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CN109834368A - 跨制造环境支持焊接质量的系统和方法 - Google Patents

跨制造环境支持焊接质量的系统和方法 Download PDF

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CN109834368A
CN109834368A CN201811429034.7A CN201811429034A CN109834368A CN 109834368 A CN109834368 A CN 109834368A CN 201811429034 A CN201811429034 A CN 201811429034A CN 109834368 A CN109834368 A CN 109834368A
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CN
China
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welding
compartment
manufacture
controller
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
CN201811429034.7A
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English (en)
Inventor
J·A·丹尼尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lincoln Global Inc
Original Assignee
Lincoln Global Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lincoln Global Inc filed Critical Lincoln Global Inc
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Abstract

披露了用于跨制造环境支持焊接质量的系统和方法的实施例。一个实施例包括制造环境内的多个制造隔室，其中每个制造隔室包括隔室控制器和焊接设备。通信网络支持中央控制器与每个制造隔室的隔室控制器之间的数据通信。所述中央控制器经由所述通信网络从每个制造隔室的隔室控制器收集实际焊接参数数据，以形成在每个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件的聚合焊接参数数据。所述中央控制器对所述聚合焊接参数数据进行分析，以生成更新后的焊接设定。将所述更新后的焊接设定经由所述通信网络从所述中央控制器传送至每个制造隔室的隔室控制器。

Description

跨制造环境支持焊接质量的系统和方法
相关申请的交叉引用/援引并入
此美国专利申请要求于2017年11月29日提交的美国临时专利申请序列号62/592,072的优先权和权益，所述申请的所有披露内容通过援引并入本文。2018年4月10日发布的美国专利号9,937,577以其全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本发明的实施例涉及跨制造环境的多个制造隔室支持焊接质量(例如，焊接质量校正和验证)。
背景技术
当跨制造环境内的许多制造隔室焊接同一类型的工件时，跨制造隔室保持这些焊接工件的一致质量可能是具有挑战性的。随着时间的推移，这些制造隔室内的不同焊接设备的焊接设置可能变化，并且从一个隔室到下一个隔室变得非常不同。结果是，同一类型的焊接工件的质量可能从一个隔室到下一个隔室变得不同。然而，期望跨制造环境维持一致“良好”质量的工件。
发明内容
本发明的实施例包括与跨制造环境支持焊接质量有关的系统和方法。
一个实施例包括一种跨制造环境支持焊接质量的系统。所述系统包括制造环境内的多个制造隔室。所述多个制造隔室中的每个制造隔室包括隔室控制器和焊接设备。所述制造隔室可以是机器人制造隔室或非机器人(例如，半自动或手动)制造隔室。所述系统还包括中央控制器和通信网络，所述通信网络操作性地连接至所述中央控制器和所述多个制造隔室。所述通信网络被配置成支持所述中央控制器与所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的隔室控制器之间的数据通信(例如，有线和/或无线通信)。所述中央控制器被配置成经由所述通信网络从所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的隔室控制器收集实际焊接参数数据，以形成在所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件的聚合焊接参数数据。实际焊接参数数据包括所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中的焊接设备为焊接同一类型的工件而使用的实际焊接参数的值和范围。所述中央控制器还被配置成对所述聚合焊接参数数据进行分析，以针对所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的所述同一类型的工件生成更新后的焊接设定。所述中央控制器还被配置成经由所述通信网络将所述更新后的焊接设定传送至所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的隔室控制器。