利用惯性测量单元的手动工具跟踪和引导制造技术

一种焊接系统包括手持式焊接工具102、处理子系统和校准装置356，手持式焊接工具102包括具有惯性测量单元(IMU)352的定位和定向测量系统。处理子系统能够操作地基于在工件上的焊接操作期间由IMU产生的数据来计算用于手持式焊接工具的一个或多个实际运动属性。校准装置被配置为将手持式焊接工具保持在已知的位置和定向并且处于静止状态，用于定位和定向测量系统的校准。

Manual tool tracking and guidance using the inertial measurement unit

A welding system includes a handheld welding tool 102, a processing subsystem and a calibration device 356. The handheld welding tool 102 includes a positioning and orientation measuring system with an inertial measurement unit (IMU) 352. The processing subsystem can be operated based on the data generated by IMU during the welding operation on the workpiece to calculate one or more actual motion attributes for the hand held welding tool. The calibration device is configured to keep the handheld welding tool in a known position and orientation, and is at a stationary state for the calibration of the positioning and orientation measurement system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用惯性测量单元的手动工具跟踪和引导优先权声明本申请要求以下申请的优先权，其通过引用并入本文：于2015年1月22日提交的标题为“ManualToolTrackingandGuidance(手动工具跟踪和引导)”的美国临时专利申请62/106,283。
技术介绍
许多应用需要使用手动或半自动而不是全自动的工具，例如焊接炬、等离子切割机、锯、钉枪等。然而，即使在技术熟练的操作者手中，手动工具也对于不精确、人为错误和令人不满意的结果留出大量空间。在使用手持式工具——例如，焊接炬——进行手动焊接时，重要的是：将工具瞄准接头的期望接缝；将工具在空间上相对于接头并且相对于行进方向来定向；以对于期望的热输入、穿透和焊缝轮廓来说恰当的速度移动工具；使工具在对于焊接开始的焊接起始时和对于坑洞填充的焊接结束时停留；以如下适当的位置焊接，例如，平面/水平/竖直/仰角和EN26947和ASME部分IX中规定的那些；正确地转弯；在某些接合位置处减速或加速；以对于变形和残余应力控制来说正确的顺序在工件内的各个位置焊接；在多道焊接中以适当的交叠图案来堆叠焊缝；使焊炬以规定的图案迂回行进；以及在主要结构焊接之前根据焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：手持式焊接工具，其包括具有惯性测量单元(IMU)的定位和定向测量系统；处理子系统，其可操作用于基于在工件上的焊接操作期间由所述IMU产生的数据来计算用于所述手持式焊接工具的一个或多个实际运动属性；以及校准装置，其被配置为将所述手持式焊接工具保持在已知位置和定向并且处于静止状态，用于所述定位和定向测量系统的校准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.22 US 62/106,2831.一种系统，包括：手持式焊接工具，其包括具有惯性测量单元(IMU)的定位和定向测量系统；处理子系统，其可操作用于基于在工件上的焊接操作期间由所述IMU产生的数据来计算用于所述手持式焊接工具的一个或多个实际运动属性；以及校准装置，其被配置为将所述手持式焊接工具保持在已知位置和定向并且处于静止状态，用于所述定位和定向测量系统的校准。2.根据权利要求1所述的系统，包括：非IMU传感器，其可操作用于产生包括以下中的一个或多个的数据：对应于在所述焊接操作期间焊接电压的值；对应于在所述焊接操作期间从所述手持式焊接工具流出的电流的值；对应于在所述焊接操作期间从所述手持式焊接工具传递到所述工件的功率的值；对应于在所述焊接操作期间焊接阻抗的值；对应于弧持续时间的值；以及对应于输送到焊缝的总能量的值。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理子系统可操作用于计算以下中的一个或多个的时间积分和/或时间导数：对应于在所述焊接操作期间的所述焊接电压的值；对应于在所述焊接操作期间从所述手持式焊接工具流出的电流的值；对应于在所述焊接操作期间从所述手持式焊接工具传递到所述工件的功率的值；以及对应于在所述焊接操作期间焊接阻抗的值。4.根据权利要求1所述的系统，包括非IMU传感器，其中：所述非IMU传感器为相机；并且所述处理子系统可操作用于基于由所述相机捕获的所述手持式工具的图像来补偿所述IMU的漂移。5.根据权利要求1所述的系统，包括非IMU传感器，其中：所述非IMU传感器是定位接收器；并且所述处理子系统可操作用于基于所述定位接收器输出的数据来补偿所述IMU的漂移。6.根据权利要求1所述的系统，包括非IMU传感器，其中：所述非IMU传感器是声学接收器；并且所述处理子系统可操作用于基于由所述声学接收机输出的数据来补偿所述IMU的漂移。7.根据权利要求1所述的系统，包括非IMU传感器，其中：所述非IMU传感器是接近传感器；并且当在相对于焊接固定件的已知位置处的所述接近传感器附近放置或移动所述焊炬时，基于由所述接近传感器输出的数据，所述处理子系统可操作用于补偿所述IMU的漂移。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个实际运动属性包括实际行进速度，并且所述处理子系统可操作用于：处理由所述IMU产生的数据，以确定在所述焊接操作期间的一个或多个时刻处所述手持式焊接工具的瞬时行进速度；在间隔内对所述瞬时行进速度进行平均，以确定在所述间隔期间的实际行进速度；以及提供所述实时行进速度的实时视觉、听觉和/或触觉指示。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述实际行进速度被用于确定实际焊缝尺寸。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个实际运动属性包括实际行进速度，并且所述处理子系统可操作用于：处理由所述IMU产生的数据，以确定在所述焊接操作期间的一个或多个时刻处所述手持式焊接工具的瞬时行进速度；在间隔内对瞬时行进速度进行平均，以确定所述间隔期间的实际行进速度；以及基于所述实际行进速度，自适应控制以下中的一个或多个：在所述焊接操作期间每单位长度的热输入，使得在所述焊接操作期间所述每单位长度的热输入保持在确定的阈值内；在所述焊接操作期间的焊缝尺寸，使得在所述焊接操作期间所述焊缝尺寸保持在确定的阈值内；以及在所述焊接操作期间的冷却速率，使得在所述焊接操作期间所述冷却速率保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·徐，
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