CN108015395A - 用于电磁位置跟踪的磁频率选择 - Google Patents

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CN108015395A CN201711070020.6A CN201711070020A CN108015395A CN 108015395 A CN108015395 A CN 108015395A CN 201711070020 A CN201711070020 A CN 201711070020A CN 108015395 A CN108015395 A CN 108015395A
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苏亚什·马斯卡尔
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Abstract

用于使用电磁传感器和电磁发射机来跟踪焊接系统的元件的系统和方法，所述电磁传感器和所述电磁发射机在被选择成用于减小或避免来自其他焊接系统的干扰的频率组下运行，这种选择被用户人工地或自动地执行作为在所述传感器处对干扰检测的结果。

Description

用于电磁位置跟踪的磁频率选择
相关申请的交叉引用
本申请作为非临时专利申请提交，根据35 U.S.C.§119(e)要求于2016年11月4日提交的美国临时专利申请号62/417.513的优先权/权益，其全部披露内容通过引用结合在此。
技术领域
所描述的发明总体上涉及用于跟踪和表征人工焊接操作的系统和方法，并且更具体地涉及一种用于提供电磁跟踪系统的系统，该电磁跟踪系统具有通用发射机并且具有可选择的发射频率以克服干扰并且与不同接收机可靠地通信。
背景技术
制造业对有效且经济的焊工培训的期望已经在过去的十年里成为了很好地文档记录下来的主题，因为在今天的工厂、造船厂和建筑工地，技术焊工严重短缺的现状正变得惊人地明显。迅速退休的劳动力，结合传统的基于指导者的焊工培训的缓慢步伐，已经成为更有效的培训技术发展的推动力。迄今为止，多数焊接过程都是人工实行的，然而该领域仍缺乏实用的、可商购的工具来跟踪这些人工(和半自动)过程的表现。允许加速训练针对焊接的人工灵巧技术的创新，连同对焊接基本原理的快速教导，正在变为一种必要。本文所披露的跟踪和表征系统应对改进焊工培训的这个至关重要的需求并且使得能够监测实际的和模拟的人工和其他焊接过程来确保这些过程是在可允许的限制内，所述限制对满足全行业的质量要求是必要的。因此，对这样的有效系统存在持续的需求，所述系统用于训练焊工来在不同条件下正确地执行不同类型的焊接并且用于总体上对其进行跟踪来了解位置信息。尤其对于这些应用中所使用的跟踪技术而言，对在没有针对每个接收机的专用发射系统的情况下可以使用各个元件处的接收机同时跟踪多个元件的系统存在需求。
发明内容
本发明涉及用于跟踪和表征焊接练习和操作的先进的系统和方法。这种系统对于焊接指令以及提供负担得起的工具来用于测量人工焊接技术并且将该技术与所建立的程序进行对比的焊工训练而言是特别有用的。本发明的训练应用包括：(i)筛选申请人的技能水平；(ii)评估受训者随时间的进度；(iii)提供实时辅导以减少训练时间和成本；以及(iv)利用可量化的结果周期性地重新测试焊工的技能水平。过程监测和质量控制应用包括：(i)实时识别与优选条件的偏差；(ii)随时间记录和跟踪与程序的符合度；(iii)出于统计过程控制的目的来捕捉过程内数据(例如，热量输入测量值)；以及(iv)识别需要额外训练的焊工。本发明的系统提供了能够确定与不同的认可焊接程序的符合度的独特益处。在其他实施例中，跟踪数据可以用于各种各样的过程控制和/或监测功能。
本发明在不同的示例性实施例中在焊接练习过程中使用在电磁跟踪系统中的可选择的多频发射机以及一个或多个多频接收机来对多个元件(包括头盔、焊炬或焊枪、以及工件)的运动进行跟踪并且收集过程数据。本发明可适用于宽范围的过程，包括但不必限于GMAW、FCAW、SMAW、GTAW、以及切割。本发明对于工件构型的范围是可扩展的，包括大尺寸、不同的接头类型、管道、板、以及复杂的形状。所测量的参数包括工作角度、行进角度、工具间隔、行进速度、焊道布局、摆动、电压、电流、焊丝送进速度、以及电弧长度。本发明的训练部件可以预填充有特定的焊接程序或者可以由指导者定制。数据可以被自动保存和记录，焊接后分析对表现进行评分，并且跟踪随时间的进度。这种系统可以在整个焊接训练程序中自始至终被使用并且可以包括头盔中的和屏幕上的反馈。现在参照附图，本发明的一个或多个具体实施例应该被更详细地描述。