在一个实施例中，所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的焊接设备被配置成将所述实际焊接参数数据传达到所述隔室控制器、从所述隔室控制器接收所述更新后的焊接设定、并且使用所述更新后的焊接设定进行所述同一类型的工件的后续焊接。所述实际焊接参数数据和所述更新后的焊接设定可以包括例如焊接电压、焊接电流、焊弧行进速度、焊丝给送速度、焊丝电极外伸距离、以及焊接波形的值和范围。所述实际焊接参数数据的至少一部分可以作为操作员选定的焊接参数数据存储在所述多个制造隔室的每个制造隔室的焊接设备的存储器中。根据一个实施例，所述系统进一步包括位于所述多个制造隔室的每个制造隔室中的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成感测为焊接所述同一类型的工件而使用的所述实际焊接参数中的至少一个实际焊接参数。所述传感器可以包括例如被配置成感测焊接电压的电压传感器、被配置成感测焊接电流的电流传感器、被配置成感测焊弧行进速度的运动传感器、被配置成感测焊丝给送速度的速度传感器、被配置成感测电极外伸距离的视觉传感器、或被配置成感测气体流的流量传感器。
一个实施例包括一种支持焊接出焊接序列以制造工件的制造隔室。所述制造隔室包括：机器人焊接设备，所述机器人焊接设备被配置成进行机器人焊接来作为制造工件的至少一部分；以及非机器人焊接设备，所述非机器人焊接设备被配置成允许人类操作员进行非机器人(例如，手动或半自动)焊接来作为制造所述工件的至少另一部分。所述制造隔室还包括焊接次序控制器，所述焊接次序控制器被配置成控制与为制造所述工件而进行作为焊接序列的所述机器人焊接和所述非机器人焊接相关联的定时。根据一个实施例，所述定时和所述焊接序列是在焊接开始之前预先确定和固定的。根据一个实施例，所述机器人焊接设备无法到达为制造所述工件而待进行所述非机器人焊接的位置。在一个实施例中，所述焊接次序控制器被配置成，在制造所述工件时，基于所述焊接序列中先前焊接的状况来对所述焊接序列中的待进行的后续焊接的位置和定时中的至少一者进行适配。在一个实施例中，所述焊接次序控制器被配置成，在制造所述工件时，当所述焊接序列中的紧邻前一道焊接是所述机器人焊接设备遗漏的机器人焊接时通过将非机器人焊接添加为待进行的下一道焊接来对所述焊接序列进行适配。所述工件上的所述待以非机器人方式进行的下一道焊接的位置与所述紧邻前一道焊接的位置相同。在一个实施例中，所述焊接次序控制器被配置成，基于所述焊接序列中所进行的紧邻前一道焊接的至少一个质量参数来判定所进行的所述紧邻前一道焊接是否有缺陷。在一个实施例中，所述焊接次序控制器被配置成，在制造所述工件时，当所述焊接序列中的紧邻前一道焊接是被确定为有缺陷的机器人焊接时，通过将非机器人焊接添加为待进行的下一道焊接来对所述焊接序列进行适配。所述工件上的所述待以非机器人方式进行的下一道焊接的位置与所述紧邻前一道焊接的位置相同。在一个实施例中，所述制造隔室还包括与所述焊接序列中的至少一道焊接相关联的至少一个传感器。所述传感器被配置成感测与产生至少一道焊接相关联的至少一个质量参数并且将所述质量参数直接或间接地报告给所述焊接次序控制器。传感器可以包括例如可见光谱传感器、射线摄影传感器、激光传感器、电磁传感器、红外传感器、温度传感器、光谱仪传感器、或超声波传感器。质量参数可以与例如工件上的焊接位置、焊道尺寸、焊道形状、焊接熔深、焊接熔合、焊接孔隙、焊接开裂、焊接夹杂、焊接不连续性、焊弧等离子体类型、或焊弧等离子体温度有关。
根据以下对示例性实施例的详细描述、根据权利要求书并且根据附图，总体发明概念的许多方面将变得显而易见。
附图说明
合并到本说明书中并成为本说明书一部分的附图示出了本公开内容的不同实施例。应理解的是，附图中展示的元件边界(例如，框、框组或者其他形状)表示边界的一个实施例。在一些实施例中，一个元件可以被设计成多个元件，或者多个元件可以被设计成一个元件。在一些实施例中，作为一个元件的内部部件而示出的另一个元件可以被实现为外部部件，反之亦然。此外，元件可以不是按比例绘制的。
图1展示了制造环境内用于制造工件的制造隔室的一个实施例；
图2展示了跨具有多个制造隔室的制造环境支持焊接质量的系统的一个实施例，所述多个制造隔室经由通信网络与中央控制器进行有线通信；
图3展示了跨具有多个制造隔室的制造环境支持焊接质量的系统的一个实施例，所述多个制造隔室经由通信网络与中央控制器进行无线通信；
图4展示了制造隔室将焊接参数数据传送至中央控制器的一个实施例；
图5展示了中央控制器将更新后的焊接设定传送至制造隔室的一个实施例；
图6A、图6B和图6C展示了三种类型的数据分析的实施例，可以由中央控制器执行所述数据分析；
图7展示了用于在制造环境的制造隔室内监测实际焊接参数的传感器的示例性实施例；
图8展示了用于跨制造环境支持焊接质量的方法的一个实施例的流程图；
图9展示了制造环境内用于制造工件的制造隔室的另一个实施例；
图10展示了用于支持在制造隔室内按焊接序列进行焊接的方法的一个实施例的流程图；
图11展示了用于当在制造隔室内制造工件时监测所制作的焊接序列的质量参数的传感器的示例性实施例；并且
图12展示了控制器(例如，在本文描述的系统中使用的中央控制器、隔室控制器、或焊接次序控制器)的示例性实施例。
具体实施方式
披露了用于支持焊接质量的系统和方法的实施例。例如，可以跨所有制造隔室(整个工厂/安装基地)观察焊接参数数据，对其进行分析并将其作为更新后的焊接设定推送回到单独的制造隔室，从而为质量改进的基础提供了从其学习哪些设定在特定类型的工件上进行高质量(“良好”)焊接的较大群组机器(这不同于仅一台机器的设定限制)。这样的较大数据集提供了更稳健的焊接参数数据集，以确定产生质量焊接的焊接设定。
