JP5108075B2 - Friction stirrer and friction stirrer method - Google Patents

Friction stirrer and friction stirrer method Download PDF

Info

Publication number
JP5108075B2
JP5108075B2 JP2010224426A JP2010224426A JP5108075B2 JP 5108075 B2 JP5108075 B2 JP 5108075B2 JP 2010224426 A JP2010224426 A JP 2010224426A JP 2010224426 A JP2010224426 A JP 2010224426A JP 5108075 B2 JP5108075 B2 JP 5108075B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotary tool
time
tool
shoulder
rotating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010224426A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011025317A (en
Inventor
充一 平塚
雅之 犬塚
英人 西田
護 西尾
猛宏 兵江
克己 大久保
光浩 神岡
直 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Priority to JP2010224426A priority Critical patent/JP5108075B2/en
Publication of JP2011025317A publication Critical patent/JP2011025317A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5108075B2 publication Critical patent/JP5108075B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、回転軸線まわりに回転させた回転ツールを対象物に押圧することによって、回転ツールと対象物との間に摩擦熱を生じさせて、対象物を摩擦撹拌する摩擦撹拌装置および摩擦撹拌方法に関する。特に本発明は、摩擦撹拌を用いて複数の被接合部材を接合する摩擦撹拌接合(FSW、Friction Stir Welding)に関する。   The present invention relates to a friction stirrer and a friction stirrer that frictionally stir an object by generating frictional heat between the rotating tool and the object by pressing a rotating tool rotated around the rotation axis against the object. Regarding the method. In particular, the present invention relates to friction stir welding (FSW, Friction Stir Welding) that joins a plurality of members to be joined using friction stir.

複数の被接合部材を接合する接合装置の1つとして、摩擦撹拌接合装置がある。この装置は、突き合わされた2つの被接合部材を接合する。具体的には、回転ツールを回転させながら各被接合部材の境界部分に没入させる。これによって回転ツールと被接合部材との間に摩擦熱が生じ、摩擦熱によって被接合部材の境界部分が軟化する。そして各被接合部材は、非溶融の状態で流動化し、回転ツールによって流動化した部分が撹拌されることによって、各被接合部材の境界部分が混ぜ合わされる。この状態で、回転ツールが、境界部分に沿って走行することによって、境界部分を連続接合することができる。   One of the joining devices that join a plurality of members to be joined is a friction stir welding device. This apparatus joins two joined members that are abutted. Specifically, the rotating tool is rotated and immersed in the boundary portion of each member to be joined. As a result, frictional heat is generated between the rotary tool and the member to be joined, and the boundary portion of the member to be joined is softened by the frictional heat. And each to-be-joined member is fluidized in the non-molten state, and the boundary part of each to-be-joined member is mixed by stirring the part fluidized by the rotary tool. In this state, the rotating tool travels along the boundary portion, so that the boundary portion can be continuously joined.

従来、摩擦撹拌接合における回転ツールの走行開始の判定は、作業者が行うか、タイマによって行われる。作業者が走行開始の判定を行う場合、作業者は、各被接合部材が十分に流動化したことを経験によって判断すると、摩擦撹拌接合装置を手動操作して、回転ツールの走行開始を指令する。またタイマによって走行開始の判定を行う場合、回転ツールの先端部が被接合物に没入してから所定時間経過すると、回転ツールの走行開始を指令する。   Conventionally, determination of the start of running of the rotary tool in friction stir welding is performed by an operator or by a timer. When the operator makes a determination to start traveling, the operator manually operates the friction stir welding apparatus and instructs the rotation tool to start traveling when it is determined by experience that each member to be joined has sufficiently fluidized. . When the start of running is determined by the timer, the running start of the rotating tool is instructed when a predetermined time elapses after the tip of the rotating tool is immersed in the workpiece.

作業者またはタイマによって、回転ツールの走行開始を決定すると、外気温、回転ツールの温度、被接合部材の寸法および熱容量、被接合物を支持する裏当て部材の寸法および熱伝導率などの外乱の影響によって、接合品質がばらついてしまうといった問題がある。またこのような問題は、摩擦撹拌法を用いた連続接合のほか、摩擦撹拌法を用いたスポット接合、材料の結晶粒微細化を目的とした摩擦撹拌処理法であっても、同様の問題が生じる。   When the operator or the timer decides to start the rotary tool, disturbances such as the outside air temperature, the temperature of the rotary tool, the size and heat capacity of the member to be joined, the size of the backing member that supports the object to be joined, and the thermal conductivity There is a problem that bonding quality varies due to the influence. In addition to continuous welding using the friction stir method, such a problem also applies to spot welding using the friction stir method and the friction stir processing method for the purpose of refining material crystal grains. Arise.

たとえば従来技術の摩擦撹拌接合技術が、特許文献1および特許文献2に開示される。特許文献1に開示される摩擦撹拌接合装置は、連続接合を行う。この摩擦撹拌接合装置は、回転ツールを被接合物に没入させた状態で、回転ツールを回転する主軸モータの負荷率が予め設定された値に達した時点で、回転ツールの没入を停止して所定時間保持する。そして所定時間保持後、回転ツールを走行させる。   For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose conventional friction stir welding techniques. The friction stir welding apparatus disclosed in Patent Document 1 performs continuous bonding. This friction stir welding apparatus stops the immersion of the rotating tool when the load factor of the spindle motor that rotates the rotating tool reaches a preset value with the rotating tool immersed in the workpiece. Hold for a predetermined time. Then, after holding for a predetermined time, the rotating tool is run.

また特許文献2に開示される摩擦撹拌接合装置は、スポット接合を行う。この摩擦撹拌接合装置は、加工時において回転ツールにかかる負荷を検出し、検出した負荷に基づいて、接合条件(押圧力、回転数)を補正あるいは変更する。   Moreover, the friction stir welding apparatus disclosed in Patent Document 2 performs spot welding. This friction stir welding apparatus detects a load applied to the rotary tool during processing, and corrects or changes a welding condition (pressing force, rotation speed) based on the detected load.

特開2003−80380号公報JP 2003-80380 A 特開2002−292477号公報JP 2002-292477 A

特許文献1に開示される技術においては、回転ツールが予め定める量没入した場合における主軸モータの負荷率は、外乱の影響によってばらつく場合がある。しかしながら摩擦撹拌接合装置は、回転ツールの没入を停止するための設定値が、外乱にかかわらずに一定に設定される。したがって主軸モータの負荷率が設定値に達した場合でも、外乱の影響によって、摩擦撹拌状態、たとえば回転ツールの没入量がばらつくおそれがある。これによって摩擦撹拌が不十分または過剰な状態で、回転ツールの走行を開始してしまうおそれがある。このように外乱の影響によって、接合品質がばらつくという問題がある。   In the technique disclosed in Patent Document 1, the load factor of the spindle motor may vary due to the influence of disturbance when the rotary tool is immersed in a predetermined amount. However, in the friction stir welding apparatus, the set value for stopping the immersion of the rotary tool is set to be constant regardless of the disturbance. Therefore, even when the load factor of the spindle motor reaches the set value, the friction stir state, for example, the immersion amount of the rotary tool may vary due to the influence of disturbance. As a result, there is a possibility that the running of the rotary tool may be started in a state where frictional stirring is insufficient or excessive. As described above, there is a problem that the joining quality varies due to the influence of the disturbance.

特許文献2に開示される技術においては、回転ツールにかかる負荷に基づいて、接合時間を変更してもよいことが記載される。しかしながら具体的にどのようにして、接合時間を変更するのかが記載されていない。たとえば接合開始から所定時間が経過した時刻における、回転ツールにかかる負荷を求める。そして、求めた負荷が予め定める設定値を超えた場合に接合時間を長くし、求めた負荷が設定値未満である場合に接合時間を短くさせる。この場合、予め定める設定値が一定に設定されるので、特許文献1と同様に、外乱の影響によって接合品質がばらつくという問題がある。   In the technique disclosed in Patent Document 2, it is described that the joining time may be changed based on the load applied to the rotary tool. However, it does not describe how to change the joining time specifically. For example, the load applied to the rotating tool at a time when a predetermined time has elapsed from the start of joining is obtained. Then, the joining time is lengthened when the obtained load exceeds a predetermined set value, and the joining time is shortened when the obtained load is less than the set value. In this case, since the predetermined set value is set to be constant, there is a problem that the joining quality varies due to the influence of the disturbance, as in Patent Document 1.

このように特許文献1および特許文献2に開示される技術を用いても、接合状況ごとに変動する外乱の影響によって、接合品質のばらつきが生じてしまうという問題を解決することができない。   As described above, even when the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are used, it is impossible to solve the problem that variations in bonding quality occur due to the influence of disturbance that varies depending on the bonding state.

したがって本発明の目的は、外乱の影響に起因する対象物の品質のばらつきを抑えることができる摩擦撹拌装置および摩擦撹拌方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a friction stirrer and a friction stirrer that can suppress variations in the quality of an object due to the influence of disturbance.

本発明は、略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物の予め定める被接合部分に没入させて対象物を摩擦撹拌し、前記被接合部分をスポット接合する摩擦撹拌装置であって、
回転ツールを軸線まわりに回転駆動する回転手段と、
回転ツールを軸線方向に変位駆動して対象物に押圧する押圧手段と、
回転ツールが軸線まわりに回転しながら対象物を押圧するときに、対象物から回転ツールに与えられる回転抵抗力を検出する検出手段と、
回転手段および押圧手段を制御する制御手段とを含み、
制御手段は、回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物の被接合部分に没入させた後、検出手段によって検出される回転抵抗力が極大値となった時刻を、ショルダ部が対象物に当接したショルダ部当接時刻であると判断し、前記ショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌装置である。
The present invention relates to a shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape, and a pin formed coaxially with respect to the shoulder portion, protruding in one axial direction from the shoulder portion, and formed in a substantially cylindrical shape having an outer diameter smaller than that of the shoulder portion. A friction stirrer for spot-joining the welded part by immersing it in a predetermined welded part of the object while rotating the rotating tool formed with the part around the predetermined welded part,
A rotating means for driving the rotary tool to rotate around the axis;
Pressing means for driving the rotary tool in the axial direction to press against the object;
Detecting means for detecting a rotational resistance force applied from the object to the rotating tool when the rotating tool presses the object while rotating around the axis;
Control means for controlling the rotating means and the pressing means,
The control means is the time when the rotational resistance detected by the detection means reaches the maximum value after the rotary tool is immersed in the joined portion of the object from the pin portion while the rotary tool is rotated around the axis. Is determined to be a shoulder part contact time when the shoulder part is in contact with the object, and based on the shoulder part contact time, a separation start time for detaching the rotary tool from the object is determined. This is a friction stirrer.

また本発明は、回転手段は、電動モータによって実現され、
検出手段は、回転手段を構成する電動モータに供給される電流に基づいて、回転ツールに与えられる回転抵抗力を求めることを特徴とする。
In the present invention, the rotating means is realized by an electric motor,
The detecting means is characterized in that a rotational resistance force applied to the rotating tool is obtained based on a current supplied to an electric motor constituting the rotating means.

また本発明は、制御手段は、ショルダ部当接時刻から所定時間経過した時刻を離脱開始時刻として決定することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the control means determines the time when a predetermined time has elapsed from the shoulder contact time as the separation start time.

また本発明は、制御手段は、ショルダ部当接時刻に達した後で、検出手段によって検出される回転抵抗力が予め定める離脱開始設定値に達すると、回転ツールを対象物から離脱させることを特徴とする。   Further, according to the present invention, the control means causes the rotary tool to be detached from the object when the rotational resistance detected by the detection means reaches a predetermined separation start set value after reaching the shoulder contact time. Features.

また本発明は、制御手段は、ショルダ部当接時刻に達した後で、回転抵抗力の時間変化が予め定める離脱開始設定値に達すると、回転ツールを対象物から離脱させることを特徴とする。   Further, according to the present invention, the control means causes the rotary tool to be detached from the object when the time change of the rotational resistance reaches a predetermined separation start set value after reaching the shoulder contact time. .

また本発明は、略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物の予め定める被接合部分に没入させて対象物を摩擦撹拌し、前記被接合部分をスポット接合する摩擦撹拌方法であって、
回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物の被接合部分に没入させた後、対象物から回転ツールに与えられる回転抵抗力が極大値となった時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌方法である。
The present invention also has a shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape, and is formed coaxially with respect to the shoulder portion, protrudes in one axial direction from the shoulder portion, and is formed in a substantially cylindrical shape having an outer diameter smaller than that of the shoulder portion. A friction stir method in which a rotating tool formed with a pin part is immersed around a predetermined welded part of an object while rotating around an axis to friction stir the object, and spot welded the welded part. ,
Based on the time when the rotational resistance force applied to the rotating tool from the object reaches the maximum value after the rotating tool has been rotated around the axis and the rotating tool is immersed in the part to be joined of the object. Thus, the friction agitation method is characterized in that the separation start time for detaching the rotary tool from the object is determined.

請求項1記載の本発明によれば、回転ツールのうちピン部が対象物の予め定める被接合部分に対向した状態で、回転手段が回転ツールを軸線まわりに回転駆動するとともに、押圧手段が回転ツールを対象物に向かって軸線方向に変位駆動する。回転ツールは、ピン部が対象物に当接し、ピン部が対象物に没入したあとで、ショルダ部が対象物に当接する。ショルダ部が当接した状態で、回転ツールが回転することによって、回転ツールが対象物に摺接する。そして対象物と回転ツールとの間に摩擦熱が生じて対象物が軟化する。このようにして対象物が非溶融の状態で部分的に流動化し、流動化した部分が撹拌されることで、対象物のうちでピン部が没入した付近を摩擦撹拌することができる。この後、回転ツールが対象物から離脱することで、対象物のうちの一部であるスポット部分を摩擦撹拌することができる。   According to the first aspect of the present invention, the rotating means rotates the rotating tool about the axis and the pressing means rotates in a state where the pin portion of the rotating tool faces a predetermined portion to be joined of the object. The tool is displaced in the axial direction toward the object. In the rotating tool, after the pin part comes into contact with the object and the pin part is immersed in the object, the shoulder part comes into contact with the object. With the shoulder portion in contact, the rotating tool rotates, so that the rotating tool slides on the object. Then, frictional heat is generated between the object and the rotating tool, and the object is softened. In this way, the object is partially fluidized in a non-molten state, and the fluidized part is agitated, so that the vicinity of the object where the pin portion is immersed can be frictionally agitated. Then, the spot part which is a part of the target object can be frictionally stirred by the separation of the rotating tool from the target object.

ピン部が対象物に当接してからショルダ部が対象物に当接するまでの摩擦撹拌状態は、接合条件が一定でも接合状況ごとに変動する外乱の影響によってばらつく。これに対してショルダ部が当接してからの摩擦撹拌状態は、外乱の影響が少ない。本発明では、制御手段は、検出手段によって検出される回転抵抗力が極大値となったときに、ショルダ部が対象物に当接したことを判断する。そしてショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定する。   The friction stir state from when the pin part comes into contact with the object until the shoulder part comes into contact with the object varies due to the influence of disturbance that varies depending on the joining state even if the joining condition is constant. On the other hand, the influence of the disturbance is small in the friction stir state after the shoulder portion comes into contact. In the present invention, the control means determines that the shoulder portion has contacted the object when the rotational resistance detected by the detection means reaches a maximum value. Then, based on the shoulder contact time, a separation start time for detaching the rotary tool from the object is determined.

このようにショルダ部が当接したことを判断し、判断したショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールの離脱開始時刻を決定することで、外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態で、回転ツールを離脱させることができる。これによって摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができる。したがって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   In this way, it is determined that the shoulder part has come into contact, and based on the determined shoulder part contact time, by determining the release start time of the rotary tool, in a constant friction stir state while suppressing the influence of disturbance, The rotary tool can be detached. As a result, it is possible to prevent the frictional stirring from being inadequate or the frictional stirring from being excessive. Therefore, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

またショルダ部当接時刻の回転抵抗力は、外乱の影響によって変動することがあるが、残余の時刻に比べて必ず極大値となる。したがって本発明のように、対象物から回転ツールに与えられる回転抵抗力が極大値となった時刻を、ショルダ部当接時刻として判断することで、回転抵抗力が予め定める値に達した時刻を、ショルダ部当接時刻として判断する場合に比べて、ショルダ部当接時刻を精度よく判断することができる。これによって対象物の品質をさらに安定化することができる。   Further, the rotational resistance force at the shoulder contact time may fluctuate due to the influence of a disturbance, but it always has a maximum value compared to the remaining time. Therefore, as in the present invention, the time at which the rotational resistance force reaches the predetermined value is determined by determining the time when the rotational resistance force applied to the rotary tool from the object reaches the maximum value as the shoulder contact time. Compared to the case where the shoulder portion contact time is determined, the shoulder portion contact time can be determined with high accuracy. As a result, the quality of the object can be further stabilized.

また請求項2記載の本発明によれば、検出手段は、回転手段を構成する電動モータに供給される電流に基づいて、回転抵抗力を求める。モータに供給される電流は、回転ツールを軸線まわりに回転させる出力トルクに相当し、対象物から与えられる回転抵抗力に対して比例関係を有する。したがってモータの電流に基づくことによって、対象物から与えられる回転抵抗力を容易に求めることができる。これによって検出手段の構成を簡単化することができ、別途複雑な構成を必要とすることがない。また押圧手段の構成にかかわらずに、回転ツールに与えられる回転抵抗力を求めることができるので、押圧手段を電動モータで構成する必要がない。したがって押圧手段をエアシリンダによって実現した場合であっても、本発明の摩擦撹拌装置を実現することができる。   According to the second aspect of the present invention, the detecting means obtains the rotational resistance based on the current supplied to the electric motor constituting the rotating means. The current supplied to the motor corresponds to an output torque that rotates the rotary tool around the axis, and has a proportional relationship with the rotational resistance force applied from the object. Therefore, based on the motor current, the rotational resistance force applied from the object can be easily obtained. As a result, the configuration of the detection means can be simplified, and a separate complicated configuration is not required. Further, since the rotational resistance force applied to the rotary tool can be obtained regardless of the configuration of the pressing means, it is not necessary to configure the pressing means with an electric motor. Therefore, even if the pressing means is realized by an air cylinder, the friction stirrer of the present invention can be realized.

また請求項3記載の本発明によれば、ショルダ部当接時刻から所定時間経過した後で、回転ツールの対象物からの離脱を開始させる。これによって摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができる。したがって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   According to the third aspect of the present invention, the release of the rotary tool from the object is started after a predetermined time has elapsed from the shoulder contact time. As a result, it is possible to prevent the frictional stirring from being inadequate or the frictional stirring from being excessive. Therefore, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

また請求項4記載の本発明によれば、ショルダ部当接時刻に達した後で、回転抵抗力が離脱開始設定値に達すると、回転ツールの対象物からの離脱を開始させる。これによって摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができる。したがって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, when the rotational resistance reaches the separation start set value after reaching the shoulder contact time, the separation of the rotary tool from the object is started. As a result, it is possible to prevent the frictional stirring from being inadequate or the frictional stirring from being excessive. Therefore, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

また請求項5記載の本発明によれば、ショルダ部当接時刻に達した後で、回転抵抗力の時間変化が離脱開始設定値に達すると、回転ツールの対象物からの離脱を開始させる。これによって摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができる。したがって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, when the time change of the rotational resistance reaches the separation start set value after reaching the shoulder contact time, the separation of the rotary tool from the object is started. As a result, it is possible to prevent the frictional stirring from being inadequate or the frictional stirring from being excessive. Therefore, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

また請求項6記載の本発明によれば、回転手段によって回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、押圧手段によって回転ツールのピン部から対象物に没入させる。そして、対象物から回転ツールに与えられる回転抵抗力が極大値となった時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定する。   According to the sixth aspect of the present invention, the rotating tool is made to immerse into the object from the pin portion of the rotating tool by the pressing means in a state where the rotating tool is rotated around the axis by the rotating means. Then, based on the time when the rotational resistance force applied from the object to the rotating tool reaches the maximum value, the separation start time for detaching the rotating tool from the object is determined.

ここで回転抵抗力が極大値となる時刻は、ショルダ部が対象物に当接する時刻と一致する。ピン部が対象物に当接してからショルダ部が対象物に当接するまでの摩擦撹拌状態は、外乱の影響によってばらつく。これに対して、ショルダ部が当接してからの摩擦撹拌状態は、外乱の影響が少ない。したがって本発明のようにショルダ部が対象物に当接する時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定することで、外乱の影響を少なくして、摩擦撹拌を安定して行うことができる。これによって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   Here, the time when the rotational resistance reaches the maximum value coincides with the time when the shoulder portion contacts the object. The friction stir state from when the pin portion comes into contact with the object until the shoulder portion comes into contact with the object varies due to the influence of disturbance. On the other hand, the influence of the disturbance is small in the friction stir state after the shoulder portion comes into contact. Therefore, as in the present invention, based on the time when the shoulder portion comes into contact with the object, the separation start time for detaching the rotary tool from the object is determined, thereby reducing the influence of disturbance and stabilizing the friction stirring. It can be carried out. Thereby, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

本発明が前提とする第1実施形態の摩擦撹拌装置20を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the friction stirring apparatus 20 of 1st Embodiment on which this invention presupposes. 回転ツール30と被接合物33とを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rotary tool 30 and the to-be-joined object 33. FIG. 接合装置20の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of a joining device 20. FIG. インバータ装置44を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the inverter apparatus. 被接合物33から回転ツール30に与えられる抵抗力の時間変化を示すグラフである。4 is a graph showing a change over time in the resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30. 制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a friction stir welding operation by a control device 25. 摩擦撹拌接合動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating friction stir welding operation | movement. 外乱が発生する場合において、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力の時間変化を示すグラフである。6 is a graph showing a temporal change in rotational resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30 when a disturbance occurs. 図本発明が前提とする第2実施形態の制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a friction stir welding operation by the control device 25 of the second embodiment on which the present invention is based. 本発明が前提とする第3実施形態の制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the friction stir welding operation | movement by the control apparatus 25 of 3rd Embodiment on which this invention is a premise. 第3実施形態の制御装置25の動作を説明するための回転抵抗力の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the rotational resistance force for demonstrating operation | movement of the control apparatus 25 of 3rd Embodiment. 本発明が前提とする第4実施形態の接合装置120の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the joining apparatus 120 of 4th Embodiment on which this invention presupposes. 被接合物33に発生するバリ60を示す図である。It is a figure which shows the burr | flash 60 which generate | occur | produces in the to-be-joined object 33. FIG. 第4実施形態である制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the friction stir welding operation | movement by the control apparatus 25 which is 4th Embodiment. バリ60の成長過程を側面から示す断面図である。It is sectional drawing which shows the growth process of the burr | flash 60 from a side surface. 図15の矢符S16−矢符S16から見た断面図である。It is sectional drawing seen from arrow S16-arrow S16 of FIG. 被接合物33が十分に流動化した場合の、バリを拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a burr | flash when the to-be-joined thing 33 fully fluidized. 図17のS17−S17切断面線から見たバリを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the burr | flash seen from the S17-S17 cut surface line of FIG. 本発明に係る第5実施形態の摩擦撹拌接合装置251を含む接合設備250を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the joining installation 250 containing the friction stir welding apparatus 251 of 5th Embodiment which concerns on this invention. 接合装置251の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration of a bonding apparatus 251. FIG.

