JP4382504B2 - Friction stir welding apparatus and friction stir welding method - Google Patents
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Description
この発明は、摩擦撹拌接合装置、摩擦撹拌接合法及び接合継手に関し、詳述すると、特に板状乃至帯状の２個の長尺ワークの側縁部同士を連続的に接合するための摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合法、並びに前記接合法により接合された接合継手に関する。 The present invention relates to a friction stir welding apparatus, a friction stir welding method, and a joint, and more particularly, friction stir welding for continuously joining side edges of two plate-like or strip-like long workpieces. The present invention relates to an apparatus, a friction stir welding method, and a joint joint joined by the joining method.
摩擦撹拌接合は、固相接合の範疇に入り、接合に伴う熱歪み等の変形が少ない等の利点を有しており、近年、金属製ワークの接合手段として汎用されている（例えば、特許文献１参照。）。 Friction stir welding is in the category of solid phase bonding, and has advantages such as less deformation such as thermal strain associated with bonding, and has recently been widely used as a joining means for metal workpieces (for example, patent documents). 1).
この摩擦撹拌接合の接合方法を図８を参照して以下に説明する。同図において、（101）は従来の摩擦撹拌接合装置である。この接合装置（101）は、下端に肩部（112）と該肩部（112）の下面中央部に突設された径小のプローブ（113）とを有する接合工具（110）を備えている。（150）はワークである。このワーク（150）は接合ベッド（103）上に固定状態に載置されている。接合工具（110）を用い、その肩部（112）及びプローブ（113）を回転させた状態で、昇降手段（140）を降作動させることにより接合工具（110）のプローブ（113）をワーク（150）の接合予定部位（151）中に埋入するとともに、肩部（112）を接合予定部位（151）の表面に押し付ける。この押し付け操作により、肩部（112）が接合予定部位（151）中に少し押し込まれる。この肩部（112）の押し込み量は、通常、例えば約０．３ｍｍである。この状態を維持しつつ、ワーク（150）の位置を固定した状態で、プローブ（113）がワーク（150）の接合予定部位（151）を順次通過するようにプローブ（113）を移動させる。この操作により、接合予定部位（151）がプローブ通過部分において接合される。同図において、（161）は、プローブ（113）の移動方向即ち接合方向であり、また（154）は接合部である。 The joining method of this friction stir welding will be described below with reference to FIG. In the figure, (101) is a conventional friction stir welding apparatus. The joining device (101) includes a joining tool (110) having a shoulder (112) at the lower end and a small-diameter probe (113) projecting from the center of the lower surface of the shoulder (112). . (150) is the work. The work (150) is placed in a fixed state on the joining bed (103). Using the joining tool (110), with the shoulder (112) and the probe (113) rotated, the elevating means (140) is lowered to move the probe (113) of the joining tool (110) to the workpiece ( 150), the shoulder portion (112) is pressed against the surface of the planned joining portion (151). By this pressing operation, the shoulder (112) is slightly pushed into the joint planned site (151). The pushing amount of the shoulder portion (112) is usually about 0.3 mm, for example. While maintaining this state, with the position of the workpiece (150) fixed, the probe (113) is moved so that the probe (113) sequentially passes through the planned joining portion (151) of the workpiece (150). As a result of this operation, the joint planned portion (151) is joined at the probe passage portion. In the figure, (161) is the moving direction of the probe (113), that is, the joining direction, and (154) is the joining portion.
この摩擦撹拌接合では、接合工具（110）の肩部（112）の接合予定部位（154）中への押し込み量を接合方向（161）において一定にすることが望ましく、こうすることにより、接合部（154）の表面に肌荒れが生じたり接合部（154）の肉厚が局部的に減少したりする不具合を防止し得て、高品質の接合継手を得ることができる。 In this friction stir welding, it is desirable that the amount of pushing of the shoulder portion (112) of the welding tool (110) into the portion to be welded (154) is constant in the welding direction (161). It is possible to prevent problems such as rough skin on the surface of (154) or local decrease in the thickness of the joint (154), and a high-quality joint can be obtained.
従来、接合工具（110）の肩部（112）の接合予定部位（151）中への押し込み量を一定にするために、次のような接合装置（101）が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、同図に示すように、接合装置（101）は、ワーク（150）の表面までの距離（Ｋ）を検出する検出器（120）を備えている。この検出器（120）は昇降手段（140）に取り付けられている。そして、この接合装置（101）では、接合工程において、検出器（120）によって該検出器（120）からワーク（150）の表面までの距離（Ｋ）を検出するとともに、この距離（Ｋ）が一定になるように接合工具（110）を昇降手段（140）により昇降移動させながら、プローブ（113）を接合方向（161）に移動させることにより、接合工具（110）の肩部（112）の押し込み量を接合方向（161）において一定にし得るものとなされている。
しかしながら、上記の従来の接合装置（101）を用いて本発明者らが試験・研究のために接合を行ったところ、検出器（120）からワーク（150）の表面までの距離（Ｋ）が一定になるように接合工具（110）を昇降移動させても、接合工程の途中で接合工具（110）の肩部（112）の押し込み量が増加してしまい、接合工程の接合開始時から接合終了時までの間に亘って押し込み量を一定にすることができなかった。例えば、接合工具（110）の円柱状の本体（111）の長さが９０ｍｍの場合、接合開始時には押し込み量は約０．３ｍｍであったが、接合工程の途中（即ちプローブ（113）の移動操作の途中）で押し込み量が約０．７ｍｍに増加した。 However, when the present inventors joined using the conventional joining device (101) for testing and research, the distance (K) from the detector (120) to the surface of the workpiece (150) is Even if the welding tool (110) is moved up and down so as to be constant, the amount of pushing of the shoulder (112) of the welding tool (110) increases during the joining process, and joining is started from the start of joining in the joining process. The pushing amount could not be made constant until the end. For example, when the length of the cylindrical main body (111) of the joining tool (110) is 90 mm, the pushing amount was about 0.3 mm at the start of joining, but during the joining process (ie, movement of the probe (113)) During the operation), the amount of pushing increased to about 0.7 mm.
その原因について本発明者らは鋭意調査した結果、次のことが判明した。すなわち、接合工程の途中で接合工具（110）が接合時に発生する摩擦熱によって膨張して伸びてしまうことが原因で、接合工具（110）の肩部（112）の押し込み量を一定にすることができなかったのである。 As a result of intensive investigations on the cause, the present inventors have found the following. That is, the amount of pressing of the shoulder (112) of the welding tool (110) is made constant because the welding tool (110) expands and expands due to frictional heat generated during the welding process. It was not possible.
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、接合工程の途中において接合工具が摩擦熱により膨張して伸びた場合であっても、接合工具の肩部の接合予定部位中への押し込み量を接合方向において略一定にすることができる摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合法、並びに前記接合法により接合された接合継手を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described technical background, and its purpose is to join the shoulders of the joining tool even when the joining tool expands and expands due to frictional heat during the joining process. An object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method capable of making the amount of pushing into a region substantially constant in the joining direction, and a joint joint joined by the joining method.
本発明は以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means.
［１］下端にワークの接合予定部位の表面に当接される肩部と、該肩部の下面中央部に突設され、ワークの接合予定部位中に埋入される径小のプローブとを有する接合工具を備えた摩擦撹拌接合装置において、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を検出する検出手段と、前記接合工具を昇降移動させる昇降手段と、前記検出手段により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように前記昇降手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 [1] A shoulder that is brought into contact with the surface of a workpiece joining portion at the lower end, and a small-diameter probe that protrudes from the center of the lower surface of the shoulder and is embedded in the workpiece joining portion. In the friction stir welding apparatus provided with the welding tool having, the detecting means for detecting the height position of the shoulder portion of the welding tool or the vicinity thereof, the lifting means for moving the welding tool up and down, and detection by the detection means Control means for controlling the elevating means so that the amount of deviation is reduced when the height position is displaced with respect to a preset reference height position. Friction stir welding device.