一个实施例包括制造环境内的多个制造隔室，其中每个制造隔室包括隔室控制器和焊接设备。通信网络支持中央控制器与每个制造隔室的隔室控制器之间的数据通信。中央控制器通过通信网络从每个制造隔室的隔室控制器收集实际焊接参数数据。实际焊接参数数据包括所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中的焊接设备为焊接同一类型的工件而使用的实际焊接参数的值和范围。中央控制器聚和并分析从全部制造隔室收集到的焊接参数数据，以生成用于每个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件的更新后的焊接设定。将更新后的焊接设定经由通信网络传送至每个制造隔室的隔室控制器，以供相应的焊接设备使用。
本文中的实例和附图仅仅是说明性的而不意味着限制本发明，本发明通过权利要求书的范围和精神来衡量。现在参照附图，其中，示出的内容仅是出于展示本主题发明的示例性实施例的目的，而不是出于限制本主题发明的示例性实施例的目的，图1展示了制造环境内用于制造工件的制造隔室10的一个实施例。本文关于配置有焊接设备对制造隔室10进行详细讨论。焊接设备可以是机器人焊接设备、非机器人(例如，半自动或手动)焊接设备、或它们的某一组合。设想到的是，制造隔室可以用于通过诸如熔化极气体保护焊(GMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、或钨极气体保护焊(GTAW)的工艺来焊接工件。根据其他实施例，其他焊接工艺也是可能的。
参照图1，制造隔室10是焊接制造隔室，并且总体上包括框架12、布置在框架内的机器人14、以及同样相应地布置在框架内的第一焊接台16和第二焊接台18。制造隔室10可用于焊接工件(零件)22和24。在图1所描绘的实施例中，框架12包括多个侧壁和门以包围机器人14以及焊接台16和18。虽然示出了平面视图中大致矩形的构型，但是框架12和隔室10可以采取多种构型。
前通道门26安装至框架12上以便通到该框架内部。前通道门26可以采用双折构型，其中门包括两个铰链组：将门26附接到框架12的第一铰链组和将门的一个面板附接到另一个板的第二铰链组。然而，前通道门26可以采用其他构型，例如滑动门或摆动门。类似地，后通道门28也安装在框架12上。所描绘的实施例中的后通道门28也采用双折构型；然而，后通道门可以采用其他构型，如参照前通道门26所讨论的构型。在任一门上(仅描绘在前门26上)可以提供多个窗口32。例如，这些窗口可以包括有色安全屏(tinted safetyscreen)。
在框架12上与前门26相邻地提供了控制面板40。控制面板40上所提供的控制旋钮和/或开关与同样安装在框架12上的控件包壳42中容纳的控件进行通信。可以按与用于已知制造隔室的控件相类似的方式使用控制面板40上的控件来控制在制造隔室10中执行的操作。
在一个实施例中，机器人14安装在一个基座上，该基座安装在支撑件上。在所描绘的实施例中机器人14是相对于焊接台16和18居中的并且包括多条移动轴线。如果希望的话，基座可以类似于转动架而相对于支撑件进行旋转。相应地，有些驱动机构(例如，电机和传动装置(未示出))可以被容纳在基座中和/或支撑件中以用于使机器人14旋转。根据另一个实施例，例如，用定位器代替基座，该定位器固持并且重新定位工件(例如，通过旋转工件和/或改变工件的高度)以按焊接序列进行焊接。
在一个实施例中，焊枪60附接至机器人14的臂的远端。焊枪60可以是类似于本领域已知的焊枪。柔性导管或管道62附接至焊枪60上。可以储存在容器66中的可消耗的焊接电极焊丝64穿过导管62被递送至焊枪60。焊丝给送器68附接至框架12，以利于将可消耗焊丝64递送至焊枪60。虽然机器人14被示出为安装至框架12的基部或下部部分，但是如果希望的话，机器人14可以安装至框架的上部结构并且向下悬垂到制造隔室10中。在一个实施例中，为了进行焊接操作的焊接电源72安装并搁置在平台74上，该平台连接至框架12并且可以是该框架的一部分。
在图1的实施例中，传感器61是贴近焊枪60安装的。例如，根据一个实施例，传感器61是被配置成在焊接操作期间感测焊接电压(一种类型的焊接参数)的电压传感器。在其他实施例中，传感器61可以是可能安装在制造隔室10内其他地方的不同类型的传感器。例如，传感器61可以是用于感测焊接电流的电流传感器、用于感测焊枪60(和焊枪60所产生的焊弧)的行进速度的运动传感器(例如，具有加速度计)，用于感测焊丝给送速度的速度传感器(例如，焊丝给送器68上具有RPM输出的电机)、被配置成感测电极外伸距离的视觉传感器(例如，相机)、或者用于感测气体流(例如，保护气体的流动速率)的流量传感器。一般地，在整个制造隔室中可以采用多个传感器，以在焊接操作期间感测多个实际焊接参数。由传感器感测到的焊接参数可以(例如，有线或无线地)传送至制造隔室10的焊接电源和/或控制器。根据一些实施例，可以采用传感器融合技术或数据融合技术来组合来自两个或更多个传感器的数据，以生成与工件上的焊接操作相关联的焊接参数数据。此外，焊接参数数据可以包括表示焊接参数的数据，所示焊接参数由人类操作员选定、存储在焊接设备的存储器(例如，控件包壳42内的存储器43)中、并且实际上被焊接设备使用以在工件上进行焊接。
