用于模塊化便攜式焊接和焊縫跟蹤的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種模塊化兩部分焊接和處理平臺(tái)。小車部段能夠圍繞物體、例如管和圓柱旋轉(zhuǎn)，或者沿著板或類似物線性移動(dòng)。該小車部段可逆地聯(lián)接到處理部段，所述處理部段例如帶有焊接裝置、涂漆裝置、清潔裝置、分析裝置等。借助于該兩部分裝置，可以快速地和精確地清潔、焊接并且檢查工件。特定標(biāo)記可以設(shè)在工件上，與小車上的傳感器和動(dòng)力裝置結(jié)合，允許處理頭相對(duì)于工件的精確定位。
【專利說(shuō)明】用于模塊化便攜式焊接和焊縫跟蹤的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年11月24日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/563，569號(hào)的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)通過(guò)引用完整地被合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于便攜式焊接的系統(tǒng)和方法，并且更特別地涉及與半自動(dòng)或全自動(dòng)焊接系統(tǒng)結(jié)合使用的便攜式焊縫跟蹤系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]焊接是用于聯(lián)結(jié)金屬部分的完善過(guò)程。許多焊接操作在現(xiàn)場(chǎng)、例如在建筑工地、安裝場(chǎng)所等被執(zhí)行。提供質(zhì)量焊接的主要因素涉及操作者或自動(dòng)焊接系統(tǒng)遵循指定接頭或“焊縫”的路徑的能力。因此不乏解決焊接時(shí)的精確焊縫跟蹤系統(tǒng)的問題的嘗試，享受了不同程度的成功。一些系統(tǒng)基于在縫溝中移動(dòng)的機(jī)械傳感器，所述機(jī)械傳感器機(jī)械地或借助于伺服系統(tǒng)沿著期望路徑引導(dǎo)焊臂。其它解決方案基于光學(xué)掃描系統(tǒng)，所述光學(xué)掃描系統(tǒng)傳輸焊嘴相對(duì)于焊縫的位置并且借助于伺服系統(tǒng)校正位置。目前，商業(yè)上的基于機(jī)器人的系統(tǒng)可用于車間中的焊接操作，常常使用來(lái)自過(guò)程的反饋并且能夠精確定位和夾緊。
[0005]應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是在多數(shù)情況下跟蹤不提供關(guān)于精度和一致性的滿意結(jié)果。所以在使用便攜式設(shè)備的許多操作中，操作者(在多數(shù)情況下是熟練焊工)必須檢查整個(gè)過(guò)程并且實(shí)時(shí)地校正焊縫中的焊嘴位置。
[0006]焊接是很冗長(zhǎng)乏味的、勞動(dòng)密集的和復(fù)雜的過(guò)程。焊接過(guò)程可能需要多個(gè)步驟。必須保證焊接的質(zhì)量以防止泄漏和環(huán)境危害。簡(jiǎn)化焊接過(guò)程并且在一個(gè)系統(tǒng)中提供多個(gè)過(guò)程的手段是非常理想的。
[0007]焊接區(qū)域的環(huán)境對(duì)于精密裝置和儀器很不友好；溫度上升到高水平，金屬熔球偶爾在不可預(yù)測(cè)方向上濺射，并且煙霧粘附到機(jī)械裝置導(dǎo)致故障。
[0008]焊接操作涉及高輻射水平，破壞照相機(jī)和其它光學(xué)裝置的光學(xué)元件，并且對(duì)于操作者而言是危險(xiǎn)的。
[0009]由高溫產(chǎn)生的煙霧阻擋照相機(jī)和基于激光的系統(tǒng)的視線，并且煙霧對(duì)于人體吸入是有危害的。
[0010]在多數(shù)情況下，由于厚材料焊接一道次以上的事實(shí)，存在已經(jīng)在焊縫中的在先前焊接道次的焊點(diǎn)。這些可以導(dǎo)致解釋從(一個(gè)或多個(gè))光學(xué)傳感器接收的圖像的困難，并且也導(dǎo)致機(jī)械傳感器的困難，原因是在焊縫的點(diǎn)焊或根焊之后，焊接不再足夠平滑以提供機(jī)械隨動(dòng)件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。
[0011]以下是顯示本領(lǐng)域的當(dāng)前狀態(tài)的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的列表(通過(guò)引用被合并):美國(guó)專利4700045，美國(guó)專利5001324，美國(guó)專利4806732，和美國(guó)專利4812614。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明涉及一種用于在焊接操作期間通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)操作的機(jī)械化平臺(tái)和/或機(jī)器人平臺(tái)跟蹤焊嘴的裝置。平臺(tái)不具有卡緊工件的能力并且因此精度受到限制。平臺(tái)特別地、但不專門地設(shè)計(jì)用于在圓柱體、例如管和罐上的操作。
[0013]本發(fā)明的要素涉及識(shí)別特征或施加標(biāo)記，所述標(biāo)記平行于期望焊接路徑使得焊接平臺(tái)到焊縫的距離被控制。
[0014]使用離開焊縫、但是處于距焊縫的固定距離處的標(biāo)記作為引導(dǎo)線避免與跟蹤實(shí)際焊縫關(guān)聯(lián)的問題。在重復(fù)道次期間標(biāo)記保持穩(wěn)定并且不改變它的性質(zhì)，并且焊接的效果、例如煙霧、輻射和火花保持遠(yuǎn)離引導(dǎo)標(biāo)記。
[0015]根據(jù)本發(fā)明提供一種自動(dòng)模塊化焊接裝置，其包括:
[0016]支撐滑架，所述支撐滑架適合于相對(duì)于工件移動(dòng)；