制御装置253による摩擦撹拌接合手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the friction stir welding procedure by the control apparatus 253. 接合動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating joining operation | movement. ツール回転用モータの電流値の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the electric current value of the motor for tool rotation. ツール押圧力が2695Nにおける破断強度と、回転ツール30の没入時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the breaking strength in case the tool pressing force is 2695N, and the immersion time of the rotary tool 30. ツール押圧力が3000Nにおける破断強度と、回転ツール30の没入時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the breaking strength in case the tool pressing force is 3000 N, and the immersion time of the rotary tool 30. FIG.

図1は、本発明が前提とする第1実施形態の摩擦撹拌装置20を示す斜視図である。図2は、回転ツール30と被接合物33とを示す斜視図である。第1実施形態の摩擦撹拌装置20(以下、接合装置20と称する)は、突き合わされる2つの被接合部材31,32をそれらの境界線35に沿って連続接合する装置である。たとえば接合装置20は、アルミ合金から成る複数の被接合部材31,32を接合することで、鉄道車両、航空機、船舶、自動車または棟梁などの構造物の一部を構成することができる。   FIG. 1 is a perspective view showing a friction stirrer 20 according to a first embodiment on which the present invention is based. FIG. 2 is a perspective view showing the rotary tool 30 and the workpiece 33. The friction stirrer 20 of the first embodiment (hereinafter referred to as a joining device 20) is a device that continuously joins two members to be joined 31, 32 along their boundary line 35. For example, the joining device 20 can constitute a part of a structure such as a railway vehicle, an aircraft, a ship, an automobile, or a building beam by joining a plurality of members 31 and 32 made of an aluminum alloy.

接合装置20は、2つの被接合部材31,32が突き合わされて構成される被接合物33を支持する。接合装置20は、回転ツール30を着脱可能に保持し、保持する回転ツール30を、その軸線まわりに回転させながら突き合わされた2つの被接合部材31,32の境界部分34に押付ける。回転ツール30は、先端部が被接合物33に摺接し、摩擦熱によって各被接合部材31,32の境界部分34を流動化させて撹拌する。これによって流動化した各被接合部材31,32が、互いに混ぜ合わされる。この状態で、回転ツール30が、各被接合部材31,32の境界部分34に沿って走行することによって、各被接合部材31,32を境界線35に沿って接合することができる。   The joining device 20 supports an object to be joined 33 configured by abutting two joined members 31 and 32 together. The joining device 20 holds the rotary tool 30 in a detachable manner, and presses the held rotary tool 30 against the boundary portion 34 between the two members to be joined 31 and 32 while rotating around the axis. The rotary tool 30 is in sliding contact with the object to be bonded 33 and fluidizes and stirs the boundary portion 34 between the members to be bonded 31 and 32 by frictional heat. As a result, the fluidized members 31 and 32 fluidized are mixed with each other. In this state, the rotating tool 30 travels along the boundary portion 34 of each of the members to be bonded 31 and 32, so that each of the members to be bonded 31 and 32 can be bonded along the boundary line 35.

回転ツール30は、接合ツールと称される場合がある。本実施の形態の回転ツール30は、略円柱状に形成されるショルダ部36と、ショルダ部36に対して同軸に形成されてショルダ部36から軸線方向一方に突出し、ショルダ部36よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部37とが形成される。また本実施の形態では、接合装置20は、被接合物33の表面に垂直な軸線L2に対して、回転ツール30の軸線L1が、回転ツール30のピン部37まわりに走行方向下流側へと予め定める前進角度α傾斜した状態に維持する。これによって被接合物33に没入させた回転ツール30を良好に走行させることができる。   The rotary tool 30 may be referred to as a joining tool. The rotary tool 30 of the present embodiment includes a shoulder portion 36 formed in a substantially cylindrical shape, and is formed coaxially with the shoulder portion 36 and protrudes in one axial direction from the shoulder portion 36, and has an outer diameter larger than that of the shoulder portion 36. And a pin portion 37 formed in a substantially cylindrical shape with a small diameter. Further, in the present embodiment, the joining device 20 is configured such that the axis L1 of the rotary tool 30 moves around the pin portion 37 of the rotary tool 30 toward the downstream side in the traveling direction with respect to the axis L2 perpendicular to the surface of the workpiece 33. The state is maintained in a state where the predetermined forward angle α is inclined. As a result, the rotary tool 30 immersed in the workpiece 33 can be run well.

図1に示すように、接合装置20は、FSWヘッド21と、テーブル22と、移動手段19とを有する。FSWヘッド21は、回転ツール30を着脱可能に装着し、回転ツール30を、予め定める基準軸線L1まわりに回転駆動する回転手段となる。ここで、基準軸線L1は、回転ツール30の軸線に一致する。テーブル22は、2つの被接合部材31,32を突き合せて、被接合物33として保持および支持する支持手段となる。   As shown in FIG. 1, the bonding apparatus 20 includes an FSW head 21, a table 22, and a moving unit 19. The FSW head 21 is a rotating means that detachably mounts the rotary tool 30 and rotationally drives the rotary tool 30 around a predetermined reference axis L1. Here, the reference axis L1 coincides with the axis of the rotary tool 30. The table 22 serves as a support unit that holds the two members to be bonded 31 and 32 together and holds and supports the objects to be bonded 33.

移動手段19は、被接合物33に対してFSWヘッド21を相対的に変位移動する。本実施の形態では、テーブル22に保持される被接合物33に対して、FSWヘッド21を変位移動する。具体的には、移動手段19は、第1駆動体23と、第2駆動体24と、第3駆動体29とを含む。第1駆動体23は、FSWヘッド21を支持して、第2駆動体24に設けられる。   The moving means 19 displaces and moves the FSW head 21 relative to the workpiece 33. In the present embodiment, the FSW head 21 is displaced with respect to the workpiece 33 held on the table 22. Specifically, the moving means 19 includes a first driving body 23, a second driving body 24, and a third driving body 29. The first driving body 23 supports the FSW head 21 and is provided on the second driving body 24.

第1駆動体23は、第2駆動体24に連結される連結部50と、連結部50に設けられる第1方向モータと、第1方向モータによって発生する動力を伝達する第1動力伝達部と、連結部50に対して第1方向Zに移動可能に案内されてFSWヘッド21が固定される可動部52とを含む。第1方向モータの出力軸が回転すると、第1動力伝達部によって動力が可動部52に伝達され、可動部52とともにFSWヘッド21が予め定める第1方向Zに変位する。本実施の形態では、第1方向Zは、鉛直方向となる。第1駆動体23は、回転ツール30を軸線方向に変位駆動して被接合物33に押圧する押圧手段となる。   The first driving body 23 includes a connecting portion 50 connected to the second driving body 24, a first direction motor provided in the connecting portion 50, and a first power transmission portion that transmits power generated by the first direction motor. And a movable portion 52 that is guided so as to be movable in the first direction Z with respect to the connecting portion 50 and to which the FSW head 21 is fixed. When the output shaft of the first direction motor rotates, the power is transmitted to the movable unit 52 by the first power transmission unit, and the FSW head 21 is displaced in the first direction Z determined in advance together with the movable unit 52. In the present embodiment, the first direction Z is the vertical direction. The first driver 23 serves as a pressing unit that drives the rotary tool 30 to move in the axial direction and presses the rotating tool 30 against the workpiece 33.

第2駆動体24は、第1駆動体23の連結部50を両持ち支持して門型に形成される支持部26と、第1駆動体23の連結部50を第1方向Zに直交する第2方向Yに変位駆動するための第2方向モータ(図示せず)と、第2方向モータによって発生する動力を伝達する第2動力伝達部と、第1駆動体23の連結部50を支持部26に対して第2方向Yに移動可能に案内する第2案内部とを含む。第2方向モータの出力軸が回転すると、第2動力伝達部によって動力が連結部50に伝達され、連結部50とともにFSWヘッド21が第2方向Yに変位する。本実施の形態では、第2方向Yは水平に延びる。   The second driving body 24 supports the connecting portion 50 of the first driving body 23 at both ends and supports the support portion 26 formed in a gate shape, and the connecting portion 50 of the first driving body 23 is orthogonal to the first direction Z. A second direction motor (not shown) for driving displacement in the second direction Y, a second power transmission unit for transmitting power generated by the second direction motor, and a connecting portion 50 of the first driver 23 are supported. And a second guide part that guides the part 26 so as to be movable in the second direction Y. When the output shaft of the second direction motor rotates, the power is transmitted to the connecting unit 50 by the second power transmission unit, and the FSW head 21 is displaced in the second direction Y together with the connecting unit 50. In the present embodiment, the second direction Y extends horizontally.

第3駆動体29は、第2駆動体24の支持部26を第1方向Zおよび第2方向Yに直交する第3方向Xに変位駆動するための第3方向モータ(図示せず)と、第3方向モータによって発生する動力を伝達する第3動力伝達部と、第2駆動体24の支持部26を第3方向Xに移動可能に案内する第3案内部53とを含む。第3方向モータの出力軸が回転すると、第3動力伝達部によって動力が支持部26に伝達され、支持部26とともにFSWヘッド21が第3方向Xに変位する。また本実施の形態では、図1に示すように、2つの被接合部材31,32の境界線35は、第3方向Xに沿って延びるように配置される。第2駆動体24および第3駆動体29の少なくともいずれかは、軸線方向に交差する走行方向に回転ツール30を相対的に変位駆動する走行手段となる。   The third driving body 29 includes a third direction motor (not shown) for driving the support 26 of the second driving body 24 in a third direction X orthogonal to the first direction Z and the second direction Y, It includes a third power transmission unit that transmits power generated by the third direction motor, and a third guide unit 53 that guides the support unit 26 of the second driver 24 so as to be movable in the third direction X. When the output shaft of the third direction motor rotates, the power is transmitted to the support unit 26 by the third power transmission unit, and the FSW head 21 is displaced in the third direction X together with the support unit 26. Moreover, in this Embodiment, as shown in FIG. 1, the boundary line 35 of the two to-be-joined members 31 and 32 is arrange | positioned so that it may extend along the 3rd direction X. As shown in FIG. At least one of the second drive body 24 and the third drive body 29 serves as travel means that relatively displaces the rotary tool 30 in the travel direction that intersects the axial direction.

これによって回転ツール30は、テーブル22に対して、第1〜第3方向Z,Y,Xに変位移動可能となる。また本実施の形態では、さらに回転ツール30の軸線L1を第1方向Zに沿って延びる軸線に対して角変位駆動するとともに、基準軸線L1を第3方向Xに沿って延びる軸線に対して角変位駆動する角変位駆動手段(図示せず)を有する。したがって回転ツール30は、5軸自由度を有して変位可能に形成される。   As a result, the rotary tool 30 can be displaced in the first to third directions Z, Y, and X with respect to the table 22. In the present embodiment, the axis L1 of the rotary tool 30 is further angularly driven with respect to the axis extending along the first direction Z, and the reference axis L1 is angled with respect to the axis extending along the third direction X. Angular displacement driving means (not shown) for displacement driving is included. Therefore, the rotary tool 30 is formed so as to be displaceable with five-axis freedom.

また接合装置20は、FSWヘッド21、移動手段19および角変位駆動手段を制御する制御装置25を有する。制御装置25は、たとえばシーケンサ装置によって実現され、摩擦撹拌接合の動作手順を実行するためのコンピュータプログラムなどが記憶されている。   The joining device 20 has a control device 25 that controls the FSW head 21, the moving means 19, and the angular displacement driving means. The control device 25 is realized by, for example, a sequencer device, and stores a computer program for executing an operation procedure of friction stir welding.

図3は、接合装置20の構成を示すブロック図である。接合装置20は、回転ツール30をその軸線L1まわりに回転駆動する回転手段40と、回転手段40を制御する回転制御手段41と、回転ツール30の回転速度を検出する回転速度検出手段42と、被接合物33から回転ツール30に与えられる軸線まわりの回転抵抗力を検出するためのモータ電流検出手段43とを含んで構成される。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the bonding apparatus 20. The joining device 20 includes a rotation unit 40 that rotates the rotation tool 30 about its axis L1, a rotation control unit 41 that controls the rotation unit 40, a rotation speed detection unit 42 that detects the rotation speed of the rotation tool 30, and The motor current detecting means 43 for detecting the rotational resistance force about the axis provided from the workpiece 33 to the rotary tool 30 is included.

回転手段40は、本実施の形態では三相交流モータによって実現され、FSWヘッド21に搭載される。以下、「回転手段」を、「回転用モータ」または単に「モータ」と称する場合がある。回転制御手段41は、制御装置25から、回転ツール30の回転すべき設定回転速度を示す回転速度指令が与えられ、回転速度指令に応じた電流を三相交流モータに与える。回転制御手段41が回転手段40に所定の電流を与えることによって、回転手段40は、設定回転速度で回転ツール30を回転させる。回転制御手段41、回転速度検出手段42およびモータ電流検出手段43は、直流電源から三相交流モータを回転させるための電流を供給するインバータ装置44によって実現される。   The rotating means 40 is realized by a three-phase AC motor in the present embodiment, and is mounted on the FSW head 21. Hereinafter, the “rotating means” may be referred to as “rotating motor” or simply “motor”. The rotation control means 41 is given a rotation speed command indicating a set rotation speed to be rotated by the rotary tool 30 from the control device 25, and supplies a current corresponding to the rotation speed command to the three-phase AC motor. When the rotation control unit 41 applies a predetermined current to the rotation unit 40, the rotation unit 40 rotates the rotation tool 30 at a set rotation speed. The rotation control means 41, the rotation speed detection means 42, and the motor current detection means 43 are realized by an inverter device 44 that supplies a current for rotating a three-phase AC motor from a DC power supply.

また接合装置20は、回転ツール30を移動させる押圧手段45と、走行手段46とを含んで構成される。押圧手段45は、被接合物33に対して近接および離反する方向に回転ツール30を変位移動する。また走行手段46は、接合すべき被接合物33に設定される境界線35に沿って回転ツール30を変位移動する。   The joining device 20 includes a pressing unit 45 that moves the rotary tool 30 and a traveling unit 46. The pressing means 45 displaces and moves the rotary tool 30 in the direction approaching and separating from the workpiece 33. Further, the traveling means 46 moves the rotary tool 30 along the boundary line 35 set in the workpieces 33 to be joined.

本実施の形態では、押圧手段45は、鉛直方向に沿って回転ツール30を変位移動する。具体的には、押圧手段45は、第1駆動体23の第1方向モータによって実現される。第1方向モータは、制御装置25によって直接または間接的に制御されることによって、回転ツール30を被接合物33に対して近接および離反する方向に移動させることができる。   In the present embodiment, the pressing means 45 displaces the rotary tool 30 along the vertical direction. Specifically, the pressing unit 45 is realized by a first direction motor of the first driving body 23. The first direction motor can be moved directly or indirectly by the control device 25 to move the rotary tool 30 in a direction in which the rotary tool 30 approaches and separates from the workpiece 33.

また本実施の形態では、走行手段46は、水平方向に沿って回転ツール30を変位移動する。具体的には、走行手段46は、第2駆動体24の第2方向モータおよび第3駆動体29の第3方向モータの少なくともいずれかによって実現される。第2方向モータおよび第3方向モータは、制御装置25によって直接または間接的に制御されることによって、回転ツール30を被接合物33に設定される境界線35に沿って移動させることができる。   Further, in the present embodiment, the traveling means 46 displaces and moves the rotary tool 30 along the horizontal direction. Specifically, the traveling means 46 is realized by at least one of the second direction motor of the second drive body 24 and the third direction motor of the third drive body 29. The second direction motor and the third direction motor are controlled directly or indirectly by the control device 25, so that the rotary tool 30 can be moved along the boundary line 35 set on the workpiece 33.

制御装置25は、入力部47と、出力部48と、演算部49と、記憶部54とを含んで構成される。記憶部54は、摩擦撹拌接合の動作手順を実行するためのコンピュータプログラムおよび演算部49の演算結果を記憶する。入力部47は、回転速度検出手段42およびモータ電流検出手段43から、それぞれ検出結果を示す情報が与えられ、与えられた情報を演算部49に与える。演算部49は、記憶部54に記憶されるプログラムを実行して、各検出手段42,43から与えられる情報に基づいて、摩擦撹拌接合の動作手順を実行し、回転制御手段41、押圧手段45および走行手段46の制御指令を生成する。演算部49は、生成した制御指令を出力部48に与える。出力部48は、演算部49によって与えられた制御指令を、回転制御手段41、押圧手段45および走行手段46にそれぞれ与える。演算部49は、CPU(Central Processing Unit)などの演算処理回路によって実現される。また記憶部54は、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などの記憶回路によって実現される。また入力部47および出力部48は、コネクタなどの入出力回路によって実現される。   The control device 25 includes an input unit 47, an output unit 48, a calculation unit 49, and a storage unit 54. The storage unit 54 stores the computer program for executing the operation procedure of the friction stir welding and the calculation result of the calculation unit 49. The input unit 47 is provided with information indicating the detection results from the rotation speed detection unit 42 and the motor current detection unit 43, and provides the given information to the calculation unit 49. The calculation unit 49 executes a program stored in the storage unit 54, executes an operation procedure of friction stir welding based on information given from the detection units 42 and 43, and controls the rotation control unit 41 and the pressing unit 45. And the control command of the traveling means 46 is generated. The computing unit 49 gives the generated control command to the output unit 48. The output unit 48 gives the control command given by the calculation unit 49 to the rotation control means 41, the pressing means 45, and the traveling means 46, respectively. The arithmetic unit 49 is realized by an arithmetic processing circuit such as a CPU (Central Processing Unit). The storage unit 54 is realized by a storage circuit such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). The input unit 47 and the output unit 48 are realized by an input / output circuit such as a connector.

図4は、インバータ装置44を示すブロック図である。インバータ装置44は、インバータ回路55と、コントロール回路56と、エンコーダ57とを含んで構成される。インバータ装置44は、上述した回転制御手段41と、回転速度検出手段42と、モータ電流検出手段43とを兼ねる。インバータ回路55は、スイッチング素子を有し、直流電源58から直流電力が与えられる。インバータ回路55は、コントロール回路56から与えられるゲート指令にしたがって、スイッチング素子のオンオフを切り替えることによって、直流電源58から与えられる電流を三相の交流電流に生成し、回転ツール30を回転するための回転用モータ40に生成した交流電流を与える。   FIG. 4 is a block diagram showing the inverter device 44. The inverter device 44 includes an inverter circuit 55, a control circuit 56, and an encoder 57. The inverter device 44 also serves as the above-described rotation control means 41, rotation speed detection means 42, and motor current detection means 43. The inverter circuit 55 has a switching element and is supplied with DC power from a DC power supply 58. The inverter circuit 55 generates a current supplied from the DC power supply 58 as a three-phase AC current by turning on and off the switching element in accordance with a gate command supplied from the control circuit 56, and rotates the rotary tool 30. The generated alternating current is applied to the motor 40 for rotation.

コントロール回路56は、制御装置25から回転速度指令が与えられる。またコントロール回路56は、エンコーダ57からモータ40の回転速度の情報が与えられる。またコントロール回路56は、インバータ回路55からモータ40に供給される電流の情報が与えられる。コントロール回路56は、与えられた情報に基づいて、回転速度指令に付与される設定回転速度を目標値として、フィードバック制御を行い、操作量をゲート指令としてインバータ回路55に与える。このようにしてモータ40は、インバータ装置44に制御されることで、回転ツール30に与えられる回転抵抗力が変動しても、予め定める設定回転速度で回転ツール30を回転することができる。   The control circuit 56 is given a rotational speed command from the control device 25. The control circuit 56 is given information on the rotational speed of the motor 40 from the encoder 57. The control circuit 56 is given information on the current supplied from the inverter circuit 55 to the motor 40. Based on the given information, the control circuit 56 performs feedback control using the set rotational speed given to the rotational speed command as a target value, and provides the operation amount to the inverter circuit 55 as a gate command. In this way, the motor 40 is controlled by the inverter device 44, so that the rotating tool 30 can be rotated at a predetermined rotation speed even if the rotational resistance force applied to the rotating tool 30 fluctuates.

具体的には、インバータ装置44は、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力が大きくなると、モータ40に供給する電流を大きくする。また被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力が小さくなると、モータ40に供給する電流を小さくする。このようにしてモータ40の回転速度を設定回転速度に保つ。ここで、モータ40に供給される電流と、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力とには比例関係にあり、モータ40に流れる電流から、回転ツール30に与えられる軸線まわりの回転抵抗力を求めることができる。またモータ40に流れる電流は、モータ40が回転ツール30に与える出力トルクおよび被接合物33から回転ツール30に与える負荷トルクに相当する。   Specifically, the inverter device 44 increases the current supplied to the motor 40 when the rotational resistance force applied to the rotary tool 30 from the workpiece 33 increases. Further, when the rotational resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30 is reduced, the current supplied to the motor 40 is reduced. In this way, the rotation speed of the motor 40 is kept at the set rotation speed. Here, there is a proportional relationship between the current supplied to the motor 40 and the rotational resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30, and the current around the axis applied to the rotary tool 30 from the current flowing through the motor 40. The rotational resistance can be obtained. The current flowing through the motor 40 corresponds to the output torque that the motor 40 gives to the rotary tool 30 and the load torque that the workpiece 33 gives to the rotary tool 30.