［２］前記基準高さ位置は、前記接合工具のプローブの、ワークの接合予定部位中への埋入を終了し、ワーク又はプローブを移動させる直前の、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置である前項１記載の摩擦撹拌接合装置。
[2] The reference height position is the shoulder portion of the welding tool or the vicinity thereof immediately before the probe of the welding tool is inserted into the workpiece joining planned region and the workpiece or the probe is moved. 2. The friction stir welding apparatus according to
［３］前記検出手段は、非接触式の検出手段である前項１又は２記載の摩擦撹拌接合装置。
[3] The friction stir welding apparatus according to
［４］前記非接触式検出手段は、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位を撮像するＣＣＤカメラを有するとともに、該ＣＣＤカメラにより撮像された撮像データから高さ位置を検出するものとなされている前項３記載の摩擦撹拌接合装置。
[4] The non-contact type detection means includes a CCD camera that images a shoulder portion of the welding tool or a portion near the upper portion thereof, and detects a height position from image data captured by the CCD camera. 4. The friction stir welding apparatus according to
［５］前記接合工具の肩部の上方近傍部位の外周面に、高さ位置の検出点を示すマークが設けられている前項３又は４記載の摩擦撹拌接合装置。
[5] The friction stir welding apparatus according to the
［６］前記検出手段は、接触式の検出手段であって、該接触式検出手段の測定子を、前記接合工具の肩部に当接させて、あるいは前記接合工具の肩部の上方近傍部位の外周面に設けられた環状突部の上面又は下面に当接させて高さ位置を検出するものとなされている前項１又は２記載の摩擦撹拌接合装置。
[6] The detection means is a contact-type detection means, and a contact point of the contact-type detection means is brought into contact with the shoulder portion of the welding tool or in the vicinity of the upper portion of the shoulder portion of the welding tool. 3. The friction stir welding apparatus according to
［７］下端に肩部と、該肩部の下面中央部に突設された径小のプローブとを有する接合工具を用い、前記接合工具のプローブをワークの接合予定部位中に埋入し且つ肩部を接合予定部位の表面に当接させるプローブ埋入工程と、接合予定部位中に埋入されたプローブが接合予定部位を順次通過するようにワークをプローブに対して相対的に移動させることにより、接合予定部位を接合する接合工程とを備えた摩擦撹拌接合法において、前記接合工程において、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を検出手段により検出するとともに、前記検出手段により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように前記接合工具を昇降移動させることを特徴とする摩擦撹拌接合法。 [7] Using a joining tool having a shoulder at the lower end and a small-diameter probe projecting from the center of the lower surface of the shoulder, the probe of the joining tool is embedded in a part to be joined of the workpiece and A probe embedding process in which the shoulder is brought into contact with the surface of the site to be joined, and the workpiece is moved relative to the probe so that the probes embedded in the site to be joined sequentially pass through the site to be joined. In the friction stir welding method including a joining step for joining the planned joining portions, in the joining step, the height position of the shoulder portion of the joining tool or a portion near the upper portion thereof is detected by the detecting means, and the detection When the height position detected by the means deviates from a preset reference height position, the joining tool is moved up and down so that the amount of deviation becomes small. Legal.
［８］前記基準高さ位置は、前記プローブ埋入工程を終了し、前記接合工程においてワーク又はプローブを移動させる直前の、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置である前項７記載の摩擦撹拌接合法。 [8] The above-mentioned reference height position is a height position of a shoulder portion of the joining tool or a portion near the upper portion immediately before moving the workpiece or the probe in the joining step after finishing the probe embedding step. 7. The friction stir welding method according to 7.
［９］前記検出手段は、非接触式の検出手段である前項７又は８記載の摩擦撹拌接合法。 [9] The friction stir welding method according to item 7 or 8, wherein the detection means is a non-contact detection means.
［１０］前記非接触式検出手段は、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位を撮像するＣＣＤカメラを有し、前記ＣＣＤカメラにより撮像された撮像データから高さ位置を検出する前項９記載の摩擦撹拌接合法。 [10] The above-mentioned item 9, wherein the non-contact type detection means includes a CCD camera that images a shoulder portion of the welding tool or an upper vicinity thereof, and detects a height position from imaging data captured by the CCD camera. Friction stir welding method.
［１１］前記接合工具の肩部の上方近傍部位の外周面に、高さ位置の検出点を示すマークが設けられている前項９又は１０記載の摩擦撹拌接合法。
[11] The friction stir welding method according to
［１２］前記検出手段は、接触式の検出手段であり、該接触式検出手段の測定子を、前記接合工具の肩部に当接させて、あるいは前記接合工具の肩部の上方近傍部位の外周面に設けられた環状突部の上面又は下面に当接させて高さ位置を検出する前項７又は８記載の摩擦撹拌接合法。 [12] The detection means is a contact type detection means, and a contact point of the contact type detection means is brought into contact with the shoulder portion of the welding tool or in a region near the upper portion of the shoulder portion of the welding tool. 9. The friction stir welding method according to 7 or 8 above, wherein the height position is detected by contacting an upper surface or a lower surface of an annular protrusion provided on the outer peripheral surface.
［１３］ 前項７〜１２のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合法により接合されていることを特徴とする接合継手。 [13] A joint joint, which is joined by the friction stir welding method according to any one of items 7 to 12.
上記各項の発明を以下に説明する。 The invention of each of the above items will be described below.
［１］の発明では、接合工程の途中で接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置が検出手段により検出される。そして、この高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように昇降手段が制御手段により制御される。これにより、接合工具の肩部の押し込み量が接合方向において（即ち接合工程の接合開始時から接合終了時までの間に亘って）略一定になる。そのため、接合部の表面に肌荒れが生じたり接合部の肉厚が局部的に減少したりする不具合が防止されて、高品質の接合継手を得ることができる。 In the invention of [1], the height position of the shoulder portion of the welding tool or its upper vicinity is detected by the detecting means during the joining process. When the height position deviates from a preset reference height position, the elevating / lowering means is controlled by the control means so that the amount of deviation becomes small. Thereby, the pushing amount of the shoulder portion of the joining tool becomes substantially constant in the joining direction (that is, from the start of joining in the joining process to the end of joining). For this reason, problems such as rough skin on the surface of the joint portion or local reduction in the thickness of the joint portion are prevented, and a high-quality joint joint can be obtained.
［１］の発明において、検出手段は、その種類に限定されるものではなく、例えば、非接触式の検出手段であっても良いし、接触式の検出手段であっても良い。非接触式検出手段としては、後述するようにＣＣＤカメラを用いて高さ位置を検出できるように構成されたものや、レーザ変位計を用いて高さ位置を検出できるように構成されたものが例示される。また、接触式の検出手段としては、測定子を有する検出器を用いて高さ位置を検出できるように構成されたものが例示される。 In the invention of [1], the detection means is not limited to the type thereof, and may be, for example, a non-contact detection means or a contact detection means. As the non-contact type detecting means, there are those configured to detect the height position using a CCD camera as described later, and those configured to detect the height position using a laser displacement meter. Illustrated. Moreover, as a contact-type detection means, what was comprised so that a height position could be detected using the detector which has a measuring element is illustrated.
