CN116802007A - 摩擦搅拌工具的控制方法及摩擦搅拌装置 - Google Patents

Abstract

摩擦搅拌工具的控制方法是将所需的驱动电流施加于进行摩擦搅拌的工具的驱动源来控制所述工具的动作的控制方法。在该控制方法中，通过比较设定加压力和实际加压力来求出加压力变化比率，所述设定加压力作为在所述工具压入工件时的加压力而被设定，所述实际加压力是将产生所述设定加压力的驱动电流施加于所述驱动源而实际上所述工具压入所述工件时的加压力。通过根据所述加压力变化比率校正所述驱动电流来驱动所述驱动源，以使所述实际加压力接近所述设定加压力。

Description

摩擦搅拌工具的控制方法及摩擦搅拌装置

技术领域

本发明涉及被压入工件并进行摩擦搅拌的工具的控制方法、以及具备所述工具的摩擦搅拌装置。

背景技术

作为飞机、铁道车辆或汽车等结构体的构成部件，采用金属构件、树脂构件、混合了纤维增强材料的热塑性树脂构件等。在制造所述结构体时，有时必须将两个以上的构件叠合来进行接合。作为这种接合方法，已知有摩擦搅拌接合。在摩擦搅拌接合中，使用一边高速转动一边被压入工件的工具。与该工具相向地配置有背垫构件。所述工具被压入由所述背垫构件支撑背面的工件。所述工具例如被安装于机械臂的远端。此外，所述背垫构件也可以利用例如C型骨架而被安装于机械臂的远端。

在摩擦搅拌接合中，重要的是使工具压入至工件中预先决定的压入深度(压入量)来进行摩擦搅拌动作。专利文献1中公开了具备检测所述工具被压入工件的压入量的传感器的摩擦搅拌装置。在该装置中，根据所述传感器的检测结果来校正摩擦搅拌的接合时间。

若工具按照根据工件种类而被预先设定的设定加压力被压入工件，便能够使工具以所需的压入量压入工件来进行摩擦搅拌。然而，实际上工具施加于工件的实际加压力有时会因各种的因素而与设定加压力产生差异。所述因素例如是所述C型骨架的挠曲、对工件的压入阻力等。若设定加压力与实际加压力之间有偏离，则有时会发生不能够进行正确的摩擦搅拌的情况。

所述实际加压力例如通过将负载传感器配置在所述背垫构件侧便能够检测到。于是，若根据所述负载传感器的检测值对工具进行反馈控制，便能够实现消除上述的偏差的控制。然而，若采用负载传感器那样的传感器，不仅会招致摩擦搅拌装置的成本增加，而且还会产生因噪音的影响而导致的误动作的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2006-187778号

发明内容

本发明的目的在于提供一种不使用传感器类便能够正确地控制工具对工件的压入量的摩擦搅拌工具的控制方法、以及适用了该方法的摩擦搅拌装置。

本发明的一个方面所涉及的摩擦搅拌工具的控制方法是将所需的驱动电流施加于进行摩擦搅拌的工具的驱动源来控制所述工具的动作的控制方法，通过比较设定加压力和实际加压力来求出加压力变化比率，所述设定加压力作为在所述工具压入工件时的加压力而被设定，所述实际加压力是将产生所述设定加压力的驱动电流施加于所述驱动源而实际上所述工具压入所述工件时的加压力，通过根据所述加压力变化比率校正所述驱动电流来驱动所述驱动源，以使所述实际加压力接近所述设定加压力。

本发明的另一个方面所涉及的摩擦搅拌装置包括：工具，进行摩擦搅拌；驱动源，被施加所需的驱动电流并驱动所述工具；控制部，控制所述驱动源；以及，存储部，存储加压力变化比率，该加压力变化比率通过比较设定加压力和实际加压力而被求出，所述设定加压力作为在所述工具压入工件时的加压力而被设定，所述实际加压力是将产生所述设定加压力的驱动电流施加于所述驱动源而实际上所述工具压入所述工件时的加压力；其中，所述控制部通过根据所述加压力变化比率校正所述驱动电流来驱动所述驱动源，以使所述实际加压力接近所述设定加压力。

根据上述的摩擦搅拌工具的控制方法及摩擦搅拌装置，通过根据加压力变化比率校正工具的驱动源的驱动电流，来使实际加压力接近设定加压力。因此，对于工件，如果预先求出所述加压力变化比率，在摩擦搅拌工具的运转时无需利用传感器类来实际测量实际加压力便能够实现使实际加压力接近设定加压力的控制。即，能够无传感器控制摩擦搅拌工具，且能够如所设定的那样使工具压入工件来进行摩擦搅拌。

根据本发明，能够提供一种不使用传感器类便能够正确地控制工具对工件的压入量的摩擦搅拌工具的控制方法、以及适用了该方法的摩擦搅拌装置。

附图说明

图1是装配了本发明的实施方式所涉及的摩擦搅拌装置的机器人的包含要部放大图的立体图。

图2是表示具备作为本发明所涉及的摩擦搅拌工具的一个例子的复动式摩擦搅拌点接合用工具的摩擦搅拌点接合装置的构成的示意性侧视图。

图3是表示摩擦搅拌装置的电气结构的方块图。

图4的步骤图(A)至(E)是依次表示在以肩部先行工艺使用图2所例示的复动式摩擦搅拌点接合用工具的情况下的接合步骤的图。

图5是摩擦搅拌点接合装置的侧视图且是用于说明C型骨架的挠曲的图。

图6是表示工具的设定加压力与实际上将工具压入工件时的实际加压力的关系的图(graph)。

图7A是表示肩部驱动部(7轴)的驱动电流的校正状况的图(graph)。

图7B是表示加压力-驱动电流表的一个例子的表形式的图。

图7C是表示驱动电流的校正比率的一个例子的表形式的图。

图8是表示在以肩部先行工艺使用图2的摩擦搅拌点接合用工具进行摩擦搅拌接合的情况下的动作的流程图。

图9是表示在以无负载传感器方式进行肩部驱动部(7轴)的驱动电流的校正的情况下的处理的流程图。

图10的步骤图(A)至(C)是依次表示在以单动式摩擦搅拌点接合用工具进行工件的摩擦搅拌接合的情况下的接合步骤的图。

图11的图(A)是表示关于单动式工具的设定加压力与实际加压力的关系的图(graph)，图11的图(B)是表示其驱动电流的图(graph)。

图12的图(A)是表示关于单动式工具的驱动电流的校正后的设定加压力与实际加压力的关系的图(graph)，图12的图(B)是表示驱动电流的校正状况的图(graph)。

