CN108687465A - 工件定位器和焊接定序器 - Google Patents

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Abstract

披露了焊接工作单元的实施例。一个实施例包括工件定位系统、焊接电源和焊接作业定序器。所述工件定位系统向安装在头座与尾座之间的工件的升降运动和旋转运动提供动力，以便重新定位所述工件用于将要进行的下一焊接。所述焊接电源基于所述电源的一组焊接参数来生成焊接输出功率。所述焊接作业定序器命令所述工件定位系统根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将所述工件从当前位置重新定位到下一位置。所述焊接作业定序器还命令所述焊接电源根据所述焊接排程的所述焊接顺序的所述下一步骤来将当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。

Description

工件定位器和焊接定序器
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3月30日提交的美国临时专利申请序列号62/478,704的优先权和权益，该申请以其全部内容通过援引并入本文。此美国专利申请还要求于2017年7月21日提交的美国临时专利申请序列号62/535,272的优先权和权益，该申请以其全部内容通过援引并入本文。2015年8月11日发布的美国专利9,104,195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与下列相关的系统、设备和方法：用于固持将被焊接或切割的工件的焊接或切割定位器；以及从焊接顺序中提供可选和可控的运动轮廓的焊接定序。
背景技术
大型工件难以进入使得人类操作员可以以符合人体工程学且安全的方式与工件交互的焊接或切割位置。人类操作员通常需要在梯子上爬上爬下工作，并且/或者在不符合人体工程学的位置完成他们的工作。工件定位器经常用于操纵大型工件的位置。无论客户何时需要特定工件的新位置或位置更改，都必须对工件定位器进行重新编程。大型工件经常要作许多焊接，并且人类操作员容易遗漏或忘记这些焊接中的一者或多者。需要一种允许在焊接过程中对工件进行期望的定位同时跟踪焊接的更有效解决方案。
发明内容
本发明的实施例提供了一种由焊接作业定序器引导的工件定位系统。在一个实施例中，焊接作业定序器将焊接顺序的位置命令提供给固持大型工件的工件定位系统。当焊接作业定序器按照焊接排程的步骤进行时，大型工件通过如由焊接作业定序器命令的工件定位系统进行重新定位，以使大型工件放在最佳位置以便由人类操作员进行焊接。总体发明概念中的许多方面将从以下示例性实施例的详细描述、权利要求和附图中变得显而易见。
在一个实施例中，提供了一种焊接工作单元。焊接工作单元包括工件定位系统，所述工件定位系统包括头座结构和尾座结构。工件定位系统被配置成向安装在头座结构与尾座结构之间的工件的升降运动和旋转运动提供动力，以便重新定位工件来供人类操作员执行下一焊接。焊接工作单元还包括焊接电源，所述焊接电源被配置成基于电源的当前一组焊接参数来生成焊接输出功率。焊接电源是由人类操作员用于焊接工件的焊接系统的一部分。焊接工作单元进一步包括与工件定位系统和焊接电源通信的焊接作业定序器。焊接作业定序器被配置成命令工件定位系统根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将工件从当前位置重新定位到下一位置。焊接作业定序器也被配置成命令焊接电源根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。在一个实施例中，焊接作业定序器包括存储一组用户配置文件的存储器。当人类操作员登录到焊接作业定序器、焊接电源或工件定位系统中的至少一者中时，由焊接作业定序器命令的下一位置便基于与人类操作员对应的一组用户配置文件中的用户配置文件进行调整。另外，当人类操作员登录到焊接作业定序器、焊接电源或工件定位系统中的至少一者中时，由焊接作业定序器命令的下一组焊接参数便基于与人类操作员对应的一组用户配置文件中的用户配置文件进行调整。在一个实施例中，工件定位系统包括接口控制器。接口控制器包括：通信接口，其被配置成至少与焊接作业定序器通信；存储器，其存储包括程序数据的用户配置文件或运行文件中的至少一者，所述程序数据以可执行格式进行编译和保存以供人/机接口(HMI)应用使用；处理器或可编程逻辑控制器中的至少一者；以及人机接口(HMI)，其包括图形触摸面板接口或按钮中的至少一者。在一个实施例中，工件定位系统包括容纳在头座结构中的第一液压缸、具有支承件的第一对内衬导轨、第一液压动力单元以及第一线性编码器。工件定位系统还包括容纳在尾座结构中的第二液压缸、具有支承件的第二对内衬导轨、第二液压动力单元以及第二线性编码器。第一液压缸、第一液压动力单元、第二液压缸和第二液压动力单元被配置成同步地向工件沿着第一对线性导轨和第二对线性导轨的升降运动供以动力。所述同步由第一线性编码器和第二线性编码器来提供。在一个实施例中，焊接作业定序器包括通信接口，所述通信接口被配置成至少与工件定位系统和焊接电源通信。焊接作业定序器还包括存储器，该存储器存储包括程序数据的焊接排程、用户配置文件或运行文件中的至少一者，所述程序数据以可执行格式进行编译和保存以供人/机接口应用使用。焊接作业定序器进一步包括处理器和人/机接口(HMI)，所述人/机接口被配置成向人类操作员提供与人类操作员将要执行的下一焊接对应的命令和指令。在一个实施例中，焊接电源包括：被配置成至少与焊接作业定序器通信的通信接口、存储一组用户配置文件和多组焊接参数的存储器、发电电子器件、波形发生器、处理器/控制器，以及人/机接口(HMI)。