なお本発明において、検出手段により検出される接合工具の高さ位置の検出部位は、接合工具の肩部であっても良いし、接合工具の肩部の上方近傍部位であっても良い。ここで、高さ位置の検出部位が接合工具の肩部である場合には、接合工具が摩擦熱により膨張して伸びたとしても、接合工具の高さ位置検出部位（即ち接合工具の肩部）の基準高さ位置に対するずれ量が小さくなるように昇降手段を制御することにより、接合工具の肩部の押し込み量を確実に一定にすることができる。そのため、接合工具の膨張による影響を確実に回避することができる。しかしながら、この場合、接合時において接合工具の肩部はワークの接合予定部位の表面に当接しているため、高さ位置の検出は困難になる。一方、高さ位置の検出部位が接合工具の肩部の上方近傍部位である場合には、高さ位置の検出を容易に行うことができる。しかしながら、この場合、接合工具が摩擦熱により膨張して伸びると、接合工具の高さ位置検出部位（即ち接合工具の肩部の上方近傍部位）の基準高さ位置に対するずれ量が小さくなるように昇降手段を制御しても、接合工具の肩部から高さ位置検出部位までの長さが伸びるので高さ位置が少なからず変化してしまう。この高さ位置の変化量は、接合工具の肩部から高さ位置検出部位までの長さが長くなるほど増加する。したがって、肩部から高さ位置検出部位までの長さは短い方が望ましく、具体的に示すと、この長さは５ｍｍ以下であることが望ましく、特に３ｍｍ以下、更には１ｍｍ以下であることが望ましい。また、この長さの下限値は０ｍｍである。しかし、この長さが０ｍｍである場合には、上述したように高さ位置の検出が困難になるので、この長さは０ｍｍを超えることが望ましい。 In the present invention, the detection position of the height position of the welding tool detected by the detecting means may be the shoulder portion of the welding tool, or may be a portion near the upper portion of the shoulder portion of the welding tool. Here, when the detection site of the height position is the shoulder of the welding tool, even if the welding tool expands due to frictional heat and expands, the height position detection site of the welding tool (that is, the shoulder of the welding tool). ) Is controlled so that the amount of deviation with respect to the reference height position becomes small, the pushing amount of the shoulder portion of the joining tool can be surely made constant. Therefore, it is possible to reliably avoid the influence due to the expansion of the joining tool. However, in this case, since the shoulder portion of the joining tool is in contact with the surface of the work joining planned portion at the time of joining, it is difficult to detect the height position. On the other hand, when the detection position of the height position is near the upper part of the shoulder portion of the welding tool, the detection of the height position can be easily performed. However, in this case, when the joining tool expands and expands due to frictional heat, the amount of displacement of the joining tool height position detection portion (ie, the portion near the upper portion of the joining tool shoulder) with respect to the reference height position is reduced. Even if the lifting / lowering means is controlled, the length from the shoulder portion of the joining tool to the height position detection portion is extended, so that the height position is changed not a little. The amount of change in the height position increases as the length from the shoulder portion of the welding tool to the height position detection portion increases. Therefore, it is desirable that the length from the shoulder to the height position detection portion is short. Specifically, this length is desirably 5 mm or less, particularly 3 mm or less, and more preferably 1 mm or less. desirable. Moreover, the lower limit of this length is 0 mm. However, when the length is 0 mm, it is difficult to detect the height position as described above, and therefore it is desirable that the length exceeds 0 mm.
［２］の発明では、基準高さ位置は、接合工具のプローブの、ワークの接合予定部位中への埋入を終了し、ワーク又はプローブを移動させる直前の、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置であるから、接合工具の肩部の押し込み量を接合方向において確実に略一定にすることができる。 In the invention of [2], the reference height position is the position at or above the shoulder of the welding tool immediately before the workpiece or the probe is moved after the probe of the welding tool has been embedded in the planned joining site of the workpiece. Since it is the height position of the vicinity part, the pushing amount of the shoulder part of a joining tool can be reliably made substantially constant in the joining direction.
［３］の発明では、検出手段は、非接触式の検出手段であるから、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 In the invention [3], since the detection means is a non-contact type detection means, it is possible to reliably detect the height position of the shoulder portion of the welding tool or the vicinity thereof.
［４］の発明では、非接触式検出手段は、所定のＣＣＤカメラを有するとともに、ＣＣＤカメラにより撮像された撮像データから高さ位置を検出するものとなされているから、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を更に確実に検出することができる。 In the invention of [4], the non-contact type detecting means has a predetermined CCD camera and detects the height position from the image data captured by the CCD camera. The height position of the upper vicinity portion can be detected more reliably.
［５］の発明では、接合工具の肩部の上方近傍部位の外周面に、高さ位置の検出点を示すマークが設けられているから、接合工具の肩部の上方近傍部位の高さ位置を確実且つ正確に検出することができる。 In the invention of [5], since the mark indicating the detection point of the height position is provided on the outer peripheral surface of the upper vicinity portion of the shoulder portion of the welding tool, the height position of the upper vicinity portion of the shoulder portion of the welding tool. Can be reliably and accurately detected.
［６］の発明では、検出手段は、接触式の検出手段であって、該接触式検出手段の測定子を接合工具の所定の部位に当接させて高さ位置を検出するものとなされているから、接合工具の肩部又はその近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 In the invention of [6], the detection means is a contact-type detection means, and detects the height position by bringing the probe of the contact-type detection means into contact with a predetermined part of the welding tool. Therefore, the height position of the shoulder portion of the welding tool or its vicinity can be reliably detected.
［７］の発明では、上記［１］の発明と同様の作用を奏する。したがって、接合部の表面に肌荒れが生じたり接合部の肉厚が局部的に減少したりする不具合が防止されて、高品質の接合継手を得ることができる。 The invention [7] has the same effect as the invention [1]. Therefore, problems such as rough skin on the surface of the joint portion or local reduction in the thickness of the joint portion are prevented, and a high-quality joint joint can be obtained.
［８］の発明では、［２］の発明と同様に、接合工具の肩部の押し込み量を接合方向において確実に略一定にすることができる。 In the invention of [8], similarly to the invention of [2], the pushing amount of the shoulder portion of the joining tool can be reliably made substantially constant in the joining direction.
［９］の発明では、［３］の発明と同様に、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 In the invention of [9], as in the invention of [3], it is possible to reliably detect the height position of the shoulder portion of the joining tool or the vicinity thereof.
［１０］の発明では、［４］の発明と同様に、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を更に確実に検出することができる。 In the invention of [10], as in the invention of [4], the height position of the shoulder portion of the joining tool or the vicinity thereof can be detected more reliably.
［１１］の発明では、［５］の発明と同様に、接合工具の肩部の上方近傍部位の高さ位置を確実且つ正確に検出することができる。 In the invention of [11], as in the invention of [5], the height position of the upper vicinity of the shoulder portion of the welding tool can be detected reliably and accurately.
［１２］の発明では、［６］の発明と同様に、接合工具の肩部又はその近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 In the invention of [12], as in the invention of [6], the height position of the shoulder portion of the welding tool or its vicinity can be reliably detected.
［１３］の発明では、接合部の表面に肌荒れが生じたり接合部の肉厚が局部的に減少したりする不具合が防止された接合継手、即ち高品質の接合継手を提供することができる。 According to the invention of [13], it is possible to provide a joint joint in which the problem that roughening of the surface of the joint portion occurs or the thickness of the joint portion is locally reduced, that is, a high-quality joint joint can be provided.
各項の発明は次の効果を奏する。 The invention of each item has the following effects.
［１］の発明によれば、摩擦撹拌接合装置は、所定の検出手段と所定の昇降手段と所定の制御手段とを備えていることから、接合工程の途中で接合工具が摩擦熱によって膨張して伸びた場合であっても、接合工具の肩部の、ワークの接合予定部中への押し込み量を接合方向において略一定にすることができる。そのため、接合部の表面に肌荒れが生じたり接合部の肉厚が局部的に減少したりする不具合を防止できて、高品質の接合継手を得ることができる。 According to the invention of [1], since the friction stir welding apparatus includes the predetermined detection means, the predetermined lifting means, and the predetermined control means, the welding tool expands due to frictional heat during the joining process. Even if it is extended, the pushing amount of the shoulder portion of the welding tool into the workpiece joining portion can be made substantially constant in the joining direction. For this reason, it is possible to prevent problems such as rough skin on the surface of the joint or local reduction in the thickness of the joint, and a high-quality joint can be obtained.
