CN115519233A - 一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法，其中主轴装置包括壳体壁板、垂直移动机构、水平移动机构、主轴机构以及激光器机构，垂直移动机构固定于壳体壁板，水平移动机构可移动地设置于垂直移动机构且水平移动机构能够沿垂直移动机构上下运动，主轴机构可移动地设置于水平移动机构且主轴机构能够沿水平移动机构水平运动；激光器机构活动设置于壳体壁板。通过激光器机构识别并反馈实际的焊缝偏移量，使得主轴结构能够更加快速精准的对准焊缝中心位置，独特的焊缝偏移量识别方法也使得焊接过程中可全程持续调节主轴装置的偏移量；独立设置的垂直移动机构与水平移动机构，使得垂直和水平两方向的运动互不干涉，焊缝激光对中结果更加精准。

Description

一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一项新型的固相焊接技术，起源于英国焊接技术研究所，其焊接原理示意图如图1所示。收到焊接开始指令后，搅拌头旋转压入待焊工件并沿着焊缝移动，高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量使材料塑化，在轴肩的挤压下形成固相焊缝。

搅拌摩擦焊在焊接开始前需要将主轴移动到焊缝位置并使搅拌头对准工件起始点焊缝，目前该步骤多采用人工手摇点动方式操作，受限于工厂环境与工人熟练度，常造成焊缝激光对中步骤时间耗费过长、焊缝位置对中不准等后果，这进一步影响了整条焊缝的焊接质量，焊接过程中或造成焊缝位置偏移、焊缝错位等现象，是造成产品焊缝未焊透或一致性差等的关键原因。

也有少部分采用自动对中方法的主轴装置，但是其对中装置与主轴装置分离，在焊接作业时需要先使用对中装置测量搅拌头与工件焊缝的偏移量，然后再采用手动或编程的方式修正偏移量，此种对中方法存在效率低下、实用性不强的缺点。

发明内容

本发明针对目前焊缝激光对中步骤时间耗费过长、焊缝位置对中不准导致焊缝的焊接质量差、焊缝位置偏移、焊缝错位等问题，提出了一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置及对中方法。

第一方面，本发明首先提出了一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，包括壳体壁板、垂直移动机构、水平移动机构、主轴机构以及激光器机构，所述垂直移动机构固定于所述壳体壁板，所述水平移动机构可移动地设置于所述垂直移动机构且所述水平移动机构能够沿所述垂直移动机构上下运动，所述主轴机构可移动地设置于所述水平移动机构且所述主轴机构能够沿所述水平移动机构水平运动；所述激光器机构活动设置于所述壳体壁板。

优选的，所述垂直移动机构包括垂直安装座、垂直驱动组件以及垂直导向组件，所述垂直安装座的一面固定于所述壳体壁板，另一面设置有所述垂直驱动组件和所述垂直导向组件，所述垂直驱动组件能够驱动所述水平移动机构沿所述垂直导向组件上下运动。

优选的，所述垂直驱动组件包括垂直驱动件、丝杆、丝母座以及轴承座，所述丝杆的一端通过所述轴承座转动固定于所述安装座，所述丝杆的另一端连接有所述垂直驱动件，所述丝母座转动设置于所述丝杆，所述垂直驱动件能够驱动所述丝杆转动从而带动所述丝母座上下运动。

优选的，所述垂直导向组件包括第一滑块以及第一导轨，所述第一导轨与所述丝杆平行设置，所述第一滑块滑动设置于所述第一导轨，所述丝母座与所述第一滑块均与所述水平移动机构连接，所述垂直驱动件能够驱动所述丝杆转动，从而使所述丝母座与所述第一滑块带动所述水平移动机构上下运动。

优选的，所述垂直驱动件包括垂直移动电机、减速机以及联轴器，所述减速机的一侧连接有所述垂直移动电机，所述减速机的另一侧连接有所述联轴器，所述联轴器与所述丝杆的端部连接。

优选的，所述水平移动机构包括水平安装座、水平驱动组件以及水平导向组件，所述水平安装座的一面固定于所述壳体壁板，另一面设置有所述水平驱动组件和所述水平导向组件，所述水平驱动组件能够驱动所述水平移动机构沿所述水平导向组件上下运动。

