CN110108803B - 一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法,公开了一种搅拌摩擦焊焊接头搅拌针的断针检测传感装置及方法,其中搅拌摩擦焊焊接头搅拌针的断针检测传感装置基于集成在焊接主轴内的声发射传感器,动态实时提取焊接时传感器反馈的声音变化趋势,通过分析确定搅拌针所断位置,或预测搅拌针即将断裂的趋势,并将此信号反馈至控制器,控制器综合主轴功率反馈,驱动进给轴退出至安全位置,并停止设备的运动。所述装置包含声发射传感器、前置放大器、声发射处理卡、主机,可有效解决焊接过程中搅拌针断针检测及预测即将断裂的问题。
Description
技术领域
本发明属于搅拌针断针的检测和控制方法设计,特别是涉及搅拌摩擦焊接中搅拌针断针检测装置和控制方法的设计。
背景技术
搅拌摩擦焊作为一种固相塑性连接技术,广泛应用于各大工业领域。
搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个带有搅拌针和轴肩的特殊搅拌头完成的。在焊接过程中,搅拌针会出现断针现象,但靠人为观察到的概率及其小,或监测电机功率等参数来判断,而每次发现断针均是在焊接完成后,一是无法判断断针位置,无法实施补焊,二是造成材料及人力物力的浪费,产生很多损失。
因此,为更好的进行焊接,减少不必要的材料浪费,对于断针检测及预测非常有必要。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明解决的技术问题是焊接过程中搅拌针断针检测及预测即将断裂的问题。
为解决上述问题,本发明提供一种搅拌针断针的检测装置,包含主轴、声发射传感器、前置放大器、数据处理卡、主机、控制器、驱动器、执行机构;所述声发射传感器放置于主轴内,所述声发射传感器与前置放大器连接,用于对信号滤波及放大;所述前置放大器与数据处理卡连接,用于对数据进行存储转换;所述数据处理卡与主机连接,用于对数据进行分析处理;所述主机与控制器连接,用于将检测信息反馈至控制器;所述控制器与驱动器连接,用于将控制器的运动信息传输至驱动;所述驱动器与执行机构连接,用于驱动执行机构的运动。
其中,所述声发射传感器是一种压电陶瓷传感器,与前置放大器连接,所检测的信号滤波放大;所述前置放大器与声发射处理卡连接,将声发射信号传递至声发射处理卡;所述声发射处理卡与主机连接,主机分析出声发射的变化情况;所述主机与运动控制器连接,将关键指令发送给运动控制器,实现轴运动功能。
本发明还公开一种搅拌针断针的检测控制方法,该方法包括如下步骤:标定声传感器正常反馈频率;断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率;结合正常反馈频率、实时监测反馈频率和频率变化率分析断针情况;将断针情况反馈至控制器,控制器结合主轴功率判断当前情况,在线运动到相应位置,实现断针检测及运动控制,控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序,将下压轴抬起至安全距离,停止装备的运行,以便检查搅拌针情况;若未出现断针,则运行至结束。
在进一步的方案中,所述β出现突变,下一个采集周期内RF一直处于低频率状况,即出现断针情况;若出现突变,在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近,则并未出现断针情况;若并未出现突变,但实时反馈频率一直在下降,可能搅拌针出现磨损、裂纹等情况,当反馈频率下跌超过50%,则判断搅拌针出现损伤。
在进一步的方案中,所述断针情况反馈至控制器,控制器跳转至中断程序,将下压轴抬起至安全距离,停止装备的运行,以便检查搅拌针情况;若未出现断针,则运行至结束。
附图说明
图1是本发明实施例的断针检测装置示意图;
图2是本发明实施例的断针检测装置控制流程图;
图3是本发明实施例的传感器反馈数据分析图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效,下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
本发明针对现有技术存在的技术问题,提供一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置及方法。该方法针对运行过程中,可能出现的断针现象提出解决方案,实现断针实时检测,预测断针现象,并反馈至控制器,完成运动控制功能。
下面结合附图详细说明搅拌针断针检测的装置及方法。
首先,在本实施方式中,如图1所示,断针检测装置包含主轴1、声发射传感器2、前置放大器3、数据处理卡4、主机5、控制器6、驱动器7、执行机构8。所述声发射传感器2放置于主轴1内,所述声发射传感器2与前置放大器3连接,用于对信号滤波及放大;所述前置放大器3与数据处理卡4连接,用于对数据进行存储转换;所述数据处理卡4与主机5连接,用于对数据进行分析处理;所述主机5与控制器6连接,用于将检测信息反馈至控制器;所述控制器6与驱动器7连接,用于将控制器的运动信息传输至驱动;所述驱动器7与执行机构8连接,用于驱动执行机构如电机的运动。
所述主机5是声发射传感装置的核心分析处理单元,在实际操作时可以是工控机或是嵌入式控制器等。所述控制器6是控制方法的核心运动控制单元,在实际操作时可以是数控***单元或运动控制卡,也可以是PLC等。
如图2所示,结合图1装置和图3数据分析图,本发明的搅拌针断针检测方法的实现步骤如下:
第一步:控制器运行,启动声发射传感器,记录起始运行平稳时的频率,作为参考频率AF;
第二步:运行过程中,断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率。分析采集到的频率的变化率,结合公式:
其中RF2是时间t2所对应的声频率值,RF1是时间t1所对应的声频率值,得出在两个时间点之间的频率变化率β,RF表示实时反馈频率值。
第三步:结合频率AF、实时监测反馈频率RF和频率变化率β分析断针情况。若β出现突变,下一个采集周期内RF一直处于低频率状况,接近图3中的趋势9,即出现断针情况;若出现突变,在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近,则并未出现断针情况;若并未出现突变,但实时反馈频率一直在下降,可能搅拌针出现磨损、裂纹等情况,当反馈频率下跌超过50%,接近于图3中的趋势10,则判断搅拌针出现损伤。
第四步:将断针情况反馈至控制器,控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序,将下压轴抬起至安全距离,停止装备的运行,以便检查搅拌针情况;若未出现断针,则运行至结束。
Claims (4)
1.一种基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置的检测方法,其特征在于所述基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置包含主轴、声发射传感器、前置放大器、数据处理卡、主机、控制器、驱动器、执行机构;
所述声发射传感器放置于主轴内,所述声发射传感器与前置放大器连接,用于对信号滤波及放大;
所述前置放大器与数据处理卡连接,用于对数据进行存储转换;所述数据处理卡与主机连接,用于对数据进行分析处理;
所述主机与控制器连接,用于将检测信息反馈至控制器;
所述控制器与驱动器连接,用于将控制器的运动信息传输至驱动;
所述驱动器与执行机构连接,用于驱动执行机构的运动,
所述检测方法包括以下步骤:
第一步:运行前,检测标定声发射传感器正常反馈频率;
第二步:运行中,断针检测装置实时采集声发射传感器所反馈的频率,分析采集到的频率的变化率,结合公式:
