JP2005014093A - Profile control device in friction stir joining - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は摩擦撹拌接合における倣い制御装置に関するものであり、摩擦撹拌接合工具を接合部接合線の隙間中心を正確に追跡させ、接合工具の接合線隙間の中心からのずれることによる接合不良の発生を確実に防止することができるものである。 The present invention relates to a copying control apparatus in friction stir welding, and causes a friction stir welding tool to accurately track the center of the gap of the joint line of the joint, and causes a joining failure due to deviation from the center of the joint line gap of the welding tool. Can be reliably prevented.
アルミ板の接合に摩擦撹拌接合が用いられているが、新幹線車両や在来線の特急車両の床板、側板などに使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極めて長い。
他方、板材Pの摩擦撹拌接合は、図1、図2に示すようにアルミ板Pを支持板4上で突き合わせた状態で行われて突き合せ面及び接合部の上面が工具Tのピン1及び工具本体2の肩部3との摩擦熱で加熱軟化され、突き合せ面が接合される。接合工具Tは硬質金属部材であり、その先端に突設された比較的細いピン1が前進方向の強い抵抗を受けながら高速で回転するものである。
ダブルスキン型材などのアルミ板は型成形されるために、長尺のものほどその直線性が低下し、これを突き合わせたとき接合線に隙間ができてしまう。このため、支持板4上で突き合わされた板P,Pを万力などで横方向に押し付けて接合線の隙間を可及的に小さくしておいて摩擦撹拌接合が行われる。
また、摩擦撹拌接合装置のヘッドHはXYZ座標軸の各軸方向にその位置を制御されるものであり、接合工具Tが接合線を追跡するように制御されるが、接合工具の接合線隙間の中心からのずれが実際には避けられず、このずれの大きさが接合不良を生じる大きな要因の一つになっている。
Friction stir welding is used for joining aluminum plates, but the length of joints such as aluminum molds used for floor boards and side boards of Shinkansen vehicles and conventional limited express vehicles is extremely long.
On the other hand, the friction stir welding of the plate material P is performed in a state where the aluminum plate P is abutted on the
Since an aluminum plate such as a double skin mold is molded, the longer the aluminum plate, the lower the linearity, and when this is abutted, a gap is formed in the joining line. For this reason, the friction stir welding is performed by pressing the plates P, P abutted on the
Further, the position of the head H of the friction stir welding apparatus is controlled in each axial direction of the XYZ coordinate axes, and the welding tool T is controlled so as to track the joining line. Deviation from the center is inevitable in practice, and the magnitude of this deviation is one of the major factors that cause poor bonding.
他方、摩擦撹拌接合による継ぎ手については、接合不良部があると、この部分がウイークポイントになり、ここから亀裂が入り、この亀裂が成長して継ぎ手破損に至る可能性がある。このため継ぎ手全長について超音波探傷、目視検査などの検査を行って接合不良部を特定してこれを補修する、補修作業が行われる。
摩擦撹拌接合による継ぎ手の接合不良が発生する要因は一つではないが、接合工具の接合線中心に対するずれの大きさがその要因の一つであることは間違いなく、接合線の隙間が大きいほど上記ずれの接合品質に与える影響が大きくなり、接合工具Tのピン1による撹拌作用で空気が巻き込まれるなどのために、内部欠陥による接合不良を生じることが少なくない。例えば、継ぎ手Jの内部に長手方向の微細な空洞(通常「トンネル」と称されるもの。図3参照)ができることが接合部欠陥の代表的なものである。
継ぎ手全長を検査して接合不良部を特定し、この接合不良部を補修するのであるが、その特定に手間がかかり、不良部特定のための検査結果の信頼度が必ずしも100%ではない。
したがって、接合不良の発生を可及的に回避するために、接合線の隙間の形状、接合線の隙間の幅の大小に拘らず、接合工具が正確に接合線の隙間の中心を追跡できるようにすることが望ましい。
There is not one factor that causes joint failure due to friction stir welding, but there is no doubt that one of the factors is the deviation of the welding tool from the center of the joint line. The influence of the deviation on the joining quality is increased, and air is entrained by the stirring action of the pin 1 of the joining tool T, so that it is often the case that poor joining due to internal defects occurs. For example, the fact that a fine cavity in the longitudinal direction (usually referred to as “tunnel”; see FIG. 3) is formed inside the joint J is a typical joint defect.