在一个实施例中，提供了一种操纵焊接工作单元的方法。所述方法包括：焊接工作单元的焊接工作定序器将第一命令数据发送到焊接工作单元的工件定位系统，所述工件定位系统将工件固持在头座结构与尾座结构之间的当前位置。第一命令数据对应于根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤的下一位置。所述方法还包括：响应于第一命令数据，工件定位系统将工件从当前位置重新定位到下一位置。所述方法进一步包括：焊接作业定序器将第二命令数据发送到焊接工作单元的焊接电源，所述焊接电源被配置成基于当前一组焊接参数来生成焊接输出功率。第二命令数据对应于根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤的下一组焊接参数。所述方法还包括：响应于第二命令数据，焊接电源将当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。在一个实施例中，所述方法包括：工件定位系统向焊接作业定序器发送确认数据，以便确认工件已根据第一命令数据适当地重新定位。在一个实施例中，所述方法包括：焊接电源向焊接作业定序器发送确认数据，以便确认当前一组焊接参数已根据第二命令数据适当地调整成下一组焊接参数。在一个实施例中，所述方法包括：在焊接作业定序器的人/机接口(HMI)上显示与焊接顺序的下一步骤对应的指令，以便指示人类操作员在工件上执行下一焊接操作。在一个实施例中，第一命令数据从焊接作业定序器无线地发送到工件定位系统。在一个实施例中，第二命令数据从焊接作业定序器无线地发送到焊接电源。在一个实施例中，所述方法包括：基于登录到焊接作业定序器、工件定位系统或焊接电源中的至少一者中的人类操作员的用户配置文件来修改第一命令数据和第二命令数据中的至少一者。
在一个实施例中，提供了一种联网焊接工作单元。联网焊接工作单元包括工件定位系统，所述工件定位系统包括头座结构和尾座结构。工件定位系统被配置成向安装在头座结构与尾座结构之间的工件的升降运动和旋转运动提供动力，以便重新定位工件来供人类操作员执行下一焊接。联网焊接工作单元还包括焊接电源，所述焊接电源被配置成基于电源的当前一组焊接参数来生成焊接输出功率。焊接电源是由人类操作员用于焊接工件的焊接系统的一部分。联网焊接工作单元进一步包括计算机化网络以及焊接作业定序器，所述焊接作业定序器经由计算机化网络与工件定位系统和焊接电源通信。焊接作业定序器被配置成命令工件定位系统根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将工件从当前位置重新定位到下一位置。焊接作业定序器也被配置成命令焊接电源根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。在一个实施例中，联网焊接工作单元包括身体接近传感器，所述身体接近传感器被配置成感测人类操作员何时不在安全位置，并且响应于感测到人类操作员何时不在安全位置来停止工件定位系统的移动。在一个实施例中，联网焊接工作单元包括扫描器，所述扫描器被配置成读取被编码在工件上的工件信息并且将工件信息发送到焊接作业定序器。焊接作业定序器被配置成基于工件信息来从多个焊接排程中选择焊接排程。在一个实施例中，计算机化网络包括存储用户配置文件的服务器计算机和网络存储装置中的至少一者。在一个实施例中，联网焊接工作单元被配置成局域网或广域网中的至少一者。在一个实施例中，联网焊接工作单元被配置成无线网络。
附图说明
结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图展示了本披露的多种不同实施例。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，被示出为一个元件的内部部件的另一个元件可以被实施为外部部件，并且反之亦然。此外，元件可以不是按比例绘制的。
图1示出了工件定位系统的一个实施例，所述工件定位系统具有彼此分离的两个部分，使得大型工件的一端可以附接到一个部分(例如，头座)并且大型工件的另一端可以附接到另一个部分(例如，尾座)；
图2是示出了具有焊接电源、工件定位系统和焊接作业定序器的系统(例如，焊接工作单元)的一个实施例的系统框图；
图3是示出了图1和图2的工件定位系统的接口控制器(操作员控制件)的一个实施例的设备框图；
图4是示出了图2的焊接作业定序器的一个实施例的设备框图；
