KR102358314B1 - 마찰 교반 용접 동안 용접 공정의 중단, 특히 마찰 핀의 파손을 방지하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

마찰 교반 용접 동안 용접 공정의 중단, 특히 마찰 핀의 파손을 방지하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마찰 교반 용접 동안 용접 프로세스의 중단, 특히 마찰 핀의 파손을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 장치는: g) 웨지형상 툴 돔(7)의 길이방향 측면에서 서로 120도 각도로 배향된 적어도 3개의 스트립형 센서(8) ― 상기 툴 돔(7)은 툴 수용 원뿔체(28) 및 용접 슈(11)에 의해서 용접 핀(19)을 안내하고, 상기 센서(8)는 힘, 압력 및 이동을 결정하도록 설계됨 ―, h) 상기 용접 핀(19)에서 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 검출하기 위한 센서(22)를 수용하는 역할을 하는, 툴 수용 원뿔체(28)의 하부 영역에 있는 원뿔체 수축부, i) 용접 핀(19)을 위한 피에조 수직 조정부, j) 용접 슈(11)의 영역 내의 레이저 측정 센서(10)와, 레이저 측정 센서(10)와 대향 배치된 공중 사운드 센서(airborne sound sensor)(3)와, 제공된 용접 슈 온도 센서의 배열 ― 레이저 측정 센서의 방향 효과는 핀 팁(12)의 관통 영역에 있는 둥근 구멍(27)을 통과함 ―, k) 검출된 모든 측정된 값을 수신, 증폭 및 전달하기 위한 회전자 안테나를 갖는 센서 신호 증폭기(23) ― 이들 측정된 값은 고정 안테나(16)에 의해 기계 제어기로 전달됨 ―, 및 l) 이동 2차 권선(24) 및 고정 1차 권선(25)으로부터 측정 시스템을 공급하기 위한 유도 전원 공급 시스템을 포함한다.

Description

마찰 교반 용접 동안 용접 공정의 중단, 특히 마찰 핀의 파손을 방지하기 위한 장치 및 방법
지난 세기의 90년대 초에 마찰 교반 용접이 개발되었다. 한편, 마찰 교반 용접은 여러 산업 분야에서 알루미늄 합금의 용접에 다른 것들 중에서 성공적으로 사용되고 있다.
여기에서 응용 분야는 일회성 조각 및 소규모 배치(batch)에서 대규모 배치에 이르기까지 다양하다. 용접 시임의 뛰어난 품질 외에도, 상업적 성공에 기여하는 다른 요인은 높은 정도의 재현성, 적은 준비 작업 및 마무리 비용이다. 마찰 교반 용접에서, 마찰 열은 동시에 병진 이동하고 압력이 가해지는 회전 툴 사이의 마찰에 의해 연결될 재료의 접합 영역에서 발생한다. 툴은 접합 영역을 따라 이동하고, 서로 맞대고 있는 접합될 재료의 시임의 내부에 있는 가소화된 재료를 교반한다. 가해진 압력은 가소화된 재료를 함께 압착한다. 생성된 용접 시임의 단부에서, 툴은 연결의 영역에서 철회되고, 용접 시임은 즉시 하중을 받을 수 있다.
선행 기술의 경우, 출원인의 독일 특허 제 DE 10 2014 005 315 B3 호를 참조한다.
독일 특허 제 DE 10 2014 005 315 B3 호
본 개시는 마찰 교반 용접 작업 동안에 용접 핀 팁에서 기계적 힘을 검출하기 위한 방법 및 장치와, 또한 방법을 수행하기 위한 프로그램을 갖는 컴퓨터 프로그램 및 기계 판독 가능 캐리어(machine-readable carrier)에 관한 것이다.
여기에 제공된 발명은 발생하는 툴의 축방향 힘, 발생하는 토크 및 용접 핀 팁의 온도와 같은 결정적인 공정 매개변수가 3D 응용프로그램에서 정확하게 검출될 수 있게 하는 방식으로 마찰 교반 용접 동안 용접 작업을 최적화하는 목적에 기초한다.
