JP5091610B2 - Friction welding system and friction welding method - Google Patents
Friction welding system and friction welding method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5091610B2 JP5091610B2 JP2007254890A JP2007254890A JP5091610B2 JP 5091610 B2 JP5091610 B2 JP 5091610B2 JP 2007254890 A JP2007254890 A JP 2007254890A JP 2007254890 A JP2007254890 A JP 2007254890A JP 5091610 B2 JP5091610 B2 JP 5091610B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- friction
- abnormality
- output signal
- physical quantity
- friction welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
本発明は、摩擦接合システム及び摩擦接合方法に関する。 The present invention relates to a friction joining system and a friction joining method.
金属材を接合する方法として、摩擦撹拌接合・摩擦圧接接合・摩擦すべり接合といった摩擦接合方法が知られている。摩擦接合方法においては、接合状態の可否を判断するための種々の制御技術の開発がなされている。例えば特許文献1に記載の摩擦圧接方法では、圧接の際における圧力の単位時間当たりの変化量をモニタリングし、この変化量に基づいて圧接を行う毎の圧力を制御している。
接合状態の可否を精度良く判断するために、上述した圧接時の荷重のほか、ツール荷重、加工点温度、雰囲気温度、歪み量、振動といった複数の物理量をモニタリングすることが考えられる。しかしながら、モニタリングする物理量が多くなると、センサの数が増加し、解析ルーチンも複雑化してしまうという問題がある。 In order to accurately determine whether or not the joining state is possible, it is conceivable to monitor a plurality of physical quantities such as a tool load, a processing point temperature, an atmospheric temperature, a strain amount, and vibration in addition to the above-described load at the time of pressure welding. However, when the physical quantity to be monitored increases, there are problems that the number of sensors increases and the analysis routine becomes complicated.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる摩擦接合システム及び摩擦接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a friction joining system and a friction joining method capable of accurately determining whether or not a joining state is possible with a simple configuration.
上記課題の解決のため、本願発明者は、鋭意研究を重ねる過程で、接合を行う際に摩擦接合システムで消費されるエネルギーの変動量に着目した。その結果、摩擦接合システムで消費されるエネルギー量は、システムにかかる負荷に依存しており、摩擦接合の開始時、すなわち、駆動手段によって駆動する摩擦部材が接合対象となる金属材に接触したときに急峻に立ち上がり、その後、摩擦接合が完了するまでほぼ一定のレベルを保つことが分かった。 In order to solve the above problems, the inventors of the present application focused on the amount of fluctuation of energy consumed in the friction welding system when joining in the process of earnest research. As a result, the amount of energy consumed in the friction welding system depends on the load applied to the system, and at the start of friction welding, that is, when the friction member driven by the driving means contacts the metal material to be joined. It has been found that it rises sharply and then remains at a substantially constant level until the friction welding is completed.
そこで、本願発明者は、上述した波形の形状を考慮し、上記エネルギー量に関する物理量の初期波形と、摩擦接合が完了するまでの波形とをそれぞれ別々の手法で解析すれば、単一の物理量をもって接合状態の可否を精度良く判断できるとの知見を得て本発明を想到するに至った。 Therefore, the inventor of the present application considers the shape of the waveform described above, and analyzes the initial waveform of the physical quantity related to the energy amount and the waveform until the friction welding is completed by using different methods. The present invention has been conceived with the knowledge that it is possible to accurately determine whether or not a joined state is possible.
本発明に係る摩擦接合システムは、接合対象となる金属材の接合部に摩擦熱が生じるように摩擦部材を駆動させる駆動手段を備えた摩擦接合システムであって、摩擦接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を検出する物理量検出手段と、物理量検出手段からの出力信号のうち、駆動手段によって駆動する摩擦部材が接合部に接触する際の立ち上がり部分が、予め設定した基準用の出力信号の立ち上がり部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、立ち上がり部分の異常の有無を判断する第1判断手段と、物理量検出手段からの出力信号のうち、摩擦部材の駆動が停止するまでの後続部分について移動平均を算出し、後続部分の出力信号から移動平均を減算して得られる差分信号と、予め設定した閾値との比較に基づいて、後続部分の異常の有無を判断する第2判断手段と、第1判断手段及び第2判断手段による判断結果に基づいて、接合部の接合状態の可否を判断する可否判断手段とを備えたことを特徴としている。 A friction welding system according to the present invention is a friction welding system including a driving unit that drives a friction member so that friction heat is generated in a joint portion of a metal material to be joined, from the start to the completion of friction welding. Between the physical quantity detection means for detecting the change in the physical quantity related to the amount of energy supplied to the system and the output signal from the physical quantity detection means, the rising part when the friction member driven by the drive means contacts the joint, First determination means for determining whether there is an abnormality in the rising portion based on whether the rising portion of the rising portion of the reference output signal set in advance is within the upper management limit value and the lower management limit value; Of the output signals from the detection means, calculate the moving average for the subsequent part until the driving of the friction member stops, and subtract the moving average from the output signal of the subsequent part. Second judgment means for judging the presence or absence of an abnormality in the subsequent part based on a comparison between the difference signal and a preset threshold value, and based on the judgment results by the first judgment means and the second judgment means, It is characterized by comprising availability judging means for judging whether or not the joining state is possible.
