JP6452390B2 - Friction stir spot welding device - Google Patents

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Description

本発明は、重ね合わせた金属板同士を摩擦攪拌により点接合する摩擦攪拌点接合装置に関する。   The present invention relates to a friction stir spot welding apparatus that spot welds stacked metal plates together by friction stirring.

従来より、重ね合わせた金属板同士を互いに接合する1つの方法として摩擦攪拌による点接合が知られている。この接合には、棒状のツール本体及び該ツール本体の長手方向一端の軸心上に突設されたピンを有する加工ツールが用いられ、一般的に、上記ツール本体の長手方向一端面は、長手方向他端側に行くにつれて次第に縮径する凹状面となっている。そして、上記加工ツールをツール本体の軸心回りに回転させるとともに、重ね合わせた金属板にそのピン側を押し込むように移動させて当該金属板を加圧することにより、金属板同士を互いに摩擦熱で軟化させて固相接合させるようになっている。   Conventionally, point joining by friction stirring is known as one method for joining superposed metal plates to each other. For this joining, a processing tool having a rod-shaped tool body and a pin projecting on the axial center of one end in the longitudinal direction of the tool body is used. The concave surface gradually decreases in diameter as it goes to the other end side in the direction. And while rotating the said processing tool around the axis center of a tool main body, it moves so that the pin side may be pushed in on the piled metal plate, and the metal plate is pressed by friction heat mutually. Softened and solid-phase bonded.

ところで、摩擦攪拌点接合により形成される接合部の品質を安定させるために、加工ツールの形状を適切に管理することが必要である。例えば、特許文献1では、接合作業前において、基準となる部材に加工ツールのピンを接触させて加工ツールの位置を検出し、当該検出位置と予め記憶された加工ツールの基準位置とを比較することでピンの磨耗状態を知るようになっている。   By the way, in order to stabilize the quality of the joint formed by the friction stir spot welding, it is necessary to appropriately manage the shape of the processing tool. For example, in Patent Document 1, before a joining operation, a pin of a processing tool is brought into contact with a reference member to detect the position of the processing tool, and the detected position is compared with a reference position of a processing tool stored in advance. By doing so, the wear state of the pin is known.

特開2002−292478号公報(段落0075〜0077欄、図16)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-292478 (paragraphs 0075 to 0077, FIG. 16)

しかし、特許文献1では、接合の前に加工ツールのピンを基準となる部材に接触させる必要があるので、基準となる部材に対するピンの接触動作の時間だけ生産効率を下げてしまう。   However, in Patent Document 1, since it is necessary to bring the pins of the processing tool into contact with the reference member before joining, the production efficiency is lowered by the time of the contact operation of the pins with respect to the reference member.

また、加工ツールのツール本体に形成された凹状面は、磨耗により形状が大きく変わると接合部の品質が不安定になるので、その磨耗状態を管理する必要があるが、このことに対し、特許文献1の装置では、何ら対策が講じられていない。   In addition, the concave surface formed on the tool body of the processing tool must be controlled because the quality of the joint becomes unstable if the shape changes greatly due to wear. No measures are taken in the apparatus of Document 1.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産効率を下げることなく接合部の品質に影響を及ぼす加工ツールの形状の管理を行うことができる摩擦攪拌点接合装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a friction stirrer capable of managing the shape of a processing tool that affects the quality of a joint without lowering the production efficiency. It is in providing a point joining apparatus.

上記の目的を達成するために、本発明は、接合時における加工ツールに加わる負荷の波形を取得し、当該波形を基準の波形と比較することで加工ツールの磨耗状態を知るようにしたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention acquires the waveform of the load applied to the processing tool at the time of joining, and compares the waveform with a reference waveform to know the wear state of the processing tool. Features.

