CN101218060A - 能够确定焊炬位置的焊接方法和焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用焊炬(10)的焊接系统和焊接方法，所述焊炬位置被确定。为了开发这种焊接方法和系统，利用其可以可靠地确定所述焊炬(10)在三维空间中的位置，如此进行设置：用发射器(33)发出信号(34)，该信号由集成在所述焊炬(10)中的或与所述焊炬相关联的至少一个传感器(36)接收，接收到的数据的读数发送到估算单元(40)，该估算单元确定与所述焊炬(10)在三维空间的位置相关的值。

Description

能够确定焊炬位置的焊接方法和焊接系统

技术领域

本发明涉及使用位置被确定的焊炬的焊接方法。

本发明进一步涉及焊接系统，其包括焊接设备和能经由软管包连接的焊炬，其中设置有用来确定焊炬位置的设备。

背景技术

已知的用于焊炬的位置检测系统基于光学或磁性系统，从而能识别接头或者焊缝，或者能沿着接头监测焊接过程。这里，位置检测系统的发射器和接收器单元外部连接到焊炬例如气体喷嘴，或者形成独立的设备或部件。因此，例如通过沿着接头牵引位置检测系统到达焊缝，容易识别角焊或者对焊。这种位置检测系统例如从专利JP63286376AA和JP58038672AA中已知。

这种系统存在的缺陷在于，它们不能确定空间位置，即手动焊炬在三维空间中的位置，仅允许跟踪接头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于焊炬特别是手动焊炬的焊接方法和系统，该方法和系统能检测焊炬在三维空间中的位置。

在方法方面，本发明的目的这样实现：发射器发出信号，该信号被至少一个集成于焊炬中的或与焊炬相关联的传感器接收，并且接收到的测量数据发送给估算单元，且估算单元确定焊炬在三维空间中的位置值。这样做的优势在于，在位置检测过程中确定的焊炬3D位置值以及由此而来的焊缝可以用于后续同类工件或应用。因此，可以在焊炬系统特别是手动焊炬系统中，以简单的方式提供质量监测、焊缝可再现性以及焊接参数指定。

具有优势地存储接收到的测量数据和/或确定的焊炬3D位置值。

优选在任何设定时刻，特别是在以焊炬执行的焊接过程的开始或结束时确定焊炬的3D位置值。

借助以下措施，即，除了3D位置值之外，还存储了关联的焊接参数，用于以焊炬执行的焊接过程，当实现其上不同焊缝优选具备不同焊接参数的同类焊接工件时，将会保证焊接过程中焊接参数作为所述位置的函数而自动调节和变化，因此加快了连续生产并排除了焊工的错误调节。

除了3D位置值以外，如果存储以焊炬执行的焊接过程的关联时间，将是有利的。这将保证质量监测和确定例如焊接速度，以及记录焊接时间。

确定的3D位置值，任选连同关联的焊接参数和时间用作后续同类焊接过程的参考值，这种措施以具有优势的方式保证了对于同类的不同工件的类似焊缝实现基本上相同的焊接结果，而与焊工无关。

还具有优势的是，将确定的3D位置和时间值与存储的参考值比较，根据需要，矫正焊接参数并存储发生的变化。这也保证了焊缝质量一致。

在焊接过程中检测与焊接质量有关的数据，特别是焊接速度、焊缝的顺序以及焊炬的工作角度，并优选将其存储在控制设备中，利用这样的措施能够提供自动存档和质量控制。因此，以后容易进行回溯。

根据本发明进一步的特征，存储的至少一个所执行的焊接过程的焊炬3D位置值、任选的参考值以及存储的变化由焊接设备特别是经由外部设备读出，用于分析以及优选用于训练目的。因此，能更快速有效地培训新人员。

如果在所确定的3D位置值基础上自动调节焊接过程的焊接参数，也是具有优势的。因此，在焊接过程中，能够用不同焊接方法特别是标准和脉冲焊接方法来生产若干焊缝，其中在焊接过程中的给定焊炬位置基础上，焊接设备上必须的调节以及改变自动进行。

确定的焊炬3D位置值优选与参考值比较，并声学或光学显示给焊炬操作者。因此，借助警告信号或曲线图，能够为各个焊接过程或在特定的焊接过程中预设正确的焊炬位姿并向焊接设备操作者发出指示。这种反馈能让焊工立即响应焊接失误例如焊缝外观变差，并避免或减少同类情况。

可以从检测到的作为时间的函数的3D位置值确定焊接速度并与焊接速度默认值比较，且向焊炬操作者发出声学或光学指示。因此，这种反馈保证了焊工能立即响应焊接失误，例如由于焊接速度过大导致熔深太小。进而，具有优势地能够以简单的方式确定焊接速度而不需要任何外部装置，从而不会限制焊炬的移动自由。

如果仅在默认3D位置允许启动焊接过程，则将避免焊缝位于错误的位置。进而，将保证能为每个工件限定接下来将要由焊工执行的预定焊缝的顺序。因此，还保证了每个工件在各个位置形成有适当数量的焊缝。

将焊缝起始位置处焊炬3D位置参考值适配焊接设备操作者的优选焊接方向，能让焊工以优选手(左手或右手)来引导焊炬。

优选在焊接设备未激活时，特别是焊接过程未启动时，确定焊炬3D位置。这样有利于获取参考值，因为不会产生来自焊接过程的干扰影响。与此同时，焊工能更好地看清工件，因为他不用像已经启动焊接过程时必须的那样使用眼睛保护装置，所以能够改善焊炬定位。在焊接过程正常进行之前，焊工还能进行模拟，从而让其自身适应焊炬位置。

还具有优势的是，除了设置在焊炬中的传感器之外，或者取而代之，至少一个另外的传感器集成在工作装备(work gear)中，特别是腕带或手套中，并且测量数据优选发送到估算单元，因此允许灵活布置所述传感器。另一项优势在于，设置在焊炬中的传感器可能失效，而在焊接手套中布置另外的传感器仍然允许确定焊炬的近似位置，从而保证了焊炬具有简单且节省成本的结构。

如果例如与焊缝起始位置有关的参考值和焊接参数存储在设置于焊炬中的存储器中，则可以独立于电源来使用焊炬，因此能让每个焊工使用偏好的焊炬。

可以与标识符特别是数字一起存储参考值，以识别用于同类工件的参考值。用于类似工件的焊缝的焊炬3D位置优选连同各个焊接参数一起存储在焊接设备中，从而避免存储器中不同工件的相同3D位置作为参考值。因此，能够为同类工件清楚地分配作为参考值而存储的任何3D位置。