この摩擦接合システムでは、物理量検出手段からの出力信号の立ち上がり部分を、上管理限界値と下管理限界値とを用いてモニタリングする。上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。したがって、上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されることとなり、急峻な立ち上がり部分の異常の有無を容易に判断することができる。一方、この摩擦接合システムでは、物理量検出手段からの出力信号の後続部分を、移動平均を差分した差分信号を用いてモニタリングする。これにより、平坦な後続部分の異常の有無を容易に判断することができる。モニタリングにあたっては、システムに供給されるエネルギー量に関する単一の物理量を扱うのみであり、構成の複雑化も回避される。 In this friction welding system, the rising portion of the output signal from the physical quantity detection means is monitored using the upper management limit value and the lower management limit value. The upper control limit value and the lower control limit value are obtained by calculating the standard deviation of the output value of the reference output signal, and then outputting the normalized value obtained by multiplying the standard deviation by an integer to the output of the reference output signal. It is a value obtained by adding and subtracting to a value. Therefore, the upper control limit value and the lower control limit value are set with a certain numerical range along the waveform of the rising portion of the output signal for reference, and it is easy to check whether there is an abnormality in the steep rising portion. Can be judged. On the other hand, in this friction welding system, the subsequent portion of the output signal from the physical quantity detection means is monitored using a difference signal obtained by subtracting the moving average. Thereby, it is possible to easily determine whether there is an abnormality in the flat subsequent portion. In monitoring, only a single physical quantity related to the amount of energy supplied to the system is handled, and the complexity of the configuration is also avoided.
また、第1判断手段によって立ち上がり部分に異常があると判断された場合に、駆動手段を停止させる停止手段を更に備えたことが好ましい。摩擦接合の開始時点でシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。 In addition, it is preferable to further include a stopping unit that stops the driving unit when the first determining unit determines that there is an abnormality in the rising portion. If a system abnormality is recognized at the start of friction welding, it is easy to grasp the cause of the abnormality by interrupting the friction welding on the spot. In addition, secondary abnormalities can be prevented from occurring.
また、物理量検出手段からの出力信号のうち、駆動手段によって摩擦部材が駆動してから摩擦部材が接合部に接触するまでの前段部分が、予め設定した基準用の出力信号の前段部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前段部分の異常の有無を判断する第3判断手段を更に備えたことが好ましい。こうすると、接合部の接合状態を一層精度良く判断することが可能となる。 Further, of the output signals from the physical quantity detection means, the preceding stage from when the friction member is driven by the driving means until the friction member comes into contact with the joint is superposed on the preceding part of the preset reference output signal. It is preferable to further include third determination means for determining the presence or absence of an abnormality in the previous stage based on whether or not the value is within the limit value and the lower control limit value. If it carries out like this, it will become possible to judge the joining state of a junction part still more accurately.
また、第3判断手段によって前段部分に異常があると判断された場合に、駆動手段を停止させる停止手段を更に備えたことが好ましい。摩擦接合の開始前にシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦接合を中断することで、異常の要因を把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。 In addition, it is preferable to further include a stopping unit that stops the driving unit when the third determining unit determines that there is an abnormality in the preceding stage portion. If an abnormality in the system is recognized before the start of friction welding, it is easier to grasp the cause of the abnormality by interrupting the friction welding on the spot. In addition, secondary abnormalities can be prevented from occurring.