コントロール回路56は、エンコーダ57から与えられるモータ回転速度を示す回転速度情報を、制御装置25に与える。またコントロール回路56は、モータ40に供給する電流値を示す電流情報を、制御装置25に与える。制御装置25は、コントロール回路56から与えられる電流情報に基づいて、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力を求めることができる。このようにインバータ装置44は、回転制御手段41と回転速度検出手段42とを兼ねる。また制御装置25とインバータ装置44とを含んで、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力を検出する検出手段を構成する。   The control circuit 56 gives rotational speed information indicating the motor rotational speed given from the encoder 57 to the control device 25. The control circuit 56 supplies current information indicating a current value supplied to the motor 40 to the control device 25. Based on the current information provided from the control circuit 56, the control device 25 can obtain the rotational resistance force applied to the rotary tool 30 from the workpiece 33. Thus, the inverter device 44 serves as the rotation control means 41 and the rotation speed detection means 42. Further, the control device 25 and the inverter device 44 are included to constitute detection means for detecting the rotational resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30.

図5は、被接合物33から回転ツール30に与えられる抵抗力の時間変化を示すグラフである。回転ツール30は、回転しながら被接合物33に没入することで、被接合物33に対して摺動回転する。このとき回転ツール30は、軸線まわりの回転に抗する回転抵抗力を、被接合物33から与えられる。また回転ツール30は、被接合物33に没入した状態で走行すると、走行に抗する走行抵抗力を被接合物33から与えられる。制御装置25は、インバータ装置44から与えられるモータ電流情報に基づいて、回転ツール30に与えられる回転抵抗力を取得可能である。   FIG. 5 is a graph showing the change over time in the resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30. The rotary tool 30 slides and rotates with respect to the workpiece 33 by immersing in the workpiece 33 while rotating. At this time, the rotary tool 30 is given a rotational resistance force against the rotation around the axis line from the workpiece 33. Further, when the rotary tool 30 travels in a state of being immersed in the workpiece 33, a traveling resistance force that resists traveling is applied from the workpiece 33. The control device 25 can acquire the rotational resistance force applied to the rotary tool 30 based on the motor current information provided from the inverter device 44.

回転ツール30を回転させると、初期抵抗力r1が発生する。そして、回転ツール30がピン部37から被接合物33に没入すると、ピン部37が被接合物33に当接したピン部当接時刻t1から、ピン部37が被接合物33に没入する没入量が増加するにつれて、回転抵抗力が増加する。回転ツール30が一定速度で被接合物33に没入する場合、図5に示すように、回転抵抗力は、ピン部当接時刻t1から時間経過にほぼ比例して増加する。   When the rotary tool 30 is rotated, an initial resistance force r1 is generated. When the rotary tool 30 is immersed from the pin portion 37 into the workpiece 33, the pin portion 37 is immersed from the pin contact time t1 when the pin portion 37 contacts the workpiece 33. As the amount increases, the rotational resistance increases. When the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33 at a constant speed, as shown in FIG. 5, the rotational resistance increases substantially in proportion to the passage of time from the pin portion contact time t1.

そしてピン部37に連なるショルダ部36のショルダ端面が被接合物33に当接する。ショルダ部36が被接合物33に当接するショルダ部当接時刻t2における回転抵抗力をショルダ部当接抵抗力r2とし、ショルダ部当接時刻t2を経過した後の回転抵抗力をショルダ部没入抵抗力r3とする。この場合、ショルダ部没入抵抗力r3は、ショルダ部当接抵抗力r2よりも小さくなる。すなわちショルダ部当接時刻t2における回転抵抗力r2は、ショルダ部当接時刻t2とは異なる時刻の回転抵抗力に比べて極大値となる。言換えるとショルダ部当接時刻t2で、回転抵抗力がピーク値となる。回転抵抗力とモータ電流とは比例関係にあるので、制御装置25は、インバータ装置44から与えられるモータ電流情報が極大値となったときに、ショルダ部36が被接合物33に当接したことを判断することができる。   Then, the shoulder end surface of the shoulder portion 36 connected to the pin portion 37 contacts the workpiece 33. The rotational resistance force at the shoulder portion contact time t2 at which the shoulder portion 36 contacts the workpiece 33 is defined as the shoulder portion contact resistance force r2, and the rotational resistance force after the shoulder portion contact time t2 has elapsed is defined as the shoulder portion immersion resistance. The force is r3. In this case, the shoulder portion immersion resistance force r3 is smaller than the shoulder portion contact resistance force r2. That is, the rotational resistance r2 at the shoulder contact time t2 has a maximum value compared to the rotational resistance at a time different from the shoulder contact time t2. In other words, the rotational resistance reaches a peak value at the shoulder contact time t2. Since the rotational resistance force and the motor current are in a proportional relationship, the control device 25 determines that the shoulder portion 36 has come into contact with the workpiece 33 when the motor current information provided from the inverter device 44 reaches a maximum value. Can be judged.

ショルダ部36が被接合物33に当接してから、所定の期間保持することによって、被接合物33の回転ツール没入部分の温度が上昇し、ピン部37によって撹拌される流動化部分が増加する。摩擦撹拌接合において、接合欠陥なく良好に回転ツール30を走行させるためには、ツール没入部分の温度が適正範囲に含まれていることが望ましく、適正温度の値は、接合条件によって決定される。   By holding the shoulder portion 36 against the workpiece 33 for a predetermined period of time, the temperature of the rotating tool immersion portion of the workpiece 33 rises, and the fluidized portion stirred by the pin portion 37 increases. . In friction stir welding, it is desirable that the temperature of the tool immersion portion is included in an appropriate range in order to allow the rotary tool 30 to travel well without a bonding defect, and the value of the appropriate temperature is determined by the welding conditions.

ショルダ部没入抵抗力r3が、予め定める走行開始設定値r5まで低下すると、ツール没入部分の温度が適正範囲に含まれ、被接合物33の回転ツール没入部分が過不足なく軟化したことになる。本実施の形態では、走行開始設定値r5は、定常抵抗力r6の1.2倍に選ばれる。ここで定常抵抗力r6は、予め定める摩擦撹拌接合条件で回転ツール30を境界線35に沿って走行させたときにおいて、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力となる。   When the shoulder portion immersing resistance r3 is reduced to a predetermined travel start set value r5, the temperature of the tool immersing portion is included in an appropriate range, and the rotating tool immersing portion of the workpiece 33 is softened without being excessive or insufficient. In the present embodiment, the travel start set value r5 is selected to be 1.2 times the steady resistance force r6. Here, the steady resistance force r6 is a rotational resistance force applied to the rotary tool 30 from the workpiece 33 when the rotary tool 30 is run along the boundary line 35 under a predetermined friction stir welding condition.

具体的には、制御装置25は、モータ電流がピーク値に達したあとで、予め定められる走行開始モータ電流設定値に達したことを判断すると、回転ツール30の走行を開始する。また走行開始モータ電流設定値は、走行時における定常モータ電流設定値の1.2倍に設定される。   Specifically, after determining that the motor current has reached a predetermined traveling start motor current set value after the motor current has reached the peak value, the control device 25 starts traveling of the rotary tool 30. The travel start motor current set value is set to 1.2 times the steady motor current set value during travel.

このように被接合物33が十分に軟化した状態で、回転ツール30は、走行を開始する。そして走行開始時刻t3を過ぎると、回転ツール30には、走行方向に抗する抵抗力となる走行抵抗力r4が与えられる。走行時の摩擦撹拌条件が一定の場合、走行開始時刻t3を所定時間経過すると、走行抵抗力r4は、ほぼ安定した値となる。この安定した値におけるモータ電流が定常モータ電流設定値となる。   In this state, the rotating tool 30 starts running with the workpiece 33 sufficiently softened. When the traveling start time t3 is passed, the rotational tool 30 is given a traveling resistance r4 that is a resistance against the traveling direction. When the friction stir conditions during traveling are constant, the traveling resistance force r4 becomes a substantially stable value after a predetermined time has elapsed from the traveling start time t3. The motor current at this stable value becomes the steady motor current set value.

ここで、走行開始設定値r5が大きすぎると、被接合物33の回転ツール没入部分の軟化が不足する。この場合、接合領域に気泡が発生するなどして接合強度が低下するおそれがある。また走行開始設定値r5が小さすぎると、被接合物33の回転ツール没入部分の軟化が過剰となる。この場合、回転ツール30が被接合物33に没入しすぎ、接合跡が目立つことになる。これに対して、走行開始設定値r5が予め定められる値、たとえば定常抵抗力r6の1.2倍に選択されることで、被接合物33の回転ツール没入部分が過不足なく軟化した状態で、回転ツール30の走行を開始することができる。   Here, if the traveling start set value r5 is too large, the rotating tool immersion portion of the workpiece 33 is not sufficiently softened. In this case, there is a possibility that the bonding strength may be reduced due to the generation of bubbles in the bonding region. On the other hand, if the travel start set value r5 is too small, the rotating tool immersion portion of the article 33 is excessively softened. In this case, the rotary tool 30 is excessively immersed in the workpiece 33, and the joining trace becomes conspicuous. On the other hand, the traveling start set value r5 is selected to be a predetermined value, for example, 1.2 times the steady resistance force r6, so that the rotating tool immersion portion of the article 33 is softened without being excessive or insufficient. The rotation of the rotary tool 30 can be started.

図6は、制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。また図7は、摩擦撹拌接合動作を説明するための断面図である。図7では、図7(1)〜図7(8)の順に動作が進行する。制御装置25は、インバータ装置44から与えられる回転速度情報とモータ電流情報とを取得する。そして取得した各情報に基づいて、回転手段40となるFSWヘッド21と、走行手段46および押圧手段45となる移動手段19とをそれぞれ制御する。   FIG. 6 is a flowchart showing the friction stir welding operation by the control device 25. FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the friction stir welding operation. In FIG. 7, the operation proceeds in the order of FIG. 7 (1) to FIG. 7 (8). The control device 25 acquires rotation speed information and motor current information given from the inverter device 44. And based on each acquired information, the FSW head 21 used as the rotation means 40, and the moving means 19 used as the driving means 46 and the press means 45 are each controlled.

まずステップa0で、回転ツール30がFSWヘッド21に装着されるとともに、各被接合物33が突き合わされた状態でテーブル22に支持されて、接合動作の準備動作が行われる。準備動作が完了するとともに、記憶部54に接合条件が記憶された状態で、作業者などから制御装置25に制御開始指令が与えられると、ステップa1に進み、制御装置25は、接合動作を開始する。ここで記憶部54に記憶される接合条件は、たとえば、摩擦撹拌時における回転ツール30の回転速度、回転ツール30が被接合物33を押圧する押圧力、回転ツール30の移動経路、回転ツール30の没入速度、回転ツール30の没入量、回転ツール30の走行速度などである。   First, in step a0, the rotary tool 30 is mounted on the FSW head 21 and supported by the table 22 in a state in which the workpieces 33 are abutted against each other, and a preparation operation for the joining operation is performed. When the preparation operation is completed and a control start command is given to the control device 25 by an operator or the like with the joining condition stored in the storage unit 54, the process proceeds to step a1, and the control device 25 starts the joining operation. To do. Here, the joining conditions stored in the storage unit 54 include, for example, the rotational speed of the rotating tool 30 during friction stirring, the pressing force with which the rotating tool 30 presses the workpiece 33, the moving path of the rotating tool 30, and the rotating tool 30. Immersing speed, immersing amount of the rotating tool 30, traveling speed of the rotating tool 30, and the like.

ステップa1では、制御装置25は、回転ツール30の回転指令をインバータ装置44に与える。回転指令が与えられたインバータ装置44は、与えられる回転指令に含まれる設定回転速度で、回転ツール30を回転させる。インバータ装置44は、設定回転速度に達したことを示す回転速度到達情報を制御装置25に与える。制御装置25は、回転速度到達信号を取得すると、ステップa2に進む。   In step a <b> 1, the control device 25 gives a rotation command of the rotary tool 30 to the inverter device 44. The inverter device 44 to which the rotation command is given rotates the rotary tool 30 at the set rotation speed included in the given rotation command. The inverter device 44 gives the control device 25 rotation speed arrival information indicating that the set rotation speed has been reached. When acquiring the rotation speed arrival signal, the control device 25 proceeds to step a2.

ステップa2では、制御装置25は、回転ツール30の没入指令を移動手段19に与え、ステップa3に進む。没入指令が与えられた移動手段19は、被接合物33に設定される没入開始位置よりも第1方向Zに離反した準備位置に回転ツール30を移動させる。次に図7(1)に示すように、移動手段19は、回転ツール30を第1方向Zに移動させて、回転ツール30を没入開始位置から被接合物33に没入する。これによって回転ツール30は、図7(2)に示すように、ピン部37が被接合物33の没入開始位置に当接し、ピン部37が被接合物33に没入する。   In step a2, the control device 25 gives an immersion command for the rotary tool 30 to the moving means 19, and proceeds to step a3. The moving means 19 to which the immersion command is given moves the rotary tool 30 to a preparation position separated from the immersion start position set in the workpiece 33 in the first direction Z. Next, as illustrated in FIG. 7A, the moving unit 19 moves the rotary tool 30 in the first direction Z, and immerses the rotary tool 30 into the workpiece 33 from the immersion start position. As a result, in the rotary tool 30, as shown in FIG. 7B, the pin portion 37 comes into contact with the immersion start position of the workpiece 33, and the pin portion 37 is immersed in the workpiece 33.

ステップa3では、制御装置25は、ショルダ部36が被接合物33に当接したか否かを判断し、当接したことを判断するとステップa4に進む。本実施形態では、制御装置25は、インバータ装置44から与えられるモータ電流情報がピーク値、すなわち極大値となったか否かを判断する。制御装置25は、インバータ装置44から与えられるモータ電流情報が極大値になるまでステップa3を繰り返し、待機する。制御装置25は、モータ電流情報が極大値に達すると、図7(3)に示すように、ショルダ部36が被接合物33に当接したことを判断し、ステップa4に進む。   In step a3, the control device 25 determines whether or not the shoulder portion 36 has come into contact with the workpiece 33. If it is determined that the contact has come into contact, the process proceeds to step a4. In the present embodiment, the control device 25 determines whether or not the motor current information given from the inverter device 44 has reached a peak value, that is, a maximum value. The control device 25 repeats step a3 and waits until the motor current information given from the inverter device 44 reaches the maximum value. When the motor current information reaches the maximum value, the control device 25 determines that the shoulder portion 36 has come into contact with the article 33 as shown in FIG. 7 (3), and proceeds to step a4.

たとえば制御装置25は、所定時間ごとにモータ電流情報を取得し、新しく取得したモータ電流情報と、その1つ前に取得したモータ電流情報とを比較する。1つ前に取得したモータ電流情報の電流値よりも、新しく取得したモータ電流情報の電流値が小さいか同じであることを判断すると、1つ前にモータ電流情報を取得した時刻に、ショルダ部36が被接合物33に当接したことを判断する。また制御装置25はモータ電流の時間による微分値を求め、微分値が正の値からゼロまたは負の値に変化した時刻に、ショルダ部36が被接合物33に当接したことを判断してもよい。   For example, the control device 25 acquires motor current information every predetermined time, and compares the newly acquired motor current information with the motor current information acquired immediately before. When it is determined that the current value of the newly acquired motor current information is smaller than or the same as the current value of the motor current information acquired immediately before, the shoulder unit at the time when the previous motor current information is acquired It is determined that 36 is in contact with the workpiece 33. Further, the control device 25 obtains a differential value of the motor current with respect to time, and determines that the shoulder portion 36 is in contact with the workpiece 33 at the time when the differential value changes from a positive value to zero or a negative value. Also good.

ステップa4では、制御装置25は、ショルダ部36が被接合物33に当接した後で、モータ電流が予め定める走行開始設定値r5に達したか否かを判断する。走行開始設定値r5は、被接合物33が過不足なく軟化した場合の回転抵抗力に抗して回転するために必要な設定値である。制御装置25は、インバータ装置44から与えられるモータ電流が走行開始設定値r5に達して、図7(4)に示すように被接合物33が過不足なく軟化したことを判断すると、ステップa5に進む。   In step a4, the control device 25 determines whether or not the motor current has reached a predetermined travel start set value r5 after the shoulder portion 36 contacts the workpiece 33. The travel start set value r5 is a set value necessary for rotating against the rotational resistance when the article 33 is softened without being excessive or insufficient. When the control device 25 determines that the motor current supplied from the inverter device 44 has reached the travel start set value r5 and has softened the workpiece 33 without excess or deficiency as shown in FIG. 7 (4), the control device 25 proceeds to step a5. move on.

ステップa5では、制御装置25は、回転ツール30の走行指令を移動手段19に与え、ステップa6に進む。走行指令が与えられた移動手段19は、図7(5)に示すように、没入開始位置から境界線35に沿って、本実施の形態では第3方向Xに、回転ツール30を走行させる。   In step a5, the control device 25 gives a traveling command of the rotary tool 30 to the moving means 19, and proceeds to step a6. As shown in FIG. 7 (5), the moving means 19 to which the travel command is given causes the rotary tool 30 to travel in the third direction X in the present embodiment along the boundary line 35 from the immersion start position.

ステップa6では、制御装置25は、予め定める終了条件を満足するか否かを判断し、終了条件を満足すると判断すると、ステップa7に進む。本実施の形態では、被接合物33に予め設定される没入終了位置に回転ツール30が移動すると、終了条件を満足したと判断する。   In step a6, the control device 25 determines whether or not a predetermined end condition is satisfied. If it is determined that the end condition is satisfied, the process proceeds to step a7. In the present embodiment, when the rotary tool 30 moves to the immersion end position set in advance in the workpiece 33, it is determined that the end condition is satisfied.

ステップa7では、制御装置25は、インバータ装置44と移動手段19とを制御し、予め定める終了動作を行う。具体的には、制御装置25は、移動手段19に離脱指令を与える。離脱指令が与えられた移動手段19は、図7(7)に示すように、回転ツール30を第1方向Zに移動させて、回転ツール30を被接合物33の没入終了位置から離脱させる。また制御装置25は、インバータ装置44に停止指令を与える。停止指令が与えられたインバータ装置44は、図7(8)に示すように、回転ツール30の回転を停止させる。制御装置25は、このような終了動作を行い、終了動作が完了すると、ステップa8に進む。ステップa8では、制御装置25は、接合動作を終了する。   In step a7, the control device 25 controls the inverter device 44 and the moving means 19, and performs a predetermined end operation. Specifically, the control device 25 gives a leaving command to the moving means 19. As shown in FIG. 7 (7), the moving means 19 to which the detachment command is given moves the rotary tool 30 in the first direction Z, and detaches the rotary tool 30 from the immersion end position of the workpiece 33. The control device 25 gives a stop command to the inverter device 44. The inverter device 44 to which the stop command is given stops the rotation of the rotary tool 30 as shown in FIG. The control device 25 performs such an end operation, and when the end operation is completed, the control device 25 proceeds to step a8. In step a8, the control device 25 ends the joining operation.

図8は、外乱が発生する場合において、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力の時間変化を示すグラフである。具体的には、図8(2)に示す第2グラフは、図8(1)に示す第1グラフに対して、ピン部当接時刻t1からショルダ部当接時刻t2までの没入時間が長い場合(P2>P1)を示し、図8(3)に示す第3グラフは、図8(1)に示す第1グラフに対して、没入時間が短い場合(P3<P1)を示す。   FIG. 8 is a graph showing temporal changes in the rotational resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30 when a disturbance occurs. Specifically, the second graph shown in FIG. 8 (2) has a longer immersion time from the pin portion contact time t1 to the shoulder portion contact time t2 than the first graph shown in FIG. 8 (1). The case (P2> P1) is shown, and the third graph shown in FIG. 8 (3) shows the case where the immersion time is shorter than the first graph shown in FIG. 8 (1) (P3 <P1).

図8(1)〜図8(3)に示すように、ピン部当接時刻t1からショルダ部当接時刻t2までの没入時間P1,P2,P3は、接合条件が一定であっても、接合状況ごとに変動する外乱の影響によって変化する。たとえば、第1グラフに対して第2グラフの外気温が低いと、第2グラフの没入時間P2は第1グラフの没入時間P1に比べて長くなる。また第1グラフに対して第3グラフの外気温が高いと、第3グラフの没入時間P3は第1グラフの没入時間P1に比べて短くなる。   As shown in FIG. 8 (1) to FIG. 8 (3), the immersion times P1, P2, and P3 from the pin portion contact time t1 to the shoulder portion contact time t2 are fixed even if the bonding conditions are constant. It changes due to the influence of disturbances that vary from situation to situation. For example, when the outside air temperature of the second graph is lower than that of the first graph, the immersion time P2 of the second graph is longer than the immersion time P1 of the first graph. Further, when the outside air temperature of the third graph is higher than that of the first graph, the immersion time P3 of the third graph is shorter than the immersion time P1 of the first graph.

したがって接合開始時刻t0から所定時間経過した時刻を回転ツール30の走行開始時刻t3として設定してしまうと、外乱の影響によって、被接合物33の回転ツール没入部分の軟化状態に過不足が生じた状態で、走行を開始してしまう。この場合、接合品質がばらついてしまう。外気温のほかの外乱としては、被接合物33の寸法および熱容量、テーブルの寸法および熱伝導率などが考えられる。またテーブル22は、被接合物33を回転ツール30とは反対側で支持する裏当て部材となる。   Therefore, if the time after a predetermined time has elapsed from the joining start time t0 is set as the running start time t3 of the rotary tool 30, the softened state of the portion where the rotary tool is immersed in the workpiece 33 is excessive or insufficient due to the influence of disturbance. In the state, traveling starts. In this case, the joining quality varies. As disturbances other than the outside air temperature, the dimensions and heat capacity of the workpiece 33, the dimensions of the table, the thermal conductivity, and the like can be considered. The table 22 serves as a backing member that supports the workpiece 33 on the side opposite to the rotary tool 30.

