CN103521965A - 自动焊接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊接系统及焊接方法，该焊接系统包括焊接臂、用于侦测焊缝轮廓的传感器及控制器。该控制器用于控制该传感器进行侦测，并根据侦测结果计算焊接参数以控制该焊接臂执行自动焊接操作。该控制器包括：焊缝轮廓侦测单元，用于侦测初始焊缝轮廓及侦测每一焊接层填充后剩余的焊缝轮廓；焊缝轮廓计算单元，用于计算所述侦测到的焊缝轮廓；焊接轨迹点产生单元，基于上述计算得出的焊缝轮廓，用于产生每一焊接层的焊接轨迹点；及焊接参数设定单元，基于上述产生的焊接轨迹点及计算得出的焊缝轮廓，用于设定每一焊接层的焊接参数。

Description

自动焊接系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动焊接系统及方法。

背景技术

目前，机器人自动焊接技术已经广泛应用于很多领域，例如在汽车制造中，汽车的整体焊接大部分是通过焊接机器人来实现的。

在现有的焊接系统中，需要操作员在执行焊接操作之前事先在焊缝内对所有焊接轨迹点一一进行示教并相应地对每一个示教的焊接轨迹点设定合适的焊接参数，然后操作员再启动焊接操作，焊接系统再根据示教后的数据进行后续自动焊接操作。但是，由于示教的点数量很多，例如需要手动示教上千个示教点，如此会大大降低工作效率，尤其在焊接的产品数量不是很多的情况下更为突出。并且，在一些复杂的焊接情况下，每个焊接轨迹点或大部分焊接轨迹点若都应用人工示教的话，很难保证每一个示教点的准确性，如此可能导致后续焊接的品质可能不佳甚至无法完成焊接。例如若焊缝的深度较大的话，焊接的层数和每一层的道数就会相应的增加，人工示教的焊接轨迹点也就相应的增多，这会使示教的准确度要求相当的高，如此很可能无法满足焊接的品质要求。