[0017]處理裝置，所述處理裝置可拆卸地連接到所述支撐滑架，
[0018]由此所述處理裝置從所述支撐滑架可拆卸。
[0019]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述處理裝置適合于執(zhí)行選自下列的操作:金屬焊接、塑料聯(lián)結(jié)、涂漆、QA分析、水下焊接、清潔、包裹、切割、測(cè)量、去毛刺、拋光、打磨、熱處理。
[0020]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還包括感測(cè)裝置，所述感測(cè)裝置適合于感測(cè)待焊接的工件上的至少一個(gè)特征。
[0021]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步地其中所述至少一個(gè)特征指示待焊接的路徑，所述特征從所述路徑偏移預(yù)定量。
[0022]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述滑架帶有驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置適合于響應(yīng)焊接裝置和所述特征之間的相對(duì)位置移動(dòng)所述焊接裝置，由此可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊縫跟蹤而不會(huì)由焊接碎片阻礙特征。
[0023]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述特征是外部施加的標(biāo)記。
[0024]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述處理裝置用于現(xiàn)場(chǎng)的MIG/TIG焊接。
[0025]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述處理裝置用于摩擦攪拌焊接。
[0026]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述處理裝置用于水下焊接。
[0027]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步地其中所述處理裝置包括用于產(chǎn)生所述特征的裝置。
[0028]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其適合于執(zhí)行選自下列的焊接:螺旋焊接；線性焊接；圓形焊接；階梯形焊接；鋸齒形焊接；多道焊接。
[0029]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還包括用于評(píng)估焊接質(zhì)量的裝置和適合于基于來(lái)自所述評(píng)估焊接質(zhì)量的裝置的信息報(bào)告焊接質(zhì)量的報(bào)告裝置。
[0030]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還包括附連裝置，所述附連裝置適合于允許所述焊接裝置圍繞非平面工件的周邊移動(dòng)。
[0031]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述附連裝置選自下列:鏈；繩；磁性裝置；電磁裝置；吸引裝置。
[0032]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述感測(cè)裝置選自下列:視覺感測(cè)裝置；光感測(cè)裝置；磁感測(cè)裝置；靜電感測(cè)裝置；放射性感測(cè)裝置；紋理感測(cè)裝置；嗅覺感測(cè)裝置；化學(xué)感測(cè)裝置。
[0033]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中所述特征包括剛性引導(dǎo)件。
[0034]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其中動(dòng)力裝置包括適合于在若干方向上移動(dòng)所述焊接裝置的多個(gè)定位裝置。
[0035]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還提供濺射保護(hù)裝置。
[0036]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還提供氣體處理裝置。
[0037]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還提供位置確定裝置，所述位置確定裝置適合于確定所述焊接裝置相對(duì)于工件的位置。
[0038]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，其還提供用于使過(guò)程適合于變化的環(huán)境條件的環(huán)境感測(cè)裝置。
[0039]本發(fā)明的這些、附加和/或其它方面和/或優(yōu)點(diǎn)在接下來(lái)的詳細(xì)描述中被闡述，有可能從詳細(xì)描述可推斷，和/或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施可知曉。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]為了理解本發(fā)明并且明白怎樣可以在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在將僅僅通過(guò)非限定性例子參考附圖描述多個(gè)實(shí)施例，其中:
[0041]圖1是系統(tǒng)概述和主要系統(tǒng)部件的方塊圖。
[0042]圖2是系統(tǒng)典型操作的流程圖。
[0043]圖3A，B描述具有跟蹤系統(tǒng)的典型軌道焊接系統(tǒng)實(shí)施例。
[0044]圖4是典型的手持式標(biāo)記和或測(cè)量裝置。
[0045]圖5A，B是旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例。