특허 청구범위 제 1 항에 따르면, 이러한 목적을 달성하기 위해서는, 결정적인 공정 파라미터가 되는 방식으로 마찰 교반 용접 작업 동안 용접 핀 팁에서 기계적인 힘을 검출하기 위한 장치를 최적화하는 것이 문제이며,
a) 툴 수용 원뿔체(14) 및 용접 슈(1)를 통해 핀 샤프트(13)에 의해서 용접 핀 팁(12)을 보지하는, 툴 돔(9)의 종방향 측면 상의 스트립형 센서(3) ― 상기 센서(3)는 힘, 압력 또는 이동을 결정하도록 설계되며, 용접 공정의 흐름 방향에 반대되는 툴 돔(9)의 측면 상에 장착됨 ―,
b) 용접 핀 팁(12)에서 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 검출하기 위한 센서(18)를 수용하는 역할을 하는, 툴 수용 원뿔체(14)의 넓은 영역에 있는 원뿔체 수축부(20),
c) 원주에서 120도의 간격으로 분포된 적어도 3개의 센서(24)와 핀 샤프트(13)의 종방향 축선에 있는 피에조 전기 힘 측정 센서(25)를 갖는, 툴 수용 원뿔체(14)의 전방 영역 내의 추가 수축부,
d) 검출된 측정 값의 모두를 수신, 증폭 및 전달하기 위한 회전자 안테나(19)를 갖는 센서 신호 증폭기 ― 이들 측정된 값은 고정 안테나(17)에 의해 기계 제어기로 전달됨 ―,
e) 이동 2차 권선(22) 및 고정 1차 권선(23)으로부터 측정 시스템을 공급하기 위한 유도 전원 공급 시스템을 포함한다.
그러나, 마찰 핀의 파손은 용접 조립체 내의 재료의 국부적인 변화, 예를 들어 주조 재료의 경우에 경도의 변동의 결과로서 마찰 교반 용접을 위한 시스템의 작동 동안에 야기될 수 있다.
따라서, 본 발명은 마찰 교반 용접을 위한 시스템의 상업적 작동을 보장하고 그리고 용접 공정 내에서 마찰 핀의 파손을 방지하는 목적에 기초한다.
이러한 목적은 특허 청구범위 제 1 항의 특징부:
마찰 교반 용접 동안 용접 프로세스의 중단, 특히 마찰 핀의 파손을 방지하는 장치에 있어서,
a) 웨지형상 툴 돔(7)의 길이방향 측면에서 서로 120도 각도로 배향된 적어도 3개의 스트립형 센서(8) ― 상기 툴 돔(7)은 툴 수용 원뿔체(28) 및 용접 슈(11)에 의해서 용접 핀(19)을 안내하고, 상기 센서(8)는 힘, 압력 및 이동을 결정하도록 설계됨 ―,
b) 상기 용접 핀(19)에서 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 검출하기 위한 센서(22)를 수용하는 역할을 하는, 툴 수용 원뿔체(28)의 하부 영역에 있는 원뿔체 수축부,
c) 용접 핀(19)을 위한 피에조 수직 조정부,
d) 용접 슈(11)의 영역 내의 레이저 측정 센서(10)와, 레이저 측정 센서(10)와 대향 배치된 공중 사운드 센서(airborne sound sensor)(3)와, 제공된 용접 슈 온도 센서의 배열 ― 레이저 측정 센서의 방향 효과는 핀 팁(12)의 관통 영역에 있는 둥근 구멍(27)을 통과함 ―,
e) 검출된 모든 측정된 값을 수신, 증폭 및 전달하기 위한 회전자 안테나를 갖는 센서 신호 증폭기(23) ― 이들 측정된 값은 고정 안테나(16)에 의해 기계 제어기로 전달됨 ―, 및
f) 이동 2차 권선(24) 및 고정 1차 권선(25)으로부터 측정 시스템을 공급하기 위한 유도 전원 공급 시스템을 포함하는 장치에 의해 성취된다.
또한, 본 발명은, 상기 용접 핀(19)과 용접 슈(11) 사이의 영역을 향하는 방향성 효과를 갖는 구조물에 의해 지지의 사운드 센서(29)가 유니온 너트(9)의 상부 단부의 영역에 설치되는 것과, 와전류 센서(31)는 극히 작은 거리를 측정하는데 사용되며, 이러한 센서는 용접 방향에 가로로 배열되는 것과, 온도 센서는 상기 용접 슈(11)의 온도를 검출하기 위해 제공되는 것을 특징으로 한다.
