專利名稱：焊接設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種把多個(gè)組成構(gòu)件焊接成型為焊接結(jié)構(gòu)件的方法。本發(fā)明還涉及一種焊接結(jié)構(gòu)件的成型設(shè)備。
人們已經(jīng)開發(fā)出了根據(jù)要焊接的構(gòu)件的形式或形狀使用不同種類的控制裝置的焊接系統(tǒng)。DE-A-2240949就公開了一種這樣的焊接系統(tǒng)。其特征在于，通過一個(gè)舵輪來控制焊接裝置的路徑。US-A-5307979則公開了另一種焊接系統(tǒng)，其為焊接三維結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)基于軌道的控制裝置。DE-A-2035498則公開了一種焊接輪箍的系統(tǒng)。
US-A-4737614公開了一種自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其中的控制系統(tǒng)基于光強(qiáng)度的變動(dòng)進(jìn)行工作。US-A-5572102則采用了一種基于熒光工作的焊接機(jī)器人系統(tǒng)。
根據(jù)要焊接的結(jié)構(gòu)件而進(jìn)行調(diào)整的焊接臺(tái)也得到發(fā)展；參見EP-A-0092533的實(shí)例。同樣，在SE455581中公開了自動(dòng)焊接管子的結(jié)構(gòu)。
但是現(xiàn)有的焊接技術(shù)有很多值得考慮的缺點(diǎn)，尤其是在大多數(shù)情況下，不可能把它們應(yīng)用于造船工業(yè)。一般對(duì)船舶來說，所需的焊接結(jié)構(gòu)件，都相對(duì)尺寸較大，通常都超過10米寬，經(jīng)常接近20米長(zhǎng)。如果焊接和這些結(jié)構(gòu)件相連的橫向或縱向結(jié)構(gòu)，就不得不采用耗費(fèi)大量時(shí)間的手工焊接。但是，薄材料和例如使“喉部”厚度減少的材料使用，使焊接方式發(fā)生了改變。由于焊接速度的提高，手工焊接變得越來越難。而且，對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的焊接，使用有技術(shù)的焊接工人，要浪費(fèi)他們的能力，所以不但工作沉悶，而且也不切合實(shí)際。使用人力來做那些機(jī)器不能完成的工作才更明智。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種一種焊接結(jié)構(gòu)件的成型方法，其包括將要焊接的結(jié)構(gòu)件的各組成構(gòu)件以預(yù)期的形狀設(shè)置在一個(gè)支持面上以及在多個(gè)焊接點(diǎn)用焊接裝置把這些組成構(gòu)件焊接成型為焊接結(jié)構(gòu)件，其特征在于該方法還包括記錄至少一幅在支持面上的構(gòu)件排列位置的圖像，根據(jù)圖像來確定上述焊接點(diǎn)的位置，并基于焊接點(diǎn)的預(yù)定位置通過上述的焊接裝置控制各組成構(gòu)件的焊接。
而且，根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種把多個(gè)組成構(gòu)件焊接成型的焊接設(shè)備，該包括一個(gè)以要焊接成的結(jié)構(gòu)件的形狀支持各組成構(gòu)件的支持面，一個(gè)將支持在支持面上的各組成構(gòu)件焊接成型的焊接裝置，而且還包括一個(gè)估算裝置，用于確定支持面上支持的要用焊接裝置焊接的結(jié)構(gòu)件的焊接點(diǎn)位置，該估算裝置包括一個(gè)照相機(jī)裝置，用于提供要焊接結(jié)構(gòu)件的圖像，這樣可以通過估算裝置來確定焊接點(diǎn)的位置。
本發(fā)明是基于要焊接的構(gòu)件被以最終位置放置在支持面上的理念。支持面可以是固定表面或位置已知的可移動(dòng)的基面或地面。一個(gè)合適的支持結(jié)構(gòu)支持在支持表面上或支持在兩側(cè)軌上并橫跨支持表面。成像地記錄要焊接的構(gòu)件的位置的照相機(jī)或成像裝置以及焊接裝置可以便利地安裝在支持結(jié)構(gòu)上。照相機(jī)或成像裝置和焊接裝置都相對(duì)支持面沿Y，Z軸線方向可移動(dòng)的安裝?？梢杂幸粋€(gè)或多個(gè)照相機(jī)或成像裝置，也可以有一個(gè)或多個(gè)焊接裝置。
