用于在不使用磁力计的情况下测量用于焊接过程的三维焊枪取向的方法和装置制造方法及图纸

本公开提供了一种焊接系统，该焊接系统被配置为在不使用磁力计的情况下校准焊枪的取向。焊接系统包括：传感器，其刚性地安装到焊枪上，并被配置为输出分别对应于坐标系的第一轴、第二轴和第三轴的第一输出、第二输出和第三输出，其中第一轴、第二轴和第三轴彼此正交；以及焊接控制器，其被配置为：基于第一输出、第二输出和第三输出来确定传感器用于相对于参考坐标系确定第一中间坐标系的第一旋转角，以及传感器用于相对于第一中间坐标系确定第二中间坐标系的第二旋转角；以及基于第二中间坐标系校准传感器的取向。

Method and device for measuring three dimensional welding torch orientation for welding process without using magnetometer

The present disclosure provides a welding system that is configured to calibrate the orientation of the welding torch without using a magnetometer. The welding system includes: a sensor, which is rigidly mounted on a welding gun, and is configured to output first, second, and third outputs corresponding to the first, second and third axes corresponding to the coordinate system, in which the first, second and third axes are orthogonal to each other; and the welding controller is configured to be based on: The first output, second output, and third output determine the sensor for determining the first rotation angle of the first intermediate coordinate system relative to the reference coordinate system, and the second rotation angle of the sensor for determining the second intermediate coordinate system relative to the first intermediate coordinate system; and the orientation of the sensor based on the second intermediate coordinate system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在不使用磁力计的情况下测量用于焊接过程的三维焊枪取向的方法和装置相关申请案的交叉引用本申请要求2015年6月15日提交的标题为“在不使用磁力计的情况下测量用于手工电弧焊接过程中的三维焊枪取向”的美国临时专利申请62/175,599以及2016年6月3日提交的标题为“用于在不使用磁力计的情况下测量用于焊接过程的三维焊枪取向的方法和装置”的美国专利申请15/172,425的优先权。美国临时专利申请62/175,599和美国专利申请15/172,425的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
本公开涉及一种焊接机，尤其涉及一种用于在不使用磁力计的情况下测量用于焊接过程的三维焊枪取向的方法和装置。通过将这些方法与参照附图在本公开的其余部分中阐述的本方法和系统的一些方面进行比较，传统的焊接方法的局限性和缺点对于本领域的技术人员将变得显而易见。
技术实现思路
基本上如结合至少一个附图所示和所描述的，并且如权利要求书中更完整地阐述的，提供了用于在不使用磁力计的情况下测量用于焊接过程的三维焊枪取向的方法和装置。附图说明结合附图，通过以下对示例性实施例的描述，这些和/或其他方面将变得显而易见和更容易理解。图1示出了根据本公开的方面的示例性焊接系统。图2是根据本公开的方面的示例性用户接口的框图。图3A是根据本公开的方面的示例性焊枪的图。图3B是根据本公开的方面的示例性惯性测量单元的图。图4A是根据本公开的方面的参考坐标系的图示。图4B是根据本公开的方面的第一中间坐标系的图示。图4C是根据本公开的方面的第二中间坐标系的图示。图5是根据本公开的方面的用于校准和使用惯性测量单元的取向的示例性流程图。图6是根据本公开的方面的用于校准惯性测量单元的示例性流程图。