특허청구범위 제 5 항에 따르면,
마찰 교반 용접 동안 용접 프로세스의 중단, 특히 마찰 핀의 파손을 방지하는 방법에 있어서,
a) 용접 핀(19)을 안내하는 회전 툴 돔(7)의 힘, 압력 및 이동을 결정하기 위한 스트립형 센서(8)의 시스템은 용접 핀(19)에서 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 검출하는 작용을 하는 톨 수용 원뿔체(28)의 하부 영역에서 원뿔 수축부에 의해 지지되며,
b) 상기 용접 핀(19)의 굽힘 및 온도를 검출하기 위한 센서는 임의의 손상 이전의 적절한 시간에 용접 핀(19)의 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 장치는 아래에서 더 자세히 설명된다:
구체적으로:
도 1은 마찰 교반 용접을 위한 시스템의 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 툴 돔(28)의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 사용된 센서의 단면도이다.
도 4는 용접 핀의 연마 마모에 대한 개요를 도시하는 도면이다.
도 5는 용접 핀이 파손될 때까지의 시간 기간의 개요를 도시하는 도면이다.
도 6은 접합될 부품(13)의 마모의 측면에서 상황을 도시하는 도면이다.
도 1은 마찰 교반 용접에 대한 측면도를 도시한다.
여기에서, 도면부호(1)는 기어 기구와 툴(3)의 회전을 위한 체결 플랜지(2)와 구동체(3) 사이의 압력을 측정하기 위한 센서를 나타낸다. 구동체(3)의 측면에서, 전체 마찰 용접 헤드용 제어 라인은 도면부호(4)로 표시되어 있다. 구동체(3)의 하부에서, 툴 돔(6)을 지지하는 툴 돔 플랜지(6)를 위한 체결 플레이트(5)가 도시되어 있다.
측정 기구에 의해 툴 돔(6)의 이동을 검출할 수 있게 하기 위해서, 온도 보상 기능이 있는 스트레인 게이지(8)가 툴 돔(6)의 둘레에 장착되고, 길이 방향으로 일정한 간격으로 체결된다. 이는 스트레인 게이지 영역에서 용접 동안에 발생하는 온도 변화와, 그에 따른 신호 시프트에 대응하는 목적으로 사용된다. 유니온 너트(9)는 마찰 용접 헤드의 중심 축선에 툴 돔(7)을 유지한다.
핀 팁(12)은 용접 슈(11)에서 안내된다. 도시된 레이저 측정 센서(10)는 용접 슈(11)와 핀 팁(12) 사이의 거리를 측정하는 역할을 한다.
접합될 부품(13)에 적용된 용접 시임(15)은 용접 시임을 체크하기 위해 카메라(14)에 의해 관찰된다.
도 2는 본 발명에 따른 툴 돔(28)의 측면도이다. 툴 돔 플랜지(6)는 툴 돔(7)에 연결되어 여기서 자세히 도시되어 있는 반면에, 도 1에서 알려진 센서(8)는 스트레인 게이지 형태이며 툴 돔(7)의 양 측면 상에 단면으로 도시되어 있다. 툴 돔(7)의 중심 축선에는 용접 핀(19)이 장착되어 있으며, 이 용접 핀(19)은 용접 핀(19)을 위한 피에조 수직 조정을 위한 장치(17)를 고정 안테나(16)의 높이에 구비하고 있다. 용접 핀 아래에 장착된 센서(18)에 의해서 용접 핀(19) 상에 작용하는 작동 압력이 측정된다.
동일한 영역에 설치된 센서(22)는 용접 핀을 안내하는 툴 수용 원뿔체(28)의 단면 좁아진 부분에서, 이 지점에서 작용하는 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 측정하는 역할을 한다.
센서(22)에 의해 결정된 측정된 값의 신호 전송은 툴 수용 원뿔체(28) 및 튜브 안테나와 함께 회전할 수 있는 신호 증폭기(23)에 의해 이뤄질 수 있다.
센서(22)에 의해 결정된 측정된 값의 수신 및 전달은 고정식으로 고정된 안테나(16)에 의해 이뤄질 수 있다.
유도 전원 공급 장치, 도면부호(24)로 표시된 고정 1차 권선, 및 도면부호(25)로 표시된 가동 2차 권선은 설명된 측정 시스템에 전력을 공급하는 역할을 한다.
용접 핀에 접합될 부품의 연기 찌꺼기의 재료 유출을 위한 개구부(20)와, 또한 접합될 부품의 재료 유출을 측정하기 위한 센서(21)는 핀 팁(12)의 영역에 마련된다.