图13是表示在使用单动式摩擦搅拌点接合用工具进行摩擦搅拌接合的情况下的动作的流程图。

具体实施方式

以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。本发明所涉及的控制方法中成为控制对象的摩擦搅拌工具及摩擦搅拌装置能够适用于将两个以上的由金属、热塑性树脂、热塑性复合材料等形成的板、骨架、外装材料或柱状材料等结构构件叠合并进行点接合而成的各种接合体的制造。所述热塑性复合材料是包含例如碳纤维等纤维加强体的复合材料。所制造的接合体例如是飞机、铁道车辆或汽车等结构体的构成部件。

[摩擦搅拌装置的适用例]

图1是表示装配有本实施方式所涉及的摩擦搅拌装置的多关节机器人5的立体图。此处，表示了具备复动式摩擦搅拌点接合用工具1的摩擦搅拌点接合装置M作为所述摩擦搅拌装置而被装配于多关节机器人5的例子。图2是表示摩擦搅拌点接合装置M的构成的模式侧视图。在图1中标附了“上”、“下”的方向表示，但这只是为了方便说明，其并没有限定实际的工具1的使用方向的意图。

多关节机器人5具备竖立设置在基座上的机械臂51。机械臂51具有多个臂节和将这些臂节连结的6个关节轴。即，机械臂51能够分别绕图1所示的1轴AX1、2轴AX2、3轴AX3、4轴AX4、5轴AX5以及6轴AX6各个轴转动。

在机械臂51的臂远端部51T安装有枪型件52。枪型件52基于机械臂51的绕1轴AX1至6轴AX6的摆动，而能够自如地进行三维移动。具备工具1的摩擦搅拌点接合装置M被组装于该枪型件52。

图1中附记有枪型件52的放大图。枪型件52包含框体部53和C型骨架54。框体部53收容摩擦搅拌点接合装置M的机械机构。C型骨架54包含位于框体部53的臂远端部51T侧的基端部541和从基端部541延伸至工具1的下方的远端部542。远端部542保持后述背垫构件15。

本发明所涉及的摩擦搅拌装置也可以安装于多关节机器人5以外的其它的装置。例如，可以采用让摩擦搅拌装置安装于仅沿着1个轴进行升降的机械装置的实施方式。此外，摩擦搅拌装置并不限于具备复动式摩擦搅拌点接合用的工具1的摩擦搅拌点接合装置M。也可取代此，作为所述工具而采用摩擦搅拌的线接合用的工具、单动式摩擦搅拌点接合用的工具(例示于图10)、被用作接合以外的用途的摩擦搅拌用的工具等。

[摩擦搅拌点接合装置的构成]

参照图2说明摩擦搅拌点接合装置M的机械构成例。摩擦搅拌点接合装置M包含：复动式摩擦搅拌点接合用的工具1；转动及升降驱动工具1的工具驱动部2；将工具1相对于工件固定的工具固定部55。在本实施方式中，所述工件是由第1构件31和第2构件32在上下方向叠合而成的重叠部30，基于摩擦搅拌点接合而最终构成接合体3。

工具1包含销构件11、肩部构件12、夹持构件13以及弹簧14。销构件11是形成为圆柱状的构件，以其轴线方向沿上下方向延伸的的方式而被配置。销构件11能够以所述轴线作为转轴R而转动，且能够沿着转轴R在以箭头Z1所示的上下方向进退移动。此外，在工具1的使用时，以转轴R和重叠部30中的点接合位置W对位的方式将工具1固定于重叠部30。

肩部构件12被配置为覆盖销构件11的外周。肩部构件12是具备让销构件11内插的空心部且被形成为圆筒状的构件。肩部构件12的轴心与销构件11的轴线亦即转轴R在同轴上。肩部构件12与销构件11能够绕同一转轴R转动，而且能够沿着转轴R亦即沿着上下方向在由箭头Z2所示的上下方向进退移动。肩部构件12和被内插于所述空心部的销构件11能够一起绕转轴R的轴心转动，并且能够在转轴R方向上相对移动。即，销构件11和肩部构件12不仅能够沿着转轴R同时升降，而且还能够进行一方下降而另一方上升这样的独立移动。

夹持构件13是具备让肩部构件12内插的空心部且被形成为圆筒状的构件。夹持构件13的轴心也与转轴R在同轴上。夹持构件13虽然不绕轴转动但能够沿着转轴R在由箭头Z3所示的上下方向进退移动。夹持构件13在销构件11或肩部构件12进行摩擦搅拌时起到包围这些构件的外周的功能。基于夹持构件13的包围，不会让摩擦搅拌材料四散，能够平滑地完成摩擦搅拌点接合部分。

弹簧14以向上方延伸的方式被安装于夹持构件13的上端部131。弹簧14对夹持构件13施加去往重叠部30的方向亦即向下方的作用力。

工具固定部55包含转动工具固定器551和夹持固定器552。转动工具固定器551配置在被销构件11内插的肩部构件12的上方，支撑销构件11及肩部构件12。夹持固定器552通过弹簧14支撑夹持构件13。此外，夹持固定器552通过后述的转动驱动部23支撑转动工具固定器551。