また、本発明に係る摩擦接合方法は、接合対象となる金属材の接合部に摩擦熱が生じるように、駆動手段によって摩擦部材を駆動させるステップを備えた摩擦接合方法であって、摩擦接合の開始から完了までの間、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する物理量検出ステップと、物理量検出手段からの出力信号のうち、駆動手段によって駆動する摩擦部材が金属材に接触する際の立ち上がり部分が、予め設定した基準用の出力信号の立ち上がり部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、立ち上がり部分の異常の有無を判断する第1判断ステップと、物理量検出手段からの出力信号のうち、摩擦部材の駆動が停止するまでの後続部分について移動平均を算出し、後続部分の出力信号から移動平均を減算して得られる差分信号と、予め設定した閾値との比較に基づいて、後続部分の異常の有無を判断する第2判断ステップと、第1判断ステップ及び第2判断ステップによる判断結果に基づいて、接合部の接合状態の可否を判断する可否判断ステップとを備えたことを特徴としている。 The friction joining method according to the present invention is a friction joining method including a step of driving a friction member by a driving means so that friction heat is generated in a joint portion of metal materials to be joined. A physical quantity detection step for detecting a change in physical quantity related to the amount of energy supplied to the system from the start to the completion by the physical quantity detection means, and among the output signals from the physical quantity detection means, the friction member driven by the drive means is a metal material. Whether or not there is an abnormality in the rising part is determined based on whether the rising part when touching is within the upper control limit value and the lower control limit value of the preset output signal for the reference. The moving average is calculated for the first determination step to be determined and the subsequent portion of the output signal from the physical quantity detection means until the driving of the friction member stops. A second determination step for determining whether there is an abnormality in the subsequent portion based on a comparison between a difference signal obtained by subtracting the moving average from the output signal of the subsequent portion and a preset threshold value; and a first determination step And a determination step for determining whether or not the bonded state of the bonded portion is possible based on the determination result of the second determination step.
この摩擦接合方法では、物理量検出手段からの出力信号の立ち上がり部分を、上管理限界値と下管理限界値とを用いてモニタリングする。上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。したがって、上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の立ち上がり部分の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されることとなり、急峻な立ち上がり部分の異常の有無を容易に判断することができる。一方、この摩擦接合方法では、物理量検出手段からの出力信号の後続部分を、移動平均を差分した差分信号を用いてモニタリングする。これにより、平坦な後続部分の異常の有無を容易に判断することができる。モニタリングにあたっては、システムに供給されるエネルギー量に関する単一の物理量を扱うのみであり、構成の複雑化も回避される。 In this friction welding method, the rising portion of the output signal from the physical quantity detection means is monitored using the upper management limit value and the lower management limit value. The upper control limit value and the lower control limit value are obtained by calculating the standard deviation of the output value of the reference output signal, and then outputting the normalized value obtained by multiplying the standard deviation by an integer to the output of the reference output signal. It is a value obtained by adding and subtracting to a value. Therefore, the upper control limit value and the lower control limit value are set with a certain numerical range along the waveform of the rising portion of the output signal for reference, and it is easy to check whether there is an abnormality in the steep rising portion. Can be judged. On the other hand, in this friction welding method, the subsequent portion of the output signal from the physical quantity detection means is monitored using a difference signal obtained by subtracting the moving average. Thereby, it is possible to easily determine whether there is an abnormality in the flat subsequent portion. In monitoring, only a single physical quantity related to the amount of energy supplied to the system is handled, and the complexity of the configuration is also avoided.
また、第1判断ステップにおいて立ち上がり部分に異常があると判断された場合に、駆動手段を停止させる停止ステップを更に備えたことが好ましい。摩擦接合の開始時点でシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。 Moreover, it is preferable to further include a stop step for stopping the driving means when it is determined in the first determination step that there is an abnormality in the rising portion. If a system abnormality is recognized at the start of friction welding, it is easy to grasp the cause of the abnormality by interrupting the friction welding on the spot. In addition, secondary abnormalities can be prevented from occurring.
また、物理量検出手段からの出力信号のうち、駆動手段によって摩擦部材が駆動してから摩擦部材が接合部に接触するまでの前段部分が、予め設定した基準用の出力信号の前段部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前段部分の異常の有無を判断する第3判断ステップを更に備えたことが好ましい。こうすると、接合部の接合状態を一層精度良く判断することが可能となる。 Further, of the output signals from the physical quantity detection means, the preceding stage from when the friction member is driven by the driving means until the friction member comes into contact with the joint is superposed on the preceding part of the preset reference output signal. It is preferable to further include a third determination step for determining whether or not there is an abnormality in the preceding stage based on whether or not the value is within the limit value and the lower control limit value. If it carries out like this, it will become possible to judge the joining state of a junction part still more accurately.
