CN107530812A - 用于确定焊炬定位的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有调制电路14、焊炬16和传感器系统18的焊接系统10。所述调制电路14被配置成用于用随机化信号调制焊接电流以生成经调制的焊接电流。所述焊炬16被配置成用于接收所述经调制的焊接电流以及基于所接收的经调制的焊接电流产生焊弧26。当所述焊炬16基于所述经调制的焊接电流产生所述焊弧26时，生成音频信号。所述传感器系统18用一个或多个传感器22检测所述音频信号，并且所述一个或多个传感器22向所述传感器系统18的中央处理单元20提供有关所述音频信号的信息。所述中央处理单元20基于有关所述音频信号的所述信息计算所述焊炬16的位置信息。

Description

用于确定焊炬定位的系统及方法

背景技术

本公开总体上涉及焊接系统和方法，并且更具体地涉及用于确定焊炬在焊接定位处的定位的系统和方法。

焊接过程越来越多地用于各种行业和应用。这种过程可以在某些情况下自动化，但是大量的应用仍使用手动焊接操作。在这两种情况下，这种焊接操作依赖于各种类型的设备来确保焊接消耗品(例如，送丝、保护气体)按照适当的量在期望的时间被提供给焊接点。

在手动焊接操作中，焊炬可以由焊接操作人员操作。在这种情况下，可能有益的是焊接系统具有焊炬的定位信息(例如，位置)以便确保高效地且正确地执行焊接过程。例如，在某些手动焊接情况下，操作人员可能需要根据特定的序列或者沿着特定的方向进行焊接。相应地，可能有益的是提供精确地确定焊接部件(例如，焊炬)在焊接定位内的定位的系统和方法，由此帮助改善焊接过程的质量和效率。

发明内容

以下对符合原始要求保护的实施例的范围的某些实施例进行概述。这些实施例不旨在受限于本公开的范围，而是这些实施例仅旨在提供本公开的可能的简要概述。实际上，本公开可以涵盖可以与以下列出的实施例类似或不同的各种形式。

在第一实施例中，提供了一种焊接系统。该系统包括调制电路、焊炬和传感器系统。所述调制电路被配置成用于用随机化信号调制焊接电流以生成经调制的焊接电流。所述焊炬被配置成用于接收所述经调制的焊接电流，并且所述焊炬被配置成用于基于所接收的经调制的焊接电流产生焊弧。当所述焊炬基于所述经调制的焊接电流产生所述焊弧时，生成所述音频信号。所述传感器系统的一个或多个传感器布置在靠近所述焊炬的焊接区域内，并且所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于检测所述音频信号。所述传感器系统被配置成用于提供有关所述音频信号的信息。布置在所述传感器系统内的中央处理单元被配置成用于从所述一个或多个传感器中的每一个接收有关所述音频信号的所述信息。所述中央处理单元被配置成用于基于从所述一个或多个传感器接收的有关所述音频信号的所述信息计算所述焊炬的位置信息。

在另一实施例中，提供了一种系统。该系统包括被配置成用于产生焊弧的焊炬、布置在所述焊炬内的发射器以及传感器系统。所述发射器被配置成用于将音频信号发射到焊接区域。所述传感器系统包括一个或多个传感器以及中央处理单元。所述传感器系统的一个或多个传感器布置在靠近所述焊炬的所述焊接区域中，并且所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于检测所述音频信号以及基于所检测的音频信号计算距离信息或延时信息。所述传感器系统的所述中央处理单元被配置成用于从所述一个或多个传感器中的每一个接收所述距离信息或所述延时信息。所述中央处理单元被配置成用于基于从所述一个或多个传感器接收的所述距离信息或所述延时信息计算所述焊炬的位置信息。

在又一实施例中，提供了一种方法。该方法包括从布置在焊接系统的焊接区域内的焊炬生成音频信号以及用布置在所述焊接区域内的传感器系统的一个或多个传感器检测所述音频信号。该方法还包括用所述一个或多个传感器中的每一个基于所检测的音频信号确定距离信息。所述距离信息包括所述一个或多个传感器中的每一个与所述焊炬之间的距离。该方法还包括将所述距离信息从所述一个或多个传感器中的每一个发射到所述传感器系统的中央处理单元。该方法还包括基于从所述一个或多个传感器中的每一个接收的所述距离信息确定所述焊接区域内的所述焊炬的位置信息。