용접 핀(19)을 안내하는 용접 슈(11)는 유니온 너트(9)에 의해 보지된다.
카메라(14)는 용접 작업 동안 작업을 등록하고 기록하는 역할을 한다.
핀 팁(12)으로부터 멀리, 용접 핀(19)과 용접 슈(11) 사이의 영역으로 향하는 방향성 효과를 갖는 구조물에 의해 지지의 사운드 센서(29)는 유니온 너트(9)의 상부 단부의 영역에 설치된다. 이와 관련하여 도 3을 참조한다.
레이저 측정 센서(10)의 반대편에는 공중 사운드 센서(30)가 배치된다.
정확한 위치와 관련하여 또한 여기서 도 3을 참조한다.
와전류 센서(31)는 극히 작은 거리를 측정하는데 사용될 수 있다. 용접 방향을 가로지르는 배열이 유리하다.
도 3은 레이저 측정 센서(10) 및 공중 사운드 센서(30)의 평면에서의 단면도를 도시한다.
여기에서는 용접 슈(11)의 둥근 구멍(27) 내의 그 정상 중심 위치로부터의 그 핀 팁(12)을 갖는 용접 핀(19)의 편차가 도시된 레이저 측정 센서(10) 및 대향 배치된 공중 사운드 센서(30)에 의해서 검출되고 정확하게 측정될 수 있는 방법을 도시하고 있다.
또한, 도 2로부터 알려진 와전류 센서(31) 및 구조물에 의해 지지의 사운드 센서(29)는 용접 슈(11)의 내부 에지와 용접 핀(19) 사이에 도시된 갭에서 작용한다.
방향 화살표(26)는 용접 핀(19)의 이동 방향을 나타낸다. 특정 실시예에서, 더 이상 구체적으로 지정되지 않은 특수 용접 슈 온도 센서가 제공된다. 결국, 회전 핀이 숄더 보어에 완전히 접촉하는 경우(최악의 시나리오), 대략 100℃의 온도 상승이 발생한다. 이는 실제 용접 작업에 비해 온도가 크게 증가한 것이다.
도 4는 용접 핀이 파손될 때까지 용접 핀의 연마 마모에 대한 개요를 도시한다.
외부에서 안쪽으로 볼 때, 표시된 동심원은 툴 돔(7)의 에지, 용접 슈(11)의 외부 경계 및 더 이상 구체적으로 지정되지 않은 용접 슈(11)의 다음 내부 경계를 나타낸다. 우측으로 향하는 화살표(26)의 이동 방향으로 지정된 용접 슈(11)의 외부 경계의 원주에는 센서(8)가 있다. 또한, 툴 돔(7)의 원주에 모두 분포되어 있는 이들 센서(8)는 도 1 및 도 2로부터 취해질 수 있다. 도 4에 도시된 추가 센서(8a, 8b)는 여기서 후방 좌측 센서 및 후방 우측 센서로 지정된다.
용접 슈(11)의 내부 경계 라인에 스케치된 것은 도 3에 도시된 구조물에 의해 지지의 사운드 센서(29)인 반면, 도 3에서 마찬가지로 도시된 와전류 센서(31)는 용접 슈(11)의 외부 경계에서 볼 수 있으며, 공중 사운드 센서(30) 및 레이저 측정 센서(10)는 수평 라인 상에서 좌측 및 우측에 도시되어 있다.
핀 팁(12)을 갖는 용접 핀(19)을 설명하는 원과 관련된 편심은 다양한 거리 라인으로 표시되며, 라인(33)은 용접 슈(11)의 내부 경계 라인, 소위 갭 존으로부터 용접 핀(19)의 거리의 이상적인 라인을 나타낸다.
갭 존의 경계 라인들은 도면부호(32, 35)로 표시되며, 용접 핀(19)의 파단을 유발할 수 있는 임계 영역은 도면부호(34)에서 시작된다. 용접 핀(19)과 용접 슈(11) 사이의 최단 거리는 활성 영역으로 표시된다. 용접 슈(11)의 내부 경계와 용접 핀(19) 사이의 가장 큰 마찰이 이 영역에서 우세하다. 이러한 거리는 마찰 용접 헤드의 전진 속도(화살표(26))와 용접 핀(19)의 회전 속도에 따라 좌우된다. 이에 의해 측방향으로 발생하는 힘은 툴 돔을 통해 또는 오히려 센서(8, 8a, 8b)가 체결된 상태에서 검출된다.