また、第3判断ステップによって前段部分に異常があると判断された場合に、駆動手段を停止させる停止手段を更に備えたことが好ましい。摩擦接合の開始前にシステムの異常が認められた場合に、その場で摩擦接合を中断することで、異常の要因を把握し易くなる。また、二次的な異常の発生を防止できる。 In addition, it is preferable to further include a stopping unit that stops the driving unit when it is determined in the third determining step that there is an abnormality in the preceding stage portion. If an abnormality in the system is recognized before the start of friction welding, it is easier to grasp the cause of the abnormality by interrupting the friction welding on the spot. In addition, secondary abnormalities can be prevented from occurring.
本発明に係る摩擦接合システム及び摩擦接合方法によれば、簡単な構成で、接合状態の可否を精度良く判断することができる。 According to the friction joining system and the friction joining method according to the present invention, it is possible to accurately determine whether or not the joining state is possible with a simple configuration.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る摩擦接合システム及び摩擦接合方法の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a friction welding system and a friction welding method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る摩擦接合システムによる金属材の摩擦圧接の概要を示した図である。図1に示すように、摩擦接合システム1は、例えば金属材2,3の端面2a,3a同士を接合するシステムとして構成されている。金属材2,3は、例えば炭素鋼、クロム−モリブデン鋼、ステンレス鋼、及びアルミ合金等であり、直径50〜200mm程度、長さ500mm〜1500程度の棒状をなしている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of friction welding of a metal material by a friction welding system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
摩擦接合システム1は、接合にあたり、まず、図1(a)に示すように、一方の金属材2を軸周りに回転させる。次に、図1(b)に示すように、回転する金属材2の端面2aを他方の金属材3の端面3aに接触させ、摩擦熱によって金属材2,3の端面2a,3aを加熱溶融する。端面2a,3aを十分に溶融させた後、図1(c)に示すように、金属材2,3をアップセット加圧し、接合部Wを形成する。摩擦接合システム1は、形成した接合部Wの接合状態の可否を判断し、その判断結果を金属材2,3ごとに記憶する。
In joining, the
このような摩擦接合システム1は、図2に示すように、機能的な構成要素として、システム電源101と、駆動モータ(駆動手段)102と、送り装置103と、電力検出センサ(物理量検出手段)104と、出力信号判断部(第1判断手段〜第3判断手段)105と、接合状態判断部(可否判断手段)106と、判断結果格納部107と、停止制御部(停止手段)108とを備えている。
As shown in FIG. 2, such a
システム電源101は、外部電源201から供給される電力を、駆動モータ102や送り装置103等に分配する部分である。駆動モータ102は、図示しない連結手段によって一方の金属材2に連結され、金属材2に軸周りの回転力を付加する部分である。駆動モータ102は、例えば週速度6.0〜9.0m/sで金属材2を回転させることにより、接続対象となる一方の金属材2自体を摩擦部材として機能させる。
The
電力検出センサ104は、システム電源がオン状態となってから摩擦圧接接合が完了するまでの間、外部電源201からシステム電源101に供給される有効電力を検出する部分である。電力検出センサ104は、検出した有効電力に対応する出力信号を出力信号判断部105に順次出力する。
The
図3は、電力検出センサ104からの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。電力検出センサ104によって検出される有効電力は、摩擦接合システム1にかかる負荷に比例して増減するものであり、摩擦圧接接合が正常な状態でなされたか否かを示す指標として用いられる。図3に示す例では、出力信号Sは、時刻t0においてシステム電源101がオン状態となり、駆動モータ102による金属材2の回転が開始すると、一定のレベルに上昇する(前段部分S1)。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a waveform pattern of an output signal from the
次に、出力信号Sは、時刻t1において回転する金属材2の端面2aが他方の金属材3の端面3aに接触する瞬間に急峻に立ち上がり(立ち上がり部分S2)、その後、時刻t2から時刻t3にかけて金属材2,3の端面2a,3aが加熱溶融されている間、前段部分S1よりも高いレベルでほぼ一定に維持される(後続部分S3)。時刻t3において摩擦接合が終了し、駆動モータ102による金属材2の回転が停止すると、出力信号Sは、前段部分S1とほぼ同等のレベルまで減少し、システム電源101がオフ状態となるとほぼ0レベルになる(残余部分S4)。
Then, the output signal S is sharply rising in the moment when the
出力信号判断部105は、電力検出センサ104から順次出力される出力信号の波形をモニタリングし、異常の有無を判断する部分である。より具体的には、出力信号判断部105は、まず、出力信号Sの前段部分S1について、管理限界を用いた波形解析を行う。この波形解析にあたっては、予め基準用の金属材(図示せず)を摩擦接合し、その際に電力検出センサ104から出力される基準用の出力信号の波形パターンを取得しておく。
The output
次に、基準用の出力信号の波形パターンにおける前段部分の出力値の移動平均を求め、移動平均化後の波形パターンに含まれる各出力値を、その標準偏差σに基づいて正規化する。そして、図4に示すように、標準偏差σを3倍して得られる正規化値を移動平均値に加算したもの(+3σ)を上管理限界とし、正規化値を移動平均値から減算したもの(−3σ)を下管理限界とする。これにより、上管理限界の波形パターンA1と、下管理限界の波形パターンA2との間には、所定の数値幅をもって許容領域が設定されることとなる。 Next, a moving average of the output values of the preceding stage in the waveform pattern of the reference output signal is obtained, and each output value included in the waveform pattern after the moving average is normalized based on the standard deviation σ. Then, as shown in FIG. 4, the normalized value obtained by multiplying the standard deviation σ by 3 is added to the moving average value (+ 3σ) as the upper control limit, and the normalized value is subtracted from the moving average value. Let (−3σ) be the lower control limit. As a result, an allowable area is set with a predetermined numerical value width between the upper management limit waveform pattern A1 and the lower management limit waveform pattern A2.