The joint length is inspected to identify a joint failure portion, and the joint failure portion is repaired. However, it takes time to identify the joint failure, and the reliability of the inspection result for failure portion identification is not necessarily 100%.
Therefore, in order to avoid the occurrence of joint failure as much as possible, the joining tool can accurately track the center of the joint line gap regardless of the shape of the joint line gap and the width of the joint line gap. It is desirable to make it.
そこでこの発明は、摩擦撹拌接合継ぎ手における接合不良発生を可及的に回避することを目的とし、そのために、接合線の隙間の形状、接合線の隙間の幅の大小に拘らず、接合工具が接合線の隙間中心部を追跡するように、その倣い制御装置を工夫することをその課題とするものである。 Therefore, the present invention aims to avoid as much as possible the occurrence of poor bonding in the friction stir welding joint. Therefore, the joining tool can be used regardless of the shape of the gap of the joining line and the width of the gap of the joining line. An object of the present invention is to devise the copying control device so as to track the center of the gap of the joining line.
上記課題を解決するために講じた手段は、接合工具のXYZ方向位置をサーボモータによって制御しつつ、接合工具で接合線を追跡してアルミ板の接合を行う摩擦撹拌接合における倣い制御装置を前提として、次の(イ)(ロ)及び(ハ)によって構成されるものである。
(イ)摩擦撹拌接合装置の接合工具よりも進行方向前方にCCDカメラを設け、当該CCDカメラで接合される接合線を撮影すること、
(ロ)アルミ板の接合端縁上面に、接合端面と平行なマーキングを設けてあって、上記CCDカメラで撮影した映像を画像処理装置で画像処理し、画像中の上記マーキングの位置の画像上の基準線からのずれ量を演算手段で演算すること、
(ハ)上記ずれ量をサーボアンプに伝送して、接合線の中心部を接合工具が追跡するように、サーボモータをフィードバック制御すること。
The means taken in order to solve the above-mentioned problems is premised on a copying control device in friction stir welding in which the joining line is traced with the joining tool and the aluminum plate is joined while the position of the joining tool is controlled by a servo motor. The following (a), (b) and (c) are included.
(A) providing a CCD camera ahead of the welding tool of the friction stir welding apparatus in the direction of travel and photographing the joining line to be joined by the CCD camera;
(B) On the upper surface of the joining edge of the aluminum plate, a marking parallel to the joining end face is provided, and the image captured by the CCD camera is image-processed by an image processing device, and the image of the position of the marking in the image is displayed. The amount of deviation from the reference line is calculated by the calculation means,
(C) The servo motor is feedback controlled so that the displacement amount is transmitted to the servo amplifier and the joining tool tracks the center of the joining line.
〔作用〕
CCDカメラで撮影された上記映像を画像処理ボード、画像処理センサ、ビデオキャプチャーボード及び画像処理プログラムなどの画像処理装置で画像処理すると、ワークがアルミ板であるにもかかわらず接合端面と平行な接合端縁上面のマーキングが画像中において鮮明である。この映像中のマーキングが画像上の基準線に一致させるように横方向位置制御を行うと、摩擦撹拌接合工具がマーキングに対して横方向に所定間隔ずれた所を正確に追跡する。そしてこの所定のずれ量をマーキングから接合線の中心までの間隔に調整することで、摩擦撹拌工具が接合線の中心部を追跡することになる。接合線の隙間は極めて微小である。そして、アルミ板の摩擦撹拌接合における接合線の隙間幅のばらつきも極めて微小であり(横方向から強力に押し付けられて微小隙間になるので、隙間幅のばらつきも小さい)、上記マーキングは隙間中心部とほぼ平行であるから、接合線が曲線であるか直線であるかに関わりなく、上記マーキングを追跡することで摩擦撹拌接合工具は接合線の隙間の中心部をほぼ正確に追跡することになる。
[Action]
When the above images captured by a CCD camera are image-processed by an image processing device such as an image processing board, an image processing sensor, a video capture board, or an image processing program, the workpiece is an aluminum plate, but the joint is parallel to the joint end face. The marking on the upper surface of the edge is clear in the image. When the lateral position control is performed so that the marking in the video coincides with the reference line on the image, the position where the friction stir welding tool is shifted from the marking by a predetermined distance in the lateral direction is accurately tracked. The friction stir tool tracks the center portion of the joining line by adjusting the predetermined deviation amount to the interval from the marking to the center of the joining line. The gap between the joining lines is extremely small. And the variation in the gap width of the joining line in the friction stir welding of the aluminum plate is very small (because it is pressed strongly from the lateral direction to become a minute gap, so the variation in the gap width is also small), and the marking is at the center of the gap Therefore, the friction stir welding tool will track the center of the gap of the joint line almost accurately by tracking the above marking regardless of whether the joint line is curved or straight. .
