具有用于基于重力的焊接取向测定的取向感测系统的焊接系统和方法技术方案

一种焊接系统(10)包括取向感测系统(52、58)，所述取向感测系统(52、58)与焊炬相关联并且被配置成感测相对于重力方向的焊炬取向。所述焊接系统(10)还包括处理系统(62)，所述处理系统(62)通信地耦接到所述取向感测系统(52、58)并且被配置成至少部分基于所述感测的焊炬取向确定所述焊炬相对于管的角位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术大体涉及焊接系统，且更确切地说，涉及用于监测在焊接操作期间的焊炬的行进速度的感测系统。焊接是在针对多种类型的应用的各种行业中已变得无所不在的工艺。举例来说，常在例如造船、航空器修理、建筑等等的应用中执行焊接。虽然这些焊接操作在某些情况下可为自动化的，但仍存在对于手动焊接操作的需求。在一些手动焊接操作中，可能期望在整个焊接操作中监测焊接参数，例如，三维空间中的焊炬的行进速度。虽然可以以机器人方式控制自动化的焊炬的行进速度，但在手动操作中的焊炬的行进速度可取决于操作员的焊接技术、焊接模式和位置、焊接操作员的经验等等。遗憾地是，由于焊接环境、操作员的考虑等等特征，可能难以在焊接操作期间测量此焊接运动。
技术实现思路
在第一实施例中，一种焊接系统包括定向传感器，所述定向传感器与焊炬相关联并且被配置成感测相对于重力方向的焊炬定向。所述焊接系统还包括处理系统，所述处理系统与所述定向传感器通信地耦合并且被配置成至少部分基于所述感测的焊炬定向确定所述焊炬相对于管的角位置。在另一实施例中，一种方法包括使用一个或多个定向传感器感测在管的初始位置处的焊炬的初始定向。所述方法还包括使用所述一个或多个定向传感器感测在所述管的角位置处的所述焊炬的角定向。所述方法进一步包括确定在所述初始定向与所述角定向之间的定向的角变化。此外，所述方法包括基于所述角变化和在焊接接头处的所述管的半径导出所述焊炬从所述初始位置到所述角位置的行进距离。在又一实施例中，一种被配置成耦合到焊炬的改装(retro-fit)套件包括加速度计，所述加速度计被配置成确定所述焊炬的初始定向以及随后的角定向。所述改装套件还包括处理器，所述处理器被配置成确定所述初始定向与所述随后的角定向之间的定向的角变化。所述处理器还被配置成使所述处理器基于从所述初始位置到所述角位置的行进距离导出所述焊炬的行进速度，所述行进距离通过使用所述角变化和在焊接接头处的所述管的半径来确定。附图说明当参看附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优势将变得更好地被理解，在附图中，相同的附图标记在整个附图中表示相同的部件，其中：图1为使用具有如所公开的行进速度测定的焊炬的焊接系统的实施例的框图；图2为图1的焊接系统的实施例的框图，包括用于检测焊炬的行进速度的行进速度感测系统；图3为图2的焊接系统的实施例的透视图，所述焊接系统被用来确定在管周围的焊炬的行进速度；图4为使用图2的焊接系统进行焊接的焊接接头的实施例的横截面图；图5为被用来确定图2的焊炬的行进速度的行进曲线(profile)的实施例的视图；图6为可使用图2的焊接系统进行焊接的具有倾斜角度的管的实施例的透视图；以及图7为可被用来确定焊炬的焊接行进速度或行进距离的速度感测系统的实施例的框图。具体实施方式如下详细地描述，本文提供用于确定在焊接操作期间的焊接装置的行进速度的系统和方法。前述系统和方法可单独地或组合地使用以获得在焊接操作期间的有关当金属正被焊接时沿着金属的表面的焊炬的三维速度的信息。在一些实施例中，可在不受约束的或手动的焊接操作期间使用这些方法，以提供优于可能难以测量焊接运动的传统系统的优势。然而，也可以在多种合适的焊接系统(例如，自动化的或机器人系统)中使用前述系统和方法。层间温度在焊接件的微结构性质(例如，屈服和拉伸强度)方面是重要的。估计和/或限制层间温度的一种方法可包括估计行进速度。可能由慢行进速度产生的高的层间温度导致焊接连接和/或周围金属的强度的降低。慢行进速度还可能导致焊接连接过度(overbeading)和操作员的低效率的焊接。过快的行进速度可指示焊接连接没有完整地形成。本实施例涉及用于使用一个或多个定向传感器(例如，加速度计传感器和/或陀螺仪传感器)感测焊炬的行进速度的系统和方法。定向传感器可安置于焊炬上、物理耦合到焊炬或与焊炬通信。行进速度感测系统被配置成检测焊炬相对于工件的位置和定向。在一些实施例中，定向传感器可包括重力传感器(例如，加速度计)、用于测量角变化的传感器(例如，陀螺仪)或适合于追踪焊炬的定向的其他传感器。如下所论述，在一些实施例中，定向传感器可用以监测焊炬相对于工件(例如，管工件)的角位置。某些实施例还包括连接到焊炬和/或位于焊炬中的一个或多个其他传感器。行进速度感测系统被配置成基于从定向传感器确定的定向来确定或检测行进速度。使用预期的行进角度和位置，预期的定向可被确定并且可被用于与经由定向传感器(本文中通常被称作“定向传感器”；例如，加速度计、陀螺仪)测量的定向相比较。行进角度可根据可手动输入的行进曲线、标准行进角度或通过在焊接前的教学过程获悉的行进角度而变化。此外，在一些实施例中，可使用定向传感器确定待焊接的工件(例如，管的一个或多个段)的倾斜角度，以便将重力方向数据转译成焊炬相对于工件的定向。现转到附图，图1为根据本技术的焊接系统10的实施例的框图。