KR100619615B1 - 마찰교반용접 작업을 행하는 시스템 및 연관된마찰교반용접(ｆｓｗ) 어셈블리, 콘트롤러 및 방법 - Google Patents

마찰교반용접 작업을 행하는 시스템 및 연관된마찰교반용접(ｆｓｗ) 어셈블리, 콘트롤러 및 방법

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Abstract

마찰교반용접 작업을 행하기 위한 시스템, 연관된 마찰교반용접(FSW) 어셈블리, 콘트롤러 및 방법이 제공된다. 상기 마찰교반용접 시스템은 FSW 공구를 공작물에 대하여 이동시킬 수 있는 엑츄에이터를 포함하는, CNC 머신과 같은 FSW 장치를 포함한다. 또한, 상기 시스템은 상기 엑츄에이터를 구동하여 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는 콘트롤러를 포함한다. 이 점에서, 상기 엑츄에이터는 상기 FSW 공구가 상기 공작물에 마찰교반용접 작업을 행할 수 있도록 구동될 수 있다. 상기 콘트롤러는 상기 엑츄에이터의 토크를 모니터링하여, 상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 엑츄에이터를 구동하기 위하여 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다.

Description

마찰교반용접 작업을 행하는 시스템 및 연관된 마찰교반용접(ＦＳＷ) 어셈블리, 콘트롤러 및 방법 {System and Associated Friction Stir Welding(FSW) Assembly, Controller and Method for Performing a Friction Stir Welding Operation}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 마찰교반용접 작업을 행하는 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, CNC 밀링 머신을 포함하는 마찰교반용접(FSW) 장치의 개략 사시도이다.
도 3A 및 도 3B는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른, 마찰교반용접(FSW) 공구 및 공작물의 개략 사시도 및 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트롤러의 개략 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반용접을 행하는 방법의 여러 단계를 설명하는 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반용접을 행하는 방법의 여러 단계를 설명하는 블록 다이어그램이다.
본 발명은 일반적으로 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)의 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마찰교반용접 작업을 행하는 데 사용되는 장비를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
마찰교반용접은 고체 상태에 있는 2개의 공작물을 연결하는 위하여 회전 공구를 사용하는 비교적 새로운 공정이다. 예컨대, 그러한 공정은 Thomas 등의 미국특허 제5,460,317호에 기술되어 있는 데, 그 내용은 참조로서 모두 여기에 포함되어 있다. 2개의 공작물을 연결하거나, 또는 단일 공작물에 있는 크랙(crack)을 수리하는 데 마찰교반용접을 사용할 때, 통상적으로, 모니터링되고 제어되어야 할 주요 매개변수의 하나는 상기 공구에 의해 상기 공작물들 또는 상기 공작물에 가해지는 힘이다. 상기 공구에 의해 가해지는 상기 힘의 크기는 상기 공작물의 상기 요구되는 마찰열을 생성하기 위하여 미리 규정된 최소값보다는 높게 유지되어야 한다. 2개의 공작물을 선형으로 연결할 때, 상기 공구는 상기 마찰열을 생성하기 위하여 상기 요구되는 힘을 생성하는 데 필요한 깊이로 상기 마찰교반용접 머신에 의해 통상적으로 집어 넣어진다. 일단 그 힘이 얻어지면, 충분한 힘이 유지되는 지를 확인하기 위하여 상기 힘은 연속적으로 모니터링된다.
마찰교반용접을 행하는 종래의 시스템은 공작물을 적절하게 연결하거나 단일 공작물의 크랙을 수리할 수 있는 반면에, 결함을 가지고 있다. 이 점에서, 상기 종래의 시스템은 통상적으로 마찰교반용접을 행하기 위해, 고가인 전용 머신으로 구성된다. 보다 상세하게는, 상기 공구에 의해 상기 공작물(들)에 가해지는 상기 힘 은 마찰교반용접을 사용할 때 통상적으로 모니터링되고 제어되어야 하는 주요 매개변수 중의 하나이므로, 마찰교반용접을 행하는 종래의 시스템은 통상적으로 그러한 힘을 측정하기 위한 전용 수단을 요구한다. 예컨대, 종래의 시스템은 상기 공구에 의해 상기 공작물(들)에 생성되는 상기 힘을 측정하기 위하여 스트레인 게이지 로드 셀(strain gage load cell), 압전 로드 셀(piezoelectric load cell), 검력계(dynamometer), 공기 로드 셀(pneumatic load cell) 및/또는 수압 로드 셀(hydraulic load cell)과 같은 장치를 요구한다. 이러한 힘 측정용 전용 수단이 없는 경우, 종래의 시스템은 상기 공구에 의해 상기 공작물(들)에 가해지는 상기 힘을 제어하기 위하여 위치 제어용 수단을 요구한다. 보다 상세하게는, 다른 종래의 시스템은 상기 공작물(들)에 대한 상기 공구의 위치를 제어함으로써 적당한 힘이 상기 공구에 의해 행해지고 있다는 추정하는 수단을 요구한다.
이전의 결점에 부가하여, 그러한 종래의 시스템은 마찰교반용접 작업에 전용인 고가의 머신을 통상적으로 포함한다. 이 점에서, 그러한 머신은 마찰교반용접 작업 사이에 상당한 휴지시간(downtime)을 자주 가질 수 있으며, 이것은 제조 효율을 추가적으로 떨어뜨리고, 제조를 위해 사용되는 상기 머신의 적응성을 감소시킨다.
앞서 말한 종래기술에 비추어 볼 때, 본 발명은 마찰교반용접 작업을 행하기 위해, 향상된 시스템, 관련된 마찰교반용접(FSW) 어셈블리, 콘트롤러, 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공구가 공작물의 소재로 집어 넣어지는 깊이, 상기 공구가 용접 경로를 따라 이동하는 속도 및/또는 상기 공구의 회전 속도를 제어하는, 상기 마찰교반용접 공구에 의해 가해지는 힘은 상기 공작물에 대하여 상기 공구의 이동을 제공하는 여러 엑츄에이터(예컨대, 모터)의 토크에 기초하여 간접적으로 제어될 수 있다. 상기 엑츄에이터의 토크를 제어하는 것에 의하여, 본 발명의 실시예는 고가의 전용 장비를 요구함이 없이도 마찰교반용접을 행할 수 있는 것이 유리하다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예는 힘을 측정하기 위한 전용 수단을 소유하지 않고, 오히려 보통의 머신 작동 하에서는 위치 제어 기술을 사용하는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 머신과 같은 FSW 장치를 이용함으로써 상기 공구에 의해 가해지는 힘을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따라, 마찰교반용접 시스템이 제공된다. 상기 마찰교반용접 시스템은 공작물에 대하여 FSW 공구를 이동시킬 수 있는 엑추에이터를 포함하는 마찰교반용접(FSW) 장치를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구를 상기 공작물에 대하여 이동시킥 위하여 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는 콘트롤러를 포함한다. 이 점에서, 상기 엑츄에이터는 상기 FSW 공구가 상기 공작물에 마찰교반용접을 행할 수 있도록 구동될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 콘트롤러는 상기 엑츄에이터의 토크를 모니터링하여 상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 엑츄에이터를 구동하기 위하여 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는 장점이 있다.
보다 상세하게는, 상기 엑츄에이터는 임의의 하나 또는 그 이상의 플런지 엑츄에이터, 적어도 하나의 용접 엑츄에이터 및 스핀들 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 FSW 공구를 플런지 축을 따라 이동시킬 수 있고, 상기 용접 엑츄에이터(들)는 상기 FSW 공구를 용접 경로를 따라 이동시킬 수 있으며, 상기 스핀들 엑츄에이터는 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 회전시킬 수 있다. 따라서, 상기 콘트롤러는 상기 플런지 엑츄에이터의 토크가 플런지 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는, 상기 FSW 공구를 상기 공작물과 더 접촉하는 쪽으로 이동시키기 위해 상기 플런지 엑츄에이터가 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 반대로, 상기 콘트롤러는 상기 플런지 엑츄에이터의 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 범위를 넘어서 증가할 때는, 상기 FSW 공구를 상기 공작물과 덜 접촉하는 쪽으로 이동시키기 위해 상기 플런지 엑츄에이터가 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 그러나, 상기 FSW 공구가 상기 공작물과 너무 깊이 접촉하도록 구동되는 것을 방지하기 위하여, 상기 플런지 엑츄에이터의 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때, 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 토크가 상기 범위 내로 증가하거나, 상기 FSW 공구가 상기 플런지 축을 따른 정해진 거리보다 더 이동되었을 때까지, 상기 FSW 공구를 상기 공작물과 더 접촉하도록 이동시키기 위하여 구동될 수 있다.