[0046]圖6A, B是平坦機(jī)構(gòu)的示例性圖示。
[0047]圖7A，B, C是模塊化管焊接系統(tǒng)的示例性圖示。
[0048]圖8描繪鏈機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，所述鏈機(jī)構(gòu)適合于允許焊接平臺(tái)圍繞管的圓周移動(dòng)。
[0049]圖9顯示用于滑架和處理單元的電纜張力保護(hù)機(jī)構(gòu)。
[0050]圖10顯示在圍繞大直徑管的圓周焊接的背景下的本發(fā)明的若干模塊化焊接平臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】
[0051]與本發(fā)明的所有章節(jié)一起提供以下描述從而使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠利用所述發(fā)明并且闡述發(fā)明人預(yù)料的實(shí)現(xiàn)該本發(fā)明的最佳模式。然而，各種修改將仍然是本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的，原因是本發(fā)明的一般原理已被具體地限定為提供一種裝置和方法以便提供用于模塊化焊接和焊縫跟蹤的系統(tǒng)和方法。
[0052]在以下詳細(xì)描述中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以便提供本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解這樣的實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。正如每個(gè)特征想起整體，那么它可以產(chǎn)生剩余特征嗎？最終當(dāng)特征顯現(xiàn)時(shí)，因此想起全新的特征。為了公正地和完整地描述，每個(gè)實(shí)施例的呈現(xiàn)可以不產(chǎn)生基本概念的全面報(bào)道。因此我們必須普遍承認(rèn)，不必在本文中描述所有實(shí)施例，但是本發(fā)明的基本概念本身被公開。
[0053]在整個(gè)本說(shuō)明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的稱謂表示結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。
[0054]術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”在下文中表示任何正整數(shù)(例如，1、5或10)。
[0055]術(shù)語(yǔ)“焊接”在下文中表示用于聯(lián)結(jié)或分離材料、例如金屬和塑料的任何過(guò)程，以及關(guān)聯(lián)的動(dòng)作，包括清潔、涂漆、噴涂、振動(dòng)、分析、撞擊、電鍍和輻照(即使不聯(lián)結(jié)或分離金屬)。
[0056]術(shù)語(yǔ)“處理”在下文中表示在聯(lián)結(jié)或分離材料、例如金屬和塑料中涉及的任何動(dòng)作以及關(guān)聯(lián)的動(dòng)作，包括清潔、涂漆、噴涂、振動(dòng)、分析、撞擊、電鍍和輻照。
[0057]術(shù)語(yǔ)“特征”在下文中表示表面的任何可識(shí)別特性，例如接頭、焊縫、焊接、劃線、標(biāo)記、壓痕、通道等。相鄰或?qū)⒑附釉谝黄鸬膬蓚€(gè)管的特征例如可以是管的相鄰端部，在該背景下特別相關(guān)的特征，原因是該邊緣可以包括潛在的線，焊接可以沿著所述線發(fā)生以聯(lián)結(jié)兩個(gè)管。
[0058]圖1示出模塊化焊接和跟蹤系統(tǒng)的示例性簡(jiǎn)化方塊圖。系統(tǒng)典型地、但非必要地包括以下子元件:
[0059]能夠圍繞物體、例如管和圓柱旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)，包括附連到圓柱形工件的小車，和可以容易地安裝在小車上的可拆卸處理單元；
[0060]檢測(cè)焊縫和/或工件上的特定標(biāo)記的傳感器；或者，能夠讀取工件上的電子標(biāo)記的讀取器；
[0061]隨動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如具有輪子和馬達(dá)，能夠來(lái)回移動(dòng)焊頭和傳感器)；
[0062]焊頭；
[0063]標(biāo)記裝置；
[0064]具有⑶I和懸架式操縱臺(tái)的控制系統(tǒng)。
[0065]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，隨動(dòng)機(jī)構(gòu)或“小車”構(gòu)建為具有輪子和動(dòng)力裝置的一體單元，并且從復(fù)雜的焊接、感測(cè)和控制裝置可拆卸。后者這些裝置可以以可拆卸盒的形式被供應(yīng)，所述可拆卸盒使用快速釋放或其它可逆連接裝置配合到小車中。
[0066]圖2是描述具有以下示例性步驟的系統(tǒng)的典型操作流程的流程圖:{ 一些步驟是可選的}
[0067]將旋轉(zhuǎn)平臺(tái)在工件上定位在焊縫的附近(210)
[0068]將小車附連到工件(220)
[0069]將處理單元附連到小車(230)
[0070]標(biāo)記特征以便進(jìn)一步焊縫跟蹤(240)
[0071]設(shè)定特定焊接的焊接參數(shù)(250)
[0072]根據(jù)標(biāo)記和焊縫之間的距離調(diào)節(jié)傳感器到頭部距離(260)
[0073]基于傳感器反饋在閉環(huán)模式下執(zhí)行焊接過(guò)程(270)
[0074]基于傳感器反饋執(zhí)行QA過(guò)程(280)。該過(guò)程可以與主過(guò)程同時(shí)或者它可以在過(guò)程之后完成，或者兩者。QA過(guò)程可以包括旨在關(guān)于均勻性、焊接強(qiáng)度、焊縫尺寸、焊接深度和本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白的其它參數(shù)分析和量化焊接質(zhì)量的超聲、視覺、光學(xué)和其它測(cè)量。