これに対して、ショルダ部36が当接してからの摩擦撹拌状態は、外乱の影響が少なく、回転ツール30の形状および記憶部54に記憶される接合条件に依存する。したがって本実施形態のようにショルダ部36が当接するショルダ部当接時刻t2を判断し、判断したショルダ部当接時刻t2に基づいて、回転ツール30の走行開始時刻t3を決定することで、外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態で、回転ツール30の走行を開始することができる。このように回転ツール30の走行を開始することで、外乱の影響に起因して、回転ツール30の走行開始時における軟化状態のばらつきが生じることを防ぐことができる。たとえば作業者が回転ツール30の走行開始の時刻を決定する場合や、ピン部当接時刻t1から所定時間経過したことを判断して走行開始の時刻を決定する場合に比べて、被接合物33の品質のばらつきを防ぐことができる。   On the other hand, the friction stir state after the shoulder portion 36 abuts is less affected by disturbance and depends on the shape of the rotary tool 30 and the joining conditions stored in the storage portion 54. Accordingly, as in the present embodiment, the shoulder portion contact time t2 with which the shoulder portion 36 contacts is determined, and based on the determined shoulder portion contact time t2, the travel start time t3 of the rotary tool 30 is determined, whereby the disturbance The traveling of the rotary tool 30 can be started in a constant friction stirring state while suppressing the influence of. By starting the travel of the rotary tool 30 in this way, it is possible to prevent the softened state from being varied at the start of the travel of the rotary tool 30 due to the influence of disturbance. For example, compared to the case where the worker determines the time for starting the travel of the rotary tool 30 or the case where the time for starting the travel is determined by determining that a predetermined time has elapsed from the pin contact time t1, the workpiece 33 is joined. Variations in quality can be prevented.

このように本実施の形態では、制御装置25が、モータ電流値すなわちツール回転モータの出力トルク波形に基づいてショルダ部当接時刻t2を判断し、判断したショルダ部当接時刻t2に基づいて回転ツール30の走行開始時刻t3を決定することで、被接合物33の品質を安定化することができ、接合強度不足を防ぐとともに接合後の仕上がりを良好に保つことができる。   As described above, in the present embodiment, the control device 25 determines the shoulder contact time t2 based on the motor current value, that is, the output torque waveform of the tool rotation motor, and rotates based on the determined shoulder contact time t2. By determining the travel start time t3 of the tool 30, it is possible to stabilize the quality of the workpiece 33, prevent insufficient bonding strength, and maintain a good finish after bonding.

また回転ツール30が被接合物33に与える押圧力の不所望な変動などによって、ショルダ部36が被接合物33に当接するときの回転抵抗力r11,r12,r13が変動する場合がある。このような場合であっても、ショルダ部36が被接合物33に当接するときに、回転抵抗力が必ず極大値となる。   Further, the rotational resistance force r11, r12, r13 when the shoulder portion 36 abuts on the workpiece 33 may vary due to an undesired variation in the pressing force applied to the workpiece 33 by the rotary tool 30. Even in such a case, when the shoulder portion 36 comes into contact with the workpiece 33, the rotational resistance force always becomes the maximum value.

本実施形態では、被接合物33から回転ツール30に与えられる回転抵抗力が極大値となったときに、ショルダ部36が被接合物33に当接したことを判断する。したがってショルダ部36が被接合物33に当接したときの回転抵抗力が、変動する場合であっても、精度よくショルダ部当接時刻t2を判断することができる。これによって被接合物33の品質のばらつきをさらに抑えることができる。   In the present embodiment, it is determined that the shoulder portion 36 has come into contact with the workpiece 33 when the rotational resistance force applied to the rotary tool 30 from the workpiece 33 reaches a maximum value. Therefore, even when the rotational resistance force when the shoulder portion 36 contacts the workpiece 33 varies, the shoulder portion contact time t2 can be accurately determined. As a result, it is possible to further suppress variations in the quality of the workpiece 33.

またショルダ部当接時刻t2の前と、ショルダ部当接時刻t2の後との2つの時刻で、回転抵抗力が、走行開始設定値r5に達する。本実施の形態では、ショルダ部当接時刻t2の後に、回転抵抗力が走行開始設定値r5に達すると、回転ツール30の走行方向への移動を開始させる。これによってショルダ部36が被接合物33に当接する前に回転ツール30が走行を開始することを防ぐことができる。   In addition, the rotational resistance reaches the travel start set value r5 at two times, before the shoulder contact time t2 and after the shoulder contact time t2. In the present embodiment, when the rotational resistance reaches the travel start set value r5 after the shoulder contact time t2, the rotation tool 30 starts to move in the travel direction. Thereby, it is possible to prevent the rotary tool 30 from starting running before the shoulder portion 36 contacts the workpiece 33.

このようにショルダ部36が被接合物33に確実に当接した後で、回転ツール30の走行を開始することで、被接合物33の回転ツール没入部分が過不足なく軟化した状態で、走行を開始することができる。また回転抵抗力に基づいて走行開始時刻t3を決定することで、ショルダ部当接時刻t2から所定時間経過に走行を開始する場合に比べて、外乱の影響をさらに抑えることができる。   Thus, after the shoulder part 36 has contact | abutted reliably to the to-be-joined object 33, by driving | running | working the rotary tool 30, in the state which the rotation tool immersion part of the to-be-joined object 33 softened without excess and deficiency, Can start. Further, by determining the travel start time t3 based on the rotational resistance force, it is possible to further suppress the influence of disturbance as compared with the case where the travel is started after a predetermined time has elapsed from the shoulder contact time t2.

また走行開始設定値r5が、定常抵抗力r6に基づいて設定されることで、被接合物33が過不足なく十分に軟化した状態で、回転ツール30の走行を開始することができる。また走行開始設定値r5を容易に設定することができ、接合作業前に行う準備作業を簡単化することができる。   Moreover, the traveling start set value r5 is set based on the steady resistance force r6, so that the traveling of the rotary tool 30 can be started in a state where the workpiece 33 is sufficiently softened without being excessive or insufficient. In addition, the travel start set value r5 can be easily set, and the preparation work performed before the joining work can be simplified.

本実施の形態では、回転ツール30の回転抵抗力に基づいて、ショルダ部36が被接合物33に当接したことを判断するので、被接合物33の第1方向Zの寸法誤差がある場合でも正確に、ショルダ部当接時刻t2を求めることができる。また回転ツール30を第1方向Zに移動させるための移動手段が、押圧力の変化および移動量の変化を検出できない駆動手段、たとえばエアシリンダであっても、ショルダ部当接時刻t2を精度よく求めることができる。またモータの電流に基づくことによって、被接合物33から与えられる抵抗力を容易に求めることができる。これによって検出手段の構成を簡単化することができ、別途複雑な構成を必要とすることがない。   In the present embodiment, since it is determined that the shoulder portion 36 is in contact with the workpiece 33 based on the rotational resistance force of the rotary tool 30, there is a dimensional error in the first direction Z of the workpiece 33. However, the shoulder contact time t2 can be accurately obtained. Even if the moving means for moving the rotary tool 30 in the first direction Z is a driving means that cannot detect a change in the pressing force and a change in the moving amount, such as an air cylinder, the shoulder contact time t2 can be accurately determined. Can be sought. Further, based on the motor current, it is possible to easily obtain the resistance force applied from the workpiece 33. As a result, the configuration of the detection means can be simplified, and a separate complicated configuration is not required.

また本実施の形態では、回転ツール30を被接合物33に没入する過程では、ピン部37に過度の負荷が作用することを防ぐために、回転ツール30が被接合物33を押圧する押圧力を与える付勢手段と、付勢手段による押圧力が略一定となるように制御する付勢制御手段とを有する。付勢手段は、FSWヘッド21に搭載されるエアシリンダによって実現され、付勢制御手段はエアシリンダに供給する圧力を制御する減圧弁によって実現される。この場合、回転ツール30が走行するにあたって、被接合物33の厚みが変動する場合であっても摩擦撹拌接合を好適に行うことができる。   In the present embodiment, in the process of immersing the rotary tool 30 in the workpiece 33, in order to prevent an excessive load from acting on the pin portion 37, the pressing force that the rotary tool 30 presses the workpiece 33 is applied. And a biasing control unit that controls the pressing force of the biasing unit to be substantially constant. The urging means is realized by an air cylinder mounted on the FSW head 21, and the urging control means is realized by a pressure reducing valve that controls the pressure supplied to the air cylinder. In this case, when the rotary tool 30 travels, the friction stir welding can be suitably performed even when the thickness of the workpiece 33 varies.

図9は、本発明が前提とする第2実施形態の制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。第2実施形態の制御装置25は、第1実施形態の制御装置25とほぼ同様の動作を行う。第2実施形態の制御装置25のうち、第1実施形態の制御装置25と同様の構成については説明を省略する。また第2実施形態の制御装置25を備える接合装置20は、上述した接合装置20と同様であるので説明を省略する。   FIG. 9 is a flowchart showing the friction stir welding operation by the control device 25 according to the second embodiment on the premise of the present invention. The control device 25 of the second embodiment performs substantially the same operation as the control device 25 of the first embodiment. Of the control device 25 of the second embodiment, the description of the same configuration as the control device 25 of the first embodiment is omitted. Moreover, since the joining apparatus 20 provided with the control apparatus 25 of 2nd Embodiment is the same as the joining apparatus 20 mentioned above, description is abbreviate | omitted.

第2実施形態の制御装置25は、ショルダ部当接時刻t2に達する前と、ショルダ部当接時刻t2に達した後とで、摩擦撹拌条件を異ならせる。本実施の形態では、制御装置25は、回転ツールの回転速度を変化させる。具体的には、ショルダ部当接時刻t2に達した後には、予め定める接合条件で回転ツール30を境界線35に沿って走行させたときにおける良好な定常回転速度で回転ツール30を回転させる。またショルダ部当接時刻t2に達する前には、前記定常回転速度よりも高速の没入時回転速度で回転ツール30を回転させる。   The control device 25 according to the second embodiment varies the friction stirring conditions before reaching the shoulder contact time t2 and after reaching the shoulder contact time t2. In the present embodiment, the control device 25 changes the rotation speed of the rotary tool. Specifically, after reaching the shoulder contact time t2, the rotary tool 30 is rotated at a favorable steady rotation speed when the rotary tool 30 is run along the boundary line 35 under a predetermined joining condition. Further, before reaching the shoulder contact time t2, the rotary tool 30 is rotated at an immersion rotation speed higher than the steady rotation speed.

まずステップb0で、接合動作の準備動作が行われる。作業者などから制御装置25に制御開始指令が与えられると、ステップb1に進み、制御装置25は、接合動作を開始する。制御装置25は、図6に示すステップa1〜ステップa3と同様の動作として、ステップb1〜b3の動作を順に行う。ここでステップb1では、制御装置25は、没入時回転速度で回転ツール30を回転するように、インバータ装置44に回転指令を与える。   First, in step b0, a preparation operation for the bonding operation is performed. When a control start command is given to the control device 25 by an operator or the like, the process proceeds to step b1, and the control device 25 starts a joining operation. The control device 25 sequentially performs the operations of steps b1 to b3 as operations similar to steps a1 to a3 shown in FIG. Here, in step b1, the control device 25 gives a rotation command to the inverter device 44 so as to rotate the rotary tool 30 at the immersion rotational speed.

ステップb3では、制御装置25は、ショルダ部36が被接合物33に当接したか否かを判断し、当接したことを判断するとステップb4に進む。ステップb4では、制御装置25は、定時回転速度で回転ツール30を回転するように、インバータ装置44に回転指令を与え、ステップb5に進む。ステップb5では、制御装置25は、インバータ装置44から定時回転速度に達したことを示す回転速度到達情報が与えられることで、ステップb6に進む。次に、制御装置25は、ステップa4〜a8と同様の動作として、ステップb6〜b10の動作を順に行う。ステップb10では、制御装置25は、接合動作を終了する。   In step b3, the control device 25 determines whether or not the shoulder portion 36 has come into contact with the workpiece 33. If it is determined that the contact has come into contact, the process proceeds to step b4. In step b4, the control device 25 gives a rotation command to the inverter device 44 so as to rotate the rotary tool 30 at a fixed rotational speed, and proceeds to step b5. In step b5, the control device 25 is provided with the rotation speed arrival information indicating that the fixed rotation speed has been reached from the inverter device 44, and proceeds to step b6. Next, the control apparatus 25 performs operation | movement of step b6-b10 in order as operation | movement similar to step a4-a8. In step b10, the control device 25 ends the joining operation.

第2実施形態の制御装置25を有する接合装置は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また第2実施形態によれば、制御装置25は、ショルダ部36が当接する前には、ピン部37の没入に適した摩擦撹拌条件で摩擦撹拌を行うことができる。また制御装置25は、ショルダ部36が当接した後には、回転ツール30の走行に適した摩擦撹拌条件で摩擦撹拌を行うことができ、より最適に摩擦撹拌接合を行うことができる。   The joining device having the control device 25 of the second embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment. Further, according to the second embodiment, the control device 25 can perform friction stirring under friction stirring conditions suitable for the immersion of the pin portion 37 before the shoulder portion 36 comes into contact. Moreover, after the shoulder part 36 contacts, the control device 25 can perform the friction stirring under the friction stirring conditions suitable for the travel of the rotary tool 30, and can perform the friction stirring joining more optimally.

具体的には、ショルダ部当接時刻t2に達する前には、前記定常回転速度よりも高速の没入時回転速度で回転ツール30を回転させることによって、短時間にショルダ部36を被接合物33に当接させることができ、接合時間を短縮することができる。またショルダ部当接時刻t2に達した後には、定常回転速度で回転ツール30を回転させることによって、接合品質が低下することを防ぐことができる。また本実施の形態では、ショルダ部当接時刻t2に達する前と、ショルダ部当接時刻t2に達した後とで、回転速度を変更したが、他の摩擦撹拌条件を異ならせてもよい。   Specifically, before reaching the shoulder portion contact time t2, the rotating tool 30 is rotated at an immersion rotational speed higher than the steady rotational speed, so that the shoulder portion 36 is fastened to the workpiece 33 in a short time. The bonding time can be shortened. Further, after reaching the shoulder contact time t2, it is possible to prevent the bonding quality from being deteriorated by rotating the rotary tool 30 at a steady rotational speed. In the present embodiment, the rotational speed is changed before reaching the shoulder contact time t2 and after reaching the shoulder contact time t2, but other friction stirring conditions may be changed.

図10は、本発明が前提とする第3実施形態の制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートであり、図11は、第3実施形態の制御装置25の動作を説明するための回転抵抗力の時間変化を示すグラフである。第3実施形態の制御装置25は、第1実施形態の制御装置25とほぼ同様の動作を行う。第3実施形態の制御装置25のうち、第1実施形態の制御装置25と同様の構成については説明を省略する。また第3実施形態の制御装置25を備える接合装置20は、上述した接合装置20と同様であるので説明を省略する。   FIG. 10 is a flowchart showing the friction stir welding operation by the control device 25 of the third embodiment on the premise of the present invention, and FIG. 11 is a rotational resistance for explaining the operation of the control device 25 of the third embodiment. It is a graph which shows the time change of force. The control device 25 of the third embodiment performs substantially the same operation as the control device 25 of the first embodiment. Of the control device 25 of the third embodiment, the description of the same configuration as the control device 25 of the first embodiment is omitted. Moreover, since the joining apparatus 20 provided with the control apparatus 25 of 3rd Embodiment is the same as that of the joining apparatus 20 mentioned above, description is abbreviate | omitted.

第3実施形態の制御装置25は、ショルダ部当接時刻t2に達した後で、回転抵抗力の時間変化が予め定める走行開始設定値となると、回転ツール30を走行方向に移動開始させる。まずステップc0で、接合動作の準備動作が行われる。作業者などから制御装置25に制御開始指令が与えられると、ステップc1に進み、制御装置25は、接合動作を開始する。制御装置25は、図6に示すステップa1〜ステップa2と同様の動作として、ステップc1〜c2の動作を順に行い、ステップc3に進む。   After reaching the shoulder contact time t2, the control device 25 according to the third embodiment starts to move the rotary tool 30 in the traveling direction when the temporal change of the rotational resistance reaches a predetermined traveling start set value. First, in step c0, a preparation operation for the joining operation is performed. When a control start command is given to the control device 25 by an operator or the like, the process proceeds to step c1 and the control device 25 starts a joining operation. The control device 25 performs the operations of steps c1 to c2 in order as the operations similar to those of steps a1 to a2 shown in FIG. 6, and proceeds to step c3.

ステップc3では、制御装置25は、単位時間あたりの回転抵抗力の変化量、すなわち回転抵抗力の時間による微分値を求め、予め定める走行開始設定値であるか否かを判断する。この予め定める走行開始設定値は、負の値に設定される。たとえば制御装置25は、所定時間ごとにモータ電流情報を取得し、新しく取得したモータ電流情報と、その1つ前に取得したモータ電流情報とを比較する。新しく取得したモータ電流情報の電流値q2から1つ前に取得したモータ電流情報の電流値q1を減算した値(q2−q1)を、前記所定時間ΔTで除算した値(q2−q1)/ΔTが、走行開始設定値以下となるか否かを判断する。走行開始設定値は、少なくとも負の値に設定されることで、ショルダ部当接時刻t2に達したあとに、走行開始時刻t3を決定することができる。   In step c3, the control device 25 obtains a change amount of the rotational resistance force per unit time, that is, a differential value according to the time of the rotational resistance force, and determines whether or not it is a predetermined travel start set value. The predetermined travel start setting value is set to a negative value. For example, the control device 25 acquires motor current information every predetermined time, and compares the newly acquired motor current information with the motor current information acquired immediately before. A value (q2-q1) / ΔT obtained by subtracting the current value q1 of the motor current information acquired immediately before from the current value q2 of the motor current information newly acquired by dividing by the predetermined time ΔT (q2-q1) / ΔT Is determined to be less than or equal to the travel start set value. By setting the travel start set value to at least a negative value, the travel start time t3 can be determined after reaching the shoulder contact time t2.

本実施の形態では、モータ電流をモータの出力トルクに換算した状態で、設定値が−3Nm/s以下となるときの回転抵抗力Qの時刻を、走行開始時刻t3として決定し、ステップc4に進む。次に制御装置25は、ステップa5〜a8と同様の動作として、ステップc4〜c7の動作を順に行う。ステップc7では、制御装置25は、接合動作を終了する。   In the present embodiment, the time of the rotational resistance force Q when the set value is −3 Nm / s or less in the state where the motor current is converted into the output torque of the motor is determined as the travel start time t3. move on. Next, the control apparatus 25 performs operation | movement of step c4-c7 in order as operation | movement similar to step a5-a8. In step c7, the control device 25 ends the joining operation.

第3実施形態の制御装置25を有する接合装置は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ショルダ部当接時刻t2に達した後で、抵抗力の時間変化が予め定める走行開始設定値となると、回転ツール30の走行方向への移動を開始させる。抵抗力の時間変化は、ショルダ部当接時刻t2に達した後では、時間経過とともに、単位時間あたりの抵抗力の変化が小さくなる。この抵抗力の時間変化は、外乱の影響が少ない。また抵抗力の時間変化を求める演算式は、ショルダ部当接時刻t2を求める演算式と同じ演算式を用いて求めることができ、演算式を簡単化することができる。   The joining device having the control device 25 of the third embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment. In addition, when the change in the resistance force with time reaches a predetermined travel start setting value after reaching the shoulder contact time t2, the rotation tool 30 starts to move in the travel direction. The change in the resistance force over time becomes smaller as the time elapses after the shoulder contact time t2 is reached. This temporal change in resistance is less affected by disturbance. Further, the arithmetic expression for determining the temporal change of the resistance force can be obtained using the same arithmetic expression as that for obtaining the shoulder contact time t2, and the arithmetic expression can be simplified.

また第1〜第3実施形態では、ショルダ部当接時刻t2を経過した後において回転ツール30に被接合物33から与えられる回転抵抗力に基づいて、走行開始時刻t3を決定したが、このほかの条件に基づいて走行開始時刻t3を決定してもよい。たとえばショルダ部当接時刻t2から予め定める待機時間経過した時刻を走行開始時刻t3として決定してもよい。   In the first to third embodiments, the travel start time t3 is determined based on the rotational resistance applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30 after the shoulder contact time t2 has elapsed. The travel start time t3 may be determined based on the conditions. For example, a time when a predetermined standby time has elapsed from the shoulder contact time t2 may be determined as the travel start time t3.

また本実施の形態では、インバータ装置44から与えられるモータ電流情報に基づいて、モータの出力トルクとなる回転抵抗力を求めた。制御装置25は、インバータ装置44以外の他の検出手段を用いて、回転抵抗力に対応する情報を取得してもよい。たとえばモータ40は、インバータ装置44に換えて、サーボアンプから電流が与えられて回転させてもよい。この場合、制御装置25は、サーボアンプに回転指令を与えることになる。制御装置25は、サーボアンプからモータ40に与えられる電流を示すモータ電流情報が与えられる。言換えるとサーボアンプは、回転抵抗力に対応するモータ電流情報を制御装置25に与える検出手段となる。またインバータ装置44およびサーボアンプなどを用いる以外に、モータの出力端子に電流計を取り付けられてもよい。この場合、制御装置25は、電流計によってモータ電流情報を取得する。また制御装置25は、プログラマブルコントローラであってもよく、パーソナルコンピュータであってもよい。   Further, in the present embodiment, the rotational resistance force that is the output torque of the motor is obtained based on the motor current information given from the inverter device 44. The control device 25 may acquire information corresponding to the rotational resistance force using a detection unit other than the inverter device 44. For example, the motor 40 may be rotated by receiving a current from a servo amplifier instead of the inverter device 44. In this case, the control device 25 gives a rotation command to the servo amplifier. The control device 25 is given motor current information indicating the current given to the motor 40 from the servo amplifier. In other words, the servo amplifier serves as detection means for providing the control device 25 with motor current information corresponding to the rotational resistance. In addition to using the inverter device 44 and the servo amplifier, an ammeter may be attached to the output terminal of the motor. In this case, the control device 25 acquires motor current information using an ammeter. The control device 25 may be a programmable controller or a personal computer.