附图说明

当参考附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本文公开的实施例的这些和其他特征、方法和优点，其中，相同的参考标记贯穿各个视图表示相同的部分，在附图中：

图1是根据本公开的各个方面的一种焊接系统的实施例的框图，该焊接系统利用配备有调制电路的电源、焊炬以及具有布置在焊接区域内的一个或多个传感器的传感器系统；

图2是根据本公开的各个方面的一种用于确定焊接区域内的焊炬的位置的方法的实施例的流程图，该方法可以由图1的焊接系统使用；

图3是根据本公开的各个方面的图1的焊接系统的实施例的框图，该焊接系统利用电源、配备有发射器的焊炬以及具有布置在焊接区域内的一个或多个传感器的传感器系统；

图4是根据本公开的各个方面的一种用于确定焊接区域内的焊炬的位置的方法的实施例的流程图，该方法可以由图3的焊接系统使用；以及

图5是根据本公开的各个方面的一种用于确定图1或图3的焊炬的位置的系统的实施例的框图。

具体实施方式

尽管本文示出并描述了本公开的某些特征，本领域技术人员将认识到许多修改和改变。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有这种修改和改变。

图1是焊接系统10的实施例的框图，焊接系统10利用配备有调制电路14的电源12、焊炬16以及传感器系统18，传感器系统18具有中央处理单元20和布置在焊接区域24内的一个或多个传感器22。具体地，调制电路14和传感器系统18可以被配置成用于在焊接操作期间确定焊炬16在焊接区域24内的位置。特别地，传感器系统18可以被配置成用于计算焊炬16在焊接区域24内的位置信息(例如，定位信息)并且将该信息传达给焊接系统10的一个或多个部件(例如，电源12)，如以下进一步详细讨论的。

焊接系统10被设计成用于用工件28(例如，管子)产生焊弧26。焊弧26可以由任何类型的焊接系统或过程生成并且可以按照任何期望的方式定向。例如，这种焊接系统可以包括气体保护金属极弧焊(GMAW)系统并且可以使用各种编程波形和设置。焊接系统10包括电源12(例如，在一些实施例中是发动机驱动的发电机)，电源12通常耦合到电源30，诸如电网、发动机或其组合(例如，混合动力)。当然可以使用其他电源，包括发电机等等。在所示实施例中，送丝器32耦合到气体源34和电源30，并且向焊炬16供应焊丝36。焊炬16被配置成用于在焊炬16与工件28之间生成焊弧26。焊丝36通过焊炬16被供应到焊弧26、由焊弧26融化并且沉积在工件28上。

送丝器32将通常包括送丝器控制电路40；除了其他事项以外，送丝器控制电路40对从线轴43供应的焊丝36进行调节并且控制电源12的输出。类似地，电源12可以包括用于控制某些焊接参数和焊弧开始参数的电源控制电路42。在某些实施例中，送丝器控制电路40或电源控制电路42可以包括软件、硬件或其组合。例如，在某些实施例中，送丝器控制电路40和/或电源控制电路42可以包括处理器和存储器，该存储器被配置成用于存储由该处理器执行的指令。在一些实施例中，送丝器控制电路40可以通过也用于向送丝器32供电的焊接线缆44与电源控制电路42通信。送丝器32的线轴43包含在焊接操作期间消耗的一定长度的焊丝36。焊丝36由焊丝驱动组件46推进，通常是通过使用受控制电路40控制的电机。另外，工件28通过连接到工作线缆50的夹具48耦合到电源12，以便当在焊炬16与工件28之间建立焊弧26时完成电路。在某些实施例中，成束线缆37可以包括焊接线缆44、焊丝36和气管35(被配置成用于提供和/或引导气体源34)，并且成束线缆可以被配置成用于向焊炬16供应焊丝36、电力(经调制的和/或未经调制的)和气体。

将焊炬16放置在靠近工件28的位置处会产生电流，该电流由电源12提供并且被引导到焊炬16，从而形成从焊炬16到工件28的电弧。如上所述，这种电弧放电形成完成了包括电源12、焊炬16、工件28以及工作线缆50的电路。具体地，在操作中，电流从电源12到达焊炬16、工件28，工件28通常经由工作线缆50连接回到电源12。电弧产生大量热量，这种热量使得工件28的一部分以及焊丝36的填充金属转变到融化材料的熔融状态，从而形成焊接。