所以，需要提供一种新的机器人自动焊接系统及方法来解决至少上述问题。

发明内容

现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。

本发明的一个方面在于提供一种焊接系统，用于自动焊接一焊缝，该焊接系统包括：

传感器，用于侦测焊缝轮廓；及

控制器，用于控制该传感器进行侦测，并根据侦测结果计算焊接参数以控制该焊接臂执行自动焊接操作，该控制器包括：

焊缝轮廓侦测单元，用于控制该传感器侦测初始焊缝轮廓及侦测每一焊接层填充后剩余的焊缝轮廓；

焊缝轮廓计算单元，用于计算所述侦测到的焊缝轮廓；

焊接轨迹点产生单元，基于上述计算得出的焊缝轮廓，用于产生每一焊接层的焊接轨迹点；及

焊接参数设定单元，基于上述产生的焊接轨迹点及计算得出的焊缝轮廓，用于设定每一焊接层的焊接参数。

本发明的另一个方面在于提供一种焊接方法，用于自动焊接一焊缝，该焊接方法包括：

(a)侦测并计算初始焊缝轮廓；

(b)基于计算出的初始焊缝轮廓，产生根焊的焊接轨迹点；

(c)基于计算出的初始焊缝轮廓及产生的用于根焊的焊接轨迹点，设定根焊的焊接参数；

(d)基于设定的焊接参数，执行对应的一层焊接层的焊接操作；

(e)侦测并计算剩余的焊缝轮廓；

(f)判断剩余的焊缝轮廓是否用于盖面焊，如果否，执行步骤(g)，如果是，执行步骤(i)；

(g)基于计算出的剩余的焊缝轮廓，产生填充焊的焊接轨迹点；

(h)基于计算出的剩余的焊缝轮廓及产生的用于填充焊的焊接轨迹点，设定填充焊的焊接参数，然后返回至步骤(d)；

(i)基于计算出的剩余的焊缝轮廓，产生盖面焊的焊接轨迹点；

(j)基于计算出的剩余的焊缝轮廓及产生的用于盖面焊的焊接轨迹点，设定盖面焊的焊接参数；及

(k)基于设定的焊接参数，执行盖面焊的焊接层的焊接操作。

相较于现有技术，由于本发明自动焊接系统及方法仅仅示教很少数量的示教点，例如针对直线形焊缝最少示教两个示教点即可，而通过该较少数量的示教点即可自动计算出所有的焊接轨迹点及自动设定焊接参数,如此可大大节省示教的时间，同时也避免了人为因素导致的焊接轨迹点示教不准确。另外，该本发明焊接系统及方法除了侦测初始焊缝轮廓之外，在每一层焊接完后还对剩余焊缝轮廓重新进行了侦测，从而使后续焊接参数的设定所依据的数据更加准确、全面，进而使整个焊接过程均是基于精确的侦测数据下完成的，大大提高了焊接品质。因此，对于一些复杂的焊接也能达到较好的焊接品质，例如超厚板的焊接（厚度没有限制）、多层多道焊接（层数道数没有限制）、平焊、上坡焊、横焊、角焊等等。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明自动焊接系统的较佳实施方式焊接一产品时的示意图。

图2为图1自动焊接系统中控制器的较佳实施方式的框图。

图3为本发明自动焊接方法的较佳实施方式的流程图。

图4为应用图3自动焊接方法进行焊接操作的示意图。

图5为图2中焊缝轮廓侦测单元一部分的较佳实施方式的框图。

图6为图3中第一个步骤的较佳实施方式的具体流程图。

图7为执行图6中进行侦测及计算初始焊缝轮廓步骤的示意图。

图8至图11分别为侦测四种不同形状的焊缝的示意图。

图12为图2中焊缝轮廓侦测单元另一部分的较佳实施方式的框图。

图13为图3中第五个步骤的较佳实施方式的具体流程图。

图14为执行图13中进行侦测及计算剩余焊缝轮廓步骤的示意图。

图15为图2中焊接轨迹点产生单元的较佳实施方式的框图。

图16为执行图15中焊接轨迹点产生单元的对应步骤的较佳实施方式的具体流程图。

图17为执行图16中进行焊接轨迹点产生步骤的示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。

请参考图1，为本发明自动焊接系统100的较佳实施方式焊接一产品110时的示意图。该自动焊接系统100主要包括焊接操作部分120及焊接控制部分130。该焊接控制部分130根据控制命令来控制该焊接操作部分120来对该产品110执行焊接操作。

在非限定的实施方式中，该焊接操作部分120主要包括焊接臂122、传感器124及焊枪126。一般情况下，该传感器124及该焊枪126安装于焊接臂122的末端。为了使提高操作自由度，该焊接臂122通常通过多个轴来控制，例如六轴焊接臂可实现360度操作。在图示给出的实施方式中，该焊接臂122仅仅是一个例子，来简单说明机器人自动焊接系统的工作原理，具体应用时，该焊接臂122的类型、形状可以根据实际需要进行选择。

该产品110至少包括一个第一金属部分112及一个第二金属部分114，该产品110的其他部分未示意出，该产品110可以为任何需要焊接的产品，如汽车外壳等。通过该自动焊接系统100的焊接操作可将该产品110的第一金属部分112及第二金属部分114焊接起来。该传感器124用于感应该第一金属部分112与第二金属部分114之间的焊缝116的轮廓，包括初始焊缝轮廓及每一焊接层填充后的剩余焊缝轮廓。其中，初始焊缝轮廓的形状是最大的，因为此时还没有进行焊接，即焊缝116内还未填充任何焊料；当焊料逐层进行填充后，也即在第一层焊接结束后，剩余焊缝轮廓将相较于初始焊缝轮廓变小，而后在每焊接完一层后，剩余焊缝轮廓将逐渐变小，直到最后一层焊接完成。该焊枪126用于逐层逐道填充焊料118至该焊缝116内，以将该第一金属部分112与第二金属部分114焊接在一起。在非限定的实施方式中，该传感器124可以选用接触式传感器（touch sensor）、光学传感器（opticalsensor）或其他类型的传感器。