图5是示出了图2的焊接电源的一个实施例的设备框图；
图6是示出了系统(例如，联网焊接工作单元)的一个实施例的系统框图；
图7是操纵焊接工作单元的方法的一个实施例的流程图；以及
图8是示出了焊接作业定序器的一个实施例的设备框图。
具体实施方式
工业定位系统可以用于固持和定位将被焊接或切割的大型或笨重工件。根据本发明的实施例，此类工件不再难以进入将要焊接或切割的位置，并且人类操作员可以以符合人体工程学且安全的方式与工件交互。利用在此披露的实施例，人类操作员不太可能必须在梯子上爬上爬下并且/或者在不符合人体工程学的位置进行他们的工作。此外，在此披露的实施例提供了允许此类工件的期望定位的更有成本效益的解决方案。尽管本文中的详细描述聚焦于焊接(例如，电弧焊接)，但是本文中的概念和功能同样适用于切割(例如，等离子切割)。
披露了用于固持和定向将被焊接或切割的大型工件的工件定位系统的实施例。在一个实施例中，工件定位系统被配置成将待焊接或切割的大型工件固持在可调整的高度处，并且允许工件在所述高度处沿着一个或多个轴线旋转。在一个实施例中，焊接作业定序器与工件定位系统接口连接，以便命令工件定位系统在按照焊接排程的焊接顺序进行时移动或重新定位大型工件。焊接定位系统具有两个运动轴线，其中一个旋转轴线水平地定向并且连接到工件上。另一个轴线是与旋转轴线连接的线性垂直行程轴线，从而允许根据需要来设定高度。根据一个实施例，焊接定位系统使用液压缸来调整工件位置。
现在参考附图，附图仅用于展示本发明的示例性实施例的目的而不是为了限制本发明的目的，图1示出了具有两个部分的工件定位系统100的实施例(例如，液压升降Z轴焊接定位系统)。两个部分彼此分开，这样使得大型工件的一端可以被附接到一个部分(例如头座110)上，并且大型工件的另一端可以被附接到另一个部分(例如尾座120)上。根据一个实施例，每个部分的z轴高度可以独立地(或者以协调的方式)调整并且经由液压控制来设定。此外，工件可以经液压控制旋转到期望的取向，使得人类操作员可以在工件上执行下一焊接。
根据一个实施例，定位系统的两个制造部分分别构成头座110和尾座120。每个部分容纳液压缸130、具有支承件的一对线性导轨140、液压动力单元150、线性编码器160以及动力旋转驱动器或惰轮支承件170。每个部分110、120的升降运动由液压动力单元150和缸130来提供动力，所述缸由线性导轨和支承件140引导。线性编码器160确保沿着具有支承件的一对线性导轨140的升降运动保持同步。旋转也由液压动力单元150中的一个来提供动力(例如，围绕水平旋转轴线175旋转)。也提供与旋转相关联的编码器来确保围绕旋转轴线175的旋转运动保持同步。编码器向接口控制器180(下文讨论)提供位置反馈。通常，与例如使用伺服电机和滚珠螺杆进行升降并且使用伺服电机和精密齿轮箱进行旋转的定位系统相比，可以以低得多的成本来提供定位系统100的液压配置。
在一个实施例中，定位系统100经由安装到头座110上的接口控制器180(图1中的操作员控制件)来控制。接口控制器180可以包括(例如，参见图3)例如与物理按钮串接的处理器和/或可编程逻辑控制器(PLC)和图形触摸面板接口，以便为控制定位系统100的人类操作员控制提供直观的人类操作员交互。接口控制器180还允许与例如像焊接作业定序器的其他外部系统进行接口连接。在一个实施例中，焊接作业定序器与定位系统100接口连接并且与所述定位系统通信，以便贯穿大型工件上的一系列焊接引导定位系统100和人类操作员，如在此稍后更详细地描述(例如，参见图2)。
在一个实施例中，控制电缆和液压管线被封闭并布线在主结构的钢框架内，其中它们被保护免受损坏。通常，定位系统100的实施例被制造成在工业工厂环境下操作。在一些实施例中，定位系统100是独立式产品。在其他实施例中，定位系统100可以与其他产品(例如，焊接或切割系统)整合。根据各种实施例，定位系统可以具有不同类型。例如，定位系统可以是如上所述的液压控制型或者可以是例如伺服控制型或天钩型定位器。根据各种实施例，任何类型的定位器都可以被配置成与焊接作业定序器联合操作。
在示例性实施例中，提供了一种焊接作业定序器。该焊接作业定序器通过在无需折中其中可用焊接排程数量的情况下提高半自动工作单元的生产率来改进相关技术的半自动工作单元。该焊接作业定序器通过在半自动工作单元(例如，定位系统100)中实现自动的改变并且通过为人类操作员提供一批命令和指令来完成此改进。
更具体地，在示例性实施例中，焊接作业定序器自动地选择并实现焊接工作单元的功能。这种功能的实例包括有待与半自动工作单元一起使用的特定焊接排程。换句话说，焊接作业定序器可以为特定的焊接操作选择有待使用的焊接排程，并且自动针对人类操作员(即，无需人类操作员特别干涉)根据所选择的焊接排程修改半自动工作单元(例如，定位系统100)的设置。
此外，在示例性实施例中，焊接作业定序器自动地指示操作顺序，人类操作员应当遵循该顺序以创建最终的焊接组件。连同对焊接排程的自动选择，这个指示的顺序允许人类操作员遵循该顺序以创建最终的焊接零部件，而不必花费时间来调整、选择或者复查每个单独的焊接排程和/或顺序。
因此，由于焊接作业定序器设置焊接装备和定位系统并组织工作流，并且由于人类操作员仅仅执行焊接操作本身，所以焊接操作中出错的机会大大减小，而生产率和质量提高。消除了错误、漏焊和错误过程的机会。
根据一个实施例，焊接作业定序器是具有用户接口(例如，人机接口或HMI)的计算机。根据各种实施例，焊接作业定序器可以经由有线装置(例如，经由电缆)或无线装置来与定位系统通信。在另一个实施例中，焊接作业定序器通过计算机化网络(例如，作为局域网、广域网或互联网……的一部分，例如参见图6)来与定位系统通信。计算机化网络包括例如服务器计算机。以类似的方式，焊接作业定序器可以与焊接系统的焊接电源通信。图2示出了作为焊接工作单元10的一部分可操作地连接到焊接电源300和定位系统100上的焊接作业定序器200。焊接电源300是人类操作员用来焊接工件的焊接系统的一部分。例如，焊接系统不仅可以包括焊接电源，还可以包括送丝器、焊枪以及用于焊接的气体罐。根据其他实施例，也可能存在焊接系统的其他元件。
在一个实施例中，当焊接作业定序器200逐步执行将要在工件上进行的焊接顺序时，焊接作业定序器200命令定位系统100将大型工件移动到最佳位置(例如，z轴高度和旋转)来供人类操作员进行焊接(或一系列焊接)。例如，当完成一个焊接(或焊接顺序)并且将要进行下一焊接(或焊接顺序)时，焊接作业定序器200与定位系统100的接口控制器180通信，以命令定位系统100移动到下一焊接(或焊接顺序)的预先编程的最佳位置。定位系统100的接口控制器180可以与焊接作业定序器200返回通信，以便验证(确认)工件处于命令的位置。焊接作业定序器200随后可以向人类操作员显示与将要进行的下一焊接(或焊接顺序)相关联的指令。人类操作员随后可以遵循显示的指令来使用焊接系统创建下一焊接。在一个实施例中，焊接作业定序器200与焊接系统的电源300通信，以便例如调整用于下一焊接的电源300的参数(例如，焊接参数)。电源300可以与焊接作业定序器200返回通信，以便确认已进行了调整。
作为实例，在一个实施例中，当焊接作业定序器200到达焊接顺序中的步骤时，焊接作业定序器200将整数值写入定位系统100的PLC(例如，参见图3)，所述整数值对应于工件将要移动到的位置。PLC向焊接作业定序器200提供反馈，以验证PLC接收到正确的整数值。一旦验证，PLC就会触发工件移动到对应的位置。PLC报告返回焊接作业定序器200，以指示何时适当地完成移动。
根据另一个实施例，人类操作员使用定位系统100的接口控制器180来改变大型工件的位置(例如，高度和旋转)。定位系统100的接口控制器180随后向焊接作业定序器200传达工件处于针对下一焊接的适当位置。根据各种实施例，焊接作业定序器200可以与各种工具或其他系统整合，以便提供关于焊接环境和安全问题的检查和平衡。例如，可以由焊接作业定序器200执行零部件就位检查，以便在继续进行焊接之前验证各个零部件处于适当位置。自动夹具可以用来保持零部件就位，直到获得批准来移动零部件为止。焊接作业定序器200可以不允许人类操作员继续焊接，直到人类操作员将工件放在正确位置。
此外，焊接作业定序器200可以不允许人类操作员移动工件，除非人类操作员充分地离开工件。身体接近传感器(例如，光幕或压敏安全垫)(例如，参见图6)可以与焊接作业定序器200一起使用，以便在人类操作员未处于安全位置时停止定位系统100和/或焊接系统。例如，操作员可以在定位系统100对工件的运动期间中断安全幕，从而导致焊接停止。在人类操作员可以继续进行焊接操作之前，安全检查员可能必须来检查情况。这通过提供即时反馈来识别和消除问题而有助于持续改进。通常，各种实施例提供了下列能力：识别人类操作员相对于由定位系统100焊接和/或移动的工件的位置，并且在人类操作员超出界限时自动停止定位系统100。
在一个实施例中，焊接作业定序器200在工件上适应长时间焊接(例如，100秒)，其中工件将在长时间焊接过程中移动。时间间隔与焊接作业定序器200内的工件的位置相关联。在创建长时间焊接的过程中，焊接作业定序器200基于人类操作员在各个点处做完长时间焊接需要多长时间(例如，基于人类操作员的典型已知行进速度)来命令定位系统100在某些时间间隔之后重新定位工件。例如，工件可以向上或向下转位或者在某些时间旋转，以便将工件的位置相对于人类操作员保持在“头向下”的焊接位置。根据一个实施例，将安全措施落实到位，以便对工件在人类操作员正在焊接时移动的事实负责。根据一个实施例，当焊接作业定序器200(例如，从焊接电源300)感测到焊接花费太长时间(例如，105秒)或者完成太快(例如，95秒)时，便生成标志或警报。标志或警报可以经由接口控制器180显示给人类操作员，以便向人类操作员指示焊接是焊接不足或焊接过度。
在一个实施例中，基于用户配置文件来提供用户特定设置。识别人类操作员并且焊接作业定序器200为该人类操作员定制焊接设置。例如，用户(人类操作员)可以经由定位系统100上的接口控制器180、经由与焊接作业定序器200相关联的用户接口或者经由与焊接电源300相关联的用户接口登录到焊接单元。一旦登录，便选择与该人类操作员相关联的用户配置文件并且使用它来通知焊接作业定序器200针对该人类操作员修改焊接设置。根据各种实施例，用户配置文件可以存储在焊接作业定序器200、定位系统100、焊接电源300中或者存储在网络的存储装置上(例如，参见图6)。焊接作业定序器200将用户配置文件应用于与将要焊接的工件相关联的标准编程顺序，使得工件被定位在针对该特定人类操作员的最佳人体工程学位置。
在一个实施例中，焊接作业定序器200基于用户配置文件来向标准编程顺序应用偏移。例如，考虑到人类操作员的身高，可以对工件应用高度偏移。对于较高的人类操作员，可以基于从用户配置文件获得的人类操作员的身高来增加标准编程顺序中的高度。类似地，对于较矮的人类操作员，可以减小标准编程顺序中的高度。其他用户配置文件偏好也可以用于将偏移应用到标准编程顺序。例如，人类操作员的优选行进速度可能导致工件位置改变(例如，在长时间焊接过程中)的时间发生偏移。
根据一个实施例，识别工件，并且基于工件的识别，焊接作业定序器200选择对应的编程焊接顺序。在一个实施例中，人类操作员(例如，经由接口控制器180)将工件的标识输入到焊接作业定序器200或定位系统100中。在另一个实施例中，由扫描器从工件上读取识别码或信号(例如，经由RFID扫描器读取工件上的RFID标签)(例如参见图6)并且所述识别码或信号被发送到定位系统100或焊接作业定序器200。在另一个实施例中，系统识别针对特定工件放置而就位的工具，并且基于工具的识别来自动选择与工件对应的焊接顺序。
在一个实施例中，定位系统100的焊接作业定序器200和接口控制器180经由HMI来提供MER显示。MER文件是包括程序数据的运行文件，所述程序数据以可执行格式进行编译和保存以供HMI应用使用。这允许人类操作员从可以处于焊接环境内的不同位置的焊接作业定序器200或定位系统100来控制焊接环境(从而提供多位置输入和控制)。HMI可以提供浏览器类型的接口作为无状态类型的用户接口(例如，少于提供多位置浏览器类型的接口的活动Windows显示)。
在一个实施例中，焊接作业定序器200接收来自定位系统100的位置反馈并且记录其中工件实际上由人类操作员焊接的工件的位置(例如，平坦位置、水平位置、垂直位置)，。焊接作业定序器200可以确定这种位置是否对应于工件的合格程序。
在一个实施例中，具有焊接作业定序器200的定位系统100允许多名人类操作员基于针对由定位系统100固持和定位的单个工件的顺序进行焊接。例如，在双人类操作员的情境下，第一名人类操作员从该顺序的开始正向工作，并且第二名人类操作员从该顺序的末尾反向工作。以这种方式，在两名或更多名人类操作员之间分配工作。可以在例如基于web的HMI中打开多个会话，以便引导多名人类操作员并跟踪每个焊接的状态，并且指出何时完成工件的所有焊接。
图3是示出了图1和图2的工件定位系统100的接口控制器180(操作员控制件)的一个实施例的设备框图。接口控制器180包括处理器181、可编程逻辑控制器(PLC)182和存储器183。存储器183存储用户配置文件184(例如，作为文件)和MER文件185。用户配置文件184可以包括用户特征文件，所述用户特征包括例如：每个用户的身高、每个用户的所及范围、每个用户的身体限制，以及每个用户对于特定类型的焊接的优选焊接行进速度。根据其他实施例，其他类型的用户特征也是可能的。根据一个实施例，可以基于用户配置文件来修改焊接排程的位置信息、焊接参数信息和用户指令。
MER文件是包括程序数据的运行文件，所述程序数据以可执行格式进行编译和保存以供人/机接口(HMI)应用使用。接口控制器180还包括用作HMI的图形触摸面板显示器186和按钮187。接口控制器180还包括通信接口188。根据各种实施例，通信接口188可以是无线通信接口(例如，WiFi或)和/或有线通信接口(例如，铜线电缆或光纤电缆)，并且被配置成至少与焊接作业定序器200通信。在一个实施例中，工件定位系统100的通信接口188被配置成与计算机化网络通信(例如，参见图6)。
图4是示出了图2的焊接作业定序器200的一个实施例的设备框图。焊接作业定序器200包括处理器210和可由处理器访问的存储器220。存储器220至少存储焊接排程222、用户配置文件224和MER文件226。焊接排程222可以是在美国专利9,104,195中描述的类型，该专利以其全部内容通过援引并入本文。在一个实施例中，焊接排程包括与将根据焊接排程进行的焊接顺序对应的步骤顺序。焊接排程内的每个焊接步骤可以提供：例如，与用于焊接的工件的期望位置对应的位置信息、与焊接电源300针对焊接类型应如何设置对应的焊接参数信息(例如，焊接电流、焊接电压、送丝速度等)，以及针对用户的指令。例如，焊接排程222可以以计算机可读和/或计算机可执行文件的形式存储在存储器220中。用户配置文件224可以包括用户特征文件，所述用户特征包括例如：每个用户的身高、每个用户的所及范围、每个用户的身体限制，以及每个用户对于特定类型的焊接的优选焊接行进速度。根据其他实施例，其他类型的用户特征也是可能的。根据一个实施例，可以基于用户配置文件来调整或修改焊接排程的位置信息、焊接参数信息和用户指令。
焊接作业定序器200还包括用户接口230和通信接口240。用户接口230用作HMI，基于例如所选择的焊接顺序向用户提供指令(例如，显示的和/或可听的指令)。用户接口230还允许用户向焊接作业定序器200提供输入，例如以便允许用户登录到焊接作业定序器200。根据各种实施例，通信接口240可以是无线和/或有线通信接口，并且被配置成至少与工件定位系统100的接口控制器180和焊接电源300通信。在一个实施例中，通信接口240被配置成与计算机化网络通信(例如，参见图6)。
图5是示出了图2的焊接电源300的一个实施例的设备框图。焊接电源是由人类操作员用于焊接工件的焊接系统的一部分。焊接电源300基于当前一组焊接参数来生成用于电弧焊接的输出功率。焊接电源300包括处理器/控制器310和可由处理器/控制器310访问的存储器320。存储器320至少存储用户配置文件322。用户配置文件322可以包括用户特征文件，所述用户特征包括例如：每个用户的身高、每个用户的所及范围、每个用户的身体限制，以及每个用户对于特定类型的焊接的优选焊接行进速度。根据其他实施例，其他类型的用户特征也是可能的。根据一个实施例，可以基于用户配置文件来修改焊接排程的位置信息、焊接参数信息和用户指令。
焊接电源300还包括发电电子器件330、波形发生器340、用户接口350和通信接口360。用户接口350允许用户与焊接电源300交互，以便例如选择焊接参数设置。根据各种实施例，通信接口360可以是无线和/或有线通信接口，并且被配置成至少与焊接作业定序器200通信。在一个实施例中，通信接口360被配置成与计算机化网络通信(例如，参见图6)。
图6是示出了系统600(例如，联网焊接工作单元)的一个实施例的系统框图。根据各种实施例，系统600可以被配置成例如局域网、广域网或者可以分布在互联网上。根据各种实施例，系统600可以被配置成有线或无线网络。系统600包括图1的工件定位系统100、图4的焊接作业定序器200以及图5的焊接电源300。系统600还包括与工件定位系统100、焊接作业定序器200和焊接电源300接口连接的计算机化网络610。焊接作业定序器200经由计算机化网络610与工件定位系统100和焊接电源300进行通信。
在图6的实施例中，计算机化网络610包括服务器计算机615和网络存储装置620。网络存储装置620至少存储一组用户配置文件622。用户配置文件622可以包括用户特征文件，所述用户特征包括例如：每个用户的身高、每个用户的所及范围、每个用户的身体限制，以及每个用户对于特定类型的焊接的优选焊接行进速度。根据其他实施例，其他类型的用户特征也是可能的。根据一个实施例，可以基于用户配置文件来修改焊接排程的位置信息、焊接参数信息和用户指令。
联网焊接工作单元600还包括位于工件定位系统100附近(例如，周围)的身体接近传感器630。身体接近传感器630感测人类操作员何时不在安全位置，并且响应于感测到人类操作员何时不在安全位置来停止工件定位系统100的移动。例如，根据各种实施例，身体接近传感器630可以采用光幕或压敏安全垫的形式。在一个实施例中，身体接近传感器630可操作地连接到工件定位系统100的接口控制器180。
通常，将要焊接的工件对应于存储在例如焊接作业定序器内的焊接排程。联网焊接工作单元600进一步包括扫描器640(例如，RFID扫描器或条形码扫描器)。扫描器640读取工件上编码(例如，编码在附接到工件上的RFID标签或条形码中)的标识工件的工件信息。扫描器640经由计算机化网络610将工件信息发送给焊接作业定序器200。在接收到工件信息后，焊接作业定序器200至少部分地基于工件信息从多个焊接排程中选择焊接排程。以这种方式，不必手动地输入工件信息，并且不必由人类操作员手动地选择焊接排程。
图7是操纵焊接工作单元(例如，图2的焊接工作单元10或图6的焊接工作单元600)的方法700的一个实施例的流程图。在方法700的框710处，焊接工作单元的焊接作业定序器将第一命令数据发送到焊接工作单元的工件定位系统。工件定位系统将工件固持在工件定位系统的头座结构与尾座结构之间的当前位置。例如，人类操作员可以刚好在工件处于当前位置时对工件上的当前焊接完成焊接。第一命令数据对应于根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤(例如，将要执行的下一焊接)的下一位置。在方法700的框720处，响应于第一命令数据，工件定位系统将工件从当前位置重新定位到下一位置。以这种方式，将工件放在将要由人类操作员执行下一焊接的位置。
在方法700的框730处，焊接作业定序器将第二命令数据发送到焊接工作单元的焊接电源。焊接电源被配置成基于当前一组焊接参数来生成焊接输出功率。例如，人类操作员可以刚好使用被设定成当前一组焊接参数的焊接电源对工件上的当前焊接完成焊接。第二命令数据对应于根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤(例如，将要执行的下一焊接)的下一组焊接参数。在方法700的框740处，响应于第二命令数据，焊接电源将当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。以这种方式，使焊接电源处于将要由人类操作员执行下一焊接的状态。
在方法700的框750处，当将要执行的焊接排程的焊接顺序中存在更多步骤时，所述方法返回到框710，并且所述过程针对该顺序中的每个连续步骤(焊接)重复直到完成所述顺序为止。以这种方式，焊接排程的焊接顺序可以由人类操作员执行，其中自动地执行工件的重新定位和焊接参数的调整被，而无需人类操作员介入。
在一个实施例中，工件定位系统向焊接作业定序器发送确认数据，以便确认工件已根据第一命令数据适当地重新定位。在一个实施例中，焊接电源向焊接作业定序器发送确认数据，以便确认当前一组焊接参数已根据第二命令数据适当地调整成下一组焊接参数。在一个实施例中，无线地传送命令数据和确认数据(例如，经由WiFi或)。在另一个实施例中，经由有线装置(例如，经由铜线电缆或光纤电缆)传送命令数据和确认数据。在另一个实施例中，通过计算机化网络传送命令数据和确认数据(例如，如图6所示)。
根据一个实施例，第一命令数据和/或第二命令数据可以由焊接作业定序器基于登录到焊接作业定序器、工件定位系统或焊接电源中的至少一者中的人类操作员的用户配置文件来进行修改。根据一个实施例，指令被显示在焊接作业定序器的人/机接口(例如，图4的用户接口230)上，以便指示人类操作员如何在工件上执行下一焊接操作(即，这些指令对应于焊接顺序的下一步骤)。
以这种方式，提供了允许在焊接过程期间有效地定位工件并调整焊接参数的更有效解决方案。
图8示出了可以用作图2、图4和图6中的焊接作业定序器200的示例性焊接作业定序器800的实施例。焊接作业定序器800包括至少一个处理器814，该至少一个处理器经由总线子系统812与多个外围装置通信。这些外围装置可以包括存储子系统824(包括例如存储器子系统828和文件存储子系统826)、用户接口输入装置822、用户接口输出装置820以及网络接口子系统816。这些输入和输出装置允许与焊接作业定序器800进行用户交互。网络接口子系统816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，工件定位系统100(例如，操作员控制件180)或焊接电源300可以与焊接作业定序器800共享一个或多个特性，并且可以包括例如常规计算机的元件、数字信号处理器和/或其他计算装置。
用户接口输入装置822可以包括键盘、定点装置(诸如，鼠标、追踪球、触摸板、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。通常，使用术语“输入装置”旨在包括将信息输入到焊接作业定序器800或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820可以包括显示子系统、打印机、传真机或者非可见显示器(诸如，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(诸如，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诸如经由音频输出装置来提供非可见显示。通常，使用的术语“输出装置”旨在包括将来自焊接作业定序器800的信息输出到用户或者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824存储编程和数据结构，其提供本文所述的一些或全部焊接作业定序器功能。例如，存储子系统824可以包括一个或多个软件模块，该一个或多个软件模块包括用于基于存储在存储子系统824中的人类操作员的用户配置文件来调整焊接顺序的下一位置和/或焊接顺序的下一组焊接参数的计算机可执行指令。
这些软件模块通常是通过处理器814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子系统828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)830和存储有固定指令的只读存储器(ROM)832。文件存储子系统826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是由存储子系统824中的文件存储子系统826或者由一个或多个处理器814可访问的其他机器来存储的。
总线子系统812提供了让焊接作业定序器800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812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。
焊接作业定序器800可以具有各种实现方式，包括单个计算机、单个工作站、计算集群、服务器计算机或者被配置成执行本文描述的焊接作业定序器功能的任何其他数据处理系统或计算装置。由于计算装置和网络的性质不断变化，图8中描绘的焊接作业定序器800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。比图8中描绘的焊接作业定序器具有更多或更少部件的焊接作业定序器800的许多其他配置是可能的。