[0075]現(xiàn)在參考顯示具有在操作中的跟蹤裝置的示例性軌道焊接系統(tǒng)的圖3a和3b。
[0076]在接頭的焊接過(guò)程期間，典型的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(I)附連到管并且在軌道路徑中移動(dòng)。平臺(tái)配備有平行于管的軸線的線性臂(2)。可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)允許焊嘴(5)和隨動(dòng)件(4)之間的距離能夠微調(diào)。
[0077]標(biāo)記(6)包括在焊縫(7)的焊接操作之前標(biāo)記在管上的參考線。
[0078]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中標(biāo)記呈不同于線的形式。
[0079]傳感器(4)用于跟蹤標(biāo)記并且提供將命令(例如通過(guò)控制器)提供給臂(2)以調(diào)節(jié)位置。臂由驅(qū)動(dòng)移動(dòng)滑塊(9)的馬達(dá)(8)驅(qū)動(dòng)。
[0080]單元可以配備有高度調(diào)節(jié)和控制器(11)。
[0081]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，附加頭部加入平臺(tái)(例如，靠近焊頭)，其包括用于位置和質(zhì)量檢查的儀器、例如照相機(jī)/超聲/激光頭。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，這些頭部是模塊化的和可互換的(即，一個(gè)處理頭和一個(gè)QA頭)。
[0082]防護(hù)裝置(10)為焊嘴提供保護(hù)并且因此使在MIG和TIG焊接中已知的防護(hù)氣體的使用成為可能。
[0083]現(xiàn)在參考顯示示例性手持式標(biāo)記裝置的圖4，所述標(biāo)記裝置用于需要在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記的管。
[0084]標(biāo)記單元配備有附連到工件端部(401)和標(biāo)記小車(403)的邊緣跟隨輪(402)。小車(403)通過(guò)手柄(405)手持。具有標(biāo)記尖端的可調(diào)節(jié)臂(404)用于標(biāo)記。臂可以被調(diào)節(jié)并且通過(guò)使用螺絲(405)鎖定。
[0085]整個(gè)手動(dòng)標(biāo)記裝置設(shè)計(jì)成用于平滑和一致運(yùn)動(dòng)并且可以容易地由操作者執(zhí)行。
[0086]標(biāo)記焊縫的另一示例性方法可以包括機(jī)動(dòng)化標(biāo)記裝置。其它選擇包括將標(biāo)記裝置加入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。
[0087]對(duì)于大尺寸的工件，可以并行地使用若干標(biāo)記裝置(只要類似地在裝置上調(diào)節(jié)標(biāo)記距離)。
[0088]標(biāo)記裝置也可以用于非圓柱形部分。例如標(biāo)記裝置可以設(shè)計(jì)成跟隨凹槽和/或壁和/或臺(tái)階圖案。
[0089]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，標(biāo)記裝置可以配備有電子讀取器，由此讀取信息可以用于跟隨焊縫或接頭。
[0090]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，標(biāo)記裝置可以是準(zhǔn)備焊接區(qū)域的清潔裝置的一部分。
[0091]現(xiàn)在參考顯示適合于焊接管、管道和圓柱對(duì)稱的其它物體的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的示例性機(jī)構(gòu)的圖5。
[0092]平臺(tái)使用鏈(51)附連到管，所述鏈可以借助于牽引上緊鏈輪(53)的曲柄(52)被調(diào)節(jié)并且上緊到管圓周。鏈和運(yùn)動(dòng)元件可選地嵌入與焊接平臺(tái)的剩余部分可逆地配合的模塊化小車中。就包括小車、輪子、動(dòng)力裝置等的運(yùn)動(dòng)裝置從焊接和感測(cè)裝置可分離而言，以該方式使裝置模塊化。
[0093]旋轉(zhuǎn)平臺(tái)借助于連接到鏈的馬達(dá)(50)圍繞管旋轉(zhuǎn)。當(dāng)焊接平臺(tái)圍繞管以圓形或螺旋方式旋轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)(50)也可以使旋轉(zhuǎn)平臺(tái)輪子旋轉(zhuǎn)以幫助并且平滑焊接平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0094]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，鏈(51)可以解開以通過(guò)圍繞管包裹鏈允許單元容易地連接到管。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，帶或線用于代替鏈(或與鏈結(jié)合)。
[0095]用于平板或各種其它大平面表面的類似系統(tǒng)在圖6A，B中被顯示。小車(I)從包括臂(2)的組件的剩余部分分離，焊接裝置可以在滑動(dòng)部件(9)上在所述臂上移動(dòng)。在小車容易地從焊接和控制元件可分離的意義上，以該方式使裝置模塊化。因此小車和/或焊接裝置可以容易地被更換以便修理、使用不同的焊接系統(tǒng)、使用不同的動(dòng)力裝置、使用不同的反饋裝置等。例如通過(guò)簡(jiǎn)單地更換焊接裝置適合于水下焊接的焊接裝置可以在用于露天焊接的相同小車上被使用。