本發(fā)明能夠把要焊接結(jié)構(gòu)件的各組成構(gòu)件都焊接到一起。焊接結(jié)構(gòu)件及其組成構(gòu)件的尺寸都被成像拍攝記錄下來以便于確定不同的焊接點(diǎn)。通過掃描或讀取成像的記錄信息可以確定這些焊接點(diǎn)，而且這些掃描到的和讀取到的信息傳到控制裝置?？刂蒲b置是基于焊接點(diǎn)的確定位置，來控制將要焊接結(jié)構(gòu)件的各組成焊接在一起。掃描或讀取的成像信息可以存儲(chǔ)或記錄在照相機(jī)或成像裝置和/或焊接裝置的掃描或讀取裝置等存儲(chǔ)器中。
可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)顯示焊接點(diǎn)的顯示器，使用戶可以在焊接過程中取代焊接裝置的自動(dòng)控制。但是，焊接操作可以通過焊接機(jī)器人或機(jī)械手形式的焊接裝置全自動(dòng)或半自動(dòng)地執(zhí)行。
照相機(jī)或成像裝置用于方便的獲得要焊接結(jié)構(gòu)件的圖像，讀取或掃描裝置利用這些圖像可以自動(dòng)的或借助于用戶的協(xié)助，識(shí)別并確定焊接點(diǎn)的位置。一旦焊接點(diǎn)確定下來，就可以用于通過手工，半自動(dòng)，全自動(dòng)地焊接要焊接結(jié)構(gòu)件的各組成構(gòu)件。而實(shí)際的焊接過程可以用焊接裝置采用弧焊如氣弧焊根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)件的形式或形狀并在確定的各焊接點(diǎn)處執(zhí)行焊接操作來完成。因?yàn)楹附友b置可以水平或垂直的在焊接結(jié)構(gòu)的上方移動(dòng)，這樣它就能夠在支持面上方的不同高度和位置處進(jìn)行焊接。焊接的構(gòu)件可以非常大，例如，本發(fā)明就可以使船舶，紙加工機(jī)，建筑，火車貨卡車的部件的焊接變得容易和經(jīng)濟(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種焊接包括多個(gè)組成構(gòu)件的焊接結(jié)構(gòu)件的方法，該方法包括識(shí)別最佳的焊接點(diǎn)來把焊接結(jié)構(gòu)件的各個(gè)組成構(gòu)件連接在一起，和引導(dǎo)焊接裝置到不同的焊接點(diǎn)。用戶可以有選擇的修改或取代焊接裝置的位置。例如，在每個(gè)焊接點(diǎn)上，用戶都可以接受或拒絕全自動(dòng)焊接方式。
通過移動(dòng)位于支持面上支持結(jié)構(gòu)以及將照相機(jī)或成像裝置設(shè)置成可以根據(jù)需要橫向和垂直上下運(yùn)動(dòng)，照相機(jī)或成像裝置可以掃描焊接結(jié)構(gòu)件。而且，支持結(jié)構(gòu)可以選擇為靜止或固定，而要焊接的構(gòu)件可以通過手動(dòng)，半自動(dòng)，全自動(dòng)的方式在位于支持結(jié)構(gòu)下方的一個(gè)可移動(dòng)的支持面上運(yùn)動(dòng)，通過這種方式，要焊接的構(gòu)件就被拍攝下來，產(chǎn)生一張結(jié)構(gòu)圖，在計(jì)算機(jī)的幫助下，得到一張焊接圖。
基于焊接圖，焊接系統(tǒng)能夠自動(dòng)的識(shí)別所謂的標(biāo)準(zhǔn)焊接點(diǎn)，這些焊接點(diǎn)的特征可以被計(jì)算機(jī)提前預(yù)知，所以，系統(tǒng)可以自動(dòng)的指導(dǎo)焊接機(jī)器人或類似裝置進(jìn)行焊接工作。
對(duì)于用戶，可以通過察看焊接圖來選擇合適的起始點(diǎn)進(jìn)行焊接操作，選擇合適的焊接方法用于特殊的焊接，因此用戶可以指導(dǎo)焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接操作。一些不同的焊接裝置可以根據(jù)要焊接的材料安裝在支持結(jié)構(gòu)上。
通過本發(fā)明可以獲得顯著的效益。尤其是可以得到低成本焊接系統(tǒng)，其中的焊接裝置(機(jī)器人)可以被教導(dǎo)將各分離的構(gòu)件焊接在一起。另外，該系統(tǒng)還能夠滿足焊接不同尺寸和形狀的構(gòu)件的需求。通常情況下，小批量產(chǎn)品，系列產(chǎn)品或樣品的焊接可以通過編程的方法來完成。