〔実施態様〕
上記マーキングはアルミ板の押し出し成形加工時に形成することが望ましいので、アルミ板の端縁上面に接合端面と平行なリブを突設して、これを上記マーキングとするのがよい。
Embodiment
Since it is desirable to form the marking at the time of extrusion molding of the aluminum plate, it is preferable that a rib parallel to the joining end surface is provided on the upper surface of the end edge of the aluminum plate and used as the marking.
以上述べたとおり、この発明は、接合される板の接合線に平行なマーキングをCCDカメラで捕らえて、これを画像処理し、接合線と画像上の基準線との横方向ずれ量をコントローラ(CPU)で演算して計測し、このずれ量に基づいてサーボモータをフィードバック制御することにより、接合線が直線的であるか否かにかかわらず、接合工具に接合線のほぼ中心部を追跡させることができ、接合工具の接合線隙間の中心部からの横方向ずれによる接合不良を可及的に低減することができる。
また、CCDカメラにより撮影した画像を画像処理してマーカーと画像上の基準線との間のずれ量を演算して計測するものであるから、簡便な演算処理によってズレ量を検出し、接合線の中心部を接合工具でほぼ正確に追跡させることができる。
それゆえ、接合線の曲りの有無、当該曲りの大きさの如何に関わらず、高い品質で摩擦撹拌接合することができる。
As described above, the present invention captures a marking parallel to the joining line of the plates to be joined by a CCD camera, processes this image, and controls the lateral displacement between the joining line and the reference line on the image by the controller ( CPU) calculates and measures, and feedback-controls the servo motor based on this deviation amount, so that the welding tool tracks the substantially center part of the joining line regardless of whether the joining line is linear or not. Therefore, it is possible to reduce as much as possible a bonding failure caused by a lateral shift from the center of the bonding line gap of the bonding tool.
In addition, since the image captured by the CCD camera is subjected to image processing and the amount of deviation between the marker and the reference line on the image is calculated and measured, the amount of deviation is detected by simple calculation processing, and the joining line It is possible to track the center of each of them with a joining tool almost accurately.
Therefore, the friction stir welding can be performed with high quality regardless of the presence or absence of the bending of the joining line and the magnitude of the bending.