在某些实施例中，为了使得焊接区域在焊接期间不受到氧化或污染，为了增强电弧性能，并且为了改善所得焊接，焊接系统10还可以从气体源34向焊炬16供应惰性保护气体。然而，需要注意的是，除了或替代惰性保护气体，还可以使用各种保护材料来保护焊接位置，包括活性气体和颗粒状固体。而且，在其他焊接过程中，可以不使用这种气体，然而，本文公开的技术是等效可应用的。

尽管图1示出GMAW系统，除了其他系统之外，本文公开的技术可以类似地应用于其他类型的焊接系统，包括气体保护钨极电弧焊(GTAW)系统和保护金属极电弧焊(SMAW)系统。相应地，取决于特定的实现方式的考虑，传感器系统20和调制电路14的实施例可以用于包括送丝器32和气体源34的焊接系统或者用于不包括送丝器32和/或气体源34的系统(例如，焊炬16直接耦合到电源12的实施例)。

所示实施例涉及用调制电路14和传感器系统20确定焊炬16在焊接区域24内的位置信息。特别地，所示实施例示出了用于传输来自电源12的经调制的电流输出以及用传感器系统20检测各个音频签名的系统及方法，这些音频签名是使用经调制的电流在焊炬16处执行焊接操作产生的。具体地，传感器系统20可以在布置在焊炬16周围的位于预定位置的一个或多个传感器处检测各个音频签名。另外，该一个或多个传感器22可以向传感器系统18的中央处理单元20传输该音频签名信息，中央处理单元20可以被配置成用于基于所检测的音频签名信息并且基于该一个或多个传感器22各自的已知位置确定焊炬16的位置，如以下进一步详细描述的。

在某些实施例中，调制电路14可以布置在电源12内，并且可以被配置成用于对电源12的输出进行调制。调制电路14可以被配置成用于按照预定的时间段操作，使得其在任意给定的时间调制电流输出的一部分并且提供一系列经调制的电流输出。在其他实施例中，调制电路14可以被配置成用于在焊接系统的操作期间连续地操作。特别地，调制电路14可以被配置成用于用随机化信号调制电源12的电流输出。例如，在某些实施例中，调制电路14可以通过用零均值函数和随机化方差函数更改电流输出的正态分布来对电流输出进行调制。特别地，可以用随机化信号对电流输出的方差进行随机化。可以在向伪随机噪声(PRN)参考序列和任意类型的焊接信息应用异或(例如，异或)函数时生成或限定随机化信号。例如，可以通过向参考PRN序列和电源12的唯一地址或定位应用异或函数来生成随机化信号。参考PRN序列可以是由预定的多项式描述的重复比特序列，该预定多项式可以是基于线性反馈移位寄存器(LFSR)(输入比特是其先前状态的线性函数的移位寄存器)的反馈抽头确定的。如上所述，焊接信息可以标识和/或表示焊接系统10的任何部件的唯一地址，诸如电源12或送丝器32。相应地，在某些实施例中，调制电路14用来调制电源12的电流输出的随机信号包括对发生调制的特定电源12的引用。另外，调制电路14所使用的随机化信号包括参考PRN序列，该参考PRN序列可以充当用于确定焊炬16的定位的参考点，如以下进一步描述的。另外，应当注意，调制电路14被配置成用于用随机化信号调制电流输出，使得每当调制电流输出时根据随机信号调制电源12的电流输出。

如所示实施例中所描绘的，调制电路14可以被布置为电源12内的部件。应当注意，在其他实施例中，调制电路14可以被布置在焊接系统10的其他部件中，诸如送丝器32。在某些实施例中，调制电路14可以被布置为电源控制电路42的部件或布置为送丝器控制电路40的部件。例如，调制电路14可以被构建到电源12的支持逻辑或控制电路中作为软件受控闭环控制。例如，调制电路14将被布置在电源控制电路42内作为软件内、或专用集成电路(ASIC)内或现场可编程门阵列(FPGA)内的子例程函数。FPGA可以为电源执行闭环控制，并且调制电路14可以被限定为用于FPGA/ASIC的硬件定义语言(HDL)源代码中的固件。在调制电路14被布置在送丝器32或送丝器控制电路40内的实施例中，调制电路14可以被配置成用于基本上类似地运作，就像调制电路14被布置在电源12或电源控制电路42内一样。