［２］の発明によれば、接合工具の肩部の押し込み量を接合方向において確実に略一定にすることができる。 According to the invention of [2], the amount of pushing of the shoulder portion of the welding tool can be reliably made substantially constant in the welding direction.
［３］の発明によれば、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 According to the invention of [3], it is possible to reliably detect the height position of the shoulder portion of the welding tool or the upper vicinity thereof.
［４］の発明によれば、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を更に確実に検出することができる。 According to the invention of [4], it is possible to more reliably detect the height position of the shoulder portion of the welding tool or the upper vicinity thereof.
［５］の発明によれば、接合工具の肩部の上方近傍部位の高さ位置を確実且つ正確に検出することができる。 According to the invention of [5], it is possible to reliably and accurately detect the height position of the upper vicinity of the shoulder portion of the welding tool.
［６］の発明によれば、接合工具の肩部又はその近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 According to the invention of [6], the height position of the shoulder portion of the welding tool or its vicinity can be reliably detected.
［７］の発明によれば、摩擦撹拌接合法は、接合工程において、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を検出手段により検出するとともに、検出手段により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように接合工具を昇降移動させることから、接合工程の途中で接合工具が摩擦熱によって膨張して伸びた場合であっても、接合工具の肩部の、ワークの接合予定部中への押し込み量を接合方向において略一定にすることができる。そのため、接合部の表面に肌荒れが生じたり接合部の肉厚が局部的に減少したりする不具合を防止できて、高品質の接合継手を得ることができる。 According to the invention of [7], the friction stir welding method detects the height position of the shoulder portion of the welding tool or the upper vicinity thereof by the detection means in the joining step, and the height position detected by the detection means. When the tool is displaced with respect to a preset reference height position, the joining tool is moved up and down so that the amount of the deviation becomes small. Therefore, the joining tool expands due to frictional heat during the joining process. Even in the case of elongation, the amount of pushing of the shoulder portion of the joining tool into the workpiece joining portion can be made substantially constant in the joining direction. For this reason, it is possible to prevent problems such as rough skin on the surface of the joint or local reduction in the thickness of the joint, and a high-quality joint can be obtained.
［８］の発明によれば、接合工具の肩部の押し込み量を接合方向において確実に略一定にすることができる。 According to the invention of [8], the pushing amount of the shoulder portion of the joining tool can be reliably made substantially constant in the joining direction.
［９］の発明によれば、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 According to the invention of [9], it is possible to reliably detect the height position of the shoulder portion of the joining tool or the upper vicinity thereof.
［１０］の発明によれば、接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を更に確実に検出することができる。 According to the invention of [10], it is possible to more reliably detect the height position of the shoulder portion of the welding tool or the upper vicinity thereof.
［１１］の発明によれば、接合工具の肩部の上方近傍部位の高さ位置を確実且つ正確に検出することができる。 According to the invention of [11], the height position of the upper vicinity of the shoulder portion of the joining tool can be detected reliably and accurately.
［１２］の発明によれば、接合工具の肩部又はその近傍部位の高さ位置を確実に検出することができる。 According to the invention of [12], the height position of the shoulder portion of the welding tool or its vicinity can be reliably detected.
［１３］の発明によれば、高品質の接合継手を提供することができる。 According to the invention of [13], a high-quality bonded joint can be provided.
次に、本発明の好ましい幾つかの実施形態を以下に説明する。 Next, several preferred embodiments of the present invention are described below.
図１〜図６は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る摩擦撹拌接合装置を説明するための図である。図１において、（１）は本実施形態に係る摩擦撹拌接合装置である。この接合装置（１）は、例えば、自動車、鉄道車両、船舶等における床材、壁材、天井材、梁材等を製作するために用いられるものである。 FIGS. 1-6 is a figure for demonstrating the friction stir welding apparatus which concerns on one Embodiment (1st Embodiment) of this invention. In FIG. 1, (1) is a friction stir welding apparatus according to the present embodiment. This joining device (1) is used, for example, for producing floor materials, wall materials, ceiling materials, beam materials and the like in automobiles, railway vehicles, ships and the like.
摩擦撹拌接合装置（１）は、接合工具（10）と昇降手段（40）と非接触式検出手段（20）と制御手段（30）とを備えている。 The friction stir welding apparatus (1) includes a welding tool (10), a lifting / lowering means (40), a non-contact detection means (20), and a control means (30).
図１において、（50）はワークである。このワーク（50）は長尺な板状のものであり、詳述すると、図２及び図３に示すように互いに突合せ状に配置された２個の長尺な板状の接合部材（52）（52）からなる。各接合部材（52）は、金属製であり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製である。また、一方の接合部材（52）の側縁部と他方の接合部材（52）の側縁部とは互いに突き合わされている。そして、この突合せ部（53）が本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）によって接合されて両接合部材（52）（52）が一体化され、これにより、突合せ接合継手が得られる。したがって、本実施形態では、両接合部材（52）（52）の突合せ部（53）がワーク（50）の接合予定部位（51）に対応している。また、（54）は、ワーク（50）の接合予定部（51）を接合した接合部である。 In FIG. 1, (50) is a workpiece. This work (50) is a long plate-shaped member. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, two long plate-shaped joining members (52) arranged in abutment with each other. (52). Each joining member (52) is made of metal, for example, aluminum or aluminum alloy. Moreover, the side edge part of one joining member (52) and the side edge part of the other joining member (52) are mutually faced | matched. And this butt | matching part (53) is joined by the friction stir welding apparatus (1) of this embodiment, and both joining members (52) (52) are integrated, and, thereby, a butt-joint joint is obtained. Therefore, in this embodiment, the butting part (53) of both joining members (52) and (52) corresponds to the joining planned part (51) of the workpiece (50). Further, (54) is a joined portion obtained by joining the planned joining portions (51) of the workpiece (50).
ワーク（50）の下方には、図１に示すように、摩擦撹拌接合装置（１）に備えられた複数個の支持ローラ（３）が配置されており、これらの支持ローラ（３）によってワーク（50）が略水平状に支持されている。なお同図には、説明の便宜上、これらの支持ローラ（３）のうち１個だけが図示されている。この支持ローラ（３）は、ワーク（50）を水平方向に移動させるための送りローラとしても機能しており、更には裏当てローラとしても機能している。図１において、矢印（61）はワーク（50）の移動方向を示しており、また矢印（60）は接合方向を示している。接合方向（60）は、ワーク（50）の移動方向（61）とは反対方向になっている。 Below the work (50), as shown in FIG. 1, a plurality of support rollers (3) provided in the friction stir welding apparatus (1) are arranged. (50) is supported substantially horizontally. In the figure, for convenience of explanation, only one of these support rollers (3) is shown. The support roller (3) also functions as a feed roller for moving the work (50) in the horizontal direction, and further functions as a backing roller. In FIG. 1, the arrow (61) indicates the moving direction of the workpiece (50), and the arrow (60) indicates the joining direction. The joining direction (60) is opposite to the moving direction (61) of the workpiece (50).
ワーク（50）の接合予定部位（51）における肉厚は、ワーク（50）の長さ方向（即ち接合方向（60））において一定になっている。 The thickness of the work (50) in the planned joining portion (51) is constant in the length direction of the work (50) (that is, the joining direction (60)).
摩擦撹拌接合装置（１）において、接合工具（10）は、ワーク（50）の上方に配置されており、該接合工具（10）の下端に肩部（12）と、該肩部（12）の下面中央部に一体に突設されたプローブ（13）とを有している。 In the friction stir welding apparatus (1), the welding tool (10) is disposed above the workpiece (50), and a shoulder (12) is provided at the lower end of the welding tool (10), and the shoulder (12). And a probe (13) projecting integrally at the center of the lower surface of the.