如果检测以焊炬执行的焊接过程中的时间，则能够确定焊接速度并记录执行焊接的日期。

借助向焊接设备的控制设备发送焊接过程中所确定的3D位置值以及关联的时间以计算焊接过程的焊接速度的措施，焊接速度的反馈将在焊接程序中经由适当装置发送给焊工。

根据本发明进一步的特征，调节三维空间中发射器和参考点之间的距离。因此，调节发射器和参考点之间的距离允许精确计算焊炬在三维空间中的位置。

上述焊接方法可以适用于使用手动焊炬的手动应用场合以及使用焊接机器人的自动应用场合。

而且，本发明的目的还通过上述焊接系统来实现，其中为了确定焊炬在三维空间中的位置，至少一个发射器和至少一个传感器布置在焊炬中，或与所述焊炬相关联，所述传感器与估算单元连接，从而能经由所述传感器获取的测量数据确定焊炬的3D位置。

所述发射器可以由线圈、无线电站点、雷达站点或者类似卫星特别是根据GPS系统的卫星的移动发射器形成。如果传感器与发射器之间不需要视觉接触来确定焊炬的3D位置，则是具有优势的。而且，能够进行发射器的任何定位。另一项优势在于，使用已知发射器将保证焊炬结构节省成本。

位置检测设备的发射器包括至少一个线圈，用于在焊炬实现的焊接过程区域内产生磁场，并且至少一个用于检测所述线圈产生的磁场的传感器布置在焊炬中，或与该焊炬相关联，这样的措施将保证所述线圈产生的磁场穿过所述空间内的任何障碍物、物体等，因此能安全地确定焊炬的位置。

如果发射器覆盖若干焊接过程区域以及若干焊炬，从而能经由集成在焊炬中的传感器确定若干焊炬的3D位置，则能够任意扩展和提供现有的焊接过程区域。

以具有优势的方式，每个焊接过程区域在三维空间中配置有其自身的参考点。

如果位置检测传感器由磁阻传感器形成，则将以低干扰达到高磁场敏感性。

如果设置用于过滤干扰磁场特别是由焊接设备的电源和电弧产生的干扰磁场的设备，则能够安全和精确地确定焊炬位置。

如果设置用于声学和/或光学显示确定的3D位置或者与参考位置的偏差的显示设备，以促使实施矫正措施，则能够向焊工传达重要信息。

所述显示设备优选集成在焊工的工作装备中，特别是集成在焊接头盔中。当若干焊接过程在不同焊接过程区域并行进行时，将会保证能通知各个焊工与其自己的焊接过程有关的矫正措施，而不会受到并行执行的任何矫正措施的打扰或影响。

因此，除了设置在焊炬中的传感器之外，或者取而代之，至少一个传感器设置在焊工的工作装备中，特别是腕带或手套中，这一措施保证了灵活布置所述传感器。另一项优势在于，设置在焊炬中的传感器可能失效，而在焊接手套中布置另外的传感器将仍然允许确定焊炬的近似位置，从而保证焊炬具有简单和节省成本的结构。

作为上述布置的替代方案，为了确定焊炬位置，还能够将至少一个发射器集成在焊炬中，或与该焊炬相关联，并且将至少一个传感器布置在三维空间中，该传感器与估算单元连接，从而能够经由所述传感器获取的测量数据来确定焊炬的3D位置值。

附图说明

借助附图更为详细地解释本发明，其中：

图1是焊接设备的示例性图示；

图2图示了利用设置在工作间中的发射器，在该工作间的焊接过程区域内，根据本发明，检测手动焊炬位置；

图3是带有集成传感器的手动焊炬的示意图；

图4是带有集成传感器和另外的传感器的手动焊炬示意图；

图5是包括若干经由焊缝而彼此连接的部件的工件的示意图；

图6图示了利用设置在一个工作间中的发射器，在该工作间的若干焊接过程区域内，根据本发明，检测若干手动焊炬位置；

图7图示了用外部发射器，在一个工作间的若干焊接过程区域内，检测若干焊炬的位置；

图8是焊接过程的示意图，同时检测太慢的焊接速度；和

图9是焊接过程的示意图，同时检测太陡峭的焊炬工作角度。

具体实施方式

首先，应该注意，示例性实施方案的相同部件带有相同的附图标记。

图1描述了用于最为多样化的过程或方法的焊接设备1或焊接装备，所述过程或方法诸如例如MIG/MAG焊或WIG/TIG焊、或者电极焊方法、双丝/串列焊方法、等离子方法或钎焊方法等。

焊接设备1包括具有电力元件3的电源2、控制设备4和开关构件5，所述开关构件分别与电力元件3和控制设备4关联。开关构件5和控制设备4连接到控制阀6，该控制阀布置在气体8的馈送线路7中，位于气体储存器9和焊炬10或喷枪(torch)之间，所述气体特别是保护性气体，诸如例如二氧化碳、氦气或氩气等。

另外，通常用在MIG/MAG焊中的送丝机11可以受到控制设备4的控制，从而从馈送鼓14或丝盘经由馈送线路12向焊炬10的区域馈送填料或焊丝13。当然，可以将送丝机11集成在焊接设备1中，特别是集成在基础机壳内，正如现有技术已知的那样，而不会将该送丝机设计成如图1所示的附属设备。

送丝机11向焊炬10以外的加工地点提供焊丝13或填焊金属也是可行的，为此非自耗电极优选布置在焊炬10中，正如通常WIG/TIG焊的情况。

在非自耗电极(未示出)和工件16之间建立电弧15特别是操作电弧所需的电力从电源2的电力元件3经由焊接线路17向焊炬10供应特别是电极供应，其中优选由若干部件形成的待焊接工件16经由另外的焊接线路18类似地与焊接设备1特别是电源2连接，从而能够经过所形成的电弧15或等离子流建立处理电源电路。

为了冷却焊炬10，可以通过冷却回路19经由插置的流动控制器20将焊炬10连接到流体储存器特别是水储存器21，从而当焊炬10投入操作时，引起冷却回路19特别是用于水储存器21中容纳的流体的流体泵启动，从而通过馈送冷却介质冷却焊炬10。