다음 센서를 사용하면, 발생하는 추가 힘이 측정된다:
1. 레이저 측정 센서(10)에 의해, 용접 숄더로부터 용접 핀(19)의 거리가 측정된다.
2. 구조물에 의해 지지의 사운드 센서(29)에 의해, 용접 핀(19)의 진동이 측정된다.
3. 공중 사운드 센서(30)에 의해, 용접 슈(11) 및 툴 돔(7)에서 진동이 측정된다.
4. 와전류 센서(31)에 의해, 경계(32, 35) 사이의 갭에서 재료의 방향이 측정된다.
핀 팁(12)이 가장 큰 유효 수명을 달성하는 이상적인 라인은 라인(33)에 도달한다. 이것은 툴의 최적의 전진과 회전 속도 사이의 최적을 의미한다.
도 5는 용접 핀이 파손될 때까지의 시간 주기의 개요를 도시한다. 도 5의 y 축은 양의 방향과 음의 방향으로 시간의 함수로서 핀 팁에서 발생하는 3개의 상이한 개별 힘의 변화를 나타낸다.
용접 깊이는 4.3㎜이고, 핀 팁의 전진 속도는 0.85m/min이다. 핀 팁의 측정 가능한 저항의 개시는 좌측 마킹 라인에서 볼 수 있으며; 대략 1.7초 후, 방지 시간이 종료되고, 다음에 파손될 때까지 대략 0.8초가 더 경과한다.
이 기간 주기에서, 기계 제어기는 릴리프를 제공할 수 있으며, 이에 의해 핀의 탄성적인 "스프링백(springback)"을 달성한다. 따라서, 바람직하지 못한 손상이 발생하지 않는다.
그 후, 이러한 시간 주기 후에, 다음에 영구적인 손상이 발생한다.
도 6은 접합될 부품(13)의 마모의 측면에서 상황을 도시한 것이다.
도 6a에서, 핀 팁(12)과 용접 핀(19)이 중간에 있는 용접 슈(11) 또는 접합될 부품(13)은 단면으로 도시되어 있으며, 센서(21)의 두 부분은 서로 마주보고 있으며, 개구부(20)에서 용접 핀(19)에서 나오는 연기 찌꺼기의 마모(36)(양, 강도 및 속도)를 검출한다.
도 6b는 용접 슈(11)에 있는 용접 핀(19)의 핀 팁(12)을 도시한다.
핀측 경계로 표현된 갭 존(32)(도 3 참조)과 용접 슈측 경계의 갭 존(35)은 거리 Z, 즉 최대 0.8㎜를 형성한다. 이 폭에서, 마모(36)는 흘러나갈 수 있다.
치수(X)는 나머지 숄더가 용접 슈(11)에 들어갈 수 있는 치수이다.
나머지 숄더(Y)는 용접될 재료가 갭(Z)을 통해 흐를 수 있을 만큼 충분한 가소성을 얻기 위해 필요한 온도를 수용하기 위해 중요하다. 너무 낮은 온도에서는 빌드업이 발생하고, 핀 샤프트(19)가 손상된다.
치수(X)(0.01㎜ 내지 0.1㎜)는 재료(합금)에 따라 각각 설정된다. 나머지 숄더는 열을 발생시키고, 이는 완성된 용접 시임에서 용접 슈(11)에 의한 평활화 작업에도 영향을 미친다.