すなわち、発明では、棒状のツール本体及び該ツール本体の長手方向一端の軸心上に突設されたピンを有し、上記ツール本体の上記ピン側の端面が上記ツール本体の長手方向他端側に行くにつれて次第に縮径する凹状面である加工ツールと、上記ツール本体の軸心周りに回転可能に、且つ、少なくとも2枚以上重ね合わせた被接合材に向かって上記ツール本体の軸心方向に移動可能に上記加工ツールを保持するツール回転移動手段と、該ツール回転移動手段に接続され、当該ツール回転移動手段を制御して上記加工ツールを回転させるとともに、上記一方側の被接合材に上記加工ツールのピン側を押し込むように移動させて当該被接合材を加圧することにより、上記被接合材同士を摩擦熱で軟化させて固相接合させる制御手段とを備え、上記ツール回転移動手段には、上記加工ツールを上記被接合材に加圧する際、上記加工ツールに加わる負荷を検出する負荷検出手段が設けられ、上記制御手段は、接合の際に上記加工ツールに対して加わる負荷の基準波形y=f(t)(tは接合時間)を予め記憶するとともに、当該基準波形y=f(t)と上記負荷検出手段により得られた負荷の波形y=g(t)(tは接合時間)とを比較し、接合開始から接合終了までの時間Tのうちの連続する所定の区間Sにおいてg(t)≦f(t)の場合、上記加工ツールの形状を正常と判定する一方、所定の区間Sにおいてg(t)>f(t)の場合、上記加工ツールの形状を異常と判定し、さらに上記制御手段は、上記加工ツールに加わる負荷の基準値F1,F2(F1<F2)及び接合開始から上記ツール本体の凹状面が上記被接合材に接触するまでの基準時間t1(0<t1<T)を予め記憶し、0<t<t1のうちの連続する所定の区間S1においてg(t)≧F1の場合、上記ピンの形状の異常と判定する一方、0<t<t1の所定の区間S1においてg(t)<F1であるとともに、t1<tのうちの連続する所定の区間S2においてg(t)≧F2の場合、上記ツール本体の形状の異常と判定することを特徴とする。 That is, in the present invention, a rod-shaped tool body and a pin projecting on the axial center of one end in the longitudinal direction of the tool body are provided, and the end surface on the pin side of the tool body is the other end in the longitudinal direction of the tool body. A processing tool that is a concave surface that gradually decreases in diameter as it goes to the side, and a direction of an axis of the tool main body that is rotatable around the axis of the tool main body and that overlaps at least two pieces to be joined A tool rotating / moving means for holding the processing tool movably, and connected to the tool rotating / moving means, and the tool rotating / moving means is controlled to rotate the processing tool. A control means for softening the materials to be joined together by frictional heat by moving the pin side of the processing tool so as to push in and pressurizing the materials to be joined. The tool rotation moving means is provided with a load detecting means for detecting a load applied to the processing tool when the processing tool is pressed against the workpiece, and the control means applies to the processing tool at the time of joining. The reference waveform y = f (t) (t is the junction time) stored in advance is stored in advance, and the reference waveform y = f (t) and the load waveform y = g (t ) (T is the joining time), and when g (t) ≦ f (t) in a predetermined continuous section S of the time T from joining start to joining end, the shape of the processing tool is normal. On the other hand, if g (t)> f (t) in the predetermined section S, the shape of the processing tool is determined to be abnormal, and the control means further applies a reference value F1, a load applied to the processing tool. F2 (F1 <F2) and joining start? A reference time t1 (0 <t1 <T) until the concave surface of the tool body comes into contact with the workpiece is stored in advance, and g (t) in a predetermined continuous section S1 of 0 <t <t1. When ≧ F1, it is determined that the pin shape is abnormal. On the other hand, g (t) <F1 in a predetermined section S1 of 0 <t <t1, and in a predetermined predetermined section S2 of t1 <t. When g (t) ≧ F2, it is determined that the shape of the tool body is abnormal.

発明では、接合時の加工ツールに加わる負荷の値に基づいて加工ツールの形状が把握できるようになるので、接合に係る時間以外に加工ツールの形状を把握する時間を設ける必要がなく、生産効率を下げずに加工ツールの形状についての管理を行うことができる。 In the present invention, since the shape of the machining tool can be grasped based on the value of the load applied to the machining tool at the time of joining, it is not necessary to provide time for grasping the shape of the machining tool in addition to the time relating to joining. The shape of the processing tool can be managed without reducing the efficiency.

また、本発明では、接合の際に、加工ツールの異常がピンの形状によるものか、或いは、ツール本体の凹状面の形状によるものかが分かるようになるので、例えば、作業者が接合作業後に加工ツールの形状を目視評価する必要がなく、生産効率を下げずに加工ツールにおける形状の異常について定量的な評価を行うことができる。 In the present invention, when joining, it becomes possible to know whether the abnormality of the processing tool is due to the shape of the pin or the shape of the concave surface of the tool body. There is no need to visually evaluate the shape of the processing tool, and it is possible to quantitatively evaluate the shape abnormality in the processing tool without lowering the production efficiency.