优选的，所述水平导向组件包括第二滑块以及第二导轨，所述第二导轨水平设置，所述第二滑块滑动设置于所述第二导轨，所述主轴机构与所述第二滑块连接，所述水平驱动组件能够驱动所述主轴机构沿所述第二导轨水平运动。

优选的，所述激光器机构包括激光传感器、活动杆以及固定杆，所述活动杆的一端固定有所述激光传感器，所述活动杆的另一端通过转轴与所述固定杆的端部连接，所述固定杆的另一端固定于所述壳体壁板。

优选的，所述主轴机构包括主轴、主轴电机以及主轴回抽电机，所述主轴设置于所述主轴电机的下端，所述主轴回抽电机设置于所述主轴电机的一侧。

第二方面，本发明还提出了种搅拌摩擦焊焊缝对中方法，一种搅拌摩擦焊焊缝对中方法，采用上述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，具体包括以下步骤：

S1：将搅拌摩擦焊的主轴机构移动到工件焊缝起始点附近后，启动激光器机构；

S2：所述激光器机构中的激光传感器出光并捕捉反射光，得到焊缝偏移量数据S；

S3：所述焊缝偏移量数据S输入PLC进行处理，当所述主轴机构位于焊缝右侧时，所述焊缝偏移量数据S为正值，根据公式(1)ΔS＝m-S确定主轴机构对中焊缝所需偏移量ΔS；当所述主轴机构位于焊缝左侧时，所述焊缝偏移量数据S为负值，根据公式(2)ΔS＝S-m确定主轴机构对中焊缝所需偏移量ΔS；式中，ΔS为主轴机构对中焊缝所需偏移量，S为激光传感器测量的实际焊缝偏移量数据，m为预设0～0.10mm之间的工艺调整值；

S4：水平移动机构根据公式(1)和公式(2)控制主轴机构移动并对齐工件焊缝；

S5：水平移动机构执行结束后，判断公式(3)ΔS＜m是否成立，若不成立，则重复执行公式(1)与公式(2)；若成立，则复位激光器机构。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过激光器结构识别并反馈实际的焊缝偏移量，使得主轴结构能够更加快速精准的对准焊缝中心位置。

2、本发明采用独特的焊缝偏移量识别方法，使得焊接过程中可全程持续调节主轴装置的偏移量。

3、本发明设置分别独立的垂直移动机构与水平移动机构，使得垂直和水平两个方向上的运动互不干涉，焊缝激光对中结果更加精准。

4、本发明采用外置的激光传感器始终对准主轴装置的中心，且位置方向恒定不变，避免了因外部环境变化引起的偏移量误差现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为一种搅拌摩擦焊焊缝激光对中方法的原理示意图。

图2为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置的立体结构示意图。

图3为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置的内部结构示意图。

图4为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置中垂直移动机构的立体结构示意图。

图5为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置中水平移动机构的立体结构示意图。

图6为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置中主轴机构的立体结构示意图。

图7为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置中激光器机构的立体结构示意图。

图8为本发明所述的搅拌摩擦焊焊缝对中方法的流程图。

图中：1、壳体壁板，2、垂直移动机构，201、垂直安装座，202、丝杆，203、丝母座，204、轴承座，205、垂直移动电机，206、减速机，207、联轴器，208、第一滑块，209、第一导轨，3、水平移动机构，301、水平安装座，302、第二滑块，303、第二导轨，4、主轴机构，401、主轴，402、主轴电机，403、主轴回抽电机，5、激光器机构，501、激光传感器，502、活动杆，503、固定杆。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例一

如图2至图7所示，在本实施例中，本发明提出了一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，包括壳体壁板1、垂直移动机构2、水平移动机构3、主轴机构4以及激光器机构5，垂直移动机构2固定于壳体壁板1，水平移动机构3可移动地设置于垂直移动机构2且水平移动机构3能够沿垂直移动机构2上下运动，主轴机构4可移动地设置于水平移动机构3且主轴机构4能够沿水平移动机构3水平运动；激光器机构5活动设置于壳体壁板1。