추가적으로, 또는 선택적으로, 상기 콘트롤러는 상기 용접 엑츄에이터(들)의 토크가 각각의 용접 토크 설정(들)에 대한 범위 아래로 감소할 때, 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 증가된 속도로 이동시키기 위하여 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 반대로, 상기 콘트롤러는 상기 용접 엑츄에이터(들)의 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때, 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 감소된 속도로 이동시키기 위하여 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 콘트롤러는 추가적으로, 또는 선택적으로, 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때, 상기 FSW 공구를 감소된 회전 속도로 회전시키기 위하여 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 반대로, 상기 콘트롤러는 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크가 상기 스핀들 토크설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때, 상기 FSW 공구를 증가된 회전 속도로 이동시키기 위해 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 마찰교반용접 작업을 행하기 위한 교반용접 어셈블리, 콘트롤러 및 방법이 제공된다.
본 발명을 일반적인 용어로 설명하면서, 반드시 일정한 비례로 도시되지는 않은 첨부된 도면이 지금부터 참조될 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예가 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 보다 충분하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구체화될 수 있으며, 여기에 설명된 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 오히려, 이러한 실시예들은 이러한 개시가 면밀하고도 완전하며, 또한 본 분야에서 숙련된 이들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 명세서 전체를 통틀어 동일 부호는 동일 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에 의하여, 공작물(workpiece)(16)의 마찰교반용접용 시스템(10)을 나타낸다. 일반적으로, 상기 시스템은 FSW 공구(14)를 작동시킬 수 있는 FSW 장치(12)를 포함하는 마찰교반용접 어셈블리를 포함한다. 보다 상세하게는, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 FSW 장치는 상기 FSW 공구가 상기 공작물에 마찰교반용접 작업을 행할 수 있도록 플런지(plunge) 축을 따라 상기 FSW 공구를 이동시키기 위해 구동될 수 있는 플런지 엑츄에이터(actuator)(12A)를 포함할 수 있다. 또한 상기 시스템은 통상적으로 본 발명의 실시예에 따른 상기 FSW 장치의 작동을 제어할 수 있는 콘트롤러(controller)(18)를 포함한다. 인지되는 바와 같이, 종래의 마찰교반용접 시스템에서는, 전용 FSW 장치 및 공구가 힘 제어 기술(force control technique)을 따른 마찰교반용접을 행하기 위하여 사용된다. 아래에 기술되는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 FSW 장치는 복수의 축에 대하여 병진가능한, 종래의 CNC 밀링머신(mill machine)과 같은 종래의 머신을 포함하는 점에서 유리하다. 이러한 점에서, 종래의 전용 FSW 장치에 비하여, 상기 FSW 장치는 상기 FSW 공구를 플런지 축을 따라 상기 공작물에 접촉하도록 이동시킬 수 있는 상기 엑츄에이터의 토크(torque)를 제어함으로써 상기 공작물에 적절한 힘을 가하도록 제어될 수 있다.
상기 FSW 장치(12)는 마찰교반용접을 행하기 위하여 FSW 공구(14)를 작동시킬 수 있는 많은 다양한 장치들 중 어떤 것도 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반용접을 행하기 위하여 FSW 공구를 작동시킬 수 있는 유리한 방식의 FSW 장치 하나를 나타낸다. 이 실시예에 따른 상기 FSW 장치는 일반적으로 복수의 축에 대하여 병진가능하고, 또한 하나 이상의 축을 중심으로 회전가능한 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerically Controlled, CNC) 머신을 포함한다. 예컨대, 상기 FSW 장치는 오하이오(Ohio), 신시내티(Cincinnati)의 밀라크론 주식회사(Milacron Inc.)에 의해 제작된 2-스핀들(spindle), 3축 CNC 머신을 포함할 수 있다. 마찰교반용접을 행할 수 있는 외에도, 상기 FSW 장치는 종래의 CNC 기술에 따라, 구성품, 어셈블리 등을 기계가공하는 데도 사용될 수 있다.
설명된 상기 FSW 장치(12)는 상기 FSW 공구(14)가 장착될 수 있는 공구 파지 스핀들(20)을 수반한다. 여기서, 도 3에 대하여 아래에 보다 충분히 기술되어 있는 바와 같이, 상기 스핀들은 상기 FSW 공구의 적어도 일부를 상기 공작물(16) 내로 집어넣기 위하여 이동될 수 있다. 설명된 실시예에서의 상기 FSW 장치는 3축 수직 CNC 밀링머신을 포함하나, 본 발명은 본 기술분야에서 숙련된 이들에게 인식되는 바와 같이, 수직 CNC 밀링머신에 국한되지 않는다. 알려져 있는 바와 같이, 상기 머신은 주 이동자(prime mover) 및 상기 머신의 주 이동자가 이동될 수 있는 X, Y 및 Z축을 형성하는 복수의 레일(rail) 또는 진로(way)를 포함한다. 상기 주 이동자 및 상기 스핀들의 이동은 모터와 같은 적절한 엑츄에이터에 의해 제공되며, 상기 모든 엑츄에이터는 상기 X, Y 및 Z축을 따른 상기 장치의 이동을 제공하며, 본 발명의 실시예에 따른 상기 머신의 이동 및 자세를 제어한다. 하나의 유리한 실시예에 따르면, 상기 머신의 이동은 상기 콘트롤러에 의해 실행되는 일련의 수치제어(NC) 명령을 프로그램화하여 제어될 수 있고, 상기 콘트롤러에서 상기 명 령은 상기 FSW 장치의 상기 XYZ축에 근거한 수직좌표계에 대하여 정의될 수 있다.
상기 FSW 장치(12)와 마찬가지로, 상기 FSW 공구(14)는 임의의 수의 여러 공구를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 상기 공구 파지 스핀들(도 2 참조)에 장착된 상기 FSW 공구는 말단부에 숄더(shoulder)(22), 및 상기 숄더로부터 외측 중앙으로 연장되는 비소모성 용접 프로브(probe)(24)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 공구는 한 쌍의 플레이트(16A, 16B)를 포함하는 공작물(16)을 용접하기 위하여 본 발명의 일 실시예의 마찰교반용접 기술에 따라 사용될 수 있다. 상기 플레이트는 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 강 등을 포함하여(다만, 이에 국한되지 않음) 다양한 소재로 형성될 수 있다. 비금속 소재, 예컨대 폴리머(polymer) 등과 같은 소재도 상기 시스템(10)을 가지고 용접될 수 있다. 또한, 상기 공작물은 동종 또는 이종 소재로 이루어진 부재, 예컨대, 종래의 융접(fusion welding) 기술에 의해서는 용접불가능하거나 결합에 비경제적인 금속을 포함하여 다양한 금속으로 형성된 플레이트를 포함할 수 있다. 종래의 융접 기술에 의해 결합되었을 때, 용접될 수 없는 소재는 용접 응고 과정 동안에 파괴되기 쉬운 상대적으로 약한 용접을 생성한다. 이러한 소재는 알루미늄 및 일부 알루미늄 합금, 특히 AA 시리즈 2000 및 7000 합금을 포함한다. 마찰교반용접의 사용은 용접불가능한 소재로 형성된 공작물이 확고하게 결합되도록 한다. 마찰교반용접은 또한 용접가능한 소재를 다른 용접가능하거나 용접불가능한 소재에 확고하게 결합시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, 상기 공작물을 형성하는 소재가 경량, 고강도 금속 및 합금으로부터 보다 폭넓게 선택될 수 있으므로, 상기 공작물 및 상기 공작물로부터 형성된 구조물의 전체 중량을 줄이는 것을 용이하게 한다.