在图1中，另一传感器63安装在工件22附近，以观察在工件22上产生的焊接的质量参数。根据一个实施例，传感器63被配置成观察在工件22上产生的焊接。例如，传感器63可以是可见光谱传感器(例如，相机)、射线摄影传感器、激光传感器、电磁传感器、红外传感器、温度传感器、光谱仪传感器、或超声波传感器。质量参数可以与例如工件/零件22上的焊接位置、焊道尺寸、焊道形状、焊接熔深、焊接熔合、焊接孔隙、焊接开裂、焊接夹杂、焊接不连续性、焊弧等离子体类型、或焊弧等离子体温度有关。根据各种实施例，这种感测可以在焊接期间和/或在焊接之后实现。根据一些实施例，可以采用传感器融合技术或数据融合技术来组合来自两个或更多个传感器的数据，以生成与焊接相关联的质量参数数据。此外，在一个实施例中，提供用户接口以供操作员容易地改变焊接设定。例如，用户可以改变与在焊接工件上焊接出的特定焊接相关联的一个或多个焊接设定，从而产生更高质量的焊接。根据一个实施例，用户接口可以是例如控制面板40。
隔室控制器76与制造隔室10(包括机器人14)的焊接设备的不同部分进行通信并控制所述部分，并且搁置并安装在平台74上。例如，根据一个实施例，隔室控制器76可以与控件包壳42中的控件和电源72进行通信。隔室控制器76还被配置成与外部中央控制器进行通信，如本文稍后所讨论的那样。在一个实施例中，隔室控制器76和例如焊接设备(例如，焊接电源72)可以彼此进行通信(交换数据)。根据一个实施例，焊接设备可以将实际焊接参数数据传送至隔室控制器76，并且隔室控制器76可以向焊接设备提供更新后的焊接设定。根据各种实施例，隔室控制器76可以以有线和/或无线的方式从制造隔室的许多不同装置(机器人、电源、控件包壳、工具、传感器等)收集数据。
图2展示了跨具有多个制造隔室210的制造环境支持焊接质量的系统200的一个实施例，所述多个制造隔室经由通信网络230与中央控制器220进行有线通信。例如，每个制造隔室210可以类似于图1的制造隔室10，支持焊接设备并且具有隔室控制器(例如，类似于图1的隔室控制器76)。在图2的实施例中，制造隔室210与中央控制器220之间经由通信网络230的通信是通过有线通信(例如，铜丝或光纤)实现的。类似地，图3展示了跨具有多个制造隔室310的制造环境支持焊接质量的系统300的一个实施例，所述多个制造隔室经由通信网络330与中央控制器320进行无线通信。具有有线通信和无线通信组合的系统的实施例也是可能的。在一个实施例中，制造隔室210和/或310是机器人制造隔室。在另一个实施例中，制造隔室210和/或310是由人类用户操作以在工件/零件上产生焊接的非机器人(例如，半自动或手动)制造隔室。在又一个实施例中，制造隔室210和/或310包括机器人焊接设备和非机器人焊接设备两者。
再次参照图2和图3，根据一个实施例，每个制造隔室210(或310)包括隔室控制器(例如，类似于图1的隔室控制器76)。每个隔室控制器和中央控制器220(或320)可以与图12的控制器1200(本文稍后进行讨论)共享一个或多个特征。根据各种实施例，通信网络230(或330)可以被配置成例如局域网、广域网、互联网、或其某种组合，并且可以包括例如服务器计算机、网络存储装置、无线路由器、调制解调器、或其某种组合。每个制造隔室210(或310)的隔室控制器被配置成经由通信网络230(或330)与中央控制器220(或320)进行通信。
在简单(最小)的实施例中，通信网络230可以被配置为例如连接在中央控制器220处的数字通信电路与制造隔室210处的数字通信电路之间的数字通信缆线(例如，铜或光纤)。数字通信电路被配置成通过数字通信缆线在中央控制器220与制造隔室210之间发送和接收数字数据。而且，在简单(最小)的实施例中，无线通信网络330可以被配置为例如连接至中央控制器320处的无线数字通信电路和制造隔室310处的无线数字通信电路的射频天线。无线数字通信电路被配置成经由天线在中央控制器320与制造隔室310之间发射和接收用数字数据编码的射频信号(例如，WiFi信号)。因此，根据各种实施例，通信网络230(和330)可以具有远离中央控制器220(和320)和制造隔室210(和310)定位的、和/或定位在中央控制器220(和320)和制造隔室210(和310)处的元件。
制造隔室的隔室控制器(例如，图1的隔室控制器76)充当用于制造隔室的通信集线器，并且可以收集该制造隔室的所有实际焊接参数数据。中央控制器220(或320)随着时间的推移从跨制造环境的制造隔室210(或310)收集实际焊接参数数据，以形成用于在跨制造环境的所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件的聚合焊接参数数据。实际焊接参数数据包括所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中的焊接设备为焊接同一类型的工件而使用的(所感测的和/或用户选定的)实际焊接参数的值和范围。实际焊接参数集可以包括例如焊接电压、焊接电流、行进速度、焊丝给送速度、电极外伸距离、以及气体流动速率。根据各种实施例，实际焊接参数的值可以是从工件上的一道焊接到另一道焊接相同或不同。因此，根据一个实施例，聚合焊接参数数据是按特定工件类型上的具体焊接位置进行分类的。
图4展示了当中央控制器220从跨制造环境的多个制造隔室收集焊接参数数据时制造隔室210将焊接参数数据400传送至中央控制器220的一个实施例。图5展示了中央控制器220将更新后的焊接设定510传送至制造隔室210的一个实施例。参照图4和图5，中央控制器220从所述多个隔室收集焊接参数数据400以形成聚合焊接参数数据(AWPD)500。中央控制器220分析所述聚合焊接参数数据(AWPD)500并且生成更新后的焊接设定510，所述更新后的焊接设定被传送至制造环境内的所述多个制造隔室210中的每一个制造隔室。与实际焊接参数类似，例如，更新后的焊接设定可以包括焊接电压、焊接电流、行进速度、焊丝给送速度、电极外伸距离、以及气体流动速率的值和范围的可选择的设定。对于特定类型的工件上待进行的每道焊接，更新后的焊接设定可以是相同的或可以是不同的，这取决于待进行的焊接的性质。