焊接设备1进一步包括输入和/或输出设备22，可以分别通过该设备设置和调用焊接设备1的大部分不同的焊接参数、操作模式或焊接程序。这样做的时候，经由输入和/或输出设备22设定的焊接参数、操作模式或焊接程序传输到控制设备4，该控制设备随后控制焊接系统或焊接设备1的各个部件和/或预定用于控制的各个参考值。

另外，在图示的示例性实施方案中，焊炬10与焊接设备1或焊接系统经由软管包(hose pack)23连接。软管包23容纳从焊接设备1到焊炬10的各条线路。软管包23经由耦合机构24与焊炬10连接，而布置在软管包23中的各条线路经由连接插座或插入连接件与焊接设备1的各触点连接。为了保证适当释放软管包23的应变，软管包23经由应变释放装置25与机壳26特别是焊接设备1的基础机壳连接。当然，使用耦合机构24来连接到焊接设备1也是可行的。

基本上应该注意，并不是前述所有部件对于各种焊接方法或焊接设备1，诸如WIG设备或MIG/MAG设备或等离子设备都必须采用。因此，例如可以将焊炬10设计成空冷焊炬10。

参照图2至图5，将借助在房间例如厂房中的车间内的焊接过程区域27中执行的手动焊接过程来解释根据本发明的位置检测。对于一部分内容，所示焊接过程区域27包括工作台28，该工作台包括用于工件16的夹持设备29。夹持设备29例如包括至少一个工作角度30和至少一个固定设备31，以便总是能为生产焊缝提供限定的起始点。由于工件16可以由若干单独部件形成，如图5中更为清晰可见，夹持设备29还提供用于工件16各部件的固定装置，但是为了简洁，未示出这些固定装置。对于其他部分内容，实现焊接过程的焊接过程区域27装备有焊接设备1，该焊接设备经由软管包23与焊炬10或手动焊炬连接。工件16或工作台18与另外的焊接线路18连接。根据所采用的焊接方法，可以设置或不设置送丝机11。因此，可以开始焊接过程，以生产或焊接工件16。

为了生产包括若干单个部件的工件16，焊接过程区域27也可以为焊工提供座椅(未示出)。用焊炬10焊接两个部件，产生一个或多个焊缝32，将所述被焊接的部件永久结合。为此，焊工将为焊接过程设置各焊接参数，诸如焊接电流、焊接电压、送丝速度等，目的是实现最优焊接质量。在焊接过程中，控制设备4将控制焊接参数，保持其基本上恒定。

根据本发明，在启动焊接过程时激活位置检测系统，以确定焊炬10在三维空间中的位置值。为此，发射器33布置在焊接过程区域27中，发射信号34，该信号被集成在焊炬10中的或与焊炬相关联的接收器35和传感器36分别接收。

为了确定三维空间中的位置，需要从发射器33传输的信号34中限定三个坐标，优选为笛卡尔坐标系中已知的X、Y和Z值。根据图3，因此，集成在焊炬10中的接收器35包括3个传感器36-38，传感器36-38每一个能确定三个值X、Y或Z其中之一。

由于信号34会受到其他安装在焊接过程区域27中的系统的影响或受到焊接过程所产生的干扰的影响，因此导致传感器36-38确定的值错误，所以将传感器36-38与过滤设备39相关联。这样允许传感器36-38确定的焊炬10的3D位置值作为测量数据发送给估算单元40。估算单元40例如布置在焊接设备1中，或构成单独的外部单元。例如经由集成在接收器35或传感器36中的数据通信单元42来进行传感器36-38的测量数据传输，所述数据通信单元例如经由集成在软管包23中的数据总线42与设置在焊接设备1中的估算单元40连接。

利用这样的结构，焊炬10具有特定的移动半径，三维位置在该半径上保持不变。例如，如果传感器36-38实际上布置在前部，即位于焊丝13从焊炬10引出的端部，则焊炬10后部将可以自由移动，而3D位置保持不变。结果，将不考虑焊炬10的位姿。

但是，由于在一些焊接方法中，焊炬10的位姿确实对焊缝32质量存在一些影响，所以传感器36-38相区别地分布在焊炬10中。

从图4中显见，除了集成在焊炬10中的3个传感器36-38，另外的传感器43-45可以集成在焊炬10的气体喷嘴46中，。过滤单元39还与传感器43-45相关联，传感器43-45经由内部数据总线47与设置在焊炬10中的数据通信单元41连接。因此，估算单元41将接收来自焊炬10中两个不同位置的测量数据，从而能够在焊接工序中考虑焊炬10的位姿。

一般来说，就图3和图4而言，应该注意，数据通信单元41经由无线电链路向估算单元41发送传感器36-38的测量数据当然也是可行的。从发送的测量数据，估算单元40将能确定和存储各个3D位置。优选用已知计算方法通过软件来实现。

估算单元40和/或存储器48也可以集成在焊炬10中。可以用来在焊炬10中存储与本发明的位置检测特别是3D位置检测有关的数据，以及关联的焊接参数，以下将更为详细地讨论。

可以在例如图5所示的工件16上，采用图3或图4所述的焊炬10来进行本发明的位置检测。

例如执行焊炬10的位置检测，使得发射器33发出信号34。经由传感器36-38、43-45，接收器35将从信号34中确定用来确定焊炬10的3D位置的测量数据，所述测量数据传输到估算单元40。从所传输的测量数据中，估算单元40将计算并存储焊炬10的3D位置。如果生产大件数的工件16，即焊接若干相同的工件16，则这样做是特别有利的。在这种情况下，当制作第一个工件16时，将在焊接过程中检测和存储限定数量的焊炬10的3D位置，并作为其他相同工件16的参考值。

需要若干焊缝32来结合工件16的4个部件，即基础部件49、后部件50、侧部件51和侧部件52。如果待焊接的部件49-52用不同的材料制成或具有不同材料厚度，则各个焊缝32将需要不同的焊接参数。类似地，不同的材料需要不同的焊接方法，或者相同的材料可以采用不同的焊接方法。例如，用标准焊将侧部件51、52与基础部件49焊接，用脉冲焊将基础部件49与后部件50焊接，由此相应地为这些焊缝32带来不同焊接参数。