1: 플랜지(2)와 구동체(3) 사이의 압력을 측정하기 위한 센서
2: 로봇 아암 또는 갠트리 브리지용 체결 플랜지
3: 툴용 기어 기구를 갖는 구동체
4: 마찰 용접 헤드용 제어 라인
5: 툴 돔 플랜지용 체결 플레이트
6: 툴 돔 플랜지
7: 툴 돔
8: 툴 돔(7)의 센서(스트레인 게이지)
8a: 후면 좌측 센서
8b: 후면 우측 센서
9: 유니온 너트
10: 용접 핀과 용접 슈의 거리의 레이저 측정 센서
11: 용접 슈
12: 핀 팁
13: 접합될 부품
14: 용접 시임을 체크하기 위한 카메라
15: 용접 시임
16: 고정 안테나
17: 용접 핀(19)용 피에조 수직 조정부
18: 용접 핀(19)의 수직 압력을 측정하기 위한 센서
19: 용접 핀
20: 용접 핀(19)에 접합될 부품의 연기 찌꺼기의 물질의 유출을 위한 개구부
21: 접합될 부품의 재료의 유출을 측정하기 위한 센서
22: 툴 수용 원뿔체용 센서(예: 스트레인 게이지)
23: 센서 신호 증폭기 및 회전자 안테나
24: 유도 전원 공급 2차 권선
25: 유도 전원 공급 1차 권선
26: 용접 핀의 이동 방향
27: 용접 슈(11)에서 용접 핀(26)을 통과시키기 위한 둥근 구멍
28: 툴 수용 원뿔체
29: 구조물에 의해 지지의 사운드 센서
30: 공중 사운드 센서
31: 와전류 센서
32: 용접 핀(19)의 측면 상의 갭 존의 경계
33: 용접 슈(11)로부터 용접 핀(19)의 거리의 이상적인 라인
34: 갭 존의 임계 영역의 개시
35: 용접 슈(11)의 측면 상의 갭 존의 경계
36: 접합될 부품(13)의 재료 마모

Claims (5)

  1. 마찰 교반 용접 동안 용접 프로세스의 중단을 방지하는 장치에 있어서,
    g) 웨지형상 툴 돔(7)의 길이방향 측면에서 서로 120도 각도로 배향된 적어도 3개의 스트립형 센서(8) ― 상기 툴 돔(7)은 툴 수용 원뿔체(28) 및 용접 슈(11)에 의해서 용접 핀(19)을 안내하고, 상기 센서(8)는 힘, 압력 및 이동을 결정하도록 설계됨 ―,
    h) 상기 용접 핀(19)에서 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 검출하기 위한 센서(22)를 수용하는 역할을 하는, 툴 수용 원뿔체(28)의 하부 영역에 있는 원뿔체 수축부,
    i) 용접 핀(19)을 위한 피에조 수직 조정부,
    j) 용접 슈(11)의 영역 내의 레이저 측정 센서(10)와, 레이저 측정 센서(10)와 대향 배치된 공중 사운드 센서(airborne sound sensor)(30)와, 제공된 용접 슈 온도 센서의 배열 ― 레이저 측정 센서의 방향 효과는 핀 팁(12)의 관통 영역에 있는 둥근 구멍(27)을 통과함 ―,
    k) 검출된 모든 측정된 값을 수신, 증폭 및 전달하기 위한 회전자 안테나를 갖는 센서 신호 증폭기(23) ― 이들 측정된 값은 고정 안테나(16)에 의해 기계 제어기로 전달됨 ―, 및
    l) 이동 2차 권선(24) 및 고정 1차 권선(25)으로부터 측정 시스템을 공급하기 위한 유도 전원 공급 시스템을 포함하고,
    상기 레이저 측정 센서(10)는 용접 숄더로부터 상기 용접 핀(19)의 거리를 측정하도록 구성되고, 상기 공중 사운드 센서(30)는 상기 용접 슈(11) 및 상기 툴 돔(7)에서의 진동을 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 핀(19)과 용접 슈(11) 사이의 영역을 향하는 방향성 효과를 갖는 구조물에 의해 지지의 사운드 센서(structure-borne sound sensor)(29)가 유니온 너트(9)의 상부 단부의 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와전류 센서(31)는 극히 작은 거리를 측정하는데 사용되며, 이러한 센서는 용접 방향에 가로로 배열되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    온도 센서는 상기 용접 슈(11)의 온도를 검출하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  5. 제 1 항에 기재된 장치를 이용하여 마찰 교반 용접 동안 용접 프로세스의 중단을 방지하는 방법에 있어서,
    c) 용접 핀(19)을 안내하는 회전 툴 돔(7)의 힘, 압력 및 이동을 결정하기 위한 스트립형 센서(8)의 시스템은 용접 핀(19)에서 축방향 힘, 토크 및 굽힘 모멘트를 검출하는 작용을 하는 톨 수용 원뿔체(28)의 하부 영역에서 원뿔 수축부에 의해 지지되며,
    d) 상기 용접 핀(19)의 굽힘 및 온도를 검출하기 위한 센서는 임의의 손상 이전에 용접 핀(19)의 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는
    방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11033973B2 (en) * 2018-06-12 2021-06-15 Milwaukee Electric Tool Corporation Spindle for a reciprocating saw
CN114659693A (zh) * 2022-05-12 2022-06-24 青云工业(辽宁)有限公司 一种搅拌摩擦焊工具断裂失效的检测装置和方法
CN115338530B (zh) * 2022-08-04 2024-04-30 北京九天行歌航天科技有限公司 一种基于力位扭矩的搅拌工具断针监测装置及方法
KR20240133034A (ko) 2023-02-28 2024-09-04 한국로봇융합연구원 마찰 교반 용접을 위한 힘 제어용 센서 모듈을 이용한 힘 제어 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080073409A1 (en) * 2006-09-27 2008-03-27 Hartmut Ostersehlte Friction stir welding head and method for controlling a friction stir welding head
EP2965858A1 (en) * 2014-07-11 2016-01-13 NELA Razvojni center d.o.o. Podruznica Vincarje Real-time tool breakage detection during the friction stir welding process