出力信号判断部105は、図5(a)に示すように、出力信号Sの前段部分S1が、上管理限界の波形パターンA1と下管理限界の波形パターンA2との間に収まっている場合には、前段部分S1に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部105は、図5(b)に示すように、出力信号Sの前段部分S1が、上管理限界の波形パターンA1と下管理限界の波形パターンA2との間に収まっていない場合には、前段部分S1に異常があると判断する。
As shown in FIG. 5 (a), the output
出力信号判断部105は、判断結果を示す判断結果情報を生成し、接合状態判断部106に出力する。出力信号判断部105は、前段部分S1に異常があると判断した場合には、判断結果情報を停止制御部108にも併せて出力する。
The output
次に、出力信号判断部105は、出力信号Sの立ち上がり部分S2について、前段部分S1の場合と同様に、管理限界を用いた波形解析を行う。出力信号判断部105には、図6に示すように、基準用の出力信号の波形パターンにおける立ち上がり部分から算出した上管理限界の波形パターンB1と、下管理限界の波形パターンB2とが予め設定されている。
Next, the output
出力信号判断部105は、図7(a)に示すように、出力信号Sの立ち上がり部分S2が、上管理限界の波形パターンB1と下管理限界の波形パターンB2との間に収まっている場合には、前段部分S1に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部105は、図7(b)に示すように、出力信号Sの立ち上がり部分S2が、上管理限界の波形パターンB1と下管理限界の波形パターンB2との間に収まっていない場合には、立ち上がり部分S2に異常があると判断する。
As shown in FIG. 7A, the output
出力信号判断部105は、判断結果を示す判断結果情報を生成し、接合状態判断部106に出力する。出力信号判断部105は、立ち上がり部分S2に異常があると判断した場合には、判断結果情報を停止制御部108にも併せて出力する。
The output
さらに、出力信号判断部105は、出力信号Sの後続部分S3について、所定の閾値を用いた波形解析を行う。この波形解析の一例を図8に示す。図8(a)は、後続部分S3の波形パターンを拡大して示す図である。出力信号判断部105は、図8(b)に示すように、取得した後続部分S3の波形パターンの出力値の移動平均を求める。
Further, the output
次に、出力信号判断部105は、図8(a)に示した後続部分S3の波形パターンに含まれる出力値から、図8(b)に示した移動平均化後の波形パターンP1に含まれる出力値を減算する。これにより、図8(c)に示すように、0レベルを中心とする差分信号の波形パターンP2が得られる。一方、出力信号判断部105は、上述した基準用の出力信号における後続部分S3について、同様の方法で差分信号を求める。そして、出力信号判断部105は、この基準用の差分信号をその標準偏差σに基づいて正規化し、標準偏差σの3倍(±3σ)を閾値として算出する。
Next, the output
出力信号判断部105は、差分信号の波形パターンP2に含まれる出力値が、閾値±3σに収まっている場合には、後続部分S3に異常が無いと判断する。また、出力信号判断部105は、差分信号の波形パターンP2に含まれる出力値のうち、閾値±3σを超える値が一つでも存在する場合には、後続部分S3に異常があると判断する。出力信号判断部105は、判断結果を示す判断結果情報を生成し、接合状態判断部106に出力する。
When the output value included in the waveform pattern P2 of the differential signal is within the threshold value ± 3σ, the output
接合状態判断部106は、出力信号判断部105による判断結果に基づいて、金属材2,3における接合部Wの接合状態の可否を判断する部分である。接合状態判断部106は、出力信号Sの前段部分S1、立ち上がり部分S2、及び後続部分S3の各部分について、異常が無い旨の判断結果を受け取った場合には、接合部Wの接合状態が可である旨の判断結果情報を判断結果格納部107に出力する。一方、接合状態判断部106は、出力信号Sの前段部分S1、立ち上がり部分S2、及び後続部分S3のいずれか一つでも異常がある旨の判断結果が含まれている場合には、接合部Wの接合状態が不可である旨の判断結果情報を判断結果格納部107に出力する。
The joining
判断結果格納部107は、接合部Wの接合状態についての判断結果を格納する部分である。図9は、判断結果格納部107に格納される情報の一例を示す図である。図9に示す例では、金属材2,3の接合体の製品No.「00001」、「00002」等と関連付けて、接合状態の判断結果情報「OK」「NG」が格納されている。
The determination
停止制御部108は、摩擦接合システム1の緊急停止に関する制御を行う部分である。停止制御部108は、出力信号Sの前段部分S1又は立ち上がり部分S2に異常がある旨の判断結果情報を出力信号判断部105から受け取った場合に、送り装置103及び駆動モータ102を直ちに停止させる。
The
続いて、摩擦接合システム1の動作について説明する。図10は、摩擦接合システム1の動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the