本発明の実施形態に係る摩擦攪拌点接合装置の構成図である。It is a lineblock diagram of a friction stir spot welding device concerning an embodiment of the present invention. 重ね合わせたプレス部品を接合する手順において、加工ツールがプレス部品に接触する直前の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state just before a processing tool contacts a press part in the procedure which joins the overlapped press part. 重ね合わせたプレス部品を接合する手順において、加工ツールがプレス部品に接触した直後の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state immediately after the processing tool contacts the press part in the procedure of joining the stacked press parts. 重ね合わせたプレス部品を接合する手順において、加工ツールをプレス部品に押し込んでいる状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has pushed the processing tool into the press part in the procedure of joining the superimposed press part. 重ね合わせたプレス部品を接合する手順において、加工ツールをプレス部品から離間させる直前の状態を示す図である。It is a figure which shows the state just before separating a processing tool from a press part in the procedure of joining the superimposed press part. 本発明の摩擦攪拌点接合装置で接合を実施した際の経過時間と加工ツールに加わる負荷との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the elapsed time at the time of implementing joining with the friction stir spot welding apparatus of this invention, and the load added to a processing tool.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature.

図1は、本発明の実施形態に係る摩擦攪拌点接合装置1を示す。該摩擦攪拌点接合装置1は、自動車の生産ラインで複数の板状プレス部品13(被接合材)を摩擦攪拌による点接合で組み立てるのに用いられるものであり、装置本体2(ツール回転加圧手段)を備えている。   FIG. 1 shows a friction stir spot welding device 1 according to an embodiment of the present invention. The friction stir spot welding device 1 is used for assembling a plurality of plate-like press parts 13 (materials to be joined) by spot welding by friction stirring in an automobile production line. Means).

該装置本体2は、上下に延びるケース3を備え、該ケース3の上端は、ブラケットBkを介して装置固定側Rに締結されている。   The apparatus main body 2 includes a case 3 extending vertically, and the upper end of the case 3 is fastened to the apparatus fixing side R via a bracket Bk.

上記ケース3内部には、回転軸心を上下方向に向けたボールナット4が回転可能に設けられ、該ボールナット4には、上記ケース3内部を上下に貫通するボールネジ5が螺合している。   A ball nut 4 having a rotation axis oriented in the vertical direction is rotatably provided inside the case 3, and a ball screw 5 passing through the case 3 in the vertical direction is screwed to the ball nut 4. .

また、上記ボールネジ5の下端には、回転軸心が上下方向に向く駆動モータ(図示せず)を有するツール保持具6が取り付けられ、該ツール保持具6の内部には、ロードセル6a(負荷検出手段)が内蔵されている。   A tool holder 6 having a drive motor (not shown) whose rotation axis is directed in the vertical direction is attached to the lower end of the ball screw 5, and a load cell 6 a (load detection) is installed inside the tool holder 6. Means) is built-in.

上記ケース3上部の側面には、上下方向に延びる出力軸8aを有するサーボモータ制御の電動機8が取り付けられ、該電動機8内部には、当該電動機8の出力トルク及び出力軸8aの回転角度を検出可能なエンコーダ8bが設けられている。   A servo motor-controlled motor 8 having an output shaft 8a extending in the vertical direction is attached to the upper side surface of the case 3, and the output torque of the motor 8 and the rotation angle of the output shaft 8a are detected inside the motor 8. A possible encoder 8b is provided.

上記出力軸8a及び上記ボールナット4の下端には、ゴム製ベルト9が図示しないプーリを介して掛け渡され、上記電動機8が正逆回転駆動すると、その回転トルクが上記ベルト9を介してボールナット4に伝わることにより、該ボールナット4が正転・逆転し、それに伴って上記ボールネジ5が上下方向に螺進・螺退するようになっている。   A rubber belt 9 is stretched over the output shaft 8a and the lower end of the ball nut 4 via a pulley (not shown), and when the electric motor 8 is driven to rotate in the forward and reverse directions, the rotational torque is applied to the ball via the belt 9. By being transmitted to the nut 4, the ball nut 4 is rotated forward and backward, and the ball screw 5 is screwed up and down in the vertical direction accordingly.

上記ツール保持具6は、図示しないチャック部によって加工ツール7を着脱可能に保持するようになっている。   The tool holder 6 detachably holds the processing tool 7 by a chuck portion (not shown).