次いで図4〜図7を参照して実施の形態を説明する。
この実施の形態は、厚さ4.5mm、長さ8mのアルミ板P,Pを接合するものであり、接合工具のピン1の直径5mm、回転速度1750rpm、前進速度600mm/分で接合するものである。このアルミ板P,Pの端縁から20mm程度離れた位置の上面にマーキング用のリブ71が設けられている(図7)。このマーキング用のリブ71は断面形状が逆V形の筋状突起である。この筋状突起は追跡用マーキングであるから、鮮明な映像が写し出される限りにおいて、できるだけ低く、できるだけ狭い方が好ましく、底辺の幅2mm〜3mm、高さが2mm〜3mmの範囲とした。また断面三角形の頂度の角度については30度〜60度の範囲が望ましい。しかし、上記底辺の幅、高さ、頂角の角度は、実施する上でのひとつのめやすであって、格別の技術的意義を有するものではない。
摩擦撹拌接合装置のヘッドHの進行方向前方にCCDカメラ41を取り付けている。このCCDカメラ41と接合工具Tとの間の水平距離Dは200mmであるが、この距離は余り小さくしなくても接合工具Tと接合線位置との関係の測定精度には影響ない。
ヘッドHは接合されるアルミ板P,Pを突き合わせた接合線42に沿って移動し、CCDカメラ41はマーキング用のリブ71を追跡しながら撮影して映像を取り込む。このときに取り込まれた画像の範囲は図6(2値化画像)に示すとおりであり、進行方向に20mm、横方向に40mm程度の範囲(この20mm、40mmに特別な技術的意味はないがめやすとなる適当な範囲)である。この画像においてマーキング用リブ71の映像が鮮明な影71a(図6)として現れる。
Next, an embodiment will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, aluminum plates P, P having a thickness of 4.5 mm and a length of 8 m are joined, and the joining tool pin 1 is joined at a diameter of 5 mm, a rotational speed of 1750 rpm, and a forward speed of 600 mm / min. It is. A
A
The head H moves along the joining
CCDカメラ41で取り込まれた画像情報は画像処理装置51に送られて、画像処理装置51で画像処理(2値化)される。
接合線隙間42aの縁と平行なマーキング画像71の映像が取り込まれる(図6)。このマーキング画像71aの縁の位置を検出し、このマーキング画像71aの縁と画像上の基準線S(メモリ53から読み出される基準線情報によるもの)との距離cを計測し、この距離cに基づいてサーボアンプを制御して、上記距離cがゼロになるようにサーボモータをフィードバック制御する。
The image information captured by the
An image of the
H:摩擦撹拌接合装置のヘッド
M:前進駆動モータ
P:アルミ板材
a:接合線画像の縁の基準線からのずれ量
b:接合線隙間中心の基準線からのずれ量
c:マーキング画像の基準線からのずれ量
T:摩擦撹拌接合工具
1:摩擦撹拌接合工具のピン
2:摩擦撹拌接合工具の本体
3:摩擦撹拌接合工具の肩部
41:CCDカメラ
42:接合線
42a:接合線隙間
43:画像処理面積
51:画像処理装置
52:コントローラ(CPU)
53:メモリ
71:マーキング用のリブ
71a:マーキング画像
H: Head of friction stir welding apparatus M: Forward drive motor P: Aluminum plate material a: Amount of deviation of edge of joining line image from reference line b: Amount of deviation from reference line of gap center of joining line c: Reference of marking image Deviation amount from line T: Friction stir welding tool 1: Friction stir welding tool pin 2: Friction stir welding tool body 3: Friction stir welding tool shoulder 41: CCD camera 42: Joining
53: Memory 71: Rib for marking 71a: Marking image
Claims (2)
摩擦撹拌接合装置の接合工具よりも進行方向前方にCCDカメラを設け、当該CCDカメラで、アルミ板の接合端縁を撮影し、
アルミ板の接合端縁上面に、接合端面と平行なマーキングを設けてあって、上記CCDカメラで撮影した映像を画像処理装置で画像処理し、画像中の上記マーキングの位置の画像上の基準線からのずれ量を演算手段で演算し、
上記ずれ量に基づいて、サーボモータをフィードバック制御する、摩擦撹拌接合における倣い制御装置。 In the copying control device in the friction stir welding in which the welding tool tracks the welding line and joins the aluminum plate while controlling the XYZ direction position of the welding tool,
A CCD camera is provided ahead of the welding tool of the friction stir welding apparatus in the traveling direction, and the CCD camera is used to photograph the edge of the aluminum plate,
A marking parallel to the joint end surface is provided on the upper surface of the joint edge of the aluminum plate, and the image taken by the CCD camera is processed by an image processing device, and the reference line on the image at the position of the marking in the image The amount of deviation from the
A copying control device in friction stir welding, which feedback-controls a servo motor based on the deviation amount.
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JP2008080623A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Fujifilm Corp | Box fitting method, box fitting device and outer box manufacturing system |
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2004
- 2004-10-14 JP JP2004299626A patent/JP2005014093A/en active Pending
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