根据一个实施例，假定聚合焊接参数数据表示为跨制造环境在同一类型的工件上进行“良好”质量焊接而使用的实际焊接参数。根据另一个实施例，例如，所收集到的焊接参数数据被标记为来自“良好”质量焊接或不是来自“良好”质量焊接。以这种方式，所得到的更新后的焊接设定510应表示将产生“良好”质量焊接的焊接设定的值和范围。
图6A、图6B和图6C展示了三种类型的数据分析的实施例，中央控制器可以对聚合焊接参数数据(AWPD)执行所述数据分析以生成更新后的焊接设定。第一类型的分析610是统计分析。例如，在一个实施例中，使用统计技术来计算(跨制造环境中针对为在跨制造环境的制造隔离室中的同一类型的工件上进行特定焊接而使用的特定实际焊接参数所收集的)实际焊接参数数据的平均值和标准偏差。然后使用所述平均值和标准偏差来生成所述特定焊接参数的更新后的值和范围(设定)。第二类型的分析620是回归分析，并且第三类型的分析630是聚类分析。以类似的方式，由回归分析或聚类分析得到的计算特征可以用于生成特定焊接参数的更新后的值和范围(设定)。根据其他实施例，其他类型的分析也是可能的。
对于每个焊接参数，将更新后的焊接设定经由通信网络从中央控制器传送至制造环境中的每个制造隔室的隔室控制器。在一个实施例中，每个隔室控制器将更新后的焊接设定传送至每个相应的制造隔室中的焊接设备，并且焊接设备使用所述更新后的焊接设定(例如，存储在焊接设备的存储器中)来在同一工件类型的工件上进行后续焊接。例如，在非机器人的情形下，向用户呈现更新后的焊接设定的可选择的值和范围，以执行焊接操作以在同一类型的工件上产生特定焊接。用户从更新后的焊接设定中进行选择。在机器人的情形下，制造隔室的隔室控制器将机器人焊接设备限制为仅使用由更新后的焊接设定所定义的焊接参数来执行焊接操作，以在同一类型的工件上产生特定焊接。以这种方式，通过使用基于先前用于跨制造环境产生“良好”质量焊接的实际焊接参数的更新后的焊接设定，在同一类型的工件上产生的后续焊接应具有更好的机会成为“良好”质量，并且应跨制造环境维持一致质量。更新后的焊接设定防止用户和/或机器人系统使用可能导致“不良”质量焊接的与所述更新后的焊接设定的值和范围偏离的焊接设定。
图7展示了用于在制造环境的制造隔室内监测实际焊接参数的传感器(例如，图1的传感器61)的示例性实施例。所述传感器可以是安装在制造隔室内或制造隔室的设备内的不同位置的不同类型的传感器。例如，根据一个实施例并参照图7，电压传感器710被配置成在焊接操作期间感测焊接电压(一种类型的焊接参数)。此外，电流传感器720被配置成感测焊接电流，运动传感器730(例如，具有加速度计)被配置成感测焊枪(和焊枪所产生的焊弧)的行进速度，速度传感器740(例如，具有焊丝给送器上具有RPM输出的电机)被配置成感测焊丝给送速度，视觉传感器750(例如，相机)被配置成感测电极外伸距离，并且流量传感器760被配置成感测气体流(例如，保护气体的流动速率)。一般地，在整个制造隔室中可以采用不同类型的多个传感器，以感测多个实际焊接参数。这样的感测可以在焊接操作期间实现。由传感器感测到的焊接参数可以(例如，有线或无线地)传送至制造隔室的焊接电源和/或隔室控制器。根据一些实施例，可以(例如，在隔室控制器或中央控制器中)采用传感器融合技术或数据融合技术来组合来自两个或更多个传感器的数据，以生成与工件上的焊接操作相关联的焊接参数数据。
图8展示了用于跨制造环境支持焊接质量的方法800的一个实施例的流程图。方法800包括在框810处经由通信网络从跨制造环境的多个制造隔室中的每一个制造隔室收集实际焊接参数数据，以形成在所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件的聚合焊接参数数据。实际焊接参数数据包括(所感测的和/或用户选定的)实际焊接参数的值和范围，所述实际焊接参数例如为所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中的焊接设备为焊接同一类型的工件而使用的焊接电压、焊接电流、行进速度、焊丝给送速度、电极外伸距离、以及气体流动速率。在框820处，对聚合焊接参数数据进行分析，以针对所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件生成更新后的焊接设定。所述更新后的焊接设定包括例如焊接电压、焊接电流、行进速度、焊丝给送速度、电极外伸距离、以及气体流动速率的值和范围。在框830处，所述更新后的焊接设定经由通信网络传送至跨制造环境的所述多个制造隔室中的每一个制造隔室。例如，根据一个实施例，中央控制器将更新后的焊接设定传送至所述多个制造隔室的每个隔室控制器，并且每个隔室控制器将所述更新后的焊接设定传送至相应制造隔室的相应焊接设备。
在框840处，所述更新后的焊接设定被存储和编程，以在所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中由焊接设备使用以进行同一类型的工件的后续焊接。例如，在非机器人的情形下，向用户呈现更新后的焊接设定的可选择的值和范围，以执行焊接操作以在同一类型的工件上产生特定焊接。在机器人的情形下，制造隔室的隔室控制器将机器人焊接设备限制为仅使用由更新后的焊接设定所定义的焊接参数来执行焊接操作，以在同一类型的工件上产生特定焊接。以这种方式，通过使用基于先前用于跨制造环境产生“良好”质量焊接的实际焊接参数的更新后的焊接设定，在同一类型的工件上产生的后续焊接应具有更好的机会成为“良好”质量，并且应跨制造环境维持一致质量。