除了焊炬10的各个3D位置值以外，还存储了各个焊接参数。因此，为焊炬10的3D位置参考值另外存储了关联的焊接参数。

可以设想存储3D位置和参考值的程序的不同模式。为此，焊缝32的参考值可以包括至少两个3D位置值，即起始位置53和结束位置54。因此，在焊接程序中，仅检测起始位置53和结束位置54，并将其与参考值比较，从而仅需要少量数据来确定焊缝32。自然不用说，在这两个位置之间，例如可以在预定时间间隔55以后获取其他位置作为参考值并与各焊接参数一起存储。

为了固定焊炬10的3D位置的参考值，焊工将对各焊缝32执行一次或几次试焊接。这样做时，在每次试焊接之后将执行质量控制。基于这种质量控制的结果，焊工将能相应改变焊接参数，所述焊接参数在试焊接过程中在焊接设备1中调整。焊工将重复这种工序，直到达到焊缝32的最优质量。

为了接下来存储参考值，即焊炬10的3D位置值，焊工可以在开始焊接工序时，通过按压焊炬10上的按钮56，来限定焊炬10的当前3D位置为相应焊缝32的起始位置53。这样将让焊接设备1存储该位置与关联的焊接参数。当然，存储其他数据和/或开始适当的记录工序也是可行的。为此，随着开始焊接工序，可以启动计时过程。在焊接过程中，例如在限定的时刻或预设时间间隔55之后，可以类似地存储估算单元40确定的焊炬10的位置、焊接参数以及时间，这将在焊缝32中产生若干3D位置57、58、59和60。当到达待制作的焊缝32端部时，焊工例如可以通过重新按压按钮56，限定焊缝32的结束位置54，该位置连同关联的焊接参数被存储，焊接工序的计时也是一样。

估算单元40检测并存储用于工件16的各焊缝32的焊炬10的3D位置以后，所述位置将用作后续相同工件16及其焊缝32的参考值。

在采用参考值之前，焊工当然可以将待记录的数据固定在焊接设备1上，或经由外部部件诸如PC来固定所述待记录的数据，并调节各焊接参数、其他函数、时间等，然后自动存储它们。

获取焊缝32的3D位置的参考值当然可以在焊接设备1或焊接过程未激活时进行。这将保证估算单元40从传感器36-38接收更为精确的测量数据，因为特别是不会发生电弧15导致的干扰，因此更为精确地确定所述位置将是可行的。在这方面，如果获取数据发生在若干后续操作步骤中，则是有利的，即在开始时，在不激活焊接过程的条件下获取位置，此后在激活焊接过程的条件下重复该相同程序，使得能够记录实际焊接参数以及其他函数。但是，还可以让焊工在焊接设备1上调节用于3D位置的各设定值，并将其存储在焊接设备1上。

因此，完成获取工件16的参考值，并且它们可以用于同类的其他工件16。

当经由焊炬10上的按钮56，焊工启动用于相同的新工件16的焊接过程的时候，位置检测系统启动，于是确定焊炬10在三维空间中的常位置，并将确定的位置与参考值比较。当焊工将焊炬10带到其中一个起始位置53时，优选由焊接设备1的控制设备4和估算单元40自动调节关于该起始位置53的存储的焊接参数及其他函数。紧接着，激活电弧15的引燃，并且执行焊接工序。在焊接过程中，如果经常比较焊炬10的当前位置与存储的参考值，则是有利的。因此，例如，基于存储的参考值，通知焊工当前焊接速度和焊炬10的位姿是否正确是可行的，正如借助图8和图9更为详细说明的那样。当估算单元40根据传感器36-38提供的测量数据识别出焊缝32的结束位置54时，焊接过程例如自动终止。

这将促进并加快焊接过程，因为对工件16而言，通过获取参考值，焊工仅配置焊接装备一次。然后对于后续同类工件16而言，将自动对待执行的各种焊接过程或待完成的焊缝32进行适配。于是，在不同焊接参数或操作模式的情况下，焊工不再需要针对待生产的相应焊缝32来手动转换焊接设备1，而是将完全自动进行。因此防止了错误调节，且工件16的生产时间显著缩短。

当然，焊缝32的起始位置53还可以包括允许极限或者区域61，在这个范围内也可以如所述那样识别起始位置53并激活焊接过程。这样做的优势在于，焊工不需要将焊炬10精确地置于预定的位置。例如，可以在焊炬10上设置显示元件，例如发光二极管，当焊工使焊炬10到达起始位置53的区域61时，该显示元件被激活。自然，也可以采用声学信号。

当完成了工件16的全部焊缝32时，焊工可以生产同类的另一个工件16，而不用改变夹持设备29的位置，使得存储的参考点还可以用于随后的工件16。

利用识别焊炬10的位置，另外可以分别执行或实现大量的附加功能或附加应用。

例如，可以监测每个工件16上待制作的焊缝32数目。鉴于作为参考值存储的工件16的焊缝32的起始位置53，每个工件16的焊缝32的数目是固定的。当处理完各个焊缝32时，控制设备4和估算单元40检测到分别靠近的起始位置53。因此，在焊接相同工件16的过程中，如果焊缝32还没有焊接，将会识别出来，因为焊工没有用焊炬10指向所述起始位置53。因此，质量控制，特别是关于所要求的全部焊缝32是否实际进行了焊接，是可行的。仅在工件10的全部焊缝32焊接之后，才再次清除全部起始位置53，使得焊工可以处理新的工件16。

例如，质量控制还允许获取正确完成的工件16的数量。这可以通过相同工件16的焊接焊缝数目来确定。然后从该数目可以收集正确完成的工件16数目。为此，焊接设备1或估算单元40优选连接到网络，使得各种数据例如发送到存储管理器特别是存储管理程序。

这种系统能够类似地用于训练目的，因为能够通过沿着焊缝32引导焊炬10来模拟焊缝32。实际上，被训练者可以练习正确的焊炬10位姿而不用启动焊接过程。这样做的时候，被训练者也可以学习预设焊接速度的惯例，与此同时监测焊炬10的引导速度。实际上，速度监测用这种系统实现起来很简单，因为仅需获取两个位置之间的时间从而接着确定所述速度。

基本上，在焊接过程中，将存储的焊炬10的3D位置，即参考值，与焊炬10的实际3D位置比较，将提供多种方法顺序选择方案，这些方法顺序选择方案固定存储在焊接设备1或估算单元40中，或者可以由使用者选择。因此，调整用于焊接工件16的特定顺序是可行的。

