Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6766446B2 - Friction stir welding device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6766446B2 - Friction stir welding device - Google Patents

Friction stir welding device Download PDF

Info

Publication number
JP6766446B2
JP6766446B2 JP2016104132A JP2016104132A JP6766446B2 JP 6766446 B2 JP6766446 B2 JP 6766446B2 JP 2016104132 A JP2016104132 A JP 2016104132A JP 2016104132 A JP2016104132 A JP 2016104132A JP 6766446 B2 JP6766446 B2 JP 6766446B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stir welding
work
friction stir
tool
traveling
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
Application number
JP2016104132A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017209703A (en
Inventor
齋藤 浩
浩 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2016104132A priority Critical patent/JP6766446B2/en
Publication of JP2017209703A publication Critical patent/JP2017209703A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6766446B2 publication Critical patent/JP6766446B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

本発明は、摩擦撹拌接合装置に関するものである。 The present invention relates to a friction stir welding device.

従来、摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌接合用のツールのプローブ(ピンとも称する)を、回転させた状態でワーク同士が突き合わされた接合部に押し付けて、該回転するプローブをワーク内に没入させると共に接合部の全長に亘り移動させる手法である。これにより、ワークの接合部にプローブとの接触による摩擦熱を発生させて、該接合部周辺を軟化させると共に、この軟化した接合部周辺をプローブの回転に伴って塑性流動により撹拌混合することで、ワーク同士を一体に接合する。 Conventionally, in friction stir welding, a probe (also called a pin) of a tool for friction stir welding is pressed against a joint where works are abutted against each other in a rotated state, and the rotating probe is immersed in the work. This is a method of moving the joint over the entire length. As a result, frictional heat is generated at the joint of the work due to contact with the probe to soften the periphery of the joint, and the periphery of the softened joint is agitated and mixed by plastic flow as the probe rotates. , Join the workpieces together.

下記特許文献1には、摩擦撹拌接合装置の一形態が開示されている。この摩擦撹拌接合装置は、下記特許文献1の図2に示すように、一対のワークを支持する架台と、架台に支持されたワーク同士を摩擦撹拌接合するツールを搭載し、架台の下部空間を走行する走行台車と、を備える。ワークは、摩擦撹拌接合の際に、ツールから力(例えば、摩擦撹拌接合が進行する方向にワークを押す力、接合部を引き離そうとする力、及びワークを回転させようとする力等)を受けるため、架台は、ワーククランプ機構を備える。 Patent Document 1 below discloses one form of a friction stir welding apparatus. As shown in FIG. 2 of Patent Document 1 below, this friction stir welding device is equipped with a gantry that supports a pair of workpieces and a tool that frictionally welds the workpieces supported by the gantry to create a space under the gantry. It is equipped with a traveling carriage that travels. The work receives a force from the tool during friction stir welding (for example, a force pushing the work in the direction in which the friction stir welding proceeds, a force trying to pull the joint apart, a force trying to rotate the work, etc.). Therefore, the gantry is provided with a work clamp mechanism.

特開2015−196184号公報JP 2015-196184

従来、摩擦撹拌接合するワークは、例えば10mm未満のアルミ材等の薄板が中心であった。しかしながら、近年、10mm以上(例えば30mm以下)程度の厚板にも、摩擦撹拌接合の適用範囲が広がりつつある。このような背景のもと、厚板のワークに対する施工品質の確認、及び装置本体、接合部の異常状態を把握するため、ワーク、ツール及び走行台車の状態を監視する必要性が生じてきている。従来の構成では、走行台車が架台の下部空間に配置され、また、架台の上にはワーククランプ機構が配置されているため、上記監視対象を目視等により外部から直接監視することは困難であった。 Conventionally, the work for friction stir welding has mainly been a thin plate such as an aluminum material having a size of less than 10 mm. However, in recent years, the range of application of friction stir welding is expanding to thick plates of about 10 mm or more (for example, 30 mm or less). Against this background, it has become necessary to monitor the condition of the workpiece, tools, and traveling carriage in order to confirm the construction quality of the thick plate workpiece and to grasp the abnormal condition of the device body and joints. .. In the conventional configuration, since the traveling carriage is arranged in the lower space of the gantry and the work clamp mechanism is arranged on the gantry, it is difficult to directly monitor the monitoring target from the outside by visual inspection or the like. It was.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ワークの施工状態の確認、及び装置本体、接合部の異常状態を把握することが可能な摩擦撹拌接合装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus capable of confirming the construction state of a work and grasping an abnormal state of an apparatus main body and a joint portion.

上記の課題を解決するために、本発明は、一対のワークを支持する架台と、前記架台に支持されたワーク同士を摩擦撹拌接合するツールを搭載し、前記架台の下部空間を走行する走行台車と、を備える摩擦撹拌接合装置であって、前記摩擦撹拌接合の際に、前記ワーク、前記ツール、前記走行台車の少なくとも一つの状態監視を行う状態監視系を備え、前記状態監視系は、前記走行台車に搭載されている、という構成を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention is equipped with a gantry that supports a pair of workpieces and a tool for friction stir welding between the workpieces supported by the gantry, and a traveling carriage that travels in the lower space of the gantry. A friction stir welding apparatus comprising the above, comprising a state monitoring system for monitoring the state of at least one of the work, the tool, and the traveling carriage at the time of the friction stir welding. The configuration is that it is mounted on a traveling trolley.

また、本発明においては、前記状態監視系は、複数の状態監視素子を備え、前記複数の状態監視素子は、前記ワークの接合部に沿って配置されている、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the state monitoring system employs a configuration in which a plurality of state monitoring elements are provided, and the plurality of state monitoring elements are arranged along the joint portion of the work.

また、本発明においては、前記状態監視系は、前記摩擦撹拌接合の進行方向後方側において、前記一対のワークの少なくともいずれか一方の温度を監視するワーク温度監視素子を備える、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the condition monitoring system adopts a configuration in which the work temperature monitoring element for monitoring the temperature of at least one of the pair of works is provided on the rear side in the traveling direction of the friction stir welding. ..

また、本発明においては、前記ワーク温度監視素子は、少なくとも前記一対のワークのアドバンシングサイドの温度を監視する、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the work temperature monitoring element adopts a configuration in which at least the temperature of the advancing side of the pair of works is monitored.

また、本発明においては、前記ワーク温度監視素子は、前記摩擦撹拌接合の進行方向と直交する幅方向において、前記ワークの接合部から退避した両側の位置に一対で設けられている、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the work temperature monitoring elements are provided in pairs at positions on both sides retracted from the joint portion of the work in the width direction orthogonal to the traveling direction of the friction stir welding. adopt.

また、本発明においては、前記状態監視系は、前記一対のワーク温度監視素子の間に配置された撮像素子を備え、前記撮像素子は、少なくとも前記ワークの接合部を含む画角で取り付けられている、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the condition monitoring system includes an image pickup element arranged between the pair of work temperature monitoring elements, and the image pickup element is attached at an angle of view including at least a joint portion of the work. Adopt the configuration of being.

また、本発明においては、前記状態監視系は、前記摩擦撹拌接合の進行方向前方において、前記ツールの温度を監視するツール温度監視素子を備える、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the condition monitoring system adopts a configuration including a tool temperature monitoring element for monitoring the temperature of the tool in front of the traveling direction of the friction stir welding.

また、本発明においては、前記走行台車は、前記ツールを走行させる走行側台車ユニットと、前記ツールを回転させる主軸を備える主軸側台車ユニットと、前記走行側台車ユニットと前記主軸側台車ユニットを前記摩擦撹拌接合の進行方向において一定範囲で変位自在に連結する連結部と、を備え、前記状態監視系は、前記走行側台車ユニットと前記主軸側台車ユニットとの間に配置された荷重監視素子を備える、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the traveling carriage includes a traveling side carriage unit for traveling the tool, a spindle side carriage unit including a spindle for rotating the tool, the traveling side carriage unit, and the spindle side carriage unit. The state monitoring system includes a connecting portion that is displaceably connected in a certain range in the traveling direction of the frictional stirring joint, and the state monitoring system includes a load monitoring element arranged between the traveling side carriage unit and the spindle side carriage unit. Adopt the configuration of preparing.

また、本発明においては、前記ワーク及び前記ツールの状態監視を行う状態監視素子は、前記主軸側台車ユニットに搭載されている、という構成を採用する。 Further, in the present invention, the state monitoring element for monitoring the state of the work and the tool is mounted on the spindle side carriage unit.

本発明では、ツールを搭載し、ワークを支持する架台の下部空間を走行する走行台車に、ワーク、ツール、走行台車の少なくとも一つの状態監視を行う状態監視系を搭載する。この構成によれば、架台の下部空間において、走行台車から上記監視対象を直接監視することができるため、架台や、その架台が備えるワーククランプ機構等の構造物によって、上記監視対象の監視が遮られることがなくなる。
したがって、本発明では、ワークの施工状態の確認、及び装置本体、接合部の異常状態を把握することが可能な摩擦撹拌接合装置が得られる。
In the present invention, a condition monitoring system for monitoring the state of at least one of the work, the tool, and the traveling carriage is mounted on a traveling carriage that is equipped with a tool and travels in the lower space of the gantry that supports the work. According to this configuration, the monitoring target can be directly monitored from the traveling carriage in the lower space of the gantry, so that the monitoring of the monitoring target is blocked by the gantry and the structure such as the work clamp mechanism provided on the gantry. Will not be.
Therefore, in the present invention, it is possible to obtain a friction stir welding apparatus capable of confirming the construction state of the work and grasping the abnormal state of the apparatus main body and the joint portion.

本発明の実施形態における摩擦撹拌接合装置を示す側面構成図である。It is a side view which shows the friction stir welding apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における主軸の一端部周辺の構成を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure around one end part of the spindle in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における走行台車に搭載された状態監視系の配置を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement of the condition monitoring system mounted on the traveling carriage in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における連結部の構成及び荷重監視素子の配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the connecting part and the arrangement of a load monitoring element in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるワークの接合部に対する状態監視系の配置を示す平面模式図である。It is a top view which shows the arrangement of the condition monitoring system with respect to the joint part of the work in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における撮像素子の画角に含まれる像を示すイメージ図である。It is an image diagram which shows the image included in the angle of view of the image pickup device in embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。水平面内の所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the XYZ Cartesian coordinate system may be set, and the positional relationship of each member may be described with reference to the XYZ Cartesian coordinate system. A predetermined direction in the horizontal plane is defined as the X-axis direction, a direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is defined as the Y-axis direction, and a direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, the vertical direction) is defined as the Z-axis direction.

図1は、本発明の実施形態における摩擦撹拌接合装置1を示す側面構成図である。
摩擦撹拌接合装置1は、ワークWを支持する架台2と、架台2に支持されたワークWを摩擦撹拌接合するツール20を搭載し、架台2の下部空間Sを走行する走行台車3と、を備える。
FIG. 1 is a side configuration view showing a friction stir welding device 1 according to an embodiment of the present invention.
The friction stir welding device 1 is equipped with a pedestal 2 that supports the work W and a tool 20 that rubs and joins the work W supported by the gantry 2 and runs in the lower space S of the gantry 2. Be prepared.

架台2は、走行台車3の移動方向(X軸方向)に延びる一対の支持板であり、当該一対の支持板のそれぞれにワークWを支持する。走行台車3は、一対の支持板のY軸方向における隙間を介して架台2上に突出させたツール20を回転させつつX軸方向に移動させることにより、架台2に支持された一対のワークW同士を接合する。架台2は、一対のワークWを一対の支持板に固定する図示しないワーククランプ機構(例えば、特許文献1の図2参照)を備える。 The gantry 2 is a pair of support plates extending in the moving direction (X-axis direction) of the traveling carriage 3, and supports the work W on each of the pair of support plates. The traveling carriage 3 has a pair of workpieces W supported by the gantry 2 by moving the tool 20 projecting onto the gantry 2 through a gap in the Y-axis direction of the pair of support plates in the X-axis direction while rotating the tool 20. Join each other. The gantry 2 includes a work clamp mechanism (not shown) for fixing the pair of work Ws to the pair of support plates (see, for example, FIG. 2 of Patent Document 1).

走行台車3は、架台2の下部空間Sに配置されている。走行台車3は、ツール20を走行させる走行側台車ユニット4と、ツール20を回転させる主軸21を備える主軸側台車ユニット5と、走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5とを連結する連結部6と、摩擦撹拌接合の状態監視を行う状態監視系7と、を備える。 The traveling carriage 3 is arranged in the lower space S of the gantry 2. The traveling carriage 3 is a connecting portion that connects the traveling side carriage unit 4 for traveling the tool 20, the spindle side carriage unit 5 having the spindle 21 for rotating the tool 20, and the traveling side carriage unit 4 and the spindle side carriage unit 5. 6 and a state monitoring system 7 for monitoring the state of frictional stirring joints are provided.

走行側台車ユニット4は、モータ10と、カップリング12と、ウォーム減速機13と、スプロケット14と、を備える。モータ10は、走行側台車ユニット4の駆動源である。モータ10は、遊星減速機を含んで構成されている。カップリング12は、モータ10とウォーム減速機13の軸部同士を接続する。ウォーム減速機13は、モータ10の回転を減速する。スプロケット14は、ウォーム減速機13に接続され、モータ10の回転に対し所定の減速比で回転する。 The traveling side carriage unit 4 includes a motor 10, a coupling 12, a worm reducer 13, and a sprocket 14. The motor 10 is a drive source for the traveling side carriage unit 4. The motor 10 includes a planetary reducer. The coupling 12 connects the shaft portions of the motor 10 and the worm reducer 13 to each other. The worm reducer 13 reduces the rotation of the motor 10. The sprocket 14 is connected to the worm reducer 13 and rotates at a predetermined reduction ratio with respect to the rotation of the motor 10.

スプロケット14は、ベース8上に敷設されたチェーンラック9に係合している。スプロケット14が回転すると、走行側台車ユニット4がX軸方向に移動すると共に、走行側台車ユニット4と連結部6を介して連結された主軸側台車ユニット5がX軸方向に移動する。なお、主軸側台車ユニット5の両側部は、図示しないリニアガイド機構(例えば、特許文献1の図2参照)によって支持されている。 The sprocket 14 is engaged with a chain rack 9 laid on the base 8. When the sprocket 14 rotates, the traveling side carriage unit 4 moves in the X-axis direction, and the spindle-side carriage unit 5 connected to the traveling side carriage unit 4 via the connecting portion 6 moves in the X-axis direction. Both side portions of the spindle side carriage unit 5 are supported by a linear guide mechanism (see, for example, FIG. 2 of Patent Document 1) (not shown).

主軸側台車ユニット5は、ツール20と、主軸21と、主軸回転駆動装置22と、を備える。ツール20は、摩擦撹拌接合用の回転工具であり、本実施形態では、ワークWの表裏面に接触するボビンツールからなる。主軸21は、鉛直方向(Z軸方向)に延在し、その鉛直上方の一端部21aにツール20を支持している。主軸回転駆動装置22は、上部軸受部23と、下部軸受部24と、主軸側Vプーリ25と、Vベルト26と、モータ側Vプーリ27と、モータ28と、を備える。 The spindle side carriage unit 5 includes a tool 20, a spindle 21, and a spindle rotation drive device 22. The tool 20 is a rotary tool for friction stir welding, and in the present embodiment, includes a bobbin tool that contacts the front and back surfaces of the work W. The main shaft 21 extends in the vertical direction (Z-axis direction), and supports the tool 20 at one end portion 21a vertically above the main shaft 21. The spindle rotation drive device 22 includes an upper bearing portion 23, a lower bearing portion 24, a spindle side V pulley 25, a V belt 26, a motor side V pulley 27, and a motor 28.

上部軸受部23は、主軸21の一端部21a側に配置され、主軸21を鉛直方向に延びる軸回りに回転自在に支持する。下部軸受部24は、主軸21の他端部21b側に配置され、主軸21を鉛直方向に延びる軸回りに回転自在に支持する。主軸側Vプーリ27は、主軸21の他端部21bに接続されている。Vベルト26は、主軸側Vプーリ27とモータ側Vプーリ27とに架設されている。モータ側Vプーリ27は、主軸側Vプーリ27よりも径が小さく形成され、モータ28と接続されている。 The upper bearing portion 23 is arranged on the one end portion 21a side of the spindle 21, and rotatably supports the spindle 21 around an axis extending in the vertical direction. The lower bearing portion 24 is arranged on the other end portion 21b side of the spindle 21, and rotatably supports the spindle 21 around an axis extending in the vertical direction. The spindle side V pulley 27 is connected to the other end 21b of the spindle 21. The V-belt 26 is erected on the main shaft side V pulley 27 and the motor side V pulley 27. The motor-side V-pulley 27 is formed to have a smaller diameter than the spindle-side V-pulley 27 and is connected to the motor 28.

モータ28は、主軸側台車ユニット5の駆動源である。モータ28が回転すると、モータ側Vプーリ27、Vベルト26を介して、主軸側Vプーリ27が所定の減速比で回転する。主軸21は、上部軸受部23及び下部軸受部24によって回転自在に支持されており、主軸側Vプーリ27と共に回転する。主軸21が回転すると、主軸21に支持されたツール20が鉛直方向に延びる軸回りに回転する。このVベルト26による動力伝達機構は、効率がよく、負荷による効率変動も少ないため、モータ28のサーボモータ駆動によって、モータ28のトルク計測から安定して主軸21のトルク計測を行える。 The motor 28 is a drive source for the spindle side carriage unit 5. When the motor 28 rotates, the main shaft side V pulley 27 rotates at a predetermined reduction ratio via the motor side V pulley 27 and the V belt 26. The spindle 21 is rotatably supported by the upper bearing portion 23 and the lower bearing portion 24, and rotates together with the spindle side V pulley 27. When the spindle 21 rotates, the tool 20 supported by the spindle 21 rotates around an axis extending in the vertical direction. Since the power transmission mechanism by the V-belt 26 is efficient and the efficiency fluctuation due to the load is small, the torque of the spindle 21 can be stably measured from the torque measurement of the motor 28 by driving the servomotor of the motor 28.

連結部6は、走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5とを、摩擦撹拌接合の進行方向において一定範囲で相対変位自在に連結する(詳細は後述)。
状態監視系7は、ワークW、ツール20、走行台車3の少なくとも一つの(本実施形態では全ての)状態監視を行う複数の状態監視素子7aを備える。複数の状態監視素子7aは、走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5との間に配置された荷重監視素子40と、主軸側台車ユニット5に搭載されたワーク温度監視素子41、撮像素子42、ツール温度監視素子43と、を含む。
The connecting portion 6 connects the traveling side bogie unit 4 and the spindle side bogie unit 5 so as to be relatively displaceable within a certain range in the traveling direction of friction stir welding (details will be described later).
The condition monitoring system 7 includes a plurality of condition monitoring elements 7a for monitoring at least one condition (all in the present embodiment) of the work W, the tool 20, and the traveling carriage 3. The plurality of state monitoring elements 7a include a load monitoring element 40 arranged between the traveling side carriage unit 4 and the spindle side carriage unit 5, a work temperature monitoring element 41 mounted on the spindle side carriage unit 5, and an image pickup element 42. , Tool temperature monitoring element 43, and the like.

続いて、図2〜図6を参照して、主軸21の一端部21a周辺の構成及びその周辺に配置された状態監視系7の構成について説明する。 Subsequently, with reference to FIGS. 2 to 6, the configuration around one end 21a of the spindle 21 and the configuration of the condition monitoring system 7 arranged around the one end portion 21a will be described.

図2は、本発明の実施形態における主軸21の一端部21a周辺の構成を示す拡大図である。図3は、本発明の実施形態における走行台車3に搭載された状態監視系7の配置を示す平面図である。図4は、本発明の実施形態における連結部6の構成及び荷重監視素子40の配置を示す斜視図である。図5は、本発明の実施形態におけるワークWの接合部100に対する状態監視系7の配置を示す平面模式図である。図6は、本発明の実施形態における撮像素子42の画角に含まれる像を示すイメージ図である。 FIG. 2 is an enlarged view showing a configuration around one end 21a of the spindle 21 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the condition monitoring system 7 mounted on the traveling carriage 3 according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the connecting portion 6 and the arrangement of the load monitoring element 40 according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic plan view showing the arrangement of the condition monitoring system 7 with respect to the joint portion 100 of the work W according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an image diagram showing an image included in the angle of view of the image sensor 42 according to the embodiment of the present invention.

図2に示すように、主軸21の一端部21aには、ツール20を収容する収容溝29が設けられている。ツール20は、上部ショルダー50と、プローブ51と、下部ショルダー52と、挿入部53と、を備える。上部ショルダー50と下部ショルダー52は、ワークWの表裏面を摩擦発熱させる。プローブ51は、当該摩擦発熱によって軟化したワークWの接合部100を撹拌混練する。挿入部53は、下部ショルダー52よりも一回り大きな円柱形状を有し、収容溝29に挿入される。 As shown in FIG. 2, one end 21a of the spindle 21 is provided with a storage groove 29 for accommodating the tool 20. The tool 20 includes an upper shoulder 50, a probe 51, a lower shoulder 52, and an insertion portion 53. The upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 frictionally generate heat on the front and back surfaces of the work W. The probe 51 stirs and kneads the joint portion 100 of the work W softened by the frictional heat generation. The insertion portion 53 has a cylindrical shape slightly larger than the lower shoulder 52, and is inserted into the accommodating groove 29.

主軸21は、収容溝29を形成するツールホルダー60を備える。ツールホルダー60の外周面には、キー64が固定されている。キー64は、主軸21に形成されたキー溝66に係合している。これにより、主軸21の回転力をツールホルダー60に伝達することができる。ツールホルダー60は、複数のボルト67によって主軸21の端面に対して複数箇所で固定されている。ツールホルダー60の上端面には、飛散物の侵入を阻止するカバー部材68が取り付けられている。 The spindle 21 includes a tool holder 60 that forms a housing groove 29. A key 64 is fixed to the outer peripheral surface of the tool holder 60. The key 64 is engaged with the key groove 66 formed in the spindle 21. As a result, the rotational force of the spindle 21 can be transmitted to the tool holder 60. The tool holder 60 is fixed to the end face of the spindle 21 at a plurality of locations by a plurality of bolts 67. A cover member 68 that prevents the intrusion of scattered objects is attached to the upper end surface of the tool holder 60.

主軸21は、フローティング機構70を備える。フローティング機構70は、ツール20を収容溝29に対し軸方向に移動自在に支持する。フローティング機構70は、すべりキー71と、バネ部材72と、を備える。すべりキー71は、ツール20の挿入部53の外周面に固定されている。すべりキー71は、ツールホルダー60の内周面に形成されたキー溝74に係合している。 The spindle 21 includes a floating mechanism 70. The floating mechanism 70 supports the tool 20 with respect to the accommodating groove 29 so as to be movable in the axial direction. The floating mechanism 70 includes a sliding key 71 and a spring member 72. The slide key 71 is fixed to the outer peripheral surface of the insertion portion 53 of the tool 20. The sliding key 71 is engaged with a key groove 74 formed on the inner peripheral surface of the tool holder 60.

これにより、主軸21の回転力を、ツールホルダー60を介してツール20に伝達することができる。また、キー溝74は、主軸21の軸方向(Z軸方向)に沿って延在しており、ツール20は、すべりキー71によってツールホルダー60に対して軸方向に移動することができる。バネ部材72は、ツール20を軸方向に移動自在に支持する。本実施形態のバネ部材72は、コイルスプリングであり、収容溝29に形成されたガイド溝29cに収容されている。 As a result, the rotational force of the spindle 21 can be transmitted to the tool 20 via the tool holder 60. Further, the key groove 74 extends along the axial direction (Z-axis direction) of the main shaft 21, and the tool 20 can be moved in the axial direction with respect to the tool holder 60 by the sliding key 71. The spring member 72 supports the tool 20 so as to be movable in the axial direction. The spring member 72 of the present embodiment is a coil spring and is housed in a guide groove 29c formed in the housing groove 29.

上部軸受部23は、第1の軸受80、第2の軸受81が配置された複列軸受である。本実施形態の第1の軸受80と第2の軸受81は、背面組み合わせの複列円錐コロ軸受である。なお、第1の軸受80と第2の軸受81との間には、図示しない間座が配置されている。第1の軸受80と第2の軸受81の内輪側は、円環形状の固定板82及びナット83を介して主軸21に固定されている。第1の軸受80と第2の軸受81の外輪側は、ケーシング90に固定されている。 The upper bearing portion 23 is a double row bearing in which the first bearing 80 and the second bearing 81 are arranged. The first bearing 80 and the second bearing 81 of the present embodiment are double-row conical roller bearings combined on the back surface. A spacer (not shown) is arranged between the first bearing 80 and the second bearing 81. The inner ring side of the first bearing 80 and the second bearing 81 is fixed to the spindle 21 via a ring-shaped fixing plate 82 and a nut 83. The outer ring side of the first bearing 80 and the second bearing 81 is fixed to the casing 90.

ケーシング90は、主軸21の周囲に上部軸受部23を収容する油冷室91を形成する。ケーシング90は、ケーシング本体92と、ケーシング蓋体93と、を備える。ケーシング本体92は、油冷室91の側面及び底面を形成する。ケーシング本体92には、主軸21の外周面と摺接するシール部材96が取り付けられている。ケーシング蓋体93は、油冷室91の天面を形成する。ケーシング蓋体93には、主軸21の外周面と摺接するシール部材97が取り付けられている。 The casing 90 forms an oil cooling chamber 91 that accommodates the upper bearing portion 23 around the spindle 21. The casing 90 includes a casing main body 92 and a casing lid 93. The casing body 92 forms the side surface and the bottom surface of the oil cooling chamber 91. A seal member 96 that is in sliding contact with the outer peripheral surface of the spindle 21 is attached to the casing main body 92. The casing lid 93 forms the top surface of the oil cooling chamber 91. A seal member 97 that is in sliding contact with the outer peripheral surface of the spindle 21 is attached to the casing lid 93.

ケーシング本体92は、複数のボルト94によって主軸側台車ユニット5に対して複数箇所で固定されている。ケーシング蓋体93は、複数のボルト95によってケーシング本体92に対して複数箇所で固定されている。第1の軸受80と第2の軸受81の外輪側は、ボルト95によって締結固定されたケーシング本体92とケーシング蓋体93とに挟持されている。なお、ケーシング本体92には、図示しない潤滑油排出ポートが接続されている。また、ケーシング蓋体93には、図示しない潤滑油供給ポートが接続されている。 The casing main body 92 is fixed to the spindle side carriage unit 5 at a plurality of locations by a plurality of bolts 94. The casing lid 93 is fixed to the casing body 92 at a plurality of locations by a plurality of bolts 95. The outer ring side of the first bearing 80 and the second bearing 81 is sandwiched between the casing main body 92 and the casing lid 93 which are fastened and fixed by bolts 95. A lubricating oil discharge port (not shown) is connected to the casing main body 92. Further, a lubricating oil supply port (not shown) is connected to the casing lid 93.

図2及び図4に示すように、連結部6は、走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5とを摩擦撹拌接合の進行方向(X軸方向)において変位自在に連結する複数のガイドポスト30を備える。複数のガイドポスト30は、図4に示すように、Y−Z平面において、荷重監視素子40を中心とした正方形の4つの角部に対応する位置に配置されている。このガイドポスト30は、固定台31と、シャフト32と、スライドブッシュ33と、を備える。 As shown in FIGS. 2 and 4, the connecting portion 6 connects a plurality of guide posts 30 that freely displaceably connect the traveling side carriage unit 4 and the spindle side carriage unit 5 in the traveling direction (X-axis direction) of friction stir welding. To be equipped. As shown in FIG. 4, the plurality of guide posts 30 are arranged at positions corresponding to the four corners of the square centered on the load monitoring element 40 in the YY plane. The guide post 30 includes a fixing base 31, a shaft 32, and a slide bush 33.

固定台31は、主軸側台車ユニット5と対向する走行側台車ユニット4の対向面4aに固定されている。シャフト32は、走行側台車ユニット4に固定された固定台31に支持されている。シャフト32は、固定台31からX軸方向に延在する。図2に示すように、走行側台車ユニット4と対向する主軸側台車ユニット5の対向面5aには、シャフト32が挿入される挿入孔34が形成されている。スライドブッシュ33は、挿入孔34に挿入されたシャフト32に対してX軸方向に移動自在に係合し、主軸側台車ユニット5の対向面5aを形成するフレーム5Aの裏面5bに固定されている。 The fixed base 31 is fixed to the facing surface 4a of the traveling side carriage unit 4 facing the spindle side carriage unit 5. The shaft 32 is supported by a fixing base 31 fixed to the traveling side carriage unit 4. The shaft 32 extends from the fixing base 31 in the X-axis direction. As shown in FIG. 2, an insertion hole 34 into which the shaft 32 is inserted is formed on the facing surface 5a of the spindle side carriage unit 5 facing the traveling side carriage unit 4. The slide bush 33 is movably engaged with the shaft 32 inserted into the insertion hole 34 in the X-axis direction, and is fixed to the back surface 5b of the frame 5A forming the facing surface 5a of the main shaft side carriage unit 5. ..

また、連結部6は、摩擦撹拌接合の進行方向(X軸方向)における走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5との変位を一定範囲に規制する複数のボルトナット35を備える。複数のボルトナット35は、図4に示すように、Y−Z平面において、荷重監視素子40を中心とした正方形の4つの角部に対応する位置に配置されている。複数のボルトナット35は、複数のガイドポスト30よりも荷重監視素子40の近くに配置されている。ボルトナット35には、図2に示すように、荷重監視素子40にある程度の予圧(摩擦撹拌接合の進行方向における反力変動以上のプリテンション)をかける皿バネ36が介装されている。皿バネ36は、ボルトナット35による締め付け荷重をコントロールする。 Further, the connecting portion 6 includes a plurality of bolts and nuts 35 that regulate the displacement of the traveling side carriage unit 4 and the spindle side carriage unit 5 in the traveling direction (X-axis direction) of the friction stir welding within a certain range. As shown in FIG. 4, the plurality of bolts and nuts 35 are arranged at positions corresponding to the four corners of the square centered on the load monitoring element 40 in the YY plane. The plurality of bolts and nuts 35 are arranged closer to the load monitoring element 40 than the plurality of guide posts 30. As shown in FIG. 2, the bolt nut 35 is interposed with a disc spring 36 that applies a certain amount of preload (pretension equal to or greater than the reaction force fluctuation in the traveling direction of friction stir welding) to the load monitoring element 40. The disc spring 36 controls the tightening load of the bolt nut 35.

荷重監視素子40は、走行側台車ユニット4の対向面4aと主軸側台車ユニット5の対向面5aとの間に配置された圧縮型のロードセルである。図2に示すように、荷重監視素子40を挟んだ通常状態では、固定台31と対向面5aとの間に荷重監視素子40の変位量を確保するクリアランスが生じている。この構成によれば、主軸側台車ユニット5が摩擦撹拌接合の際にその進行方向において受ける反力を荷重監視素子40によって計測することができる。また、走行台車3が摩擦撹拌接合の際と反対側に移動しても、ボルトナット35によって走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5との連結が解除されないようにすることができる。 The load monitoring element 40 is a compression type load cell arranged between the facing surface 4a of the traveling side carriage unit 4 and the facing surface 5a of the spindle side carriage unit 5. As shown in FIG. 2, in the normal state where the load monitoring element 40 is sandwiched, there is a clearance between the fixing base 31 and the facing surface 5a to secure the displacement amount of the load monitoring element 40. According to this configuration, the reaction force received by the spindle side carriage unit 5 in the traveling direction at the time of friction stir welding can be measured by the load monitoring element 40. Further, even if the traveling carriage 3 moves to the side opposite to that at the time of friction stir welding, the bolt nut 35 can prevent the traveling side carriage unit 4 and the spindle side carriage unit 5 from being disconnected.

図2に示すように、主軸側台車ユニット5のフレーム5Aは天板フレーム5Bを支持している。フレーム5Aの裏面5bには、天板フレーム5Bを支えるサポート部材5cが取り付けられている。天板フレーム5Bには、ボルト94を介してケーシング本体92が接続されている。また、この天板フレーム5Bには、ワーク温度監視素子41が取り付けられている。ワーク温度監視素子41は、摩擦撹拌接合の進行方向後方側(ツール20の−X側)において、ワークWの温度を監視する。 As shown in FIG. 2, the frame 5A of the spindle side carriage unit 5 supports the top plate frame 5B. A support member 5c that supports the top plate frame 5B is attached to the back surface 5b of the frame 5A. The casing main body 92 is connected to the top plate frame 5B via a bolt 94. Further, a work temperature monitoring element 41 is attached to the top plate frame 5B. The work temperature monitoring element 41 monitors the temperature of the work W on the rear side (-X side of the tool 20) in the traveling direction of friction stir welding.

ワーク温度監視素子41は、非接触式の赤外線温度センサである。ワーク温度監視素子41は、天板フレーム5BとワークWとの距離が近く、上向きに取り付けることが困難であるため、測定赤外線R1を90°曲げるプリズム41aを備える。これにより、ワーク温度監視素子41は、主軸側台車ユニット5の直上に配置されたワークWの温度計測が可能となる。このワーク温度監視素子41は、図3に示すように、摩擦撹拌接合の進行方向と直交する幅方向(Y軸方向)において間隔をあけて一対で設けられている。 The work temperature monitoring element 41 is a non-contact infrared temperature sensor. The work temperature monitoring element 41 includes a prism 41a that bends the measurement infrared ray R1 by 90 ° because the distance between the top plate frame 5B and the work W is short and it is difficult to mount the work temperature monitoring element 41 upward. As a result, the work temperature monitoring element 41 can measure the temperature of the work W arranged directly above the spindle side carriage unit 5. As shown in FIG. 3, the work temperature monitoring elements 41 are provided in pairs at intervals in the width direction (Y-axis direction) orthogonal to the traveling direction of friction stir welding.

図5に示すように、ワーク温度監視素子41は、Y軸方向において一対のワークWの接合部100から退避した両側の位置に一対で設けられている。具体的には、ワーク温度監視素子41によるワークWの測定点41bが、接合部100から退避した位置に設定されている。接合部100の大きさは、ツール20の大きさに依存する。このため、左右の測定点41bは、少なくともツール20のプローブ51(図2参照)の径よりも離間して設定することが好ましく、より好ましくは、ツール20の上部ショルダー50,下部ショルダー52(図2参照)の径よりも離間して設定することが好ましい。 As shown in FIG. 5, the work temperature monitoring elements 41 are provided in pairs at positions on both sides retracted from the joint portion 100 of the pair of works W in the Y-axis direction. Specifically, the measurement point 41b of the work W by the work temperature monitoring element 41 is set at a position retracted from the joint portion 100. The size of the joint 100 depends on the size of the tool 20. Therefore, the left and right measurement points 41b are preferably set at least separated from the diameter of the probe 51 (see FIG. 2) of the tool 20, and more preferably the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 (FIG. 2) of the tool 20. It is preferable to set the diameter apart from the diameter of 2).

図5に示すように、ツール20が平面視時計回りに回転するとき、一対のワークWのうち、+Y側に配置されたものは摩擦撹拌接合のアドバンシングサイドとなる。アドバンシングサイドとは、摩擦撹拌接合の際のツール20の進行方向と回転方向が同じになる側である。アドバンシングサイドは、ツール20の進行方向と回転方向が逆であるリトリーティングサイド(−Y側)よりも、抵抗が高く、入熱量が多い。このため、ワーク温度監視素子41は、少なくとも一対のワークWのアドバンシングサイドの温度を監視できるようになっている。本実施形態では、リトリーティングサイドの温度も監視できるようにワーク温度監視素子41が一対で設けられている。 As shown in FIG. 5, when the tool 20 rotates clockwise in a plan view, the pair of workpieces W arranged on the + Y side becomes the advancing side of the friction stir welding. The advancing side is the side where the traveling direction and the rotating direction of the tool 20 at the time of friction stir welding are the same. The advancing side has a higher resistance and a larger amount of heat input than the retreating side (−Y side) in which the traveling direction and the rotating direction of the tool 20 are opposite to each other. Therefore, the work temperature monitoring element 41 can monitor the temperature of the advancing side of at least a pair of work Ws. In the present embodiment, a pair of work temperature monitoring elements 41 are provided so that the temperature on the retreating side can also be monitored.

図3に示すように、一対のワーク温度監視素子41の間には、撮像素子42が配置されている。撮像素子42は、天板フレーム5Bに取り付けられたアタッチメント台37に支持されている。アタッチメント台37は、天板フレーム5Bの窪み部5dに配置されている。なお、窪み部5dには、走行側台車ユニット4の上部に設けられた一対のリブ4A(図4参照)が挿入される。アタッチメント台37は、図2に示すように、階段状(段差状)に形成され、天板フレーム5Bよりも低い位置で撮像素子42を支持している。このアタッチメント台37は、撮像素子42の監視対象を照らす照明44も搭載している。照明44は、図2及び図3において、符号Lで示す範囲を照らす。 As shown in FIG. 3, an image sensor 42 is arranged between the pair of work temperature monitoring elements 41. The image sensor 42 is supported by an attachment base 37 attached to the top plate frame 5B. The attachment base 37 is arranged in the recessed portion 5d of the top plate frame 5B. A pair of ribs 4A (see FIG. 4) provided on the upper portion of the traveling side carriage unit 4 are inserted into the recessed portion 5d. As shown in FIG. 2, the attachment base 37 is formed in a stepped shape (stepped shape), and supports the image sensor 42 at a position lower than the top plate frame 5B. The attachment base 37 is also equipped with an illumination 44 that illuminates the monitoring target of the image sensor 42. The illumination 44 illuminates the range indicated by reference numeral L in FIGS. 2 and 3.

撮像素子42は、摩擦撹拌接合の進行方向後方側(ツール20の−X側)において、ワークWの接合部100を撮像するビデオカメラである。撮像素子42は、少なくともワークWの接合部100を含む画角で取り付けられている。図6に示すように、本実施形態の撮像素子42の画角には、接合部100の他に、ツール20(下部ショルダー52)と、スケール38とが含まれる。スケール38は、撮像素子42の撮影位置を把握するものであり、装置固定部分(本実施形態では架台2の裏側)に設置されている。なお、本実施形態の撮像素子42は、ズーム機能を有しており、図2及び図3において、符号V1で示す広角モードと、符号V2で示す望遠モードに切り替え可能とされている。 The image sensor 42 is a video camera that images the joint portion 100 of the work W on the rear side (-X side of the tool 20) in the traveling direction of the friction stir welding. The image pickup element 42 is attached at an angle of view including at least the joint portion 100 of the work W. As shown in FIG. 6, the angle of view of the image sensor 42 of the present embodiment includes the tool 20 (lower shoulder 52) and the scale 38 in addition to the joint portion 100. The scale 38 grasps the imaging position of the image sensor 42, and is installed on a device fixing portion (in the present embodiment, the back side of the gantry 2). The image sensor 42 of the present embodiment has a zoom function, and in FIGS. 2 and 3, it is possible to switch between the wide-angle mode indicated by the reference numeral V1 and the telephoto mode indicated by the reference numeral V2.

図2及び図3に示すように、ツール温度監視素子43は、摩擦撹拌接合の進行方向前方側(ツール20の+X側)において、ツール20の温度を監視する。ツール温度監視素子43は、非接触式の赤外線温度センサである。ツール温度監視素子43は、図2に示すように、ケーシング蓋体93に取り付けられている。ツール温度監視素子43は、測定赤外線R2がツール20の下部ショルダー52を含むような角度で取り付けられている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the tool temperature monitoring element 43 monitors the temperature of the tool 20 on the front side (+ X side of the tool 20) in the traveling direction of the friction stir welding. The tool temperature monitoring element 43 is a non-contact infrared temperature sensor. As shown in FIG. 2, the tool temperature monitoring element 43 is attached to the casing lid 93. The tool temperature monitoring element 43 is attached at an angle such that the measurement infrared R2 includes the lower shoulder 52 of the tool 20.

上述した複数の状態監視素子7a(荷重監視素子40、ワーク温度監視素子41、撮像素子42、ツール温度監視素子43)は、図3及び図5に示すように、ワークWの接合部100(ツール20を通るX軸方向に延びる直線)に沿って配置されている。
状態監視系7は、複数の状態監視素子7aの監視データを目視により確認可能な図示しないモニター付き操作パネルと、複数の状態監視素子7aの監視データを記憶する図示しない記憶装置と、を備える。記憶装置は、例えば、荷重監視素子40、ワーク温度監視素子41、ツール温度監視素子43の監視データを記憶するデータロガーと、撮像素子42の監視データ(撮像データ)を記憶するHDDレコーダと、を備える。監視データのサンプリングは、主軸21の回転/停止と連動しており、時系列的な状態のトレースも可能とされている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the plurality of state monitoring elements 7a (load monitoring element 40, work temperature monitoring element 41, image pickup element 42, tool temperature monitoring element 43) described above are the joint portion 100 (tool) of the work W. It is arranged along a straight line extending in the X-axis direction passing through 20).
The condition monitoring system 7 includes an operation panel with a monitor (not shown) capable of visually confirming the monitoring data of the plurality of condition monitoring elements 7a, and a storage device (not shown) for storing the monitoring data of the plurality of condition monitoring elements 7a. The storage device includes, for example, a data logger that stores monitoring data of the load monitoring element 40, the work temperature monitoring element 41, and the tool temperature monitoring element 43, and an HDD recorder that stores the monitoring data (imaging data) of the imaging element 42. Be prepared. The sampling of the monitoring data is linked to the rotation / stop of the spindle 21, and it is possible to trace the state in time series.

以上のように、本実施形態では、ツール20を搭載し、ワークWを支持する架台2の下部空間Sを走行する走行台車3に、ワークW、ツール20、走行台車3の少なくとも一つ(本実施形態では全て)の状態監視を行う状態監視系7を搭載する(図1参照)。この構成によれば、架台2の下部空間Sにおいて、走行台車3から上記監視対象を直接監視することができるため、架台2や、その架台2が備えるワーククランプ機構等の構造物によって、上記監視対象の監視が遮られることがなくなる。 As described above, in the present embodiment, at least one of the work W, the tool 20, and the traveling carriage 3 (this) is added to the traveling carriage 3 which is mounted on the tool 20 and travels in the lower space S of the gantry 2 which supports the work W. In the embodiment, a condition monitoring system 7 for performing condition monitoring (all) is installed (see FIG. 1). According to this configuration, since the monitoring target can be directly monitored from the traveling carriage 3 in the lower space S of the gantry 2, the monitoring is performed by the gantry 2 and the structure such as the work clamp mechanism provided on the gantry 2. The monitoring of the target will not be interrupted.

具体的に、状態監視系7は、複数の状態監視素子7a(荷重監視素子40、ワーク温度監視素子41、撮像素子42、ツール温度監視素子43)を備え、複数の状態監視素子7aは、図3及び図5に示すように、ワークWの接合部100に沿って配置されている。この構成によれば、ワーク温度監視素子41、撮像素子42、ツール温度監視素子43は、架台2の隙間から監視対象(ワークW、ツール20)を直接監視でき、また、荷重監視素子40は、平面視でツール20の移動経路上に配置され、摩擦撹拌接合の際の走行方向の反力をダイレクトに受けることができる。このため、ワークWの施工状態の確認、及び装置本体、接合部100の異常状態を正確に把握することができる。 Specifically, the condition monitoring system 7 includes a plurality of condition monitoring elements 7a (load monitoring element 40, work temperature monitoring element 41, image pickup element 42, tool temperature monitoring element 43), and the plurality of condition monitoring elements 7a are shown in FIG. As shown in 3 and FIG. 5, they are arranged along the joint portion 100 of the work W. According to this configuration, the work temperature monitoring element 41, the image pickup element 42, and the tool temperature monitoring element 43 can directly monitor the monitoring target (work W, tool 20) from the gap of the gantry 2, and the load monitoring element 40 It is arranged on the moving path of the tool 20 in a plan view, and can directly receive the reaction force in the traveling direction at the time of friction stir welding. Therefore, it is possible to confirm the construction state of the work W and accurately grasp the abnormal state of the device main body and the joint portion 100.

ワーク温度監視素子41は、図3及び図5に示すように、摩擦撹拌接合の進行方向後方側(ツール20の−X側)に配置される。この構成によれば、ツール20によって入熱された直後のワークWの温度を監視することが可能となる。
また、ワーク温度監視素子41は、少なくとも一対のワークWのアドバンシングサイド(+Y側)の温度を監視する。すなわち、アドバンシングサイドは、リトリーティングサイド(−Y側)よりも、抵抗が高く、入熱量が多いため、アドバンシングサイドの温度を監視することにより、接合部100の異常状態を効果的に把握することができる。
さらに、ワーク温度監視素子41は、摩擦撹拌接合の進行方向と直交する幅方向において、ワークWの接合部100から退避した両側の位置に一対で設けられている。この構成によれば、測定赤外線R1が接合部100の鱗状の表面から受ける影響を回避して、ワーク温度監視素子41の計測精度を向上させつつ、アドバンシングサイドだけでなくリトリーティングサイドの温度も監視できる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the work temperature monitoring element 41 is arranged on the rear side (−X side of the tool 20) in the traveling direction of the friction stir welding. According to this configuration, it is possible to monitor the temperature of the work W immediately after being heated by the tool 20.
Further, the work temperature monitoring element 41 monitors the temperature on the advancing side (+ Y side) of at least a pair of works W. That is, since the advancing side has a higher resistance and a larger amount of heat input than the retreating side (-Y side), the abnormal state of the joint portion 100 can be effectively grasped by monitoring the temperature of the advancing side. can do.
Further, the work temperature monitoring elements 41 are provided in pairs at positions on both sides retracted from the joint portion 100 of the work W in the width direction orthogonal to the traveling direction of the friction stir welding. According to this configuration, the influence of the measurement infrared ray R1 from the scale-like surface of the joint portion 100 is avoided, the measurement accuracy of the work temperature monitoring element 41 is improved, and the temperature of not only the advancing side but also the retreating side is affected. Can be monitored.

撮像素子42は、図3及び図5に示すように、一対のワーク温度監視素子41の間に配置され、図6に示すように、少なくともワークWの接合部100を含む画角で取り付けられている。この構成によれば、一対のワーク温度監視素子41の間のデッドスペースを利用して撮像素子42を配置できる。また、撮像素子42の直上には、ワークWの接合部100が延在しており、図6に示すように、撮像素子42の画角に接合部100が収まり易くなる。また、図6に示すように、摩擦撹拌接合の際、特に異常がなければ、撮像素子42には一定幅の接合部100が撮像され続けるため、接合部100の幅を監視することにより、接合部100の異常状態を効果的に把握することができる。また、撮像素子42の画角に、スケール38を含めていれば、仮に接合部100に異常状態が発生した場合であっても、その位置を容易に把握することができる。 The image pickup element 42 is arranged between the pair of work temperature monitoring elements 41 as shown in FIGS. 3 and 5, and is attached at an angle of view including at least the joint portion 100 of the work W as shown in FIG. There is. According to this configuration, the image sensor 42 can be arranged by utilizing the dead space between the pair of work temperature monitoring elements 41. Further, the joint portion 100 of the work W extends directly above the image pickup element 42, and as shown in FIG. 6, the joint portion 100 easily fits in the angle of view of the image pickup element 42. Further, as shown in FIG. 6, during friction stir welding, if there is no particular abnormality, the image pickup element 42 continues to image the joint portion 100 having a constant width. Therefore, the joint portion 100 is joined by monitoring the width of the joint portion 100. The abnormal state of the unit 100 can be effectively grasped. Further, if the scale 38 is included in the angle of view of the image sensor 42, the position can be easily grasped even if an abnormal state occurs in the joint portion 100.

ツール温度監視素子43は、図2及び図3に示すように、摩擦撹拌接合の進行方向前方側(ツール20の+X側)に配置される。この構成によれば、撮像素子42と干渉することなく(撮像素子42の画角に入ることなく)、ツール20の温度を計測することができる。また、摩擦撹拌接合の進行方向前方側は、ワークWに対する入熱前の状態であり、ツール温度監視素子43をワークWに近付けて配置できるため、図2に示すように、ツール温度監視素子43の取り付け角度の調整も容易となる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the tool temperature monitoring element 43 is arranged on the front side (+ X side of the tool 20) in the traveling direction of the friction stir welding. According to this configuration, the temperature of the tool 20 can be measured without interfering with the image sensor 42 (without entering the angle of view of the image sensor 42). Further, the front side in the traveling direction of the friction stir welding is a state before heat is applied to the work W, and the tool temperature monitoring element 43 can be arranged close to the work W. Therefore, as shown in FIG. 2, the tool temperature monitoring element 43 It is also easy to adjust the mounting angle of.

また、本実施形態においては、図1に示すように、走行台車3は、ツール20を走行させる走行側台車ユニット4と、ツール20を回転させる主軸を備える主軸側台車ユニット5と、走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5を摩擦撹拌接合の進行方向において一定範囲で変位自在に連結する連結部6と、を備え、荷重監視素子40は、走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5との間に配置される。本実施形態のように、ウォーム減速機13を使用する場合、その機械特性から運転開始時と運転中で減速機効率が約10%程度変動することがあるため、例えば、モータ10をサーボモータ駆動させ、モータ10のトルク値から摩擦撹拌接合の進行方向の反力を計測しようとすると、その正確な値の計測は困難になる。一方、本実施形態によれば、走行台車3の走行系(走行側台車ユニット4)と回転系(主軸側台車ユニット5)を機械的に分割し、その間に荷重監視素子40を配置しているため、ウォーム減速機13の減速機効率の変動の影響を受けることなく、摩擦撹拌接合の進行方向の反力を正確に計測することが可能となる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the traveling carriage 3 includes a traveling side carriage unit 4 for traveling the tool 20, a spindle side carriage unit 5 having a spindle for rotating the tool 20, and a traveling side carriage. The load monitoring element 40 includes a traveling side carriage unit 4 and a spindle side carriage unit 5 and a connecting portion 6 for connecting the unit 4 and the spindle side carriage unit 5 so as to be displaceable within a certain range in the traveling direction of the friction stirring joint. Placed between. When the worm reducer 13 is used as in the present embodiment, the speed reducer efficiency may fluctuate by about 10% at the start of operation and during operation due to its mechanical characteristics. Therefore, for example, the motor 10 is driven by a servomotor. If an attempt is made to measure the reaction force in the traveling direction of the friction stirring joint from the torque value of the motor 10, it becomes difficult to measure the accurate value. On the other hand, according to the present embodiment, the traveling system (traveling side carriage unit 4) and the rotating system (spindle side carriage unit 5) of the traveling carriage 3 are mechanically divided, and the load monitoring element 40 is arranged between them. Therefore, it is possible to accurately measure the reaction force in the traveling direction of the friction stir welding without being affected by the fluctuation of the reducer efficiency of the worm reducer 13.

また、図1に示すように、ワークW及びツール20の状態監視を行う状態監視素子7a(ワーク温度監視素子41、撮像素子42、ツール温度監視素子43)は、主軸側台車ユニット5に搭載されている。この構成によれば、ツール20、ワーク温度監視素子41、撮像素子42、及びツール温度監視素子43が、同一の主軸側台車ユニット5に搭載されるため、摩擦撹拌接合の進行方向において主軸側台車ユニット5が反力を受けて変位しても、ツール20、ワーク温度監視素子41、撮像素子42、及びツール温度監視素子43との相対位置が変化しないため、走行側台車ユニット4に搭載した場合と比べて計測誤差が小さくなる。 Further, as shown in FIG. 1, a state monitoring element 7a (work temperature monitoring element 41, image pickup element 42, tool temperature monitoring element 43) for monitoring the state of the work W and the tool 20 is mounted on the spindle side carriage unit 5. ing. According to this configuration, the tool 20, the work temperature monitoring element 41, the image pickup element 42, and the tool temperature monitoring element 43 are mounted on the same spindle side trolley unit 5, so that the spindle side trolley is mounted in the traveling direction of the friction stirring joint. Even if the unit 5 is displaced by receiving a reaction force, the relative positions of the tool 20, the work temperature monitoring element 41, the image sensor 42, and the tool temperature monitoring element 43 do not change. Therefore, when the unit 5 is mounted on the traveling side trolley unit 4. The measurement error is smaller than that.

このように、上述の本実施形態によれば、一対のワークWを支持する架台2と、架台2に支持されたワークW同士を摩擦撹拌接合するツール20を搭載し、架台2の下部空間Sを走行する走行台車3と、を備える摩擦撹拌接合装置1であって、摩擦撹拌接合の際に、ワークW、ツール20、走行台車3の少なくとも一つの状態監視を行う状態監視系7を備え、状態監視系7は、走行台車3に搭載されている、という構成を採用することによって、ワークWの施工状態の確認、及び装置本体、接合部100の異常状態を把握することが可能な摩擦撹拌接合装置1が得られる。 As described above, according to the above-described embodiment, the gantry 2 that supports the pair of work Ws and the tool 20 that frictionally stir-welds the workpieces W supported by the gantry 2 are mounted, and the lower space S of the gantry 2 is mounted. It is a friction stir welding device 1 including a traveling carriage 3 traveling on the above, and includes a state monitoring system 7 for monitoring the state of at least one of the work W, the tool 20, and the traveling carriage 3 at the time of friction stir welding. By adopting the configuration that the state monitoring system 7 is mounted on the traveling carriage 3, it is possible to confirm the construction state of the work W and to grasp the abnormal state of the device main body and the joint portion 100 by friction stir welding. The joining device 1 is obtained.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、荷重監視素子40として圧縮型のロードセルを使用したが、例えば、主軸側台車ユニット5が走行側台車ユニット4に牽引される構成の場合、荷重監視素子40として引張型のロードセルを使用してもよい。 For example, in the above embodiment, a compression type load cell is used as the load monitoring element 40. For example, in the case where the spindle side carriage unit 5 is pulled by the traveling side carriage unit 4, the load monitoring element 40 is a tension type. A load cell may be used.

また、例えば、上記実施形態では、ボルトナット35に皿バネ36を介装し、荷重監視素子40に予圧をかける構成について説明したが、皿バネ35が他の弾性要素(例えば、コイルスプリングや、ゴム等)から構成されていてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the configuration in which the disc spring 36 is interposed in the bolt nut 35 to apply the preload to the load monitoring element 40 has been described, but the disc spring 35 has another elastic element (for example, a coil spring or the like). It may be composed of rubber or the like).

また、例えば、上記実施形態では、連結部6が複数のガイドポスト30を備える構成について説明したが、連結部6がリニアガイド機構によって走行側台車ユニット4と主軸側台車ユニット5とを変位自在に連結する構成であってもよい。また、このリニアガイド機構は、走行台車3の走行の全体をガイドするリニアガイド機構と兼用としてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the configuration in which the connecting portion 6 includes a plurality of guide posts 30 has been described, but the connecting portion 6 can displace the traveling side carriage unit 4 and the spindle side carriage unit 5 by a linear guide mechanism. It may be configured to be connected. Further, this linear guide mechanism may also be used as a linear guide mechanism for guiding the entire traveling of the traveling carriage 3.

また、例えば、上記実施形態では、Vベルト26による動力伝達機構を介して主軸21を回転させると説明したが、動力伝達効率がよく、負荷による効率変動も少ないものであれば、例えば、平歯車などのシンプルな歯車減速機構を動力伝達機構としてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, it has been described that the spindle 21 is rotated via the power transmission mechanism by the V-belt 26, but if the power transmission efficiency is good and the efficiency fluctuation due to the load is small, for example, a spur gear. A simple gear reduction mechanism such as the above may be used as the power transmission mechanism.

また、例えば、上記実施形態では、ワーク温度監視素子41を摩擦撹拌接合の進行方向後方側に一対で配置し、一対のワークWのそれぞれの温度を監視する構成について説明したが、ワーク温度監視素子41を1つだけ配置し、一対のワークWの一方の温度のみを監視する構成であってもよい。ワーク温度監視素子41を1つだけ配置する場合は、ワークWのアドバンシングサイドとリトリーティングサイドのいずれの温度を監視してもよいが、入熱量が多いアドバンシングサイドの温度を監視する方が好ましい。また、ワーク温度監視素子41を2個以上配置してもよい。ワーク温度監視素子41を2個以上配置する場合は、摩擦撹拌接合の進行方向前方側と後方側にそれぞれ2個ずつ配置し、摩擦撹拌接合の施工前後の一対のワークWの温度を監視する構成としてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, a configuration in which a pair of work temperature monitoring elements 41 are arranged on the rear side in the traveling direction of friction stir welding to monitor the temperature of each of the pair of work Ws has been described. Only one 41 may be arranged, and only one temperature of the pair of workpieces W may be monitored. When only one work temperature monitoring element 41 is arranged, the temperature of either the advancing side or the retreating side of the work W may be monitored, but it is better to monitor the temperature of the advancing side having a large amount of heat input. preferable. Further, two or more work temperature monitoring elements 41 may be arranged. When two or more work temperature monitoring elements 41 are arranged, two are arranged on the front side and two on the rear side in the traveling direction of the friction stir welding, and the temperature of the pair of work W before and after the friction stir welding is monitored. May be.

また、例えば、上記実施形態では、取扱い性の観点からワーク温度監視素子41を非接触式のセンサとしているが、ワーク温度監視素子41を接触式のセンサとしてもよい。例えば、熱電対等の接触式のセンサを、バネ等の弾性部材で支持してワークWに押し付ける構成であってもよい。
また、ツール温度監視素子42も接触式のセンサとしてもよい。例えば、接触式のセンサをツール20に埋め込み、ツール20の温度を無線通信によりリモートで監視する構成としてもよい。
また、ワーク温度監視素子41及びツール温度監視素子42として、広域を一括監視できるサーモカメラ等を使用してもよい。
Further, for example, in the above embodiment, the work temperature monitoring element 41 is a non-contact type sensor from the viewpoint of handleability, but the work temperature monitoring element 41 may be a contact type sensor. For example, a contact-type sensor such as a thermoelectric pair may be supported by an elastic member such as a spring and pressed against the work W.
Further, the tool temperature monitoring element 42 may also be a contact type sensor. For example, a contact-type sensor may be embedded in the tool 20 to remotely monitor the temperature of the tool 20 by wireless communication.
Further, as the work temperature monitoring element 41 and the tool temperature monitoring element 42, a thermo camera or the like capable of collectively monitoring a wide area may be used.

また、例えば、上記実施形態では、撮像素子42としてビデオカメラを使用したが、撮像素子42として静止画カメラを使用し、一定時間ごとに撮影してもよい。また、撮像素子42として暗視カメラのようなものを使用すれば、照明44は設置しなくてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the video camera is used as the image sensor 42, but a still image camera may be used as the image sensor 42 to take pictures at regular intervals. Further, if an image sensor 42 such as a night-vision camera is used, the illumination 44 does not have to be installed.

また、例えば、上記実施形態では、ツール20がボビン型である構成について説明したが、ツール20がプローブ型(一対のショルダーを備えずプローブ(円柱部)にネジ加工がされたものとネジ加工されていないものを含む)であってもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the configuration in which the tool 20 is a bobbin type has been described, but the tool 20 is screwed with a probe type (a probe (cylindrical portion) without a pair of shoulders is threaded). (Including those that are not).

1 摩擦撹拌接合装置
2 架台
3 走行台車
4 走行側台車ユニット
5 主軸側台車ユニット
6 連結部
7 状態監視系
7a 状態監視素子
20 ツール
40 荷重監視素子
41 ワーク温度監視素子
42 撮像素子
43 ツール温度監視素子
100 接合部
W ワーク
1 Friction stirring and joining device 2 Stand 3 Traveling carriage 4 Traveling side carriage unit 5 Main shaft side carriage unit 6 Connecting part 7 Status monitoring system 7a Status monitoring element 20 Tool 40 Load monitoring element 41 Work temperature monitoring element 42 Image sensor 43 Tool temperature monitoring element 100 Joint W work

Claims (8)

一対のワークを支持する架台と、前記架台に支持されたワーク同士を摩擦撹拌接合するツールを搭載し、前記架台の下部空間を走行する走行台車と、を備える摩擦撹拌接合装置であって、
前記摩擦撹拌接合の際に、前記ワーク、前記ツール、前記走行台車の少なくとも一つの状態監視を行う状態監視系を備え、
前記状態監視系は、前記走行台車に搭載されており、
前記走行台車は、前記ツールを走行させる走行側台車ユニットと、前記ツールを回転させる主軸を備える主軸側台車ユニットと、前記走行側台車ユニットと前記主軸側台車ユニットを前記摩擦撹拌接合の進行方向において一定範囲で変位自在に連結する連結部と、を備え、
前記状態監視系は、前記走行側台車ユニットと前記主軸側台車ユニットとの間に配置された荷重監視素子を備える、ことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
A friction stir welding device including a gantry that supports a pair of workpieces and a traveling carriage that is equipped with a tool for friction stir welding of the workpieces supported by the gantry and runs in the lower space of the gantry.
A condition monitoring system for monitoring the condition of at least one of the work, the tool, and the traveling carriage at the time of the friction stir welding is provided.
The condition monitoring system is mounted on the traveling carriage.
The traveling carriage includes a traveling side carriage unit for traveling the tool, a spindle side carriage unit including a spindle for rotating the tool, and the traveling side carriage unit and the spindle side carriage unit in the traveling direction of the friction stirring joint. It is equipped with a connecting part that can be freely displaced within a certain range.
The state monitoring system is a friction stir welding apparatus including a load monitoring element arranged between the traveling side carriage unit and the spindle side carriage unit .
前記状態監視系は、複数の状態監視素子を備え、
前記複数の状態監視素子は、前記ワークの接合部に沿って配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の摩擦撹拌接合装置。
The condition monitoring system includes a plurality of condition monitoring elements and includes a plurality of condition monitoring elements.
The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the plurality of condition monitoring elements are arranged along a joint portion of the work.
前記状態監視系は、前記摩擦撹拌接合の進行方向後方側において、前記一対のワークの少なくともいずれか一方の温度を監視するワーク温度監視素子を備える、ことを特徴とする請求項1または2に記載の摩擦撹拌接合装置。 The first or second aspect of the present invention, wherein the condition monitoring system includes a work temperature monitoring element that monitors the temperature of at least one of the pair of works on the rear side in the traveling direction of the friction stir welding. Friction stir welding equipment. 前記ワーク温度監視素子は、少なくとも前記一対のワークのアドバンシングサイドの温度を監視する、ことを特徴とする請求項3に記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 3, wherein the work temperature monitoring element monitors at least the temperature of the advancing side of the pair of works. 前記ワーク温度監視素子は、前記摩擦撹拌接合の進行方向と直交する幅方向において、前記ワークの接合部から退避した両側の位置に一対で設けられている、ことを特徴とする請求項3または4に記載の摩擦撹拌接合装置。 Claim 3 or 4 is characterized in that the work temperature monitoring elements are provided in pairs at positions on both sides retracted from the joint portion of the work in a width direction orthogonal to the traveling direction of the friction stir welding. The friction stir welding apparatus according to. 前記状態監視系は、前記一対のワーク温度監視素子の間に配置された撮像素子を備え、
前記撮像素子は、少なくとも前記ワークの接合部を含む画角で取り付けられている、ことを特徴とする請求項5に記載の摩擦撹拌接合装置。
The condition monitoring system includes an image pickup device arranged between the pair of work temperature monitoring elements.
The friction stir welding apparatus according to claim 5, wherein the image pickup element is attached at an angle of view including at least the joint portion of the work.
前記状態監視系は、前記摩擦撹拌接合の進行方向前方において、前記ツールの温度を監視するツール温度監視素子を備える、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stirring according to any one of claims 1 to 6, wherein the state monitoring system includes a tool temperature monitoring element that monitors the temperature of the tool in front of the traveling direction of the friction stir welding. Joining device. 前記ワーク及び前記ツールの状態監視を行う状態監視素子は、前記主軸側台車ユニットに搭載されている、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the state monitoring element for monitoring the state of the work and the tool is mounted on the spindle side carriage unit.
JP2016104132A 2016-05-25 2016-05-25 Friction stir welding device Active JP6766446B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016104132A JP6766446B2 (en) 2016-05-25 2016-05-25 Friction stir welding device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016104132A JP6766446B2 (en) 2016-05-25 2016-05-25 Friction stir welding device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017209703A JP2017209703A (en) 2017-11-30
JP6766446B2 true JP6766446B2 (en) 2020-10-14

Family

ID=60474298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016104132A Active JP6766446B2 (en) 2016-05-25 2016-05-25 Friction stir welding device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6766446B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6412627B1 (en) * 2017-10-10 2018-10-24 株式会社日立パワーソリューションズ Friction stir welding apparatus, friction stir welding method, friction stir welding apparatus with database, friction stir welding method using database, control apparatus for friction stir welding apparatus
JP2024009625A (en) * 2022-07-11 2024-01-23 株式会社山本金属製作所 Friction stir welding equipment

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3627977B2 (en) * 2000-06-19 2005-03-09 川崎重工業株式会社 Copy control device in friction stir welding
US6780525B2 (en) * 2001-12-26 2004-08-24 The Boeing Company High strength friction stir welding
JP4335513B2 (en) * 2002-10-08 2009-09-30 三菱重工業株式会社 Friction stir welding apparatus and friction stir welding method
JP4438409B2 (en) * 2003-12-24 2010-03-24 川崎重工業株式会社 Friction stir welding equipment
JP4979720B2 (en) * 2009-02-16 2012-07-18 日本車輌製造株式会社 Friction stir welding material
CN103167927B (en) * 2010-11-04 2015-10-14 株式会社Ihi Friction-stir engagement device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017209703A (en) 2017-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110238575B (en) Visual autonomous welding robot
CN109765024B (en) A multifunctional vibration contact testing machine
JP5849678B2 (en) Friction stir welding equipment
US20080087112A1 (en) Senior Ultrasonic Miniature Air Gap Inspection Crawler
JP6766446B2 (en) Friction stir welding device
CN206154004U (en) Cutting tool detection device
CN104198370B (en) Slide rolling friction performance experiment table intelligent observing and controlling system
CN102049773A (en) Selective compliance assembly robot arm
US20090230120A1 (en) Welding head carrier for use in welding inner surface of tube
KR20150004980A (en) A Driving Apparatus for Distribution Line
CN111208199A (en) Ultrasonic flaw detection equipment with marking function for steel rail detection
CN117048730A (en) A crawler-type wall-climbing welding robot
CN220362073U (en) Punching and tapping equipment
CN104155316A (en) Industrial nondestructive testing device
US10895445B2 (en) Articulated arm coordinate measuring machines with active counterbalance
JP2015129656A (en) Travel type measuring apparatus
KR102724383B1 (en) Test vehicle
CN213054693U (en) Testing Equipment
CN118687802B (en) Guide rail impact resistance testing device and method for testing impact resistance special-shaped steel pipe guide rail
CN106564060B (en) The accurate work machine robot mechanism of small space and working method
CN205764482U (en) A kind of copper tube fitting weld defect on-line measuring device
CN116183420B (en) Test apparatus for friction and wear mechanism of ball screw pair
JP5426151B2 (en) Surface shape measuring device
CN118181143A (en) A device and method for in-situ monitoring of force and temperature during grinding of composite materials
CN219531968U (en) Automatic roundness detection device for titanium and titanium alloy bars

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160526

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181109

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200316

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: 20200818

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200831

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6766446

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151