[0096]圖7A顯示在焊接兩個(gè)管部段(703和704)的背景下的系統(tǒng)的可能實(shí)施例。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，焊接小車701借助于鏈系統(tǒng)710移動(dòng)。小車具有動(dòng)力裝置715以允許它圍繞待焊接的管的圓周移動(dòng)。焊接裝置702設(shè)計(jì)成借助于快速釋放連接或類似可逆連接裝置與小車701可拆卸地配合。焊接裝置702包含用于通過(guò)在平行于管軸線、垂直于小車運(yùn)動(dòng)方向的方向上移動(dòng)焊接器件而定位焊接器件730的裝置。
[0097]圖7B顯示在將焊接裝置連接到小車之后的系統(tǒng)。
[0098]圖7C, D顯示焊接系統(tǒng)的俯視圖。
[0099]圖7E顯示焊接定位裝置的側(cè)視圖，焊接裝置可以借助于所述焊接定位裝置在平行于管軸線的方向上移動(dòng)；一組馬達(dá)780、772被供應(yīng)以移動(dòng)由線性軸承776保持的導(dǎo)軌774。通過(guò)該裝置系統(tǒng)可以控制焊接裝置徑向和軸向的兩個(gè)軸線，小車控制整個(gè)裝置的方位位置，同時(shí)焊接裝置沿著管軸線并且徑向地控制焊頭的位置。焊接裝置的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)可以補(bǔ)償焊縫的橫向和豎直位移。
[0100]圖7F顯示系統(tǒng)的等軸視圖，其中焊接裝置連接到小車。在這里可以看到動(dòng)力系統(tǒng)的各種傳動(dòng)裝置。
[0101]圖8顯示鏈的鏈節(jié)，其可以被去除以允許小車被去除或附連到管。在一些實(shí)施例中使用彈簧(801)來(lái)保持兩個(gè)鏈部分就位并且提供用于附連和拆卸鏈節(jié)的容易手段。快速鏈釋放的使用允許系統(tǒng)容易地用于各種管直徑。
[0102]圖9顯示電纜張力保護(hù)機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪隨動(dòng)件離開中心位置指定量時(shí)傳感器901檢測(cè)凸輪隨動(dòng)件902的運(yùn)動(dòng)。凸輪隨動(dòng)件安裝在外殼903中。彈簧904通過(guò)臂905和托架906將阻力提供給電纜張力。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，彈簧904可以被調(diào)節(jié)。定位裝置可以包括如這里所示的兩個(gè)接頭，或者還可以包括接頭以允許焊嘴的增加自由度。因此比簡(jiǎn)單管縫焊接作業(yè)所需更復(fù)雜的焊接可以被預(yù)料使用當(dāng)前的裝置。
[0103]現(xiàn)在參考顯示對(duì)多個(gè)機(jī)器人和或處理單元進(jìn)行的可選工作的圖10。圖1Oa顯示在管1001的2個(gè)段上進(jìn)行本發(fā)明的工作的兩個(gè)單元1005和1010。焊接單元包括具有動(dòng)力裝置的小車部段，以及與小車部段配合并且騎跨在小車部段上的處理部段。處理部段具有焊接裝置，或者在其它實(shí)施例中可以配備有焊接前清潔系統(tǒng)，焊接后清潔系統(tǒng)，涂漆系統(tǒng)，具有超聲、視頻等的QA系統(tǒng)，或與聯(lián)結(jié)材料、例如金屬或塑料件的總體方法相關(guān)的其它相關(guān)過(guò)程能力；這將是本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白的。圖1Ob顯示在相同管部段上并行工作的單元1050和1060。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，2個(gè)以上單元可以并行地工作，此外每個(gè)小車可以使用多個(gè)處理單元從而在速度、焊接質(zhì)量、安全性等方面提供最佳性能。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一個(gè)處理單元可以用于QA，而另一單元用于處理。從描述和附圖明白，相同的小車可以用于多個(gè)處理單元，因此減小設(shè)置時(shí)間和各種過(guò)程隨著時(shí)間的變化。這是由于小車將不必被去除和更換的事實(shí)；它已經(jīng)適合并且準(zhǔn)備在工作表面上移動(dòng)以到達(dá)相關(guān)工作區(qū)域、例如在管或板之間的縫。因此為了從前清潔到焊接到后清潔到涂漆進(jìn)行切換，僅僅需要在相同的小車模塊上換出處理模塊若干次。
[0104]跟蹤系統(tǒng)的示例性結(jié)構(gòu)
[0105]系統(tǒng)配備有跟蹤子系統(tǒng)，在某些實(shí)施例中所述跟蹤子系統(tǒng)包括各種元件和選項(xiàng)，例如用于焊縫上和或焊縫外跟蹤、跟隨嵌入管中的特征等。
[0106]管中待跟隨的特征可以是焊接平臺(tái)可以檢測(cè)和跟隨的任何物，包括但不限于:
[0107]凹槽；
[0108]切口；
[0109]標(biāo)記；
[0110]壓痕；
[0111]磁性標(biāo)記；
[0112]光學(xué)標(biāo)記；
[0113]作為管制造過(guò)程的一部分的標(biāo)記，例如管焊縫；
[0114]以上的組合。
[0115]此外，根據(jù)本發(fā)明焊接平臺(tái)帶有記錄裝置，所述記錄裝置通過(guò)首先相對(duì)于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)測(cè)量焊縫、將信息存儲(chǔ)在控制器中并且然后在焊接時(shí)使用它而記錄焊縫的位置。沿著焊縫的一些標(biāo)記可能可以用于調(diào)節(jié)位置以便偶爾參考和或歸位。
[0116]焊接平臺(tái)可以在一些實(shí)施例中使用用合適的(一個(gè)或多個(gè))傳感器和伺服回路標(biāo)記的特征來(lái)提供焊嘴相對(duì)于焊縫的必要位置。