为此，例如可以调节焊接设备1，使得待焊接焊缝32的限定顺序不必在工件16上强制执行。因此，焊工例如可以启动将基础部件49与侧部件51的焊接，第二焊工可以启动基础部件49与后部件50的焊接，而第三焊工可以启动基础部件49与侧部件52的焊接，这意味着利用同一台焊接设备1或者若干台连续布置的焊接设备1可以进行所谓的组装生产。在这种情况下，在获取焊缝32的起始位置53过程中，不需要存储顺序，从而允许在进行焊接时，借助所述参考值任意选择所述顺序。

当然，当焊接特定工件16(未示出)时，也可能发生必须服从焊缝32的特定顺序的情况。在这种情况下，当检测焊缝32的单个起始位置53时，适当的附加函数，例如数字，将随着焊炬10的3D位置一起存储，从而迫使焊工服从各个顺序。因此，如果例如具有与起始位置53一起存储的数字3的在先焊接还没有执行，则不可能在具有存储的顺序数字例如4的起始位置53启动焊接。

焊工的焊接方向，即焊工是用他的左手或是右手引导焊炬10，确定了焊缝32的起始位置53。如果焊接方向相反于参考值所限定的方向延伸，则估算单元40将基于焊炬10的当前位置计算新的起始位置53。这意味着最初限定为结束位置54的参考值将用作起始位置53。而且，用于手动焊炬10位姿的参考值将类似地适配焊工的焊接方向。因此，结束位置54也可以用作起始位置53。这种情况被相应地存储，因为焊接过程仅能在限定为起始位置53或结束位置54的地方启动。

如果焊接过程被不小心中断，则控制设备4将识别这种情况，并且各个位置将例如暂存为起始位置53。这使得焊工能远至结束位置54来完成中断的焊缝32。

由于连续估算传感器36-38提供的测量数据，所以估算单元40将识别焊工何时让焊炬10处于焊缝32的起始位置53，即利用存储的参考值生产同类工件16。为此，需要将同类工件16固定到工作台28上的相同位置。

类似地，可以为工件16上待焊接的每个焊缝32在集成于焊炬10中的存储器48中存储额外的函数，例如数字。这样做的时候，3D位置、焊接参数等例如存储在一个或多个焊接设备1的控制设备4中。为了能基于焊炬10的位置适当调节不同焊接设备1用于焊缝32的焊接参数，用于各焊缝32的值经由数据总线42或无线电链路传递到连接的焊接设备1的控制设备4，从而相应调节焊接参数。这使得焊接10独立于电源2和焊接设备1，并使得焊工能够将焊炬10连接到任何适当的焊接设备1。

完成工件16以后，焊工当然能生产新的工件16。对于新的工件16，例如已经获取了参考值。对于新的工件16，夹持设备29将适当定位在工作台28上，可以任意选择工作台28上的夹持工具29的位置。因此，可以生产不同尺寸的工件16。

从而可以获取并存储不同工件16的参考值。为了避免重复的参考值，即防止两个不同的工件16具有相同的参考值，可以给不同工件16配置标识符。因此可以清晰地限定任何存储的参考值。

这意味着例如所存储的工件16的相应参考值位于标识符或数字“1”之后，所存储的第二工件16的相应参考值位于数字“2”之后，等等。在实践中，这意味着，为了能焊接相应于数字“1”的工件16，焊工例如将通过设置在焊炬10或焊接设备1上的设置元件来设置相应的数字“1”。此后，将使用存储在数字“1”之后的各个参考值，并相应调节各个焊接参数。在这种情况下，可以将数字和参考值两者存储在焊接设备1或焊炬10的存储器48中，或者仅将用于工件16的数字存储在焊炬10中，而将参考值存储在焊接设备1中。如果焊工更换工件16，他将必须在焊炬10上设置各个数字，并相应地在工作台28上定位夹持设备29。

也可以存储用于各个工件16的夹持设备29的位置。当生产相同工件16时，这将以简单的方式，例如经由设置在夹持设备29上的显示器来正确定位夹持设备29。而且，工件16可以翻转，从而有利于焊工处理。这样做的时候，参考值将相应适配夹持设备29的位置。这例如可以这样实现：起始点固定在夹持设备29上，使得焊工接下来将焊炬10定位在该起始点并例如通过促动按钮进行调节，从而引起重新计算与该起始点有关的参考值。

而且，根据夹持设备29的位置和/或存储的参考值，可以自动识别待生产的工件16。为此，对于焊接程序，调节用于工件16的焊缝32的各个焊接参数。类似地，例如考虑焊缝32的顺序。但是，如果待生产的焊缝16的参考值与另一个工件16的参考值重合，则将通过适当措施警告焊工，必须通过输入相应的标识符或数字来限定工件16。

但是，也可以将用于工件16的参考值适配夹持设备29的位置。因此，焊工可以将工件16固定到工作台上的优选地点，于是在工作台28上将所述参考值调节为工件16的新位置。

根据焊炬10的示例性实施方案，发射器33设计为线圈，该线圈安装在焊接过程区域27中的固定位置。处于带电流状态的该线圈产生磁场，该磁场用作信号34。为了让焊炬10中的接收器36的传感器36-38和43-45分别能测量发射器33的磁场，它们分别配置为磁阻传感器36-38和43-45。所述线圈的磁场将改变传感器36-38和43-45的电导率，于是让其改变它们的阻抗值，所述阻抗值用作确定焊接10三维位置的测量数据。

为了能让估算单元40分别从传感器36-38和43-45的阻抗值变化中计算3D位置，参考点62优选存储在估算单元40中。该参考点将分别表示焊接过程区域27中预定位置例如固定安装的工作台34的角部处的传感器36-38和43-45的阻抗值。因此，将调节位置检测系统。可以类似地将磁阻传感器连接到参考点62。在这种情况下，分别相对于传感器36-38和43-45的测量数据，估算单元40将能从参考点62来确定焊炬10的位置。这将保证工作台28的自由移动性。