該加工ツール7は、図2乃至図5に示すように、上下方向に延びる棒状のツール本体7aと、該ツール本体7aの下端(長手方向一端)の軸心上に突設されたピン7bとを備え、上記ツール本体7aの下側(ピン7b側)端面は、上記ツール本体7aの上端側(長手方向他端側)に行くにつれて次第に縮径する凹状面7cとなっている。   As shown in FIGS. 2 to 5, the processing tool 7 includes a bar-shaped tool body 7a extending in the vertical direction, and a pin 7b projecting on the axis of the lower end (one longitudinal end) of the tool body 7a. The lower end (pin 7b side) end surface of the tool body 7a is a concave surface 7c that gradually decreases in diameter toward the upper end side (the other end in the longitudinal direction) of the tool body 7a.

そして、上記加工ツール7は、上記ツール保持具6に保持された状態でツール本体7aの軸心がツール保持具6の駆動モータの上下方向に向く回転軸心Cと一致するようになっていて、当該駆動モータの回転により、上記回転軸心C周りに回転するようになっている。   The machining tool 7 is configured such that the axis of the tool body 7 a coincides with the rotational axis C of the tool holder 6 that faces the vertical direction of the drive motor when held by the tool holder 6. The rotation of the drive motor rotates about the rotation axis C.

また、上記加工ツール7は、上記ボールネジ5による上下方向の螺進・螺退動作により、上記ツール本体7aの軸心方向に移動可能となっている。   Further, the machining tool 7 is movable in the axial direction of the tool body 7 a by the vertical screwing / retracting operation of the ball screw 5.

上記装置本体2の下方には、図1に示すように、上記プレス部品13を水平方向に延びる姿勢で保持可能なクランプ治具11が水平方向に離間して一対配置されている。   As shown in FIG. 1, a pair of clamp jigs 11 that can hold the press part 13 in a posture extending in the horizontal direction are spaced apart in the horizontal direction below the apparatus main body 2.

該両クランプ治具11の間で、且つ、上記加工ツール7の直下には、直方体形状の支持ブロック12が配置され、当該支持ブロック12上において上記各クランプ治具11によって保持されたプレス部品13が重なるようになっている。   A rectangular parallelepiped support block 12 is disposed between the clamp jigs 11 and immediately below the processing tool 7, and the pressed parts 13 held by the clamp jigs 11 on the support block 12. Are supposed to overlap.

上記装置本体2には、当該装置本体2を制御する制御盤10(制御手段)が接続されている。   A control panel 10 (control means) for controlling the apparatus main body 2 is connected to the apparatus main body 2.

該制御盤10は、図2乃至図5に示すように、上記ツール保持具6に回転開始信号を出力して上記加工ツール7を回転させるとともに、上記電動機8に正回転開始信号を出力して上記加工ツール7を両プレス部品13の重合部分に向かって移動させて上側のプレス部品13に加工ツール7のピン7b側を押し込んで上記プレス部品13を加圧することにより、当該プレス部品13同士を摩擦熱で軟化させて固相接合させるようになっている。その際、上記ロードセル6aは、上記加工ツール7に加わる負荷を検出するようになっている。   As shown in FIGS. 2 to 5, the control panel 10 outputs a rotation start signal to the tool holder 6 to rotate the processing tool 7 and outputs a positive rotation start signal to the electric motor 8. By moving the processing tool 7 toward the overlapping part of the press parts 13 and pressing the pin 7b side of the processing tool 7 into the upper press part 13 to pressurize the press parts 13, the press parts 13 are brought together. It is softened by frictional heat and solid-phase bonded. At that time, the load cell 6 a detects a load applied to the processing tool 7.

また、上記制御盤10は、図6に示すように、接合の際に上記加工ツール7に対して加わる負荷の基準波形Db:y=f(t)(tは接合時間)を予め記憶するとともに、当該基準波形Db:y=f(t)と上記ロードセル6aにより得られた負荷の波形D:y=g(t)(tは接合時間)とを比較し、接合開始から接合終了までの時間Tのうちの連続する所定の区間Sにおいてg(t)≦f(t)の場合、上記加工ツール7の形状を正常と判定する一方、所定の区間Sにおいてg(t)>f(t)の場合、上記加工ツール7の形状を異常と判定するようになっている。   Further, as shown in FIG. 6, the control panel 10 stores in advance a reference waveform Db: y = f (t) (t is a joining time) of a load applied to the processing tool 7 during joining. The reference waveform Db: y = f (t) is compared with the load waveform D: y = g (t) obtained by the load cell 6a (t is the bonding time), and the time from the start of bonding to the end of bonding When g (t) ≦ f (t) in a predetermined continuous section S of T, the shape of the machining tool 7 is determined to be normal, while g (t)> f (t) in the predetermined section S. In this case, the shape of the processing tool 7 is determined to be abnormal.

