CN106457468A - 使用两个机器人的混合激光焊接***和方法 - Google Patents

Abstract

焊接***包括两个操纵器和控制器。第一操纵器具有接头检测装置和通常是激光型的第一焊接装置，而第二操纵器具有通常是电弧焊接型的第二焊接装置。接头检测装置用于读取沿着焊接接头的焊接接头特性。控制器基于预定的焊接轨迹且基于由所述接头检测装置读取的焊接接头特性来确定校正轨迹。该校正轨迹以第一时延传输到第一操纵器且以第二时延传输到第二操纵器。第二时延是接头检测装置与第二焊接装置之间的距离的函数。还公开了一种相应的用于沿着焊接接头焊接部件的方法。

Description

使用两个机器人的混合激光焊接***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月17日提交的、名称为“Hybrid Laser Welding System andMethod Using Two Robots(使用两个机器人的混合激光焊接***和方法)”的美国临时专利申请No.61/953,996的优先权，该申请公开的全文通过引用方式并入本文。

技术领域

本发明一般涉及焊接***和焊接方法领域。更具体地，本发明涉及使用两个机器人的混合激光焊接***和方法。

背景技术

自动混合激光/电弧焊接典型地使用激光焊接装置与常规的电弧焊接装置相结合。激光焊接装置和电弧焊接装置二者一起安装到机器人上。激光瞄准到要焊接的部件并且激光在电弧跟随的同时基本上围绕焊接接头进行熔化，用新材料填充间隙。

该布置存在一些缺陷。事实上，由于激光焊接装置和电弧焊接装置二者的组件的尺寸，难以触及焊接组件的内角。而且，当进一步将接头检测装置添加到焊机头上时，接头检测装置、激光焊接装置和电弧焊接装置的固定安装使得不可能精确地跟随曲线，无论是内部还是外部，因为三个装置固定地排布。

因此，对于提供改进可触及性的改进的混合激光焊接***存在需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种克服或减轻了已知的激光焊接***和方法的一个或多个缺点的混合激光焊接***和方法或者至少提供了有用替代方案。

根据实施例，提供了一种焊接***，包括分别具有第一焊机头和第二焊机头的第一操纵器和第二操纵器以及控制器。与所述第一操纵器连接的第一焊机头具有接头检测装置和第一焊接装置。接头检测装置用于沿着焊接接头读取焊接接头特性，诸如接头类型或要焊接的部件之间的间隙。与第二操纵器连接的第二焊机头配备有第二焊接装置。该控制器与第一操纵器和第二操纵器通信且与接头检测装置通信。控制器基于预定焊接轨迹且基于接头检测装置所读取的焊接接头特性来确定校正轨迹。该控制器以第一时延将校正轨迹传送到第一操纵器且以第二时延将校正轨迹传送到第二操纵器。第二时延是接头检测装置与第二焊接装置之间的距离的函数。在操作中，控制器用于使得接头检测装置跟随预定轨迹并且使得第一焊接装置和第二焊接装置跟随校正轨迹。典型地，第二时延长于第一时延。

控制器适于电子地存储预定焊接轨迹。而且，该控制器确定第二时延，使得在操作中，所述第一焊接装置和所述第二焊接装置各自具有彼此相距预定距离定位的作用点。

第一校正轨迹可以进一步基于第一焊接装置的特性。类似地，第二校正轨迹可以进一步基于第二焊接装置的特性。由于第一焊接装置通常是激光型的，而第二焊接装置通常是电极型的，所以第一焊接装置的特性不同于第二焊接装置的特性。

任选地，第一焊机头可以包括枢轴，第一焊接装置安装到所述枢轴上，使得第一焊接装置可以相对于接头检测装置枢转。

根据另一实施例，提供了一种沿着焊接接头焊接部件的方法。该方法包括：通过沿着校正轨迹移动第一焊接装置且通过在时延后沿着校正轨迹移动第二焊接装置，利用两个独立的操纵器来独立地控制第一焊接装置和第二焊接装置。该校正轨迹基于预定焊接轨迹且基于接头检测装置所检测到的焊接接头特性。时延是接头检测装置与第二焊接装置之间的距离的函数。

