步改进，所述控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对位移步骤包括：采用直线插补算法控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对位移，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致；降低所述焊缝传感器的采样频率；控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。
作为本发明的进一步改进，在所述完成焊接工作步骤之后，控制所述焊缝传感器的采样频率恢复至初始频率。
作为本发明的进一步改进，在所述采用直线插补算法控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移步骤之后，仍无法满足所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致时，再控制焊缝传感器绕自身轴线产生位移，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致；降低所述焊缝传感器的采样频率；控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。
作为本发明的进一步改进，在所述完成焊接工作步骤之后，控制所述焊缝传感器的采样频率恢复至初始频率。
作为本发明的进一步改进，所述搅拌摩擦焊装置包括摩擦焊钻头驱动机构,所述控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置步骤包括控制摩擦焊钻头驱动机构驱动所述搅拌摩擦焊钻头在所述平面坐标位置处发生旋转运动以完成焊接工作。
作为本发明的进一步改进，所述搅拌摩擦焊装置包括角位移驱动机构,所述控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移步骤包括控制角位移驱动机构驱动所述搅拌摩擦焊钻头与搅拌摩擦焊运动平台产生相对角位移。
作为本发明的进一步改进，所述搅拌摩擦焊装置包括焊缝传感器驱动机构,所述控制焊缝传感器产生位移步骤包括控制焊缝传感器驱动机构驱动所述控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动。
本发明具有以下优点：
本发明实施例所提供的识别焊缝的焊接方法通过焊缝传感器扫描待焊接工件获得焊缝的平面坐标，可精准地进行焊缝焊接；在焊缝的平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标不一致时，可控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移或进一步再控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动，直至焊缝的平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标保持一致，进一步提高焊接的精准性和高效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的搅拌摩擦焊装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的识别焊缝的焊接方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的识别焊缝的焊接方法的流程示意图；
图4为应用图3所示实施例的识别焊缝轨迹的示意图。
附图中的标记说明：
| 100、搅拌摩擦焊装置 | 1、摩擦焊运动平台 | 2、角位移驱动机构 |
| 3、连接件 | 4、摩擦焊钻头驱动机构 | 5、搅拌摩擦焊钻头 |
| 7、焊缝传感器 | 6、焊缝传感器驱动机构 |
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明第一实施例提供的搅拌摩擦焊装置的结构示意图。在该实施例中，搅拌摩擦焊装置100包括搅拌摩擦焊钻头5，与搅拌摩擦焊钻头5连接的摩擦焊钻头驱动机构4，角位移驱动机构2，焊缝传感器7，与焊缝传感器7连接的焊缝传感器驱动机构6，控制器(图中未示出)。控制器分别与摩擦焊钻头驱动机构4、角位移驱动机构2、焊缝传感器7和焊缝传感器驱动机构6连接。控制器接收焊缝传感器7感知的焊缝信息，并基于所述焊缝信息控制摩擦焊钻头驱动机构4、角位移驱动机构2或/和焊缝传感器驱动机构6产生相应的驱动信号，以使搅拌摩擦焊钻头5的位置与感知的焊缝位置对准。
继续参考图1，搅拌摩擦焊钻头5用于与待焊接工件进行摩擦焊接。摩擦焊钻头驱动机构4与搅拌摩擦焊钻头5连接，用于驱动搅拌摩擦焊钻头5产生旋转运动。在该实施例中，摩擦焊钻头驱动机构4和搅拌摩擦焊钻头5呈竖直方向连接设置。在本发明中，以图1所示的纸面长度方向为搅拌摩擦焊装置100的竖直方向，以图1所示的纸面宽度方向为搅拌摩擦焊装置100的水平方向。摩擦焊钻头驱动机构4采用螺丝收缩钢套紧固搅拌摩擦焊钻头5从而确保搅拌摩擦焊钻头5的驱动方向能够与摩擦焊钻头驱动机构4的驱动轴的同轴度。优选地，摩擦焊钻头驱动机构4为电机，电机旋转带动搅拌摩擦焊钻头5产生旋转运动，从而能够精准地定位至焊缝位置并进行焊接工作。搅拌摩擦焊钻头5沿竖直方向的旋转即定义为搅拌摩擦焊钻头5工作，相应地，竖直方向也定义为工作方向。
搅拌摩擦焊装置100还包括摩擦焊运动平台1。摩擦焊运动平台1用于限制搅拌摩擦焊钻头5的运动轨迹。具体地，摩擦焊运动平台1用于限制搅拌摩擦焊钻头5的运动轨迹的方向与搅拌摩擦焊钻头的工作方向相互垂直。在该实施例中，搅拌摩擦焊钻头5与摩擦焊钻头驱动机构4同时沿竖直方向设置于摩擦焊运动平台1上。摩擦焊运动平台1包括水平方向设置的轨道，搅拌摩擦焊钻头5可沿所述轨道产生水平方向位移。