さらに、上記制御盤10は、上記加工ツール7に加わる負荷の基準値F1,F2(F1<F2)、及び、接合開始から上記ツール本体7aの凹状面7cが上記プレス部品13に接触するまでの基準時間t1(0<t1<T)を予め記憶しており、0<t<t1のうちの連続する所定の区間S1においてg(t)≧F1の場合、上記ピン7bの形状の異常と判定する一方、0<t<t1の所定の区間S1においてg(t)<F1であるとともに、t1<tのうちの連続する所定の区間S2においてg(t)≧F2の場合、上記ツール本体7aの形状の異常と判定するようになっている。   Further, the control panel 10 includes reference values F1 and F2 (F1 <F2) of loads applied to the processing tool 7 and from the start of joining until the concave surface 7c of the tool body 7a comes into contact with the press part 13. Reference time t1 (0 <t1 <T) is stored in advance, and when g (t) ≧ F1 in a predetermined continuous section S1 of 0 <t <t1, it is determined that the shape of the pin 7b is abnormal. On the other hand, if g (t) <F1 in a predetermined section S1 of 0 <t <t1 and g (t) ≧ F2 in a predetermined predetermined section S2 of t1 <t, the tool body 7a It is determined that the shape is abnormal.

次に、重ね合わせたプレス部品13を上記摩擦攪拌点接合装置1で接合する方法について説明する。   Next, a method of joining the stacked press parts 13 with the friction stir spot welding device 1 will be described.

まず、図1に示すように、2枚のプレス部品13が上記支持ブロック12上で重なるように各プレス部品13を各クランプ治具11に把持させる。   First, as shown in FIG. 1, each press part 13 is gripped by each clamp jig 11 so that the two press parts 13 overlap on the support block 12.

次に、作業者は、制御盤10に設けられた図示しない接合開始ボタンを押す。すると、制御盤10は、ツール保持具6に回転開始信号を出力するとともに電動機8に正回転開始信号を出力し、それらの信号に基づいて、図2に示すように、上記ツール保持具6が上記加工ツール7を回転軸心C周りに回転させるとともに、上記ベルト9及びボールナット4を介してボールネジ5が下方に移動することにより上記加工ツール7が予め決められた所定の基準位置から下方に移動する。   Next, the operator presses a joining start button (not shown) provided on the control panel 10. Then, the control panel 10 outputs a rotation start signal to the tool holder 6 and outputs a forward rotation start signal to the electric motor 8, and based on those signals, as shown in FIG. The processing tool 7 is rotated about the rotation axis C, and the ball screw 5 is moved downward via the belt 9 and the ball nut 4 so that the processing tool 7 is moved downward from a predetermined reference position. Moving.

しかる後、図3に示すように、ピン7bの突出端が上側のプレス部品13に接触する。すると、上側のプレス部品13が摩擦熱により加熱され始めるとともに、加工ツール7に加わる負荷の値がロードセル6aによって検出され始める。   Thereafter, as shown in FIG. 3, the protruding end of the pin 7 b comes into contact with the upper press part 13. Then, the upper press part 13 starts to be heated by frictional heat, and the load value applied to the processing tool 7 starts to be detected by the load cell 6a.

その後、加工ツール7がさらに下方に移動すると、図4に示すように、ピン7bが摩擦熱により軟化した軟化金属部分13aに入り込むとともに、ツール本体7aの凹状面7c周縁が上側のプレス部品13に接触する(図6のP地点)。   Thereafter, when the processing tool 7 further moves downward, as shown in FIG. 4, the pin 7b enters the softened metal portion 13a softened by the frictional heat, and the peripheral edge of the concave surface 7c of the tool body 7a moves to the upper press part 13. Touch (point P in FIG. 6).