また回転ツール30を軸線方向に移動させるモータおよび圧電素子などによって、回転ツール30に与えられる軸線方向の抵抗力を検出可能である場合、制御装置25は、軸線方向の抵抗力に基づいて、ショルダ部当接時刻t2を決定してもよい。たとえば没入速度を一定に制御した場合に、軸線方向の抵抗力が極大値となった時刻を、ショルダ部当接時刻t2として決定してもよい。この場合であっても、第1〜第3実施形態と同様にして走行開始時刻t3を決定することができる。   In addition, when the axial force applied to the rotary tool 30 can be detected by a motor, a piezoelectric element, or the like that moves the rotary tool 30 in the axial direction, the control device 25 can change the shoulder based on the axial resistance. The part contact time t2 may be determined. For example, when the immersion speed is controlled to be constant, the time when the axial resistance force reaches the maximum value may be determined as the shoulder contact time t2. Even in this case, the travel start time t3 can be determined in the same manner as in the first to third embodiments.

また第1〜第3実施形態では、制御装置25が、被接合物33から回転ツール30に与えられる抵抗力を検出する検出手段と、制御手段とを兼用したが、抵抗力を検出するための検出手段が、制御装置25とは別体に設けられてもよい。この場合、制御装置25は、検出手段から与えられる抵抗力を示す情報に基づいて、回転手段、押圧手段および走行手段を制御する制御手段となる。   Further, in the first to third embodiments, the control device 25 combines the detection unit that detects the resistance force applied from the workpiece 33 to the rotary tool 30 and the control unit. The detection unit may be provided separately from the control device 25. In this case, the control device 25 serves as a control unit that controls the rotation unit, the pressing unit, and the traveling unit based on the information indicating the resistance force applied from the detection unit.

図12は、本発明が前提とする第4実施形態の接合装置120の構成を示すブロック図であり、図13は、被接合物33に発生するバリ60を示す図である。接合装置120は、第1実施形態の接合装置20と同様の回転手段40、インバータ装置44、押圧手段45、走行手段46、制御装置25を有する。これら各手段40,44,45,46,25については、第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a joining apparatus 120 according to the fourth embodiment on which the present invention is based, and FIG. 13 is a diagram showing a burr 60 generated in the article 33 to be joined. The joining device 120 includes a rotating means 40, an inverter device 44, a pressing means 45, a traveling means 46, and a control device 25 similar to those of the joining device 20 of the first embodiment. Since these means 40, 44, 45, 46, and 25 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

また接合装置120は、摩擦撹拌時に被接合物33から発生するバリ60を撮像する撮像手段59を有する。撮像手段59は、CCD(結合電荷素子)カメラなどの画像処理センサによって実現され、バリの撮像結果を示す撮像情報を制御装置25に与える。制御装置25は、撮像手段59から与えられる撮像情報から、被接合物33に発生するバリ60の成長状態を判断することができる。また制御装置25は、バリ60の撮像結果に基づいて、回転ツール30を走行方向に移動開始させる走行開始時刻t3を決定する。   In addition, the joining device 120 includes an imaging unit 59 that captures an image of the burr 60 generated from the workpiece 33 during friction stirring. The imaging unit 59 is realized by an image processing sensor such as a CCD (coupled charge device) camera, and gives imaging information indicating a burr imaging result to the control device 25. The control device 25 can determine the growth state of the burrs 60 generated in the object to be bonded 33 from the imaging information given from the imaging means 59. Further, the control device 25 determines a travel start time t3 at which the rotary tool 30 starts to move in the travel direction based on the imaging result of the burr 60.

回転ツール30が、被接合物33に没入することによって被接合物33から排出される排出金属がバリ60となる。被接合物33および回転ツール30に対してバリ60は、異なる色を有する。たとえば被接合物33および回転ツール30は、酸化被膜で覆われることで、灰色、白濁色または黒色など非光沢色となる。またバリ60は、金属光沢を有する。したがって制御装置25は、撮像手段59で撮像される画像を、適切なしきい値を用いて二値化することによって、バリ60の形状を抽出することができる。   When the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33, the discharged metal discharged from the workpiece 33 becomes the burr 60. The burr 60 has different colors with respect to the workpiece 33 and the rotary tool 30. For example, the object to be bonded 33 and the rotary tool 30 are covered with an oxide film so that they become non-glossy colors such as gray, cloudy or black. The burr 60 has a metallic luster. Therefore, the control device 25 can extract the shape of the burr 60 by binarizing the image picked up by the image pickup means 59 using an appropriate threshold value.

図14は、第4実施形態である制御装置25による摩擦撹拌接合動作を示すフローチャートである。まずステップd0で、接合動作の準備動作が行われる。作業者などから制御装置25に制御開始指令が与えられると、ステップd1に進み、制御装置25は、接合動作を開始する。制御装置25は、図10に示すステップc1〜ステップc7に対応する動作として、ステップd1〜d7を順に行い、ステップd7では、制御装置25は、接合動作を終了する。   FIG. 14 is a flowchart showing the friction stir welding operation by the control device 25 according to the fourth embodiment. First, in step d0, a preparation operation for the joining operation is performed. When a control start command is given to the control device 25 by an operator or the like, the process proceeds to step d1, and the control device 25 starts a joining operation. The control device 25 sequentially performs steps d1 to d7 as operations corresponding to steps c1 to c7 shown in FIG. 10, and in step d7, the control device 25 ends the joining operation.

このうち、図14に示すステップd1〜d2、d4〜d7の工程は、図10に示すステップc1〜c2、c4〜c7と同様であるので説明を省略する。また図14に示すステップd3の工程は、図10に示すステップc3と異なる。ステップd3では、制御装置25は、撮像手段59から与えられるバリ60の撮像情報を取得して画像処理する。制御装置25は、予め記憶部54に記憶される走行開始バリ形状と、撮像手段59から与えられる撮像情報に含まれるバリ60の形状とを比較し、それらのバリ形状が予め定める類似範囲であると判断するまで、ステップd3を繰返す。そして走行開始バリ形状と、撮像情報に含まれるバリ60の形状とが類似範囲であると判断すると、ステップd4に進む。   Among these steps, steps d1 to d2 and d4 to d7 shown in FIG. 14 are the same as steps c1 to c2 and c4 to c7 shown in FIG. Further, the step d3 shown in FIG. 14 is different from the step c3 shown in FIG. In step d3, the control device 25 acquires the imaging information of the burr 60 provided from the imaging means 59 and performs image processing. The control device 25 compares the travel start burr shape stored in advance in the storage unit 54 with the burr 60 shape included in the imaging information provided from the imaging means 59, and these burr shapes are in a similar range determined in advance. Step d3 is repeated until it is determined. If it is determined that the travel start burr shape and the burr 60 shape included in the imaging information are in the similar range, the process proceeds to step d4.

ここで、予め設定される走行開始バリ形状は、被接合物33が過不足なく流動化した場合におけるバリ60の形状に設定される。走行開始バリ形状は、バリ60の面積、発生位置、長さ、幅などの特徴値が抽出された値であって、制御装置25は、走行開始バリ形状に設定される特徴値と、撮像情報に含まれるバリ形状における特徴値とを比較して、類似しているか否かを判断する。   Here, the preset travel start burr shape is set to the shape of the burr 60 when the workpiece 33 is fluidized without excess or deficiency. The travel start burr shape is a value obtained by extracting feature values such as the area, generation position, length, and width of the burr 60, and the control device 25 sets the feature value set to the travel start burr shape and imaging information. Is compared with the feature value in the burr shape included in the image to determine whether or not they are similar.

図15は、バリ60の成長過程を側面から示す断面図であり、図15(1)〜図15(4)の順でバリ60が成長する。また図16は、図15の矢符S16−矢符S16から見た断面図である。図16(1)〜図16(4)の順でバリ60が成長する。   FIG. 15 is a cross-sectional view showing the growth process of the burr 60 from the side, and the burr 60 grows in the order of FIG. 15 (1) to FIG. 15 (4). FIG. 16 is a cross-sectional view taken from arrow S16-arrow S16 in FIG. The burrs 60 grow in the order of FIGS. 16 (1) to 16 (4).

図15(1)、図16(1)に示すように、回転ツール30のピン部37が被接合物33に没入することによって、被接合物33の一部分が回転ツール30によって押し出される。押し出された部分は、被接合物33の表面に突出して、バリ60を形成する。本実施の形態では、回転ツール30は、前進角度αが付与された状態で被接合物33に没入するので、走行方向上流側X2に発生するバリ60が多くなる。   As shown in FIGS. 15 (1) and 16 (1), when the pin portion 37 of the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33, a part of the workpiece 33 is pushed out by the rotary tool 30. The extruded portion protrudes from the surface of the article 33 to form a burr 60. In the present embodiment, since the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33 in a state where the advance angle α is given, the burr 60 generated on the upstream side X2 in the traveling direction increases.

図15(2)、図16(2)に示すように、バリ60は、回転ツール30が被接合物33に没入する没入量が増えることによって増加する。またショルダ部36もまた被接合物33の表面に対して傾斜して配置されるので、ショルダ部36のうち走行方向上流側X2部分が被接合物33に没入する。これによって走行方向上流側X2に発生するバリ60が、走行方向下流側X1に発生するバリ60よりも多くなる。特にショルダ部36のうち走行方向下流側X1部分が被接合物33と当接しない場合には、走行方向下流側X1と走行方向上流側X2のバリ60発生量が大きく異なる。   As shown in FIGS. 15 (2) and 16 (2), the burr 60 increases as the amount of immersion of the rotary tool 30 into the workpiece 33 increases. Further, since the shoulder portion 36 is also inclined with respect to the surface of the workpiece 33, the X2 portion on the upstream side in the traveling direction of the shoulder portion 36 is immersed in the workpiece 33. As a result, the number of burrs 60 generated on the upstream side X2 in the traveling direction is larger than the burrs 60 generated on the downstream side X1 in the traveling direction. In particular, when the traveling direction downstream side X1 portion of the shoulder portion 36 does not contact the workpiece 33, the amount of burrs 60 generated on the traveling direction downstream side X1 and the traveling direction upstream side X2 is greatly different.

回転ツール30が被接合物33を流動化させるとともに撹拌することによって、バリ60は、流動化する被接合物33に連れ回されて、回転軸線まわりに角変位する。図15(3)、図16(3)に示すように、被接合物33が十分に流動化すると、走行方向上流側X2のバリ60の一部が流動化した流動化部分とともに走行方向下流側X1に移動する。これによってショルダ部36のうち走行方向下流側の部分と、被接合物33との間にバリ60が侵入する。   When the rotary tool 30 fluidizes and agitates the workpiece 33, the burr 60 is rotated by the fluidized workpiece 33 and angularly displaced around the rotation axis. As shown in FIGS. 15 (3) and 16 (3), when the article 33 is sufficiently fluidized, a part of the burr 60 on the upstream side X2 in the traveling direction is fluidized and the downstream side in the traveling direction. Move to X1. As a result, the burr 60 enters between the portion of the shoulder portion 36 on the downstream side in the traveling direction and the workpiece 33.

図17は、被接合物33が十分に流動化した場合の、バリを拡大して示す図である。図16(3)に示すように、被接合物33が十分に流動化すると、バリ60が走行方向上流側に移動する。そして搬送方向上流側で、ショルダ部36と、被接合物33との間の隙間Pに進入する。したがってショルダ部36は、端部が全周にわたって、バリ60に没入した状態となる。   FIG. 17 is an enlarged view showing burrs when the article 33 is sufficiently fluidized. As shown in FIG. 16 (3), when the article 33 is sufficiently fluidized, the burr 60 moves to the upstream side in the traveling direction. Then, it enters the gap P between the shoulder portion 36 and the workpiece 33 on the upstream side in the transport direction. Therefore, the shoulder portion 36 is in a state where the end portion is immersed in the burr 60 over the entire circumference.

図18は、図17のS17−S17切断面線から見たバリを示す断面図である。被接合物33が十分に流動化した場合、基準軸線L1に垂直な切断面で回転ツール30を切断すると、上述したようにバリ60がショルダ部36を全周にわたって覆う。このとき、走行方向上流側のバリの量よりも、走行方向下流側のバリの量のほうが多い。言い換えると、走行方向上流側のバリの半径方向寸法A1は、走行方向下流側の半径方向寸法A2よりも小さい。   18 is a cross-sectional view showing a burr as seen from the section line S17-S17 in FIG. When the workpiece 33 is sufficiently fluidized, when the rotary tool 30 is cut along a cutting plane perpendicular to the reference axis L1, the burr 60 covers the shoulder portion 36 over the entire circumference as described above. At this time, the amount of burrs on the downstream side in the traveling direction is larger than the amount of burrs on the upstream side in the traveling direction. In other words, the radial dimension A1 of the burr on the upstream side in the traveling direction is smaller than the radial dimension A2 on the downstream side in the traveling direction.

図15(4)、図16(4)に示すように、回転ツール30が走行を開始すると、走行方向下流側のバリ60は解消される。そして走行方向下流側とは異なる部分にバリ60が形成された状態で、回転ツール30が走行する。バリ60は、回転ツール30が被接合物33に没入される没入開始位置付近に形成されやすい。   As shown in FIGS. 15 (4) and 16 (4), when the rotary tool 30 starts traveling, the burr 60 on the downstream side in the traveling direction is eliminated. Then, the rotary tool 30 travels in a state where the burr 60 is formed in a portion different from the downstream side in the travel direction. The burr 60 is easily formed in the vicinity of the immersion start position where the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33.

本実施の形態では、制御装置25は、走行開始バリ形状は、走行方向下流側X1に発生するバリ60の形状に設定される。制御装置25は、走行方向下流側X1に発生するバリ60を撮像し、その走行方向下流側X1に発生するバリ60が、所定量以上に達すると、ステップd4に進む。たとえば走行方向下流側X1のバリ60の面積、高さおよび長さの少なくともいずれかが所定量以上に達すると、ステップd4に進む。これによって被接合物33を十分に軟化させた状態で、回転ツール30の走行を開始することができる。   In the present embodiment, the control device 25 sets the travel start burr shape to the shape of the burr 60 generated on the downstream side X1 in the travel direction. The control device 25 images the burr 60 generated on the downstream side X1 in the traveling direction, and proceeds to step d4 when the burr 60 generated on the downstream side X1 in the traveling direction reaches a predetermined amount or more. For example, when at least one of the area, height, and length of the burr 60 on the downstream side X1 in the traveling direction reaches a predetermined amount or more, the process proceeds to step d4. Thereby, the traveling of the rotary tool 30 can be started in a state where the workpiece 33 is sufficiently softened.

たとえば撮像手段59を走行方向に垂直な方向に配置した場合、図15(3)に示すように、側面視における走行方向下流側X1のバリ60の高さH1、幅B1および高さH1と幅B1との積(H1×B1)の少なくともいずれかが所定量以上に達すると、制御装置25は、被接合物の軟化状態が予め定める状態に達したことを判断することができる。   For example, when the imaging means 59 is arranged in a direction perpendicular to the traveling direction, as shown in FIG. 15 (3), the height H1, the width B1, and the height H1 and the width of the burr 60 on the downstream side X1 in the traveling direction in the side view. When at least one of the product (H1 × B1) with B1 reaches a predetermined amount or more, the control device 25 can determine that the softened state of the workpiece has reached a predetermined state.

また、バリ60が、搬送方向上流側で、ショルダ部36と、被接合物33との間の隙間Pに進入して、ショルダ部36と被接合物33との間の隙間Pが埋まると、被接合物の軟化状態が予め定める状態に達したことを判断してもよい。   Further, when the burr 60 enters the gap P between the shoulder portion 36 and the workpiece 33 on the upstream side in the transport direction, and the gap P between the shoulder portion 36 and the workpiece 33 is filled, It may be determined that the softened state of the article to be joined has reached a predetermined state.

またたとえば撮像手段59を走行方向下流に配置した場合、図16(3)に示すように、正面視における長さM1、高さH1および長さM1と高さH1との積(M1×B1)の少なくともいずれかが所定量以上に達すると、制御装置25は、被接合物の軟化状態が予め定める状態に達したことを判断することができる。ここで撮像手段59は、回転ツール30の走行方向下流側に配置されることが好ましい。たとえば境界線35に沿って走行方向を倣い制御する場合、倣い制御用のCCDカメラと、バリ撮像用のCCDカメラとを兼用することができ、新たな構成を追加する必要がない。   Further, for example, when the imaging means 59 is arranged downstream in the traveling direction, as shown in FIG. 16 (3), the length M1, the height H1, and the product of the length M1 and the height H1 in the front view (M1 × B1). When at least one of the above reaches a predetermined amount or more, the control device 25 can determine that the softened state of the workpiece has reached a predetermined state. Here, the imaging unit 59 is preferably arranged on the downstream side in the traveling direction of the rotary tool 30. For example, when scanning control is performed along the boundary line 35, the scanning control CCD camera and the burr imaging CCD camera can be used together, and there is no need to add a new configuration.

なお本実施の形態では、走行方向下流側X1のバリ60の形状が、走行開始バリ形状になったことを判断して、回転ツール30の走行を開始したが、これに限定されない。すなわちバリ60の撮像結果に基づいて、回転ツール30の走行開始時刻t3を決定する構成であればよい。たとえば走行方向下流側X1のバリ60の形状が所定の形状に達した時刻を判断し、その時刻から所定時間経過してから、回転ツール30の走行を開始してもよい。また走行方向下流側X1以外のバリ60の形状に基づいて、走行開始時刻t3を決定してもよい。   In the present embodiment, it is determined that the shape of the burr 60 on the downstream side X1 in the travel direction is the travel start burr shape, and the travel of the rotary tool 30 is started. However, the present invention is not limited to this. That is, any configuration may be used as long as the travel start time t3 of the rotary tool 30 is determined based on the imaging result of the burr 60. For example, the time when the shape of the burr 60 on the downstream side X1 in the traveling direction reaches a predetermined shape may be determined, and the traveling of the rotary tool 30 may be started after a predetermined time has elapsed from that time. Further, the travel start time t3 may be determined based on the shape of the burr 60 other than the downstream side X1 in the travel direction.

ピン部37が被接合物33に当接してからショルダ部36が被接合物33に当接するまでの摩擦撹拌状態は、外気温、対象物の寸法、対象物を支持する裏当て部材の寸法などの外乱によってばらつく。これに対して、バリ60の発生と摩擦撹拌状態との間の関係には、外乱の影響が少ない。したがって本実施形態のようにバリ60の撮像結果に基づいて、回転ツール30の走行開始時刻t3を決定することで、外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態で、回転ツールの走行を開始することができる。   The friction stir state from when the pin portion 37 contacts the workpiece 33 until the shoulder portion 36 contacts the workpiece 33 is the outside air temperature, the size of the target, the size of the backing member that supports the target, etc. Vary due to the disturbance. On the other hand, the relationship between the generation of burrs 60 and the friction stir state is less affected by disturbance. Accordingly, by determining the travel start time t3 of the rotary tool 30 based on the imaging result of the burr 60 as in the present embodiment, the travel of the rotary tool is started in a constant friction stirring state while suppressing the influence of disturbance. be able to.

外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態で、回転ツールの走行を開始することで、摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができる。したがって摩擦撹拌後の品質のばらつきを抑えることができる。また本実施の形態では、バリ60の撮像結果に基づいて、接合条件を調整する一例として、走行開始時刻t3を決定したが、その他の接合条件を決定してもよい。たとえばバリ60の撮像結果に基づいて回転ツール30の回転速度を調整してもよい。この場合、バリ60の直径が所定範囲よりも大きい場合、制御装置25は、軟化状態が過剰であることを判断し、回転速度を低下させてもよい。これによって回転ツール30が過剰に被接合物33に没入することを防ぐことができる。   By starting the running of the rotating tool in a constant friction stirring state while suppressing the influence of disturbance, it can be prevented that the friction stirring becomes insufficient or the friction stirring becomes excessive. . Therefore, variation in quality after friction stirring can be suppressed. In the present embodiment, the traveling start time t3 is determined as an example of adjusting the joining condition based on the imaging result of the burr 60, but other joining conditions may be determined. For example, the rotational speed of the rotary tool 30 may be adjusted based on the imaging result of the burr 60. In this case, when the diameter of the burr 60 is larger than the predetermined range, the control device 25 may determine that the softened state is excessive and reduce the rotation speed. Accordingly, it is possible to prevent the rotary tool 30 from being excessively immersed in the workpiece 33.

また接合装置20の構成は、上述した構成に限定されない。たとえばFSWヘッド21を移動する移動手段19は、FSWヘッド21を片持ち支持する構成であってもよい。また本実施の形態では、第2方向Yおよび第3方向XにFSWヘッド21を移動可能に構成されたが、被接合物33の境界線35が第3方向Xに沿って延びる場合には、第2方向Yに変位可能な構成でなくてもよい。また基準軸線L1を角変位する角変位手段がなくてもよい。さらに接合装置20は、車輪を有して被接合物33上を移動する自走式であってもよい。   Moreover, the structure of the joining apparatus 20 is not limited to the structure mentioned above. For example, the moving means 19 for moving the FSW head 21 may be configured to support the FSW head 21 in a cantilever manner. In the present embodiment, the FSW head 21 is configured to be movable in the second direction Y and the third direction X. However, when the boundary line 35 of the workpiece 33 extends along the third direction X, The configuration may not be displaceable in the second direction Y. There may be no angular displacement means for angularly displacing the reference axis L1. Further, the joining device 20 may be a self-propelled type that has wheels and moves on the workpiece 33.

以上のような本発明の第1〜第4実施形態は、対象物を被接合物として摩擦撹拌接合を行う場合について説明したが、本発明は、摩擦撹拌接合以外の摩擦撹拌装置および方法にも用いることができる。たとえば摩擦撹拌を用いて被処理部材の強度を改質する摩擦撹拌処理(FSP、Friction Stir Processing)法にも、本発明を適用することができる。   In the first to fourth embodiments of the present invention as described above, the case where friction stir welding is performed using an object as an object to be joined has been described. However, the present invention is also applicable to friction stir devices and methods other than friction stir welding. Can be used. For example, the present invention can also be applied to a friction stir processing (FSP) method in which the strength of a member to be processed is modified using friction stirring.