具体实施方式本文中所用的焊接电源是指适合于焊接、等离子切割、感应加热、空气碳弧切割和/或气刨(CAC-A)、熔覆和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的焊枪使用的电源。本文中所用的焊接系统可以包括能够提供适合于焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的焊接电源的任何装置，包括逆变器、转换器、断路器、谐振电源、准谐振电源等，以及与之相关的控制电路和其他辅助电路。本公开的各个实施例包括一种焊接系统，该焊接系统包括传感器，该传感器被刚性地安装到焊枪，并被配置为输出分别对应于坐标系的第一轴、第二轴和第三轴的第一输出、第二输出和第三输出，其中所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴彼此正交。焊接控制器被配置为基于第一输出、第二输出和第三输出来确定传感器用于相对于参考坐标系确定第一中间坐标系的第一旋转角，以及确定传感器用于相对于第一中间坐标系确定第二中间坐标系的第二旋转角。焊接控制器还被配置为基于第二中间坐标系来校准传感器的取向。焊接控制器进一步被配置为基于校准的取向来确定传感器的取向、传感器的速度和/或传感器的位置，并且进一步更新来自传感器的第一输出、第二输出和第三输出。传感器是加速度计，如果磁力计包含在焊接系统中，则焊接系统不使用磁力计的输出。焊接系统的各个实施例不包括磁力计。焊接控制器被配置为将第一中间坐标系确定为围绕其第二轴旋转第一旋转角的参考坐标系，并将第二中间坐标系确定为围绕其第三轴旋转第二旋转角的第一中间坐标系。焊接控制器被配置为当第一输出、第二输出和第三输出指示恒定的加速度时确定校准的取向。焊接控制器被配置成使用等式确定第一旋转角，并且使用等式确定第二旋转角，其中是第一旋转角，是第二旋转角度，a1是第一输出，a2是第二输出，并且a3是第三输出。可以计算和/或在查找表中查找第一旋转角和第二旋转角。查找表可以由焊接控制器生成或者从外部系统下载或接收。焊接系统可以包括机器人控制器以控制夹持焊枪的机器人，并且焊接控制器被配置为基于传感器的取向来控制焊枪的速度和/或位置。本公开的各个实施例还包括没有磁力计的系统，其中刚性地安装的传感器被配置为分别输出对应于坐标系的第一轴、第二轴和第三轴的第一输出、第二输出和第三输出，其中所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴彼此正交。所述系统还包括处理器，其被配置成基于第一输出、第二输出和第三输出来确定传感器用于相对于参考坐标系确定第一中间坐标系的第一旋转角，以及确定传感器用于相对于第一中间坐标系确定第二中间坐标系的第二旋转角。处理器被配置成基于第二中间坐标系来确定传感器的校准的取向。处理器进一步被配置成基于校准的取向来确定传感器的取向、速度和/或位置，并且进一步更新来自传感器的第一输出、第二输出和第三输出。本公开的各个实施例还可以包括存储机器可执行指令的非临时性机器可读介质，所述机器可执行指令在被执行时使计算系统控制以下操作：确定刚性地安装到工具的传感器相对于参考坐标系的取向，用于通过基于所述传感器的第一输出、第二输出和第三输出确定所述传感器用于确定相对于所述参考坐标系的第一中间坐标系的第一旋转角来控制所述工具，其中，所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出分别对应于坐标系的彼此正交的第一轴、第二轴和第三轴。所执行的指令还可基于第一输出、第二输出和第三输出来确定传感器用于相对于第一中间坐标系确定第二中间坐标系的第二旋转角。因此，指令的进一步执行可以基于第二中间坐标系来确定传感器的校准取向。非临时性机器可读介质还包括指令，所述指令使得处理器基于校准的取向来确定传感器的取向、传感器的速度以及传感器的位置中的至少一个，并且进一步更新来自传感器的第一输出、第二输出和第三输出。所述指令使得处理器将参考坐标系和第二中间坐标系之间的关系处理为参考坐标系围绕其第二轴旋转第一旋转角以形成第一中间坐标系，并且第一中间坐标系围绕其第三轴旋转第二旋转角；并且所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出来自加速度计，并且所述指令使处理器在不使用磁力计输出的情况下确定传感器的取向。所述指令使得处理器在第一输出、第二输出和第三输出指示恒定的加速度时确定校准的取向。处理器能够使用来计算第一旋转角，并且使用来确定第二旋转角，其中，是第一旋转角，是第二旋转角，a1是第一输出，a2是第二输出，以及a3是第三输出。可选地，处理器能够基于第一输出、第二输出和第三输出经由查找表来确定第一旋转角和第二旋转角。图1是示出包括电源40的示例焊接系统10的框图。电源40将输入功率转换成适用于焊接操作(例如TIG、棒焊和/或埋弧焊(SAW))和/或在气刨操作(例如空气碳弧气刨)中的AC和/或DC电。电源40允许操作者通过经由用户接口44选择适当的操作来将电源40用于气刨和/或焊接，并且附接适当的焊接设备，(例如，用于空气碳弧气刨的气刨枪和气体供应装置，用于TIG焊接的焊枪和气体供应装置，或用于屏蔽金属电弧焊(SMAW)的电极保持器等)。