さらに、加工ツール7が下方に移動した後、所定のタイミングで制御盤10が電動機8に回転停止信号を出力し、その信号に基づいて電動機8が出力軸8aの回転を停止させることで加工ツール7の下方への移動を停止させる。   Further, after the processing tool 7 moves downward, the control panel 10 outputs a rotation stop signal to the electric motor 8 at a predetermined timing, and the electric motor 8 stops the rotation of the output shaft 8a based on the signal, thereby the processing tool. The downward movement of 7 is stopped.

そして、両プレス部品13に対して加工ツール7を所定の加圧力で押し込んだ状態で所定時間維持させる。すると、図5に示すように、軟化金属部分13aが固化して接合部13bとなる。   Then, the processing tool 7 is pressed into the pressed parts 13 with a predetermined pressure and maintained for a predetermined time. Then, as shown in FIG. 5, the softened metal portion 13a is solidified to form a joint portion 13b.

接合開始からT時間経過すると、制御盤10は電動機8に逆回転開始信号を出力する。すると、上記電動機8は出力軸8aを逆回転させて加工ツール7を所定の基準位置まで上方に移動させる。   When T time has elapsed from the start of joining, the control panel 10 outputs a reverse rotation start signal to the electric motor 8. Then, the electric motor 8 reversely rotates the output shaft 8a to move the machining tool 7 upward to a predetermined reference position.

そして、加工ツール7が所定の基準位置まで移動すると、制御盤10はツール保持具6に回転停止信号を出力し、これにより、上記加工ツール7の回転が停止して、接合作業が終了する。   When the processing tool 7 moves to a predetermined reference position, the control panel 10 outputs a rotation stop signal to the tool holder 6, whereby the rotation of the processing tool 7 is stopped and the joining operation is completed.

図6は、横軸を接合時における経過時間、縦軸を加工ツール7に加わる負荷としたグラフである。Dbは、基準寸法の加工ツール7で取得した基準波形y=f(t)を示し、D1は、ピン7bに破損が生じている加工ツール7で取得した波形y=g(t)を示し、D2は、ピン7bが正常な状態で、且つ、凹状面7cが磨耗している加工ツール7で取得した波形y=g(t)データを示す。尚、時間t1は、基準寸法の加工ツール7で接合する際にピン7bの突出端がプレス部品13に接触してから凹状面7cの外周縁がプレス部品13に接触するまでの時間である。   FIG. 6 is a graph in which the horizontal axis represents the elapsed time during welding and the vertical axis represents the load applied to the machining tool 7. Db indicates a reference waveform y = f (t) acquired by the processing tool 7 having a reference dimension, D1 indicates a waveform y = g (t) acquired by the processing tool 7 in which the pin 7b is damaged, D2 indicates waveform y = g (t) data acquired by the processing tool 7 in which the pin 7b is in a normal state and the concave surface 7c is worn. The time t1 is a time from when the projecting end of the pin 7b comes into contact with the press part 13 to join the outer peripheral edge of the concave surface 7c with the press part 13 when joining with the processing tool 7 having a reference dimension.

D1の波形に示されるように、ピン7bに破損が生じていると、Dbの波形に比べて接合開始直後から加工ツール7に大きな負荷がかかることが分かり、さらに、ピン7bの突出端がプレス部品13に接触してから凹状面7cの外周縁がプレス部品13に接触するまでの時間もt1より短くなることが分かる。このように、ピン7bが破損していると基準波形f(t)に対して波形g(t)の値が高くなる傾向があるので、本発明では、経過時間T内の所定の区間Sにおいてg(t)>f(t)の場合、上記加工ツール7の形状が異常と判定するようにしている。   As shown in the waveform of D1, if the pin 7b is damaged, it can be seen that a larger load is applied to the processing tool 7 immediately after the start of bonding than the waveform of Db, and the protruding end of the pin 7b is pressed. It can be seen that the time from the contact with the part 13 to the contact of the outer peripheral edge of the concave surface 7c with the pressed part 13 is also shorter than t1. Thus, since the value of the waveform g (t) tends to be higher than the reference waveform f (t) when the pin 7b is broken, in the present invention, in the predetermined section S within the elapsed time T. When g (t)> f (t), it is determined that the shape of the processing tool 7 is abnormal.

また、ピン7bに破損が生じている場合、0<t<t1の経過時間において基準波形f(t)に対して波形g(t)の値が高くなる傾向であるので、本発明では、予め設定しておいた加工ツール7に加わる負荷の基準値F1よりも0<t<t1の所定の区間S1においてg(t)≧F1の場合、上記ピン7bの形状が異常と判定するようにしている。   When the pin 7b is damaged, the value of the waveform g (t) tends to be higher than the reference waveform f (t) at the elapsed time of 0 <t <t1. If g (t) ≧ F1 in a predetermined section S1 where 0 <t <t1 than the set reference value F1 of the load applied to the processing tool 7, the shape of the pin 7b is determined to be abnormal. Yes.