图9展示了制造环境内用于制造工件的制造隔室900的另一个实施例。制造隔室900类似于图1的制造隔室10。然而，制造隔室900还包括焊接次序控制器(或焊接作业定序器)910。在另一个实施例中，焊接次序控制器910是隔室控制器76的一部分。焊接次序控制器910可以与本文稍后讨论的图12的控制器1200共享一个或多个特征。制造隔室900还包括非机器人焊接设备(例如，供人类焊工进行半自动焊接)，所述非机器人焊接设备包括可类似于本领域已知焊枪的焊枪920。柔性导管或管道930附接至焊枪920上。可以储存在容器950中的可消耗的焊接电极焊丝940穿过导管930被递送至焊枪920。焊丝给送器960附接至框架12，以利于将可消耗焊丝940递送至焊枪920。
在替代性实施例中，焊枪920被替换为手工焊条保持器(未示出)，该手工焊条保持器被配置用于手工焊接(一种由人类焊工执行的非机器人焊接)。根据另一个实施例，代替具有用于机器人焊接的焊枪60和用于非机器人焊接的焊枪920的制造隔室900，焊枪60可以从机器人14拆卸并连接至焊丝给送器960以执行非机器人焊接。根据一个实施例，同一焊接电源72可以支持机器人焊接和非机器人焊接两者。在替代性实施例中，焊接电源72支持机器人焊接，并且附加焊接电源(未示出)支持非机器人焊接(例如，由人类焊工执行的手工焊接或半自动焊接)。
在制造隔室900中，机器人焊接设备被配置成进行机器人焊接来作为制造工件的至少一部分。非机器人焊接设备被配置成允许人类操作员(焊工)进行非机器人焊接来作为制造工件的至少另一部分。焊接次序控制器910被配置成控制与为制造所述工件而按焊接序列进行机器人焊接和非机器人焊接相关联的顺序和定时。焊接定序的一般概念在美国专利号9,937,577中得以描述，该专利以其全部内容通过援引并入本文。然而，如本文进一步描述的，焊接定序可以包括既包括机器人又包括非机器人焊接的焊接序列。此外，如本文所描述的，焊接序列可以基于焊接的一个或多个条件而可适配。
根据一个实施例，所述定时和焊接序列的顺序是在在焊接开始之前预先确定和固定的。在一个实施例中，可以假定机器人焊接设备无法到达工件上待进行非机器人焊接的位置，因此，人类焊工(根据定义的焊接序列)干预来进行所述机器人焊接设备无法到达的焊接。
根据一个实施例，焊接次序控制器910被配置成，在制造工件时，基于焊接序列中先前进行的焊接的状况来对所述焊接序列中待进行的后续焊接的位置(序列中的位置)和定时中的至少一者进行适配。例如，在一个实施例中，焊接次序控制器910被配置成，在制造工件时，当焊接序列中的紧邻前一道焊接是机器人焊接设备遗漏的机器人焊接时通过将非机器人焊接(实时)添加为待进行的下一道焊接来对所述焊接序列进行适配。因此，工件上的待以非机器人方式进行的下一道焊接的位置与遗漏的紧邻前一道焊接的位置相同。以这种方式，焊接次序控制器910可以指示人类操作员(焊工)进行干预并完成遗漏的焊接。
根据一个实施例，焊接次序控制器910被配置成基于所进行的紧邻前一道焊接的至少一个质量参数来判定焊接序列中所进行的紧邻前一道焊接是否有缺陷。此外，焊接次序控制器910被配置成，在制造工件时，当焊接序列中所进行的紧邻前一道焊接是被确定为有缺陷的机器人焊接时通过将非机器人焊接(实时)添加为待进行的下一道焊接来对所述焊接序列进行适配。因此，工件上的待以非机器人方式进行的下一道焊接的位置与紧邻前一道焊接的位置相同。以这种方式，焊接次序控制器910可以指示人类操作员(焊工)进行干预并且校正有缺陷的焊接。
图10展示了用于支持在制造隔室内焊接出焊接序列的方法1000的一个实施例的流程图。所述方法包括在方框1010处控制与在制造隔室中制造工件时按焊接序列进行机器人焊接和非机器人焊接相关联的定时(例如，序列内的位置)。例如，焊接序列可以包括与待进行的非机器人焊接在时间上交错的待进行的机器人焊接，其中非机器人焊接相对于机器人焊接的定时至少部分地基于机器人焊接设备无法到达工件上的某些位置。
在框1020处，在所述焊接序列中，待进行的后续焊接的位置和定时中的至少一者是在制造工件时基于焊接序列的紧邻前一道焊接的状况来适配的。作为框1020的一个实例，在框1022处，基于紧邻前一道焊接的至少一个质量参数来作出关于机器人焊接设备是否遗漏焊接序列中的紧邻前一道焊接(一种状况)的决定。若是，则在框1024处，将非机器人焊接添加到焊接序列中，作为机器人焊接设备遗漏的紧邻前一道焊接在工件上的相同位置处待进行的下一道焊接。因此，将在未经适配的焊接序列中进行的后续焊接在时间和位置上以经适配的次序推后，以为所添加的非机器人焊接腾出空间。
作为框1020的另一个实例，在框1026处，基于紧邻前一道焊接的至少一个质量参数来作出关于焊接序列中的紧邻前一道焊接是否有缺陷(一种状况)的决定。若是，则在框1028处，将非机器人焊接添加到焊接序列中，作为例如由机器人焊接设备有缺陷地进行的紧邻前一道焊接在工件上的相同位置处待进行的下一道焊接。再次，将在未经适配的焊接序列中进行的后续焊接在时间和位置上以经适配的次序推后，以为所添加的非机器人焊接腾出空间。
以这些方式，焊接序列可以在制造工件时“在运行中”进行适配，以允许在制造隔室内有效地制造工件。下文中相对于检测质量参数的传感器来讨论确定焊接“遗漏”和/或“有缺陷”的能力。
图11展示了用于当在制造隔室内制造工件时监测所进行的焊接序列的质量参数的传感器(例如，图1和图9的传感器63)的示例性实施例。所述传感器被配置成观察在工件上产生的焊接并且将质量参数直接或间接地报告给制造隔室的焊接次序控制器。质量参数可以是遗漏焊接的指示或有缺陷的焊接的性质(例如，焊接熔深不良)的指示。
