搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法.pdf

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，包括：焊接头包括：搅拌头以及前置于所述搅拌头的激光跟踪器，其特征在于，所述搅拌头和所述激光跟踪器投影到焊接平面上的位置分别为焊接点和跟踪点，焊接点和跟踪点之间的距离为前置量，所述焊接头设有C轴，所述C轴垂直于所述焊接平面，当所述焊接头运动方向为直线时，补偿方法如下：保持焊接点一直位于焊缝的中间，前置量补偿为零；当所述焊接头运动方向为圆弧曲线时，补偿方法如下：前置量会在所述焊接平面上的X-Y直角坐标系内形成两个偏差值ΔX和ΔY，然后将ΔX和ΔY作为补偿量算入前置量。从而满足平面二维的焊缝跟踪的需要。

1.  一种搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，焊接头包括：搅拌头以及前置于所述搅拌头的激光跟踪器，其特征在于，所述搅拌头和所述激光跟踪器投影到焊接平面上的位置分别为焊接点和跟踪点，焊接点和跟踪点之间的距离为前置量，所述焊接头设有C轴，所述C轴垂直于所述焊接平面，
-当所述焊接头运动方向为直线时，补偿方法如下：保持焊接点一直位于焊缝的中间，前置量补偿为零；
-当所述焊接头运动方向为圆弧曲线时，补偿方法如下：前置量会在所述焊接平面上的X-Y直角坐标系内形成两个偏差值ΔX和ΔY，然后将ΔX和ΔY作为补偿量算入前置量，计算公式如下：
ΔX=sin(φc)×L×tgφ2---(1-1)]]>
ΔY=cos(φc)×L×tgφ2---(1-2)]]>
φ=arcsin(LR)---(1-3)]]>
其中，L为焊接点和跟踪点之间的距离，R表示圆弧曲线的半径，表示C轴旋转的角度。

2.  根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：所述焊接头还设有A轴，所述A轴平行与所述焊接平面。

3.  根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：所述搅拌头和所述激光跟踪器均能够跟随所述A轴旋转。

4.  根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：所述搅拌头和所述激光跟踪器之间距离为15mm。

5.  根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：所述激光跟踪器测量范围为40mm。

6.  根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：焊缝间隙量为0.1-0.2mm，焊缝错边量为0-0.2mm。

7.  根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：当激光跟踪器测量的焊缝间隙量大于上限值时会报警。

8.  根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，其特征在于：当激光跟踪器测量的焊缝错边量大于上限值时会报警。

搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法
技术领域
本发明专利涉及一种带倾角具有激光跟踪功能的搅拌摩擦焊设备在平面二维焊接过程中解决跟踪点和焊接点之间位置误差的修正。
背景技术
目前在航天、航空、高铁等轨道交通生产领域有越来越多的涉及到搅拌摩擦焊接设备，由于搅拌摩擦焊技术属于一种固相连接技术在焊过程中，通过一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件，搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料热塑化(焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点)，当搅拌头旋转着向前移动时，热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移，并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密固相连接接头。从其原理上可以看出当材料温度变化时会产生热传递使得焊接材料发生一定程度的变形因此为了在焊接过程中修正焊缝的变化采用激光跟踪系统成为主要解决的方案。设计开发的功能算法正是基于该基础上来解决焊接一定长度的二维型材所涉及到焊缝变形问题。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是在平面二维焊接过程中激光跟踪器的跟踪点和搅拌头焊接点之间存在位置误差，通过设计一种解决该误差的控制算法使得焊缝的偏差数据可以实时的修正搅拌头运行的轨迹，满足了平面二维的焊缝跟踪的需要。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种搅拌摩擦焊接平面二维激光跟踪补偿方法，包括：焊接头包括：搅拌头以及前置于所述搅拌头的激光跟踪器，其特征在于，所述搅拌头和所述激光跟踪器投影到焊接平面上的位置分别为焊接点和跟踪点，焊接点和跟踪点之间的距离为前置量，所述焊接头设有C轴，所述C轴垂直于所述焊接平面，
-当所述焊接头运动方向为直线时，补偿方法如下：保持焊接点一直位于焊缝的中间，前置量补偿为零；
-当所述焊接头运动方向为圆弧曲线时，补偿方法如下：前置量会在所述焊接平面上的X-Y直角坐标系内形成两个偏差值ΔX和ΔY，然后将ΔX和ΔY作为补偿量算入前置量，计算公式如下：
ΔX=sin(φc)×L×tgφ2---(1-1)]]>
ΔY=cos(φc)×L×tgφ2---(1-2)]]>
φ=arcsin(LR)---(1-3)]]>
其中，L为焊接点和跟踪点之间的距离，R表示圆弧曲线的半径，表示C轴旋转的角度。
本发明一个较佳实施例中，所述焊接头还设有A轴，所述A轴平行与所述焊接平面。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌头和所述激光跟踪器均能够跟随所述A轴旋转。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌头和所述激光跟踪器之间距 离为15mm。
本发明一个较佳实施例中，所述激光跟踪器测量范围为40mm。
本发明一个较佳实施例中，焊缝间隙量为0.1-0.2mm，焊缝错边量为0-0.2mm。
本发明一个较佳实施例中，当激光跟踪器测量的焊缝间隙量大于上限值时会报警。
本发明一个较佳实施例中，当激光跟踪器测量的焊缝错边量大于上限值时会报警。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的焊接头的结构示意图；
图2是本发明的优选实施例的工作原理图；
图3是图2中B的放大示意图；
图中：1、焊接头，2、激光跟踪器，3、搅拌头，4、A轴，5、C轴，6、焊接平面，7、焊接点，8、跟踪点，9、激光点，10、焊缝。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
由于我们采用的激光跟踪器的测量点和搅拌头实际的焊接位置有位置偏差(偏差越小越好，这里控制在15mm)，激光器的测量范围为40mm。
以下是激光测量的技术指标：
焊缝间隙量：0.1-0.2mm，超过0.2mm报警；
焊缝错边量：0-0.2mm，超过0.2mm报警；
测量精度：±0.05mm。
如图1所示，为了实现该结构形式的平面二维跟踪功能，本发明设计了一种修正激光跟踪器跟踪点和焊接时搅拌头的焊接点之间位置偏差的方法。该设备可以实现X、Y、Z三种直线运动再加上C轴旋转运动，A轴作为倾角在工作中不变化。
如图2和图3所示的本发明的一种实施例，作为一条典型平面二维带有直线和曲线的轨迹焊缝(虚线部分为焊缝)，在运行直线焊接时激光测量的中心(跟踪点)一直保持在焊缝的中间同时把焊缝间隙量实时的发送给控制系统，此时跟踪点的位置和搅拌头焊接点的位置是一个固定的前置量；但是当从直线焊缝变化为圆弧曲线焊缝时由于激光测量的跟踪点位置的前置，所以会在X-Y的平面上产生两个偏差值ΔX和ΔY，此时激光跟踪测量出来的前置值需要通过修正，即把ΔX和ΔY进行对应的运算后得出的才是实际焊缝间隙量，即X和Y的最终偏差值。因此我们可以通过以下的公式(1-1)，(1-2)计算出两点之间的偏差量。其中L为跟踪点的位置和搅拌头的焊接点位置的直线距离，R表示圆弧曲线的半径(焊缝)，φC表示C轴旋转的角度。
ΔX=sin(φc)×L×tgφ2---(1-1)]]>
ΔY=cos(φc)×L×tgφ2---(1-2)]]>
φ=arcsin(LR)---(1-3)]]>
通过上述公式得出的ΔX和ΔY可以和激光测量系统内部的测量出来的差值进行修正得出此处在X和Y平面上的最终偏差值最后通过控制系统把该值补偿到搅拌头行进到该处的位置上。
该方法可以集成在数控系统中，利用数控系统的插补周期来实现激光测量点和搅拌头实际位置之间实时的补偿修正。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。