在某些实施例中，焊接线缆44可以被配置成用于提供经调制的电流输出52从而产生从焊炬16到工件28的焊弧26。如上所述，这种电弧放电形成完成了包括电源12、焊炬16、工件28以及工作线缆50的电路。具体地，在操作中，经调制的电流输出52从电源12穿过焊接线缆44到达焊炬16并且到达工件28，工件28通常经由工作线缆50连接回到电源12。另外，如上所述，焊弧26产生大量热量，这种热量使得工件28的一部分以及焊丝36的填充金属转变到融化材料的熔融状态，从而形成焊接。具体地，经调制的电流输出52由于所产生的焊弧26附近的空气的动态加热而产生音频信号54。例如，焊弧26周围的膨胀并收缩的空气产生声音。具体地，所生成的音频信号54可以表示由调制电路14用来生成经调制的电流输出52的随机化信号或者直接与其相关。实际上，由于经调制的电流输出52的唯一和随机性质，所产生的音频信号54可以是具有随机和唯一音频特征的唯一音频签名(例如，频率、音域、音高、压缩)。

在所示实施例中，传感器系统20的一个或多个传感器22可以被配置成用于检测在经调制的电流输出用于产生焊弧26时生成的音频信号54。特别地，该一个或多个传感器22可以被布置在焊接区域24内的任何地方，并且其位置可以是传感器系统18的中央处理单元20预先确定或已知的。在某些实施例中，中央处理单元20可以是布置在焊接区域内的传感器22中的一个传感器或者可以被并入传感器22中的一个传感器中。该一个或多个传感器22各自可以是超声波传感器，诸如被配置成用于检测音频信号54的无源超声波传感器(例如，麦克风)。

在某些实施例中，传感器22可以通过采用直接序列扩展频谱(DSSS)检测算法来检测音频信号54。如上所述，调制电路14所使用的随机化信号可以被生成为焊接数据与参考PRN序列的异或函数。另外，所检测的音频信号54可以包括所传输的焊接数据以及延迟PRN序列。在某些实施例中，DSSS检测算法可以从音频信号54提取焊接数据(例如，电源12的唯一地址)。另外，DSSS检测算法可以被配置成用于确定与每个传感器22与焊炬16之间的距离相关的PRN延迟信息。例如，每个传感器12可以被配置成用于向所检测的音频信号54应用自动关联过程。自动关联过程可以涉及对调制电路14所利用的参考PRN序列与通过音频信号54接收的延迟PRN序列进行比较。当通过自动关联过程实现“码锁”时，每个传感器22可以能够不仅确定原始信息(例如，电源12的地址)而且还能够确定PRN延迟信息，该PRN延迟信息可以与焊弧26与接收音频信号54的传感器22之间的距离的估计值相关联。相应地，焊接系统10内的每个传感器22利用该自动关联过程来确定电源12的地址以及传感器22与焊炬16之间的距离。以此方式，布置在焊接区域24内的先前已知位置的多个传感器22可以检测音频信号54并且确定传感器22与焊炬16之间的距离的估计值。

在某些实施例中，每个传感器22可以被配置成用于将所确定的距离信息(例如，确定的传感器22与焊弧26之间的距离的估计值)和电源12的原始地址传输给传感器系统18的中央处理器单元20。中央处理单元20可以包括一个或多个处理器56、存储器58和存储装置60。在某些实施例中，每个传感器22可以另外或可替代地包括处理器56、存储器58和存储装置60。特别地，中央处理单元20可以被配置成用于基于从每个传感器22接收的距离信息确定焊炬16的精确位置(例如，定位)。特别地，中央处理单元20可以被配置成用于基于传感器22的几何结构以及三角测量数学运算确定焊炬16的位置，如参照图5进一步描述的。在某些实施例中，焊炬16的确定位置可以被提供给焊接系统10的各个部件(例如，电源12、送丝器32)，并且这些部件可以利用该位置信息来确保操作人员执行高效的和/或准确的焊接、控制或调整焊接系统10的操作参数(例如，送丝速度、电压输出)、确定焊接系统10的新操作参数、暂停焊接操作、或其任意组合。在某些实施例中，中央处理单元20可以利用焊接数据(例如，电源12的地址)来确定将位置信息发往何处。在其他实施例中，当多个电源布置在焊接位置处时，中央处理单元20可以利用焊接数据来确认所处理的音频信号54是来自正确的电源12。