例如，用于感测焊接的质量参数的传感器可以是可见光谱传感器(例如，相机)1110、射线摄影传感器1120、激光传感器1130、电磁传感器1140、红外传感器1150、温度传感器1160、光谱仪传感器1170、或超声波传感器1180。根据其他实施例，其他类型的传感器也是可能的。质量参数可以与例如工件/零件上的焊接位置处存在/不存在焊接、焊道尺寸、焊接熔深、焊接熔合、焊接孔隙、焊接开裂、焊接夹杂、焊接不连续性、焊弧等离子体类型、或焊弧等离子体温度有关。根据其他实施例，其他质量参数也是可能的。根据一个实施例，这样的感测可以在焊接期间实时地在运行中实现。根据一些实施例，可以采用传感器融合技术或数据融合技术来组合来自两个或更多个传感器的数据，以根确定遗漏焊接或有缺陷焊接的存在。
图12展示了控制器1200(例如，在本文描述的系统中使用的中央控制器220或320、隔室控制器76、或焊接次序控制器910)的示例性实施例。控制器1200包括至少一个处理器1214，所述至少一个处理器经由总线子系统1212与多个外围装置进行通信。这些外围装置可以包括存储子系统1224(包括例如存储器子系统1228和文件存储子系统1226)、用户接口输入装置1222、用户接口输出装置1220、和网络接口子系统1216。这些输入装置和输出装置允许与控制器1200进行用户交互。网络接口子系统1216提供到外网的接口并且联接到其他计算机系统中的对应接口装置上。例如，制造隔室10的隔室控制器76可以与控制器1200共享一个或多个特征，并且可以是例如常规计算机、数字信号处理器、和/或其他计算装置。
用户接口输入装置1222可以包括键盘、定点装置(诸如鼠标、追踪球、触摸板、或图形输入板、扫描仪、并入显示器中的触摸屏)、音频输入装置(诸如声音识别系统、麦克风)和/或其他类型的输入装置。总体上，使用术语“输入装置”旨在包括将信息输入到控制器1200或到通信网络上的所有可能类型的装置和方式。
用户接口输出装置1220可以包括显示子系统、打印机、传真机、或非可见显示器(例如，音频输出装置)。显示子系统可以包括阴极射线管(CRT)、平板装置(例如，液晶显示器(LCD))、投影装置，或者用于创建可见图像的一些其他机构。该显示子系统还可以例如经由音频输出装置来提供非可见显示。总体上，使用的术语“输出装置”旨在包括将来自控制器1200的信息输出到用户或到另一个机器或计算机系统的所有可能类型的装置和方式。
存储子系统1224存储了提供或支持本文所描述的一些或所有功能的编程和数据构造(例如，作为软件模块)。例如，存储子系统1224可以包括分析软件模块，所述分析软件模块在中央控制器中用于分析聚合焊接参数数据并且为跨制造环境的制造隔室的焊接设备生成更新后的焊接设定。
软件模块一般是通过处理器1214单独地或与其他处理器组合地执行的。存储子系统中使用的存储器1228可以包括多个存储器，包括：在程序执行过程中用于存储指令和数据的主随机存取存储器(RAM)1230和存储有固定指令的只读存储器(ROM)1232。文件存储子系统1226可以对程序和数据文件提供永久存储并且可以包括硬盘驱动器、与相关联的可移动介质一起的软盘驱动器、CD-ROM驱动器、光盘驱动器，或者可移动介质盒。实现某些实施例的功能的这些模块可以通过文件存储子系统1226存储在存储子系统1224中、或者存储在通过一个或多个处理器1214可访问的其他机器中。
总线子系统1212提供了让控制器1200的这些不同部件和子系统如所旨在地彼此通信的机构。虽然总线子系统1212被示意性地示为单一总线，但是该总线子系统的替代实施例可以使用多条总线。
控制器1200可以是各种不同的类型，包括工作站、服务器、计算集群、刀片式服务器、服务器群、或任何其他数据处理系统和计算装置。由于计算装置和网络的性质不断变化，图12所描绘的控制器1200的描述仅旨在作为出于说明一些实施例的目的的具体实例。控制器1200的许多其他构型(具有比图12所描述的控制器更多或更少部件)是可能的。
虽然已经相当详细地展示和描述了所披露实施例，但是意图并不是约束或以任何方式将所附权利要求书的范围限制于这种细节。当然，出于描述主题的各个方面的目的，不可能描述部件或方法的每种可想到组合。因此，本披露不限于所示出和描述的具体细节或说明性实例。因此，本披露旨在包含落入所附权利要求书的范围内的、满足35U.S.C.§101的法定主题要求的变更、修改和变化。已经通过实例的方式给出了以上对特定实施例的描述。根据所给出的披露内容，本领域的技术人员将不仅理解总体发明概念和伴随的优点，而且还将发现对所披露结构和方法的各种明显的改变和修改。因此，所寻求的是涵盖落入如由所附权利要求及其等同物所限定的总体发明概念的精神和范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (20)

1.一种跨制造环境支持焊接质量的系统，所述系统包括：
制造环境内的多个制造隔室，其中所述多个制造隔室中的每个制造隔室包括隔室控制器和焊接设备；
中央控制器；以及
通信网络，所述通信网络操作性地连接至所述中央控制器和所述多个制造隔室、并且被配置成支持所述中央控制器与所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的隔室控制器之间的数据通信，
其中所述中央控制器被配置成：
经由所述通信网络从所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的隔室控制器收集实际焊接参数数据，以形成在所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的同一类型的工件的聚合焊接参数数据，其中所述实际焊接参数数据包括所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中的焊接设备为焊接所述同一类型的工件而使用的实际焊接参数的值和范围，
对所述聚合焊接参数数据进行分析，以针对所述多个制造隔室中的每一个制造隔室中正在焊接的所述同一类型的工件生成更新后的焊接设定，并且