具体的，如图4所示，垂直移动机构2包括垂直安装座201、垂直驱动组件以及垂直导向组件，垂直安装座201的一面固定于壳体壁板1，另一面设置有垂直驱动组件和垂直导向组件，垂直驱动组件能够驱动水平移动机构沿垂直导向组件上下运动。具体的，垂直驱动组件包括垂直驱动件、丝杆202、丝母座203以及轴承座204，丝杆202的一端通过轴承座204转动固定于垂直安装座201，丝杆202的另一端连接有垂直驱动件，丝母座203转动设置于丝杆202，垂直驱动件能够驱动丝杆202转动从而带动丝母座203上下运动。其中，垂直驱动件包括垂直移动电机205、减速机206以及联轴器207，减速机206的一侧连接有垂直移动电机205，减速机206的另一侧连接有联轴器207，联轴器207与丝杆202的端部连接；垂直导向组件则包括第一滑块208以及第一导轨209，第一导轨209与丝杆202平行设置，第一滑块208滑动设置于第一导轨209，丝母座203与第一滑块208均与水平移动机构3连接，垂直驱动件能够驱动丝杆202转动，从而使丝母座203与第一滑块208带动水平移动机构3上下运动。

具体的，如图5所示，水平移动机构3包括水平安装座301、水平驱动组件以及水平导向组件，水平安装座301的一面固定于壳体壁板1，另一面设置有水平驱动组件和水平导向组件，水平驱动组件能够驱动水平移动机构3沿水平导向组件上下运动。具体的，水平导向组件包括第二滑块302以及第二导轨303，第二导轨303水平设置，第二滑块302滑动设置于第二导轨303，主轴机构4与第二滑块302连接，水平驱动组件能够驱动主轴机构4沿第二导轨303水平运动。其中，水平驱动组件与垂直驱动组件均采用丝杆、丝母座、轴承座、电机以及联轴器等结构组成，具体结构连接关系等可参考垂直驱动组件的描述，本申请对此不再做赘述。

如图7所示，激光器机构5包括激光传感器501、活动杆502以及固定杆503，活动杆502的一端固定有所述激光传感器，活动杆502的另一端通过转轴与固定杆503的端部连接，固定杆503的另一端固定于壳体壁板1。

如图6所示，主轴机构4包括主轴401、主轴电机402以及主轴回抽电机403，主轴401设置于主轴电机402的下端，主轴回抽电机403设置于主轴电机402的一侧。

实施例二

如图8所示，基于以上的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，本发明还提出了一种搅拌摩擦焊焊缝对中方法，具体包括以下步骤：

S1：将搅拌摩擦焊的主轴机构4移动到工件焊缝起始点附近后，启动激光器机构5；

S2：激光器机构5中的激光传感器501出光并捕捉反射光，得到焊缝偏移量数据S；

S3：焊缝偏移量数据S输入PLC进行处理，当主轴机构4位于焊缝右侧时，焊缝偏移量数据S为正值，根据公式(1)ΔS＝m-S确定主轴机构4对中焊缝所需偏移量ΔS；当主轴机构4位于焊缝左侧时，焊缝偏移量数据S为负值，根据公式(2)ΔS＝S-m确定主轴机构4对中焊缝所需偏移量ΔS；式中，ΔS为主轴机构4对中焊缝所需偏移量，S为激光传感器501测量的实际焊缝偏移量数据，m为预设0～0.10mm之间的工艺调整值；

S4：水平移动机构3根据公式(1)和公式(2)控制主轴机构4移动并对齐工件焊缝；

S5：水平移动机构3执行结束后，判断公式(3)ΔS＜m是否成立，若不成立，则重复执行公式(1)与公式(2)；若成立，则复位激光器机构5。

该搅拌摩擦焊焊缝主轴装置的工作原理为：

在主轴机构4收到启动命令后，激光传感器501将读取到的焊缝偏移量信息反馈到控制器端，经过处理后下发偏移指令给水平移动机构3，使得主轴机构4能够在焊接过程中自动的去找正焊缝中心位置。激光器机构5的设计保证了激光传感器501能够始终保持方向固定，使得焊缝中心位置的调整更加精准；分别独立的垂直移动机构2与水平移动机构3，也使得垂直和水平两个方向上的运动互不干涉，在焊接过程中进行焊缝对中也会更加稳定。