在另一个示例性实施例中，可以在一个或多个显示器(如计算机监控器或电视)上示出并可以以图形格式展示与焊枪的操纵相关联的多个位置和取向特性。不论使用的是实际电源还是虚拟电源，所述方法还可以包括显示多个电弧参数中的至少一个电弧参数或电弧长度(AL)的步骤。可以在一个或多个显示器上示出所述多个电弧参数或所述电弧长度(AL)。
在又另一个实施例中，所述方法包括以下步骤：(a)存储在焊接过程中计算的多个位置和取向特性；并且(b)将所存储的在焊接过程中计算的多个位置和取向特性与位置和取向特性的多个预先限定的可接受限制进行对比来确保质量控制、或甚至验证所述焊接。在此实施例中，处理器包括存储器件，如计算机硬盘驱动器上的数据文件夹。所述存储器件还可以包括位置和取向特性的所述多个预先限定的可接受限制。位置和取向特性的所述多个预先限定的可接受限制可以对应于针对不同类型的焊接和焊接接头的所建立的标准操作程序。
在另一个示例性实施例中，所述方法包括在焊接过程中提供实时反馈的步骤。
在另一个示例性实施例中，所述方法包括以下步骤：检测潜在的电磁干扰源；并且指示存在潜在干扰、推荐频率和/或传感器变化、和/或相应地自动改变所选择的频率。
在另一个示例性实施例中，所述方法包括将电磁传感器的输出与加速度计的输出进行对比，并且如果所检测的位置或移动中存在差异，则提供警示。
在另一个示例性实施例中，所述方法包括接收用户对发射频率的选择、并且将那个频率信息提供给发射机和接收机。
总体发明概念的以上和其他的方面和优点将从以举例的方式展示总体发明概念的原理的以下说明和附图中变得更显而易见。
附图说明
就以下说明和附图而言，总体发明概念的这些和其他的特征将变得更好理解，在附图中：
图1是展示电磁跟踪系统的已知实施例的简图；
图2是根据示例性实施例的电磁跟踪系统的简图；
图3是在示例性实施例中使用的发射线圈和接收线圈的简图；
图4是应用于焊枪以跟踪其相对于工件的位置的示例性实施例的图示；
图5是应用于焊枪以跟踪其相对于工件的位置的示例性实施例的替代视图；
图6是应用于多个装置以感测它们的位置的示例性实施例的图示；
图7是展示根据本发明的示例性实施例的用于校准传感器的步骤的流程图；
图8是展示根据本发明的示例性实施例的用于选择由发射机和接收机使用的频率组的步骤的流程图；
图9是根据示例性实施例的用户界面；
图10是展示由示例性实施例执行的用于选择频率组以使相邻的设备件的干扰最小化的步骤的流程图；并且
图11是展示根据示例性实施例的用于自动检测传感器干扰和转换所使用的频率组的步骤的流程图。
具体实施方式
现在参照附图描述本发明的示例性实施例。参考符号在具体实施方式中自始至终被用来指代不同元件和结构。在其他情况中，出于简化说明的目的，众所周知的结构和装置以方框图的形式被示出。尽管出于展示的目的，下面的具体实施方式含有许多具体内容，但本领域的技术人员将理解的是，对以下细节的许多变化和变更在本发明的范围内。因此，在没有对所要求保护的发明的一般性造成任何损失并且没有对所要求保护的发明进行限定的情况下，阐述本发明的以下实施例。
电磁跟踪系统可以用于在实际的或模拟的焊接练习过程中跟踪焊炬或工具运动。除了焊炬运动之外，这种电磁跟踪系统可以用于在这种焊接练习过程中跟踪其他部件的位置和取向。如此，系统可以包括多个接收机，其中每个接收机与具体部件相关联。例如，第一接收机与焊炬相关联，第二接收机与头盔相关联，并且第三接收机可以与工件相关联。
电磁跟踪系统在特定频率上运作。也就是说，发射机在特定频率下发射电磁信号，并且接收机被校准用于接收那个特定频率并且忽略其他频率。为了使多个系统邻近运作，要求有多个频率避免干扰其他系统。因此，对针对每个系统的唯一的单个工作频率存在需求。在一些实施例中，这是通过与传感器相结合的多频发射机来完成的，其中，每个传感器被配置成用于接收不同频率。在其他实施例中，发射机可以将信号发射至发射机和在相同频率下运行的相关联的接收机。
除了由相邻系统引起的干扰之外，电弧和其他焊接操作可能生成电磁干扰，所述电磁干扰可能干扰电磁跟踪系统的接收机。为了可适用于监测实际焊接操作或监测模拟焊接操作(这种模拟发生在实际焊接操作附近)，本发明的实施例可能需要具有改变由发射机和接收机所使用的频率的能力，以避免相邻系统或电弧和其他焊接操作干扰。
如图1中100处所示出的，当前的跟踪技术利用具有专用频率(相应的频率1、频率2、以及频率3)的发射机和传感器对102(Tx1/Rx1、Tx2/Rx2、以及Tx3/Rx3)。在许多情况下，可以支持有限数量(例如，高达3个)的发射机和传感器对102，这限制了需要多个工作台(例如，GTAW系统)的训练平台(例如，林肯电气公司(Lincoln Electric)的Vrtex系统)的扩展。所展示的系统使用单独的专用发射机线圈来支持唯一的频率以便多个系统(例如，Vrtex)可以在附近无干扰的情况下运行。
在图2中，展示了包括变频和/或多频的发射机跟踪系统200的示例性实施例。系统200包括主机202、基础控制器204、发射机206、以及多个传感器208.1、208.2、和208.3。在所展示的示例性实施例中，系统200可以通过使用一个发射机206来选择性地控制频率。系统200利用发射机206，所述发射机可以被配置成用于将多个可选择的频率广播给传感器208.1、208.2、和208.3，其中，每个传感器则可以被配置成用于辨别所选择的唯一频率。使用此系统，基础控制器204可以在不需要多个发射机的情况下支持多个频率。这免除了对不同的专用发射机线圈和接收机的需要，并且减少了对多频系统(例如，Vrtex)的需要。在这种实施例中，经由频率选择通信总线210完成所选择的频率的通信。这个频率选择通信总线210与基础控制器204和传感器208.1、208.2、和208.3进行通信。
在替代性示例性实施例中，发射机206可以被配置成用于将可选择的频率发射至传感器208.1、208.2、和208.3。在这种实施例中，传感器208.1、208.2、和208.3中的每个传感器接收和利用由发射机206广播的所选择的频率。这种实施例可以被配置成用于在发射机206不必发射针对每个传感器的唯一的频率的情况下支持多个传感器。
传感器208.1、208.2、和208.3直接通过信号线212(例如，USB，常用的通信构型和协议)将位置和/或取向数据传送至基础控制器204。在某些示例性实施例中，频率选择通信总线210和信号线212可以是相同的物理通信连接。
在其他示例性实施例中，无线技术可以用于将来自传感器208.1、208.2、和208.3的位置和取向信息以及还有频率选择传送至基础控制器204和/或所述传感器。无线技术可以使得能够有更现实的用户体验，在于用户希望操纵或以其他方式接触的那个物品(即，焊炬和护目用具)可以在无需附加通信线(210和212)的情况下被制成。
图3示出了根据示例性实施例的在多频发射机206和多个传感器208.1、208.2、和208.3中使用的发射线圈和接收线圈的一个实施例。虽然并未在图3中展示，发射机206包括多个电子部件，所述电子部件接收所选择的频率并且提供激励发射线圈的信号。在示例性实施例中，发射机206和传感器208.1、208.2、和208.3各自具有沿着三个正交轴线X、Y和Z配置的三个线圈。在一个实施例中，如图3中所示出的，发射机206包括发射线圈302.1、302.2、和302.3，所述发射线圈在基于所选择的频率(频率组)的三个略微不同但唯一的频率下广播信号。作为沿着那些发射线圈的三个正交轴线的物理安排的结果，这些所接收的信号相对于每个线圈对于频率和还有由发射线圈生成的信号的取向而言是唯一的。由于每个线圈的频率是唯一的，所以频率组指作为所述组基于的频率的细微变化的这些单独频率。例如，基于24kHz(24,000Hz)的频率组可以包括三个单独频率：24kHz、25.92kHz和27.84kHz。本领域普通技术人员将理解，所使用的实际频率取决于发射机206和接收机硬件配置，并且示例频率并不旨在限制本发明的范围。每个传感器包括三个接收线圈304.1、304.2和304.3，所述接收线圈被配置成用于接收由对应的X、Y、和Z发射线圈302.1、302.2、和302.3广播的信号。
因此，在本发明的某些实施例中，一个发射机可以被配置成用于在不需要针对每个接收机的专用的发射机的情况下使用针对每个接收机/传感器的唯一频率来将唯一信号并行地广播给多个接收机。在其他实施例中，发射机被配置成用于使用针对所有接收机/传感器的共用频率组来将信号并行地发射至多个接收机。
不论由所述接收机接收的信号是对每个接收机唯一的还是对所有接收机共用的，每个接收机中由所述三个接收线圈304.1、304.2、和304.3接收的信号然后被分析用于确定与一组发射线圈相关的接收机线圈在空间上的位置所在。在一些示例性实施例中，在与线圈304.1、304.2、和304.3相对应的传感器208.1、208.2和208.3处对由接收线圈接收的信号进行分析。在其他实施例中，可以在主机202或一些其他处理器处执行这个分析。在某些示例性实施例中，还可以使用其他类型的频率依赖性的传感器(包括那些具有其他线圈安排的传感器)。
分析由本文中所描述的正交轴线线圈接收的信号可以用于确定相对于对应的发射线圈(发射机)的每个接收线圈(接收机)的位置。然而，在本发明的某些实施例中，附加传感器(如加速度计)可以被包括在传感器208.1、208.2、和208.3中。这种附加传感器的添加可以提高关于相对于发射机206的位置和取向的精度。
所披露的位置感测技术可以被应用于不同的焊接练习。例如，整体上参照图4至图5，展示了用于跟踪和表征人工焊接的创建的系统400。系统400通常包括焊枪402和控制器412。系统400具有许多应用，包括但不限于焊接、焊接训练、“演习”焊接训练、过程监测、过程控制、与用于减少或消除破坏性试验的机械性能的相关性、以及创建人工焊接时的实时反馈。因此，本文中参照不同工件的“焊接”包括实际焊接、模拟焊接、训练焊接、和“演习”焊接；换言之，本领域技术人员将理解，工件的物理结合并非实际上需要的。同样地，本文中的披露意指包括铜焊和钎焊操作以及铜焊和钎焊技术的训练。本披露包括所有连续的人工(和半自动)过程，其中，作业器具的位置和取向的跟踪从监测、质量、和/或训练、透视来看是重要的。此外，系统400可适用于所有类型的人工焊接过程。将在下文详细讨论系统400的部件中的每个部件以及用于使用系统400的方法。
仍参照图4至图5，示出了焊枪402接近于由第一工件416和第二工件418限定的焊接接头414。焊枪402具有枪轴线404、枪嘴406、手柄408、以及传感器装置410。如此具体实施方式中至始至终所使用的，术语焊枪402包括焊炬和针对可消耗的或不可消耗的焊条的焊条夹持器。例如，在金属保护电弧焊工艺(SMAW)中，焊枪402将指焊条夹持器，并且枪嘴406将指可消耗的焊条。如图4至图5中所见的，枪轴线404是延伸穿过焊枪402的中心的假想线。对于许多类型的焊枪402而言，枪轴线404将与枪嘴406重合。
如图4至图5中所见的，在一个实施例中，传感器装置410被安装在焊枪402上。然而，本领域技术人员将理解，传感器装置410可以与焊枪402是一体的。仅通过举例而非限制的方式，传感器装置410可以被内置于手柄408中或枪轴线404附近。所使用的传感器装置410将根据跟踪系统来指定。在所展示的示例性实施例中，传感器装置410包括电磁传感器，例如，上述传感器208.1、208.2、和208.3中的一个。传感器装置410的轴线X、Y、和Z的取向和/或位置可以与枪轴线404相关联和/或使用其进行校准，以便使指示传感器208.1、208.2、或208.3的位置和/或取向的传感器信号指示或可以被用于确定焊枪402和/或其部件(例如，枪嘴406)的位置和/或取向。
仍参照图4至图5，系统400包括被定位成远离焊枪402的控制器412，当焊枪402在焊接时穿过焊接接头414时，所述控制器用于广播用于跟踪传感器410的信号。在此实施例中，控制器412包括电磁发射机，例如，上述发射机206。
如图6中所示出的，本发明的示例性实施例由系统600构成，所述系统包括焊枪602.1、602.2、和602.3、以及与控制器604通信的主机202(例如，主机PC中的跟踪处理器)。如上所述，焊枪602.1、602.2、和602.3中的每个焊枪包括传感器装置606.1、606.2、或606.3。在所展示的示例性实施例中，控制器604包括电磁发射机，例如，上述发射机206。主机202可以对来自传感器装置606.1、606.2、和606.3的多个信号进行分析和处理，并且对与焊枪602.1、602.2、和602.3相关联的多个位置和取向特性进行计算。尽管术语主机202贯穿本说明中以单数形式使用，但是主机202可以包括多个部件，如可以被远程设置的多个计算机和软件程序。
在示例性实施例中，用户可以经由用户界面(包括例如显示器)与主机202交互以便确定针对传感器装置606.1、606.2、和606.3中的每个传感器装置的广播频率。在一个示例性实施例中，发射机和接收机频率均是可变的并且一起建立的，包括在一些实施例中基于潜在干扰建立那些频率。在不同的实施例中，发射机和接收机频率可以是从预先限定的或专用的频率可选的，包括例如由接收机的硬件确定的频率范围。在其他实施例中，发射机和接收机频率可以是可变的。尽管这些频率可以由软件选择和/或改变，但是它们还可以是经由硬件调整(例如，拨动开关)而可选择的。
在一个具体实施例中，主机202包括运行程序/算法和转换程序的计算机，所述程序/算法用于对来自传感器装置606.1、606.2或606.3的多个信号进行处理以便相对于发射机206而生成与传感器装置相关联的原始距离和位置数据，并且所述转换程序用于将所述原始距离和位置数据转换成与焊枪602.1、602.2和602.3相关联的多个位置和取向特性。在另一个实施例中，主机202可以包括两台计算机，其中，第一计算机运行跟踪程序以生成与传感器装置606.1、606.2和606.3相关联的原始距离和位置数据，并且第二计算机与所述第一计算机进行通信，所述第二计算机运行转换程序来将所述原始距离和位置数据转换成与焊枪602.1、602.2和602.3相关联的多个位置和取向特性。所述程序可以几乎是能够在3维空间中提供精确的距离和位置测量的任何程序。显著地，所述程序可以跟踪和测量沿着X轴线、Y轴线和Z轴线的移动并且具有通过单独地或组合地使用其他传感器(诸如但不限于加速度计)来跟踪和测量滚动、俯仰和偏转旋转的能力。
为了实现适用于模拟焊接操作的位置精度或捕捉实际焊接操作中的焊接设备的位置，一般期望的是相对于发射机206来校准传感器装置606.1、606.2和606.3。在一些示例性实施例中，跟踪系统200还可以具有一组硬编码的校准坐标，所述硬编码的校准坐标确定跟踪器在空间坐标中的位置。当前技术存在的问题是每次在新系统被构建时需要人工地调整需要校准的跟踪器(即，一旦系统已经被组装，传感器线圈就必须相对发射器线圈进行人工校准)。
在示例性实施例中，为了使跟踪系统600精确地跟踪和测量传感器装置606.1、606.2和606.3的位置和移动，跟踪系统600必须首先获悉随后将成为“教导对象”的传感器装置606.1的参数。所述程序将原始数据转换成焊接参数以使“教导对象”位置与焊接接头414位置和取向以及焊枪602.1上的位置和取向相联系。如此，可以执行校准过程。校准过程可以用于使传感器装置606.1的定位归零，以便在实际运行被执行时创建允许程序对与传感器装置606.1相关联的距离和位置数据进行精确计算的参照系。例如，校准固定装置可以用于将焊枪602.1以及因此传感器装置606.1固持在相对于控制器604的已知位置和取向中。校准过程还可以用于记录一个或多个工件相对于系统600的位置。
如图7中所示出的示例性实施例的流程图700中所展示的，可以选择702用于校准的传感器。选择704初始频率组并且将其传送至发射机206。然后调整708所选择的传感器以便接收所述频率组的适当频率。在步骤710中，传感器被固定在相对于发射机206的已知位置处。如果由控制器604接收的数据指示所检测的位置是稳定的712，则校准714所选择的传感器，从而使得表示所选择的传感器的位置的数据相当于传感器的实际固定位置。然而，如果由主机202接收的数据指示传感器位置是不稳定的，则在步骤716处选择不同的频率组。一旦已经校准了各个传感器，用户然后可以对控制器604和主机202进行初始化以便开始收集与传感器装置606.1相关联的原始距离和位置数据。接下来，用户可以沿着焊接接头414进行试运行来开始收集数据。在试运行中，用户可以创建实际焊接或简单地执行“演习”而不进行实际焊接。当试运行过程完成时，用户将终止数据收集过程。
在示例性实施例中，与焊枪602.1相关联的多个位置和取向特性可以包括以下特性中的至少一者：工作角度(WA)、行进角度(TA)、间隔距离(SD)、行进速度(TS)、以及摆动图案(WP)。这些特性可以基本上影响不同类型的焊接的品质、外观和性能。
本领域技术人员将熟悉以上提及的特性；然而，现在将给出每个特性的阐述。参照图5，示出了焊枪402的工作角度(WA)502。工作角度(WA)502是焊枪402相对于基底工件418的角度。换句话说，工作角度(WA)502是枪嘴406指向焊接接头414处从基底工件418测量的角度。例如，当焊接接头414是搭接接头或T形接头时，工作角度(WA)502应该为约45度，而对于对接接头而言，工作角度(WA)应该为约90度。因此，如图5中所见的，为了在第一工件416和第二工件418上制造具有相等厚度的填角焊，工作角度(WA)502应该为近似45度。在多焊道填角焊接中，工作角度(WA)502是重要的。例如，当在填角焊接的竖直截面中进行底切时，工作角度(WA)502通常应该被调整，从而使得枪嘴406更多地朝向竖直截面引导。行进角度(TA)(未示出)是从焊接的方向中的竖直方向测量的焊枪408的角度。行进角度(TA)还通常被称为焊炬角度。在典型的焊接过程中，行进角度(TA)在约5度至25度之间。此外，行进角度(TA)可以是推角度或拉角度。再次参照图5，间隔距离(SD)504是由焊枪嘴406与焊接接头414之间的距离限定的。间隔距离504也通常被称为导电嘴到工件距离。间隔距离504的变化可以影响焊接的创建。例如，过短的间隔距离504可能导致焊接热量增加、有更大穿透、和焊接积聚减少。另一方面，过长的间隔距离504可能导致焊接热量减少、穿透和熔合减少、以及焊接积聚的不期望的增加。顾名思义，行进速度(TS)(未示出)指焊接时焊枪402、尤其枪嘴406沿着焊接接头414行进的速度。行进速度(TS)可以影响焊接的大小、形状和完整性。摆动图案(WP)(未示出)指当创建焊接时焊工操纵焊枪402以及因此枪嘴406的图案，并且可以影响若干焊接性能。例如，摆动图案(WP)影响焊接的穿透、积聚、宽度和完整性。在示例性实施例中，焊接电源与主机202通信。在这种实施例中，主机202在焊接创建过程中接收与焊接参数对应的数据，即，焊接电流(I)、焊接电压(V)、以及送线速度(WFS)。在接收焊接电流(I)、焊接电压(V)、以及送线速度(WFS)数据之后，主机202可以使用本领域技术人员已知的数学运算来计算电弧长度(AL)。
示例性实施例可以包括显示器。如图2的示例性实施例中所展示的，显示器214可以与主机202通信，并且被配置成作为用于选择发射机频率的用户界面和/或展示传感器208.1、208.2或208.3的多个位置和取向特性中的至少一者。通过举例而非限制的方式，显示器214可以是能够接收和显示来自主机202的数据输出的标准计算机监控器。进一步，显示器214可以被并入焊工的头盔、护目镜、手套中，或可以被投影到工件416和418上。系统200可以包括多于一个显示器214。显示器214可以在焊接的创建过程中或甚至在操纵焊枪402但没有产生焊接的“演习”场景中展示焊枪402的多个位置和取向特性中的至少一者。因此，显示器214用作用于提供焊枪402的位置和取向特性的视觉反馈的工具。在示例性实施例中，焊枪402的多个位置和取向特性以图形格式被示出在显示器上。显示器还可以在焊接过程中提供与所述多个焊接参数对应的视觉反馈。如本领域普通技术人员将会理解的，当由焊枪的用户演示时，所描述的发射机206和传感器208.1、208.2、和208.3可以用于监测本文中提及的不同参数。
在示例性实施例中，由发射机206和传感器208.1、208.2、和208.3使用的频率的确定可以是来自用户的选择或可以由系统自动确定。例如，在由图8的流程图800所展示的示例性实施例中，在步骤802中，用户可以通过选择系统200上的控制或经由用户界面开始频率变化。用户界面然后可以显示804当前所选择的频率组以及那些对于选择可获得的频率组。在步骤806中，系统接收频率组的用户选择，并且在步骤808中，系统将那些频率发射至发射机206和传感器208.1、208.2或208.3。图9中展示了这种用户界面900的示例性实施例。如所示出的，用户界面900包括当前频率组的显示902和对于选择可获得的那些组的列表904。因此，这种用户界面的用户可以选择可获得的频率组之一。
在某些示例性实施例中，频率的选择、确定和/或编程可以通过模拟和控制软件来实现。例如，用户可以在模拟和控制软件程序的用户界面中选择频率以便避免不同的相邻跟踪系统200之间的干扰，所述不同的相邻跟踪系统中的每个跟踪系统包括发射机206和传感器208.1、208.2、和208.3。在一些示例性实施例中，这种选择可以被执行以便避免来自跟踪系统200附近的其他电磁源的干扰。在一些示例性实施例中，这可以通过将跟踪技术的应用程序接口(API)软件与模拟和控制软件程序进行接口连接来实现。在本发明的示例性实施例中，系统200可以检测潜在的电磁干扰源并且相应地确定所选择的频率。这个检测过程可以是自动的(作为系统200与潜在的电磁干扰源之间的通信的结果)或可以是用户提供识别潜在的电磁干扰源的数据的结果。
图10包括展示这种示例性实施例的步骤的流程图1000。在步骤1002中，输入被接收，所接收的输入包括识别潜在的电磁干扰源的数据。在步骤1004中，系统200使用那些数据来引用干扰源表和对应的推荐频率以便最好地克服那些源。在步骤1006中，系统200然后从可能导致由潜在的电磁干扰源有较少量干扰的表中选择频率。在某些示例性实施例中，在步骤1008中，将所选择的频率传送至发射机206和传感器208.1、208.2、和208.3。在其他示例性实施例中，将所选择的频率传送至发射机206和第一传感器208.1。在这种实施例中，重复所述过程，并且将第二选择的频率传送至发射机206和第二传感器208.2。在这种实施例中，重复这个过程直至所有传感器已经被分配有选择的频率。在一些示例性实施例中，这个步骤还可以包括：基于所选择的频率来选择或调整传感器的配置。
在不同的其他实施例中，位置、定位和/或取向特征可以与其他技术(包括例如焊接定序器应用)结合使用。美国专利号8,692,157(11/227,349)、美国专利号9,104,195(11/613,652)、美国公开号2014/0042135(13/802,985)、美国公开号2014/0042136(13/803,032)、美国公开号2014/0042137(13/803,077)、美国公开号2014/0263225(13.802,883)、美国公开号2014/0263227(13/802,951)、美国公开号2015/0268663(14/730,991)以及美国公开号2016/0361774(13/802,918)中所描述的焊接定序器技术通过引用以其全文并入本文。
在又其他的不同实施例中，位置、定位和/或取向特征可以与其他技术(包括披露焊接定序器编辑器和限制分析器的应用)结合使用。美国公开号2015/0069029(14/132,496)和美国专利号2017/0189984(15/014.965)中所描述的焊接定序器编辑器和限制分析器通过引用以其全文并入本文。
本文中所描述的跟踪方法和系统可以被包括焊接定序器、焊接定序器编辑器、或限制分析器的焊接系统使用。例如，这些系统可以包括可以利用位置、定位和/或取向信息的不同部件。在一些实施例中，例如，检查点部件可以监测焊接过程和/或焊接操作者(包括操作者的移动)、焊接工具的定位、焊接设备的定位或位置、操作者的定位或位置等等。在其他实施例中，例如，收集部件可以从使用焊接顺序(包括操作者的移动、焊接工具的定位、焊接设备的定位或位置、操作者的定位或位置、操作者的身体部分的位置或定位、固定装置位置、用于焊接工具的速度等等)的焊接操作中收集实时数据。在其他实施例中，其他部件可以利用类似的信息，包括导向部件、监测部件等。
除了焊接定序之外，所披露的位置、定位和/或取向特性可以与其他技术(包括美国公开号2015/0125836(14/527,914)和美国公开号2017/0053557(14/829,161)中所描述的虚拟现实技术)结合使用。因此，这些公开文件也通过引用以其全文并入本文。
本文中所描述的跟踪方法和系统可以被用于模拟焊接或增强实境系统的虚拟现实系统所利用，在所述模拟焊接或增强实境系统中，信息被提供成用于增大用户对实际焊接操作的视野。在一些示例性实施例中，跟踪方法和系统可以被用于定向和显示焊接工具和有待在模拟焊接操作中焊接的组件的展示。在其他实施例中，焊接装置的电源可以使用在焊接操作过程中从图像捕获和位置感测装置中接收的图像数据而变化。
虽然电磁跟踪系统可以在不需要光学系统所需的视线的情况下提供执行本文中所描述的功能所需的精度，但是电磁跟踪系统可能易受来自不同源的电磁干扰。除了干扰之外，电磁跟踪系统还可能受发射机206与传感器208.1、208.2或208.3之间的距离的影响。在示例性实施例中，这种影响可能本身表现为所计算的传感器208.1、208.2或208.3位置中的振荡。在示例性实施例中，传感器208.1、208.2或208.3被配置成包括加速度计或类似的辅助运动感测技术。在这种实施例中，主机202可以将电磁跟踪信息与从辅助运动感测技术中接收的那种信息进行对比，以便确定所测量的移动是实际移动还是干扰或距离的结果。
图11的流程图1100展示了由示例性实施例执行的用于检测这种错误的步骤。在步骤1102中，主机202接收来自加速度计的运动数据和三轴磁线圈数据。在步骤1104中，此信息被对比以便确定所述数据相对于潜在移动是否是兼容的。如果对比1105指示加速度计或三轴磁线圈传感器中一者正检测到振荡运动而其他传感器没有检测到振荡运动，则在步骤1106中通知用户。在步骤1108中选择新的频率组。这个选择可以由如本文中所描述的用户完成或可以由主机202通过选择可获得的频率组而自动完成。在步骤1110中，所选择的频率组然后被传送至本文中所描述的发射机206以及传感器208.1、208.2、和208.3。
本领域技术人员将理解，所描述的跟踪传感器208.1、208.2、和208.3可以用于类似地跟踪配备有传感器的焊接和其他工业操作中所涉及的其他成分，包括例如设备、固定装置、夹具、零件、操作者等。

Claims (20)

1.一种跟踪焊接操作的方法，所述方法包括：
提供工件；
提供多频电磁发射机；
提供多个焊接工具，其中，每个焊接工具与跟踪传感器相关联，所述跟踪传感器包括电磁接收机；
由所述发射机和所述接收机确定供使用的频率集合；
将所确定的频率集合提供给所述发射机和所述接收机；
将来自所述发射机的信号发射至每个接收机，其中，所述发射机在根据所确定的频率集合的频率下广播信号；
由每个接收机在所确定的频率集合下接收信号；并且
基于所接收的信号来确定每个接收机的取向和位置。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在显示装置上显示所述多个焊接工具中的每个焊接工具的表示，其中，这种表示基于与所述焊接工具相关联的接收机的所确定的取向和位置来展示所述焊接工具的空间取向。
3.如权利要求1所述的方法，其中，由所述发射机和所述接收机确定供使用的频率集合的步骤包括以下子步骤：在用户界面上呈现多个频率集合；并且接收所述多个频率集合中的一个频率集合的选择。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁发射机和所述接收机各自包括三个电磁线圈。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所确定的频率集合包括三个离散频率，并且那些离散频率各自被指派给所述发射机中的一个电磁线圈和所述接收机中的一个对应的线圈。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述焊接操作被人工地执行。
7.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
将用于焊接操作的多个焊接参数提供给数据处理部件；并且
将每个接收机的所确定的取向和位置提供给所述数据处理部件；并且
由所述数据处理部件确定在每个接收机的所确定的取向和位置与所述多个焊接参数之间的相关性。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收与已知对由所述发射机和所述接收机组成的电磁跟踪系统产生干扰的装置相对应的装置标识符；
识别耐受于由所识别的干扰装置引起的干扰的频率集合；
对所述发射机进行配置以发射所识别的频率集合；并且
对所述接收机进行配置以接收所识别的频率集合。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述装置标识符选自包括多个焊接系统装置标识符的列表。
10.如权利要求9所述的方法，其中，识别耐受于由所选择的装置引起的干扰的频率集合包括以下步骤：对查找表进行检索；并且对由所述装置标识符识别的装置和所检索的查找表上的对应频率集合进行定位。
11.如权利要求8所述的方法，其中，接收与已知对所述电磁跟踪系统产生干扰的装置相对应的装置标识符的步骤包括以下子步骤：
显示用户界面，所述用户界面包括已知对所述电磁跟踪系统产生干扰的装置的列表；并且
在所述用户界面处接收包含在所述列表中的装置的选择。
12.如权利要求8所述的方法，其中，接收与已知对所述电磁跟踪系统产生干扰的装置相对应的装置标识符的步骤包括以下子步骤：直接从已知对所述电磁跟踪系统产生干扰的装置接收所述装置标识符。
13.一种检测对电磁跟踪系统的干扰并且调整由所述电磁跟踪系统使用的频率以克服所检测的干扰的方法，所述方法包括：
提供变频且多频的电磁发射机；
提供包括电磁接收机和加速度计的传感器；
由所述发射机和所述接收机确定供使用的频率；
将所确定的频率传送至所述发射机和所述接收机；
在所确定的频率下将来自所述发射机的信号发射至所述接收机；
由所述接收机在所确定的频率下接收信号；
基于所接收的信号来确定所述接收机的取向、位置、和移动；
使用所述加速度计来确定所述接收机的检测的移动；
将由所接收的信号确定的所述接收机的移动与由所述加速度计确定的所述接收机的移动进行对比；并且
如果将由所接收的信号确定的所述接收机的移动与由所述加速度计确定的所述接收机的移动进行对比的步骤指示所对比的移动是不相似的，则将新的频率发射至所述发射机和所述接收机。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所对比的移动的不相似性本质上是振荡的。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述新的频率选自预先确定的频率列表。
16.如权利要求13所述的方法，其中，一旦确定了所对比的移动是不相似的，就将消息显示在用户界面上。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所述电磁发射机包括三个发射线圈。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述电磁接收机被附连到焊枪上。
19.一种用于跟踪焊接操作的系统，所述系统包括：
用于发射多个频率的器件；
用于跟踪焊接工具的位置的至少一个器件，其中，这种器件接收所发射的多个频率；
处理器件，所述处理器件包括当被主机执行时使所述主机执行以下各项的软件指令：
通过所述用于发射多个频率的器件和所述用于跟踪焊接工具的位置的器件来确定供使用的频率集合；
将所确定的频率集合提供给所述用于发射多个频率的器件和所述用于跟踪焊接工具的位置的器件；
将来自所述用于发射多个频率的器件的信号发射至每个用于跟踪焊接工具的位置的器件，其中，所述用于发射多个频率的器件在根据所确定的频率集合的频率下广播信号；
由每个用于跟踪焊接工具的位置的器件在所确定的频率集合下接收信号；并且
基于所接收的信号来确定每个用于跟踪焊接工具的位置的器件的取向和位置。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所确定的频率集合包括三个离散频率。
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