焊接系统10被设计成产生在工件14(例如，管)附近的焊弧12。焊弧12可由任一类型的焊接系统或工艺产生，且可以以任何期望的方式定向。举例来说，此类焊接系统可包括气体金属电弧焊(GMAW)系统，且可使用各种编程的波形和设定。焊接系统10包括电力供应器16，电力供应器16通常将耦合到电源18(例如，电网)。当然，可利用其他电源，包括发电机、发动机驱动的电源组等等。在所示的实施例中，送丝器20耦合到气体源22和电源18，且将焊丝24供应到焊炬26。焊炬26被配置成在焊炬26与工件14之间产生焊弧12。焊丝24穿过焊炬26馈送到焊弧12，由焊弧12熔化，且沉积于工件14上。送丝器20通常将包括大体由附图标记28示出的控制电路，控制电路尤其调节焊丝24从线轴的馈送，并且命令电力供应器16的输出等。类似地，电力供应器16可包括用于控制某些焊接参数和起弧参数的控制电路30。线轴将容纳在焊接操作期间所消耗的焊丝24的长度。通常通过电动机的使用在控制电路28的控制下，焊丝24由焊丝驱动组件32推进。此外，工件14通过连接到工作电缆36的夹钳34耦合到电力供应器16，以当在焊炬26与工件14之间建立焊弧12时使电路完整。将焊炬26放置在接近工件14的位置处允许由电力供应器16提供的且被投送到焊炬26的电流从焊炬到工件14成弧。如上所述，此成弧使得包括电力供应器16、焊炬26、工件14和工作电缆36的电路完整。确切地说，在操作中，电流从电力供应器16传送到焊炬26，再到工件14，工件14通常经由工作电缆36连接回到电力供应器16。弧产生相对大量的热量，这使工件14的部分和焊丝24的填料金属转变到使得材料熔化的熔融状态，从而形成焊缝。为了保护焊接区域在焊接期间不被氧化或污染，为了增强电弧性能，且为了改善所得焊缝，焊接系统10还可将惰性保护气体从气体源22馈送到焊炬26。然而，值得注意地，除了惰性保护气体之外，或代替惰性保护气体，还可使用用于保护焊接位置的多种保护材料，包括活性气体和颗粒固体。此外，在其他焊接工艺中，可不使用此类气体，而本文中公开的技术却同等地可适用。目前公开的实施例涉及基于角的行进速度感测系统，该系统用于检测整个焊接过程中焊炬26的位置随着时间的变化。在一些实施例中，焊炬26的行进速度可指使用至少位于焊炬26中、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接系统，包括：定向感测系统，所述定向感测系统与焊炬相关联并且被配置成感测相对于重力方向的焊炬定向；以及处理系统，所述处理系统通信地耦合到所述定向感测系统并且被配置成至少部分基于所述感测的焊炬定向和管的半径确定所述焊炬相对于所述管的角位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.05 US 14/297,3801.一种焊接系统，包括：定向感测系统，所述定向感测系统与焊炬相关联并且被配置成感测相对于重力方向的焊炬定向；以及处理系统，所述处理系统通信地耦合到所述定向感测系统并且被配置成至少部分基于所述感测的焊炬定向和管的半径确定所述焊炬相对于所述管的角位置。2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述处理系统被配置成确定所述焊炬从初始位置行进到所述角位置的行进距离。3.根据权利要求2所述的焊接系统，其中所述处理系统被配置成基于所述确定的位置确定所述焊炬的行进速度。4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述定向感测系统包括至少一个加速度计。5.根据权利要求4所述的焊接系统，其中所述定向感测系统包括至少一个陀螺仪，所述至少一个陀螺仪被配置成测量所述焊炬的角变化。6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述处理系统被配置成至少部分基于用于操作员或工作的行进曲线确定所述行进距离。7.根据权利要求6所述的焊接系统，其中所述行进曲线包括使用教学模式输入的获悉的曲线或输入的行进曲线。8.根据权利要求6所述的焊接系统，其中所述行进曲线包括用于在焊接期间对焊接材料的重力效应的补偿。9.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述处理系统使用以下等式确定所述焊炬相比于初始位置的所述角位置：d＝r*φ，其中d为所述行进距离，r为半径，且φ为在所述初始位置处的焊炬轴线与在所述角位置处的所述焊炬轴线之间的角度。10.根据权利要求1所述的焊接系统，包括位于焊接区域内的焊接区域传感器，其中所述焊接区域传感器被配置成同样感测所述焊炬的定向，且所述处理系统被配置成融合来自所述定向感测系统与所述焊接区域传感器的感测的定向。11.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述处理系统被配置成接收来自工作信息数据库或来自用户的手动输入的所述半径的指示。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯·帕特里克·阿尔布雷克特，威廉·托德·沃森，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US