[0117]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，使用雙系統(tǒng)，其中標(biāo)記位置用于初始跟蹤并且由次級(jí)系統(tǒng)、例如通過(guò)使用電流反饋補(bǔ)充以允許相對(duì)焊嘴的位置測(cè)量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，電流取決于離工件的焊接電極位置，并且因此可以用作如上所述的反饋回路的一部分。根據(jù)本發(fā)明的另一例子將包括視覺或激光(或其它光學(xué)裝置)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)成像焊縫(例如包括在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的前面的區(qū)域)以允許焊接平臺(tái)相對(duì)于它的精確運(yùn)動(dòng)。
[0118]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，焊縫跟蹤系統(tǒng)可以使用來(lái)自焊縫上的先前道次的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)校正焊嘴的當(dāng)前位置。
[0119]如何標(biāo)記
[0120]工件的標(biāo)記(例如焊縫或平行于焊縫的線)可以在各個(gè)位置并且通過(guò)標(biāo)記裝置的選擇來(lái)完成。
[0121]在一些生產(chǎn)過(guò)程中，相對(duì)于管端部進(jìn)行標(biāo)記并且可以在最后切割之后或作為切割生產(chǎn)過(guò)程的一部分完成。
[0122]替代地標(biāo)記可以作為獨(dú)立操作完成，例如使用標(biāo)記工具、例如雕刻系統(tǒng)。平坦和彎曲工件都可以由這些裝置中的任意一個(gè)服務(wù)，例如在形成管端部時(shí)使用標(biāo)記工具。
[0123]標(biāo)記也可以在現(xiàn)場(chǎng)由裝置操作者或其他人員執(zhí)行。獨(dú)立標(biāo)記工具可以裝配在管上，并且可以手動(dòng)地或自動(dòng)地工作。標(biāo)記也可以以實(shí)際涂料/染料標(biāo)記的形式實(shí)現(xiàn)(例如，用標(biāo)記尖端)。標(biāo)記也可以用切割工具(其可以是便攜式的)完成以產(chǎn)生凹槽或劃線；可能地，凹槽可以填充有染料。
[0124]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以使用電子標(biāo)記裝置，例如通過(guò)用磁場(chǎng)標(biāo)記位置。
[0125]防護(hù)焊接環(huán)境
[0126]由于跟蹤機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離焊接區(qū)域定位，因此能夠提供焊縫區(qū)域的良好環(huán)境保護(hù)，允許有效的防護(hù)氣體分配，并且防止濺射和輻射。
[0127]這里作為例子提供各種防護(hù)方法:
[0128]在焊接區(qū)域上提供橡膠/硅覆蓋物；
[0129]將刷狀覆蓋物提供給焊接區(qū)域；
[0130]使用波紋管元件進(jìn)行防護(hù)；
[0131]使用多指條狀元件。
[0132]防護(hù)元件也提供排出過(guò)程氣體的簡(jiǎn)單手段(例如，通過(guò)使用真空)。
[0133]驗(yàn)證考慮
[0134]在標(biāo)記之后，操作者可以人工地/視覺地復(fù)查標(biāo)記。
[0135]標(biāo)記系統(tǒng)可以配備有識(shí)別機(jī)構(gòu)，所述識(shí)別機(jī)構(gòu)通過(guò)識(shí)別太大以致于不能用于焊接的偏差而識(shí)別具有不規(guī)則切口的管，并且可以生成警報(bào)。
[0136]質(zhì)量保證QA
[0137]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)用于提供焊接完成之后的QA報(bào)告，所述QA報(bào)告可以用于驗(yàn)證焊接完整性。
[0138]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，通過(guò)測(cè)量焊接過(guò)程期間的各種參數(shù)執(zhí)行過(guò)程中QA(在線)。
[0139]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以使用具有專用QA處理頭的焊接平臺(tái)或小車執(zhí)行獨(dú)立QA周期。作為過(guò)程中參數(shù)的附加或替代可以使用各種傳感器，例如視覺系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、IR系統(tǒng)、其它光學(xué)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)等。
[0140]根據(jù)本發(fā)明的附加特征包括:
[0141]調(diào)節(jié)標(biāo)記離焊點(diǎn)和/或邊緣的距離；
[0142]用藍(lán)牙、Wifi等直接傳送到焊接/切割系統(tǒng)；
[0143]代替標(biāo)記通過(guò)使用記憶元件測(cè)量；
[0144]僅僅標(biāo)記起點(diǎn)并且將“電子標(biāo)記(例如記憶)”輸送到焊接系統(tǒng)；
[0145]標(biāo)記/測(cè)量系統(tǒng)配備一個(gè)以上的位置測(cè)量，例如用于方位運(yùn)動(dòng)的一個(gè)測(cè)量和用于沿著管軸線的距離的一個(gè)測(cè)量；