この接合工具（10）の構成を詳述すると、接合工具（10）の肩部（12）は、該接合工具（10）の円柱状の本体（11）の一端部（下端部）からなる。また、プローブ（13）は肩部（12）の直径よりも径小に形成されている。この接合工具（10）において、接合時にはプローブ（13）はワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入され、また肩部（12）は接合予定部位（51）の表面（本実施形態では上面）に押し付けられて接合予定部位（51）中に僅かに押し込まれる（図４参照。）。この接合工具（10）の肩部（12）（本体（11））及びプローブ（13）は、ともにワーク（50）よりも硬質で且つ接合時に発生する摩擦熱に耐え得る耐熱金属等の耐熱材料から形成されている。また、プローブ（13）の外周面には、摩擦熱にて軟化したワーク（50）の材料を撹拌するための撹拌用凸部（図示せず）が設けられている。 If the structure of this joining tool (10) is explained in full detail, the shoulder part (12) of a joining tool (10) consists of one end part (lower end part) of the cylindrical main body (11) of this joining tool (10). The probe (13) is formed smaller in diameter than the shoulder (12). In this welding tool (10), the probe (13) is embedded in the planned joining part (51) of the workpiece (50) and the shoulder (12) is the surface of the planned joining part (51) (this implementation). In the form, it is pressed to the upper surface) and slightly pushed into the joint planned site (51) (see FIG. 4). Both the shoulder (12) (main body (11)) and the probe (13) of the joining tool (10) are harder than the work (50) and can withstand frictional heat generated during joining. Formed from. Further, on the outer peripheral surface of the probe (13), a stirring convex portion (not shown) for stirring the material of the work (50) softened by frictional heat is provided.
この接合工具（10）は回転駆動モータ（図示せず）に接続されており、この回転駆動モータが作動することにより、接合工具（10）の肩部（12）及びプローブ（13）が一体に回転されるものとなされている。 The welding tool (10) is connected to a rotary drive motor (not shown), and when the rotary drive motor is operated, the shoulder (12) of the welding tool (10) and the probe (13) are integrated. It is supposed to be rotated.
昇降手段（40）は、接合工具（10）を昇降移動させるためのものであり、床面（65）上に固定状態に立設された門型フレーム（２）に設けられている。そして、この昇降手段（40）に設けられたチャック部（41）に、接合工具（10）が接合方向（60）後方側に僅かに傾斜した状態で把持されて取り付けられており、この昇降手段（40）が作動することにより、接合工具（10）が昇降移動されるものとなされている。 The elevating means (40) is for moving the joining tool (10) up and down, and is provided on the portal frame (2) standing in a fixed state on the floor surface (65). The joining tool (10) is gripped and attached to the chuck portion (41) provided in the lifting means (40) while being slightly inclined rearward in the joining direction (60). By operating (40), the joining tool (10) is moved up and down.
なお本発明では、昇降手段（40）の構成は限定されるものではない。例えば、この昇降手段（40）は、図示していないが電気モータ（サーボモータ）により駆動されるボールねじ機構から構成されている。また、この昇降手段（40）は、油圧式やガス圧式等の流体圧式シリンダで作動されるものであっても良いし、その他の手段で作動されるものであっても良い。 In the present invention, the configuration of the elevating means (40) is not limited. For example, the elevating means (40) is composed of a ball screw mechanism (not shown) driven by an electric motor (servo motor). Further, the elevating means (40) may be operated by a hydraulic cylinder such as a hydraulic type or a gas pressure type, or may be operated by other means.
検出手段（20）は、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）の高さ位置を検出するためのものである。一方、図４に示すように、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の外周面には、高さ位置の検出点を示す線状のマーク（16）が全周に亘って刻設され又は印刷されている。 The detection means (20) is for detecting the height position of the shoulder (12) of the welding tool (10) or the upper vicinity portion (15) thereof. On the other hand, as shown in FIG. 4, on the outer peripheral surface of the upper vicinity portion (15) of the shoulder (12) of the welding tool (10), there are all linear marks (16) indicating the detection points of the height position. It is engraved or printed over the circumference.
なお本発明において、検出手段（20）により検出される接合工具（10）の高さ位置の検出部位は、接合工具（10）の肩部（12）であっても良いし、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）であっても良い。ここで、高さ位置の検出部位が接合工具（10）の肩部（12）である場合には、接合工具（10）が摩擦熱により膨張して伸びたとしても、接合工具（10）の高さ位置検出部位（即ち接合工具の肩部（12））の基準高さ位置に対するずれ量が小さくなるように昇降手段（40）を制御することにより、接合工具（10）の肩部（12）の押し込み量を確実に一定にすることができる。そのため、接合工具（10）の膨張による影響を確実に回避することができる。しかしながら、この場合、接合時において接合工具（10）の肩部（12）はワーク（50）の接合予定部位（51）の表面に当接しているため、高さ位置の検出は困難になる。一方、高さ位置の検出部位が接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）である場合には、高さ位置の検出を容易に行うことができる。しかしながら、この場合、接合工具が摩擦熱により膨張して伸びると、接合工具（10）の高さ位置検出部位（即ち接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15））の基準高さ位置に対するずれ量が小さくなるように昇降手段（40）を制御しても、接合工具（10）の肩部（12）から高さ位置検出部位（15）までの長さ（Ｌ）が伸びるので高さ位置が少なからず変化してしまう。この高さ位置の変化量は、接合工具（10）の肩部（12）から高さ位置検出部位（15）までの長さ（Ｌ）が長くなるほど増加する。したがって、肩部（12）から高さ位置検出部位（15）までの長さ（Ｌ）は短い方が望ましく、具体的に示すと、この長さ（Ｌ）は５ｍｍ以下であることが望ましく、特に３ｍｍ以下、更には１ｍｍ以下であることが望ましい。また、この長さ（Ｌ）の下限値は０ｍｍである。しかし、この長さ（Ｌ）が０ｍｍである場合には、上述したように高さ位置の検出が困難になるので、この長さ（Ｌ）は０ｍｍを超えることが望ましい。 In the present invention, the detection position of the height position of the joining tool (10) detected by the detecting means (20) may be the shoulder (12) of the joining tool (10), or the joining tool (10 ) In the upper vicinity (15) of the shoulder (12). Here, when the detection part of the height position is the shoulder (12) of the joining tool (10), even if the joining tool (10) expands due to frictional heat and extends, the joining tool (10) By controlling the elevating means (40) so that the amount of deviation from the reference height position of the height position detection portion (that is, the shoulder (12) of the welding tool) is small, the shoulder (12) of the welding tool (10) is controlled. ) Can be surely made constant. Therefore, it is possible to reliably avoid the influence due to the expansion of the joining tool (10). However, in this case, since the shoulder portion (12) of the welding tool (10) is in contact with the surface of the planned joining portion (51) of the workpiece (50) at the time of joining, it is difficult to detect the height position. On the other hand, when the height position detection part is the upper vicinity part (15) of the shoulder (12) of the welding tool (10), the height position can be easily detected. However, in this case, when the joining tool expands and expands due to frictional heat, the height position detection part of the joining tool (10) (that is, the upper vicinity part (15) of the shoulder part (12) of the joining tool (10)). The length (L) from the shoulder (12) of the welding tool (10) to the height position detection part (15) even if the lifting means (40) is controlled so that the amount of deviation from the reference height position is small The height position will change a little because it grows. The amount of change in the height position increases as the length (L) from the shoulder (12) of the welding tool (10) to the height position detection part (15) increases. Therefore, it is desirable that the length (L) from the shoulder (12) to the height position detection site (15) is short, and specifically, this length (L) is desirably 5 mm or less, In particular, it is desirable that it is 3 mm or less, and further 1 mm or less. Moreover, the lower limit of this length (L) is 0 mm. However, when the length (L) is 0 mm, it is difficult to detect the height position as described above. Therefore, it is desirable that the length (L) exceeds 0 mm.