而且，作为所述信号34由发射器33或线圈产生的磁场叠加有其他干扰磁场，例如焊接设备1产生的磁场，以及特别是电弧15产生的磁场，从而将影响传感器36-38和43-45各自的测量数据。因此，例如集成在接收器35或估算单元40中的过滤设备39将过滤干扰磁场，特别是已知的干扰磁场。例如，可以通过离散傅立叶变换(DFT)来进行。因此，估算单元40将接收过滤后的正确测量数据，从而能借助该测量数据和参考点62精确确定焊炬10在三维空间中的位置。因此，可以检测和存储焊炬10的位置和用于工件16的焊缝32的各个焊接参数，诸如起始位置53和结束位置54。存储的值将用作生产同类工件16的参考值，与各个参考值一起存储的焊接参数优选由控制设备4自动调节。

图6描述了一种示例性实施方案，其中发射器33向若干焊接过程区域27提供信号34。在这种情况下，由于范围扩大，所以较之固定安装的发射器33仅供应单个焊接过程区域27时所需的放大程度来说，信号34必须放大相应更高的倍数。如果线圈用作所述发射器33来产生作为信号34的磁场，则因此在过滤已知的干扰磁场时，过滤设备39必须另外考虑相邻焊接过程区域27的已知干扰磁场。而且，例如每个焊接过程区域27具有其各自的参考点62，使得估算单元40将确定焊炬10的关联的3D位置。另一方面，各个焊接过程区域27可以具有共用的参考点62(未示出)，该参考点存储在估算单元40中。

发射器33例如还可以包括无线电站点、雷达站点或局域位置检测系统(local position detection system，LPS)。在这些情况下，必须使用适当的传感器36-38和43-45，并且过滤设备39必须相应适配干扰源。这种系统优选与若干焊接过程区域27一起使用或用于发射器33和接收器35之间距离更大的场合。

当然，接收器35的数据通信单元41可以将焊接过程区域27的传感器36-38和43-45的测量数据分别传输到外部估算单元63来确定焊炬10的位置。还是一样，可以将检测到的焊炬10的3D位置作为参考值存储。

而且，用于外部设备的接口可以集成在估算单元40或外部估算单元63中，以使能交换数据。在这种情况下，存储的用于估算的数据例如可以由计算机64读取，该计算机与外部估算单元83通过线缆65连接。计算机64可以类似地通过无线电链路(未示出)与外部估算单元63连接。如果焊炬10的3D位置被认为是参考值，例如焊缝32的起始位置53，则存储的关联焊接参数将由外部估算单元63传输给焊接设备1。例如这通过无线电单元66来进行，焊接设备1接收传输的数据，特别是焊接参数。

外部估算单元63还可以负责位于该工作间内的任何焊接过程区域27。在这方面，可以读出外部估算单元63存储的数据，或者优选通过计算机64集中输入用于工件16的焊缝32的参考值，这样是有利的。

发射器33还可以包括卫星，正如借助图7更为详细说明的那样。在这种情况下，发射器33向一个或者若干焊接过程区域27提供信号34，其中发射器33以自由移动的方式位于工作间之外。例如可以通过已知GPS卫星的信号34来向焊接过程区域27供给。相应地，集成在焊炬10中的接收器35的传感器36-38和43-45分别被所谓GPS接收器取代，从而向数据通信单元41传输测量数据，接着向估算单元40或外部估算单元63传输测量数据。据此，将获取焊炬10的3D位置以及因此得到的用于工件16的焊缝32的位置，并作为参考值与各个焊接参数一起存储。正如已知的情况，所述参考值将用于生产相同的工件16。

而且，所述参考值可以用于焊接过程中的矫正措施，正如借助图8和图9所述。这些图描述了一种示例性实施方案，其中在焊接过程中，焊炬10的实际三维位置与存储的参考值相比较。

正如前述，在焊接工件16的焊缝32时，在获取焊炬10的位置过程中，所述三维位置作为参考值与各个焊接参数一起存储。因此，所述参考值也可以用于监测和矫正的目的。例如，用于监测在焊接同类工件16的过程中焊炬10的正确位姿以及焊接速度，以下将单独说明。任选地，考虑监测结果而开始矫正措施，以保证最优焊接质量。自然，所述参考值也可以用来识别焊炬10的位置以及焊缝32的起始位置53。

根据图8，在焊接过程中监测默认焊接速度v，从而识别出焊接速度v的降低。

如图所示，根据图5，在用于连接工件16的基础部件49与侧部件51的焊缝32的焊炬10位置的检测过程中，例如在预定时间间隔55之后，获取了起始位置53和结束位置54以及起始位置53和结束位置54之间的4个其他3D位置57、58、59和60。由于限定了起始位置53而启动计时，所以位置57、58、59和60以及结束位置54的时刻被存储。从位置数据中，可以计算焊缝32的长度s，由此接着可以经由已知的时间来计算焊接速度v。除了焊炬10的3D位置参考值以外，还将存储焊接速度v。

在焊接工序中，焊工将保持由参考值预设的焊接速度v，以实现最优质量的焊缝32。这是通过在时间间隔55期满时，比较焊接10的当前位置即实际值与存储的参考值来实现的。

当估算单元40认为焊炬10的当前位置是起始位置53的参考值且焊工激活焊接过程时，相应地调节焊接参数并且启动计时。时间间隔55期满时，获取实际值，由估算单元40确定焊炬10的当前位置并与关联的时间值一起存储。这样做的时候，将当前值与参考值比较，并且估算结果。如果实际值相应于参考值并落入预定允许极限内，则出现正确的焊接速度v，位置57和58就是这种情况。

如果实际值与参考值的比较显示出实际值例如低于参考值的允许极限，则在该时间间隔55过程中将出现过低的焊接速度v，正如位置58和67之间以及焊接速度v在焊缝32的距离s上的变化情况所显现的。为了能基本上保持所要求的焊缝32质量，根据焊炬10的实际值位置，控制设备4例如通过降低焊接电流来适配焊接参数。焊接过程中的这种矫正措施例如防止工件16熔穿。

为了再次达到希望的焊接速度v，可以例如通过警告信号通知焊工应当提高或降低焊接速度v。例如可以这样实现：更高音频范围的警告信号要求焊工相应提高焊接速度v。为此，由控制设备4或估算单元40为接下来的时间间隔55计算适当的参考值和焊接参数。相应地，提高焊接速度v，直到到达计算出的位置58，并且提高的焊接速度v从位置68再次降低。为此，焊工例如将收到更低频的警告信号。因此，当前焊接速度逐渐适配参考值预设的焊接速度v，直到再次到达用于位置60的预定焊接速度v，并且警告信号将不发声。在该时间间隔55过程中，即在位置68和位置60之间，不发生位置59的实际值与参考值的比较，因为该实际值已经提前在位置67进行了估算。