背垫构件15与工具1的下端面相向地被配置。背垫构件15具备与接合对象工件(在本实施方式中为重叠部30)的下面一侧抵接的支撑平面151。即，背垫构件15是在销构件11或肩部构件12被压入重叠部30时支撑该重叠部30的背垫构件。背垫构件15基于C型骨架54的远端部542而被保持。被弹簧14施加作用力的夹持构件13将重叠部30按压于背垫构件15。由此，工具1被固定于重叠部30。

如上所述，销构件11的进退移动轴及肩部构件12的进退移动轴均为沿转轴R的轴线。此外，销构件11及肩部构件12绕转轴R的轴心转动。在本实施方式中，由于机械臂51具有1轴AX1至6轴AX6，因此，如图1的要部放大图所示，将肩部构件12的进退移动轴设定为7轴AX7，将销构件11及肩部构件12的转轴设定为8轴AX8，将销构件11的进退移动轴设定为9轴AX9。

工具驱动部2包含销驱动部21、肩部驱动部22以及转动驱动部23。销驱动部21是使销构件11沿着转轴R进退移动亦即升降的机构。销构件11以下端部11T朝重叠部30下降或者相对于重叠部30上升的方式而被销驱动部21驱动。作为销驱动部21例如可以采用直动致动器。作为直动致动器可以采用具有伺服马达以及齿条/小齿轮的致动器或者具有伺服马达以及滚珠丝杠的致动器等。

肩部驱动部22是使肩部构件12沿着转轴R进退移动的机构。肩部构件12以下端部12T进行相对于重叠部30的压入或退避的方式而被肩部驱动部22驱动。作为肩部驱动部22可以采用与上述同样的直动致动器。本实施方式的肩部驱动部22是使支撑销构件11、肩部构件12及夹持构件13的工具固定部55自身升降的机构。因此，如图2所示，销构件11、肩部构件12及夹持构件13的箭头Z1、Z2、Z3方向的移动均基于肩部驱动部22的驱动而能够实现。

但是，关于销构件11，其基于被销驱动部21驱动而能够独立于肩部构件12及夹持构件13进退移动。例如，即使处于肩部构件12被肩部驱动部22下降驱动的状况，销构件11也能够被销驱动部21上升驱动。此外，在夹持构件13基于肩部驱动部22而下降且其下端部13T与重叠部30抵接的状态下，弹簧14的作用力也作用于夹持构件13。基于所述作用力，夹持构件13将重叠部30按压在背垫构件15上，使工具1相对于重叠部30固定。

转动驱动部23包含伺服马达及驱动齿轮等，并且被夹持固定器552保持。转动驱动部23转动驱动转动工具固定器551。基于该转动驱动，被转动工具固定器551支撑的销构件11及肩部构件12绕转轴R转动。

[摩擦搅拌点接合装置的控制结构]

图3是表示摩擦搅拌点接合装置M的控制结构的方块图。摩擦搅拌点接合装置M具备作为控制结构的控制器61、输入部62及存储部63。控制器61具有微电脑等，通过执行指定的控制程序，控制工具驱动部2的各个部的动作以及机器人驱动部51M。此外，机器人驱动部51M包含驱动机械臂51的1轴AX1至6轴AX6的致动器。

具体而言，控制器61通过控制销驱动部21，使销构件11独立地进退移动。此外，控制器61通过控制肩部驱动部22，使销构件11、肩部构件12及夹持构件13进行所需的进退移动。基于这些进退移动，被执行工具1在重叠部30上的固定、销构件11或肩部构件12对重叠部30的压入动作等。而且，控制器61通过控制转动驱动部23，使销构件11及肩部构件12在所述进退移动的适当的期间绕转轴R转动，在重叠部30的点接合位置W使摩擦搅拌执行。除此之外，控制器61通过控制机器人驱动部51M，使工具1对点接合位置W的定位进行。

作为上述的复动式摩擦搅拌点接合用工具1的使用方法，存在销先行工艺和肩部先行工艺。在采用销先行工艺进行摩擦搅拌的情况下，控制器61使工具1的销构件11先行地压入重叠部30来执行摩擦搅拌，另一方面，为了使肩部构件12退避而使之上升。在此后的回填步骤中，使销构件11上升来进行退避，另一方面使肩部构件12下降。

另一方面，在采用肩部先行工艺进行摩擦搅拌的情况下，控制器61使工具1的肩部构件12先行地压入重叠部30来执行摩擦搅拌，另一方面，为了使销构件11退避而使之上升。在此后的回填步骤中，使肩部构件12上升来使之退避，另一方面，使销构件11下降。在本实施方式中，表示了采用肩部先行工艺的例子。关于该肩部先行工艺，在后面根据图4详述。

输入部62具有键盘和/或触摸屏等，受理对控制器61的所需的数据输入。所输入的数据例如是关于摩擦搅拌接合的控制的各种参数、工件的厚度、材质、工具1的压入深度、点接合位置W的坐标数据等。

存储部63存储摩擦搅拌点接合装置M的控制程序、各种基本设定数据、从输入部62输入的数据等。本实施方式的存储部63具备表存储部64及校正比率存储部65。表存储部64存储表示将工具1压入工件时的加压力与使工具1压入的驱动部(在本实施方式中为肩部驱动部22)的驱动电流之间的关系的加压力-驱动电流表。所述表被例示于后述的图7B。校正比率存储部65存储表示摩擦搅拌阶段与所述驱动电流的校正比率之间的关系的校正比率表。所述校正比率表被例示于后述的图7C。

[基于肩部先行工艺的摩擦搅拌接合]

接着，具体说明上述的肩部先行工艺。图4的工序图(A)至(E)是在肩部先行工艺中使用例示于图2的复动式摩擦搅拌点接合用工具1时的摩擦搅拌接合步骤被区分表示为依次执行的阶段ST1至ST5的图。此处，以第1构件31与第2构件32的重叠部30作为工件，表示进行摩擦搅拌点接合时的步骤。