図10に示すように、摩擦接合システム1のシステム電源101がオン状態となり、ユーザによる所定の操作がなされると、駆動モータ102による金属材2の回転が開始される(ステップS01)。金属材2の回転が開始されると、電力検出センサ104からの出力信号Sの前段部分S1について、異常の有無が判断される(ステップS02)。
As shown in FIG. 10, when the
ステップS02において、前段部分S1に異常があると判断された場合、送り装置103及び駆動モータ102が直ちに停止される(ステップS11)。前段部分S1に異常が無いと判断された場合、送り装置103によって金属材2が他方の金属材3側に送られ、駆動モータ102によって回転する金属材2の端面2aと、他方の金属材3の端面3aとが接触して摩擦圧接接合が開始される(ステップS03)。
In step S02, when it is determined that there is an abnormality in the front portion S1, the
摩擦圧接接合の開始の際、出力信号Sの立ち上がり部分S2について、異常の有無が判断される(ステップS04)。ステップS04において、立ち上がり部分S2に異常があると判断された場合、ステップS02の場合と同様に、送り装置103及び駆動モータ102が直ちに停止される(ステップS11)。立ち上がり部分S2に異常が無いと判断された場合、そのまま摩擦圧接接合が継続される(ステップS05)。
When friction welding is started, it is determined whether there is an abnormality in the rising portion S2 of the output signal S (step S04). If it is determined in step S04 that there is an abnormality in the rising portion S2, the
その後、金属材2,3の端面2a,3aが十分に加熱溶融すると、金属材2の回転が停止され(ステップS06)、これとほぼ同時に送り装置103によって金属材2,3へのアップセット加圧(図1(c)参照)がなされる(ステップS07)。金属材2の回転が停止された後、出力信号Sの後続部分S3について、異常の有無が判断される(ステップS08)。
After that, when the end faces 2a and 3a of the
ステップS08の後、出力信号Sの前段部分S1、立ち上がり部分S2、及び後続部分S3についての異常の有無の判断結果から、金属材2,3の接合部Wの接合状態の可否が判断される(ステップS09)。判断結果は、金属材2,3の接合体の製品No.と関連付けられて格納される(ステップS10)。
After step S08, whether or not the joining state of the joint portion W of the
以上説明したように、摩擦接合システム1では、電力検出センサ104からの出力信号Sの前段部分S1及び立ち上がり部分S2を、上管理限界値と下管理限界値とを用いてモニタリングする。上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の波形に沿って一定の数値幅を持って設定されるため、急峻な波形となる前段部分S1及び立ち上がり部分S2の異常の有無を容易に判断することができる。
As described above, in the
一方、摩擦接合システム1では、電力検出センサ104からの出力信号Sの後続部分S3を、移動平均を差分した差分信号の波形パターンを用いてモニタリングする。この後続部分S3は、通常ほぼ一定のレベルを維持する部分であり、正常である場合と異常である場合とで波形パターンに差が生じにくい部分である。これに対し、移動平均の差分処理は、バンドパスフィルタの機能と等価であり、後続部分S3に含まれる種々の周波数のうち、異常の有無に関する特定の周波数のみを取り出すことができる。したがって、平坦な後続部分S3の異常の有無を容易に判断することができる。摩擦接合システム1では、上述したモニタリングにあたり、外部電源201からシステム電源101に供給される有効電力のみを扱っている。したがって、構成の複雑化も回避される。
On the other hand, in the
また、摩擦接合システム1では、出力信号判断部105によって出力信号Sの前段部分S1又は立ち上がり部分S2に異常があると判断された場合に、停止制御部108によって送り装置103及び駆動モータ102が直ちに停止するようになっている。摩擦圧接接合の開始前の時点、又は開始の時点で摩擦接合システム1の異常が認められた場合に、その場で摩擦圧接接合を中断することで、異常の要因が把握し易くなる。また、送り装置103や駆動モータ102の軸折れなど、異常がある状態で摩擦圧接接合を継続することによって発生し得る二次的な異常を防止できる。
Further, in the
さらに、摩擦接合システム1では、接合部Wの接合状態の判断結果を、金属材2,3の接合体の製品No.と関連付けて格納している。これにより、金属材2,3を用いた製品のトレーサビリティ(追跡可能性)を確立することが可能となる。
Further, in the