图2是一种用于确定焊炬16在焊接区域24内的位置的方法62的实施例的流程图，该方法可以由图1的焊接系统10使用。在某些实施例中，方法62以调制电路14调制电源12的电流输出以生成经调制的电流输出52而开始(框54)。具体地，调制电路14可以利用随机化信号来产生经调制的电流输出52。随机化信息可以被生成为参考PRN序列与焊接数据之间的异或函数。在某些实施例中，焊接数据包括与发生调制的电源12的唯一地址有关的信息。如上所述，经调制的电流输出52可以由焊炬16用来产生焊弧26和音频信号54。音频信号54可以表示或指示用于调制电流输出的随机化信号。另外，由于用于调制经调制的电流输出52的信号的随机性质，音频信号54可以包括唯一音频特征。

在某些实施例中，方法62可以包括一个或多个传感器22，每个传感器被配置成用于检测由于焊弧26而产生的一个或多个音频信号54(框66)。另外，每个传感器22可以利用所检测的音频信号54来确定传感器22与焊弧26之间的距离的估计值(框68)。另外，每个传感器22可以利用所检测的音频信号54来确定或提取对输出电流进行调制的电源12的唯一地址(框68)。另外，方法62包括每个传感器22将所确定的距离信息和/或电源信息传输到传感器系统18的中央处理单元20(框70)。中央处理单元20可以被配置成用于将定位算法应用到从所述一个或多个传感器22中的每一个接收的距离信息和电源信息，如参考图5进一步描述的(框72)。具体地，中央处理单元20可以利用该定位算法来确定焊炬16在焊接区域24内的位置(框74)。

应当注意，方法62可以用于在焊接操作期间和/或当焊炬16移动时确定焊炬16的位置。例如，方法62可以另外用作反馈环路76以连续地(或者按照预定的增量)确定焊炬16在焊接区域24内的位置。

图3是图1的焊接系统的实施例的框图，该焊接系统利用电源12、配备有发射器80的焊炬16以及具有布置在焊接区域24内的一个或多个传感器22的传感器系统18。如上参照图1所述，布置在电源12内的调制电路14可以用于调制电源12的电流输出以生成经调制的随机电流输出52。另外，当焊炬16利用经调制的电流输出52生成焊弧26时，可以产生音频信号54并且该音频信号可以稍后由传感器21检测。然而，在图3的所示实施例中，布置在焊炬16内的发射器80(例如，脉冲超声波发射器)可以用于生成并发射由该一个或多个传感器22检测的脉冲音频信号82，并且可以不使用或不包括调制电路14。

在某些实施例中，例如，发射器80可以被配置成用于用随机化信息生成脉冲音频信号82。特别地，随机化信息可以包括参考PRN序列以及焊炬16的唯一地址(以唯一地标识焊炬16)，并且可以由发射器80用来生成脉冲音频信号82。如以上参照图1类似地所述，传感器22可以各自被配置成用于检测脉冲音频信号82。另外，每个传感器22可以被配置成用于通过对参考PRN序列与脉冲音频信号82的所检测的延迟PRN序列进行比较来确定距离信息(例如，传感器22与发射器80之间的距离的估计值)。另外，每个传感器22可以从所检测的脉冲音频信号82提取焊炬信息(例如，焊炬16的唯一地址)。特别地，传感器22可以利用DSSS检测算法来确定距离信息和焊炬信息。

在某些实施例中，每个传感器22可以另外或可替代地利用参考时间与每个脉冲音频信号82的到达时间之间的比较来确定延时信息。例如，传感器系统18的中央处理单元20可以维持并控制参考时间(例如，主机时间、本地时间标准)，并且每个传感器22可以对参考时间与脉冲音频信号82的到达时间进行比较以确定延时估计值。在某些实施例中，每个传感器22的延时估计值可以用于生成每个传感器22与发射器80之间的距离信息的估计值。例如，如果第一传感器22与发射器80之间的距离小于第二传感器22与发射器80之间的距离，则第一传感器22与发射器80之间的延时将小于第二传感器22与发射80之间的延时估计值。