在非限定的实施方式中，该焊接控制部分130包括一个驱动器132、一个控制器134、一个用户界面136及一个监视器138。该驱动器132用于直接驱动该焊接操作部分120执行焊接操作。该控制器134用于接收该传感器124感应的焊缝轮廓信号（包括初始焊缝轮廓和后续的剩余焊缝轮廓），并对应计算出焊接控制所用到的焊接参数以产生相应的控制命令给驱动器132，从而控制该驱动器132驱动该焊接臂122执行焊接操作。该用户界面136可用于接收操作员的手动命令来控制该控制器134，即可修改控制器134的命令／程序。该监视器138用于实时监控该焊接操作部分120的工作状态，并将反馈信号回传给控制器134，以使控制器134根据反馈信号对驱动器132进行实时调整。在其他实施方式中，该焊接控制部分130中的两个或多个部分可整合在一起，例如该控制器134可整合在该用于用户界面136内部。由于该驱动器132、用户界面136及监视器138的部分不是本发明的设计要点，故这里不对它们进行具体详细的说明。以下部分将详细介绍该控制器134部分及对应控制方法的具体实施方式。

请参考图2，为该控制器134的较佳实施方式的框图。请参考图3，为本发明自动焊接方法（对应控制器134的控制操作）的较佳实施方式的流程图。图4为应用图3自动焊接方法进行焊接操作的示意图。该控制器134包括一个焊缝轮廓侦测单元201、一个焊缝轮廓计算单元202、一个焊接轨迹点产生单元230、一个焊接参数设定单元204及一个焊接控制单元205。该控制器134中的各个单元用于执行图3方法中的焊接流程，这些单元可以为预先存储的控制程序，也可以是硬件单元，或者为软硬结合。其他实施方式中，该控制器134中的一个或多个单元可以整合作为一个单元，或者其中的一个单元可进一步拆分多个单元。

请结合图1、图2及图4来参考图3，步骤301中，该焊缝116的初始焊缝轮廓4011通过该焊缝轮廓侦测单元201发送相应命令控制该传感器124进行侦测，该焊缝轮廓计算单元202根据侦测的结果计算出该初始焊缝轮廓4011的具体形状（参考图4中的401部分）。为方便说明，在图4中该401部分仅仅示出了该整个焊缝116的一个横截面区域的轮廓，实际上该焊缝轮廓计算单元202计算的是整个焊缝116的三维轮廓。该初始焊缝轮廓4011可通过合适的几何算法计算出来，后面段落对图5-图11的说明将具体给出一个较佳的实施方式来阐述上述侦测及计算过程。

步骤302中，在该初始焊缝轮廓4011已经被计算出来的基础上，该焊接轨迹点产生单元203则对应计算出根焊（第一层焊接）的焊接轨迹点4021（参考图4中的402部分）。其中，在图4中402部分的下方示出了该整个焊缝116的一个横截面区域的轮廓且示意出了一个焊接轨迹点4021，即道数为一个，这是由该根焊层的宽度决定的，一般来说根焊层的宽度最窄故道数通常为一个，而随后的填充焊层的宽度逐渐变宽，道数则相应增加；在图4中402的上方示出了该根焊层的俯视图，沿着整个焊缝116的根焊区域产生相应数量的焊接轨迹点4021，每一道焊接轨迹点4021的数量由焊缝116的长度L及每个焊接轨迹点4021占据的距离来决定。这里，该焊接轨迹点4021的信息包括焊接轨迹点4021的数量、位置及姿态(即焊枪126在对应轨迹点焊接时的位置及姿态)，后面段落对图15-图17的说明将具体给出一个较佳的实施方式来说阐述上述计算过程。

步骤303中，在该初始焊缝轮廓4011及该根焊的焊接轨迹点4021已经被计算出来的基础上，该焊接参数设定单元204根据上述数据自动设定对应根焊的焊接参数。例如，该焊接参数包括焊接速度、焊接电流、焊料送给速度、焊枪摆幅等参数，这里只是举例说明，如应用不同类型机器人，则焊接参数可能有相应调整。这些焊接参数为根据先前的经验数据所得，并事先存储在一个参数数据库中，并对应不同形状的焊缝轮廓和焊接轨迹点分布。另外，若对精度有更高的要求，操作员也可通过用户界面136手动修改一些焊接参数，以作进一步精确的调整。