術(shù)語“照相機(jī)”是指包括任何一種能夠提供要焊接結(jié)構(gòu)圖像的成像設(shè)備，可以包括普通的攝影裝置，例如一個(gè)視頻照相機(jī)或只是一個(gè)照相機(jī)，紅外或紫外線記錄的成像裝置，激光裝置或類似設(shè)備等等?？梢栽O(shè)置多個(gè)這樣的照相機(jī)3。
圖2是一張由照相機(jī)3拍攝的要焊接結(jié)構(gòu)件的照片9。照片通過人工或自動(dòng)的用白圈10在結(jié)構(gòu)件的各構(gòu)件的不同連接點(diǎn)處標(biāo)出，來顯示要焊接的不同的點(diǎn)(也就是“焊接點(diǎn)”)。用戶能夠根據(jù)焊接點(diǎn)為所需的焊接形式提供更多的信息，并且可以為每一個(gè)焊接點(diǎn)選擇一個(gè)合適的焊接方法。
圖3是根據(jù)圖2所示照片9自動(dòng)生成的和/或在用戶的輸入的幫助下生成的要焊接結(jié)構(gòu)件1的可視示意圖。無論自動(dòng)還是通過用戶的輸入，根據(jù)可視示意圖能夠辨認(rèn)出不同部分11a，11b和11c和不同的緊固點(diǎn)(也就是焊接點(diǎn))11d，11e和11f，并且還對(duì)將焊接構(gòu)件焊接在一起提供指導(dǎo)性作用。用戶有機(jī)會(huì)選擇接受還是拒絕11d，11e和11f作為焊接工序的起始點(diǎn)和接受還是拒絕系統(tǒng)給出的焊接方法。所以，該焊接系統(tǒng)可以說是半自動(dòng)化的。
圖4所示的是控制焊接操作的控制系統(tǒng)的一種形式的示意圖。照相機(jī)3首先將結(jié)構(gòu)件1拍攝成像，然后通過讀取裝置或掃描裝置12將該信息16傳送到外部裝置17的控制系統(tǒng)13。讀取裝置12自動(dòng)的或通過用戶15的幫助，可以把控制信息14提供給焊接裝置4。用戶15能夠根據(jù)在顯示裝置18上的照相機(jī)3和域焊接裝置的運(yùn)動(dòng)來操作。讀取裝置/掃描裝置12和/或控制系統(tǒng)13可以位于照相機(jī)3或焊接裝置4之上，也可以位于二者的結(jié)合部。而且，焊接裝置可以是一個(gè)焊接機(jī)器人或一個(gè)焊接機(jī)械手。
這樣焊接系統(tǒng)就能夠自動(dòng)的或通過用戶的輸入控制執(zhí)行焊接工序。另外，系統(tǒng)的靈活性也為多種結(jié)構(gòu)件的焊接提供了可能性，而且并不需要花費(fèi)時(shí)間來緊固裝置或進(jìn)行校準(zhǔn)。
照相機(jī)3可以安裝在焊接裝置4上。支持結(jié)構(gòu)5可以通過液壓，氣壓，機(jī)電方式來致動(dòng)。
本發(fā)明的其他實(shí)施例也都是可行的。
權(quán)利要求
1.一種焊接結(jié)構(gòu)件(1)的成型方法，其包括將要焊接的結(jié)構(gòu)件的各組成構(gòu)件以預(yù)期的形狀設(shè)置在一個(gè)支持面(2)上，以及在多個(gè)焊接點(diǎn)用焊接裝置(4)把這些組成構(gòu)件焊接成型為焊接結(jié)構(gòu)件(1)，其特征在于該方法還包括記錄至少一幅在支持面(2)上的構(gòu)件排列位置的圖像，根據(jù)圖像來確定上述焊接點(diǎn)的位置，并基于焊接點(diǎn)的預(yù)定位置通過上述的焊接裝置(4)控制各組成構(gòu)件的焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少有一個(gè)圖像記錄在讀取裝置(12)的存儲(chǔ)器中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少有一個(gè)圖像記錄在照相機(jī)裝置(3)和/或焊接裝置(4)的存儲(chǔ)器中，和/或照相裝置(3)和焊接裝置(4)的聯(lián)合存儲(chǔ)器中。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少有一個(gè)圖像記錄在外部裝置(17)的存儲(chǔ)器中。
5.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法還包括在顯示裝置上顯示焊接點(diǎn)的位置，來幫助用戶控制焊接裝置(4)的引導(dǎo)。
6.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用戶可以替代各組成構(gòu)件的焊接的自動(dòng)控制。
7.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，焊接裝置(4)的運(yùn)動(dòng)通過控制信息(14)來引導(dǎo)。