因为在位置60，手动焊炬10位置的实际值再一次与参考值匹配，所以从位置60开始，将以预定焊接速度v完成焊缝32，直到结束位置54。还可以存储若干这种参考值，以使能更为精确地监测速度。

图9描述了一种示例性实施方案，其中在焊接过程中监测预设工作角度69或者焊炬10的位姿，且可以识别任何变化。

根据本发明，只有在作为焊缝32起始位置53的参考值存储的用于焊缝32的焊炬10的3D位置处，才允许焊接过程。类似地，优选采用图4所述的焊炬10，从而除了起始位置53外，还考虑焊炬10的位姿或工作角度69。在焊炬10的这种配置中，将从传感器36-38和43-45分别得到焊炬的两个位置值，并例如作为参考值存储在估算单元40内。这样做的时候，从传感器43-45的测量数据计算出的焊炬10位置例如将用作所产生的焊缝32的参考值。从传感器36-38的测量数据计算出的焊炬10的3D位置将用作焊炬10位姿的参考值。

因此，在生产相同工件16过程中，在识别焊炬10的3D位置为参考值时，将考虑焊炬10的位姿。因此，仅当焊炬10的两个3D位置相应于关联的、存储的参考值，或者落入预定允许范围时，才自动调节焊接参数。因此，仅在限定的起始位置53以正确的焊炬10位姿启动焊接过程，正如起始位置53所显现。

在预定时间间隔55以后，针对焊缝32的位置57，例如由估算单元40确定焊炬10的工作角度69的实际值，并与关联的参考值比较。如果焊炬10的工作角度69的实际值落入参考值的允许极限范围内，则控制设备4优选不干涉焊接过程。根据图9，在焊缝32的位置57和58就是这种情况。

如果例如在接下来的时间间隔55内，即在位置58和59之间，焊工改变了焊炬10的位姿或工作角度69，则焊炬10的工作角度68的实际值将位于参考值的允许极限以上。因此，产生更陡峭的工作角度69，参见位置59。从工作角度68在焊缝32的距离s上的变化情况来看，这是显然的。由控制设备4将焊接参数适配改变后的焊炬10位姿，从而保持焊缝32的质量基本上不变。而且，可以要求焊工恢复焊炬10的预设位姿。这例如在接下来的时间间隔55内，即在位置59和60之间，通过适当的警告信号来进行。在这种情况下，减小工作角度69，因此逐渐适配由参考值预设的工作角度69，直到位置60，则警告信号不发声。因此，可以以正确的工作角度69完成焊缝32。

一般来说，针对图8和图9应该注意，通知到焊工的识别出的矫正措施以及焊炬10的错误位姿和错误焊接速度连同焊炬10的3D位置一起存储。例如，可以通过计算机64例如从估算单元40、外部估算单元63或者控制设备4随后读出这些矫正措施数据以及参考值。它们例如可以用来分析所执行的焊接过程。这样做的时候，焊缝32即实际值与参考值之间的差异将变得明显。因此将对焊接过程和单独的焊接工序执行焊缝32质量的自动存档。

当然，也可以通过持续比较实际值与参考值来通知焊工当前焊接速度和焊炬位姿，所述持续比较意味着非常短的时间间隔55。例如可以通过集成在焊接头盔中的显示器或通过警告信号来进行通知。为此，接收器可以集成在焊接头盔中，以接收采取各种矫正措施所需的数据。

该显示器例如可以用向上的箭头指示速度升高并且用向下的箭头指示速度降低，没有箭头就表示实际焊接速度是正确的或者处于允许范围内。代替箭头，也可以使用数字。除显示器以外，或者取代显示器，例如集成在焊接头盔内的扩音器也可以发出警告信号。正如图8中所述，高频音调表示提高速度，低频音调表示降低速度，而没有音调则表示实际焊接速度是正确的或者处于允许范围内。类似地，通过相应地选择其他类型的音调，所述显示器和警告信号也可以用来表示太陡峭或太小的工作角度69。

可以类似地将焊接速度v和/或工作角度69显示或勾画在焊炬10或工作台28上设置的显示设备上。例如，这可以用于训练的目的，使必要的矫正措施在焊接过程中传达或显示给焊工。因此可以加速不同焊接方法的实际学习过程。自然不用说，也可以用在模拟或虚拟焊接待焊接的焊缝32的情形下，即不启动焊接过程。

在前述根据图2至图9的示例性实施方案中，接收器35上向估算单元40发射用于确定焊炬10三维位置的测量数据的传感器35-38和43-45集成在焊炬10中。

也可以将传感器36-38和43-45集成在焊工的工作装备特别是工作手套、手表或腕套上。在这种情况下，除参考值外，存储焊工编号是有利的。例如，上述情况是这样实现的：集成在接收器35中的数据通信单元41将同时向估算单元40传输限定的编号。这能让估算单元40分配焊工的名字或者数字，所述名字或者数字将相应存储。但是，在这种情况下，允许极限必须提高，因为工作装备的改变不能精确保证位置和改变之前一样。

代替传感器36-38和43-45，还可以将发射器33集成在焊炬10中。在这种情况下，接收器35将承担起前述发射器33的任务，且反之亦然。因此接收器35和传感器将安装在工作间中，并经由无线电链路或线缆连接件而与估算单元40连接。因此，估算单元40又能确定并存储焊炬10的3D位置。当然，这种类型的位置检测设备将取决于发射器33的尺寸，使得后者不会影响焊炬10的尺寸。

基本上，图2至图9所述用来检测焊炬10位置的方法，以及所述的系统不仅适用于手动焊炬，而且适用于自动焊接设备。在后一种情况下，关注点特别是质量保证，即能记录并存储以及后续分析同类工件16的焊缝32的质量。

Claims (32)

1.一种焊接方法，该方法使用位置被确定的焊炬(10)，其特征在于，发射器(33)发出信号(34)，该信号被至少一个传感器(36)接收，所述传感器集成在所述焊炬(10)中或与所述焊炬相关联，并且接收到的测量数据发送给估算单元(40)，而估算单元(40)确定所述焊炬(10)在三维空间中的位置值。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述接收到的测量数据和/或被确定的所述焊炬(10)的3D位置值被存储。