步骤304中，当焊接参数设定好后，则焊缝116内对应的一焊接层则在该焊接控制单元205的控制下控制该焊枪126将焊料4031按照上述参数的设定填充在该对应的焊接层上，以完成该对应焊接层的焊接操作。这里，第一层焊接层为根焊（参考图4中的403部分），最后一层焊接层为盖面焊（参考图4中的408部分），而介于根焊与盖面焊之间的所有焊接层为填充焊（参考图4中的406及407部分）。针对根焊、盖面焊及填充焊的焊接参数的设定要求会根据焊接要求有所不同，由于它们的不同属于焊接技术本身的范畴，故此处不作具体解释。

步骤305中，当一层焊接层被焊料填充好后，该焊缝116的剩余焊缝轮廓4041（即剩余的待焊接的区域）通过该焊缝轮廓侦测单元201发送相应命令控制该传感器124进行侦测，该焊缝轮廓计算单元202根据侦测的结果计算出该剩余焊缝轮廓4041的具体形状（参考图4中的404部分）。该初始焊缝轮廓4041可通过合适的几何算法计算出来，后面段落对图12-图14的说明将具体给出一个较佳的实施方式来阐述上述计算过程。

步骤306中，该焊缝轮廓计算单元202判断该剩余焊缝轮廓4041是否用于盖面焊（也就是说，剩余的焊缝轮廓4041是否仅仅可以填充最后一层焊接层焊料）。如果判断结果为否，则焊接过程进入步骤307；如果判断结果为是，则焊接过程进入步骤309。具体来说，当剩余的焊缝轮廓4041被判断为仅用于盖面焊，则进入后续对应盖面焊操作的步骤309，否则剩余的焊缝轮廓4041则用于下一层填充焊，进入后续对应填充焊操作的步骤307。

步骤307中，在剩余的焊缝轮廓4041已经被计算出来的基础上，该焊接轨迹点产生单元203则对应计算出下一层焊接层的焊接轨迹点4051（参考图4中的405部分，下方为一个横截面图，上方为一个俯视图）。该焊接轨迹点4051计算的方法与步骤302中计算焊接轨迹点4021的方法相似，这里不再赘述。

步骤308中，在该剩余的焊缝轮廓4041及对应的下一层焊接层的轨迹点4051已经被计算出来的基础上，该焊接参数设定单元204根据上述数据自动设定对应该层焊接层的焊接参数，然后焊接流程返回至步骤304以完成该对应焊接层的焊接操作（参考图4中的406部分）。该步骤308中参数设定的方法与步骤303中参数设定的方法相似，这里不再赘述。

步骤309中，在剩余的焊缝轮廓4071已经被计算出来的基础上，该焊接轨迹点产生单元203则对应计算出盖面焊焊接层的焊接轨迹点4072（参考图4中的407部分）。该焊接轨迹点4072计算的方法与步骤302中计算焊接轨迹点4021的方法相似，这里不再赘述。

步骤310中，在该焊缝轮廓4071及该盖面焊的焊接轨迹点4072已经被计算出来的基础上，该焊接参数设定单元204根据上述数据自动设定对应盖面焊的焊接参数。该步骤310中参数设定的方法与步骤303中参数设定的方法相似，这里不再赘述。

步骤311中，当焊接参数设定好后，则焊缝116内对应的盖面焊焊接层则在该焊接控制205单元的控制下控制该焊枪126将焊料4081按照上述参数的设定填充在该对应的盖面焊焊接层上（参考图4中的408部分），由于盖面焊为整个焊缝116的最后一层焊接，至此整个焊接过程结束。

请继续参考图5，为图2中焊缝轮廓侦测单元201一部分的较佳实施方式的框图，且该部分用于执行侦测初始焊缝轮廓4011的操作。请参考图6，为图3中第一个步骤301的较佳实施方式的具体流程图。请参考图7，为执行图6中进行侦测及计算初始焊缝轮廓步骤的示意图。该焊缝轮廓侦测单元201的该部分包括一个示教点设定子单元501、一个搜寻路径产生子单元502、一个搜寻路径侦测子单元503及一个感应点记录子单元504。