도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트(16A, 16B)는, 소망하는 경우 상기 플레이트 사이에 실런트(sealant)가 가해질 수 있지만, 서로 용접될 상기 플레이트의 모서리가 직접 접촉되게 유지되도록 뒷받침 플레이트(backing plate)(26)에 정렬될 수 있다. 설명된 상기 FSW 공구는 뒷받침 플레이트와 함께 작동되지만, 상기 FSW 공구는 본 기술분야에서 숙련된 이들에게 알려져 있는 것과 같은 보빈(bobbin) 형식 FSW 공구를 동등하게 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 간단히 말하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 콘트롤러(18)는 도시된 바와 같이, 상기 회전하는 프로브가 양 플레이트의 소재와 접촉되게 강제되도록, 플런지 축, 통상적으로 상기 Z축을 따른 이동을 제공하는 상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 회전하는 FSW 공구(14)를 상기 플레이트의 경계면과 접촉하도록 이동시키기 위하여 상기 FSW 장치(12)를 제어할 수 있다. 비록 상기 FSW 장치 및 상기 FSW 공구가 일 형식의 마찰교반용접 작업(즉, 맞대기 형식 용접)을 행하는 것으로 여기에 설명되고 기술되어 있지만, 동일한 FSW 장치 및 FSW 공구가 예컨대, 겹치기(lap) 형식 및/또는 점(spot) 형식 용접과 같은 많은 다른 형식의 마찰교반용접 작업 중 임의의 것을 수행하는 데 사용될 수 있다.
상기 FSW 공구(14)의 회전하는 프로브(24)가 상기 플레이트(16A, 16B)의 소재와 접촉하도록 강제될 때, 상기 소재에서의 상기 프로브의 회전 및 상기 소재의 윗면에 대한 상기 숄더(22)의 마찰은 상기 FSW 공구 및 상기 플레이트 경계면 모두에게 많은 양의 마찰열을 발생시킬 수 있다. 그 다음, 상기 열은 응고시에 용접을 형성할 수 있는 소재의 혼합을 야기하면서, 상기 회전하는 프로브 및 숄더 부근에 있는 상기 플레이트 소재를 연하게(soften) 할 수 있다. 상기 FSW 장치(12)는 상기 FSW 공구를 상기 플레이트 사이의 경계면을 따라 길이방향으로 이동시켜, 상기 플레이트 사이의 경계면을 따라 긴 용접을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 FSW 공구가 상기 플레이트 사이의 경계면을 따라 이동할 때, 상기 용접 공구의 숄더는 상기 연하게 된 소재가 플레이트로부터 상방으로 이탈되는 것을 방지하여 상기 소재를 상기 용접 연결부로 강제할 수 있다. 그 다음, 상기 용접이 완성되었을 때, 상기 FSW 장치는 상기 공작물(16)로부터 상기 FSW 공구를 후퇴시킬 수 있다.
상기에 기술된 바와 같이, 상기 시스템(10)은 상기 FSW 장치(12)의 작동을 제어할 수 있는 콘트롤러(18)를 포함한다. 여기서, 상기 콘트롤러는 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 작동을 행할 수 있는 임의의 수의 여러 콘트롤러를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 콘트롤러는 워크스테이션(28) 등에 의해 공통적으로 포함되는 처리 요소(processing element) 및 관련된 메모리 장치를 포함할 수 있다. 상기 처리 요소는 예컨대, 독일 뮌헨의 지멘스 에이지(Siemens AG)에 의해 제조되는 SINUMERIK 840D 모델과 같은 임의의 수의 여러 처리 요소를 포함할 수 있다. 상기 워크스테이션은 본 발명의 실시예에 따라 상기 워크스테이션을 작동시키는 것에 관련된 정보를 표시하기 위한 디스플레이(30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 상기 워크스테이션을 작동시키는 것에 관련된 정보를 플롯하기 위하여 상기 워크스테이션은 프린터(32)를 더 포함할 수 있다.
상기 워크스테이션(28)은 또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 워크스테이션을 작동시키는 것에 관련된 정보를 근거리 또는 원거리로 전송하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 워크스테이션은 정보를 다른 컴퓨터 등에 전송하기 위하여 모뎀(34)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 워크스테이션은 근거리 통신망(Local Area Network, LAN) 및/또는 원거리 통신망(Wide Area Network, WAN)과 같은 통신망에 대한 인터페이스(미도시)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 워크스테이션은 LAN 또는 WAN 등에 정보를 전송하고, LAN 또는 WAN 등으로부터 정보를 수신하도록 구성된 이더넷(Ethernet) 개인용 컴퓨터 메모리 카드 국제 연합(Personal Computer Memory Card International Association, PCMCIA) 카드를 포함할 수 있다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반용접 작업을 행하는 방법에 있어 여러 단계를 설명하고 있는 도 5를 참조한다. 상기 방법은, 상기 스핀들을 구동하여 상기 FSW 장치의 스핀들(20)을 회전시킴으로써 상기 FSW 공구(14)를 회전시키기 위하여 상기 콘트롤러(18)가 상기 FSW 장치(12)를 제어하는 것부터 일반적으로 시작한다. 여기서, 상기 콘트롤러는 통상적으로, 임의의 수의 종래 기술에 따라 결정될 수 있는 일정한 회전 속도를 가지고 상기 스핀들, 결과적으로 상기 FSW 공구를 회전시키기 위하여 상기 FSW를 제어한다. 그 다음, 상기 스핀들이 상기 FSW 공구를 회전시킬 때, 블록 40에 나타난 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 회전하는 프로브(24)가 상기 공작물과 접촉되게 강제되도록, 상기 플런지 축(예커대, Z축)을 따른 이동을 제공하는 상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구를 상기 공작물(16)(예컨대, 플레이트(16A, 16B)의 경계면)에 접촉되게 상기 플런지 축을 따라 이동시키기 위하여 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 도 1에 도시되고, 여기에 설명된 바와 같이, 상기 FSW 공구를 상기 플런지 축을 따라 이동시키는 상기 FSW 장치의 엑츄에이터는 상기 플런지 엑츄에이터(12A)로서 언급될 것이다.
상기 종래기술에서 나타낸 바와 같이, 상기 FSW 공구(12)에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 힘은 통상적으로 마찰교반용접을 사용할 때 모니터링되고 제어되어야 하는 주요 매개변수 중의 하나이다. 여기서, 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 힘은 통상적으로, 상기 FSW 공구의 적당한 부위(예컨대, 프로브(24))가 상기 마찰교반용접 작업을 수행하기에 필요한 깊이로 상기 공작물의 소재에 집어넣어지도록 모니터링되고 제어된다. 그러나 종래의 FSW 시스템에서는, 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해지는 힘을 모니터링하는 것은 통상적으로 그러한 힘을 측정하기 위한 전용 수단을 요구한다. 그리고, 힘을 측정하기 위한 이러한 전용 수단이 없을 경우에는, 상기 종래의 FSW 시스템은 통상적으로 상기 FSW 공구의 상기 적당한 부위가 상기 공작물의 소재로 집어넣어지는 깊이를 제어하기 위하여 상기 공작물에 대한 상기 FSW 공구의 위치를 모니터링한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 상기 콘트롤러(18)는 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크를 조절함으로써 상기 공작물(16)의 소재로 집어넣어지는 상기 FSW 공구의 프로브(24)의 깊이를 제어할 수 있다. 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 제어함으로써, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 장치(12)가 힘 측정용 전용 수단을 포함하도록 요구하지 않고, 또한 상기 FSW 공구의 위치를 모니터링하는 것에 의해 상기 깊이가 제어되도록 요구하지 않으면서, 상기 프로브의 깊이를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 CNC 머신은 하기에 기술되는 바와 같이 힘에 대하여 상호관계를 나타낼 수 있는 토크를 측정할 수 있기 때문에, 상기 FSW 장치로서 유리하게 사용될 수 있다.