摩擦撹拌処理は、上述した回転ツール30と同様の形状を有する撹拌ツールと、上述した接合装置20,120と同様の構成を有する撹拌装置とを用いて行われる。たとえば摩擦撹拌処理が行われる対象物の材質として、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタニウム合金などが用いられる。撹拌装置は、撹拌ツールを軸線まわりに回転させながら対象物に没入させて対象物を摩擦撹拌する。また回転する撹拌ツールを、予め定める移動経路に沿って移動させることで、移動経路に沿って対象物を摩擦撹拌することができる。これによって対象物の組織改質、たとえば結晶粒微細化を行うことができ、結晶粒の微細化によって機械的特性を向上することができる。たとえば航空機用構造部材の接合部分の結晶粒を微細化することで、機械的性質を改善することができる。また曲げ変形加工予定部の結晶粒を微細化することで、曲げ加工性を改善する。   The friction stirring process is performed using a stirring tool having the same shape as that of the rotary tool 30 described above and a stirring device having a configuration similar to that of the bonding devices 20 and 120 described above. For example, an aluminum alloy, a magnesium alloy, a titanium alloy, or the like is used as a material of an object to be subjected to the friction stirring process. The stirrer frictionally stirs the object by immersing the object in the object while rotating the stirring tool around the axis. Moreover, an object can be frictionally stirred along the movement path by moving the rotating stirring tool along a predetermined movement path. Thereby, the structure of the object can be modified, for example, the crystal grain can be refined, and the mechanical characteristics can be improved by the refinement of the crystal grain. For example, the mechanical properties can be improved by refining the crystal grains in the joint portion of the aircraft structural member. In addition, the bending workability is improved by refining the crystal grains in the bending deformation processing scheduled portion.

このような摩擦撹拌処理に本発明を用いた場合、対象物の軟化状態が予め定める状態に達したときに、撹拌ツールの走行を開始することができる。これによって外乱に起因する摩擦撹拌品質のばらつきを抑えることができ、安定した機械特性を得ることができる。   When the present invention is used for such a friction stir processing, the stir tool can start running when the softened state of the object reaches a predetermined state. As a result, variation in friction stir quality due to disturbance can be suppressed, and stable mechanical characteristics can be obtained.

図19は、本発明に係る第5実施形態の摩擦撹拌接合装置251を含む接合設備250を示す斜視図である。本実施の形態では、接合装置251によって被接合物33に複数点在する被接合部分64を順次スポット接合する。たとえば接合装置251を用いて、自動車ボディや鉄道車両構体などの外板がスポット接合される。   FIG. 19 is a perspective view showing a joining facility 250 including the friction stir welding apparatus 251 according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of parts to be joined 64 scattered on the article 33 to be joined are sequentially spot-joined by the joining device 251. For example, an outer plate such as an automobile body or a railway vehicle structure is spot-joined using the joining device 251.

接合設備250は、接合装置251と、接合装置251を保持する多関節ロボット252と、接合装置251および多関節ロボット252を制御する制御装置253と、接合装置251および多関節ロボット252に動力を供給するための電源供給装置254と、重ねあわされた複数の被接合部材31,32から成る被接合物33を保持する保持装置255とを含んで構成する。   The joining facility 250 supplies power to the joining device 251, the articulated robot 252 that holds the joining device 251, the control device 253 that controls the joining device 251 and the articulated robot 252, and the joining device 251 and the articulated robot 252. And a holding device 255 for holding the object to be joined 33 composed of the plurality of members to be joined 31 and 32 that are overlapped with each other.

多関節ロボット252は、被接合物33に予め定める被接合部分64に、回転ツール30を移動させる搬送装置となり、任意の位置および任意の姿勢となるように回転ツール30を把持した接合装置251を移動させる。接合装置251は、多関節ロボット252によって移動されて、保持装置255に保持される2つの被接合部材31,32を互いに接合する。   The multi-joint robot 252 becomes a transfer device that moves the rotary tool 30 to the part 64 to be joined that is predetermined for the article 33, and the joint device 251 that holds the rotary tool 30 so as to have an arbitrary position and posture. Move. The joining device 251 is moved by the articulated robot 252 and joins the two joined members 31 and 32 held by the holding device 255 to each other.

接合装置251は、予め定める基準軸線を有する。回転ツール30は、その軸線L1が前記基準軸線に一致するように、接合装置251に保持される。このとき回転ツール30の軸線L1と接合装置251の基準軸線とは同軸となる。以下、接合装置251の基準軸線を、回転ツール30の軸線と同じ参照符号L1で示す。また接合装置251に装着される回転ツール30は、第1実施形態に示した回転ツール30とほぼ同様の形状に形成される。また第5実施形態の回転ツール30は、ピン部37が略円錐台形状に形成され、ショルダ部36から離反するとともに縮径する形状に形成される。またショルダ部36の端面は、円錐周面状に形成され、半径方向内方に向かうにつれてピン部37の先端部から離反する方向に軸線方向に延びる。   The joining device 251 has a predetermined reference axis. The rotary tool 30 is held by the joining device 251 so that its axis L1 coincides with the reference axis. At this time, the axis L1 of the rotary tool 30 and the reference axis of the joining device 251 are coaxial. Hereinafter, the reference axis of the joining device 251 is indicated by the same reference symbol L1 as the axis of the rotary tool 30. Further, the rotary tool 30 attached to the joining device 251 is formed in substantially the same shape as the rotary tool 30 shown in the first embodiment. Further, in the rotary tool 30 of the fifth embodiment, the pin portion 37 is formed in a substantially truncated cone shape, and is formed in a shape that is separated from the shoulder portion 36 and has a reduced diameter. Further, the end surface of the shoulder portion 36 is formed in a conical circumferential surface shape, and extends in the axial direction in a direction away from the tip end portion of the pin portion 37 as it goes inward in the radial direction.

図20は、接合装置251の構成を示すブロック図である。接合装置251は、ツール保持部271と、回転駆動手段272と、直進駆動手段273と、受け台274と、基体275とを含んで構成される。ツール保持部271は、回転ツール30を着脱可能に保持する。ツール保持部271は、基準軸線L1まわりに回転可能でかつ基準軸線L1に沿って直線変位可能に基体275に支持される。   FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of the bonding apparatus 251. The joining device 251 includes a tool holding unit 271, a rotation driving unit 272, a rectilinear driving unit 273, a cradle 274, and a base body 275. The tool holding part 271 holds the rotary tool 30 in a detachable manner. The tool holding portion 271 is supported by the base 275 so as to be rotatable around the reference axis L1 and linearly displaceable along the reference axis L1.

回転駆動手段272は、ツール保持部271を基準軸線L1まわりに回転駆動する。直進駆動手段273は、ツール保持部271を軸線方向Xに直進駆動する。具体的には、各駆動手段272,273は、サーボモータを含んで実現される。各サーボモータは、動力伝達機構を介して、動力をツール保持部271にそれぞれ伝達する。これによってツール保持部271は、回転および直線変位する。   The rotation driving means 272 drives the tool holding portion 271 to rotate around the reference axis L1. The rectilinear drive means 273 drives the tool holding portion 271 so as to linearly move in the axial direction X. Specifically, each driving means 272, 273 is realized including a servo motor. Each servo motor transmits power to the tool holding unit 271 via a power transmission mechanism. As a result, the tool holding portion 271 rotates and linearly displaces.

各サーボモータは、予め定めるトルクおよび回転量で回転するように、付与電流に基づいてフィードバック制御される。各駆動手段272,273は、各サーボモータに付与される付与電流を検出する付与電流検出手段がそれぞれ設けられる。また各駆動手段272,273は、各サーボモータの回転量を検出するエンコーダがそれぞれ設けられる。   Each servomotor is feedback-controlled based on the applied current so as to rotate with a predetermined torque and rotation amount. Each of the driving units 272 and 273 is provided with an applied current detection unit that detects an applied current applied to each servo motor. Each drive means 272, 273 is provided with an encoder for detecting the rotation amount of each servo motor.

回転駆動手段272に対応するエンコーダは、回転ツール30の回転速度を検出する回転速度検出手段となる。また回転駆動手段272に対応する付与電流検出手段は、回転ツール30の回転方向のトルクを検出する負荷トルク検出手段となる。直進駆動手段273に対応するエンコーダは、回転ツール30の軸線方向Xの位置を検出するツール位置検出手段となる。また直進駆動手段273に対応する付与電流検出手段は、回転ツール30が被接合物33を加圧する力を検出する押圧力検出手段となる。   The encoder corresponding to the rotation drive unit 272 serves as a rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the rotary tool 30. The applied current detection means corresponding to the rotation drive means 272 is a load torque detection means for detecting the torque in the rotation direction of the rotary tool 30. The encoder corresponding to the rectilinear drive means 273 serves as a tool position detecting means for detecting the position of the rotary tool 30 in the axial direction X. The applied current detection means corresponding to the rectilinear drive means 273 is a pressing force detection means for detecting the force with which the rotary tool 30 presses the workpiece 33.

受け台274は、ツール保持部271に対して軸線方向Xに関して対向する位置に設けられる。受け台274は、基体275に固定される。受け台274は、摩擦撹拌接合にあたって、回転ツール30と反対側から被接合物33を支持する。基体275は、多関節ロボット252のロボットアーム256の先端部に連結され、ツール保持部271、各駆動手段272,273および受け台274を直接または間接的に支持する。   The cradle 274 is provided at a position facing the tool holding portion 271 in the axial direction X. The cradle 274 is fixed to the base body 275. The cradle 274 supports the workpiece 33 from the side opposite to the rotary tool 30 in the friction stir welding. The base 275 is connected to the tip of the robot arm 256 of the articulated robot 252 and directly or indirectly supports the tool holding portion 271, the driving units 272, 273, and the receiving base 274.

基体275は、ロボットアーム256によって任意の位置および姿勢に変位駆動される。また基体275は、いわゆるCガンであって、略C字状に形成される。受け台274は、基体275の周方向一端部275aに設けられる。またツール保持部271は、基体275の周方向他端部275bに設けられる。   The base 275 is driven to be displaced to an arbitrary position and posture by the robot arm 256. The base body 275 is a so-called C gun and is formed in a substantially C shape. The cradle 274 is provided on the circumferential end 275 a of the base body 275. The tool holding portion 271 is provided at the other circumferential end 275 b of the base body 275.

制御装置253は、各ロボットアームを駆動するロボットアーム駆動手段を制御するとともに、接合装置251の回転駆動手段272および直進駆動手段273を制御する。制御装置253は、ツール位置検出手段、押圧力検出手段、回転速度検出手段および負荷トルク検出手段から検出結果を示す信号が与えられる。制御装置253は、各検出手段から与えられる信号に基づいて、直進駆動手段273および回転駆動手段272を制御する。制御装置253が、各駆動手段272,273を制御することによって、目的とする回転速度および押圧力で、回転ツール30を被接合物33に没入させることができる。   The control device 253 controls the robot arm drive means that drives each robot arm, and controls the rotation drive means 272 and the straight drive means 273 of the joining device 251. The control device 253 is supplied with a signal indicating a detection result from the tool position detection unit, the pressing force detection unit, the rotation speed detection unit, and the load torque detection unit. The control device 253 controls the straight drive means 273 and the rotation drive means 272 based on signals given from the respective detection means. The control device 253 controls the driving units 272 and 273, so that the rotary tool 30 can be immersed in the workpiece 33 at a target rotation speed and pressing force.

また制御装置253は、CPU(Central Processing Unit)などによって実現される演算処理回路と、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などによって実現される記憶回路とを有する。記憶回路には、接合装置251の動作条件に関する動作プログラムが記憶されている。たとえば動作条件は、回転ツール30の回転数、被接合部分64への没入量、没入時間、押圧力などであって、予め最適な値が記憶される。また記憶回路には、被接合部分64の位置および基体275を移動する移動経路などを示す移動情報が記憶される。制御装置253の演算処理回路が、記憶回路から動作プログラムを読み出し、その動作プログラムを実行する。これによって制御装置253は、動作プログラムに従って、各駆動手段272,273およびアーム駆動手段を制御することができる。   The control device 253 includes an arithmetic processing circuit realized by a CPU (Central Processing Unit) and the like, and a storage circuit realized by a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like. The storage circuit stores an operation program related to the operation conditions of the bonding apparatus 251. For example, the operating conditions are the number of rotations of the rotary tool 30, the amount of immersion in the welded portion 64, the immersion time, the pressing force, and the like, and optimum values are stored in advance. Further, the storage circuit stores movement information indicating the position of the bonded portion 64 and the movement path for moving the base 275. The arithmetic processing circuit of the control device 253 reads the operation program from the storage circuit and executes the operation program. Thus, the control device 253 can control the driving units 272 and 273 and the arm driving unit according to the operation program.

図21は、制御装置253による摩擦撹拌接合手順を示すフローチャートである。また図22は、接合動作を説明するための断面図であり、図22(1)〜図22(6)の順番に動作が行われる。以下に1つの被接合部分64についてスポット接合する場合の制御装置253の動作を説明する。本実施の形態では、制御装置253は、ショルダ部36が被接合物33に当接したショルダ部当接時刻t2を判断すると、ショルダ部当接時刻t2に基づいて、回転ツール30を被接合物33から離脱させる離脱開始時刻t4を決定する。   FIG. 21 is a flowchart showing a friction stir welding procedure by the control device 253. FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining the joining operation, and the operation is performed in the order of FIGS. 22 (1) to 22 (6). Hereinafter, the operation of the control device 253 when spot bonding is performed on one bonded portion 64 will be described. In the present embodiment, when the control device 253 determines the shoulder portion contact time t2 when the shoulder portion 36 contacts the workpiece 33, the control device 253 moves the rotating tool 30 to the workpiece based on the shoulder portion contact time t2. A departure start time t4 to be released from 33 is determined.

制御装置253は、ステップe0で、被接合部分64の位置を示す移動情報が教示されるとともに、ツール保持部271に回転ツール30が把持されて接合準備が完了したうえで、作業者などによって接合開始命令が与えられると、ステップe1に進み、接合動作を開始する。   In step e0, the control device 253 is instructed with movement information indicating the position of the joined portion 64, and after the rotary tool 30 is gripped by the tool holding portion 271 and the preparation for joining is completed, joining is performed by an operator or the like. If a start command is given, it will progress to step e1 and will start joining operation | movement.

ステップe1では、制御装置253は、ロボットアーム駆動手段に動作指令を与え、基体275を被接合物33に設定される被接合部分64に近接した教示位置に移動させる。教示位置に基体275が配置されると、回転ツール30は、被接合部分64に対して軸線方向に間隔を開けて配置される。また教示位置に基体275が配置されると、受け台274は、回転ツール30と反対側から被接合物33に当接する。このように回転ツール30を接合待機位置に移動させると、ステップe2に進む。   In step e1, the control device 253 gives an operation command to the robot arm driving means, and moves the base body 275 to the teaching position close to the part to be joined 64 set in the article to be joined 33. When the base body 275 is disposed at the teaching position, the rotary tool 30 is disposed at an interval in the axial direction with respect to the bonded portion 64. When the base body 275 is disposed at the teaching position, the cradle 274 comes into contact with the workpiece 33 from the side opposite to the rotary tool 30. When the rotary tool 30 is moved to the joining standby position in this way, the process proceeds to step e2.

ステップe2では、制御装置253は、回転駆動手段272を制御して、ツール保持部271を回転させる。これによってツール保持部271とともに回転ツール30が回転し、予め定める回転速度に達すると、ステップe3に進む。ステップe3では、制御装置253は、直進駆動手段273を制御し、ツール保持部271を軸線方向一方に移動させる。これによって図22(1)に示すように、回転ツール30が、軸線L1まわりに回転しながら被接合物33に近接移動する。回転ツール30の直進移動を開始するとステップe4に進む。   In step e2, the control device 253 controls the rotation driving unit 272 to rotate the tool holding unit 271. As a result, the rotary tool 30 rotates together with the tool holding portion 271, and when a predetermined rotational speed is reached, the process proceeds to step e3. In step e3, the control device 253 controls the straight drive means 273 to move the tool holding portion 271 in one axial direction. As a result, as shown in FIG. 22A, the rotary tool 30 moves close to the workpiece 33 while rotating around the axis L1. When the rectilinear movement of the rotary tool 30 is started, the process proceeds to step e4.

図22(2)に示すように、回転ツール30は、回転しながらピン部37から被接合部分64に没入する。次に回転ツール30は、図22(3)に示すように、被接合部分に没入した後も、回転しながら軸線方向一方にさらに進行する。回転ツール30は回転を続けているので、ショルダ端面227およびピン部37と被接合部分64との摩擦熱によって、軟化した各被接合部材31,32が回転ツール30に引きずられて、塑性流動して撹拌される。これによってピン部37の周囲において各被接合部材31,32が、混ぜ合わされた領域65が形成されて一体化する。   As shown in FIG. 22 (2), the rotary tool 30 is immersed in the joined portion 64 from the pin portion 37 while rotating. Next, as shown in FIG. 22 (3), the rotating tool 30 further advances in one axial direction while rotating after being immersed in the bonded portion. Since the rotary tool 30 continues to rotate, the softened members 31 and 32 that have been softened are dragged by the rotary tool 30 due to frictional heat between the shoulder end surface 227 and the pin portion 37 and the portion to be joined 64 and plastically flow. And stirred. As a result, a region 65 in which the members to be joined 31 and 32 are mixed is formed around the pin portion 37 to be integrated.

ステップe4では、制御装置253は、図22(4)に示すように、ショルダ部36が被接合物33に当接したか否かを判断する。たとえば制御装置253は、モータ回転立ち上り時の電流を除いて、回転ツール30を回転するサーボモータに流れる電流が極大値となる時刻を、ショルダ部36が被接合物33に当接したショルダ部当接時刻t2として判断する。このように制御装置253は、ショルダ部当接時刻t2を判断すると、ステップe5に進む。   In step e4, the control device 253 determines whether or not the shoulder portion 36 has come into contact with the workpiece 33 as shown in FIG. For example, the control device 253 excludes the current at the rise of the motor rotation, the time when the current flowing through the servo motor that rotates the rotary tool 30 reaches the maximum value, The contact time t2 is determined. As described above, when the control unit 253 determines the shoulder contact time t2, the process proceeds to step e5.

ステップe5では、制御装置253は、ショルダ部当接時刻t2に基づいて、回転ツール30を被接合物33から離脱させる離脱開始時刻t4を決定する。本実施の形態では、ショルダ部当接時刻t2から、予め定める待機時間が経過した時刻を離脱開始時刻t4として決定する。したがって図22(5)に示すように、ショルダ部36は、被接合物33に部分的に没入する。制御装置253は、離脱開始時刻t4に達したか否かを判断し、離脱開始時刻t4に達したと判断するとステップe6に進む。ここで離脱時間は、ショルダ部36が被接合物33に当接してから、回転ツール30が各被接合部材31,32を充分に撹拌するであろう時間に設定される。   In step e5, the control device 253 determines a separation start time t4 at which the rotary tool 30 is detached from the workpiece 33 based on the shoulder portion contact time t2. In the present embodiment, the time at which a predetermined standby time has elapsed from the shoulder contact time t2 is determined as the departure start time t4. Therefore, as shown in FIG. 22 (5), the shoulder portion 36 partially immerses in the workpiece 33. The control device 253 determines whether or not the departure start time t4 has been reached. If it is determined that the departure start time t4 has been reached, the control device 253 proceeds to step e6. Here, the disengagement time is set to a time during which the rotary tool 30 will sufficiently agitate each of the members to be joined 31 and 32 after the shoulder portion 36 contacts the object to be joined 33.

ステップe6では、予め定める終了動作を行い、ステップe7に進む。具体的には、図22(6)に示すように、制御装置253は、回転ツール30を被接合物33から離脱させるとともに、離脱後に回転ツール30の回転を停止させる。ステップe7では、制御装置253は、接合動作を終了する。このようにして1つの被接合部分64におけるスポット接合動作が行われる。同じ接合条件で複数の被接合部分64を順番にスポット接合する場合、制御装置253は、上述したステップe1〜e7を繰返す。   In step e6, a predetermined end operation is performed, and the process proceeds to step e7. Specifically, as illustrated in FIG. 22 (6), the control device 253 causes the rotary tool 30 to be detached from the workpiece 33 and stops the rotation of the rotary tool 30 after being detached. In step e7, the control device 253 ends the joining operation. In this way, the spot bonding operation at one bonded portion 64 is performed. When spot-joining the some to-be-joined part 64 in order on the same joining conditions, the control apparatus 253 repeats step e1-e7 mentioned above.

図23は、ツール回転用モータの電流値の時間変化を示すグラフである。図23(1)は、回転ツール30が被接合物33に与える押圧力が2450N(250kgf)の場合を示す。また図23(2)は、回転ツール30が被接合物33に与える押圧力が2695N(275kgf)の場合を示す。図23(3)は、回転ツール30が被接合物33に与える押圧力が2940N(300kgf)の場合を示す。図23では、その他の条件を一定にした。具体的には、押込み速度を一定値として、ツール回転速度を3000rpmとし、ツール押込み量を0.4mmとした。   FIG. 23 is a graph showing temporal changes in the current value of the tool rotation motor. FIG. 23A shows a case where the pressing force applied to the workpiece 33 by the rotary tool 30 is 2450 N (250 kgf). FIG. 23B shows a case where the pressing force applied to the workpiece 33 by the rotary tool 30 is 2695 N (275 kgf). FIG. 23 (3) shows a case where the pressing force applied to the workpiece 33 by the rotary tool 30 is 2940 N (300 kgf). In FIG. 23, other conditions were made constant. Specifically, the pressing speed was a constant value, the tool rotation speed was 3000 rpm, and the tool pressing amount was 0.4 mm.

回転用モータの電流値は、回転ツール30が一定の回転速度で回転するために必要な電流値である。回転用モータ電流値は、回転指令が与えられてモータの回転立ち上り時刻t0において、急峻に増加しすぐに低下する。そして回転ツール30が被接合物33に没入するまで、ほぼ一定の第1電流値A11,A21,A31となる。次に回転ツール30のうちピン部37が被接合物33に当接するピン部当接時刻t1には、第1電流値A11,A21,A31よりも大きい第2電流値A12,A22,A32となる。ピン部当接時刻t1から時間が経過すると、ピン部37がさらに没入することによって、電流値は第2電流値A12,A22,A32に比べて増加する。   The current value of the rotation motor is a current value necessary for the rotary tool 30 to rotate at a constant rotational speed. The rotation motor current value increases sharply and immediately decreases at the rotation start time t0 of the motor when a rotation command is given. The first current values A11, A21, and A31 are substantially constant until the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33. Next, at the pin portion contact time t1 when the pin portion 37 of the rotary tool 30 contacts the workpiece 33, the second current values A12, A22, and A32 are larger than the first current values A11, A21, and A31. . When time elapses from the pin portion contact time t1, the pin portion 37 is further immersed, and the current value increases compared to the second current values A12, A22, A32.