在某些实施例中，每个传感器22与发射器80可以耦合到无线电装置83。例如，每个无线电装置83可以被配置为焊接系统10内的无线网络的一部分。另外，耦合到每个传感器22的无线电装置83可以周期性地向耦合到发射器80的无线电装置83发射询问请求。具体地，耦合到传感器22的无线电装置83所发射的询问请求可以包括与询问请求的发射时间以及询问请求的发起位置(特定传感器22)相对应的时间戳。另外，发射器80可以向发射询问请求的传感器22发射回复。具体地，对询问请求的回复包括原始时间戳和定位信息。相应地，当耦合到传感器22的无线电装置83接收到来自发射器80的回复时，传感器22可以能够确定传感器22与发射器80之间的延时的估计值。另外，传感器22可以知道静态延迟(例如，处理数据的时间、通过无线电装置83的硬件发送数据的时间)，并且可以被配置成用于当确定延时的估计值时减去静态延迟。具体地，在本实施例中，每个传感器22可能不需要参考时间，因为询问请求的发射时间与回复的返回到达时间进行比较。应当注意，每个传感器22无需彼此相关联，因为仅生成相对延时估计值。在某些实施例中，这个技术可以与DSSS信号一起使用，由此将发起询问请求的传感器22的定位并入数据传输。

在其他实施例中，发射器80可以被配置成用于发射模拟啁啾FM信号或波形。特别地，模拟啁啾FM信号或波形是具有恒定振幅的频率随着时间变化的音调。相应地，传感器22可以被配置成用于向发射器80作出询问请求，并且发射器80可以被配置成用于将模拟啁啾FM信号作为回复信号而发射。具体地，模拟啁啾FM信号或波形可以并入询问请求的时间戳信息。应当注意，啁啾信号的时间长度可以由发射器80改变以实现更强信号的更佳处理增益。另外，接收模拟啁啾FM信号的每个传感器22可以被配置成用于匹配并应用逆滤波器以生成具有增强信噪比的窄脉冲响应。具体跌，所接收的脉冲的狭窄性以及增加的信噪比可以减小测量方差并且增强测量准确性。

图4是一种用于确定焊炬16在焊接区域24内的位置(例如，定位、定位信息、位置信息)的方法84的实施例的流程图，该方法可以由图3的焊接系统10使用。在某些实施例中，方法84以布置在焊炬16上的发射器80发射脉冲音频信号82开始(框86)。具体地，在某些实施例中，发射器80可以利用包括参考PRN序列和/或焊接数据(例如，焊炬16或发射器80的地址)的随机化信息产生脉冲音频信号82。另外，由于用于生成脉冲音频信号82的信号的随机性质，脉冲音频信号82可以包括唯一音频特征。

在某些实施例中，方法84可以包括一个或多个传感器22，所述一个或多个传感器22各自被配置成用于检测一个或多个脉冲音频信号82(框88)。另外，每个传感器22可以利用所检测的脉冲音频信号82来确定传感器22与发射器80之间的距离的估计值(框90)。例如，在某些实施例中，参考PRN序列与脉冲音频信号82内的所接收的延迟PRN序列的比较可以生成与传感器22和发射器80之间的距离有关的延迟信息。另外，每个传感器22可以利用脉冲音频信号82来从脉冲音频信号(例如，布置有发射器80的焊炬16的唯一地址)提取焊接数据(框90)。另外，在某些实施例中，每个传感器22可以利用脉冲音频信号82来确定与距离信息相关联的延时信息(框90)。

另外，方法84包括每个传感器22将所确定的距离信息、时间信息和/或焊炬信息传输到传感器系统18的中央处理单元20(框92)。中央处理单元20可以被配置成用于将定位算法应用到从所述一个或多个传感器22中的每一个接收的时间信息、距离信息和/或焊炬信息，如参考图5进一步描述的(框94)。具体地，中央处理单元20可以利用该定位算法来确定焊炬16在焊接区域24内的位置(例如，定位)(框96)。