また、D2の波形に示されるように、ピン7bが正常な状態で、且つ、凹状面7cが磨耗している場合、ピン7bの突出端がプレス部品13に接触してから凹状面7cの外周縁がプレス部品13に接触する直前までは基準波形f(t)に対して波形g(t)の値に差が生じない。しかし、t≧t1の経過時間において基準波形f(t)に対して波形g(t)の値が高くなる傾向であるので、本発明では、予め設定しておいた加工ツール7に加わる負荷の基準値F1よりも0<t<t1の所定の区間S1においてg(t)<F1であるとともに、予め設定しておいた加工ツール7に加わる負荷の基準値F2(F2>F1とする)よりもt≧t1の所定の区間S2においてg(t)≧F2の場合、ツール本体7aの形状が異常と判定するようにしている。   In addition, as shown in the waveform of D2, when the pin 7b is in a normal state and the concave surface 7c is worn, the protruding end of the pin 7b comes into contact with the pressed part 13 and then the outside of the concave surface 7c. There is no difference in the value of the waveform g (t) with respect to the reference waveform f (t) until immediately before the peripheral edge contacts the pressed part 13. However, since the value of the waveform g (t) tends to be higher than the reference waveform f (t) in the elapsed time of t ≧ t1, in the present invention, the load applied to the processing tool 7 set in advance is set. G (t) <F1 in a predetermined section S1 where 0 <t <t1 from the reference value F1, and a reference value F2 of the load applied to the machining tool 7 set in advance (assuming F2> F1). In addition, when g (t) ≧ F2 in a predetermined section S2 where t ≧ t1, the shape of the tool body 7a is determined to be abnormal.

このように、本発明の実施形態では、接合時の加工ツール7に加わる負荷の値に基づいて加工ツール7の形状が把握できるようになるので、接合に係る時間以外に加工ツール7の形状を把握する時間を設ける必要がなく、生産効率を下げずに加工ツール7の形状についての管理を行うことができる。   As described above, in the embodiment of the present invention, the shape of the processing tool 7 can be grasped based on the value of the load applied to the processing tool 7 at the time of joining. It is not necessary to provide time for grasping, and the shape of the processing tool 7 can be managed without reducing the production efficiency.

また、接合の際に、加工ツール7の異常がピン7bの形状によるものか、或いは、ツール本体7aの凹状面7cの形状によるものかが分かるようになるので、例えば、作業者が接合作業後に加工ツール7の形状を目視評価する必要がなく、生産効率を下げずに加工ツール7における形状の異常について定量的な評価を行うことができる。   Moreover, since it becomes possible to know whether the abnormality of the processing tool 7 is due to the shape of the pin 7b or the shape of the concave surface 7c of the tool main body 7a at the time of joining, It is not necessary to visually evaluate the shape of the processing tool 7, and quantitative evaluation can be performed on the shape abnormality in the processing tool 7 without reducing the production efficiency.

尚、本発明の実施形態で用いている基準波形y=f(t)は、基準寸法の加工ツール7を用いて接合作業を1回行った際のデータを用いてもよいし、接合作業を複数回行った際の平均データを用いてもよい。   In addition, the reference waveform y = f (t) used in the embodiment of the present invention may use data obtained when the joining work is performed once by using the processing tool 7 of the reference dimension, or the joining work may be performed. You may use the average data at the time of performing several times.

また、本発明の実施形態では、加工ツール7に加わる負荷をロードセル6で取得しているが、これに限らず、電動機8のエンコーダ8bで得られるトルク値を加工ツール7に加わる負荷として代用してもよい。   In the embodiment of the present invention, the load applied to the machining tool 7 is acquired by the load cell 6, but not limited to this, the torque value obtained by the encoder 8 b of the electric motor 8 is substituted as the load applied to the machining tool 7. May be.

本発明は、重ね合わせた金属板同士を摩擦攪拌により点接合する摩擦攪拌点接合装置に適している。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a friction stir spot welding device that spot welds stacked metal plates by friction stirring.