次に回転ツール30のうちショルダ部36のショルダ端面が被接合物33に当接するショルダ部当接時刻t2における第3電流値A13,A23,A33は、立ち上り時刻t0における電流値A0を除いて、最も大きな電流値、すなわち極大値となる。ショルダ部当接時刻t2から時間が経過すると、被接合物33が軟化することで、電流値は第3電流値A13,A23,A33に比べて減少する。そして回転ツールを離脱させた離脱開始時刻t4以降には、電流値は、再び第1電流値A11,A21,A31となる。   Next, the third current values A13, A23, A33 at the shoulder portion contact time t2 at which the shoulder end surface of the shoulder portion 36 of the rotary tool 30 contacts the workpiece 33 are excluded from the current value A0 at the rise time t0. The largest current value, that is, the maximum value is obtained. When the time elapses from the shoulder contact time t2, the workpiece 33 is softened, so that the current value decreases compared to the third current values A13, A23, A33. Then, after the separation start time t4 when the rotary tool is separated, the current value becomes the first current values A11, A21, A31 again.

上述したように、ピン部37が没入してからショルダ部36が当接するまでの時間P12,P22,P32は、接合条件のほかに外気温などの外乱によってばらつくことが多い。これに対して、ショルダ部36が当接してから被接合物33が過不足なく軟化するまでの時間P11,21,P31は、接合条件のみに依存して外乱の影響を受けにくい。本実施の形態では、ショルダ部36が当接するショルダ部当接時刻t2に基づいて、回転ツール30を被接合物33から離脱させる時間を決定する。これによって、ピン部37が被接合物33に当接する時刻に基づいて回転ツール30を被接合物33から離脱させる時間を決定する場合に比べて、接合後の接合品質のばらつきを少なくすることができる。   As described above, the times P12, P22, and P32 from when the pin portion 37 is immersed until the shoulder portion 36 comes into contact often vary due to disturbances such as the outside air temperature in addition to the joining conditions. On the other hand, the time P11, 21, P31 from the contact of the shoulder portion 36 to the softening of the workpiece 33 without excess or deficiency is not easily influenced by disturbance depending on only the joining conditions. In the present embodiment, based on the shoulder portion contact time t2 with which the shoulder portion 36 comes into contact, the time for detaching the rotary tool 30 from the workpiece 33 is determined. Accordingly, it is possible to reduce variation in bonding quality after bonding, as compared with the case where the time for detaching the rotary tool 30 from the workpiece 33 is determined based on the time when the pin portion 37 contacts the workpiece 33. it can.

図24は、ツール押圧力が2695Nにおける破断強度と、回転ツール30の没入時間との関係を示すグラフである。図24(1)は、ショルダ部当接時刻t2から所定時間経過したショルダ接触後接合時間P21の変化における破断強度を示す。また図24(2)は、ピン部当接時刻t1から所定時間経過した総合接合時間P23の変化における破断強度を示す。ショルダ接触後接合時間P21および総合接合時間P23が増加するにつれて、破断強度が増加する。しかしながら接合時間P21,P23を長くしすぎると、回転ツール30の没入量が過大となり、被接合物33を貫通してしまうおそれがある。   FIG. 24 is a graph showing the relationship between the breaking strength when the tool pressing force is 2695 N and the immersion time of the rotary tool 30. FIG. 24 (1) shows the breaking strength in the change of the post-shoulder contact time P21 after a predetermined time has elapsed from the shoulder contact time t2. FIG. 24 (2) shows the breaking strength in the change of the total joining time P23 after a predetermined time has elapsed from the pin contact time t1. As the joining time P21 after shoulder contact and the total joining time P23 increase, the breaking strength increases. However, if the joining times P21 and P23 are too long, the amount of immersion of the rotary tool 30 becomes excessive, and there is a possibility that the workpiece 33 may be penetrated.

ショルダ接触後接合時間P21における破断強度は、総合接合時間P23における破断強度に比べて、ばらつきが少ない。具体的には、同じショルダ接触後接合時間P21で接合した場合には、破断強度のばらつきは最大で約1000Nである。また同じ総合接合時間P23で接合した場合には、破断強度のばらつきは最大で約2000Nである。   The breaking strength at the joining time P21 after the shoulder contact is less varied than the breaking strength at the total joining time P23. Specifically, when bonding is performed at the same shoulder contact time P21, the variation in breaking strength is about 1000 N at the maximum. In addition, when bonding is performed with the same total bonding time P23, the maximum variation in breaking strength is about 2000N.

図25は、ツール押圧力が3000Nにおける破断強度と、回転ツール30の没入時間との関係を示すグラフである。図25(1)は、ショルダ部当接時刻t2から所定時間経過したショルダ接触後接合時間P31の変化における破断強度を示す。また図25(2)は、ピン部当接時刻t1から所定時間経過した総合接合時間P33の変化における破断強度を示す。図25に示す場合と同様に、ショルダ接触後接合時間P31における破断強度は、総合接合時間P33における破断強度に比べて、ばらつきが少ない。   FIG. 25 is a graph showing the relationship between the breaking strength when the tool pressing force is 3000 N and the immersion time of the rotary tool 30. FIG. 25 (1) shows the breaking strength in the change of the post-shoulder contact time P31 after a predetermined time has elapsed from the shoulder contact time t2. FIG. 25 (2) shows the breaking strength in the change of the total joining time P33 after a predetermined time has elapsed from the pin contact time t1. Similar to the case shown in FIG. 25, the breaking strength at the post-shoulder contact time P31 is less varied than the breaking strength at the overall bonding time P33.

本実施の形態では、図24(1)および図25(1)に示すように、ショルダ部当接時刻t2に基づいて、回転ツール30を被接合物33から離脱させる離脱開始時刻t4を決定する。これによって破断強度のばらつきを減らすことができ、接合品質を向上することができる。また破断強度を確保するために接合時間を不所望に大きくする必要がなく、回転ツール30が被接合物33を貫通するおそれを減らすことができるとともに、接合作業に費やす時間を短縮することができる。またスポット接合においては、各接合部分における破断強度が総合されて被接合物33の強度が決定される。したがって各接合部分における破断強度がばらついて、いずれか1つでも低い場合には、全体として被接合物33の強度が大きく低下するおそれがある。本実施の形態では、上述したように破断強度のばらつきを減らすことで被接合物全体としても強度の低下を防ぐことができる。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 24 (1) and 25 (1), a separation start time t4 at which the rotary tool 30 is detached from the workpiece 33 is determined based on the shoulder contact time t2. . As a result, the variation in breaking strength can be reduced, and the bonding quality can be improved. Further, it is not necessary to undesirably increase the joining time in order to ensure the breaking strength, and the possibility that the rotary tool 30 penetrates the workpiece 33 can be reduced, and the time spent for the joining work can be shortened. . Further, in spot joining, the strength of the object to be joined 33 is determined by combining the breaking strengths at the respective joining portions. Therefore, when the breaking strength at each joint portion varies and any one of them is low, the strength of the workpiece 33 as a whole may be greatly reduced. In the present embodiment, as described above, it is possible to prevent the strength from being lowered as a whole by reducing the variation in the breaking strength.

以上のような本実施の形態は、発明の一例示に過ぎず発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば本実施の形態では、ショルダ部当接時刻t2を判断してから、所定時間経過した時刻を離脱開始時刻t4として決定したが、他の終了条件に基づいて離脱開始時刻t4を決定してもよい。たとえば第1実施形態で示したように、ショルダ部当接時刻t2を経過してから、回転用モータ40に与えられる電流、すなわち被接合物33から与えられる回転抵抗力が予め定められる離脱開始設定値に達した時刻を離脱開始時刻t4としてもよい。このようにショルダ部当接時刻t2を経過した後の回転抵抗力に基づいて離脱開始時刻t4を決定することで、さらに外乱の影響を少なくすることができる。また第2実施形態で示したように、ショルダ部当接時刻t2を経過してから、回転用モータ40に流れる電流の時間変化、すなわち被接合物33から与えられる回転抵抗力の時間変化が予め定める離脱開始設定値に達した時刻を離脱開始時刻t4としてもよい。このように第1〜第4実施形態で示した構成について、第5実施形態でも適用可能な構成については、適宜適用することができる。   The present embodiment as described above is merely an example of the invention, and the configuration can be changed within the scope of the invention. For example, in the present embodiment, after determining the shoulder contact time t2, the time after a predetermined time has been determined as the separation start time t4. However, even if the separation start time t4 is determined based on other end conditions. Good. For example, as shown in the first embodiment, the separation start setting in which the current applied to the motor 40 for rotation, that is, the rotational resistance applied from the workpiece 33 is predetermined after the shoulder contact time t2 has elapsed. The time when the value is reached may be set as the departure start time t4. As described above, the influence of the disturbance can be further reduced by determining the separation start time t4 based on the rotational resistance force after the shoulder contact time t2. Further, as shown in the second embodiment, after the shoulder contact time t2 has elapsed, the time change of the current flowing through the rotation motor 40, that is, the time change of the rotational resistance force applied from the article 33 is previously determined. The time at which the set departure start set value is reached may be set as the departure start time t4. As described above, the configurations applicable in the fifth embodiment can be appropriately applied to the configurations shown in the first to fourth embodiments.

またショルダ部当接時刻t2を決定するために、回転用モータの電流値に基づいて決定したが、押圧用モータの電流値に基づいてショルダ部当接時刻t2を決定してもよい。このように他の検出手段および検出方法に基づいて、ショルダ部当接時刻t2を決定してもよい。またショルダ部当接時刻t2に基づいて、離脱開始時刻t4を決定したが、回転ツール30が被接合物33に没入している間に調整可能な他の接合条件を変更してもよい。たとえば没入速度、押圧力、回転速度などを、ショルダ部当接時刻t2に基づいて変化させてもよい。   In addition, the shoulder contact time t2 is determined based on the current value of the rotation motor, but the shoulder contact time t2 may be determined based on the current value of the pressing motor. Thus, the shoulder contact time t2 may be determined based on other detection means and detection methods. Although the separation start time t4 is determined based on the shoulder contact time t2, other joining conditions that can be adjusted while the rotary tool 30 is immersed in the workpiece 33 may be changed. For example, the immersion speed, the pressing force, the rotation speed, and the like may be changed based on the shoulder portion contact time t2.

以上のような本実施の形態の摩擦撹拌装置およびその方法は、本発明の一例示であって、発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば本実施の形態では、アルミ合金を接合するとしたが、他の物質であってもよい。たとえばマグネシウム合金、銅合金、チタニウム合金、鉄または鋼などであっても、摩擦撹拌することができる。また接合装置は、上述した装置に限定されない。   The friction stirrer and method according to the present embodiment as described above are merely examples of the present invention, and the configuration can be changed within the scope of the invention. For example, in the present embodiment, aluminum alloy is joined, but other materials may be used. For example, even a magnesium alloy, a copper alloy, a titanium alloy, iron or steel can be frictionally stirred. Moreover, a joining apparatus is not limited to the apparatus mentioned above.

本発明は、以下の実施の形態が可能である。
(1)略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物に没入させて対象物を摩擦撹拌する摩擦撹拌装置であって、
回転ツールを軸線まわりに回転駆動する回転手段と、
回転ツールを軸線方向に変位駆動して対象物に押圧する押圧手段と、
軸線方向に交差する走行方向に、対象物に対して回転ツールを相対的に変位駆動する走行手段と、
回転ツールが軸線まわりに回転しながら対象物を押圧するときに、対象物から回転ツールに与えられる抵抗力を検出する検出手段と、
回転手段、押圧手段および走行手段を制御する制御手段とを含み、
制御手段は、回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物に没入させた後、検出手段によって検出される抵抗力が極大値となった時刻を、ショルダ部が対象物に当接したショルダ部当接時刻であることと判断し、前記ショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールを走行方向に移動開始させる時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌装置。
The following embodiments are possible for the present invention.
(1) A shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape, and a pin portion that is formed coaxially with the shoulder portion, protrudes in one axial direction from the shoulder portion, and is formed in a substantially cylindrical shape having an outer diameter smaller than that of the shoulder portion. A friction stirrer that frictionally stirs an object by immersing it in the object while rotating the rotating tool formed around the axis,
A rotating means for driving the rotary tool to rotate around the axis;
Pressing means for driving the rotary tool in the axial direction to press against the object;
A traveling means for displacing and driving the rotary tool relative to the object in a traveling direction intersecting the axial direction;
Detecting means for detecting a resistance force applied to the rotating tool from the object when the rotating tool presses the object while rotating around the axis;
Control means for controlling the rotating means, the pressing means and the traveling means,
The control means is configured so that the shoulder portion indicates the time when the resistance detected by the detection means reaches the maximum value after the rotary tool is immersed in the object from the pin portion while the rotary tool is rotated about the axis. A friction stirrer characterized in that it is determined that it is a shoulder part contact time in contact with an object, and based on the shoulder part contact time, a time for starting to move the rotary tool in the traveling direction is determined.

回転ツールのうちピン部が対象物に対向した状態で、回転手段が回転ツールを軸線まわりに回転駆動するとともに、押圧手段が回転ツールを対象物に向かって軸線方向に変位駆動する。回転ツールは、ピン部が対象物に当接し、ピン部が対象物に没入したあとで、ショルダ部が対象物に当接する。ショルダ部が当接した状態で、回転ツールが回転することによって、回転ツールが対象物に摺接する。そして対象物と回転ツールとの間に摩擦熱が生じて対象物が軟化する。このようにして対象物が非溶融の状態で部分的に流動化し、流動化した部分が撹拌されることで、対象物のうちでピン部が没入した付近を摩擦撹拌することができる。また回転ツールが対象物を摩擦撹拌した状態で、回転ツールが走行方向に走行することによって、走行方向に沿って摩擦撹拌することができる。   With the pin portion of the rotating tool facing the object, the rotating means rotates the rotating tool about the axis, and the pressing means drives the rotating tool to move in the axial direction toward the object. In the rotating tool, after the pin part comes into contact with the object and the pin part is immersed in the object, the shoulder part comes into contact with the object. With the shoulder portion in contact, the rotating tool rotates, so that the rotating tool slides on the object. Then, frictional heat is generated between the object and the rotating tool, and the object is softened. In this way, the object is partially fluidized in a non-molten state, and the fluidized part is agitated, so that the vicinity of the object where the pin portion is immersed can be frictionally agitated. Further, when the rotary tool travels in the traveling direction in a state where the rotating tool stirs the object, the friction stirring can be performed along the traveling direction.

ピン部が対象物に当接してからショルダ部が対象物に当接するまでの摩擦撹拌状態は、撹拌条件が一定でも撹拌状況ごとに変動する外乱の影響によってばらつく。これに対してショルダ部が当接してからの摩擦撹拌状態は、外乱の影響が少ない。上述の実施形態では、制御手段は、検出手段によって検出される抵抗力が極大値となったときに、ショルダ部が対象物に当接したことを判断する。そしてショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールを走行方向に移動開始させる走行開始時刻を決定する。   The friction stir state from when the pin part comes into contact with the object until the shoulder part comes into contact with the object varies due to the influence of disturbance that varies depending on the stirring state even if the stirring condition is constant. On the other hand, the influence of the disturbance is small in the friction stir state after the shoulder portion comes into contact. In the above-described embodiment, the control means determines that the shoulder portion has contacted the object when the resistance detected by the detection means reaches a maximum value. Based on the shoulder contact time, a travel start time for starting to move the rotary tool in the travel direction is determined.

このようにショルダ部が当接したことを判断し、判断したショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールの走行開始時刻を決定することで、外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態から、回転ツールの走行を開始することができる。これによって摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができる。したがって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   In this way, it is determined that the shoulder part has come into contact, and based on the determined shoulder part contact time, by determining the running start time of the rotary tool, the influence of disturbance is suppressed, and from a constant friction stirring state, The rotary tool can start running. As a result, it is possible to prevent the frictional stirring from being inadequate or the frictional stirring from being excessive. Therefore, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

またショルダ部当接時刻の抵抗力は、外乱の影響によって変動することがあるが、残余の時刻に比べて必ず極大値となる。したがって上述の実施形態のように、対象物から回転ツールに与えられる抵抗力が極大値となった時刻を、ショルダ部当接時刻として判断することで、抵抗力が予め定める値に達した時刻を、ショルダ部当接時刻として判断する場合に比べて、ショルダ部当接時刻を精度よく判断することができる。これによって対象物の品質をさらに安定化することができる。   In addition, the resistance force at the time of contact with the shoulder portion may vary due to the influence of a disturbance, but always has a maximum value as compared with the remaining time. Therefore, as in the above-described embodiment, the time when the resistance force reaches the predetermined value is determined by determining the time when the resistance force applied from the object to the rotating tool reaches the maximum value as the shoulder contact time. Compared to the case where the shoulder portion contact time is determined, the shoulder portion contact time can be determined with high accuracy. As a result, the quality of the object can be further stabilized.

(2)制御手段は、ショルダ部当接時刻に達した後で、検出手段によって検出される抵抗力が予め定める走行開始設定値に達すると、回転ツールを走行方向に移動開始させることを特徴とする摩擦撹拌装置。   (2) The control means starts moving the rotating tool in the running direction when the resistance detected by the detecting means reaches a predetermined running start set value after reaching the shoulder contact time. A friction stirrer.

ショルダ部当接時刻に達した後で、抵抗力が走行開始設定値に達すると、回転ツールの走行方向への移動を開始させる。抵抗力は、ショルダ部当接時刻で極大値となる。したがってショルダ部当接時刻の前と、ショルダ部当接時刻の後とで、抵抗力が、走行開始設定値に達することになる。上述の実施形態では、ショルダ部当接時刻の後で、抵抗力が走行開始設定値に達すると走行を開始させるので、ショルダ部が対象物に当接する前に走行を開始することを防ぐことができる。したがってショルダ部が対象物に確実に当接した後で、回転ツールの走行を開始することができ、対象物の回転ツール没入部分が過不足なく軟化した状態で、回転ツールの走行を開始することができる。   When the resistance force reaches the travel start set value after reaching the shoulder contact time, the rotation tool starts to move in the travel direction. The resistance force reaches a maximum value at the time of contact with the shoulder. Therefore, the resistance force reaches the travel start set value before the shoulder portion contact time and after the shoulder portion contact time. In the above-described embodiment, since the travel is started when the resistance reaches the travel start set value after the shoulder contact time, it is possible to prevent the travel from being started before the shoulder contacts the object. it can. Therefore, the rotating tool can start running after the shoulder portion has come into contact with the object reliably, and the rotating tool can start running with the rotating tool immersion portion of the object softened without being excessive or insufficient. Can do.

(3)制御手段は、ショルダ部当接時刻に達した後で、抵抗力の時間変化が予め定める走行開始設定値に達すると、回転ツールを走行方向に移動開始させることを特徴とする摩擦撹拌装置。   (3) The friction stirrer characterized in that the control means starts moving the rotating tool in the traveling direction when the change in the resistance force with time reaches a predetermined traveling start set value after reaching the shoulder contact time. apparatus.

ショルダ部当接時刻に達した後で、抵抗力の時間変化が走行開始設定値に達すると、回転ツールの走行方向への移動を開始させる。ショルダ部当接時刻に達した後では、抵抗力の時間変化、すなわち時間による微分値は、時間経過とともに小さくなる。この抵抗力の時間変化は、外乱の影響が少ないので、対象物の回転ツール没入部分が過不足なく軟化した状態で、回転ツールの走行を開始することができる。またショルダ部当接時刻を求める演算式とほぼ同じ演算式を用いて求めることができ、走行開始時刻を決定する演算式を簡単化することができる。   When the change in the resistance force with time reaches the travel start set value after reaching the shoulder contact time, movement of the rotary tool in the travel direction is started. After reaching the shoulder contact time, the temporal change in resistance, that is, the differential value with time, decreases with time. Since the change in the resistance force with time is less affected by disturbance, the rotating tool can be started to travel in a state where the rotating tool immersion portion of the object is softened without being excessive or insufficient. Moreover, it can obtain | require using the arithmetic expression substantially the same as the arithmetic expression which calculates | requires shoulder part contact time, and the arithmetic expression which determines driving | running | working start time can be simplified.

(4)制御手段は、検出手段からショルダ部当接時刻に達する前と、ショルダ部当接時刻に達した後とで、摩擦撹拌条件を異ならせることを特徴とする摩擦撹拌装置。   (4) The friction stirrer characterized in that the control means varies the friction stir conditions before reaching the shoulder contact time from the detection means and after reaching the shoulder contact time.

ショルダ部当接時刻に達する前には、ピン部を対象物に没入するために適したピン部没入用摩擦撹拌条件に設定可能である。またショルダ部当接時刻に達した後には、回転ツールを走行させるために適したツール走行用摩擦撹拌条件に設定可能である。このようにショルダ部当接前とショルダ部当接後とで、撹拌条件を変更することによってより最適に摩擦撹拌を行うことができる。たとえばツール走行時に比べて、ピン没入時のツール回転速度を高くすることで、短時間に対象物を加熱することができ、摩擦撹拌動作に費やす時間を短縮することができる。またツール走行時においてツール回転速度を低くすることで、過撹拌による接合欠陥を防ぐことができる。   Before reaching the shoulder contact time, it is possible to set the pin part immersion friction stirring conditions suitable for immersing the pin part into the object. In addition, after reaching the shoulder contact time, it is possible to set the tool running friction stirring condition suitable for running the rotary tool. As described above, friction agitation can be performed more optimally by changing the agitation conditions before and after contact of the shoulder part. For example, by increasing the tool rotation speed at the time of pin immersion compared to when the tool is running, the object can be heated in a short time, and the time spent for the friction stir operation can be shortened. Further, by reducing the tool rotation speed when the tool is running, it is possible to prevent joining defects due to over-stirring.