应当注意，方法84可以用于在焊接操作期间和/或当焊炬16移动时确定焊炬16的位置。例如，方法84可以另外用作反馈环路98以连续地(或者按照预定的增量)确定焊炬16在焊接区域24内的位置。

图5是一种用于确定图1或图3的焊炬16的位置(例如，定位)的系统100的实施例的框图，其中，数学关系可以是由传感器系统18的中央处理单元20所使用的定位算法的基础。可以在系统100的安排中看到这种数学关系。系统100可以另外示出传感器22与焊炬16之间的几何关系。特别地，在所示实施例中，第一传感器102、第二传感器104、第三传感器106以及第四传感器108布置在靠近焊炬16的焊接区域24内。具体地，每个传感器22的位置或定位是由中央处理单元20已知的。为了说明目的，可以在第一传感器102、第二传感器104、第三传感器106以及第四传感器108之间建立虚拟笛卡尔坐标系。例如，可以在第一传感器102与第四传感器108之间建立X轴110，可以在第一传感器102与第二传感器104之间建立Y轴112，并且可以在第一传感器102与第三传感器106之间建立Z轴114。

如上所述，在某些实施例中，每个传感器22(例如，第一传感器102、第二传感器104、第三传感器106以及第四传感器108)可以被配置成用于基于参照图1至图4所述的技术或方法确定距离信息或时间信息。特别地，所述距离或时间信息可以是每个传感器22与焊炬16之间的距离的估计值。例如，在所示实施例中，第一传感器102可以被配置成用于计算第一传感器102与焊炬16之间的第一距离116的估计值。同样，第二传感器104可以被配置成用于计算第二传感器104与焊炬16之间的第二距离118的估计值，第三传感器106可以被配置成用于计算第三传感器106与焊炬16之间的第三距离120的估计值，并且第四传感器108可以被配置成用于计算第四传感器108与焊炬16之间的第四距离122的估计值。

具体地，这些距离估计值(例如，距离信息)或者在某些实施例中这些延时估计值(例如，时间或延时信息)可以被提供给传感器系统18的中央处理单元20。中央处理单元20可以被配置成用于基于所接收的信息使用三角测量数学运算确定焊炬16的位置信息。例如，如上所述，焊炬16可以被布置在虚拟XYZ笛卡尔空间内的某个定位，并且中央处理单元20可以被配置成用于通过利用传感器22所计算的距离信息和/或时间信息确定焊炬16在这个空间内的定位。另外，应当注意，为焊炬16确定的位置信息可以是相对位置信息，因为该位置信息可能不是相对于地球的绝对值而是相对于传感器系统18和/或焊接系统10的定位。

相应地，尽管在所示实施例中使用四个传感器，应当注意，可以使用多于四个的任意数量的传感器22来建立虚拟XYZ笛卡尔空间。例如，如果在焊接区域24内使用五个或更多个传感器22，该五个传感器22中的任意四个传感器可以用于确定焊炬16的位置。

尽管本文仅示出并描述了某些实施例，本领域技术人员将认识到许多修改和改变。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有这种修改和改变。

Claims (23)

1.一种焊接系统，包括：

调制电路，所述调制电路被配置成用于用随机化信号调制焊接电流以生成经调制的焊接电流；

焊炬，所述焊炬被配置成用于接收所述经调制的焊接电流，其中，所述焊炬被配置成用于基于所接收的经调制的焊接电流产生焊弧，并且其中，当所述焊炬基于所述经调制的焊接电流产生所述焊弧时生成音频信号；

布置在靠近所述焊炬的焊接区域内的传感器系统的一个或多个传感器，其中，所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于检测所述音频信号，并且所述传感器系统被配置成用于提供有关所述音频信号的信息；以及

布置在所述传感器系统内的中央处理单元，所述中央处理单元被配置成用于从所述一个或多个传感器中的每一个接收有关所述音频信号的所述信息，其中，所述中央处理单元被配置成用于基于从所述一个或多个传感器接收的有关所述音频信号的所述信息计算所述焊炬的位置信息。

2.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述传感器系统包括处理电路，所述处理电路被配置成用于将表示各个传感器与所述焊弧之间的距离信息提供为有关所述音频信号的所述信息。

3.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊炬被配置成用于接收所述焊接电流以及在未调制操作期间基于所述焊接电流产生所述焊弧。