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、システムに供給されるエネルギー量に関する物理量として有効電力を検出しているが、有効電力に代えて、電流量を検出するようにしてもよい。また、上記実施形態では摩擦圧接接合を例示したが、摩擦撹拌接合や摩擦すべり接合といった他の摩擦接合に適用してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the effective power is detected as a physical quantity related to the amount of energy supplied to the system, but the current amount may be detected instead of the effective power. In the above embodiment, friction welding is illustrated, but the present invention may be applied to other friction welding such as friction stir welding and friction sliding bonding.
1…摩擦接合システム、2…金属材(摩擦部材)、3…金属材、102…駆動モータ(駆動手段)、104…電力検出センサ(物理量検出手段)、105…出力信号判断部(第1判断手段〜第3判断手段)、106…接合状態判断部(可否判断手段)、108…停止制御部(停止手段)、A1,B1…上管理限界、A2,B2…下管理限界、P2…差分信号、S…出力信号、S1…前段部分、S2…立ち上がり部分、S3…後続部分、W…接合部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
摩擦接合の開始から完了までの間、前記駆動手段に供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を検出する物理量検出手段と、
前記物理量検出手段からの出力信号のうち、前記駆動手段によって駆動する前記摩擦部材が前記接合部に接触する際の立ち上がり部分が、予め設定した基準用の出力信号の立ち上がり部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記立ち上がり部分の異常の有無を判断する第1判断手段と、
前記物理量検出手段からの出力信号のうち、前記立ち上がり部分の後から前記摩擦部材の駆動が停止するまでの後続部分について移動平均を算出し、前記後続部分の出力信号から前記移動平均を減算して得られる差分信号が予め設定した閾値を超えるか否かに基づいて、前記後続部分の異常の有無を判断する第2判断手段と、
前記第1判断手段及び前記第2判断手段による判断結果に基づいて、前記接合部の接合状態の可否を判断する可否判断手段とを備えたことを特徴とする摩擦接合システム。 A friction welding system comprising a driving means for driving a friction member so that friction heat is generated in a joint portion of a metal material to be joined,
Physical quantity detection means for detecting a change in physical quantity related to the amount of energy supplied to the drive means from the start to completion of friction welding;
Of the output signals from the physical quantity detection means, the rising portion when the friction member driven by the driving means contacts the joint is the upper control limit value of the rising portion of the reference output signal set in advance. First determination means for determining whether or not there is an abnormality in the rising portion based on whether or not it falls within a lower management limit value;
Of the output signals from the physical quantity detection means, calculate the moving average for the subsequent portion after the rising portion until the driving of the friction member stops, and subtract the moving average from the output signal of the subsequent portion. Second determination means for determining whether or not there is an abnormality in the subsequent portion based on whether or not the obtained difference signal exceeds a preset threshold;
A friction welding system comprising: a judgment unit for judging whether or not the joining state of the joint portion is acceptable based on a judgment result by the first judgment unit and the second judgment unit.