(5)回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物に没入させて対象物を摩擦撹拌する摩擦撹拌装置であって、
回転ツールを軸線まわりに回転駆動する回転手段と、
回転ツールを軸線方向に変位駆動して対象物に押圧する押圧手段と、
軸線方向に交差する走行方向に、対象物に対して回転ツールを相対的に変位駆動する走行手段と、
回転ツールが対象物に没入されたときに、対象物から発生するバリを撮像する撮像手段と、
回転手段、押圧手段および走行手段を制御する制御手段とを含み、
制御手段は、回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールを対象物に没入させた後、撮像手段によって撮像されるバリの撮像結果に基づいて、回転ツールを走行方向に移動開始させる走行開始時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌装置。
(5) A friction stirrer that immerses the object while rotating the rotating tool around the axis to frictionally stir the object,
A rotating means for driving the rotary tool to rotate around the axis;
Pressing means for driving the rotary tool in the axial direction to press against the object;
A traveling means for displacing and driving the rotary tool relative to the object in a traveling direction intersecting the axial direction;
An imaging means for imaging a burr generated from the object when the rotary tool is immersed in the object;
Control means for controlling the rotating means, the pressing means and the traveling means,
The control means, after rotating the rotary tool around the axis, immerses the rotary tool in the object, and then starts to move the rotary tool in the traveling direction based on the burr imaging result imaged by the imaging means. A friction stirrer characterized by determining a travel start time.

回転ツールが対象物に対向した状態で、回転手段が回転ツールを軸線まわりに回転駆動するとともに、押圧手段が回転ツールを対象物に向かって軸線方向に変位駆動する。対象物に対して、回転ツールの先端部が没入した状態で、回転することによって、回転ツールが対象物に摺接する。そして対象物と回転ツールとの間に摩擦熱が生じて対象物が軟化する。このようにして対象物が非溶融の状態で流動化し、流動化した部分が撹拌されることで、対象物のうちで先端部が没入した付近を摩擦撹拌することができる。   In a state where the rotating tool faces the object, the rotating means rotates the rotating tool about the axis, and the pressing means drives the rotating tool to move in the axial direction toward the object. By rotating the rotating tool with the tip of the rotating tool immersed in the object, the rotating tool is brought into sliding contact with the object. Then, frictional heat is generated between the object and the rotating tool, and the object is softened. In this way, the object is fluidized in a non-molten state, and the fluidized portion is agitated, whereby the vicinity of the object where the tip is immersed can be frictionally agitated.

制御手段は、撮像手段によって撮像されるバリの撮像結果に基づいて、回転ツールを走行方向へ移動開始する時刻を決定する。たとえば制御手段は、走行方向下流側にバリが所定量発生したことを判断すると、回転ツールの走行を開始する。回転ツールの先端部が対象物に当接してから対象物に没入するまでの摩擦撹拌状態は、撹拌条件が一定でも撹拌状況ごとに変動する外乱の影響によってばらつく。これに対して、バリの発生と摩擦撹拌状態との間の関係には、外乱の影響が少ない。   The control means determines the time to start moving the rotary tool in the traveling direction based on the burr imaging result imaged by the imaging means. For example, when the control means determines that a predetermined amount of burr has occurred on the downstream side in the running direction, the control means starts running the rotary tool. The friction stir state from when the tip of the rotating tool comes into contact with the object until it is immersed in the object varies due to the influence of disturbance that varies depending on the stirring state even if the stirring condition is constant. On the other hand, the relationship between the generation of burrs and the friction stir state is less affected by disturbance.

したがって上述の実施形態のようにバリの撮像結果に基づいて、回転ツールの走行開始時刻を決定することで、外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態で、回転ツールの走行を開始することができる。これによって摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができ、摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   Therefore, by determining the travel start time of the rotary tool based on the burr imaging result as in the above-described embodiment, it is possible to suppress the influence of the disturbance and start the travel of the rotary tool in a constant friction stirring state. it can. As a result, it is possible to prevent the friction stirrer from being inadequate or the friction stirrer from being excessive, and the quality of the object after the friction stirrer can be stabilized.

(6)略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物に没入させて対象物を摩擦撹拌する摩擦撹拌装置であって、
回転ツールを軸線まわりに回転駆動する回転手段と、
回転ツールを軸線方向に変位駆動して対象物に押圧する押圧手段と、
ショルダ部が対象物に当接したことを検出するための検出手段と、
回転手段、押圧手段および走行手段を制御する制御手段とを含み、
制御手段は、回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物に没入させた後、検出手段によってショルダ部が対象物に当接したことを示すショルダ部当接情報が検出手段から与えられると、ショルダ部当接情報に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌装置。
(6) A shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape, and a pin portion that is formed coaxially with the shoulder portion, protrudes in one axial direction from the shoulder portion, and is formed in a substantially cylindrical shape having a smaller outer diameter than the shoulder portion. A friction stirrer that frictionally stirs an object by immersing it in the object while rotating the rotating tool formed around the axis,
A rotating means for driving the rotary tool to rotate around the axis;
Pressing means for driving the rotary tool in the axial direction to press against the object;
Detecting means for detecting that the shoulder portion is in contact with the object;
Control means for controlling the rotating means, the pressing means and the traveling means,
The control unit is configured to rotate the rotating tool around the axis, and after the rotating tool is inserted into the object from the pin unit, the shoulder unit contact information indicating that the shoulder unit has contacted the object by the detecting unit. Is provided from the detection means, and based on the shoulder portion contact information, a detachment start time for detaching the rotary tool from the object is determined.

回転ツールのうちピン部が対象物に対向した状態で、回転手段が回転ツールを軸線まわりに回転駆動するとともに、押圧手段が回転ツールを対象物に向かって軸線方向に変位駆動する。回転ツールは、ピン部が対象物に当接し、ピン部が対象物に没入したあとで、ショルダ部が対象物に当接する。対象物に対して、ピン部が没入するとともに、ショルダ部が当接した状態で、回転ツールが回転することによって、回転ツールが対象物に摺接する。そして対象物と回転ツールとの間に摩擦熱が生じて対象物が軟化する。このようにして対象物が非溶融の状態で流動化し、流動化した部分が撹拌されることで、対象物のうちでピン部が没入した付近を摩擦撹拌することができる。この後、回転ツールが対象物から離脱することで、対象物のうちの一部であるスポット部分を摩擦撹拌することができる。   With the pin portion of the rotating tool facing the object, the rotating means rotates the rotating tool about the axis, and the pressing means drives the rotating tool to move in the axial direction toward the object. In the rotating tool, after the pin part comes into contact with the object and the pin part is immersed in the object, the shoulder part comes into contact with the object. The rotating tool rotates while the pin portion is immersed in the object and the shoulder portion is in contact with the object, so that the rotating tool slides on the object. Then, frictional heat is generated between the object and the rotating tool, and the object is softened. In this way, the object is fluidized in an unmelted state, and the fluidized portion is agitated, so that the vicinity of the object where the pin portion is immersed can be frictionally agitated. Then, the spot part which is a part of the target object can be frictionally stirred by the separation of the rotating tool from the target object.

制御手段は、ショルダ部当接情報が検出手段から与えられると、与えられたショルダ部当接情報に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定する。たとえば制御手段は、ショルダ部当接情報が与えられてから、所定時間経過すると回転ツールを対象物から離脱させる。   When the shoulder contact information is given from the detection means, the control means determines a separation start time for detaching the rotary tool from the object based on the given shoulder contact information. For example, the control means causes the rotary tool to be detached from the object when a predetermined time has elapsed since the shoulder contact information is given.

ピン部が対象物に当接してからショルダ部が対象物に当接するまでの摩擦撹拌状態は、接合条件が一定であっても、接合状況ごとに変動する外乱の影響によってばらつく。これに対して、ショルダ部が当接してからの摩擦撹拌状態は、外乱の影響が少ない。したがって上述の実施形態のようにショルダ部が対象物に当接したことを判断し、ショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールの離脱開始時刻を決定することで、外乱の影響を抑えて一定の摩擦撹拌状態で、回転ツールを離脱させることができる。これによって、摩擦撹拌が不十分な状態となったり、摩擦撹拌が過剰な状態となったりすることを防ぐことができ、摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   The friction stir state from the time when the pin portion comes into contact with the object until the shoulder portion comes into contact with the object varies due to the influence of disturbance that varies depending on the joining situation even if the joining conditions are constant. On the other hand, the influence of the disturbance is small in the friction stir state after the shoulder portion comes into contact. Therefore, it is determined that the shoulder portion has been in contact with the object as in the above-described embodiment, and the release start time of the rotary tool is determined based on the shoulder portion contact time, so that the influence of disturbance can be suppressed and constant. The rotating tool can be detached in the friction stirring state. Accordingly, it is possible to prevent the friction stirrer from being inadequate or the friction stirrer from being excessive, and to stabilize the quality of the object after the friction stirrer.

(7)略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物に没入させて対象物を摩擦撹拌する摩擦撹拌方法であって、
回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物に没入させた後、対象物から回転ツールに与えられる抵抗力が極大値となった時刻に基づいて、回転ツールによる摩擦撹拌条件を調整することを特徴とする摩擦撹拌方法。
(7) A shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape, and a pin portion that is formed coaxially with the shoulder portion, protrudes in one axial direction from the shoulder portion, and is formed in a substantially cylindrical shape having a smaller outer diameter than the shoulder portion. And a friction stir method in which the rotating tool formed by and is immersed around the object while rotating around the axis to friction stir the object,
With the rotating tool rotated around the axis, after the rotating tool is immersed in the object from the pin, the rotating tool uses the rotating tool based on the time when the resistance applied to the rotating tool reaches the maximum value. Friction stirring method characterized by adjusting friction stirring conditions.

回転手段によって回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、押圧手段によって回転ツールのピン部から対象物に没入させる。そして、対象物から回転ツールに与えられる抵抗力が極大値となった時刻に基づいて、回転ツールによる摩擦撹拌条件を調整する。たとえば摩擦撹拌条件の調整例として、回転ツールの走行を開始させる走行開始時刻を決定したり、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定したり、回転ツールの回転速度を変更したりする。   In a state where the rotating tool is rotated around the axis by the rotating means, the object is immersed in the object from the pin portion of the rotating tool by the pressing means. Then, based on the time when the resistance force applied from the object to the rotating tool reaches the maximum value, the friction stirring condition by the rotating tool is adjusted. For example, as an example of adjusting the friction stirrer condition, the travel start time for starting the travel of the rotary tool, the separation start time for detaching the rotary tool from the object, or the rotational speed of the rotary tool can be changed. .

ここで抵抗力が極大値となる時刻は、ショルダ部が対象物に当接する時刻と一致する。ピン部が対象物に当接してからショルダ部が対象物に当接するまでの摩擦撹拌状態は、外乱の影響によってばらつく。これに対して、ショルダ部が当接してからの摩擦撹拌状態は、外乱の影響が少ない。したがって上述の実施形態のようにショルダ部が対象物に当接する時刻に基づいて、摩擦撹拌条件を調整することで、外乱の影響を少なくして、摩擦撹拌を安定して行うことができる。これによって摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   Here, the time when the resistance force reaches the maximum value coincides with the time when the shoulder portion comes into contact with the object. The friction stir state from when the pin portion comes into contact with the object until the shoulder portion comes into contact with the object varies due to the influence of disturbance. On the other hand, the influence of the disturbance is small in the friction stir state after the shoulder portion comes into contact. Therefore, by adjusting the friction stir conditions based on the time when the shoulder portion contacts the object as in the above-described embodiment, the influence of disturbance can be reduced and the friction stir can be stably performed. Thereby, the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

(8)回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物に没入させて対象物を摩擦撹拌する摩擦撹拌方法であって、
回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールの先端部から対象物に没入させ、撮像手段によって撮像されるバリの撮像結果に基づいて、回転ツールによる摩擦撹拌条件を調整することを特徴とする摩擦撹拌方法。
(8) A friction stir method in which a rotating tool is rotated around an axis so as to be immersed in an object and frictionally stirred the object,
The rotary tool is rotated about its axis, the tip of the rotary tool is immersed in the object, and the friction stirring condition by the rotary tool is adjusted based on the image of the burr imaged by the imaging means. Friction stirring method.

回転手段によって回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、押圧手段によって回転ツールの先端部から対象物に没入させる。そして、撮像手段によって撮像されるバリの撮像結果に基づいて、回転ツールによる摩擦撹拌条件を調整する。たとえば摩擦撹拌条件の調整例として、回転ツールの走行を開始させる走行開始時刻を決定したり、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定したり、回転ツールの回転速度を変更したりする。   In a state where the rotating tool is rotated around the axis by the rotating means, the object is immersed in the object from the tip of the rotating tool by the pressing means. And based on the burr image pick-up image imaged by the image pick-up means, the friction stirring conditions by the rotating tool are adjusted. For example, as an example of adjusting the friction stirrer condition, the travel start time for starting the travel of the rotary tool, the separation start time for detaching the rotary tool from the object, or the rotational speed of the rotary tool can be changed. .

バリの発生状態と摩擦撹拌状態との関係は、外乱の影響によって変動することが少ない。したがって上述の実施形態のようにバリの撮像結果に基づいて、摩擦撹拌状態を調整することで、外乱の影響を少なくして、摩擦撹拌後の対象物の品質を安定化することができる。   The relationship between the burr generation state and the friction stir state is less likely to fluctuate due to the influence of disturbance. Therefore, by adjusting the friction stirring state based on the burr imaging result as in the above-described embodiment, the influence of disturbance can be reduced and the quality of the object after friction stirring can be stabilized.

20 接合装置
25 制御装置
30 回転ツール
31 被接合部材
32 被接合部材
33 被接合物
36 ショルダ部
37 ピン部
40 回転手段
44 インバータ装置
45 押圧手段
46 走行手段
t1 ピン部当接時刻
t2 ショルダ部当接時刻
t3 走行開始時刻
t4 離脱開始時刻
L1 回転ツール30の軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Joining device 25 Control apparatus 30 Rotary tool 31 To-be-joined member 32 To-be-joined member 33 To-be-joined object 36 Shoulder part 37 Pin part 40 Rotating means 44 Inverter apparatus 45 Press means 46 Traveling means t1 Pin part contact time t2 Shoulder part contact Time t3 Travel start time t4 Departure start time L1 Axis of rotary tool 30

Claims (6)

略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物の予め定める被接合部分に没入させて対象物を摩擦撹拌し、前記被接合部分をスポット接合する摩擦撹拌装置であって、
回転ツールを軸線まわりに回転駆動する回転手段と、
回転ツールを軸線方向に変位駆動して対象物に押圧する押圧手段と、
回転ツールが軸線まわりに回転しながら対象物を押圧するときに、対象物から回転ツールに与えられる回転抵抗力を検出する検出手段と、
回転手段および押圧手段を制御する制御手段とを含み、
制御手段は、回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物の被接合部分に没入させた後、検出手段によって検出される回転抵抗力が極大値となった時刻を、ショルダ部が対象物に当接したショルダ部当接時刻であると判断し、前記ショルダ部当接時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌装置。
A shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape and a pin portion formed in a coaxial shape with respect to the shoulder portion, projecting in one axial direction from the shoulder portion, and formed in a substantially cylindrical shape having a smaller outer diameter than the shoulder portion are formed. A rotating tool to be rotated around an axis, immersed in a predetermined welded portion of the target object, frictionally stirred the target object, spot welding the welded part,
A rotating means for driving the rotary tool to rotate around the axis;
Pressing means for driving the rotary tool in the axial direction to press against the object;
Detecting means for detecting a rotational resistance force applied from the object to the rotating tool when the rotating tool presses the object while rotating around the axis;
Control means for controlling the rotating means and the pressing means,
The control means is the time when the rotational resistance detected by the detection means reaches the maximum value after the rotary tool is immersed in the joined portion of the object from the pin portion while the rotary tool is rotated around the axis. Is determined to be a shoulder part contact time when the shoulder part is in contact with the object, and based on the shoulder part contact time, a separation start time for detaching the rotary tool from the object is determined. A friction stirrer.
回転手段は、電動モータによって実現され、
検出手段は、回転手段を構成する電動モータに供給される電流に基づいて、回転ツールに与えられる回転抵抗力を求めることを特徴とする請求項1記載の摩擦撹拌装置。
The rotating means is realized by an electric motor,
2. The friction stirrer according to claim 1, wherein the detecting means obtains a rotational resistance force applied to the rotating tool based on a current supplied to an electric motor constituting the rotating means.
制御手段は、ショルダ部当接時刻から所定時間経過した時刻を離脱開始時刻として決定することを特徴とする請求項1または2記載の摩擦撹拌装置。   3. The friction stirrer according to claim 1, wherein the control means determines a time when a predetermined time has elapsed from the shoulder contact time as a separation start time. 制御手段は、ショルダ部当接時刻に達した後で、検出手段によって検出される回転抵抗力が予め定める離脱開始設定値に達すると、回転ツールを対象物から離脱させることを特徴とする請求項1または2記載の摩擦撹拌装置。   The control means causes the rotary tool to detach from the object when the rotational resistance detected by the detection means reaches a predetermined detachment start set value after reaching the shoulder contact time. The friction stirrer according to 1 or 2. 制御手段は、ショルダ部当接時刻に達した後で、回転抵抗力の時間変化が予め定める離脱開始設定値に達すると、回転ツールを対象物から離脱させることを特徴とする請求項1または2記載の摩擦撹拌装置。   The control means causes the rotary tool to be detached from the object when the time change of the rotational resistance reaches a predetermined separation start set value after reaching the shoulder contact time. The friction stirrer described. 略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される回転ツールを、軸線まわりに回転させながら対象物の予め定める被接合部分に没入させて対象物を摩擦撹拌し、前記被接合部分をスポット接合する摩擦撹拌方法であって、
回転ツールを軸線まわりに回転させた状態で、回転ツールをピン部から対象物の被接合部分に没入させた後、対象物から回転ツールに与えられる回転抵抗力が極大値となった時刻に基づいて、回転ツールを対象物から離脱させる離脱開始時刻を決定することを特徴とする摩擦撹拌方法。
A shoulder portion formed in a substantially cylindrical shape and a pin portion formed in a coaxial shape with respect to the shoulder portion, projecting in one axial direction from the shoulder portion, and formed in a substantially cylindrical shape having a smaller outer diameter than the shoulder portion are formed. The rotating tool to be rotated around an axis is immersed in a predetermined welded portion of the object to frictionally stir the object, and the friction stirring method of spot welding the welded part,
Based on the time when the rotational resistance force applied to the rotating tool from the object reaches the maximum value after the rotating tool has been rotated around the axis and the rotating tool is immersed in the part to be joined of the object. And determining a separation start time for detaching the rotary tool from the object.
JP2010224426A 2010-10-01 2010-10-01 Friction stirrer and friction stirrer method Active JP5108075B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010224426A JP5108075B2 (en) 2010-10-01 2010-10-01 Friction stirrer and friction stirrer method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010224426A JP5108075B2 (en) 2010-10-01 2010-10-01 Friction stirrer and friction stirrer method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005162857A Division JP4755447B2 (en) 2005-06-02 2005-06-02 Friction stirrer and friction stirrer method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011025317A JP2011025317A (en) 2011-02-10
JP5108075B2 true JP5108075B2 (en) 2012-12-26

Family

ID=43634671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010224426A Active JP5108075B2 (en) 2010-10-01 2010-10-01 Friction stirrer and friction stirrer method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5108075B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4923970B2 (en) * 2006-11-16 2012-04-25 マツダ株式会社 Friction spot joint evaluation method and apparatus
JP6554029B2 (en) 2015-11-24 2019-07-31 川崎重工業株式会社 Friction stir spot welding device and friction stir spot welding method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3398134B2 (en) * 2000-10-20 2003-04-21 川崎重工業株式会社 Friction stir welding equipment
JP3763734B2 (en) * 2000-10-27 2006-04-05 株式会社日立製作所 Panel member processing method
JP4050478B2 (en) * 2001-03-29 2008-02-20 マツダ株式会社 Processing control method using friction stirring, computer program for executing the method, and storage medium storing the computer program
JP4199446B2 (en) * 2001-09-12 2008-12-17 株式会社日立製作所 Friction stir welding equipment
JP2003136255A (en) * 2001-11-05 2003-05-14 Yaskawa Electric Corp Friction stir welding method and device thereof
JP3546043B2 (en) * 2002-02-22 2004-07-21 川崎重工業株式会社 Friction stir welding method and apparatus
JP4252403B2 (en) * 2002-09-27 2009-04-08 川崎重工業株式会社 Friction stir welding apparatus and friction stir welding method
JP4198575B2 (en) * 2002-11-08 2008-12-17 川崎重工業株式会社 Friction stir welding equipment
JP4134843B2 (en) * 2003-08-08 2008-08-20 マツダ株式会社 Friction spot welding method and friction spot welding apparatus
JP2006159217A (en) * 2004-12-03 2006-06-22 Mazda Motor Corp Apparatus for friction spot welding

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011025317A (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4755447B2 (en) Friction stirrer and friction stirrer method
US7850057B2 (en) Lateral position detection and control for friction stir systems
De Backer et al. Investigation of path compensation methods for robotic friction stir welding
EP1375050B1 (en) Machining control method and robot
WO2016163481A1 (en) Friction stir welding device and friction stir welding method
CN107848066A (en) Friction-stir engagement device and friction-stir connection control method
US9475148B2 (en) Friction stir processing method for a workpiece having surface coating
JP2004337891A (en) Friction stir joining method and equipment
JP2000301361A (en) Friction agitating joining method
JP6408735B1 (en) Friction stir welding apparatus and friction stir welding method
WO2020059686A1 (en) Friction stir joining device
JP5108075B2 (en) Friction stirrer and friction stirrer method
JP7181113B2 (en) Dissimilar metal joining method
JP2007030017A (en) Method of friction stir spot welding
CN109865932A (en) Friction Stir Welding device and method
JP5048583B2 (en) Friction stir welding method and friction stir welding apparatus
JP4768418B2 (en) Friction stir welding method
Fleming et al. Automatic seam-tracking of friction stir welded T-joints
CN112139654A (en) Robot friction stir welding online force position hybrid control system
JP3546043B2 (en) Friction stir welding method and apparatus
JP2023063788A (en) Friction stir welding device, friction stir welding method
JP4661367B2 (en) Friction spot welding method and apparatus
JP7216235B1 (en) Friction Stir Welding Apparatus and Method for Determining Welding Quality
Manogaran et al. Measurement and comparison of force effort during friction stir welding in a parallel kinematic 5-axis milling machine
JP7002689B1 (en) How to insert a robot-type friction stir welding device and its joining tool

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120328

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120622

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121002

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5108075

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250