상기 마찰교반용접 작업을 수행하기 위하여 필요한 소망하는 깊이로 상기 공작물의 소재 내로 상기 프로브를 집어넣기 위해 요구되는 적절한 토크(여기서는 플런지 토크 설정으로 지칭됨)는 임의의 수의 여러 방법으로 정해질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플런지 토크 세팅은 상기 FSW 공구(14)에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 힘 및 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크 사이의 관계에 근거하여 정해질 수 있다. 상기 힘 및 상기 토크 사이의 관계는 마찰교반용접 작업용 상기 FSW 장치(12)를 교정(calibration)하는 것과 같은, 임의의 수의 방식으로 정해질 수 있다. 예컨대, 상기 FSW 장치는 다수의 플런지 토크 세팅시에, 상기 플런지 엑츄에이터의 토크 및 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 힘을 반복하여 기록하면서(예컨대, 검력계(dynamometer)을 사용하여) 마찰교반용접 작업을 행하기 위하여 상기 FSW 공구를 제어함으로써 교정될 수 있다. 상기 관계는 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 힘 및 상기 플런지 엑츄에이터의 토크 사이에서 정해질 수 있다. 그 다음, 상기 플런지 토크 세팅은 상기 토크 및 상기 힘 사이의 관계에 기초하여, 또한 상기 마찰교반용접 작업을 수행하기 위하여 상기 FSW에 의해 상기 공작물에 가해져야 하는 상기 힘에 기초하여 정해질 수 있으며, 여기서 상기 힘은 임의의 수의 종래 기술에 따라 정해질 수 있다.
상기 플런지 토크 설정이 정해지는 방법에 상관없이, 상기 프로브(24)가 상 기 공작물(16)과 접촉하도록 강제될 때, 상기 콘트롤러(18)은 블록 42에 도시된 바와 같이, 상기 토크가 플런지 토크 설정과 관련된 범위 내인지를 결정하기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 모니터링할 수 있다. 또한, 상기 콘트롤러는 상기 프로브가 상기 공작물의 윗면으로부터 설정 거리(예컨대, 0.050 인치)에 도달할 때 상기 토크를 모니터링하기 시작하는 것과 같이, 상기 프로브가 상기 공작물에 접촉하기 전에 상기 토크를 모니터링할 수 있다. 상기 플런지 토크 설정에 관한 범위는, 상기 FSW 장치(12) 및 상기 FSW 공구(14) 알려진 속성의 강인(robust) 용접을 야기하는 마찰교반용접 작업을 행하는 것을 용이하게 하기 위한 공차 범위와 같은 임의의 수의 여러 범위를 포함할 수 있다. 그러나, 인식되는 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 범위가 0과 동일하도록 정확한 작업을 위해 결정될 수 있으며, 또한 상기 콘트롤러는 상기 토크가 상기 플런지 토크 설정과 동일한 지를 결정하기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 효과적으로 모니터링한다.
인식되는 바와 같이, 상기 콘트롤러(18)는 임의의 수의 여러 방식으로 상기 토크를 모니터링할 수 있다. CNC 머신이 상기 FSW 장치로서 작용하는 일 실시예에 따르면, 예컨대, 상기 콘트롤러는 상기 플런지 엑츄에이터에 가해지는 동력과, 상기 동력 및 상기 플런지 엑츄에이터의 토크 사이의 관계를 모니터링하는 것에 의해 상기 토크를 모니터링한다. 마찬가지로, 상기 콘트롤러는 적절한 NC 명령을 실행하는 것과 같은, 임의의 수의 여러 기술에 따라 상기 토크를 모니터링하도록 지시될 수 있다. 여기서, 상기 콘트롤러가 SINUMERIK 840D 모델 콘트롤러를 포함할 때, 상기 콘트롤러가 상기 플런져 엑츄에이터의 토크를 모니터링하기 시작하는 거리를 규 정하는 "Travel to Fixed Stop"(FXS) 명령을 실행함으로써 상기 토크를 모니터링하도록 지시될 수 있으며, 여기서 상기 거리는 상기 공작물의 표면 또는 상기 공작물 상의 미리 정해진 공간을 정의할 수 있다. 그 후, 상기 콘트롤러에는 상기 플런지 토크 설정을 규정하는 "Fixed Stop Torque"(FXST) 명령이 제공될 수 있다. 본 기술분야에서 숙련된 이들에 의해 인식되듯이, 상기 FXS 명령은 통상적으로 공작물을 클램핑하기 위해 정해진 힘을 생성하기 위한 종래의 작업 동안에 상기 SINUMERIK 840D 모델 콘트롤러에 의해 실행된다. 예컨대, 상기 FSW 장치(14)가 밀라크론 주식회사에 의해 제조된 2-스핀들, 3축 CNC 머신을 포함할 때, 상기 콘트롤러에는 상기 공작물(16) 위로 6.2430 인치의 거리를 규정하는 FXS 명령이 제공될 수 있다. 유사하게, 예컨대, 상기 콘트롤러에는 상기 플런지 축 엑츄에이터의 최대 토크의 29.85%의 토크값을 규정하는 FXST 명령이 제공될 수 있다.
상기 플런지 엑츄에이터(12A)가 특정의 토크를 가지고 구동될 때, 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 플런지 엑츄에이터 토크에 관련된 힘을 가지고 상기 플런지 축을 따라 상기 FSW 공구(14)를 이동시킬 것이다. 그리고, 상기 플런지 엑츄에이터가 상기 FSW 공구를 상기 공작물(16)과 접촉하도록 강제할 때, 상기 FSW 공구 및 상기 공작물 사이의 마찰력은 증가할 것이고, 따라서 상기 요구되는 힘 및 상기 플런지 엑츄에이터의 토크에 의해 제어되는, 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 힘 사이의 차이를 감소시킨다. 따라서, 상기 플런지 엑츄에이터가 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘거나, 또는 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 있는 토크를 가지고 작동하는 상태에서, 상기 FSW 공구의 프로브(24)가 상기 공작 물에 접촉한다고 가정하면, 블록 40 및 42에 도시된 바와 같이, 상기 프로브는 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해지는 상기 힘이, 상기 힘이 상기 마찰교반용접 작업을 수행하기 위하여 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 상기 요구되는 힘과 대략 동일한 포인트(예컨대, 균형점)까지 증가할 때까지 상기 공작물의 소재 내부로 집어넣어질 수 있다. 여기서, 상기 프로브는 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 상기 힘(상기 플런지 엑츄에이터의 토크에 의해 제어됨)이 상기 FSW 공구 및 상기 공작물 사이의 목표 또는 소망하는 힘에 대하여 균형점에 도달하는 깊이와 동일하도록 정해진 것과 같은 소망하는 깊이까지 상기 공작물의 소재 내부로 집어넣어질 수 있다. 있는 그대로, 상기 플런지 엑츄에이터의 토크는 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해지는 소망하는 힘을 달성하기 위하여 모니터링될 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 상기 FSW 공구(14)의 회전하는 프로브(24)가 상기 공작물(16)(예컨대, 플레이트(16A, 16B))의 소재와 소망하는 깊이로 접촉하도록 강제될 때, 상기 소재에서의 상기 프로브의 회전과 상기 소재의 윗면에 대한 상기 숄더(22)의 마찰은 상기 FSW 공구 및 상기 플레이트 경계면 모두에 많은 양의 마찰열을 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 열은 상기 회전하는 프로브 및 상기 숄더의 근방에서 상기 공작물의 소재를 연하게 하여, 응고시, 용접을 형성할 수 있는 소재의 혼합을 야기할 수 있다.
상기 공작물(16)의 특정한 용접 경로를 따른 용접을 형성하기 위하여, 상기 FSW 공구(14)의 프로브(24)가 상기 소망하는 깊이에 도달하고, 상기 발생된 열이 상기 공작물의 소재를 연하게 한 후에, 상기 콘트롤러(18)는 블록 44에 나타난 바 와 같이, 상기 스핀들(20), 결국 상기 FSW 공구(14)를 상기 용접 경로를 따라 이동시키기 위하여, 하나 이상의 상기 용접 경로의 축을 따른 상기 FSW 장치의 이동을 제공하는 하나 이상의 엑츄에이터를 구동하도록 상기 FSW 장치(12)를 제어할 수 있다. 상기 용접 경로를 따른 상기 용접을 형성하기 위하여, 그 다음에, 상기 FSW 공구가 상기 용접 경로의 축 또는 축들을 따라 움직일 때, 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 유지하기 위하여, 상기 콘트롤러는 상기 플런지 엑츄에이터(12A)를 구동하도록 상기 FSW 장치를 계속하여 제어할 수 있다.