继续参考图1，搅拌摩擦焊装置100设置有焊缝传感器驱动机构6。焊缝传感器驱动机构6与焊缝传感器7连接，用于驱动焊缝传感器7产生位移运动。优选地，焊缝传感器驱动机构6和焊缝传感器7呈竖直方向连接设置。焊缝传感器驱动机构6通过连接件3固定至摩擦焊钻头驱动机构4上。控制器可根据焊缝传感器7的焊缝信息的清楚与否，控制焊缝传感器驱动机构6产生驱动信号以使焊缝传感器7发生位移，从而获得更加清楚的焊缝信息。
在该实施例中，连接件3呈水平方向设置。连接件3的一端连接于焊缝传感器驱动机构6，连接件3的另一端连接于摩擦焊钻头驱动机构4上。具体地，连接件3的两端分别设有孔洞，两个孔洞分别套设于焊缝传感器驱动机构6和摩擦焊钻头驱动机构4的外径上。
继续参考图1，角位移驱动机构2用于驱动搅拌摩擦焊钻头5与焊缝传感器7产生相对角位移运动。角位移驱动机构2驱动连接件3产生角位移运动，连接件3带动焊缝传感器驱动机构6相对于摩擦焊钻头驱动机构4发生相对角位移。由于焊缝传感器驱动机构6固定连接于焊缝传感器7，摩擦焊钻头驱动机构4固定连接于搅拌摩擦焊钻头5，从而，连接件3带动搅拌摩擦焊钻头5与焊缝传感器7产生相对角位移运动。当然，在其他实施例中，角位移驱动机构2也可以直接连接搅拌摩擦焊钻头5和焊缝传感器7，直接驱动焊缝传感器7或搅拌摩擦焊钻头5，使搅拌摩擦焊钻头5与焊缝传感器7产生相对角位移运动。
进一步地，在图1所示实施例中，角位移驱动机构2通过运动模组与摩擦焊运动平台1连接，角位移驱动机构2的底部通过螺丝等紧固件方式固定连接摩擦焊钻头驱动机构4。
焊缝传感器7设置在搅拌摩擦焊装置100上，并且保持焊缝传感器7的传感方向与搅拌摩擦焊钻头5的工作方向一致。焊缝传感器7用于感知所述待焊接工件上的焊缝。焊缝传感器包括图像传感器、红外传感器或者激光传感器。继续参考图1所示，在该实施例中，焊缝传感器7采用激光传感器，激光传感器感测的焊缝信息包括焊缝的位置信息和焊缝的深度信息。激光传感器具有良好的能量聚焦性，不仅能够感测焊缝的距离信息，还能感测到焊缝的深度信息。通过焊缝的距离信息，在预设的坐标系规则中，控制器可以很快获得焊缝的位置信息。控制器同时接收到焊缝的位置信息和焊缝的深度信息，能够更精准地规划搅拌摩擦焊钻头5的运动轨迹，进一步提高焊接的效率性。
激光传感器测距采用的是三角测量法。三角测量法是一种光源为主动式的测量方法，通过固定好相机与激光发射器相对位置，利用这个相对位置信息，采集激光发射器发射的光线信息，物体表面的形状变化会反应在接收到的光点图片上，使其位置发生偏移，而这个偏移的大小就对应物体表面的深度变化。因此，激光传感器可以计算光点在图片上的偏移像素值，进而可以间接得到物体表面深度信息。由于光线传递路线在空间中呈三角形，故称为三角法。采用激光三角法的优点有：测量距离时，被测物体不会产生形变，测量精度提高；在对精密物体进行测量时被测物体表面不会产生磨损，降低了额外损失；可以在一些极端的环境下完成测量任务；测量速度快。
继续参考图1，搅拌摩擦焊装置100设置有焊缝传感器驱动机构6。焊缝传感器驱动机构6与焊缝传感器7连接，用于驱动焊缝传感器7绕自身轴线产生运动。优选地，焊缝传感器驱动机构6和焊缝传感器7呈竖直方向连接设置。焊缝传感器驱动机构6通过连接件3固定至摩擦焊钻头驱动机构4上。控制器可根据焊缝传感器7的焊缝信息的清楚与否，控制焊缝传感器驱动机构6产生驱动信号以使焊缝传感器7绕自身轴线产生旋转，从而确保焊缝传感器7的扫描范围始终能够覆盖焊缝区域，获得更加清楚的焊缝信息。
如图2所示，本发明实施例提供的识别焊缝的焊接方法的流程示意图。该识别焊缝的焊接方法基于上述文中所述的搅拌摩擦焊装置100。在该实施例中，识别焊缝的焊接方法包括三个步骤，每个步骤中具体的内容如下所示。
步骤S1：控制焊缝传感器扫描待焊接工件，获得焊缝的平面坐标。
步骤S2：识别所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标是否一致。
步骤S3：在所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致时，控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。
由于焊缝传感器在宽度方向上测量范围有限，同时焊缝传感器与搅拌摩擦焊钻头间存在一定距离，导致焊缝传感器反馈位置与搅拌摩擦焊实际运动位置之间存在相应偏差，该偏差在扫描直线的情况下对结果无影响，但是在扫描曲线式焊缝时会造成一定影响。若曲线式焊缝的曲率过大，则极有可能在搅拌摩擦焊钻头未到达相应位置时，焊缝已偏离焊缝传感器的扫描范围，从而导致装置识别焊缝的焊接方法无法正常工作。
因此，在所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标不一致时，控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移或进一步再控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致，再控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。
如图3所示，该图中包含了步骤S3的细化实施例。