[0146]具有運(yùn)動(dòng)裝置(輪子、馬達(dá)等)的小車可以從焊接裝置(或“處理模塊”，該名稱更加指示通過(guò)裝置的使用可以預(yù)期除了焊接以外的操作、例如QA的事實(shí))分離和可拆卸，允許系統(tǒng)以模塊化方式操作。例如可以提供若干不同的小車設(shè)計(jì)，一些能夠?qū)Ш狡矫娼Y(jié)構(gòu)并且其它適合于圓柱形結(jié)構(gòu)，并且另外的其它適合于其它類型的運(yùn)動(dòng)，但是全部可以與相同的焊接裝置和或相同的QA裝置配合。類似地可以提供全部能夠與各種小車模塊化地配合的多個(gè)焊接裝置，例如適合于厚材料、薄材料、不同材料類型和/或不同焊接技術(shù)、例如電子束焊接、激光焊接、摩擦攪拌焊接等的焊接裝置?？蛇x地聯(lián)結(jié)裝置可以被提供用于具有專用處理裝置的塑料或非金屬聯(lián)結(jié)過(guò)程。
[0147]小車可以手動(dòng)地移動(dòng)以定位和標(biāo)記焊縫；
[0148]焊縫可以被標(biāo)記并且然后被跟蹤；
[0149]傳感器可以在小車上位于焊縫的前面；
[0150]傳感器可以位于獨(dú)立小車上；
[0151]模塊性:
[0152]a.兩個(gè)小車可以共用相同的運(yùn)動(dòng)裝置；
[0153]b.多個(gè)小車可以在不同的管部段上同時(shí)工作；
[0154]c.可以提供具有在導(dǎo)航、動(dòng)力和穩(wěn)定性等方面具有不同能力的多個(gè)不同的焊接小車。全部可以設(shè)計(jì)成與指定焊接裝置配合。類似地可以提供各種焊接裝置，其可以借助于單個(gè)的統(tǒng)一互鎖機(jī)構(gòu)全部與各種小車配合，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見。通過(guò)這樣的裝置可以使用相同的模塊化系統(tǒng)使各種焊接技術(shù)可用。
[0155]d.各種處理模塊可以共用相同的小車并且可以基于應(yīng)用和需要可互換地使用；例如騎跨在小車上的處理模塊可以包括:
[0156]1.焊接裝置
[0157]i1.QA 裝置
[0158]ii1.拋光裝置
[0159]iv.清潔裝置
[0160]V.包裹裝置(例如，用于管防護(hù)材料)
[0161]v1.切割裝置
[0162]vi1.涂漆裝置
[0163]vii1.加熱裝置
[0164]ix.成形裝置
[0165]X.電鍍裝置
[0166]x1.等離子體噴涂裝置。
[0167]根據(jù)本發(fā)明用于環(huán)境條件的傳感器可以被使用以通知和控制焊接(和/或其它過(guò)程)參數(shù)。例如溫度、風(fēng)速、煙霧濃度、振動(dòng)水平、C02濃度、氧含量、相對(duì)濕度、取向、航向等可以被測(cè)量并且用于改變這樣的過(guò)程參數(shù)，例如焊接電流/電壓、氣體壓力、氣體流量、焊接速度、焊接技術(shù)等。
[0168]盡管已顯示和描述本發(fā)明的選定實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所述的實(shí)施例。相反地，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變化而不脫離本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等效物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)模塊化焊接裝置，其包括: 支撐滑架，所述支撐滑架適合于相對(duì)于工件移動(dòng)； 處理裝置，所述處理裝置可拆卸地連接到所述支撐滑架， 由此所述處理裝置從所述支撐滑架可拆卸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理裝置適合于執(zhí)行選自下列的操作:金屬焊接、塑料聯(lián)結(jié)、涂漆、QA分析、水下焊接、清潔、包裹、切割、測(cè)量、去毛刺、拋光、打磨、熱處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括感測(cè)裝置，所述感測(cè)裝置適合于感測(cè)工件上的至少一個(gè)特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步地其中所述至少一個(gè)特征指示待焊接的路徑，所述特征從所述焊接位置偏移預(yù)定量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述滑架帶有驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置適合于響應(yīng)焊接裝置和所述特征之間的相對(duì)位置移動(dòng)所述焊接裝置，由此能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)焊縫跟蹤而不會(huì)由焊接碎片阻礙特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述特征是外部施加的標(biāo)記。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理裝置用于現(xiàn)場(chǎng)的MIG/TIG焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理裝置用于摩擦攪拌焊接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理裝置用于水下焊接。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，進(jìn)一步地其中所述處理裝置包括用于產(chǎn)生所述特征的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其適合于執(zhí)行選自下列的焊接:螺旋焊接；線性焊接；圓形焊接；階梯形焊接；鋸齒形焊接；多道次焊接。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括用于評(píng)估焊接質(zhì)量的裝置和適合于基于來(lái)自所述評(píng)估焊接質(zhì)量的裝置的信息報(bào)告焊接質(zhì)量的報(bào)告裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括附連裝置，所述附連裝置適合于允許所述焊接裝置圍繞非平面工件的周邊移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述附連裝置選自下列:鏈；繩；磁性裝置；電磁裝置；吸引裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述感測(cè)裝置選自下列:視覺感測(cè)裝置；光感測(cè)裝置；磁感測(cè)裝置；靜電感測(cè)裝置；放射性感測(cè)裝置；紋理感測(cè)裝置；嗅覺感測(cè)裝置；化學(xué)感測(cè)裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述特征包括剛性引導(dǎo)件。