検出手段（20）は、図１に示すように、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）を撮像するＣＣＤカメラ（21）と、該ＣＣＤカメラ（21）により撮像された撮像データを解析処理（２値化）して高さ位置を検出する撮像データ処理部（22）とを有している。 As shown in FIG. 1, the detection means (20) includes a CCD camera (21) that captures an image of the shoulder (12) of the welding tool (10) or its upper vicinity (15), and the CCD camera (21). An image data processing unit (22) for detecting the height position by analyzing (binarizing) the imaged image data;
ＣＣＤカメラ（21）は、接合工具（10）の接合方向（60）前方側の近傍位置において、床面（65）上に固定状態に立設された門型副フレーム（４）に固定状態に設置されている。このＣＣＤカメラ（21）は、上述したように接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）を撮像するためのものであり、詳述すると、図４に示すように、接合工具（10）の肩部（12）の外周縁における接合方向（60）の前縁部（12）を撮像するか、又は肩部（12）の上方近傍部位（15）の外周面における接合方向（60）の前面部（15a）を撮像するためのものである。なお、接合工具（10）は、上述したように接合方向（60）後方側に僅かに傾斜した状態に昇降装置（40）に取り付けられていることから、接合工具（10）の肩部（12）の外周縁における接合方向（60）の前縁部（12a）は、ワーク（50）の接合予定部位（51）の表面から僅かに浮き上がった状態になる。 The CCD camera (21) is fixed to the gate-type subframe (4) standing in a fixed state on the floor surface (65) at a position near the front side in the bonding direction (60) of the bonding tool (10). is set up. As described above, the CCD camera (21) is for imaging the shoulder (12) of the welding tool (10) or the upper vicinity thereof (15). As shown in detail in FIG. , Image the front edge (12) in the joining direction (60) at the outer periphery of the shoulder (12) of the joining tool (10), or on the outer peripheral surface of the upper vicinity part (15) of the shoulder (12) This is for imaging the front surface portion (15a) in the joining direction (60). In addition, since the joining tool (10) is attached to the lifting / lowering device (40) in a state slightly inclined backward in the joining direction (60) as described above, the shoulder (12) of the joining tool (10) The front edge (12a) in the joining direction (60) at the outer peripheral edge of) is slightly lifted from the surface of the part (51) to be joined of the work (50).
制御手段（30）は、検出手段（20）により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように昇降手段（40）を制御するためのものである。 When the height position detected by the detection means (20) is deviated from a preset reference height position, the control means (30) is configured to move the elevating means (40 ).
この制御手段（30）は、図６に示すように、基準高さ位置を予め設定し記憶するための基準高さ位置設定部（31）と、該基準高さ位置設定部（31）で設定された基準高さ位置と検出手段（20）により検出された高さ位置とを比較する比較部（32）と、を有している。本実施形態では、基準高さ位置として、接合開始時において接合工具（10）のプローブ（13）をワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入し且つ接合工具（10）の肩部（12）をワーク（50）の接合予定部位（51）の表面に押し付けたときの、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）の高さ位置が適用されている。 As shown in FIG. 6, the control means (30) is set by a reference height position setting unit (31) for presetting and storing a reference height position and the reference height position setting unit (31). A comparison unit (32) for comparing the reference height position thus detected with the height position detected by the detection means (20). In the present embodiment, as the reference height position, the probe (13) of the joining tool (10) is embedded in the planned joining portion (51) of the workpiece (50) at the start of joining, and the shoulder of the joining tool (10). The height position of the shoulder part (12) of the welding tool (10) or its upper part (15) when the part (12) is pressed against the surface of the part (51) to be joined of the workpiece (50) is applied. ing.
而して、本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）を用いて接合を行う摩擦撹拌接合法は、接合工具（10）のプローブ（13）をワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入し且つ肩部（12）を接合予定部位（51）に当接させるプローブ埋入工程と、接合予定部位（51）中に埋入されたプローブ（13）が接合予定部位（51）を順次通過するようにワーク（50）を移動させることにより、接合予定部位（51）を接合する接合工程と、を備えている。この摩擦撹拌接合法を以下に説明する。 Thus, in the friction stir welding method for joining using the friction stir welding apparatus (1) of the present embodiment, the probe (13) of the joining tool (10) is placed in the part to be joined (51) of the workpiece (50). And a probe embedding step in which the shoulder (12) is brought into contact with the planned bonding site (51), and the probe (13) embedded in the planned bonding site (51) is the planned bonding site (51). A joining step of joining the planned joining part (51) by moving the workpiece (50) so as to pass through the parts sequentially. This friction stir welding method will be described below.
まず、図５−Ａに示すように、ワーク（50）を支持ローラ（３）上に載置して該ワーク（50）を支持ローラ（３）で支持する。また、接合工具（10）の肩部（12）及びプローブ（13）を回転させる。次いで、昇降手段（40）を作動させて接合工具（10）を下降させることにより、接合工具（10）のプローブ（13）をワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入し且つ肩部（12）を接合予定部位（51）の表面に押し付ける［プローブ埋入工程］。 First, as shown to FIG. 5-A, a workpiece | work (50) is mounted on a support roller (3), and this workpiece | work (50) is supported by a support roller (3). Further, the shoulder (12) and the probe (13) of the joining tool (10) are rotated. Next, the lifting means (40) is operated to lower the joining tool (10), so that the probe (13) of the joining tool (10) is embedded in the planned joining portion (51) of the workpiece (50) and The shoulder (12) is pressed against the surface of the joint planned site (51) [probe embedding step].
このように肩部（12）を接合予定部位（51）の表面に押し付けることにより、肩部（12）の外周縁における接合方向（60）の後縁部がワーク（50）の接合予定部位（51）中に僅かに押し込まれる。図４に示すように、この肩部（12）の押し込み量（Ａ）は、通常、例えば０．２〜０．５ｍｍ（特に望ましくは０．３〜０．４ｍｍ）に設定される。また、肩部（12）の外周縁における接合方向（60）の前縁部（12a）は、上述したようにワーク（50）の接合予定部位（51）の表面から僅かに浮き上がる。 By pressing the shoulder (12) against the surface of the planned joining site (51) in this way, the rear edge of the joining direction (60) at the outer peripheral edge of the shoulder (12) becomes the planned joining site of the workpiece (50) ( 51) Slightly pushed inside. As shown in FIG. 4, the pushing amount (A) of the shoulder (12) is usually set to, for example, 0.2 to 0.5 mm (particularly desirably 0.3 to 0.4 mm). Moreover, the front edge part (12a) of the joining direction (60) in the outer periphery of a shoulder part (12) floats slightly from the surface of the joining plan site | part (51) of a workpiece | work (50) as mentioned above.
このようにプローブ（13）を接合予定部位（51）中に埋入したときの、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）を、検出手段（20）のＣＣＤカメラ（21）により撮像する（図５−Ａ参照。）。このＣＣＤカメラ（21）により撮像された撮像データは、図６に示すように撮像データ処理部（22）に送信される。そして、この撮像データが撮像データ処理部（22）で解析処理されることにより、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）の高さ位置が演算されて検出される。詳述すると、この撮像データ処理部（22）では、接合工具（10）の肩部（12）の外周縁における接合方向（60）の前縁部（12a）の高さ位置が検出されるか、あるいは接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の外周面における接合方向（60）の前面部（15a）の高さ位置が検出される。そして、この高さ位置に関する信号は制御手段（30）の基準高さ位置設定部（31）に送信される。この高さ位置を基準高さ位置として基準高さ位置設定部（31）に予め設定し記憶させる。 Thus, when the probe (13) is embedded in the part to be joined (51), the shoulder part (12) of the joining tool (10) or its upper part (15) is detected as the CCD of the detection means (20). An image is taken by the camera (21) (see FIG. 5-A). The imaging data imaged by the CCD camera (21) is transmitted to the imaging data processing unit (22) as shown in FIG. The imaging data is analyzed by the imaging data processing unit (22), so that the height position of the shoulder (12) of the welding tool (10) or the upper vicinity portion (15) is calculated and detected. The In detail, in this imaging data processing unit (22), is the height position of the front edge (12a) in the joining direction (60) at the outer periphery of the shoulder (12) of the joining tool (10) detected? Alternatively, the height position of the front surface portion (15a) in the joining direction (60) on the outer peripheral surface of the upper vicinity portion (15) of the shoulder portion (12) of the joining tool (10) is detected. And the signal regarding this height position is transmitted to the reference height position setting part (31) of a control means (30). This height position is set and stored in advance in the reference height position setting unit (31) as a reference height position.