步骤S3中所述控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移步骤包括：采用直线插补算法控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致；降低所述焊缝传感器的采样频率；控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。进一步地，在所述完成焊接工作步骤之后，控制所述焊缝传感器的采样频率恢复至初始频率。
在步骤S3中所述采用直线插补算法控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对位移步骤之后，若仍无法满足所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致时，则再控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致；降低所述焊缝传感器的采样频率；控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作。进一步地，在所述完成焊接工作步骤之后，控制所述焊缝传感器的采样频率恢复至初始频率。
在该实施例中，识别焊缝的焊接方法在扫描曲线式焊缝时采用抽点的方式并降低取点频率，提高扫描速度，提高焊缝识别工作效率。当焊缝传感器为激光传感器时，判断激光中点与焊缝是否重合，当二者重合时，说明焊缝为直线段，激光传感器的采样频率不变；当二者不重合时，说明焊缝为曲线段，则降低激光传感器的采样频率，直至二者重合即焊缝为直线段时，恢复激光传感器的采样频率。采用自适应曲线速度的方法，可以提高激光扫描效率以及算法计算速率，降低实际操作中的动作迟滞性，提高焊缝识别准确性。
在该实施例中，在曲线式焊缝的曲率较小的情况下，根据直线插补算法控制角位移驱动机构2旋转，驱动焊缝传感器7相对搅拌摩擦焊钻头5进行相应角度偏转，保证焊缝在焊缝传感器扫描范围内；在曲线式焊缝的曲率较大的情况下，根据直线插补算法，焊缝传感器驱动机构6可驱动焊缝传感器7自旋，从而保证焊缝在焊缝传感器扫描范围内。
如图4所示，应用图3所示实施例的识别焊缝轨迹的示意图。在图4(a)中，8为搅拌摩擦焊钻头位置点投影示意，9为激光平面线，10为钻头轨迹示意线，11为焊缝。在图4(b)至图4(c)中，当激光平面线9中点与焊缝11不重合，即焊缝为曲线段，则经过直线插补算法改变旋转机构2相应角度，保证激光平面线9中点与焊缝11重合。在图4(d)至图4(e)中，当焊缝曲线段曲率过大，导致仅调整旋转机构2的角度无法保证激光平面线9与焊缝11重合时，经过直线插补算法改变旋转电机6的角度，保证激光平面线9中点与焊缝11重合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种识别焊缝的焊接方法，所述焊接方法基于搅拌摩擦焊装置，其特征在于，用于曲线式焊缝，所述搅拌摩擦焊装置包括焊缝传感器、搅拌摩擦焊钻头、角位移驱动机构和焊缝传感器驱动机构, 所述角位移驱动机构固定连接摩擦焊钻头驱动机构，所述摩擦焊钻头驱动机构与搅拌摩擦焊钻头连接，所述焊缝传感器驱动机构与焊缝传感器连接，所述焊接方法包括步骤：
控制焊缝传感器扫描待焊接工件，获得焊缝的平面坐标；
识别所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标是否一致；
在所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致时，控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作；
在所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标不一致时，控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移，在所述控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移步骤之后，仍无法满足所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致时，控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动，直至所述平面坐标与焊缝传感器的感测中心坐标一致，降低所述焊缝传感器的采样频率，再控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置，以完成焊接工作；
所述控制搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移步骤包括：采用直线插补算法控制角位移驱动机构驱动所述搅拌摩擦焊钻头与焊缝传感器产生相对角位移；
所述控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动步骤包括控制焊缝传感器驱动机构驱动所述控制焊缝传感器绕自身轴线产生运动。
2.根据权利要求1所述的一种识别焊缝的焊接方法，其特征在于，在所述完成焊接工作步骤之后，控制所述焊缝传感器的采样频率恢复至初始频率。
3.根据权利要求1所述的一种识别焊缝的焊接方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊装置包括摩擦焊钻头驱动机构, 所述控制搅拌摩擦焊钻头运动至焊缝的平面坐标位置步骤包括控制摩擦焊钻头驱动机构驱动所述搅拌摩擦焊钻头在所述平面坐标位置处发生旋转运动以完成焊接工作。
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Non-Patent Citations (1)
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