请结合图5及图7参考图6，步骤601中，该示教点设定子单元501在该焊缝116中每一个选择的横截面上设定一个示教点701，这里仅以其中一个选择的横截面为例加以说明，其他横截面上示教点的设定方式类似，不再赘述，后续段落将给出横截面选取的一般原则。该示教点701通过操作员对用户界面136的控制直接手动示教，例如图7中的示教点701大概位于该焊缝116选择的横截面的中心位置，该示教点701的选择是通过反复试验得出的。在其他实施方式中，该示教点701的位置可根据不同的几何算法作相应的调整，并且示教点701的数量（选择的横截面的数量）可以调整，但整体上示教点701的数量非常少，不会占用很多时间，故不会影响效率。

步骤602中，在上述示教点701设定好之后，该搜寻路径产生单元502根据该示教点701自动产生若干个搜寻路径。在非限定的实施方式中，在该焊缝116中每一个选择的横截面上产生五个搜寻路径，分别为两个第一搜寻路径7021、7022，两个第二搜寻路径7023、7024，一个第三搜寻路径7025。该五个搜寻路径是根据该选择的横截面的形状产生的，例如，该两个第一搜寻路径7021及7022均从该示教点701出发并分别向该焊缝116的相对两侧边1161及1162延伸；该两个第二搜寻路径7023及7024均从一个第一初始点702出发并分别向该焊缝116的相对两侧边1161及1162延伸；该第三搜寻路径7025从该示教点701出发并向该焊缝116底部的缝隙1163延伸。其中，该第一初始点702是在该示教点701的基础上自动生成的，例如沿着第三搜寻路径7025的反方向延伸一预设距离D后得到。其他实施方式中，该搜寻路径的数量可以根据需要进行调整。

步骤603中，在上述搜寻路径7021-7025产生后，该搜寻路径侦测子单元503控制该传感器124分别沿着上述搜寻路径7021-7025进行侦测，直到侦测到该焊缝116。例如，当传感器124沿着第一搜寻路径7021侦测时，如果侦测到了该焊缝116的一侧边1161，则在该侧边1161上的感应点7041即被确定。同理，其他四个感应点7042、7043、7044、7045也将以相似的方式被确定。该五个感应点7041-7045即可根据几何算法得出该焊缝116对应的横截面区域的具体形状（如大致三角形或梯形）。在其他实施方式中，该搜寻路径的搜寻位置及方向均可调整，只要搜寻到的感应点可以计算出对应横截面区域的具体形状即可，不拘泥于本实施方式给出的例子。

步骤604中，当感应点7041-7045被确定好，该感应点记录子单元504将该焊缝116所有选择的横截面上的感应点记录下来。图7仅仅示意出了焊缝116中的一个横截面，根据焊缝116的整体结构，需要在焊缝116的关键位置选择若干个横截面，根据在选择的横截面上确定的感应点的位置参数，即可确定整个焊缝116的三维几何结构。不同形状的焊缝会选择数量不同的横截面，例如：在图8中，为一个直线形的焊缝，故最少只要选择该直线形焊缝两相对末端处的横截面区域82及84进行侦测即可，也就是说当两端处的横截面区域82及84的横截面的形状确定好了之后，由于该焊缝为直线形的，故可根据几何算法得出整个焊缝的三维结构。再例如，在图9中，为一个环形（或马鞍形）的焊缝，则需要选择四个横截面区域；在图10中，为一个弧形的焊缝，则可能至少需要选择三个横截面区域。图11示意了一个一般曲线形状的焊缝，则可能需要在焊缝的两端及两端之间的各个拐点处选择横截面区域。这里不再一一列举，选择的原则为选取后的横截面区域能够确定整个焊缝的三维几何结构即可。

步骤605中，在焊缝116所有选择的横截面的感应点被记录好后，该焊缝轮廓计算单元202即可根据合适的几何算法将该三维的初始焊接轮廓4011计算出来。

请参考图12，为图2中焊缝轮廓侦测单元201另一部分的较佳实施方式的框图，且该部分用于执行侦测每焊接完一层后剩余的焊缝轮廓的操作。请参考图13，为图3中第五个步骤305的较佳实施方式的具体流程图。请参考图14，为执行图13中进行侦测及计算剩余焊缝轮廓步骤的示意图。该焊缝轮廓侦测单元201的另一部分包括一个高度确定子单元1201及一个宽度确定子单元1202。