4.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述一个或多个传感器中的每一个包括超声波传感器。

5.如权利要求1所述的焊接系统，包括布置在焊接电源中的控制电路，其中，所述调制电路布置在所述焊接电源的所述控制电路中。

6.如权利要求1所述的焊接系统，包括布置在送丝器中的控制电路，其中，所述调制电路布置在所述送丝器的所述控制电路中。

7.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述调制电路被配置成用于至少部分地基于参考伪随机噪声序列和布置有所述调制电路的焊接电源或送丝器的唯一标识符生成所述经调制的焊接电流。

8.如权利要求7所述的焊接系统，其中，所述一个或多个传感器包括处理电路，所述处理电路被配置成用于确定所述焊接电源或所述送丝器的所述唯一标识符。

9.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述调制电路被配置成用于用一系列随机化信号调制所述焊接电流，以在某一时间段内生成一系列经调制的焊接电流。

10.如权利要求9所述的焊接系统，其中，各所述一系列经调制的焊接电流具有基于所述一系列随机化信号中的每个随机化信号的随机性质的唯一特性，并且其中，当所述焊炬基于所述一系列经调制的焊接电流产生所述焊弧时生成一系列唯一音频信号。

11.如权利要求1所述的焊接系统，其中，所述一个或多个传感器中的每一个被布置在所述焊接区域内的已知或预定位置处。

12.一种焊接系统，包括：

焊炬，所述焊炬被配置成用于产生焊弧；

布置在所述焊炬内的发射器，其中，所述发射器被配置成用于向焊接区域发射音频信号；

布置在靠近所述焊炬的所述焊接区域中的传感器系统的一个或多个传感器，其中，所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于检测所述音频信号以及基于所检测的音频信号计算距离信息或延时信息；以及

所述传感器系统的中央处理单元，所述中央处理单元被配置成用于从所述一个或多个传感器中的每一个接收所述距离信息或所述延时信息，其中，所述中央处理单元被配置成用于基于从所述一个或多个传感器接收的所述距离信息或所述延时信息计算所述焊炬的位置信息。

13.如权利要求12所述的焊接系统，其中，所述发射器被配置成用于基于随机化信号生成所述音频信号。

14.如权利要求12所述的焊接系统，其中，所述发射器被配置成用于至少部分地基于参考伪随机噪声序列和所述焊炬的唯一标识符生成所述音频信号。

15.如权利要求12所述的焊接系统，其中，所述中央处理单元被配置成用于控制所述一个或多个传感器中的每一个的参考时间。

16.如权利要求15所述的焊接系统，其中，所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于对所述参考时间与所述音频信号的到达时间进行比较以确定所述延时信息。

17.如权利要求12所述的焊接系统，其中，所述发射器和所述一个或多个传感器中的每一个耦接到无线电装置。

18.如权利要求17所述的焊接系统，其中，所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于经由所述无线电装置向所述发射器发射询问请求，并且其中，所述发射器被配置成用于检测所述询问请求并经由所述无线电装置通过回复信号对所述询问请求做出响应。

19.如权利要求18所述的焊接系统，其中，所述回复信号包括所述询问请求的发射时间的时间戳。

20.如权利要求19所述的焊接系统，其中，所述一个或多个传感器中的每一个被配置成用于接收所述回复信号以及基于所述询问请求的所述发射时间与所述回复信号的所述到达时间的比较确定所述延时信息。

21.一种方法，包括：

从布置在焊接系统的焊接区域内的焊炬生成音频信号；

用布置在所述焊接区域内的传感器系统的一个或多个传感器检测所述音频信号；

用所述一个或多个传感器中的每一个基于所检测的音频信号确定距离信息，其中，所述距离信息包括所述一个或多个传感器中的每一个与所述焊炬之间的距离；

将所述距离信息从所述一个或多个传感器中的每一个发射到所述传感器系统的中央处理单元；以及

基于从所述一个或多个传感器中的每一个接收的所述距离信息确定所述焊接区域内的所述焊炬的位置信息。

22.如权利要求21所述的方法，包括从布置在所述焊炬内的发射器生成所述音频信号。

23.如权利要求21所述的方法，包括基于由焊接电源或送丝器提供的经调制的焊接电流生成所述音频信号。