本実施形態では、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の外周面には、高さ位置の検出点を示す線状マーク（16）が全周に亘って設けられていることから、この線状マーク（16）の高さ位置を検出することにより、肩部（12）の上方近傍部位（15）の高さ位置を確実且つ正確に検出することができる。 In the present embodiment, a linear mark (16) indicating a detection point of the height position is provided over the entire circumference on the outer peripheral surface of the upper vicinity portion (15) of the shoulder (12) of the welding tool (10). Therefore, by detecting the height position of the linear mark (16), the height position of the upper vicinity portion (15) of the shoulder portion (12) can be reliably and accurately detected.
次いで、図１に示すように、検出手段（20）のＣＣＤカメラ（21）で継続して接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）を撮像しその高さ位置を検出しながら、プローブ（13）がワーク（50）の接合予定部位（51）を順次通過するようにワーク（50）を移動（その方向61）させる。この移動によってワーク（50）の接合予定部位（51）がプローブ通過部分において接合される［接合工程］。 Next, as shown in FIG. 1, the CCD camera (21) of the detection means (20) continues to image the shoulder (12) of the welding tool (10) or its upper vicinity (15) and its height position. , The workpiece (50) is moved (in its direction 61) so that the probe (13) sequentially passes the planned joining portion (51) of the workpiece (50). Due to this movement, the part to be joined (51) of the workpiece (50) is joined at the probe passing part [joining step].
この接合工程において、図６に示すように、検出手段（20）の撮像データ処理部（22）で検出された高さ位置に関する信号が、フィードバック信号として制御手段（30）の比較部（32）に送信される。そして、この比較部（32）において、検出手段（20）により検出された高さ位置と、基準高さ位置設定部（31）で予め設定された基準高さ位置とが比較される。その結果、検出手段（20）により検出された高さ位置が基準高さ位置に対してずれを生じていると判定された場合には、そのずれ量を小さくする（望ましくは零にする）ため制御動作信号が昇降手段（40）に送信される。この信号によって前記ずれ量が小さくなる（望ましくは零になる）ように昇降手段（40）が制御されて接合工具（10）が昇降移動される。 In this joining step, as shown in FIG. 6, a signal related to the height position detected by the imaging data processing section (22) of the detection means (20) is used as a feedback signal as a comparison section (32) of the control means (30). Sent to. In the comparison unit (32), the height position detected by the detection means (20) is compared with the reference height position preset by the reference height position setting unit (31). As a result, when it is determined that the height position detected by the detection means (20) has shifted from the reference height position, the shift amount is reduced (preferably zero). A control operation signal is transmitted to the lifting means (40). By this signal, the lifting / lowering means (40) is controlled so that the amount of deviation becomes small (preferably zero), and the joining tool (10) is moved up and down.
例えば、図５−Ｂに示すように、接合工程の途中で接合工具（10）が接合時に発生した摩擦熱で膨張して伸びた場合には、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）は下方（矢印（64）の方向）に移動（即ち下降）してその高さ位置が変化しようとする。このように肩部（12）又はその上方近傍部位（15）が下方に移動すると、該肩部（12）の接合予定部位（51）中への押し込み量（Ａ）が増加してしまう。しかるに、本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）では、このように高さ位置が変化して基準高さ位置に対してずれを生じた場合には、昇降手段（10）が上方（矢印（63）の方向）に移動し、これに伴い接合工具（10）が上昇され、もって接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）の高さ位置が元の基準高さ位置に戻るようになる。このように接合工具（10）を上昇又は下降させることにより、接合工具（10）の肩部（12）の押し込み量（Ａ）を接合方向（60）において略一定にすることができる。そのため、接合部（54）の表面に肌荒れが生じたり接合部（54）の肉厚が局部的に減少したりする不具合を防止できて、高品質の接合継手（詳述すると突合せ接合継手）を得ることができる。 For example, as shown in FIG. 5-B, when the joining tool (10) expands and expands due to frictional heat generated during joining during the joining process, the shoulder (12) of the joining tool (10) or The upper vicinity part (15) moves downward (that is, descends) downward (in the direction of the arrow (64)) and its height position tends to change. When the shoulder portion (12) or its upper vicinity portion (15) moves downward as described above, the pushing amount (A) of the shoulder portion (12) into the planned joining portion (51) increases. However, in the friction stir welding apparatus (1) according to the present embodiment, when the height position changes in this way and shifts with respect to the reference height position, the elevating means (10) moves upward (arrow ( 63), and the joining tool (10) is raised accordingly, so that the height position of the shoulder (12) of the joining tool (10) or its upper part (15) is the original reference height. Return to the position. Thus, by raising or lowering the joining tool (10), the pushing amount (A) of the shoulder (12) of the joining tool (10) can be made substantially constant in the joining direction (60). For this reason, it is possible to prevent problems such as rough skin on the surface of the joint (54) and local decrease in the thickness of the joint (54). Obtainable.
さらに、本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）によれば、検出手段（20）は、非接触式のものであり、すなわち所定のＣＣＤカメラ（21）を有するとともに、ＣＣＤカメラ（21）により撮像された撮像データから高さ位置を検出するものとなされているので、接合工具（10）の肩部（12）又はその上方近傍部位（15）の高さ位置を確実に検出することができる。 Furthermore, according to the friction stir welding apparatus (1) of the present embodiment, the detection means (20) is a non-contact type, that is, has a predetermined CCD camera (21) and is provided with the CCD camera (21). Since the height position is detected from the captured image data, the height position of the shoulder portion (12) of the welding tool (10) or its upper portion (15) can be reliably detected. .
図７−Ａ及び図７−Ｂは、本発明のもう一つの実施形態（第２実施形態）に係る摩擦撹拌接合装置を説明するための図である。 FIGS. 7A and 7B are views for explaining a friction stir welding apparatus according to another embodiment (second embodiment) of the present invention.
本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）は、検出手段として、非接触式の検出手段ではなく、三次元測定器等の接触式検出手段（25）を備えている。この接触式検出手段（25）は、検出点を感知する測定子（25a）を有しており、接合工具（10）の接合方向（60）前方側の近傍位置において、床面上に固定状態に立設された門型副フレーム（４）に固定状態に取り付けられている。 The friction stir welding apparatus (1) of the present embodiment includes not a non-contact type detection unit but a contact type detection unit (25) such as a three-dimensional measuring device as a detection unit. This contact type detection means (25) has a measuring element (25a) for detecting the detection point, and is fixed on the floor surface at a position near the front side in the joining direction (60) of the joining tool (10). Are fixedly attached to a gate-type subframe (4) which is erected.
一方、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の外周面には、環状突部（14）が設けられている。接触式検出手段（25）は、その測定子（25a）を接合工具（10）の環状突部（14）の下面に当接させて、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の高さ位置を検出するものとなされている。 On the other hand, an annular protrusion (14) is provided on the outer peripheral surface of the upper vicinity portion (15) of the shoulder (12) of the welding tool (10). The contact-type detection means (25) has its probe (25a) abutted against the lower surface of the annular protrusion (14) of the welding tool (10) and is near the upper portion of the shoulder (12) of the welding tool (10). It is supposed to detect the height position of the part (15).