3.如权利要求1或2所述的焊接方法，其特征在于，在任何设置时刻，特别是在以所述焊炬(10)执行的焊接过程的开始和结束时，确定所述焊炬(10)的3D位置值。

4.如权利要求2或3所述的焊接方法，其特征在于，除了所述3D位置值之外，还存储关联的焊接参数，用于以所述焊炬(10)执行的焊接过程。

5.如权利要求1至4任一项所述的焊接方法，其特征在于，除了所述3D位置值之外，还存储以所述焊炬(10)执行的焊接过程的关联时间。

6.如权利要求1至5任一项所述的焊接方法，其特征在于，确定的所述3D位置值，任选连同所述关联的焊接参数和时间，作为参考值用于后续同类焊接过程。

7.如权利要求1至6任一项所述的焊接方法，其特征在于，确定的3D位置值，任选连同关联的焊接参数和时间，与存储的参考值相比较，并且根据需要，矫正所述焊接参数并存储该变化。

8.如权利要求1至7任一项所述的焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，获取和存储与焊接质量有关的数据，特别是焊接速度、焊缝(32)的顺序和焊炬(10)的工作角度(69)。

9.如权利要求1至8任一项所述的焊接方法，其特征在于，读出存储的至少一个所执行的焊接过程的焊炬(10)的3D位置值、任选的参考值以及存储的变化，用于分析。

10.如权利要求1至9任一项所述的焊接方法，其特征在于，在所述确定的3D位置值基础上，自动调节焊接过程的所述焊接参数。

11.如权利要求1至10任一项所述的焊接方法，其特征在于，将确定的焊炬(10)的3D位置值与参考值相比较，并声学或光学指示给所述焊炬(10)的操作者。

12.如权利要求1至11任一项所述的焊接方法，其特征在于，从作为时间函数的所述确定的3D位置值，确定所述焊接速度，并将其与焊接速度默认值相比较，而且声学或光学指示给所述焊炬(10)的操作者。

13.如权利要求1至12任一项所述的焊接方法，其特征在于，仅允许在所述焊炬(10)的默认3D位置启动焊接过程。

14.如权利要求1至13任一项所述的焊接方法，其特征在于，使焊缝(32)启动位置(53)处的所述焊炬(10)的3D位置参考值适配所述焊炬(10)的操作者的偏好焊接方向。

15.如权利要求1至14任一项所述的焊接方法，其特征在于，在所述焊接设备(1)未激活的情况下，确定所述焊炬(10)的3D位置。

16.如权利要求1至15任一项所述的焊接方法，其特征在于，集成在所述焊炬(10)的操作者的工作装备特别是腕带或手套中的至少一个传感器(43)的测量数据优选被发送给所述估算单元(40)。

17.如权利要求1至16任一项所述的焊接方法，其特征在于，参考值，例如所述焊缝(32)启动位置(53)的参考值，以及所述焊接参数存储在设置于所述焊炬(10)中的存储器(48)中。

18.如权利要求6至17任一项所述的焊接方法，其特征在于，除所述参考值以外，还存储用来识别同类工件(16)的参考值的标识符。

19.如权利要求1至18任一项所述的焊接方法，其特征在于，检测以焊炬(10)执行的所述焊接过程期间的时间。

20.如权利要求19所述的焊接方法，其特征在于，在焊接过程中确定的所述3D位置值以及所述关联时间发送到所述焊接设备(1)的控制设备(4)来计算所述焊接过程的焊接速度。

21.如权利要求1至20任一项所述的焊接方法，其特征在于，调节所述发射器(33)和参考点两者在三维空间中的距离。

22.一种焊接系统，包括焊接设备(1)和能经由软管包(23)连接的焊炬(10)，其中设置有用于确定所述焊炬(10)的位置的设备，其特征在于，为了确定所述焊炬(10)在三维空间中的位置，至少一个发射器(33)和至少一个传感器(36)布置在所述焊炬(10)中或与所述焊炬相关联，所述传感器(36)与估算单元(40)连接，从而能经由所述传感器(36)获取的测量数据确定所述焊炬(10)的3D位置值。

23.如权利要求22所述的焊接系统，其特征在于，所述发射器(33)由线圈、无线电站点、雷达站点或类似卫星特别是根据GPS系统的卫星的移动发射器(33)形成。

24.如权利要求22或23所述的焊接系统，其特征在于，所述位置检测设备的发射器(33)包括至少一个线圈，用于在所述焊炬(10)的焊接过程区域(27)内产生磁场，并且至少一个用来检测所述线圈产生的所述磁场的传感器(36)布置在所述焊炬(10)中或与所述焊炬相关联。

25.如权利要求22至24任一项所述的焊接系统，其特征在于，所述发射器(33)覆盖若干焊接过程区域(27)，因此覆盖若干焊炬(10)，从而能经由集成在所述焊炬中的或与所述焊炬相关联的传感器(36-38)确定所述若干焊炬(10)的3D位置。

26.如权利要求22至25任一项所述的焊接系统，其特征在于，在三维空间中，每个焊接过程区域(27)被分配有其自身的参考点(62)。

27.如权利要求22至26任一项所述的焊接系统，其特征在于，所述传感器(36)由磁阻传感器(36)形成。

28.如权利要求22至27任一项所述的焊接系统，其特征在于，设置设备(39)，用于过滤所产生的干扰磁场，特别是由所述焊接设备(1)的电源(2)和电弧(15)产生的干扰磁场。

29.如权利要求22至28任一项所述的焊接系统，其特征在于，设置有显示设备，用于声学和/或光学显示确定的3D位置或与参考位置的偏差，从而有利于实施矫正措施。

30.如权利要求29所述的焊接系统，其特征在于，所述显示设备集成在焊工的工作装备中，特别是集成在焊接头盔中。

31.如权利要求22至30任一项所述的焊接系统，其特征在于，至少一个传感器(36)设置在焊工的工作装备中，特别是设置在腕带或手套中。

32.一种焊接系统，包括焊接设备(1)和能经由软管包(23)连接的焊炬(10)，其中设置有用来确定所述焊炬(10)的位置的设备，其特征在于，为了确定所述焊炬(10)的位置，至少一个发射器(33)集成在所述焊炬(10)中或与所述焊炬相关联，并且至少一个传感器(36)布置在三维空间中，该传感器(36)与估算单元(40)连接，从而能经由所述传感器(36)获取的测量数据确定所述焊炬(10)的3D位置值。

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