根据又一实施例，提供了一种沿着焊接接头焊接部件的方法。该方法包括：

a.沿着预定焊接轨迹操纵所述接头检测装置；

b.利用接头检测装置来检测焊接接头特性；

c.基于预定轨迹且基于检测到的焊接接头特性来确定校正轨迹；

d.利用第一操纵器来沿着校正轨迹操纵第一焊接装置。第一焊接装置的操纵发生在第一时延后，该第一时延是接头检测装置与第一焊接装置之间的距离的函数；以及

e.利用第二操纵器沿着校正轨迹操纵第二焊接装置。第二焊接装置的操纵发生在第二时延后，该第二时延是接头检测装置与第二焊接装置之间的距离的函数。

在该方法中，第二时延长于第一时延，使得第二焊接装置跟随第一焊接装置。

该方法还可以包括：评估第一焊接装置与第二焊接装置之间的距离。该评估可以是在规则时间间隔或者第一焊接装置所行进的规则距离间隔处进行的。

第一焊接装置的操纵可以基于第一焊接装置的特性，而第二焊接装置的操纵可以基于第二焊接装置的特性。第一焊接装置的特性可以不同于第二焊接装置的特性，这是因为典型地，第一焊接装置是激光器，第二焊接装置是电弧焊接装置。

任选地，该方法还可以包括相对于接头检测装置枢转第一焊接装置。

附图说明

参考附图通过下面的说明将更清楚理解本发明的这些特征以及其它特征，在附图中：

图1是根据实施例的焊接***的等距视图；

图2是图1的焊接***的第一焊机头的细节的等距视图；

图3是图1的焊接***的不同元件之间的通信***的示意图；

图4是根据实施例的在第一焊机头和第二焊机头定位在焊接接头起始点时第一焊机头和第二焊机头的示意图；

图5是在第一焊机头和第二焊机头沿着图4的焊接接头定位时第一焊机头和第二焊机头的示意图；

图6是发送到图1的焊接***的操纵器中的轨迹的示意图。

图7是控制器控制图1的焊接***的操纵器所跟随的过程的流程图。

具体实施方式

本发明涉及使用两个机器人的自适应混合激光/电弧焊接***和方法，两个单独的焊机头安装到两个机器人上。接头检测装置安装到一个焊机头上从而读取焊接接头特性。控制器使用焊接接头特性的读数来校正预定焊接轨迹并且将信息发送给两个机器人中的至少一个机器人。该混合激光/电弧焊接***在保持焊接***的实时适应性的同时，允许触及通常难以触及的焊接区域并且允许跟随利用如下***通常不能跟随的焊接路径：在该***中两个焊机头安装到单个机器人上。

图1描绘了焊接***10。焊接***10包括第一操纵器12和第二操纵器14。第一操纵器12和第二操纵器14中的每一个分别配备有第一焊机头16和第二焊机头18。控制器20与第一操纵器12和第二操纵器14通信。

第一操纵器12和第二操纵器14典型地是诸如类似于Kuka(库卡)或Fanuc(发那科)等公司制造的工业机器人且是本领域公知的。

安装到第一操纵器12上的第一焊机头16配备有诸如激光、等离子体或电子束类型等高能焊接类型的第一焊接装置22。第一焊接装置22的作用是沿着焊接接头26熔化要焊接的部件30的材料。

第一焊机头16还包括接头检测装置24。任选地，第一焊机头16还可以包括枢轴28，第一焊接装置22安装到枢轴上以使第一焊接装置22可以相对于接头检测装置24独立地枢转。这允许更好地沿着焊接接头26触及要焊接的部件30的材料。该布置的细节还示于图2中。

与第二操纵器14连接的第二焊机头18配备有第二焊接装置32。第二焊接装置32典型的是诸如GMAW、GTAW、PAW、SMAW或任何其它本领域公知的电极类型等电极类型。第二焊接装置32的作用是将填充材料33添加到形成在要焊接的部件30之间的焊池中。