摩擦接合の開始から完了までの間、前記駆動手段に供給されるエネルギー量に関する物理量の変化を物理量検出手段によって検出する物理量検出ステップと、
前記物理量検出手段からの出力信号のうち、前記駆動手段によって駆動する前記摩擦部材が前記金属材に接触する際の立ち上がり部分が、予め設定した基準用の出力信号の立ち上がり部分の上管理限界値と下管理限界値との間に収まっているか否かに基づいて、前記立ち上がり部分の異常の有無を判断する第1判断ステップと、
前記物理量検出手段からの出力信号のうち、前記立ち上がり部分の後から前記摩擦部材の駆動が停止するまでの後続部分について移動平均を算出し、前記後続部分の出力信号から前記移動平均を減算して得られる差分信号と、予め設定した閾値との比較に基づいて、前記後続部分の異常の有無を判断する第2判断ステップと、
前記第1判断ステップ及び前記第2判断ステップによる判断結果に基づいて、前記接合部の接合状態の可否を判断する可否判断ステップとを備えたことを特徴とする摩擦接合方法。 A friction joining method comprising a step of driving a friction member by a driving means so that friction heat is generated in a joint portion of a metal material to be joined,
A physical quantity detection step of detecting a change in physical quantity related to the amount of energy supplied to the drive means by a physical quantity detection means from the start to completion of friction welding;
Among the output signals from the physical quantity detection means, the rising portion when the friction member driven by the driving means comes into contact with the metal material is the upper management limit value of the rising portion of the preset output signal for reference. A first determination step of determining whether or not there is an abnormality in the rising portion based on whether or not it falls within a lower management limit value;
Of the output signals from the physical quantity detection means, calculate the moving average for the subsequent portion after the rising portion until the driving of the friction member stops, and subtract the moving average from the output signal of the subsequent portion. A second determination step of determining whether there is an abnormality in the subsequent portion based on a comparison between the obtained difference signal and a preset threshold value;
A friction joining method comprising: a judgment step for judging whether or not the joining state of the joint portion is possible based on the judgment results of the first judgment step and the second judgment step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007254890A JP5091610B2 (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Friction welding system and friction welding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007254890A JP5091610B2 (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Friction welding system and friction welding method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009082951A JP2009082951A (en) | 2009-04-23 |
JP5091610B2 true JP5091610B2 (en) | 2012-12-05 |
Family
ID=40657103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007254890A Active JP5091610B2 (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Friction welding system and friction welding method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5091610B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5441500B2 (en) * | 2009-05-25 | 2014-03-12 | 中村留精密工業株式会社 | Friction welding method to slant cut surface and friction welding machine |
JP5441499B2 (en) * | 2009-05-25 | 2014-03-12 | 中村留精密工業株式会社 | Friction welding method |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05208281A (en) * | 1992-01-31 | 1993-08-20 | Nippon Steel Corp | Detection of abnormality at the time of friction-press-joining steel pipe |
JP3223778B2 (en) * | 1995-12-26 | 2001-10-29 | トヨタ自動車株式会社 | Friction welding method and friction welding device |
-
2007
- 2007-09-28 JP JP2007254890A patent/JP5091610B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009082951A (en) | 2009-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20170087719A1 (en) | Rotation driving apparatus, robot apparatus, control program, and article manufacturing method | |
JP6145153B2 (en) | Robot controller that records the occurrence of emergency stop of robot | |
EP2145718A2 (en) | Ultrasonic welder and joined body obtained by the welder | |
JP6506199B2 (en) | Machine Tools | |
JP5091610B2 (en) | Friction welding system and friction welding method | |
KR102031895B1 (en) | Friction Stir Point Bonding Device and Friction Stir Point Bonding Method | |
JP5064704B2 (en) | Laser welding method | |
JP4809455B2 (en) | Welding state abnormality determination device | |
JP5091611B2 (en) | Friction pressure welding system and friction pressure welding method | |
CN113631315B (en) | Method for detecting the contact or disconnection of an ultrasonic generator (sonotrode) with a counter element | |
JP2009082949A (en) | Friction stir welding system and friction stir welding method | |
JP5038989B2 (en) | Ultrasonic metal bonding machine | |
JP2005271028A (en) | Ultrasonic welding equipment | |
JP5080927B2 (en) | Friction stir welding system and friction stir welding method | |
JP5080928B2 (en) | Friction stir welding system and friction stir welding method | |
JP3780637B2 (en) | Judging quality discrimination method in superposition ultrasonic welding | |
JP2006187778A (en) | Apparatus and method of friction stir welding | |
JP3290977B2 (en) | Abnormal stop control method in friction stir welding | |
JP6069011B2 (en) | Friction stir welding method and friction stir welding apparatus | |
JP6667409B2 (en) | Judging method and joining apparatus for judging replacement of ultrasonic welding tool | |
JP2008155240A (en) | Method for discriminating quality of ultrasonic joining | |
JPH0929464A (en) | Friction welding method | |
JP2005271029A (en) | Ultrasonic welding equipment | |
JPH0699289A (en) | Ultrasonic joining method | |
JP5335450B2 (en) | Ultrasonic metal bonding machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100902 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120313 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20120329 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120511 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120424 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120904 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120914 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5091610 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |