用于在焊接期間手工焊縫跟蹤的系統(tǒng)和方法以及焊接輔助系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于改進(jìn)的人工焊接的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：用于保持固定的電極-工件距離的創(chuàng)新噴嘴；用于提供關(guān)于焊接質(zhì)量的反饋的例如光學(xué)、溫度、超聲等的傳感器；以及例如指示實際對比期望的焊件特性（例如速度、尺寸、位置等）的指示器（例如視頻屏幕）。此外，裝置中的致動器允許在與焊縫垂直、平行或二者的運動上進(jìn)行控制。例如，偏心軸線允許焊接擺動運動的自動化。
【專利說明】用于在焊接期間手工焊縫跟蹤的系統(tǒng)和方法以及焊接輔助系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在焊接期間焊縫跟蹤，包括在焊接的同時向焊接者提供反饋的基于傳感器的焊接輔助系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電弧焊是用于在電極與基料之間使用電弧以熔融或以其它方式融化焊接點處的金屬來聯(lián)結(jié)金屬的方法。該過程使用直流電流或交流電流、以及可消耗或不可消耗的電極。焊接區(qū)域大體由一些類型的保護(hù)氣體、蒸氣、和/或熔渣來保護(hù)。
[0003]由于焊接在許多情況下是手工操作，因此關(guān)于所涉及的過程已產(chǎn)生理論和經(jīng)驗的體系，從而像很多行業(yè)技能那樣需要一定程度的手工靈巧。焊接通常被認(rèn)為對于初學(xué)者而言是相當(dāng)困難的，原因是需要經(jīng)歷幾十或幾百個小時的來學(xué)習(xí)基本焊接技能。建造以及其它的專業(yè)焊接工作通常需要焊接證書，從而隨后可能需要對焊接課程論文、測試、協(xié)會會員、定期重復(fù)測試等的證明。
[0004]由于焊件能夠與所涉及的基底金屬(多種基底金屬)一樣堅硬(當(dāng)完成良好時)或者可能無論如何缺乏任何結(jié)構(gòu)完整性(當(dāng)完成欠佳時)，并且由于此外大型建筑元件和重要結(jié)構(gòu)任務(wù)可能依賴焊件，因此焊件的質(zhì)量對于結(jié)構(gòu)的完整性能夠是關(guān)鍵的。
[0005]焊接對焊件周圍的材料的影響可能是不利的，關(guān)鍵取決于所涉及的材料以及所使用的焊接過程的熱輸入。所謂的熱影響區(qū)或HAZ能夠具有不同的尺寸和強度；其尺寸和固有性質(zhì)取決于例如焊接速率、焊接電流、和基底材料的熱擴散率的因素。由焊接過程輸入的熱量也起到重要作用；電弧焊落在激光焊接和氧乙炔焊接的兩個極端之間，單獨過程的熱輸入在某種程度上發(fā)生變化。
[0006]影響焊接質(zhì)量和HAZ的因素包括電流設(shè)定、電弧長度、電極角度、電極操縱、行進(jìn)速度、和正確的焊條或者填料選擇。
[0007]這些因素中的每一個都能夠根據(jù)情況發(fā)生變化。例如，在保護(hù)氣體(又稱焊絲(stick))焊接的情況下，電弧長度不應(yīng)當(dāng)超過電極的金屬部分(芯)的直徑。將電極保持過近會降低焊接電壓。這產(chǎn)生了可能使其自身熄滅或者造成焊條凍結(jié)的不規(guī)則電弧，以及產(chǎn)生具有高冠部的焊道。過長的電弧(一般是由于過高電壓)產(chǎn)生飛濺、低沉積速率、根切和可能的孔隙度。
[0008]許多初學(xué)者使用過長的電弧焊接，從而產(chǎn)生具有(如上文所述)過度飛濺的粗糙焊道，這包括在焊接期間四處飛散并且在基底材料上冷卻從而形成粗糙不平的表面的融化金屬厚片。熟練的焊接者使用非常特定的技術(shù)，包括緊湊受控的電弧長度，該緊湊受控的電弧長度改進(jìn)焊道外觀、產(chǎn)生較窄的焊道并且使飛濺最少化。實現(xiàn)該水平可能花費數(shù)年，并且學(xué)習(xí)過程由于缺乏對個人技術(shù)質(zhì)量的直接反饋而受到阻礙，原因是焊道通常是難以看到的白熱區(qū)，并且當(dāng)冷卻時，焊道被熔渣層隱藏。只有在焊道已冷卻并且熔渣脫落之后，才能夠看到個人技術(shù)的實際成果。過短的電弧將造成焊條粘結(jié)。過長和過大的熔融金屬液滴將會從焊條滴下并且將傾向于“爆炸”和飛濺。長電弧還產(chǎn)生熔透欠佳的不均勻焊道。
[0009]過小的電流強度造成難以穿透(strike)的弱電弧。過大的電流強度造成巨大弧坑、或者具有過度飛濺的平坦焊道。
[0010]焊條角度影響熔透。一種常見的焊接技術(shù)包括保持焊條與接頭接近垂直以提高熔透；然而，這能夠造成熔渣被捕集到焊件中。使焊條下降得過平或過低使熔透降低并且造成焊波。
[0011]速度影響所沉積的焊條的量和焊道的均勻性。行進(jìn)過快產(chǎn)生具有小熔透的薄焊道，而行進(jìn)過慢使得焊道形成與基底金屬重疊的邊緣，并且在薄金屬上可以在基底材料中形成孔。適當(dāng)?shù)男羞M(jìn)速度產(chǎn)生具有期望輪廓(或“冠部”)的焊道、寬度和外觀。為了實現(xiàn)正確的輪廓，調(diào)節(jié)行進(jìn)速度使得電弧保持在焊件熔池的前三分之一內(nèi)。緩慢的行進(jìn)速度產(chǎn)生具有淺熔透的寬的凸形焊道，而過高的行進(jìn)速度也使熔透降低，產(chǎn)生較窄和/或高度冠形焊道，并且可能產(chǎn)生根切。
[0012]使問題復(fù)雜的是，已建立了用于不同情況的多種技術(shù)。例如，沿水平和仰焊位置的焊接大體使用“拖焊”或“反手”技術(shù)，其中焊接者保持工具與接頭垂直并且使工具沿行進(jìn)方向傾斜大約5至15度。對于豎直向上焊接而言，使用“手壓”或“正手”技術(shù)，從而使工具的頂部傾斜離開行進(jìn)方向15度。
[0013]為了在較厚的材料上產(chǎn)生較寬的焊道，操縱電極從側(cè)到側(cè)從而產(chǎn)生連續(xù)系列的部分重疊的圓形、或“Z”形、半圓形、或者曲折臺階圖案。側(cè)到側(cè)運動被大體限定在電極芯的直徑的2-1/2倍。為了覆蓋較快寬的區(qū)域，制造多次通過或者“線狀焊道”。
[0014]當(dāng)豎直向上焊接時，需要手壓技術(shù)。必須在每一側(cè)稍微停頓，以允許焊道的遠(yuǎn)側(cè)冷卻，從而使得焊件熔潭(weld puddle)趕上當(dāng)前位置，并且保證固體“配合”到側(cè)壁。
[0015]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的，必然需要對焊件熔潭的視野好。否則難以或不可能保證在接頭中焊接、將電弧保持在熔潭的前緣上、并且使用正確量的熱。由于通過煙霧的可見性降低，因此由焊接過程產(chǎn)生的煙霧也能夠使事情復(fù)雜化。
[0016]沒有進(jìn)入特定活動面罩的初學(xué)焊接者常常遇到的一個問題是焊接面罩具有高度阻光因素，使得直到焊接開始，才能夠看到工件。因此，必須在看不見的情況下大體保持工具靠近工件、關(guān)閉面罩、并且開始焊接，從而僅靠個人的本體感受感來引導(dǎo)，直到開始焊接。
[0017]對于在平面上焊接而言，焊條應(yīng)當(dāng)離開豎直成10至20度的角度并且沿箭頭方向被拉動。焊條的角度防止熔渣趕上焊條，這是不期望的，原因是在熔渣上焊接造成焊件中的夾雜物。
[0018]在焊絲焊接的情況下，焊條隨著焊接進(jìn)行而變得更短，并且需要有意識地努力以隨著焊條變短而使電弧的長度減小。過度的電弧長度能夠造成不穩(wěn)定的電弧。過多的熱和根切是常見的初學(xué)者錯誤。
[0019]應(yīng)當(dāng)理解，除非焊接者連續(xù)改變他的抓握，否則用于焊絲焊接的焊條長度的改變也將影響焊條角度。焊條的角度還應(yīng)當(dāng)在焊件的長度上得以保持。需要實踐來避免使超前角隨著焊接進(jìn)行而減小，原因是這能夠造成熔渣夾雜物或者造成電弧熄滅。
[0020]如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的，視覺反饋對于在手運動期間跟隨焊縫是關(guān)鍵的。由于對焊縫的視線的需要，有時難以提供需要的設(shè)備以用于傳輸如各種焊接技術(shù)(例如MIG/TIG)所需的輔助氣體，原因是該設(shè)備可能阻擋焊接者的視線。[0021]由于過程中所涉及的高水平的手工靈巧，通常每一個焊接者都以或多或少獨特的風(fēng)格來操縱或擺動電極。實現(xiàn)該水平可能花費數(shù)年，并且學(xué)習(xí)過程由于缺乏對個人技術(shù)質(zhì)量的直接反饋而受到阻礙。
[0022]如上所述，多種因素共同造成學(xué)習(xí)焊接技術(shù)特別困難。在一些條件下無法看到工件、需要緊密控制焊道特性(該焊道特性接著取決于速度、角度、和其它因素)、以及用于不同條件的不同的技術(shù)全都使得焊接過程復(fù)雜化。
[0023]因此，改進(jìn)的用于焊接的方法仍然是長期需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明涉及輔助焊接者沿焊縫執(zhí)行一致焊接的裝置。
[0025]此外，本發(fā)明的這些和/或其它的方面以及/或者優(yōu)點:在下文的詳細(xì)描述中有所闡述；可能能夠通過詳細(xì)描述推理得出；以及/或者能夠通過實踐本發(fā)明而習(xí)得。
[0026]提供一種焊接裝置屬于本發(fā)明的起源，該焊接裝置包括:
[0027]多個傳感器，所述多個傳感器適于感測焊道的參數(shù)；
[0028]指示裝置，所述指示裝置適于向使用者指示所述傳感器的測量結(jié)果；
[0029]由此向焊接者提供關(guān)于所述焊道的參數(shù)的實時反饋。
[0030]其中所述傳感器包括距離傳感器也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述距離傳感器適于感測電弧長度。
[0031]其中所述傳感器包括位置傳感器也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述位置傳感器適于感測相對于預(yù)定的期望焊道位置的焊道位置，所述位置傳感器感測選自包括以下的組的參數(shù):沿與所述焊道平行的方向距期望焊道的距離；沿與所述焊道垂直的方向距所述期望焊道的距離。
[0032]其中所述傳感器包括速度傳感器也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述速度傳感器適于測量所述焊道的產(chǎn)生速度。
[0033]其中所述傳感器包括卷軸(spool)速度傳感器也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述卷軸速度傳感器適于測量卷軸消耗的速率。
[0034]根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，該焊接裝置還包括電極定位裝置，該電極定位裝置適于使所述焊槍的電極在與所述焊道方向垂直的往復(fù)運動中移動。
[0035]還包括編程裝置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，該編程裝置適于允許使用者設(shè)定所述定位裝置的參數(shù)。
[0036]其中所述參數(shù)包括擺動頻率也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0037]其中所述測量結(jié)果包括對所述焊道位置與期望的焊道位置的偏差的測量也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0038]其中所述噴嘴是可互換的也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，其中一組噴嘴適于不同的焊接工作。
[0039]其中所述槍包括主動冷卻裝置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0040]其中所述指示裝置是可佩帶的也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0041]其中所述傳感器包括慣性測量裝置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0042]還包括用于計算和畫出所述焊道的路徑的裝置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。[0043]還包括用于測量和存儲來自多次試運行的焊接參數(shù)的裝置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0044]其中所述存儲的焊接參數(shù)用于指示期望的焊接參數(shù)也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0045]其中所述指示裝置適于顯示期望的工具路徑也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0046]其中所述指示裝置包括視頻顯示裝置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0047]此外，本發(fā)明的這些和/或其它的方面以及/或者優(yōu)點:在下文的詳細(xì)描述中有所闡述；可能通過詳細(xì)描述推理得出；以及/或能夠者通過實施本發(fā)明而習(xí)得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]為了理解本發(fā)明并且看到本發(fā)明如何在實踐中實施，現(xiàn)在將僅通過非限制性舉例的方式來參照附圖對多個實施例進(jìn)行描述，在附圖中:
[0049]圖1示出了示例性系統(tǒng)圖，其中示出了本發(fā)明的主要部件；
[0050]圖2示出了系統(tǒng)流程圖；
[0051]圖3a、3b示出了本發(fā)明的示例性系統(tǒng)；
[0052]圖4示出了系統(tǒng)的示例性焊槍的橫截面；
[0053]圖5示出了本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的幾個例子；
[0054]圖6示出了系統(tǒng)的多個噴嘴；
[0055]圖7示出了具有可調(diào)支架的噴嘴的例子；
[0056]圖8示出了系統(tǒng)的噴嘴的實施例；
[0057]圖9示出了系統(tǒng)的噴嘴的另一個實施例；
[0058]圖10示出了系統(tǒng)的噴嘴的另一個實施例；
[0059]圖11示出了系統(tǒng)的噴嘴；
[0060]圖12示出了本發(fā)明的進(jìn)度表；
[0061]圖13示出了與本發(fā)明的某些實施例一致的焊槍、屏幕、和進(jìn)度表；
[0062]圖14示出了示例性系統(tǒng)的方框圖。
【具體實施方式】
[0063]與本發(fā)明的所有章節(jié)一起提供以下描述，以便使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠利用所述發(fā)明并且闡述由實施本發(fā)明的發(fā)明人所構(gòu)想的最佳模式。然而，由于本發(fā)明的一般原則已被具體限定為提供一種提供用于焊接的系統(tǒng)和方法的裝置和方法，因此各種改型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
[0064]在以下的詳細(xì)描述中，闡述了多個特定細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的實施例的全面理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在不具有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實施這種實施例。由于正如每一個特征都能使得想到整體，因此每一個特征也可能產(chǎn)生其余部分。并且最終當(dāng)特征顯示時，這種全新的特征將被想起。在整個說明書中對“一個實施例”或“實施例”的稱謂的意思是結(jié)合實施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。
[0065]術(shù)語“多個”在下文中指的是任何正整數(shù)(例如，1、5、或10)。
[0066]術(shù)語“焊接”在下文中指的是用于通過電弧、增加填料材料以形成冷卻成焊件的融化材料熔池來連接金屬的過程。
[0067]在本發(fā)明的一些實施例中，本發(fā)明涉及用于為焊接者焊接輔助的裝置，以及用于在焊接期間協(xié)助焊接者的半自主焊接裝置。
[0068]該裝置包括焊接噴嘴、焊縫傳感器(多個焊縫傳感器)、焊槍、用于使用者的反饋單元、控制單元、尖端移動單元、以及附件。
[0069]焊接噴嘴可以是可互換的(例如通過快速連接系統(tǒng))，并且可以具有適于焊接要求的形狀。因此，可以提供不同形狀的噴嘴用于對接焊、搭頭焊、搭接焊、直角焊、管道焊等。噴嘴可以具有可調(diào)尖端以適應(yīng)不同的焊接環(huán)境，例如平焊、直角焊、和立焊。
[0070]噴嘴是一次性的屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且在一些實施例中，噴嘴可以是柔性的以便符合焊件幾何形狀。
[0071]包括多個傳感器屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0072]包括引導(dǎo)輪或者多個引導(dǎo)輪以保持固定或可控的電極-焊縫距離屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0073]噴嘴可以穿孔或者具有網(wǎng)形框架屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0074]噴嘴可以包括彈簧機構(gòu)以用于高度符合屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0075]噴嘴可以具有墊片以允許不同的尖端高度屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0076]噴嘴可以成刷式屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0077]噴嘴可以由例如黃銅、鐵、陶瓷、硅等的材料構(gòu)造。
[0078]噴嘴可以包括冷卻機構(gòu)，該冷卻機構(gòu)為焊接過程提供溫度受控的環(huán)境。該冷卻機構(gòu)可以使用保護(hù)氣體作為冷卻介質(zhì)，并且/或者能夠使用額外的冷卻介質(zhì)。噴嘴可以與多個通道配合以用于冷卻流體從而允許對期望區(qū)域進(jìn)行有效冷卻。能夠可選地使用主動冷卻，以用于冷卻系統(tǒng)中的各個部件。
[0079]在本發(fā)明的一些實施例中，焊接傳感器用于提供能夠指示焊縫位置的反饋。傳感器用于提供關(guān)于電壓、電流、工具-焊件距離、焊縫特性、溫度等的反饋和/或控制。傳感器(或多個傳感器)可以包括以下技術(shù)中的一種或多種:
[0080]電流傳感器、電壓傳感器、超聲波傳感器、光學(xué)傳感器、激光傳感器、電感傳感器、壓力傳感器、接近探測器、觸覺傳感器、磁傳感器、電磁傳感器等。
[0081]噴嘴可以是氣動噴嘴，該氣動噴嘴使用可預(yù)先存在或者由系統(tǒng)增加的外部特征，例如標(biāo)記裝置(例如標(biāo)簽或其它的標(biāo)記)。
[0082]包括這樣的焊槍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi):該焊槍可以包括引導(dǎo)電極線的設(shè)施，可以包括氣體進(jìn)給、冷卻元件、可以是配合到裝置中的標(biāo)準(zhǔn)可購得的單元、真空和/或鼓風(fēng)機以去除過程煙氣、以及如下文所描述的反饋單元。
[0083]在本發(fā)明的一些實施例中，反饋單元為使用者提供對焊縫位置的提示。在一些實施例中，反饋單元可以指示使用者如何校正其焊接運動。在本發(fā)明的一些實施例中，反饋單元僅校正與焊縫垂直的方向。在本發(fā)明的一些實施例中，反饋單元提供對焊槍沿焊縫的速度的反饋。
[0084]系統(tǒng)的反饋裝置可以包括以下中的一個或多個:IXD屏幕；LED指示；聽覺反饋；觸覺反饋；以及觸感反饋/控制(例如沿正確方向推動使用者)。
[0085]在本發(fā)明的一些實施例中，控制單元提供用于控制、測量和向使用者指示焊接過程的各個方面的裝置。
[0086]多種任務(wù)可選地由控制器執(zhí)行并且可以包括在焊接參數(shù)上的控制，焊接參數(shù)例如電流、電壓、頻率、噴嘴-工件距離、電弧長度、電極角度、電極操縱、行進(jìn)速度、正確的焊條或者填料選擇等。
[0087]控制器例如通過基于使用者在當(dāng)前或過去的焊接期間成功的反饋而具有適應(yīng)能力屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0088]使用自動校正焊接位置處于本發(fā)明的范圍內(nèi)；例如，在一個實施例中，控制器可以讀取焊縫偏移，并且在給定限制內(nèi)自動提供校正或反饋。因此，該系統(tǒng)可以物理移動噴嘴以改變焊縫偏移，并且/或者可以向使用者指示如何調(diào)節(jié)(在單元例如通過使用伺服電機或其它裝置自動校正的同時)，并且/或者可以僅向使用者指示給定的調(diào)節(jié)是需要的。
[0089]該單元可以以相同的方式提供關(guān)于焊件速度、角度、擺動圖案、電流、填料類型、相對工具-焊縫位置等的自動校正和/或反饋。
[0090]使用焊接參數(shù)(例如包括用于各種條件和期望結(jié)果的速度、距離、擺動參數(shù)、填料類型等)的庫(例如，呈數(shù)據(jù)庫的形式)以用于使用并且/或者向使用者顯示也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。如上所述，各種條件包括不同的焊縫類型、金屬類型、工件位置等。期望結(jié)果可以包括例如熔渣夾雜物、焊件熔透的深度、熱分布(作為時間和位置的函數(shù)的焊件的溫度)、焊件形狀、材料外形、焊件強度、材料用途等。
[0091 ] 在本發(fā)明的某些實施例中，可以通過尖端移動單元來控制尖端，該尖端移動單元提供(例如)與焊縫方向垂直的運動。該移動單元可以具有從5到20mm的總行程，并且在一些實施例中允許對行程、擺動圖案、速度等進(jìn)行控制?？蛇x地，可以通過固定的行進(jìn)運動限制和頻率來使用特定的單元。尖端單元移動可以包括對側(cè)向運動以及/或者向前/向后運動進(jìn)行控制的措施。
[0092]在本發(fā)明的一些實施例中，尖端單元基于伺服驅(qū)動器。使尖端單元移動的設(shè)計可以包括偏心軸線機構(gòu)(例如)以提供左-右運動(與焊縫方向垂直)、可設(shè)定或可編程振幅機構(gòu)以用于改變該運動的程度或振幅、以及致動裝置(例如，小型伺服電機、超聲波電機、壓電電機、螺線管、直流電機、氣動致動器、直線電機等)。
[0093]在本發(fā)明的一些實施例中，焊接系統(tǒng)包括向使用者提供反饋的光學(xué)或視覺系統(tǒng)。該視覺系統(tǒng)可以用于通過各種反饋指示來顯示焊縫的圖像，例如溫度、工具-焊縫距離、電極角度、速度等。使用嵌入在視覺單元中的多個濾波器來解決不同的光照條件屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。使用光纖系統(tǒng)以用于將光學(xué)信息從一個位置傳輸至另一個位置也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可以通過光纖視覺系統(tǒng)來獲得噴嘴內(nèi)的視覺信息。
[0094]在本發(fā)明的一些實施例中，視覺系統(tǒng)使用一個或多個IR傳感器作為監(jiān)測焊接過程的裝置。
[0095]采用用于向使用者展示信息的屏幕屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。這可以包括顯示期望的工具位置等的覆蓋圖(overlay)。視覺系統(tǒng)可以包括光學(xué)、IR、和紅外敏感元件(例如(XD)、以及光學(xué)表示元件(例如IXD屏幕、OLED屏幕等)?？蛇x地，這可以是用于設(shè)定各種參數(shù)(例如期望的焊件結(jié)果(如上所述))的觸摸屏。
[0096]在本發(fā)明的一些實施例中，電子不透明度控制器用于改變到達(dá)視覺系統(tǒng)的檢測元件的光照水平。在本發(fā)明的一些實施例中，保護(hù)氣體用于保護(hù)視覺光學(xué)元件(多個視覺光學(xué)元件)不受到火花、飛濺等的影響。
[0097]通過使用本發(fā)明的視覺系統(tǒng)而開始焊接過程也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，使用者可以半壓焊接工具觸發(fā)器以看到工件的圖像，而通過全壓焊接工具觸發(fā)器來隱藏視覺元件并且開始焊接過程。
[0098]在本發(fā)明的一些實施例中，向使用者顯示焊接現(xiàn)場的視頻表示，使得原則上，可以使焊接面罩的非常黑的元件較淺。在這種情況下，本發(fā)明的焊槍可以具有防止使用者與工件之間的視線的保護(hù)元件，以防止來自工件的輻射和飛濺到達(dá)使用者。使用者能夠在本發(fā)明的視頻屏幕上觀察工件進(jìn)度，可能通過指示這種參數(shù)(例如與期望的位置、速度、電流、電壓等的偏差)的各種覆蓋圖。
[0099]該系統(tǒng)可以通過使用不同的附件和工具而適于額外的情景，例如數(shù)據(jù)采集裝置、組焊接設(shè)備、QA監(jiān)測、訓(xùn)練&資格模塊、和自動模式。 [0100]該模式包括用于實時確定尖端相對于焊縫的位置的機構(gòu)和算法?？蛇x地，移動尖端單元用于提供運動校正。備選地，可以沿擺動方向(即與焊縫垂直)以及/或者沿焊縫方向和/或沿與焊縫垂直的方向完成校正。
[0101 ] 在本發(fā)明的一些實施例中，焊接輔助單元被結(jié)合到半自動或全自動焊接系統(tǒng)(例如機器人焊接系統(tǒng))中。
[0102]在一些實施例中，該系統(tǒng)能夠用于在焊接期間或之后對焊件進(jìn)行QA檢查。
[0103]在本發(fā)明的一些實施例中，焊件輔助單元與進(jìn)度測量和/或控制裝置相配合，該進(jìn)度測量和/或控制裝置測量和/或控制尖端運動的速度?？蛇x地，進(jìn)度單元向使用者指示他是否移動過快或過慢。對使用者的指示可以呈比例尺或曲線圖、顯示、聽覺信號、觸覺信號等的形式。
[0104]在本發(fā)明的一些實施例中，進(jìn)度單元可以包括加速度計和/或陀螺系統(tǒng)?？蛇x地，各種其它的傳感器可以用于計算速度和路徑，包括慣性測量系統(tǒng)、磁力計、傾角計、光學(xué)傳感器等。例如，該系統(tǒng)可以基于RF三角測量、聲波三角測量、航位推算、或者如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的任何其它的慣性測量單元。
[0105]在本發(fā)明的一些實施例中，進(jìn)度單元可以用于在使用期間計算路徑、速度、和加速度。該信息可以用于指導(dǎo)使用者并且/或者提供例如呈焊接質(zhì)量評價形式的反饋。在這種評價中，可以展示實際路徑的圖、平均偏差的測量結(jié)果、以及與焊件相關(guān)聯(lián)的其它的參數(shù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)?？蛇x地，該圖可以覆蓋在工件的實體模型和/或圖片之上?？蛇x地，焊接部件的已知幾何形狀可以結(jié)合進(jìn)度單元使用，以提供關(guān)于焊槍或手位置以及期望的焊縫/焊道位置的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
[0106]作為測量偏差的例子，可以通過多個點Pi來描述焊接路徑。原則上這些可以是包括時間的點，例如三重Pi=OCi, Yi, ti)或者四重PiMxi, Yi, Zi, ti)?？梢酝ㄟ^點Ai類似地描述實際路徑。隨后可以通過例如以下均方根來計算偏差:
【權(quán)利要求】
1.一種電弧焊接輔助裝置，包括: 至少一個傳感器，所述至少一個傳感器適于感測焊道的參數(shù)； 指示裝置(130)，所述指示裝置(130)適于向使用者指示所述傳感器的測量結(jié)果； 由此向焊接者提供關(guān)于所述焊道的參數(shù)的實時反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述傳感器包括適于感測電弧長度的距離傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述傳感器包括位置傳感器，所述位置傳感器適于感測相對于預(yù)定的期望焊道位置的焊道位置，所述位置傳感器適于感測選自包括以下的組的參數(shù):沿與所述焊道平行的方向距期望焊道的距離；沿與所述焊道垂直方向距所述期望焊道的距離；焊槍取向；焊槍位置；所述焊槍取向的時間導(dǎo)數(shù)；所述焊槍位置的時間導(dǎo)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述傳感器包括速度傳感器，所述速度傳感器適于測量所述焊道的產(chǎn)生速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述傳感器包括卷軸速度傳感器，所述卷軸速度傳感器適于測量卷軸消耗的速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述傳感器選自包括以下的組:GPS傳感器、慣性測量單元、測角計、 磁力計、視頻傳感器、音頻傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器、輻射傳感器、溫度傳感器、X射線傳感器、超聲傳感器、電流傳感器、電壓傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，還包括焊槍和電極定位裝置，所述電極定位裝置適于使所述焊槍的電極在與所述焊道方向垂直的往復(fù)運動中移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述槍包括主動冷卻裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊接裝置，還包括編程裝置，所述編程裝置適于允許使用者設(shè)定所述定位裝置的參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的焊接裝置，其中所述參數(shù)包括擺動頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述測量結(jié)果包括對所述焊道位置與期望的焊道位置的偏差的測量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，還包括一組可互換噴嘴，所述一組可互換噴嘴適于不同的焊接工作。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述指示裝置是可佩帶的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述傳感器包括慣性測量裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，還包括使用所述指示裝置來計算和畫出所述焊道的路徑的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，還包括測量和存儲來自多次試運行的焊接參數(shù)的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的焊接裝置，其中所述存儲的焊接參數(shù)用于指示期望的焊接參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述指示裝置適于示出期望的工具路徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述指示裝置適于指示焊接質(zhì)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述指示裝置適于指示焊接質(zhì)量、通過數(shù)據(jù)庫來存儲和分析所述焊接質(zhì)量信息、以及產(chǎn)生焊接質(zhì)量報告。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述指示裝置包括視頻顯示裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中所述反饋選自包括以下的組:視覺反饋；觸覺反饋；聽覺反饋。
23.一種用于焊接輔助的方法，包括以下步驟: 提供至少一個傳感器，所述至少一個傳感器適于感測焊道的參數(shù)； 焊道； 通過從指示裝置(130)獲得的反饋來修改焊接過程，所述指示裝置(130)適于向使用者指示由所述傳感器的測量結(jié)果指示的任何校正需要； 由此向焊接者提供關(guān)于所述焊道的參數(shù)的實時反饋。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述傳感器包括距離傳感器，所述距離傳感器適于感測電弧長度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述傳感器包括位置傳感器，所述位置傳感器適于感測相對于預(yù)定的期望焊道位置的焊道位置，所述位置傳感器感測選自包括以下的組的參數(shù):沿與所述焊道平行的方向距期望焊道的距離；沿與所述焊道垂直的方向距所述期望焊道的距離；焊槍取向；焊槍位置；所述焊槍取向的時間導(dǎo)數(shù)；所述焊槍位置的時間導(dǎo)數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述傳感器包括速度傳感器，所述速度傳感器適于測量所述焊道的產(chǎn)生速度。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述傳感器包括卷軸速度傳感器，所述卷軸速度傳感器適于測量卷軸消耗的速率。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述傳感器選自包括以下的組:GPS傳感器、慣性測量單元、測角計、磁力計、視頻傳感器、音頻傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器、輻射傳感器、溫度傳感器、X射線傳感器、超聲傳感器、電流傳感器、電壓傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還提供焊槍和電極定位裝置，所述電極定位裝置適于使所述焊槍的電極在與所述焊道方向垂直的往復(fù)運動中移動。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括編程裝置，所述編程裝置適于允許使用者設(shè)定所述定位裝置的參數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述參數(shù)包括擺動頻率。
32.根據(jù)權(quán)利要求23-31所述的方法，其中所述槍包括主動冷卻裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述測量結(jié)果包括對所述焊道位置與期望焊道位置的偏差的測量。
34.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還提供噴嘴的可互換組，所述噴嘴的可互換組適于不同的焊接工作。
35.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述指示裝置是可佩帶的。
36.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述傳感器包括慣性測量裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法裝置，還包括計算和畫出所述焊道的路徑的裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括適于測量和存儲來自多次試運行的焊接參數(shù)的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述存儲焊接參數(shù)用于指示期望的焊接參數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述指示裝置適于顯示期望的工具路徑。
41.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述指示裝置包括視頻顯示裝置。
42.根據(jù)權(quán)利要求23至41所述的焊接裝置，還包括: 焊槍(120)； 噴嘴(110)。
43.根據(jù)權(quán)利要求23至41所述的用于焊接輔助的方法，還包括: 提供焊槍(120)； 提供噴嘴(110)。
44.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述反饋選自包括以下的組:視覺反饋；觸覺反饋；聽覺反饋。
【文檔編號】B23K9/28GK103648703SQ201280034324
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月8日
【發(fā)明者】O·埃納威, D·謝花, D·斯皮提尤斯 申請人:焊接機器人公司