상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크를 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 유지하기 위하여, 상기 콘트롤러(18)는 상기 FSW 공구(14)가 상기 용접 경로를 따라 움직일 때, 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 계속하여 모니터링할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 콘트롤러는 블록 46에 나타난 바와 같이, 상기 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 유지되는 지를 정하기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 계속하여 모니터링할 수 있다. 상기 FSW 공구(14)가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때, 만일 상기 콘트롤러(18)에 의해 정해진 것과 같은 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서서 증가한다면, 상기 콘트롤러는 상기 토크를 상기 범위 내로 되돌리기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터를 구동하여 상기 플런지 축을 따라 상기 FSW 공구를 이동시키도록 상기 FSW 장치(12)를 제어할 수 있다. 보다 상세하게는, 블록 48에 나타난 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공구를 이동시켜 상기 공작물(16)과의 접촉상태를 감소시키기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터를 구동하도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 FSW 장치는 상기 공작물로부터 멀어지는 방향으로 상기 FSW 공구를 상기 플런지 축을 따라 이동시키기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터를 구동할 수 있다. 상기 플런지 엑츄에이터는, 상기 콘트롤러가 상기 플런지 엑츄에이터의 토크가 다시 상기 플런지 토크 설정에 관한 상기 범위 내에 존재한다고 결정할 때까지, 접촉이 감소되는 쪽으로 상기 FSW 공구를 계속하여 이동시킬 수 있다.
만일 상기 콘트롤러(18)에 의해 정해진 바와 같이, 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크가 상기 플런지 토크 설정에 관한 상기 범위 아래로 감소한다면, 상기 콘트롤러는 상기 토크를 상기 범위 내로 되돌리기 위해 상기 플런지 축을 따라 상기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터를 구동하도록 상기 FSW 장치(12)를 다시 제어할 수 있다. 여기서, 상기 콘트롤러는 블록 50에 나타난 바와 같이, 상기 FSW 공구를 상기 공작물(16)에 더 접촉되도록 이동시키도록 상기 플런지 엑츄에이터를 구동하기 위하여 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 FSW 장치는 상기 프로브(24)를 상기 공작물의 소재 내부로 더 집어넣도록 상기 FSW 공구를 상기 플런지 축을 따라 이동시키기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터를 구동할 수 있다. 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 콘트롤러가 상기 플런지 엑츄에이터의 토크가 다시 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 존재한다고 결정할 때까지 상기 FSW 공구를 더 접촉하도록 계속하여 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 제어함으로써, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공 구에 의해 상기 공작물에 가해지는 상기 힘을 간접적으로 제어할 수 있다.
인식되는 바와 같이, 여러 경우에 있어서, 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크는, 상기 토크를 상기 플런지 토크 설정의 범위 내에 되돌리는 것은 상기 FSW 공구(14)의 프로브(24)를 상기 공작물(16)의 소재에 있어 바람직하지 못한 깊이까지 집어넣을 것을 요구하도록 하는 값에 도달할 수 있다. 예컨대, 여러 경우에 있어, 상기 토크를 상기 플런지 토크 설정의 범위 내로 되돌리는 것은 상기 프로브의 일부가 상기 공작물의 저면을 통과하여 돌출되고, 상기 뒷받침 플레이트(26)에 접촉하도록 하는 깊이까지 상기 프로브를 집어넣는 것을 요구할 수 있다. 상기 FSW 공구의 프로브가 상기 공작물의 소재 내부로 바람직하지 못한 깊이까지 집어넣어지는 것을 방지하기 위하여, 블록 52에 나타난 바와 같이, 상기 엑츄에이터가 상기 FSW 공구를 상기 공작물과 더 접촉하도록 이동시킬 때, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공구가 정해진 거리보다 더 이동되었는 지를 결정할 수 있다. 상기 정해진 거리는 임의의 수의 여러 방법으로 정의될 수 있으나, 임의의 적절한 참조 포인트에 근거하여, 상기 FSW 공구의 프로브가 상기 공작물의 소재에서 바람직하지 못한 깊이까지 연장되지 않으면서, 상기 FSW 공구가 이동하도록 허용되는 거리를 통상적으로 나타낸다.
상기 콘트롤러(18)는 적절한 NC 명령을 실행하는 것과 같은, 임의의 수의 여러 기술에 따라 상기 정해진 거리를 모니터링하도록 지시될 수 있다. 여기서, 상기 콘트롤러가 상기 SINUMERIK 840D 모델 콘트롤러를 포함할 때, 상기 콘트롤러는 정상적인 작업 동안에 상기 FSW 공구가 이동하도록 허용되는 상기 플런지 축을 따른 범위를 규정하는 "Travel to Fixed Stop Window"(FXSW) 명령을 실행하는 것에 의해 상기 거리를 모니터링하도록 지시될 수 있다. 여기서, 상기 FXSW 명령은 상기 FXSW 명령에 의해 규정된 상기 범위에 대한 상기 참조 포인트를 제공하는 FXS 명령과 연결되어 실행될 수 있다. 예컨대, 상기 FSW 장치(14)가 밀라크론 주식회사에 의해 제조된 2-스핀들, 3축 CNC 머신을 포함하고, 상기 공작물이 0.100 인치의 두께를 가질 때, 상기 콘트롤러에는 상기 시작 포인트(예컨대, FXS 명령)에 통상적으로 의존하는, 0.20 인치 범위를 규정하는 FXSW 명령이 제공될 수 있다.
상기 콘트롤러가 상기 정해진 거리를 모니터링하는 방법에 상관없이, 만일 상기 FSW 공구(14)가, 상기 FSW 공구, 즉 보다 상세하게는 상기 프로브(24)가 상기 공작물의 소재에서의 깊이(깊이는 상기 정해진 거리에 의해 정해진다)를 초과하도록 상기 공작물(16)과 접촉되게 이동된다면, 상기 플런지 엑츄에이터(12A)는 상기 FSW 공구를 이동시켜 상기 마찰교반용접 작업을 멈추게 하도록 구동될 수 있다. 상기 플런지 엑츄에이터는 임의의 수의 여러 방식으로 상기 마찰교반용접 작업을 중단시키기 위하여 상기 FSW 공구를 이동시킬 수 있다. 예컨대, 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 FSW 공구가 더 이상 상기 공작물과 접촉하지 않을 때까지 상기 공작물로부터 상기 FSW 공구를 후퇴시킬 수 있다. 이러한 경우에, 인식되는 바와 같이, 상기 FSW 공구의 프로브가 상기 연해진 소재가 응고할 때 고착되지 않도록 상기 FSW 공구가 계속하여 회전할 때, 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 공작물로부터 멀어지게 상기 FSW 공구를 이동시킬 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 상기 FSW 공구(14)는 상기 플런지 축을 따라 상 기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크를 제어함으로써 제어될 수 있다. 그러나, 인지되는 바와 같이, 마찰교반용접 작업의 품질은 상기 공작물의 용접 경로를 따른 상기 FSW 공구의 이동 속도에 의해 또한 영향받을 수 있다. 또한, 상기 마찰교반용접 작업의 품질은 상기 FSW 장치(12)의 스핀들(20)의 회전 속도, 결과적으로 상기 FSW 공구의 회전 속도에 의해 영향받을 수 있다. 그 자체로, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 콘트롤러(18)는 상기 용접 경로를 따른 상기 FSW 공구의 이동을 제공하는 하나 또는 그 이상의 엑츄에이터의 상기 토크를 추가적으로 또는 택일적으로 제어할 수 있다. 상기 용접 경로는 통상적으로 상기 X 및/또는 Y 축을 따른 부위를 포함한다(도 2 참조). 그러나, 상기 용접 경로는 임의의 하나 또는 그 이상의 축을 따른 부위를 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
상기 용접 경로를 따른 이동을 제공하는 상기 엑츄에이터(들)의 토크를 제어하는 것에 추가하여, 또는 상기 엑츄에이터(들)의 토크를 제어하는 대신에, 상기 콘트롤러(18)는 상기 스핀들, 결국 상기 FSW 공구(14)의 회전 이동을 제공하는 상기 엑츄에이터의 토크를 제어할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 상기 용접 경로를 따른 상기 FSW 공구의 이동을 제공하는 상기 하나 또는 그 이상의 엑츄에이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 용접 엑츄에이터(들)(12B)로서 지칭될 수 있다. 유사하게, 상기 FSW 공구의 회전 이동을 제공하는 상기 엑츄에이터는 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스핀들 엑츄에이터(12C)로 지칭될 수 있다.
여기에 기술된 바와 같이, 상기 공구 경로는 2개의 축(예컨대, X 및 Y 축)을 따른 부위를 포함할 수 있고, 따라서 상기 FSW 장치(12)는 2개의 용접 엑츄에이터(12B)를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 공구 경로는 상기 2개의 축 중 하나 또는 다른 하나를 따른 선형이며, 상기 다른 하나의 축을 따른 부위를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 경우에 있어, 상기 FSW 장치는 상기 공구 경로의 선형 축을 따른 상기 FSW 공구의 이동을 제공할 수 있는 단지 하나의 용접 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 FSW 장치는, 상기 공구 경로의 선형 축을 따른 이동을 제공하며 하기에 기술된 바와 같은 토크를 가지고 구동되는 용접 엑츄에이터와, 제로 토크를 가지고(즉, 정지 상태로 유지되도록 제어되는) 구동되는 나머지 하나의 용접 엑츄에이터를 가진 2개의 용접 엑츄에이터를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 상기 용접 엑츄에이터(들)(12B)를 제어하는 것에 대하여, 상기 마찰교반용접 작업을 행할 시, 상기 콘트롤러(18)는 상기 FSW 공구가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때 상기 FSW 공구(14)의 속도, 결과적으로 상기 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 힘을 제어하기 위하여 상기 용접 엑츄에이터(들)의 토크를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 용접 엑츄에이터(들)의 토크를 제어하는 것에 의하여 상기 FSW 공구가 상기 공작물(16)의 용접 경로를 따라 이동할 때, 상기 콘트롤러(18)는 상기 FSW 공구(14), 결과적으로는 상기 FSW 공구의 프로브(24)의 속도를 제어할 수 있다. 유사하게, 상기 콘트롤러(18)는 상기 FSW 공구가 상기 공작물과 접촉한 상태로 이동할 때, 상기 FSW 공구(14)의 회전 속도, 결과적으로는 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 회전력을 제어하도록 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 제어할 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 상기 용접 엑츄에이터(들) 및 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 제어하는 것에 의해, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 장치(12)가 힘을 측정하기 위한 전용 수단을 포함하도록 요구하지 않으면서, 상기 프로브의 회전 속도 및 상기 용접 경로를 따른 상기 프로브의 속도를 제어할 수 있다.
상기 마찰교반용접 작업을 수행하기 위하여 필요한 소망하는 속도로 상기 공작물의 용접 경로를 따라 상기 프로브를 이동시키기 위하여 요구되는 상기 적절한 토크(여기에서는 각각의 용접 엑츄에이터를 위한 상기 용접 토크 설정으로 지칭됨) 는 임의의 수의 여러 방법으로 결정될 수 있다. 유사하게, 상기 FSW 공구(14)를 소망하는 속도로 회전시키기 위하여 요구되는 상기 적절한 토크(여기서는 상기 스핀들 토크 설정으로 지칭됨)는 임의의 수의 여러 방법으로 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 각각의 용접 엑츄에이터용 상기 용접 토크 설정은 상기 용접 경로의 각각의 축을 따라 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 상기 힘과 상기 용접 엑츄에이터의 토크 사이의 관계에 따라 결정될 수 있다. 마찬가지로, 일 실시예에 따르면, 상기 스핀들 엑츄에이터용 상기 스핀들 토크 설정은 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해지는 상기 회전력과 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크 사이의 관계에 따라 결정될 수 있다.
상기 힘 및 상기 토크 사이의 관계는 상기에 기술된 방법과 같은, 임의의 수의 방법으로 결정될 수 있다. 예컨대, 많은 수의 토크 설정에서, 상기 스핀들 엑츄에이터(12C)의 토크 및 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 상기 회전력 뿐만 아니라, 각 용접 엑츄에이터(12B)의 토크 및 각 축을 따라 상기 FSW 공 구에 의해 가해지는 상기 힘을 반복적으로 기록하면서, 상기 FSW 장치(12)는 용접 경로를 따른 마찰교반용접 작업을 행하기 위해 상기 FSW 공구(14)를 제어하는 것에 의하여 교정될 수 있다. 상기 관계는 각 축을 따른 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 상기 힘 및 상기 용접 엑츄에이터의 토크 사이에서, 그리고 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해지는 상기 회전력 및 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크 사이에서 결정될 수 있다. 그 다음, 각 용접 엑츄에이터용 상기 용접 토크 설정은 각 축을 따라 상기 FSW 공구에 의해 가해지는 상기 힘 및 상기 용접 엑츄에이터의 토크 사이의 관계에 기초하여, 그리고 상기 마찰교반용접 작업을 행하기 위하여 상기 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해져야 하는 상기 힘에 기초하여 정해질 수 있다. 유사하게, 상기 스핀들 엑츄에이터용 상기 스핀들 토크 설정은 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해지는 상기 회전력 및 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크 사이의 관계에 기초하여, 그리고 상기 마찰교반용접 작업을 수행하기 위하여 상기 FSW 공구에 의해 상기 공작물에 가해져야 하는 상기 회전력에 기초하여 정해질 수 있다. 이전과 같이, 상기 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구에 의해 가해져야 하는 상기 힘과, 상기 FSW 공구에 의해 가해져야 하는 상기 회전력은 임의의 수의 종래 기술에 따라 결정될 수 있다.
지금부터 도 6을 참조하면, 상기 용접 엑츄에이터(12B)용 상기 용접 토크 설정 및 상기 스핀들 엑츄에이터(12C)용 상기 스핀들 토크 설정이 정해지는 방법에 상관없이, 블록 58에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 상기 마찰교반용접 작업은 일반적으로 상기 프로브(24)를 소망하는 깊이로 상기 공작물(16)과 접촉하도록 강제하는 것에 의해 시작된다. 상기 프로브는 임의의 수의 기술에 따라 상기 공작물과 접촉하도록 강제될 수 있으나, 유리한 일 실시예에서는, 상기 공작물은 상기에 설명된 기술에 따라 상기 공작물과 접촉하도록 강제된다(도 5 참조). 상기 프로브를 상기 공작물과 접촉하도록 강제한 후에, 블록 60에 나타난 바와 같이, 상기 프로브는 상기 공작물의 용접 경로를 따라 이동될 수 있다. 상기 프로브가 상기 용접 경로를 따라 움직일 때(도 5의 블록 44 참조), 상기 콘트롤러(18)는 각각의 용접 토크 설정에 대한 범위 내에서 상기 용접 엑츄에이터의 토크를 구동시킬 수 있다. 이전과 유사하게, 비록 상기 용접 토크 설정에 관한 상기 범위는 제로와 동일하게 설정될 수는 없지만, 상기 FSW 장치(12) 및 상기 FSW 공구(14)가 알려진 속성의 강인 용접(robust weld)을 가져오는 마찰교반용접 작업을 수행하는 것을 용이하게 하는 공차 범위와 같은, 임의의 수의 여러 범위를 포함할 수 있다. 또한, 비록 각 용접 토크 설정에 관한 상기 범위는 동일할 수 있지만, 대신에 각 용접 토크 설정에 관한 상기 범위는 본 발명의 사상과 범위로부터 이탈됨이 없이 상이할 수 있다.
상기 용접 엑츄에이터(12B)가 상기 각각의 용접 토크 설정의 상기 범위 내의 토크를 가지고 구동될 때, 상기 FSW 공구가 상기 각각의 용접 엑츄에이터 토크에 관하여 각 축을 따라 상기 공작물에 힘을 가하도록, 상기 용접 엑츄에이터는 각 축을 따른 소정의 속도로 상기 용접 경로의 각 축을 따라 상기 FSW 공구(14)를 이동시킬 것이다. 그리고, 상기 용접 엑츄에이터는 상기 용접 경로를 따른 용접을 형성하기 위하여 상기 FSW 공구를 상기 공작물(16)의 용접 경로를 따라 이동시킨다. 상 기 용접 엑츄에이터(12B)의 토크를 상기 용접 토크 설정에 대한 상기 각각의 범위 내로 유지하기 위하여, 상기 콘트롤러(18)는 상기 FSW 공구가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때, 상기 용접 엑츄에이터의 토크를 계속하여 모니터링할 수 있다. 보다 상세하게는, 블록 62에 나타난 바와 같이, 상기 토크가 상기 각각의 용접 토크 설정에 대한 상기 범위 내로 유지되는 지를 결정하기 위하여 상기 용접 엑츄에이터의 토크를 계속하여 모니터링할 수 있다.