DE102015010638A1 (de) * 2015-08-13 2017-02-16 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum homogenen Verschweißen flächig gebogener Strukturen durch Rührreibschweißen
JP2017512658A (ja) * 2014-04-10 2017-05-25 グレンツェバッハ・マシーネンバウ・ゲーエムベーハー 摩擦攪拌接合中の溶接ピンチップにかかる機械力を検出するための方法及び装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005032170A1 (de) 2005-07-09 2007-01-11 Technische Universität Ilmenau Rührreibschweißwerkzeug und Verfahren und Anordnung zur online-Kontrolle eines Rührreibschweißprozesses
JP6126706B2 (ja) * 2013-12-27 2017-05-10 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法、並びに、摩擦攪拌点接合の面直検出装置
DE102014001050A1 (de) * 2014-01-28 2015-07-30 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Rührreibschweißen bei Materialien unterschiedlicher Dicke und bei Kehlnähten
CN104439691B (zh) 2014-11-24 2015-12-02 首都航天机械公司 一种搅拌摩擦焊接顶锻力和前进抗力自适应控制装置
JP6906153B2 (ja) 2015-06-27 2021-07-21 株式会社山本金属製作所 リアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具
DE102015010734A1 (de) * 2015-08-17 2017-02-23 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur niederohmigen Verschweißung von Blechen mit hoher Taktzahl
DE102016000880B3 (de) 2016-01-28 2017-05-18 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum rückstandsfreien Rührreibverschweißen von Werkstücken, insbesondere von rohrartigen Strukturen, sowie Computerprogramm zur Durchführung der Verfahrensschritte
CN105834577B (zh) 2016-06-20 2017-03-08 江苏通宇钢管集团有限公司 基于压力反馈和电阻辅热的钢管搅拌摩擦焊具及焊接方法
DE102016007585B3 (de) * 2016-06-21 2017-11-02 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Verschweißen zweier Fügepartner mittels Rührreibschweißen durch die, bzw. durch das, keinerlei Kontamination der Fügepartner durch Schweiß - Rückstände erfolgt, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens
CN106141420A (zh) 2016-08-06 2016-11-23 姜海 基于压力反馈的搅拌摩擦焊具及焊接方法
DE102017010965A1 (de) * 2017-11-27 2019-05-29 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum nahezu verzögerungsfreien Ändern der Schweißrichtung der Schweißschulter einer Anlage zum Rührreibschweißen wenn die geometrische Anordnung der zu verschweißenden Fügepartner oder Materialunebenheiten dies erfordern

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080073409A1 (en) * 2006-09-27 2008-03-27 Hartmut Ostersehlte Friction stir welding head and method for controlling a friction stir welding head
US8100311B2 (en) * 2006-09-27 2012-01-24 Airbus Deutschland Gmbh Friction stir welding head and method for controlling a friction stir welding head
JP2017512658A (ja) * 2014-04-10 2017-05-25 グレンツェバッハ・マシーネンバウ・ゲーエムベーハー 摩擦攪拌接合中の溶接ピンチップにかかる機械力を検出するための方法及び装置
EP2965858A1 (en) * 2014-07-11 2016-01-13 NELA Razvojni center d.o.o. Podruznica Vincarje Real-time tool breakage detection during the friction stir welding process
DE102015010638A1 (de) * 2015-08-13 2017-02-16 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum homogenen Verschweißen flächig gebogener Strukturen durch Rührreibschweißen

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