现在同时参考图3。现在将说明元件之间的不同的通信连接。可设想的是，这些连接可以是有线或无线的，尽管如此在附图中以元件之间的线来示意性地表示。

控制器20与第一操纵器12连接以控制第一操纵器12移动，并且因此控制第一焊机头16、第一焊接装置22和接头检测装置24的移动。控制器20还连接到接头检测装置24以及第一焊接装置22从而控制并获得来自这些装置的诸如焊接接头特性等反馈和信息。

控制器20具有电子地存储在其存储器中的焊接接头轨迹的预定表示。任选地，可以远程地存储该预定焊接轨迹34，且控制器20通过诸如USB、远程设备、Wi-Fi或云访问等任何其它访问方式来访问预定焊接轨迹34。

控制器20用于基于预定焊接轨迹34，基于焊接接头特性且基于接头检测装置24与第一焊接装置22之间的距离来确定第一校正轨迹。

类似地，控制器20与第二操纵器14连接且控制其移动，并且因此控制第二焊机头18的移动和第二焊接装置32的移动。控制器20还可以与第二焊接装置32连接从而调节其参数。控制器20用于基于预定焊接轨迹34、基于焊接接头特性且基于第一焊接装置22与第二焊接装置32之间的距离来确定第二校正轨迹。可以在焊接过程中预先确定或持续地适应该距离。

控制器20还需要访问预定焊接轨迹。类似于上述控制器20，控制器20可以通过将预定焊接轨迹电子地存储在其存储器中，或者通过USB、远程设备、Wi-Fi或云访问来远程地访问预定焊接轨迹或者甚至通过与控制器20通信且从控制器接收来访问预定焊接轨迹。

接头检测装置24典型地是与识别软件组合的照相机。接头检测装置24用于检测焊接接头特性并且将该信息反馈给控制器20。任选地，接头检测装置24还可以连接到控制器20以馈送相同的信息。

现在同时参考图4和图7。在准备焊接操作时，首先把要焊接的部件30定位到焊接固定件36上，使得焊接接头26总是相对于第一操纵器12和第二操纵器14位于可重复的位置处。在找焊缝方法阶段100中，控制器20引导第一操纵器12，使得接头检测装置24根据预定焊接轨迹34被引导到焊接接头起始点38并且可以在步骤102中读取焊接接头26的起始点的真实位置。随着控制器20随后引导第一操纵器12从而在步骤106中将第一焊接装置22置于焊接接头起始点38，接头检测装置24继续读取焊接接头26的真实位置。在步骤104中控制器20开始计算校正焊接轨迹44，将在下文更详细说明。在步骤108中控制器20随后引导第二操纵器14将第二焊接装置32放置在第一焊接装置22后方相距第一距离40处。该第一距离40初始地设定为预定值。典型地，第一距离40初始地设定为数量级是5至50mm的值。

现在同时参考图5，该图表示当第一焊接装置22和第二焊接装置32处于沿着焊接接头26焊接要焊接的部件30的过程中时的第一焊接装置22和第二焊接装置32。第一焊接装置22和第二焊接装置32分隔开第一距离40。该距离取决于在期望焊接速度的第一焊接装置22和第二焊接装置32之间可用的物理空间，且取决于在要焊接的部件30之间执行的焊接的期望特性。取决于期望的结果，可以计算第一距离40而使得第一焊接装置22和第二焊接装置32两者的作用点在共同焊池内。该第一距离40可以作为许多参数的函数而变化，诸如焊接速度、焊接接头特性、焊接接头拓扑结构、焊接参数等。