8.如權(quán)利要求1-5所述的方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)件的焊接是全自動(dòng)或半自動(dòng)執(zhí)行的。
9.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，焊接裝置(4)包括一個(gè)機(jī)器人或機(jī)械手。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，焊接點(diǎn)的位置通過至少一張圖像自動(dòng)地或靠用戶幫助來確定。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在焊接點(diǎn)的位置確定以后，每個(gè)焊接點(diǎn)的焊接方式以及是否采用手工，全自動(dòng)，半自動(dòng)焊接也就確定了。
12.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，焊接過程采用弧焊如氣弧焊方法。
13.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，焊接過程中，焊接裝置能夠根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的形狀和形式來完成工作。
14.如上述任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，要焊接結(jié)構(gòu)件可以是尺寸較大的零件，例如船舶，紙加工機(jī)，建筑，火車或卡車的部件。
15.一種把多個(gè)組成構(gòu)件焊接成型為焊接結(jié)構(gòu)(1)的焊接設(shè)備，包括用于以要焊接的結(jié)構(gòu)件的形狀支持各組成構(gòu)件的支持面(2)，和用于將支持面支持的要焊接結(jié)構(gòu)件(1)的各組成構(gòu)件焊接在一起的焊接裝置(4)，其特征在于，該設(shè)備還包括用于確定支持面支持的要用焊接裝置(4)焊接的結(jié)構(gòu)件(1)的焊接點(diǎn)位置的估算裝置，該估算裝置包括用于提供要焊接結(jié)構(gòu)件圖像的照相機(jī)裝置(3)，通過估算裝置確定的焊接點(diǎn)位置用于使用焊接裝置(4)焊接結(jié)構(gòu)件(1)。
16.如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備，其特征在于，估算裝置包括一個(gè)用于識(shí)別要焊接結(jié)構(gòu)件的各組成構(gòu)件的裝置，來確定這些組成構(gòu)件最佳的焊接方法。
17.如權(quán)利要求15或16所述的焊接設(shè)備，其特征在于，還包括用于在焊接過程中引導(dǎo)焊接裝置(4)的控制裝置。
18.如權(quán)利要求15或16或17所述的焊接設(shè)備，其特征在于，包括一個(gè)用于用戶替代焊接裝置(4)的替代裝置。
19.如權(quán)利要求15，16，17任一項(xiàng)所述的焊接設(shè)備，其特征在于，包括一個(gè)用于用戶可以接受或拒絕焊接裝置的自動(dòng)控制方式以及如果拒絕自動(dòng)控制，用戶進(jìn)行要焊接結(jié)構(gòu)件任一部分的焊接控制。
全文摘要
一種焊接結(jié)構(gòu)件(1)的成型方法，其包括將要焊接的結(jié)構(gòu)件的各組成構(gòu)件以預(yù)期的形狀設(shè)置在一個(gè)支持面(2)上，以及在多個(gè)焊接點(diǎn)用焊接裝置(4)把這些組成構(gòu)件焊接成型為焊接結(jié)構(gòu)件(1)。該方法還包括記錄至少一個(gè)在支持面(2)上的構(gòu)件排列位置的圖像，根據(jù)圖像來確定上述焊接點(diǎn)的位置，并基于焊接點(diǎn)的位置通過上述的焊接裝置(4)控制各組成構(gòu)件的焊接。本發(fā)明還公開了一種焊接設(shè)備。
文檔編號(hào)B23K28/00GK1408500SQ0113764
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2001年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月22日
發(fā)明者M·維科萊寧, J·賽科 申請(qǐng)人:克瓦納爾·馬沙-亞德斯有限公司