经由所述通信网络将所述更新后的焊接设定传送至所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的隔室控制器。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个制造隔室中的每一个制造隔室的焊接设备被配置成：
将所述实际焊接参数数据传达到所述隔室控制器，
从所述隔室控制器接收所述更新后的焊接设定，并且
使用所述更新后的焊接设定进行所述同一类型的工件的后续焊接。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述实际焊接参数数据包括焊接电压、焊接电流、焊弧行进速度、焊丝给送速度、焊丝电极外伸距离、以及焊接波形中的至少一者的值和范围。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述更新后的焊接设定包括焊接电压、焊接电流、焊弧行进速度、焊丝给送速度、焊丝电极外伸距离、气体流动速率、以及焊接波形中的至少一者的值和范围。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述实际焊接参数数据的至少一部分作为操作员选定的焊接参数数据存储在所述多个制造隔室的每个制造隔室的焊接设备的存储器中。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包括位于所述多个制造隔室的每个制造隔室中的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成感测为焊接所述同一类型的工件而使用的所述实际焊接参数中的至少一个实际焊接参数，其中所述至少一个传感器包括以下各项中的至少一项：被配置成感测焊接电压的电压传感器、被配置成感测焊接电流的电流传感器、被配置成感测焊弧行进速度的运动传感器、被配置成感测焊丝给送速度的速度传感器、被配置成感测电极外伸距离的视觉传感器、或被配置成感测气体流的流量传感器。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述多个制造隔室是机器人制造隔室。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述多个制造隔室是非机器人制造隔室。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述通信网络被配置成便于所述中央控制器与所述多个制造隔室的每个隔室控制器之间的有线通信。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述通信网络被配置成便于所述中央控制器与所述多个制造隔室的每个隔室控制器之间的无线通信。
11.一种支持按焊接序列进行焊接以制造工件的制造隔室，所述制造隔室包括：
机器人焊接设备，所述机器人焊接设备被配置成进行机器人焊接来作为制造工件的至少一部分；
非机器人焊接设备，所述非机器人焊接设备被配置成允许人类操作员进行非机器人焊接来作为制造所述工件的至少另一部分；以及
焊接次序控制器，所述焊接次序控制器被配置成控制与为制造所述工件而按焊接序列进行所述机器人焊接和所述非机器人焊接相关联的定时。
12.如权利要求11所述的制造隔室，其中所述定时和所述焊接序列是在焊接开始之前预先确定和固定的。
13.如权利要求11所述的制造隔室，其中所述机器人焊接设备无法到达为制造所述工件而待进行所述非机器人焊接的位置。
14.如权利要求11所述的制造隔室，其中所述焊接次序控制器被配置成，在制造所述工件时，基于所述焊接序列中先前焊接的状况来对所述焊接序列中的待进行的后续焊接的位置和定时中的至少一者进行适配。
15.如权利要求11所述的制造隔室，其中所述焊接次序控制器被配置成，在制造所述工件时，当所述焊接序列中的紧邻前一道焊接是所述机器人焊接设备遗漏的机器人焊接时通过将非机器人焊接添加为待进行的下一道焊接来对所述焊接序列进行适配，并且其中所述工件上的所述待以非机器人方式进行的下一道焊接的位置与所述紧邻前一道焊接的位置相同。
16.如权利要求11所述的制造隔室，其中所述焊接次序控制器被配置成，基于所述焊接序列中所进行的紧邻前一道焊接的至少一个质量参数来判定所进行的所述紧邻前一道焊接是否有缺陷。
17.如权利要求11所述的制造隔室，其中所述焊接次序控制器被配置成，在制造所述工件时，当所述焊接序列中的紧邻前一道焊接是被确定为有缺陷的机器人焊接时通过将非机器人焊接添加为待进行的下一道焊接来对所述焊接序列进行适配，并且其中所述工件上的所述待以非机器人方式进行的下一道焊接的位置与所述紧邻前一道焊接的位置相同。
18.如权利要求11所述的制造隔室，进一步包括与所述焊接序列中的至少一道焊接相关联的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器被配置成感测与产生所述至少一道焊接相关联的至少一个质量参数并且将所述至少一个质量参数直接或间接地报告给所述焊接次序控制器。
19.如权利要求18所述的制造隔室，其中所述至少一个传感器包括可见光谱传感器、射线摄影传感器、激光传感器、电磁传感器、红外传感器、温度传感器、光谱仪传感器、或超声波传感器中的至少一者。
20.如权利要求18所述的制造隔室，其中所述至少一个质量参数与所述工件上的焊接位置、焊道尺寸、焊道形状、焊接熔深、焊接熔合、焊接孔隙、焊接开裂、焊接夹杂、焊接不连续性、焊弧等离子体类型、或焊弧等离子体温度中的至少一者有关。
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