17.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述動(dòng)力裝置包括適合于在若干方向上移動(dòng)所述焊接裝置的多個(gè)定位裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其還提供濺射保護(hù)裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其還提供氣體處理裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其還提供位置確定裝置，所述位置確定裝置適合于確定所述焊接裝置相對(duì)于工件的位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還提供用于使過(guò)程適合于變化的環(huán)境條件的環(huán)境感測(cè)裝置。
22.一種用于自動(dòng)焊接裝置的方法，其包括以下步驟: 提供便攜式焊接裝置和支撐滑架； 由此所述焊接裝置和所述支撐滑架可拆卸地連接。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還包括以下步驟: 識(shí)別待焊接的工件上的特征，所述特征從焊接位置偏移預(yù)定量； 為所述便攜式焊接裝置提供感測(cè)裝置以及控制和動(dòng)力裝置，所述感測(cè)裝置適合于感測(cè)所述特征的位置，所述控制和動(dòng)力裝置適合于響應(yīng)所述焊接裝置和所述特征之間的相對(duì)位置移動(dòng)所述焊接裝置； 通過(guò)使用所述動(dòng)力裝置、所述感測(cè)裝置和所述特征在相對(duì)于所述焊縫的路徑中移動(dòng)所述焊接裝置； 沿著所述焊縫焊接； 其中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊縫跟蹤而不會(huì)由焊接碎片阻礙所述特征。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中處理裝置適合于執(zhí)行選自下列的操作:金屬焊接、塑料聯(lián)結(jié)、涂漆、QA分析、水下焊接。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中處理裝置包括用于產(chǎn)生所述特征的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其適合于執(zhí)行選自下列的焊接:螺旋焊接；線性焊接；圓形焊接；階梯形焊接；鋸齒形焊接；多道次焊接。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還包括用于評(píng)估焊接質(zhì)量的裝置和適合于基于來(lái)自所述評(píng)估焊接質(zhì)量的裝置的信息報(bào)告焊接質(zhì)量的報(bào)告裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還包括附連裝置，所述附連裝置適合于允許所述焊接裝置圍繞非平面工件的周邊移動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述附連裝置選自下列:鏈；繩；磁性裝置；電磁裝置；吸引裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述特征是外部產(chǎn)生的標(biāo)記。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述感測(cè)裝置選自下列:視覺感測(cè)裝置；光感測(cè)裝置；磁感測(cè)裝置；靜電感測(cè)裝置；放射性感測(cè)裝置；紋理感測(cè)裝置；嗅覺感測(cè)裝置；化學(xué)感測(cè)裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述特征包括剛性引導(dǎo)件。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述動(dòng)力裝置包括適合于在若干方向上移動(dòng)所述焊接裝置的多個(gè)定位裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還提供濺射保護(hù)裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還提供惰性氣體處理裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還提供位置確定裝置，所述位置確定裝置適合于確定所述焊接裝置相對(duì)于工件的位置。
37.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還提供用于使過(guò)程適合于變化的環(huán)境條件的環(huán)境感測(cè)裝置。
【文檔編號(hào)】B23K9/12GK104379292SQ201280057280
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月24日
【發(fā)明者】O·埃納威, D·斯皮提尤斯, D·謝巴諾夫, A·安德烈榮恩伯格 申請(qǐng)人:焊接機(jī)器人公司