在步骤110中，控制器20向第一焊接装置22和第一操纵器12发送沿着第一校正轨迹46进行焊接的命令。随着执行焊接操作且沿着预定焊接轨迹34引导接头检测装置24，接头检测装置24继续读取焊接接头26的真实位置及其特性。在步骤114中，以恒定时间间隔(例如，每0.075秒)取得这些读数并且将这些读数持续地发送给控制器20且存储在其存储器中。该信息作为接头读数42被传送给控制器20。接头读数42包括与焊接接头26的真实位置有关的信息、与要焊接的部件30之间的间隙或失配有关的信息以及与焊接接头26的特性有关的信息。这些特性可以包括诸如焊接接头的类型(角接，端接，角焊接，搭接，对接，斜接(bevel)，J形接等)等信息。基于存储在控制器20中的预定信息，诸如，预定焊接轨迹且基于接头读数42，在步骤104中，控制器20计算用于确定校正焊接轨迹44的一系列对应的校正点。在步骤105中，这些校正点也作为校正焊接轨迹44存储在控制器20的存储器中。校正焊接轨迹44具有被第一焊接装置22和第二焊接装置32所跟随的轮廓，但是对于两个焊接装置做出不同确定，如下文详述。预定焊接轨迹34和校正焊接轨迹44描绘于图6中，现在参考图6。

由于第一焊机头16承载了彼此相距第二距离45定位的接头检测装置24和第一焊接装置22，所以第一焊机头16必须以如下方式进行控制：接头检测装置24继续跟随预定焊接轨迹34，而第一焊接装置22跟随第一校正轨迹46。这经常是利用来自操纵器制造商的本地软件执行。如图6所示，第一校正轨迹46实际上是校正焊接轨迹44，校正焊接轨迹44以第一时延48被发送到第一操纵器12。在步骤109中完成第一校正轨迹46的确定，并且只要接头检测装置24检测到焊接接头26就会继续进行。第一时延48补偿了接头检测装置24和第一焊接装置22由于它们之间的第二距离45而不能及时处于同一位置的事实。第一校正轨迹46以第一校正轨迹信号50的形式被控制器20发送到第一操纵器12，使得第一操纵器12可以正确地将第一焊接装置22定位在焊接接头26上方。任选地，控制器20还可以发送第一焊接参数信号52以调节第一焊接装置22的焊接参数。第一焊接装置22的焊接参数可以包括诸如功率、位置、角度等信息。

类似地，由于第一焊接装置22与第二焊接装置32之间的第一距离40，在步骤114中当控制器20将第二校正轨迹56传送给第二操纵器14时，必须向校正轨迹34添加第二时延54。该第二时延54是利用第一和第二焊接装置22，32的速度以及接头检测装置24与第二焊接装置32之间的总距离57来确定的，其中该总距离57是第二距离45和第一距离40之总和。第二校正轨迹56以第二校正轨迹信号58的形式发送到第二操纵器14。在步骤115中，控制器20向第二焊接装置32以及向第二操纵器14发送沿着第二校正轨迹56进行焊接的命令。任选地，控制器20还可以发送第二焊接参数信号60以调节第二焊接装置32的焊接参数。第二焊接装置32的焊接参数可以包括诸如焊接电流、焊接电压、材料馈给率等信息。

可替代地，第二校正轨迹56可以利用第一校正轨迹46来确定并且向其添加对应于第一距离40的时延。

优选的是，第一焊接装置22和第二焊接装置32中的每一个的作用点保持彼此相距预定距离。因此，因为第一距离40会受第一和第二操纵器12和14的速度和轨迹的精度影响，所以优选的是持续地(例如，以规则时间间隔)评估第一距离40，并且根据焊接条件(例如，焊接接头类型或者要焊接的部件30之间的间隙大小)、第一和第二焊接装置22，32的特性或焊接接头26的特性等来调节该第一距离。结果，第二时延54可以持续地调节和改变从而确保第一和第二焊接装置22，32的作用点在相同的熔池内。

在步骤116中，当接头检测装置24检测到焊接接头26的末尾时，控制器12向校正焊接轨迹44添加标记。当在步骤117中该标记添加到由控制器12检测到的第一焊接接头26、或添加到第一校正轨迹46或第二校正轨迹56上时，分别在步骤118中停止第一焊接装置22的焊接操作以及在步骤120中停止第二焊接装置的焊接操作。

已经结合优选实施例描述了本发明。说明书以及附图旨在帮助理解本发明，而不是限制其范围。本领域技术人员显而易见的是，可以对本发明做出各种修改，而不背离如本文所说明的本发明的范围，并且这些修改旨在由本说明书涵盖。本发明由随附的权利要求书来限定。

Claims (17)