상기 FSW 공구(14)가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때, 상기 콘트롤러(18)에 의해 정해진 것과 같은, 상기 용접 엑츄에이터(12B)의 한쪽 또는 양쪽의 토크가 상기 각각의 용접 토크 설정(들)에 대한 상기 범위를 넘어서 증가한다면, 상기 콘트롤러는 상기 토크(들)을 상기 범위 내로 되돌리기 위하여, 상기 각각의 용접 엑츄에이터(들)가 상기 각각의 축 또는 축들을 따라 상기 FSW 공구를 이동시키도록 구동하기 위하여 상기 FSW 장치(12)를 제어할 수 있다. 여기서, 블록 64에 나타난 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공구가 상기 용접 경로의 각각의 축 또는 축들을 따라 이동하는 속도를 감소시키기 위하여 하나 또는 두개의 상기 용접 엑츄에이터를 구동하도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 상기 콘트롤러가 상기 용접 엑츄에이터(들)의 토크(들)가 상기 용접 토크 설정(들)에 대한 상기 범위 내에 다시 존재하는 지를 결정할 때까지 상기 용접 엑츄에이터(들)는 상기 FSW 공구의 속도를 계속하여 감소시킬 수 있다.
상기 콘트롤러(18)에 의해 정해진 바와 같이, 만일 상기 하나 또는 그 이상의 상기 용접 엑츄에이터(12B)의 토크가 상기 각각의 용접 토크 설정(들)에 대한 상기 범위 아래로 감소한다면, 상기 콘트롤러는 상기 토크(들)를 상기 범위 내로 되돌리기 위하여 상기 각각의 용접 엑츄에이터(들)를 구동하여 상기 FSW 공구를 상기 각각의 축 또는 축들을 따라 이동시키도록 상기 FSW 장치(12)를 다시 제어할 수 있다. 보다 상세하게는, 블록 66에 도시된 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 하나 또는 두개의 용접 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구가 상기 용접 경로의 각각의 축 또는 축들을 따라 이동하는 상기 속도를 증가시키도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 상기 콘트롤러가 상기 용접 엑츄에이터(들)의 토크(들)는 다시 상기 용접 토크 설정(들)에 대한 상기 범위 내에 존재한다고 결정할 때까지, 상기 용접 엑츄에이터(들)는 상기 FSW 공구의 속도를 계속하여 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 용접 엑츄에이터의 토크를 제어함으로써, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공구에 의해 상기 공구 경로를 따른 상기 공작물에 가해지는 힘을 간접적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 프로브(24)가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때, 상기 콘트롤러(18)는 상기 스핀들 토크 설정에 대한 범위 내에서 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 구동할 수 있다. 이전처럼, 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위는 비록 제로와 동일하게 설정될 수 없지만, 임의의 수의 여러 범위를 포함할 수 있다. 상기 스핀들 엑츄에이터(12C)가 상기 스핀들 토크 설정의 상기 범위 내의 토크를 가지고 구동될 때, 상기 스핀들 엑츄에이터는 상기 FSW 공구가 상기 공작물에 회전력을 가하도록 하는 회전 속도로 상기 공작물(16)과 접촉할 때, 상기 스핀들 엑츄에이터는 상기 FSW 공구(14)를 회전시킬 것이다. 그 다음, 이전과 같이, 상기 용접 경로를 따른 용접을 형성하기 위하여 상기 용접 엑츄에이터(12B)가 상기 FSW 공구를 상기 공작물(16)의 용접 경로를 따라 이동시킬 때, 상기 콘트롤러는 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위 내로 유지하도록 상기 스핀들 엑츄에이터를 구동하기 위하여 상기 FSW 장치(12)를 계속하여 제어할 수 있다. 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위 내로 유지하기 위하여, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공구가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 계속하여 모니터링할 수 있다. 여기서, 블록 68에 나타난 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 유지되고 있는 지를 결정하기 위하여, 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 계속하여 모니터링할 수 있다.
상기 FSW 공구(14)가 상기 용접 경로를 따라 이동할 때, 만일 상기 콘트롤러(18)에 의해 정해진 바와 같은 상기 스핀들 엑츄에이터(12C)의 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가하거나 또는 상기 범위 아래로 감소한다면, 상기 콘트롤러는 상기 토크를 상기 범위 내로 되돌리기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구를 회전시키도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 예컨대, 블록 70에 나타난 바와 같이, 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때, 상기 콘트롤러는 상기 FSW 공구의 회전 속도를 증가시키기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터를 구동하도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 선택적으로, 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위 아래로 감소할 때, 블록 72에 나타난 바와 같이, 상기 콘트롤러는 상기 스핀들 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구의 회전 속도를 감소시키도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다. 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위 내에 다시 존재한다고 상기 콘트롤러가 결정할 때까지 상기 스핀들 엑츄에이터는 상기 FSW 공구의 속도를 계속하여 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
상기 플런지 축을 따라 상기 FSW 공구(14)에 의해 상기 공작물(16)에 가해지는 상기 힘에 상기 플런지 엑츄에이터(12A)의 토크를 관련시키고, 상기 용접 경로를 따라 상기 공작물에 대한 상기 FSW 공구의 힘에 상기 용접 엑츄에이터(들)(12B)의 토크를 관련시킴으로써, 그리고/또는 상기 공작물에 대한 상기 FSW 공구의 회전력에 상기 스핀들 엑츄에이터(12C)의 토크를 관련시킴으로써, 본 발명의 실시예의 상기 FSW 장치(12)는 마찰교반용접 이외의 부품 기계가공와 같은 작업뿐만 아니라. 마찰교반용접 작업을 행할 수 있는 종래의 CNC 머신과 같은 종래의 장치를 포함할 수 있는 장점이 있다. 인식되는 바와 같이, CNC 머신과 같은 머신은 전용 마찰교반용접 장치보다는 더 널리 보급되어 있다. 이 점에서, 마찰교반용접을 행하기를 원하는 많은 회사들은 이미 CNC 머신을 소유하고 있을 수 있으며, 마찰교반용접을 행하기 위하여 전용 마찰교반용접 장치를 구매하기를 원하지 않을 수 있다. 또한, 마찰교반용접 이외의 작업을 행할 수 있는 FSW 장치를 사용함으로써, 상기 FSW 장치는 휴지시간이 감소된 상태로 작동될 수 있으므로, 제작효율이 증가할 수 있다.
상기의 설명들 및 첨부된 도면들에 제시된 많은 지식의 수혜를 받는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 이들에게는 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예 가 떠오를 것이다. 그러므로, 본 발명은 개시된 상기 특정의 실시예에 국한되지 않으며, 다른 실시예들이 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도되었음이 인식되어야 한다. 비록 여기에 특정한 용어가 사용되었지만, 이들은 일반적이고 기술적인 의미에서 사용되었으며, 제한의 목적으로 사용된 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 공구가 공작물의 소재로 집어 넣어지는 깊이, 상기 공구가 용접 경로를 따라 이동하는 속도 및/또는 상기 공구의 회전 속도를 제어하는, 마찰교반용접 공구에 의해 가해지는 힘은 공작물에 대하여 공구의 이동을 제공하는 여러 엑츄에이터(예컨대, 모터)의 토크에 기초하여 간접적으로 제어될 수 있다. 엑츄에이터의 토크를 제어하는 것에 의하여, 본 발명은 고가의 전용 장비를 요구함이 없이도 마찰교반용접을 수행할 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명은 힘을 측정하기 위한 전용 수단을 소유하지 않고, 오히려 보통의 머신 작동 하에서는 위치 제어 기술을 사용하는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 머신과 같은 FSW 장치를 이용함으로써 공구에 의해 가해지는 힘을 제어할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 콘트롤러는 엑츄에이터의 토크를 모니터링하여 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 엑츄에이터를 구동하도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있다.