而して、本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）を用いて接合を行う摩擦撹拌接合法では、図７−Ａに示すように、接合開始時において接合工具（10）のプローブ（13）をワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入したときの、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の高さ位置を、環状突部（14）の下面に接触式検出手段（25）の測定子（25a）を当接させることによって検出する。 Thus, in the friction stir welding method for joining using the friction stir welding apparatus (1) of this embodiment, as shown in FIG. 7-A, the probe (13) of the joining tool (10) at the start of joining, as shown in FIG. The height position of the upper vicinity part (15) of the shoulder part (12) of the joining tool (10) when the workpiece is embedded in the planned joining part (51) of the workpiece (50) Detection is performed by bringing the probe (25a) of the contact-type detection means (25) into contact with the lower surface of the sensor.
次いで、図７−Ｂに示すように、接触式検出手段（25）の測定子（25a）を継続して接合工具（10）の環状突部（14）の下面に当接させて高さ位置を検出しながら、プローブ（13）が接合予定部位（51）を順次通過するようにワーク（50）を移動させる。この移動によってワーク（50）の接合予定部位（51）がプローブ通過部分において接合される。 Next, as shown in FIG. 7-B, the probe (25a) of the contact-type detection means (25) is continuously brought into contact with the lower surface of the annular protrusion (14) of the welding tool (10) so that the height position , The workpiece (50) is moved so that the probe (13) sequentially passes through the site to be joined (51). Due to this movement, the part to be joined (51) of the work (50) is joined at the probe passage part.
なお本発明では、接触式検出手段（25）は、その測定子（25a）を接合工具（10）の環状突部（14）の上面に当接させることにより、接合工具（10）の肩部（12）の上方近傍部位（15）の高さ位置を検出するものとなされていても良いし、測定子（25a）を接合工具（10）の肩部（12）の外周縁における接合方向（60）の前縁部（12a）（図４参照。）に当接させることにより、接合工具（10）の肩部（12）の高さ位置を検出するものとなされていても良い。 In the present invention, the contact-type detection means (25) is configured so that the probe (25a) is brought into contact with the upper surface of the annular protrusion (14) of the welding tool (10), so that the shoulder portion of the welding tool (10). The height position of the upper vicinity part (15) of (12) may be detected, and the measuring element (25a) is connected to the outer peripheral edge of the shoulder (12) of the welding tool (10) ( The height position of the shoulder (12) of the joining tool (10) may be detected by contacting the front edge (12a) (see FIG. 4) of 60).
本実施形態の摩擦撹拌接合装置（１）及び該接合装置（１）を用いた摩擦撹拌接合法の他の構成は、上記第１実施形態と同じであり、重複する説明を省略する。 Other configurations of the friction stir welding apparatus (1) of the present embodiment and the friction stir welding method using the bonding apparatus (1) are the same as those of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
以上で、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、様々に設定変更可能である。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to what was shown to the said embodiment, A setting change is variously possible.
例えば、上記実施形態では、ワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入された接合工具（10）のプローブ（13）の位置を固定しておき、このプローブ（13）が接合予定部位（51）を順次通過するようにワーク（50）を移動させことにより、接合予定部位（51）を接合する場合を示しているが、本発明では、その他に、ワーク（50）の位置を固定しておき、ワーク（50）の接合予定部位（51）中に埋入された接合工具（10）のプローブ（13）が接合予定部位（51）を順次通過するようにプローブ（13）を移動させることにより、接合予定部位（51）を接合しても良い。この場合には、プローブ（13）の移動方向が接合方向（60）となる（図８参照。）。 For example, in the above embodiment, the position of the probe (13) of the joining tool (10) embedded in the part to be joined (51) of the work (50) is fixed, and this probe (13) is to be joined. Although the case where the workpiece (50) is moved so as to sequentially pass through the portion (51) and the portion to be joined (51) is joined is shown, in the present invention, in addition, the position of the workpiece (50) is indicated. Fix the probe (13) so that the probe (13) of the welding tool (10) embedded in the planned joining part (51) of the workpiece (50) passes through the planned joining part (51) sequentially. You may join a joining plan part (51) by making it move. In this case, the moving direction of the probe (13) is the joining direction (60) (see FIG. 8).
本発明に係る摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合法は、金属製ワークを接合する際に用いられる摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合法として利用可能であり、具体的に例示すると、自動車、鉄道車両、船舶等における床材、壁材、天井材、梁材等を製作するために用いられる摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合法として利用可能である。 The friction stir welding apparatus and the friction stir welding method according to the present invention can be used as a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method used when joining metal workpieces. It can be used as a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method used for manufacturing floor materials, wall materials, ceiling materials, beam materials and the like in ships and the like.
本発明に係る接合継手は、例えば、自動車、鉄道車両、船舶等における床材、壁材、天井材、梁材等として利用可能である。 The joint joint according to the present invention can be used as, for example, a floor material, a wall material, a ceiling material, a beam material or the like in an automobile, a railway vehicle, a ship or the like.
１：摩擦撹拌接合装置
10：接合工具
12：肩部（高さ位置検出部位）
13：プローブ
14：環状突部
15：肩部の上方近傍部位（高さ位置検出部位）
16：マーク
20：非接触式検出手段（検出手段）
21：ＣＣＤカメラ
22：撮像データ処理部
25：接触式検出手段（検出手段）
30：制御手段
40：昇降手段
50：ワーク
51：接合予定部位
52：接合部材
53：突合せ部
54：接合部
60：接合方向
61：ワークの移動方向
1: Friction stir welding device
10: Joining tool
12: Shoulder (height position detection part)
13: Probe
14: Annular protrusion
15: Upper part of shoulder (height position detection part)
16: Mark
20: Non-contact detection means (detection means)
21: CCD camera
22: Imaging data processor
25: Contact detection means (detection means)
30: Control means
40: Lifting means
50: Work
51: Site to be joined
52: Joining member
53: Butting part
54: Joint
60: Joining direction
61: Workpiece movement direction
Claims (13)
前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を検出する検出手段と、
前記接合工具を昇降移動させる昇降手段と、
前記検出手段により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように前記昇降手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 A joining tool having a shoulder that is brought into contact with the surface of a workpiece to be joined at the lower end, and a small-diameter probe that protrudes from the center of the lower surface of the shoulder and is embedded in the workpiece to be joined. In the friction stir welding apparatus provided with
Detecting means for detecting a height position of a shoulder portion of the joining tool or an upper vicinity thereof;
Lifting means for moving the joining tool up and down;
Control means for controlling the elevating means so that the amount of deviation becomes small when the height position detected by the detecting means deviates from a preset reference height position. A friction stir welding apparatus characterized by comprising:
前記接合工程において、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を検出手段により検出するとともに、前記検出手段により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように前記接合工具を昇降移動させることを特徴とする摩擦撹拌接合法。 Using a joining tool having a shoulder at the lower end and a small-diameter probe projecting from the center of the lower surface of the shoulder, the probe of the joining tool is embedded in a part to be joined of the workpiece, and the shoulder is By placing the probe relative to the probe in such a manner that the probe is placed in contact with the surface of the site to be joined and the probe embedded in the site to be joined sequentially passes through the site to be joined. In a friction stir welding method including a joining process for joining a predetermined site,
In the joining step, the height position of the shoulder portion of the welding tool or the upper vicinity thereof is detected by the detection means, and the height position detected by the detection means is set with respect to a preset reference height position. A friction stir welding method, wherein when the deviation occurs, the joining tool is moved up and down so that the deviation amount becomes small.
前記接合工程において、前記接合工具の肩部又はその上方近傍部位の高さ位置を検出手段により検出するとともに、前記検出手段により検出された高さ位置が予め設定された基準高さ位置に対してずれを生じたときに、そのずれ量が小さくなるように前記接合工具を昇降移動させることを特徴とする接合継手の製造方法。In the joining step, the height position of the shoulder portion of the welding tool or the upper vicinity thereof is detected by the detection means, and the height position detected by the detection means is set with respect to a preset reference height position. A method for manufacturing a joint joint, wherein when the displacement occurs, the joining tool is moved up and down so that the amount of the displacement is reduced.
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