1.一种焊接***，包括：

第一操纵器；

第一焊机头，所述第一焊机头连接到所述第一操纵器，所述第一焊机头还具有：

接头检测装置，所述接头检测装置用来读取沿着焊接接头的焊接接头特性；

第一焊接装置；

第二操纵器；

第二焊机头，所述第二焊机头连接到所述第二操纵器，所述第二焊机头还具有第二焊接装置；以及

控制器，所述控制器与所述第一操纵器通信，与所述第二操纵器通信且与所述接头检测装置通信，所述控制器用来基于预定焊接轨迹且基于由所述接头检测装置读取的所述焊接接头特性来确定校正轨迹，所述控制器进一步用来以第一时延将所述校正轨迹传送到所述第一操纵器并以第二时延将所述校正轨迹传送到所述第二操纵器，所述第二时延是所述接头检测装置与所述第二焊接装置之间的距离的函数；

其中，在操作中，所述控制器用来使得所述接头检测装置跟随所述预定轨迹并且使得所述第一焊接装置和所述第二焊接装置跟随所述校正轨迹。

2.根据权利要求1所述的焊接***，其中所述控制器适于电子地存储所述预定焊接轨迹。

3.根据权利要求2所述的焊接***，其中所述控制器用来确定所述第二时延，使得在操作中所述第一焊接装置和所述第二焊接装置各自具有彼此相距预定距离定位的作用点。

4.根据权利要求3所述的焊接***，其中所述第一校正轨迹进一步基于所述第一焊接装置的特性，而所述第二校正轨迹进一步基于所述第二焊接装置的特性。

5.根据权利要求4所述的焊接***，其中所述第一焊接装置的所述特性不同于所述第二焊接装置的所述特性。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的焊接***，其中所述第一焊接装置是激光型的，并且所述第二焊接装置是电极型的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的焊接***，其中所述焊接接头特性包括接头类型和要焊接的部件之间的间隙中的至少一项。

8.根据权利要求1所述的焊接***，其中所述第一焊机头包括枢轴，所述第一焊接装置安装到所述枢轴上，使得所述第一焊接装置能相对于所述接头检测装置枢转。

9.根据权利要求1所述的焊接***，其中所述第二时延长于所述第一时延。

10.一种沿着焊接接头焊接部件的方法，所述方法包括：

通过基于预定焊接轨迹且基于接头检测装置所检测到的焊接接头特性沿着校正轨迹移动第一焊接装置并且通过在时延后沿着所述校正轨迹移动第二焊接装置，利用两个独立操纵器来独立地控制所述第一焊接装置和所述第二焊接装置，所述时延是所述接头检测装置与所述第二焊接装置之间的距离的函数。

11.一种沿着焊接接头焊接部件的方法，所述方法包括：

沿着预定焊接轨迹操纵接头检测装置；

利用所述接头检测装置来检测焊接接头特性；

基于所述预定轨迹且基于检测到的所述焊接接头特性来确定校正轨迹；

利用第一操纵器沿着所述校正轨迹操纵第一焊接装置，所述第一焊接装置的所述操纵发生在第一时延之后，所述第一时延是所述接头检测装置与所述第一焊接装置之间的距离的函数；以及

利用第二操纵器沿着所述校正轨迹来操纵第二焊接装置，所述第二焊接装置的所述操纵发生在第二时延后，所述第二时延是所述接头检测装置与所述第二焊接装置之间的距离的函数。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括评估所述第一焊接装置与所述第二焊接装置之间的所述距离。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述评估是以规则时间间隔和所述第一焊接装置所行进的规则距离间隔中一者来进行的。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一焊接装置的所述操纵基于所述第一焊接装置的特性，并且所述第二焊接装置的所述操纵基于所述第二焊接装置的特性，所述第一焊接装置的所述特性不同于所述第二焊接装置的所述特性。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二时延长于所述第一时延，使得所述第二焊接装置跟随所述第一焊接装置。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括：提供激光作为所述第一焊接装置并且提供焊接电弧作为所述第二焊接装置。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括：相对于所述接头检测装置枢转所述第一焊接装置。