请结合图12及图14参考图13，步骤1301中，该高度确定子单元1202控制该传感器124侦测已焊接区域1402的高度。在一个非限定的实施方式中，该传感器124被控制再次侦测该第三搜寻路径7025，当该传感器124感应到该已焊接区域1402的顶面时，一个感应点7046即被确定下来，在之前已经确定的整体焊缝轮廓4011的基础上，即可确定该已焊接区域1402的高度（即之前感应的感应点7045至该感应点7046之间的距离）。在该已焊接区域1402的高度确定后，一个大致的剩余的焊缝轮廓1403的区域即可通过合适的几何算法得出。

步骤1302中，在该已焊接区域1402的高度确定之后，该宽度确定子单元1202控制该传感器124侦测下一层焊接层的宽度。在一个非限定的实施方式中，在该感应点7046上方且沿着该搜寻路径7025上一个第二初始点703被自动生成，且该第二初始点703与该感应点7046之间的距离d等于该下一层焊接层的预设高度。两个第四搜寻路径7026及7027自动产生，且均从该第二初始点703出发并分别向该焊缝116的相对两侧边1161及1162延伸。当传感器124沿着第四搜寻路径7026侦测时，如果侦测到了该焊缝116的一侧边1161，则在该侧边1161上的感应点7047即被确定；当传感器124沿着第四搜寻路径7027侦测时，如果侦测到了该焊缝116的另一侧边1162，则在该侧边1162上的感应点7048即被确定，则该两个感应点7047与7048之间的距离w即等于该下一层焊接层的宽度。在其他实施方式中，该下一层焊接层的宽度w也可通过其他合适的几何算法得出，不拘泥于本实施方式的例子。

步骤1303中，基于上述计算得出的初始焊缝轮廓4011、该已焊接区域1042的高度及该下一层焊接层的宽度，该剩余的焊缝轮廓1403即可通过合适的几何算法得出。这里，该剩余的焊缝轮廓1403的信息不仅包括其形状本身，还包括下一层焊接层的宽度w，如此可使后续的焊接参数被设定的更加准确。在其他实施方式中，上述步骤1302也可以删除（该宽度确定子单元1202对应删除），仅仅确定已焊接区域1042的高度即可，例如当焊缝116的几何形状容易确定或焊接的参数要求不高时。

请参考图15，为图2中焊接轨迹点产生单元203的较佳实施方式的框图。请参考图16，为执行图15焊接轨迹点产生单元203的对应步骤的较佳实施方式的具体流程图。请参考图17，为执行图16中进行焊接轨迹点产生步骤的示意图。该焊接轨迹点产生单元203包括一个焊接道数确定子单元1501、一个焊接位置确定子单元1502、一个焊接姿态确定子单元1503。

请结合图15及图17参考图16，步骤1601中，该焊接道数确定子单元1501用于确定每一焊接层上焊接的道数(pass number)（参考图17中的1701及1703部分）。具体来说，基于上述计算出的焊缝轮廓（包括初始和剩余的焊缝轮廓）的数据，每一焊接层上焊接的道数根据焊接工艺即可计算出来。在一些实施方式中，由于在图13的步骤1302中计算得出了每一层焊接层的宽度，则在步骤1601中计算出来的焊接道数就更加准确。例如，在图17的1701部分中示意了两个焊接道数（这里沿用焊接轨迹点表示），在图18的1702部分中示意了三个焊接道数。

步骤1602中，基于上述焊接道数已经确定，且焊缝轮廓也已经确定，则该焊接位置确定子单元1502将每一个焊接轨迹点1705的位置确定出来，该焊接位置的确定是依据焊接工艺要求自动计算得出的。

步骤1063中，基于确定出来的焊接轨迹点1705的位置及焊缝轮廓，该焊接姿态确定子单元1503将每一个焊接轨迹点1705的焊接姿态（即每一焊接轨迹点位置处焊枪的焊接姿态）确定出来（参考图17中的1702及1704部分）。其中，上述焊接道数、位置、姿态的数据为根据焊接工艺及试验得出并预先存储在数据库中的。在其他实施方式中，操作员还可根据需要手动修改上述参数，例如在某些轨迹点的精度要求极高的情况下。在一些实施方式中，如果焊接姿态是统一的话，则该步骤1063可取消，对应的焊接姿态确定子单元1503也即取消。

由于本发明控制器134仅仅示教很少数量的示教点，例如针对直线形焊缝最少侦测两个示教点即可，而通过该较少数量的示教点即可自动计算出所有的焊接轨迹点及自动设定焊接参数,如此可大大节省示教的时间，同时也避免了人为因素导致的焊接轨迹点示教不准确。另外，该控制器134除了侦测初始焊缝轮廓之外，在每一层焊接完对剩余的焊缝轮廓又重新进行了侦测（一些实施方式中还包括下一层焊接层的宽度），从而使后续焊接参数的设定所依据的数据更加准确、全面，进而使整个焊接过程均是在精确的侦测数据下完成的，大大提高了焊接品质。因此，对于一些复杂的焊接也能达到较好的焊接品质，例如超厚板的焊接（厚度没有限制）、多层多道焊接（层数道数没有限制）、平焊、上坡焊、横焊、角焊等等。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (20)

1.一种焊接系统，用于自动焊接一焊缝，其特征在于，该焊接系统包括：

焊接臂；

传感器，用于侦测焊缝轮廓；及

控制器，用于控制该传感器进行侦测，并根据侦测结果计算焊接参数以控制该焊接臂执行自动焊接操作，该控制器包括：

焊缝轮廓侦测单元，用于控制该传感器侦测初始焊缝轮廓及侦测每一焊接层填充后剩余的焊缝轮廓；

焊缝轮廓计算单元，用于计算所述侦测到的焊缝轮廓；

焊接轨迹点产生单元，基于上述计算得出的焊缝轮廓，用于产生每一焊接层的焊接轨迹点；及

焊接参数设定单元，基于上述产生的焊接轨迹点及计算得出的焊缝轮廓，用于设定每一焊接层的焊接参数。

2.如权利要求1所述的焊接系统，其中该焊缝侦测单元包括：

示教点设定子单元，用于在该焊缝的每一选择的横截面区域内设定一个示教点；

搜寻路径产生子单元，用于在该示教点的基础上产生若干个搜寻路径；

搜寻路径侦测子单元，用于通过该传感器分别侦测该若干个搜寻路径；及

感应点记录子单元，用于记录该传感器在焊缝上的感应点。

3.如权利要求2所述的焊接系统，其中当该焊缝为直线形焊缝时，该选择的横截面区域的数量至少为两个；当该焊缝为环形形焊缝时，该选择的横截面区域的数量至少为四个；当该焊缝为弧形焊缝时，该选择的横截面区域的数量至少为三个。

4.如权利要求2所述的焊接系统，其中该示教点为手动设定的。

5.如权利要求2所述的焊接系统，其中该焊缝侦测单元还包括一个高度确定子单元，用于确定已焊接区域的高度。

6.如权利要求5所述的焊接系统，其中该焊缝侦测单元还包括一个宽度确定子单元，用于确定下一层焊接层的宽度。

7.如权利要求2所述的焊接系统，其中每一示教点对应的若干搜寻路径包括：

两个第一搜寻路径，均从该示教点出发并分别向该焊缝的相对两侧边延伸；

两个第二搜寻路径，均从一第一初始点出发并分别向该焊缝的相对两侧边延伸；及

一个第三搜寻路径，从该示教点出发并向该焊缝底部的缝隙延伸；

其中，该第一初始点是从该示教点出发并沿着该第三搜寻路径的反方向延伸一预设距离得到的。

8.如权利要求7所述的焊接系统，其中该焊缝侦测单元包括一个高度确定子单元，该高度确定子单元控制该传感器沿着该第三搜寻路径侦测，以确定已焊接区域的高度。

9.如权利要求8所述的焊接系统，其中该焊缝侦测单元还包括一个宽度确定子单元，该宽度确定子单元控制该传感器侦测两个第四搜寻路径来确定下一层焊接层的宽度，该两个第四搜寻路径均从一个第二初始点出发并分别向该焊缝的相对两侧边延伸，该第二初始点是从该已焊接区域的顶面出发并沿着该第三搜寻路径的反方向延伸一预设距离得到的。

10.如权利要求1所述的焊接系统，其中该焊接轨迹点产生单元包括：

焊接道数确定子单元，基于计算出的焊缝轮廓，用于确定每一层焊接层的焊接道数；

焊接位置确定子单元，基于计算出的焊缝轮廓及确定后的道数，用于确定每一层焊接轨迹点的焊接位置；及

焊接姿态确定子单元，基于计算出的焊缝轮廓及确定的焊接位置，用于确定每一层焊接轨迹点的焊接姿态。

11.一种焊接方法，用于自动焊接一焊缝，其特征在于，该焊接方法包括：

(a)侦测并计算初始焊缝轮廓；

(b)基于计算出的初始焊缝轮廓，产生根焊的焊接轨迹点；

(c)基于计算出的初始焊缝轮廓及产生的用于根焊的焊接轨迹点，设定根焊的焊接参数；

(d)基于设定的焊接参数，执行对应的一层焊接层的焊接操作；

(e)侦测并计算剩余的焊缝轮廓；

(f)判断剩余的焊缝轮廓是否用于盖面焊，如果否，执行步骤(g)，如果是，执行步骤(i)；

(g)基于计算出的剩余的焊缝轮廓，产生填充焊的焊接轨迹点；

(h)基于计算出的剩余的焊缝轮廓及产生的用于填充焊的焊接轨迹点，设定填充焊的焊接参数，然后返回至步骤(d)；

(i)基于计算出的剩余的焊缝轮廓，产生盖面焊的焊接轨迹点；

(j)基于计算出的剩余的焊缝轮廓及产生的用于盖面焊的焊接轨迹点，设定盖面焊的焊接参数；及

(k)基于设定的焊接参数，执行盖面焊的焊接层的焊接操作。

12.如权利要求11所述的焊接方法，其中侦测初始焊缝轮廓包括：

在该焊缝的每一选择的横截面区域内设定一个示教点；

在该示教点的基础上产生若干个搜寻路径；

通过一传感器分别侦测该若干个搜寻路径；及

记录该传感器在焊缝上的感应点。

13.如权利要求12所述的焊接方法，其中当该焊缝为直线形焊缝时，该选择的横截面区域的数量至少为两个；当该焊缝为环形形焊缝时，该选择的横截面区域的数量至少为四个；当该焊缝为弧形焊缝时，该选择的横截面区域的数量至少为三个。

14.如权利要求12所述的焊接方法，其中侦测剩余的焊缝轮廓包括：确定已焊接区域的高度。

15.如权利要求14所述的焊接方法，其中侦测剩余的焊缝轮廓还包括：确定下一层焊接层的宽度。

16.如权利要求12所述的焊接方法，其中在该示教点的基础上产生若干个搜寻路径包括：

产生两个第一搜寻路径，均从该示教点出发并分别向该焊缝的相对两侧边延伸；

产生两个第二搜寻路径，均从一第一初始点出发并分别向该焊缝的相对两侧边延伸；及

产生一个第三搜寻路径，从该示教点出发并向该焊缝底部的缝隙延伸；

其中，该第一初始点是从该示教点出发并沿着该第三搜寻路径的反方向延伸一预设距离得到的。

17.如权利要求16所述的焊接方法，其中该侦测剩余的焊缝轮廓包括：控制该传感器沿着该第三搜寻路径侦测，以确定已焊接区域的高度。

18.如权利要求17所述的焊接方法，其中该侦测剩余的焊缝轮廓还包括：控制该传感器侦测两个第四搜寻路径来确定下一层焊接层的宽度，其中该两个第四搜寻路径均从一个第二初始点出发并分别向该焊缝的相对两侧边延伸，该第二初始点是从该已焊接区域的顶面出发并沿着该第三搜寻路径的反方向延伸一预设距离得到的。

19.如权利要求11所述的焊接方法，其中产生焊接轨迹点包括：

基于计算出的焊缝轮廓，确定每一层焊接层的焊接道数；及

基于计算出的焊缝轮廓及确定后的道数，确定每一层焊接轨迹点的焊接位置。

20.如权利要求19所述的焊接方法，其中产生焊接轨迹点还包括：

基于计算出的焊缝轮廓及确定的焊接位置，确定每一层焊接轨迹点的焊接姿态。

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