1 摩擦攪拌点接合装置
2 装置本体(ツール回転移動手段)
7 加工ツール
7a ツール本体
7b ピン
7c 凹状面
10 制御盤(接合手段)
13 プレス部品(被接合材)
1 Friction stir spot welding device 2 Device body (tool rotation moving means)
7 Processing tool 7a Tool body 7b Pin 7c Concave surface 10 Control panel (joining means)
13 Press parts (materials to be joined)

Claims (1)

棒状のツール本体及び該ツール本体の長手方向一端の軸心上に突設されたピンを有し、上記ツール本体の上記ピン側の端面が上記ツール本体の長手方向他端側に行くにつれて次第に縮径する凹状面である加工ツールと、
上記ツール本体の軸心周りに回転可能に、且つ、少なくとも2枚以上重ね合わせた被接合材に向かって上記ツール本体の軸心方向に移動可能に上記加工ツールを保持するツール回転移動手段と、
該ツール回転移動手段に接続され、当該ツール回転移動手段を制御して上記加工ツールを回転させるとともに、上記一方側の被接合材に上記加工ツールのピン側を押し込むように移動させて当該被接合材を加圧することにより、上記被接合材同士を摩擦熱で軟化させて固相接合させる制御手段とを備え、
上記ツール回転移動手段には、上記加工ツールを上記被接合材に加圧する際、上記加工ツールに加わる負荷を検出する負荷検出手段が設けられ、
上記制御手段は、接合の際に上記加工ツールに対して加わる負荷の基準波形y=f(t)(tは接合時間)を予め記憶するとともに、当該基準波形y=f(t)と上記負荷検出手段により得られた負荷の波形y=g(t)(tは接合時間)とを比較し、接合開始から接合終了までの時間Tのうちの連続する所定の区間Sにおいてg(t)≦f(t)の場合、上記加工ツールの形状を正常と判定する一方、所定の区間Sにおいてg(t)>f(t)の場合、上記加工ツールの形状を異常と判定し、
さらに上記制御手段は、上記加工ツールに加わる負荷の基準値F1,F2(F1<F2)及び接合開始から上記ツール本体の凹状面が上記被接合材に接触するまでの基準時間t1(0<t1<T)を予め記憶し、0<t<t1のうちの連続する所定の区間S1においてg(t)≧F1の場合、上記ピンの形状の異常と判定する一方、0<t<t1の所定の区間S1においてg(t)<F1であるとともに、t1<tのうちの連続する所定の区間S2においてg(t)≧F2の場合、上記ツール本体の形状の異常と判定することを特徴とする摩擦攪拌点接合用装置。
It has a rod-shaped tool body and a pin projecting on the axial center of one end of the tool body in the longitudinal direction, and the end surface on the pin side of the tool body gradually shrinks as it goes to the other end side in the longitudinal direction of the tool body. A machining tool that is a concave surface to be radiated,
A tool rotation moving means for holding the processing tool so as to be rotatable around the axis of the tool body and movable in the axial direction of the tool body toward a material to be joined that is overlapped by at least two sheets;
Connected to the tool rotation moving means, controls the tool rotation moving means to rotate the machining tool, and moves the pin to be bonded to the material to be bonded to the one side to be bonded. A control means for softening the materials to be joined together by frictional heat by pressurizing the material, and solid-phase joining;
The tool rotation moving means is provided with a load detection means for detecting a load applied to the processing tool when the processing tool is pressed against the workpiece.
The control means stores in advance a reference waveform y = f (t) (t is a joining time) of a load applied to the processing tool during joining, and the reference waveform y = f (t) and the load The load waveform y = g (t) (t is the joining time) obtained by the detecting means is compared, and g (t) ≦ in a predetermined continuous section S of the time T from the joining start to the joining end. In the case of f (t), the shape of the processing tool is determined to be normal, while in the predetermined section S, the shape of the processing tool is determined to be abnormal when g (t)> f (t) ,
Further, the control means includes reference values F1 and F2 (F1 <F2) of loads applied to the processing tool and a reference time t1 (0 <t1) from the start of joining until the concave surface of the tool body comes into contact with the workpiece. <T) is stored in advance, and when g (t) ≧ F1 in a predetermined continuous section S1 of 0 <t <t1, it is determined that the pin shape is abnormal, while 0 <t <t1 When g (t) <F1 in the section S1 and g (t) ≧ F2 in a predetermined continuous section S2 of t1 <t, it is determined that the shape of the tool body is abnormal. A friction stir spot welding device.
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