通过上述实施方式可以看出，本发明的有益效果是：

1、本发明通过激光器结构识别并反馈实际的焊缝偏移量，使得主轴结构能够更加快速精准的对准焊缝中心位置。

2、本发明采用独特的焊缝偏移量识别方法，使得焊接过程中可全程持续调节主轴装置的偏移量。

3、本发明设置分别独立的垂直移动机构与水平移动机构，使得垂直和水平两个方向上的运动互不干涉，焊缝激光对中结果更加精准。

4、本发明采用外置的激光传感器始终对准主轴装置的中心，且位置方向恒定不变，避免了因外部环境变化引起的偏移量误差现象。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，包括壳体壁板、垂直移动机构、水平移动机构、主轴机构以及激光器机构，所述垂直移动机构固定于所述壳体壁板，所述水平移动机构可移动地设置于所述垂直移动机构且所述水平移动机构能够沿所述垂直移动机构上下运动，所述主轴机构可移动地设置于所述水平移动机构且所述主轴机构能够沿所述水平移动机构水平运动；所述激光器机构活动设置于所述壳体壁板。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述垂直移动机构包括垂直安装座、垂直驱动组件以及垂直导向组件，所述垂直安装座的一面固定于所述壳体壁板，另一面设置有所述垂直驱动组件和所述垂直导向组件，所述垂直驱动组件能够驱动所述水平移动机构沿所述垂直导向组件上下运动。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述垂直驱动组件包括垂直驱动件、丝杆、丝母座以及轴承座，所述丝杆的一端通过所述轴承座转动固定于所述安装座，所述丝杆的另一端连接有所述垂直驱动件，所述丝母座转动设置于所述丝杆，所述垂直驱动件能够驱动所述丝杆转动从而带动所述丝母座上下运动。

4.根据权利要求3所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述垂直导向组件包括第一滑块以及第一导轨，所述第一导轨与所述丝杆平行设置，所述第一滑块滑动设置于所述第一导轨，所述丝母座与所述第一滑块均与所述水平移动机构连接，所述垂直驱动件能够驱动所述丝杆转动，从而使所述丝母座与所述第一滑块带动所述水平移动机构上下运动。

5.根据权利要求3所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述垂直驱动件包括垂直移动电机、减速机以及联轴器，所述减速机的一侧连接有所述垂直移动电机，所述减速机的另一侧连接有所述联轴器，所述联轴器与所述丝杆的端部连接。

6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述水平移动机构包括水平安装座、水平驱动组件以及水平导向组件，所述水平安装座的一面固定于所述壳体壁板，另一面设置有所述水平驱动组件和所述水平导向组件，所述水平驱动组件能够驱动所述水平移动机构沿所述水平导向组件上下运动。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述水平导向组件包括第二滑块以及第二导轨，所述第二导轨水平设置，所述第二滑块滑动设置于所述第二导轨，所述主轴机构与所述第二滑块连接，所述水平驱动组件能够驱动所述主轴机构沿所述第二导轨水平运动。

8.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述激光器机构包括激光传感器、活动杆以及固定杆，所述活动杆的一端固定有所述激光传感器，所述活动杆的另一端通过转轴与所述固定杆的端部连接，所述固定杆的另一端固定于所述壳体壁板。

9.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，所述主轴机构包括主轴、主轴电机以及主轴回抽电机，所述主轴设置于所述主轴电机的下端，所述主轴回抽电机设置于所述主轴电机的一侧。

10.一种搅拌摩擦焊焊缝对中方法，采用权利要求1至9中任一项所述的搅拌摩擦焊焊缝主轴装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：将搅拌摩擦焊的主轴机构移动到工件焊缝起始点附近后，启动激光器机构；

S2：所述激光器机构中的激光传感器出光并捕捉反射光，得到焊缝偏移量数据S；

S3：所述焊缝偏移量数据S输入PLC进行处理，当所述主轴机构位于焊缝右侧时，所述焊缝偏移量数据S为正值，根据公式(1)ΔS＝m-S确定主轴机构对中焊缝所需偏移量ΔS；当所述主轴机构位于焊缝左侧时，所述焊缝偏移量数据S为负值，根据公式(2)ΔS＝S-m确定主轴机构对中焊缝所需偏移量ΔS；式中，ΔS为主轴机构对中焊缝所需偏移量，S为激光传感器测量的实际焊缝偏移量数据，m为预设0～0.10mm之间的工艺调整值；

S4：水平移动机构根据公式(1)和公式(2)控制主轴机构移动并对齐工件焊缝；

S5：水平移动机构执行结束后，判断公式(3)ΔS＜m是否成立，若不成立，则重复执行公式(1)与公式(2)；若成立，则复位激光器机构。

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