图4的(A)的阶段ST1表示重叠部30的预热步骤。预热步骤是在工具1的压入前利用摩擦力预先加热重叠部30的步骤。重叠部30基于被施加弹簧14的作用力的夹持构件13的下端部13T而被按压，并且被按压于背垫构件15。销构件11的下端部11T及肩部构件12的下端部12T抵接于第1构件31的表面。在该状态下，使销构件11及肩部构件12绕转轴R的轴心高速转动。

图4的(B)的阶段ST2表示肩部构件12的压入步骤。在压入步骤中，使肩部构件12下降来使下端部12T压入重叠部30，另一方面，为了使销构件11退避而使之上升。当对销构件11的动作注目时，该压入步骤便成为相对于工件往上升的方向的上升步骤。基于上述的动作，肩部构件12的压入区域的材料被搅拌，在重叠部30形成摩擦搅拌部40。此外，基于肩部构件12的压入，摩擦搅拌部40的一部分从重叠部30溢出，并且被释放到基于销构件11的退避而产生的肩部构件12的中空空间。

图4的(C)的阶段ST3表示溢出的摩擦搅拌材料的回填步骤。在回填步骤中，使肩部构件12上升而从重叠部30退避，另一方面，使销构件11下降。当对销构件11的动作注目时，该回填步骤便成为相对于工件往下降的方向的下降步骤。基于销构件11的下降，被释放到所述中空空间的摩擦搅拌材料被下端部11T按压而回填到肩部构件12的压入区域。

图4的(D)的阶段ST4表示平整步骤。在平整步骤中，使销构件11的下端部11T及肩部构件12的下端部12T返回到第1构件31的表面的高度位置并且使两者绕转轴R转动，以使摩擦搅拌部40的上侧面平滑化。

图4的(E)的阶段ST5表示摩擦搅拌接合完毕的状态。销构件11及肩部构件12上升，夹持构件13及背垫构件15对重叠部30的夹持也被解除。基于摩擦搅拌部40固化而成为搅拌接合部4，从而形成由第1构件31与第2构件32接合而成的接合体3。

[工具的压入深度的误差因素]

在摩擦搅拌接合中，重要的是使工具1压入到工件中预先决定的压入深度(压入量)来进行摩擦搅拌动作。例如在上述的肩部先行工艺中，要求将肩部构件12压入到重叠部30中例如作为能够得到最高接合强度的深度而被设定的压入深度来进行摩擦搅拌。

在工具1的压入深度的控制中，利用工具1的对工件的加压力。所述加压力中有设定加压力、计算加压力及实际加压力。设定加压力作为工具1压入工件时的加压力而被预先设定，其是根据接合对象的工件种类、厚度等而被预先设定的加压力。例如，对具备摩擦搅拌点接合装置M的多关节机器人5指令以10kN的加压力将肩部构件12压入重叠部30的加压力为设定加压力。与该设定加压力对应的肩部驱动部22的驱动电流例如相当于伺服马达的马达电流的7轴驱动电流作为指令电流预先以表形式而被设定。作为一个例子，假定产生10kN的设定加压力所必要的指令电流10A(安培)。

计算加压力是由多关节机器人5识别的加压力。具体而言，计算加压力是将与设定加压力相对应的指令电流＝10A施加给肩部驱动部22并根据实际上在肩部驱动部22中流动的电流亦即实际驱动电流计算的加压力。只要不发生电路异常等，与指令电流相同的电流会在肩部驱动部22中流动，因此，便成为实际驱动电流＝10A。因此，设定加压力与计算加压力相等。

实际加压力是实际上工具1对重叠部30施加的加压力。也就是说，实际加压力是在将产生设定加压力的指令电流亦即实际驱动电流施加于肩部驱动部22时，具体而言是在以实际驱动电流＝10A来驱动肩部驱动部22而将肩部构件12压入重叠部30时实际上产生的加压力。如果产生与设定加压力相等的实际加压力，则工具1以所需的压入深度被压入重叠部30，进行恰当的摩擦搅拌。然而，有时会因下述的因素而在设定加压力与实际加压力之间产生差异，即使例如实际驱动电流＝10A也会成为实际加压力＝9kN。

设定加压力与实际加压力之间产生偏离的因素之一是C型骨架54的挠曲。在如本实施方式那样将摩擦搅拌点接合装置M组装于具有C型骨架54的枪型件52的情况下，在工具1的压入深度的控制中，需要考虑C型骨架54的挠曲。图5是摩擦搅拌点接合装置M的侧视图，是用于说明C型骨架54的挠曲的图。作为工件的重叠部30通过由C型骨架54的自由端亦即远端部542支撑的背垫构件15而被下支撑。在从重叠部30的上方压入工具1的情况下，如图5中的虚线所示，基于该按压力，C型骨架54发生远端部542去往下方的挠曲。该挠曲会成为重叠部30相对于工具1的退让，使加压力产生损失。

除此以外，根据本发明人的探讨，判明了在工具1为复动式摩擦搅拌点接合用工具的情况下，与9轴AX9相当的销构件11的动作方向也会成为加压力变动的因素。具体而言，判明了：在销构件11相对于工件往上升(退避)的方向的上升步骤中，存在实际加压力降低的倾向；相反地，在销构件11相对于工件往下降(接近)的方向的下降步骤中，存在实际加压力增加的倾向。

设定加压力与实际加压力的偏离的其它的因素是工具1的压入动作自身导致的加压力变动。在不使工具1绕转轴R转动而按压工件的情况下和在使工具1转动而一边进行摩擦搅拌一边按压工件的情况下，会使实际加压力产生差异。在后者的情况下，由于工具1按压基于摩擦搅拌而材料软化了的部分，因此与前者相比，存在加压力降低的倾向。

此外，在控制上，还存在难以使计算加压力与实际加压力相一致的因素。所述实际加压力通过将负载传感器那样的加压力检测传感器配置在背垫构件15一侧便能够检测到。例如，若在C型骨架54的远端部542预先设置负载传感器，则根据该负载传感器的检测值对实际加压力进行反馈控制，便能够消除计算加压力与实际加压力的偏差。然而，在基于成本方面以及误动作的担忧的观点而进行不使用负载传感器的控制的情况下，由于无法直接读取实际加压力，因此，难以消除计算加压力与实际加压力的偏差。