其中RF2是时间t2所对应的声频率值,RF1是时间t1所对应的声频率值,得出在两个时间点之间的频率变化率β,RF表示实时反馈频率值;
第三步:结合频率、实时监测反馈频率和频率变化率分析断针情况;
第四步:将断针情况反馈至控制器,控制器综合主轴功率情况跳转至中断程序,将下压轴抬起至安全距离,停止装备的运行,以便检查搅拌针情况;若未出现断针,则运行至结束。
2.如权利要求1所述的基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置的检测方法,其特征在于,所述第一步:由于不同搅拌针、不同主轴转速、不同焊接材料的差异,声传感器所反馈频率不同,所以需标定正常情况下所反馈的声频率AF。
3.如权利要求1所述的基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置的检测方法,其特征在于,所述第三步:若β出现突变,下一个采集周期内RF一直处于低频率状况,即出现断针情况;若出现突变,在下一个采集周期内实时反馈RF又恢复至AF附近,则并未出现断针情况;若并未出现突变,但实时反馈频率一直在下降,当反馈频率下跌超过50%,则判断搅拌针出现损伤。
4.如权利要求1所述的基于声发射传感的搅拌针断针检测的装置的检测方法,其特征在于,所述断针包含两种情况,一种是搅拌针全部断裂至焊接材料中,另一种是搅拌针的前端1/3至1/2处断裂在焊接材料中。
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114211107B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-03-10 | 北京知信浩宇科技有限公司 | 一种焊接管理方法及*** |
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 |
Citations (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1678897A (zh) * | 2001-10-19 | 2005-10-05 | 蒙诺根有限公司 | 用于分送物品的设备和方法 |
CN101701937A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-05-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种超声无损检测方法及检测装置 |
CN102501139A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-06-20 | 厦门大学 | 一种切削加工工具状态在线监控装置 |
EP2546642A2 (de) * | 2011-07-12 | 2013-01-16 | BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung | Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer drehenden Welle mittels longitudinaler Ultraschallwellen |
CN103115967A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-05-22 | 济南大学 | 一种声发射传感器及其制备方法和应用 |
KR20130062765A (ko) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | 세종공업 주식회사 | 마찰교반용접 및 마찰교반점용접 모니터링장치 및 방법 |
CN103529128A (zh) * | 2013-09-30 | 2014-01-22 | 天津工程机械研究院 | 一种疲劳裂纹在线检测***及检测方法 |
CN105241960A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种再制造曲轴弯曲疲劳裂纹监测方法、装置及*** |
EP3054292A1 (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Apparatus and method for diagnosing abnormality of bearing |
EP3069132A1 (en) * | 2013-11-14 | 2016-09-21 | The Boeing Company | Structural bond inspection |
CN106353410A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-25 | 南京越辰智能科技有限公司 | 一种面向铝合金搅拌摩擦焊件的超声相控阵成像检测装置 |
CN106872300A (zh) * | 2017-02-06 | 2017-06-20 | 太原理工大学 | 基于声发射检测的镁合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展特性研究方法 |
CN106872581A (zh) * | 2017-02-06 | 2017-06-20 | 太原理工大学 | 一种基于镁合金电子束焊接试样疲劳裂纹扩展的分析方法 |
CN106944877A (zh) * | 2016-01-06 | 2017-07-14 | 哈尔滨理工大学 | 基于声发射信号的刀具磨损无线智能检测装置 |
CN107356669A (zh) * | 2016-05-10 | 2017-11-17 | 波音公司 | 用于声发射测试的方法和装置 |
CN108036200A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-05-15 | 北京航空航天大学 | 基于重心频率衰减特性的单声发射传感器泄漏源定位方法 |
CN207472830U (zh) * | 2017-09-13 | 2018-06-08 | 上海海事大学 | 一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价*** |
CN208156499U (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-27 | 四川航天职业技术学院 | 基于声音传感器的数控加工设备远程监测*** |
CN108972152A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种监测切削刀具磨损状态的声音-功率检测法 |
CN109570729A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-05 | 湘潭大学 | 一种基于扭矩对搅拌摩擦焊缝质量动态检测的方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2048866A1 (en) * | 1990-08-10 | 1992-02-11 | Teruo Kishi | Acoustic-emission sensor |
US8544331B2 (en) * | 2008-12-04 | 2013-10-01 | University Of Ottawa | Parameter independent detection of rotating machinery faults |
CN101762452B (zh) * | 2010-01-06 | 2012-06-20 | 湘潭大学 | 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置 |
CN204330686U (zh) * | 2015-01-14 | 2015-05-13 | 湖南科技大学 | 一种高速焊热裂纹声发射动态检测装置 |
CN107607624B (zh) * | 2017-09-12 | 2021-03-02 | 北京工业大学 | 适配高频运动摩擦副表面的声发射检测装置及方法 |
-
2019
- 2019-05-08 CN CN201910379550.1A patent/CN110108803B/zh active Active
Patent Citations (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1678897A (zh) * | 2001-10-19 | 2005-10-05 | 蒙诺根有限公司 | 用于分送物品的设备和方法 |
CN101701937A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-05-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种超声无损检测方法及检测装置 |
EP2546642A2 (de) * | 2011-07-12 | 2013-01-16 | BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung | Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer drehenden Welle mittels longitudinaler Ultraschallwellen |
CN102501139A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-06-20 | 厦门大学 | 一种切削加工工具状态在线监控装置 |
KR20130062765A (ko) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | 세종공업 주식회사 | 마찰교반용접 및 마찰교반점용접 모니터링장치 및 방법 |
CN103115967A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-05-22 | 济南大学 | 一种声发射传感器及其制备方法和应用 |
CN103529128A (zh) * | 2013-09-30 | 2014-01-22 | 天津工程机械研究院 | 一种疲劳裂纹在线检测***及检测方法 |
EP3069132A1 (en) * | 2013-11-14 | 2016-09-21 | The Boeing Company | Structural bond inspection |
EP3054292A1 (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Apparatus and method for diagnosing abnormality of bearing |
CN105241960A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种再制造曲轴弯曲疲劳裂纹监测方法、装置及*** |
CN106944877A (zh) * | 2016-01-06 | 2017-07-14 | 哈尔滨理工大学 | 基于声发射信号的刀具磨损无线智能检测装置 |
CN107356669A (zh) * | 2016-05-10 | 2017-11-17 | 波音公司 | 用于声发射测试的方法和装置 |
CN106353410A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-25 | 南京越辰智能科技有限公司 | 一种面向铝合金搅拌摩擦焊件的超声相控阵成像检测装置 |
CN106872581A (zh) * | 2017-02-06 | 2017-06-20 | 太原理工大学 | 一种基于镁合金电子束焊接试样疲劳裂纹扩展的分析方法 |
CN106872300A (zh) * | 2017-02-06 | 2017-06-20 | 太原理工大学 | 基于声发射检测的镁合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展特性研究方法 |
CN207472830U (zh) * | 2017-09-13 | 2018-06-08 | 上海海事大学 | 一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价*** |
CN108036200A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-05-15 | 北京航空航天大学 | 基于重心频率衰减特性的单声发射传感器泄漏源定位方法 |
CN208156499U (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-27 | 四川航天职业技术学院 | 基于声音传感器的数控加工设备远程监测*** |
CN108972152A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种监测切削刀具磨损状态的声音-功率检测法 |
CN109570729A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-05 | 湘潭大学 | 一种基于扭矩对搅拌摩擦焊缝质量动态检测的方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
Monitoring and proceedings acoustic emission signals from the friction-stir-welding process;Soundararajan V;《Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers Part B》;20061231;第10卷(第220期);第1673-1685页 * |
wavelet transform analysis of acoustic emission in monitoring friction stir welding of 6061 aluminum;Chen C;《International journal of machine tools and Manufacture》;20031231;第13卷(第43期);第1383-1390页 * |
基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测;叶赵伟;《南京航空航天大学学报》;20180630;第50卷(第3期);第404-410页 * |
基于声发射技术的焊接过程信号研究;张新明;《中国优秀硕士论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20130630;第61-65页 * |
基于多传感器技术的搅拌摩擦焊在线监测***开发;叶赵伟;《机床与液压》;20190131;第47卷(第1期);第61-65页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110108803A (zh) | 2019-08-09 |
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