电源40包括功率转换器46。功率转换器46从功率输入端48接收输入功率，并将输入功率转换为AC和/或DC焊接功率，以输出到连接到功率输出端42、43的焊枪50。在图1的示例中，焊枪50连接到功率输出端42，工作钳52连接到功率输出端43，以在电弧开始时与工件54形成电路。功率转换器46是相控电源，其可以使用硅控整流器(SCR)将在功率输入端48处接收的功率转换为可用的焊接和/或气刨功率。另外地或替代地，功率转换器46可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接系统，包括：传感器，其刚性地安装到焊枪上，并被配置为输出分别对应于坐标系的第一轴、第二轴和第三轴的第一输出、第二输出和第三输出，其中所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴彼此正交；以及焊接控制器，其被配置为：基于所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出来确定所述传感器用于相对于参考坐标系确定第一中间坐标系的第一旋转角，以及所述传感器用于相对于所述第一中间坐标系确定第二中间坐标系的第二旋转角；以及基于所述第二中间坐标系校准所述传感器的取向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.15 US 62/175,599;2016.06.03 US 15/172,4251.一种焊接系统，包括：传感器，其刚性地安装到焊枪上，并被配置为输出分别对应于坐标系的第一轴、第二轴和第三轴的第一输出、第二输出和第三输出，其中所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴彼此正交；以及焊接控制器，其被配置为：基于所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出来确定所述传感器用于相对于参考坐标系确定第一中间坐标系的第一旋转角，以及所述传感器用于相对于所述第一中间坐标系确定第二中间坐标系的第二旋转角；以及基于所述第二中间坐标系校准所述传感器的取向。2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，基于所述校准的取向来确定所述传感器的速度、所述传感器的取向以及所述传感器的位置中的至少一个，并且进一步更新来自所述传感器的所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出。3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述传感器是三轴加速度计，并且所述焊接系统不包括磁力计。4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接控制器不使用磁力计输出。5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊接控制器被配置为将所述第一中间坐标系确定为围绕其第二轴旋转所述第一旋转角的参考坐标系，并将所述第二中间坐标系确定为围绕其第三轴旋转所述第二旋转角的所述第一中间坐标系。6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述焊接控制器被配置为当所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出指示恒定的加速度时确定所述校准的取向。7.根据权利要求6所述的焊接系统，其中所述焊接控制器被配置成使用确定所述第一旋转角，其中是所述第一旋转角，a1是所述第一输出，a2是所述第二输出，并且a3是所述第三输出。8.根据权利要求6所述的焊接系统，其中所述焊接控制器被配置成使用确定所述第二旋转角，其中是所述第二旋转角，a1是所述第一输出，并且a2是所述第二输出。9.根据权利要求6所述的焊接系统，其中所述焊接控制器被配置为基于所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出经由查找表来确定所述第一旋转角和所述第二旋转角。10.根据权利要求9所述的焊接系统，其中所述焊接系统被配置为从外部源接收所述查找表。11.根据权利要求9所述的焊接系统，其中所述焊接控制器被配置为生成所述查找表。12.根据权利要求1所述的焊接系统，还包括机器人控制器以控制夹持所述焊枪的机器人，所述焊接控制器被配置为基于所述传感器的取向来控制所述焊枪。13.一种存储机器可执行指令的非临时性机器可读介质，在所述指令在被执行时，使处理器通过以下方式确定相对于参考坐标系刚性地安装到工具的传感器的取向来控制工具：基于所述传感器的第一输出、第二输出和第三输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张裕明，
申请(专利权)人：肯塔基大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国,US