[使设定加压力与实际加压力相一致的控制]

在本实施方式中，为了使设定加压力与实际加压力相一致，进行校正摩擦搅拌工具的驱动源的驱动电流的控制。在使用上述的复动式摩擦搅拌点接合用的工具1的情况下，通过比较设定加压力和对肩部驱动部22施加产生该设定加压力的驱动电流而实际压入重叠部30时的实际加压力，预先求出加压力变化比率。而且，以使实际加压力接近设定加压力的方式，较为理想的是以使两者相一致的方式，根据所述加压力变化比率校正施加于肩部驱动部22的驱动电流。

图6是使用了摩擦搅拌点接合用的工具1的肩部先行工艺中的摩擦搅拌接合中的表示设定加压力Pa与实际加压力Pb的关系的图。也就是表示相对于设定加压力的实际加压力的加压力变化比率的图。加压力变化比率利用工件的样品等实验性地被导出或者根据对工件的摩擦搅拌的经验值等预先被导出。图6的上部所附记的ST1、ST2、ST3的区域表示对应于图4的工序图(A)至(C)所例示的阶段ST1、ST2、ST3。在图6中，表示了设定加压力Pa为10kN并且实际加压力Pb在9kN至11kN的范围变动的例子。

在阶段ST1的预热步骤中，设定加压力Pa与实际加压力Pb相一致。这是由于该阶段在预热步骤中不进行工具1(肩部构件12)对重叠部30的压入。对此，在阶段ST2的压入步骤中，实际加压力Pb降低至9kN。作为其降低因素，包含上述的C型骨架54的挠曲、工具1的转动压入而产生的损失。而且，由于阶段ST2是销构件11相对于工件上升的上升步骤而伴随的损失也是一个因素。根据该阶段ST2中的设定加压力Pa与实际加压力Pb的压力差，预先求出该阶段ST2的第1加压力变化比率Dp1。

在阶段ST3的回填步骤中，实际加压力Pb增加至11kN。在阶段ST3中，由于肩部构件12上升而难以产生C型骨架54的挠曲损失。另一方面，由于是销构件11相对于工件下降的下降步骤，因而销构件11对重叠部30作用按压力。因此，在阶段ST3中，实际加压力Pb增加。根据阶段ST3中的设定加压力Pa与实际加压力Pb的压力差，预先求出该阶段ST3的第2加压力变化比率Dp2。这样，对关于工具1的压入动作的阶段ST1至ST3的每一者预先求出加压力变化比率。

在控制具备摩擦搅拌点接合装置M的多关节机器人5来进行摩擦搅拌点接合时，在阶段ST1、ST2中，根据第1、第2加压力变化比率Dp1、Dp2，校正作为肩部驱动部22的驱动电流的7轴驱动电流。图7A是表示施加于肩部驱动部22的7轴驱动电流的校正状况的图。在图7A中，作为7轴驱动电流，表示了与设定加压力对应的指令电流Aa和根据第1、第2加压力变化比率Dp1、Dp2校正了该指令电流Aa的校正电流Ab。

在设定加压力Pa与实际加压力Pb相一致的阶段ST1中，不进行指令电流Aa的校正。因此，指令电流Aa＝校正电流Ab＝10A。对此，在实际加压力Pb降低的阶段ST2中，指令电流Aa被校正为增加与第1加压力变化比率Dp1对应的校正量Da1。此处，表示了根据校正量Da1＝+1A、指令电流Aa＝10A而被增加校正为校正电流Ab＝11A的例子。另一方面，在实际加压力Pb增加的阶段ST3中，指令电流Aa被校正为减小与第2加压力变化比率Dp2对应的校正量Da2。此处，表示了根据校正量Da2＝-1A、指令电流Aa＝10A而被减小校正为校正电流Ab＝9A的例子。

图7B是表示加压力-驱动电流表的一个例子的表。该表的右栏的驱动电流A1至A5···是按设定加压力P1至P5···中的每一者预先设定的肩部驱动部22的指令电流。图7B的表可以说是将设定加压力换算为肩部驱动部22的驱动电流的表。该加压力-驱动电流表被预先存储于存储部63的表存储部64(图3)。

图7C是表示基于加压力变化比率的驱动电流的校正比率的一个例子的表。此处，表示了设定加压力P1时的阶段ST1至ST3各自的驱动电流A1的校正比率。如上所述，在阶段ST1中，驱动电流为零校正，在阶段ST2中为正的校正比率，在阶段ST3中为负的校正比率。若设定加压力不同则校正比率的数值有可能不同，但是正/负的倾向不变。该校正比率表被预先存储于存储部63的校正比率存储部65。

以上是采用肩部先行工艺的情况下的例子，但是即使是销先行工艺，驱动电流的校正的概念是相同的。在销先行工艺中，由于压入工件的是销构件11，因此，工具1的压入驱动源为销驱动部21。在销构件11被压入工件的压入步骤也就是销构件11相对于工件下降的下降步骤中，被施加于销驱动部21的驱动电流相对于指令电流被减小校正。另一方面，在销构件11从工件退避的回填步骤也就是销构件11相对于工件上升的上升步骤中，被施加于销驱动部21的驱动电流相对于指令电流被增加校正。

[摩擦搅拌接合处理的流程]

图8是表示在肩部先行工艺中使用图2的摩擦搅拌点接合用工具1进行摩擦搅拌接合的情况下的图3所示的控制器61的处理的流程图。控制器61根据来自输入部62的输入信息或者存储于存储部63的信息，获取接合对象工件的位置信息、属性信息(步骤S1)。具体而言，获取接合位置的坐标信息、表示接合对象工件的材质的类别数据、工件的厚度、工具1的压入深度等信息。