Claims (20)

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  4. 마찰교반용접(friction stir welding: FSW) 시스템에 있어서,
    마찰교반용접(FSW) 공구를 공작물에 대하여 이동시킬 수 있는 엑츄에이터(actuator)를 포함하는 마찰교반용접 장치;
    상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구를 상기 공작물에 대하여 이동시켜서 상기 FSW 공구가 상기 공작물에 마찰교반용접 작업을 수행할 수 있도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있고, 상기 엑츄에이터의 토크(torque)를 모니터링할 수 있으며, 상기 엑츄에이터를 구동시켜서 상기 토크가 상기 토크 설정(setting)에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는 콘트롤러(controller); 및
    상기 엑츄에이터는 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구를 이동시킬 수 있는 적어도 하나의 용접 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 콘트롤러는
    상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터의 적어도 하나의 토크가 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터가 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 증가된 속도로 이동시키기 위해 구동되며, 상기 적어도 하나의 토크가 상기 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터가 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 감소된 속도로 이동시키기 위해 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는
    마찰교반용접 시스템.
  5. 마찰교반용접(friction stir welding: FSW) 시스템에 있어서,
    마찰교반용접(FSW) 공구를 공작물에 대하여 이동시킬 수 있는 엑츄에이터(actuator)를 포함하는 마찰교반용접 장치;
    상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 FSW 공구를 상기 공작물에 대하여 이동시켜서 상기 FSW 공구가 상기 공작물에 마찰교반용접 작업을 수행할 수 있도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있고, 상기 엑츄에이터의 토크(torque)를 모니터링할 수 있으며, 상기 엑츄에이터를 구동시켜서 상기 토크가 상기 토크 설정(setting)에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는 콘트롤러(controller); 및
    상기 엑츄에이터는 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 회전시킬 수 있는 스핀들 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 콘트롤러는
    상기 토크가 스핀들 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 공작물에 대하여 감소된 회전 속도로 상기 FSW 공구를 회전시키기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터가 구동되고, 상기 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 공작물에 대하여 증가된 회전 속도로 상기 FSW 공구를 회전시키기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터가 구동되도록 상기 FSW 장치를 제어할 수 있는
    마찰교반용접 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 공작물에 마찰교반용접(FSW) 작업을 행할 수 있는 마찰교반용접 공구; 및
    엑츄에이터를 포함하는 마찰교반용접 장치
    를 포함하며,
    상기 FSW 공구가 상기 마찰교반용접 작업을 수행할 수 있도록 상기 엑츄에이터가 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 이동시키도록 구동될 수 있고,
    상기 엑츄에이터의 토크는 모니터링될 수 있으며,
    상기 엑츄에이터는 상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 구동될 수 있고, 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 구동될 수 있는 적어도 하나의 용접 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터의 적어도 하나의 토크가 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 증가된 속도로 이동시키도록 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터가 구동될 수 있고, 상기 적어도 하나의 토크가 상기 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 감소된 속도로 이동시키도록 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터가 구동될 수 있는
    마찰교반용접 어셈블리.
  10. 공작물에 마찰교반용접(FSW) 작업을 행할 수 있는 마찰교반용접 공구; 및
    엑츄에이터를 포함하는 마찰교반용접 장치
    를 포함하며,
    상기 FSW 공구가 상기 마찰교반용접 작업을 수행할 수 있도록 상기 엑츄에이터가 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 이동시키도록 구동될 수 있고,
    상기 엑츄에이터의 토크는 모니터링될 수 있으며,
    상기 엑츄에이터는 상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 구동될 수 있고, 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 회전시키도록 구동될 수 있는 스핀들 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 토크가 스핀들 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 공작물에 대하여 감소된 회전 속도로 상기 FSW 공구를 회전시키도록 상기 스핀들 엑츄에이터는 구동될 수 있고, 상기 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 공작물에 대하여 증가된 회전 속도로 상기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터는 구동될 수 있는
    마찰교반용접 어셈블리.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 마찰교반용접(FSW) 공구가 공작물에 마찰교반용접 작업을 수행할 수 있도록 상기 FSW 공구를 상기 공작물에 대하여 이동시키기 위하여 엑츄에이터를 구동할 수 있는 처리 요소(processing element)를 포함하고,
    상기 엑츄에이터의 토크를 모니터링할 수 있으며,
    상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 엑츄에이터를 구동할 있고,
    상기 엑츄에이터는 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구를 이동시킬 수 있는 적어도 하나의 용접 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 처리 요소는
    상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터의 적어도 하나의 토크가 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 증가된 속도로 이동시키도록 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터를 구동할 수 있고, 상기 토크가 상기 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 감소된 속도로 이동시키도록 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터를 구동할 수 있는
    콘트롤러.
  15. 마찰교반용접(FSW) 공구가 공작물에 마찰교반용접 작업을 수행할 수 있도록 상기 FSW 공구를 상기 공작물에 대하여 이동시키기 위하여 엑츄에이터를 구동할 수 있는 처리 요소(processing element)를 포함하고,
    상기 엑츄에이터의 토크를 모니터링할 수 있으며,
    상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 엑츄에이터를 구동할 있고,
    상기 엑츄에이터는 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 회전시킬 수 있는 스핀들 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 처리 요소는
    상기 토크가 스핀들 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 감소된 회전 속도로 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 회전시키도록 상기 스핀들 엑츄에이터를 구동할 수 있고, 상기 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 증가된 회전 속도로 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 이동시키도록 상기 스핀들 엑츄에이터를 구동할 수 있는
    콘트롤러.
  16. 마찰교반용접(FSW) 공구가 공작물에 마찰교반용접 작업을 수행하도록 상기 FSW 공구를 상기 공작물에 대하여 이동시키기 위하여 엑츄에이터를 구동하는 단계;
    상기 엑츄에이터의 토크를 모니터링하는 단계; 및
    상기 엑츄에이터가 상기 FSW 공구를 이동시키도록 구동될 때, 상기 토크가 토크 설정에 대한 범위 내에 유지되도록 상기 토크를 제어하는 단계
    를 포함하는 공작물의 마찰교반용접 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 엑츄에이터는 플런지 축을 따라 상기 FSW 공구를 이동시킬 수 있는 플런지 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 토크를 제어하는 단계는
    상기 토크가 플런지 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 FSW 공구를 상기 공작물과 더 접촉되게 이동시키도록 상기 플런지 엑츄에이터가 구동될 수 있고, 상기 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 플런지 엑츄에이터는 상기 FSW 공구를 상기 공작물과 덜 접촉되게 이동시키도록 상기 플런지 엑츄에이터가 구동되도록 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 제어하는 단계
    를 포함하는 공작물의 마찰교반용접 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 토크를 제어하는 단계는
    상기 토크가 상기 플런지 토크 설정에 대한 상기 범위 아래로 감소할 때, 상기 토크가 상기 범위 내로 증가하거나 상기 FSW 공구가 상기 플런지 축을 따라 정해진 거리보다 더 이동할 때까지, 상기 공작물과 더 접촉되게 상기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 엑츄에이터가 구동되도록 상기 플런지 엑츄에이터의 토크를 제어하는 단계
    를 포함하는 공작물의 마찰교반용접 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 엑츄에이터는 용접 경로를 따라 상기 FSW 공구를 이동시킬 수 있는 적어도 하나의 용접 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 토크를 제어하는 단계는
    상기 적어도 하나의 토크가 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 증가된 속도로 이동시키기 위해 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터가 구동되고, 상기 적어도 하나의 토크가 상기 적어도 하나의 용접 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 상기 FSW 공구를 상기 용접 경로를 따라 감소된 속도로 이동시키기 위해 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터가 구동되도록 상기 적어도 하나의 용접 엑츄에이터의 적어도 하나의 토크를 제어하는 단계
    를 포함하는 공작물의 마찰교반용접 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 엑츄에이터는 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 회전시킬 수 있는 스핀들 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 토크를 제어하는 단계는
    상기 토크가 스핀들 토크 설정에 대한 범위 아래로 감소할 때는 감소된 회전 속도로 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터가 구동되고, 상기 토크가 상기 스핀들 토크 설정에 대한 상기 범위를 넘어서 증가할 때는 증가된 회전 속도로 상기 공작물에 대하여 상기 FSW 공구를 이동시키기 위하여 상기 스핀들 엑츄에이터가 구동되도록 상기 스핀들 엑츄에이터의 토크를 제어하는 단계
    를 포함하는 공작물의 마찰교반용접 방법.
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