其次，控制器61获取关于在步骤S1中获取的接合位置的设定加压力、7轴驱动电流及其校正比率的信息(步骤S2)。此时，控制器61参照存储部63的表存储部64的加压力-驱动电流表、以及校正比率存储部65的校正比率表。

接着，为了将工具1定位于接合对象工件，控制器61驱动机械臂51。具体而言，控制器61通过控制机器人驱动部51M来驱动机械臂51的1轴AX1至6轴AX6所需量(步骤S3)。在图2的例子的情况下，在步骤S3完毕的状态下，工具1的下端部11T、12T与重叠部30隔开指定间隔而相对，处于工具1的转轴R相对于点接合位置W被对位的状态。

此后，控制器61使工具1执行摩擦搅拌动作。控制器61通过驱动肩部驱动部22来进行使工具1整体地下降的7轴下降驱动，并且通过驱动转动驱动部23来开始使销构件11及肩部构件12绕转轴R转动的8轴转动驱动动作(步骤S4)。工具1的下端面与重叠部30的上侧面抵接后，重叠部30基于夹持构件13而被夹持，并且开始图4的工序图(A)所示的阶段ST1的预热步骤(步骤S5)。如上所述，在预热步骤中，施加于肩部驱动部22的7轴驱动电流不被校正，直接采用在步骤S2中所获取的7轴驱动电流。

其次，控制器61执行图4的工序图(B)所示的阶段ST2的压入步骤。具体而言，控制器61通过驱动肩部驱动部22来进行使肩部构件12进一步下降的7轴下降驱动，基于转动驱动部23进行使工具1的转动驱动继续的8轴转动，另一方面，通过驱动销驱动部21来进行使销构件11上升的9轴上升驱动(步骤S6)。在该压入步骤中，由于销构件11向上升方向移动，因而7轴驱动电流被增加校正。控制器61根据在步骤S2中获取的阶段ST2中的校正比率，增加校正7轴驱动电流。

接着，控制器61执行图4的工序图(C)所示的阶段ST3的回填步骤。具体而言，控制器61通过驱动肩部驱动部22来进行使肩部构件12上升的7轴上升驱动，并且基于转动驱动部23进行使工具1的转动驱动继续的8轴转动，另一方面，通过驱动销驱动部21来进行使销构件11下降的9轴下降驱动(步骤S7)。在该回填步骤中，由于销构件11向下降方向移动，因而7轴驱动电流被减小校正。控制器61根据在步骤S2中获取的阶段ST3中的校正比率，减小校正7轴驱动电流。

此后，控制器61根据需要使阶段ST4的平整步骤执行之后通过驱动肩部驱动部22以使工具1相对于重叠部30向上方离开间隔的方式使工具1整体上升(步骤S8)。通过该上升，基于夹持构件13的对重叠部30的夹持便被解除。然后，控制器61使基于转动驱动部23的工具1的转动驱动停止(步骤S9)，结束作为目标的接合位置的处理。

[以无加压力传感器方式的驱动电流控制]

图9是表示以无负载传感器等不使用加压力传感器的方式进行肩部驱动部22的7轴驱动电流的校正的情况下的处理的流程图。该处理是例如在图8所示的流程中在进行7轴驱动电流的增减校正的步骤S6、S7中由控制器61执行的处理。此外，在图9的流程图的右侧以虚线框附记的具体例假定了图6所例示的阶段ST2的压入步骤(图8的步骤S6)。

控制器61针对从现在起对工件执行的摩擦搅拌点接合位置，获取被预先设定的设定加压力(步骤S11)。作为一个例子，假设设定加压力为10kN。接着，控制器61参照存储于存储部63的表存储部64的图7B所例示那样的根据设定加压力计算的7轴驱动电流的表。基于该表，控制器61根据在步骤S11中获取的设定加压力确定作为7轴驱动部的肩部驱动部22的指令电流(第1驱动电流)(步骤S12)。作为一个例子，假设与设定加压力＝10kN对应的所述指令电流为10A。

其次，控制器61根据图6所例示的加压力变化比率，对在步骤S12中确定的指令电流进行加减校正。具体而言，控制器61参照存储于校正比率存储部65的图7C所例示那样的7轴驱动电流的校正比率表。基于该表，控制器61将摩擦搅拌点接合处理的每一阶段所设定的校正比率乘以所述指令电流，设定对7轴驱动部的驱动电流指令值(第2驱动电流)(步骤S13)。在一个例子中，阶段ST2的校正比率为+20％，因此，使指令电流＝10A增加了20％的12A便为驱动电流指令值。

接着，控制器61将与步骤S13中设定的驱动电流指令值相当的电流实际供应给7轴驱动部(步骤S14)，使工具1对工件作用。在一个例子中，通过将驱动电流指令值＝12A供应给肩部驱动部22，使肩部构件12以压入重叠部30的方式动作。若步骤是阶段ST3的回填步骤，工具1对工件的作用便为肩部构件12从重叠部30的退避和销构件11的下降。

其次，控制器61在对7轴驱动部供应驱动电流指令值的电流而使工具1对工件作用时，检测实际流动到该7轴驱动部的实际驱动电流(第3驱动电流)(步骤S15)。在一个例子中，在将驱动电流指令值＝12A供应给肩部驱动部22来使肩部构件12进行压入动作时，求出实际流动到肩部驱动部22的实际驱动电流。此处，假设实际驱动电流＝12A。

此后，控制器61根据按每一阶段设定的校正比率(加压力变化比率)，对所述实际驱动电流进行与在步骤S13中所执行的加减校正相逆的加减校正。此时，控制器61参照校正比率存储部65的校正比率表。基于该处理，求出逆校正驱动电流(第4驱动电流)(步骤S17)。在一个例子中，使用阶段ST2的校正比率＝+20％，为了逆校正而以1.2除以实际驱动电流＝12A，从求得逆校正驱动电流＝10A。

接着，控制器61参照表存储部64的加压力-驱动电流表，求出由逆校正驱动电流换算的计算加压力(目标实际加压力)(步骤S17)。在一个例子中，在逆校正驱动电流＝10A时，为计算加压力＝10kN。而且，控制器61以使由实际驱动电流(第3驱动电流)驱动7轴驱动部时的实际加压力与所述计算加压力相一致的方式校正驱动电流指令值(第2驱动电流)(步骤S18)。7轴驱动部由校正后的驱动电流指令值驱动。通过这样的处理，基于7轴驱动电流能够控制没有实际测量的实际加压力。

[使用单动式摩擦搅拌点接合工具的情况下的实施方式]

以上，表示了使用复动式摩擦搅拌点接合工具来实施本发明的例子，但是本发明还可以在使用单动式摩擦搅拌点接合工具的情况下被实施。图10的工序图(A)至(C)是依次表示以单动式摩擦搅拌点接合用工具进行工件的摩擦搅拌接合的情况下的接合步骤的图。

所使用的工具是形成为圆柱状的单轴工具16。单轴工具16能够进行绕轴线(转轴R)的转动和在沿轴线的方向上的进退移动。单轴工具16基于省略图示的驱动源而以进退移动的方式被驱动。此外，单轴工具16被搭载于图1所例示那样的安装于机械臂51的远端部51T的枪型件52。也就是说，有必要进行考虑了C型骨架54的挠曲的控制。

图10的工序图(A)表示单轴工具16的远端销16T被压入工件亦即第1构件31与第2构件32的重叠部30的状态。单轴工具16以一边绕转轴R高速转动一边让远端销16T被压入重叠部30的方式下降。重叠部30的背面被背垫构件15支撑。

图10的工序图(B)表示在远端销16T被压入到重叠部30中指定的压入深度的状态下单轴工具16绕转轴R高速转动而进行摩擦搅拌的状态。通过该摩擦搅拌，在远端销16T的周边产生由重叠部30的材料熔融而成的摩擦搅拌部40。图10的工序图(C)表示单轴工具16的远端销16T从重叠部30中被拔出的状态。基于摩擦搅拌部40固化而形成搅拌接合部4，第1构件31与第2构件32被接合。

图11的图(A)是表示关于单动式摩擦搅拌点接合用工具(单轴工具16)的设定加压力Pa与实际加压力Pb的关系的图，图11的图(B)是表示单轴工具16的省略图示的驱动源的驱动电流的图。此处，例示了在单轴工具16的设定加压力Pa为10kN时被供应给所述驱动源的指令电流Aa＝10A的情形。设定加压力Pa＝10kN的期间是图10的工序图(A)至(B)的单轴工具16被压入重叠部30的期间。

即使在使用单轴工具16的情况下，基于C型骨架54的挠曲或单轴工具16的压入动作自身，单轴工具16的实际加压力Pb会降低。此处，表示了降低至实际加压力Pb＝9kN的例子。也就是表示了即使将与设定加压力Pa＝10kN对应的指令电流Aa＝10A施加给所述驱动源也只产生实际加压力Pb＝9kN的例子。这样的表示相对于设定加压力Pa的实际加压力Pb的降低程度的加压力变化比率Dp1由实验或经验预先求得。

图12的图(A)是表示所述驱动电流的校正后的设定加压力Pa与实际加压力Pb的关系的图，图12的图(B)是表示驱动电流的校正状况的图。即使以与设定加压力Pa对应的指令电流Aa驱动所述驱动源来将单轴工具16压入重叠部30，也只能够产生降低了加压力变化比率Dp的量的实际加压力Pb。因此，在使单轴工具16压入时，如图12的图(B)所示，将使指令电流Aa增加了校正量Da的校正驱动电流A施加于所述驱动源。校正量Da是与加压力变化比率Dp对应的增加量。基于这样的校正，如图12的图(A)所示，能够使设定加压力Pa与实际加压力Pb接近或者相一致。

图13是表示在使用单动式摩擦搅拌点接合用的单轴工具16进行摩擦搅拌接合的情况下的控制器61的处理的流程图。此处，将7轴设定为单轴工具16的升降轴，将8轴设定为单轴工具16的转轴。在本实施方式中，电气结构也以图3的方块图为基准，但是销驱动部21及肩部驱动部22被变更为使单轴工具16升降的驱动源。转动驱动部23成为使单轴工具16绕转轴R的轴心转动的驱动部。

控制器61获取接合对象工件的位置信息、属性信息(步骤S21)。具体而言，获取接合位置的坐标信息、表示接合对象工件的材质的类别数据、工件的厚度、工具1的压入深度等信息。其次，控制器61获取关于在步骤S1中所获取的接合位置的设定加压力、7轴驱动电流及其校正比率的信息(步骤S22)。此时，控制器61参照存储于存储部63的校正比率存储部65的校正比率表。

接着，为了将工具1定位于接合对象工件，控制器61驱动机械臂51。具体而言，控制器61通过控制机器人驱动部51M来驱动机械臂51的1轴AX1至6轴AX6所需量(步骤S23)。在步骤S23完毕的状态下，单轴工具16的远端销16T与重叠部30隔开指定间隔而相对，处于单轴工具16的转轴R相对于点接合位置被对位的状态。

此后，控制器61通过驱动所述驱动源来开始单轴工具16的下降(7轴下降驱动)，并且通过驱动转动驱动部23来开始单轴工具16的转动(8轴转动驱动)(步骤S24)。于是，如图10的工序图(A)所示，单轴工具16的远端销16T与重叠部30的表面抵接，并且开始压入(步骤S25)。

以后，执行压入步骤及搅拌步骤(步骤S26)。控制器61使单轴工具16下降至远端销16T相对于重叠部30到达指定的压入深度为止。此时，7轴驱动电流被增加与加压力变化比率Dp对应的校正量Da，加压力降低量得以弥补。此外，控制器61使基于转动驱动部23的单轴工具16的转动继续。

结束搅拌步骤后，控制器61使单轴工具16的拔出步骤执行(步骤S27)。具体而言，控制器61通过驱动所述驱动源来使单轴工具16上升(7轴上升驱动)，并且使基于转动驱动部23的单轴工具16的转动停止(8轴停止)。

根据以上所说明的本实施方式所涉及的摩擦搅拌工具的控制方法及摩擦搅拌装置，通过根据加压力变化比率校正作为复动式摩擦搅拌点接合用的工具1的驱动源的肩部驱动部22或单动式摩擦搅拌点接合用的单轴工具16的驱动电流，来使实际加压力接近设定加压力。因此，对于工件，如果预先求出所述加压力变化比率，在工具1或单轴工具16的运转时无需利用传感器类来实际测量实际加压力便能够实现使实际加压力接近设定加压力的控制。即，能够无传感器控制摩擦搅拌点接合用的工具，且能够如所设定的那样使工具压入工件来进行摩擦搅拌。

Claims (7)

1.一种摩擦搅拌工具的控制方法，将所需的驱动电流施加于进行摩擦搅拌的工具的驱动源来控制所述工具的动作，其特征在于，

通过比较设定加压力和实际加压力来求出加压力变化比率，所述设定加压力作为在所述工具压入工件时的加压力而被设定，所述实际加压力是将产生所述设定加压力的驱动电流施加于所述驱动源而实际上所述工具压入所述工件时的加压力，

通过根据所述加压力变化比率校正所述驱动电流来驱动所述驱动源，以使所述实际加压力接近所述设定加压力。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌工具的控制方法，其特征在于，

求出表示所述驱动电流与所述加压力的关系的表，

以基于所述加压力变化比率校正了根据所述设定加压力计算的第1驱动电流得到的第2驱动电流使所述驱动源动作来使所述工具作用于所述工件，并求出实际上在该驱动源中流动的第3驱动电流，

基于所述加压力变化比率对所述第3驱动电流进行校正，求出第4驱动电流，并且参照所述表求出从所述第4驱动电流换算的目标实际加压力，

通过校正所述第2驱动电流来驱动所述驱动源，以使由所述第3驱动电流驱动所述驱动源时的实际加压力接近所述目标实际加压力。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌工具的控制方法，其特征在于，

所述工具是复动式摩擦搅拌点接合用的工具，包含：

圆柱状的销构件，绕轴线转动，并且能够沿着该轴线的方向上下移动；以及，

圆筒状的肩部构件，位于覆盖所述销构件的外周的位置，绕与该销构件相同的轴线转动并且能够沿着所述轴线的方向上下移动，

该摩擦搅拌工具的控制方法预先求出：

第1加压力变化比率，根据所述销构件相对于所述工件往上升的方向的上升步骤中的所述设定加压力和所述实际加压力而得到；以及，

第2加压力变化比率，根据所述销构件相对于所述工件往下降的方向的下降步骤中的所述设定加压力和所述实际加压力而得到；其中，

在所述上升步骤中，根据所述第1加压力变化比率，以增加所述驱动电流的方式进行校正，

在所述下降步骤中，根据所述第2加压力变化比率，以减小所述驱动电流的方式进行校正。

4.根据权利要求3所述的摩擦搅拌工具的控制方法，其特征在于，

所述复动式摩擦搅拌点接合用的工具用于执行如下步骤：

预热步骤，使所述销构件及所述肩部构件抵接于所述工件表面并且绕所述轴线转动来预热该工件；

压入步骤，使所述肩部构件下降并压入所述工件，另一方面使所述销构件上升；以及，

回填步骤，使所述肩部构件上升以从所述工件退避，另一方面使所述销构件下降；其中，

在所述预热步骤中，不校正所述驱动电流，

在所述压入步骤中，进行与所述上升步骤对应的所述驱动电流的增加校正，

在所述回填步骤中，进行与所述下降步骤对应的所述驱动电流的减小校正。

5.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌工具的控制方法，其特征在于，

所述工具是单动式摩擦搅拌点接合用的工具，包含：

单轴工具，被形成为圆柱状，并且能够绕轴线转动且在沿该轴线的方向上进退移动，

该摩擦搅拌工具的控制方法预先求出：

加压力降低比率，根据所述单轴工具被压入所述工件的期间中的所述设定加压力和所述实际加压力而得到，

在使所述单轴工具压入所述工件时，根据所述加压力降低比率以增加所述驱动电流的方式进行校正。

6.一种摩擦搅拌装置，其特征在于包括：

工具，进行摩擦搅拌；

驱动源，被施加所需的驱动电流并驱动所述工具；

控制部，控制所述驱动源；以及，

存储部，存储加压力变化比率，该加压力变化比率通过比较设定加压力和实际加压力而被求出，所述设定加压力作为在所述工具压入工件时的加压力而被设定，所述实际加压力是将产生所述设定加压力的驱动电流施加于所述驱动源而实际上所述工具压入所述工件时的加压力；其中，

所述控制部通过根据所述加压力变化比率校正所述驱动电流来驱动所述驱动源，以使所述实际加压力接近所述设定加压力。

7.根据权利要求6所述的摩擦搅拌装置，其特征在于，

所述工具是复动式摩擦搅拌点接合用的工具，包含：

圆柱状的销构件，绕轴线转动，并且能够沿着该轴线的方向上下移动；以及，

圆筒状的肩部构件，位于覆盖所述销构件的外周的位置，绕与该销构件相同的轴线转动并且能够沿着所述轴线的方向上下移动，

所述存储部预先存储：

第1加压力变化比率，根据所述销构件相对于所述工件往上升的方向的上升步骤中的所述设定加压力和所述实际加压力而得到；以及，

第2加压力变化比率，根据所述销构件相对于所述工件往下降的方向的下降步骤中的所述设定加压力和所述实际加压力而得到；其中，

所述控制部在所述上升步骤中，根据所述第1加压力变化比率，以增加所述驱动电流的方式进行校正，

所述控制部在所述下降步骤中，根据所述第2加压力变化比率，以减小所述驱动电流的方式进行校正。