根据一些实施例，图3的接口控制器180、图5的焊接电源300以及图6的服务器计算机615中的任何一者可以共享与图8的焊接作业定序器800相似的元件和配置。此外，根据一个实施例，图6的网络存储装置620可以以与图8的存储子系统824类似的方式来配置。
虽然所披露的实施例已经被相当详细地展示并且描述，但是并不意图对权利要求的范围进行约束或以任何方式限制到这样的细节。当然，出于描述主题的多个不同的方面的目的，描述部件或方法的每个可想到的组合是不可能的。因此，本披露不限于所示出并描述的具体细节或说明性实例。因此，本披露意在包含落入权利要求的范围内的变更、修改以及变体，这满足35U.S.C.§101的法定主题要求。已经通过举例方式给出了以上对特定实施例的描述。从所给出的披露中，本领域技术人员将不仅理解总体发明概念和伴随的优点，还将发现对所披露结构和方法的明显的多种不同改变和修改。例如，可以利用具有附加或替代部件的替代方法和/或系统来配置工件定位系统，以允许更容易地定位否则难以定位的工件以便进行焊接或切割。因此，所寻求的是涵盖了落入如由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此类改变和修改。

Claims (20)

1.一种焊接工作单元，其包括：
工件定位系统，所述工件定位系统包括头座结构和尾座结构，所述工件定位系统被配置成向安装在所述头座结构与所述尾座结构之间的工件的升降运动和旋转运动提供动力，以便重新定位所述工件来供人类操作员执行下一焊接；
焊接电源，所述焊接电源被配置成基于所述电源的当前一组焊接参数来生成焊接输出功率，其中所述焊接电源是由所述人类操作员用于焊接所述工件的焊接系统的一部分；以及
焊接作业定序器，所述焊接作业定序器与所述工件定位系统和所述焊接电源通信并且被配置成：
命令所述工件定位系统根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将所述工件从当前位置重新定位到下一位置，并且
命令所述焊接电源根据所述焊接排程的所述焊接顺序的所述下一步骤来将所述当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。
2.如权利要求1所述的焊接工作单元，其中所述焊接作业定序器包括存储器，所述存储器存储一组用户配置文件，其中当所述人类操作员登录到所述焊接作业定序器、所述焊接电源或所述工件定位系统中的至少一者中时，由所述焊接作业定序器命令的所述下一位置便基于与所述人类操作员对应的所述一组用户配置文件中的用户配置文件进行调整。
3.如权利要求1所述的焊接工作单元，其中所述焊接作业定序器包括存储器，所述存储器存储一组用户配置文件，其中当所述人类操作员登录到所述焊接作业定序器、所述焊接电源或所述工件定位系统中的至少一者中时，由所述焊接作业定序器命令的所述下一组焊接参数便基于与所述人类操作员对应的所述一组用户配置文件中的用户配置文件进行调整。
4.如权利要求1所述的焊接工作单元，其中所述工件定位系统包括接口控制器，所述接口控制器包括：
通信接口，所述通信接口被配置成至少与所述焊接作业定序器通信；
存储器，所述存储器存储包括程序数据的用户配置文件或运行文件中的至少一者，所述程序数据以可执行格式进行编译和保存以供人/机接口应用使用；
处理器或可编程逻辑控制器中的至少一者；以及
人/机接口，所述人/机接口包括图形触摸面板接口或按钮中的至少一者。
5.如权利要求1所述的焊接工作单元，其中所述工件定位系统包括：
容纳在所述头座结构中的第一液压缸、具有支承件的第一对内衬导轨、第一液压动力单元以及第一线性编码器；以及
容纳在所述尾座结构中的第二液压缸、具有支承件的第二对内衬导轨、第二液压动力单元以及第二线性编码器，
其中所述第一液压缸、所述第一液压动力单元、所述第二液压缸和所述第二液压动力单元被配置成同步地向所述工件沿着所述第一对线性导轨和所述第二对线性导轨的所述升降运动供以动力，其中所述同步由所述第一线性编码器和所述第二线性编码器来提供。
6.如权利要求1所述的焊接工作单元，其中所述焊接作业定序器包括：
通信接口，所述通信接口被配置成至少与所述工件定位系统和所述焊接电源通信；
存储器，所述存储器存储包括程序数据的焊接排程、用户配置文件或运行文件中的至少一者，所述程序数据以可执行格式进行编译和保存以供人/机接口应用使用；
处理器；以及
人/机接口，所述人/机接口被配置成向所述人类操作员提供与所述人类操作员将要执行的所述下一焊接对应的命令和指令。
7.如权利要求1所述的焊接工作单元，其中所述焊接电源包括：
通信接口，所述通信接口被配置成至少与所述焊接作业定序器通信；
存储器，所述存储器存储一组用户配置文件和一组焊接参数；
发电电子器件；
波形发生器；
处理器/控制器；以及
人/机接口。
8.一种操纵焊接工作单元的方法，所述方法包括：
所述焊接工作单元的焊接作业定序器将第一命令数据发送到所述焊接工作单元的工件定位系统，所述工件定位系统将工件固持在头座结构与尾座结构之间的当前位置，其中所述第一命令数据对应于根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤的下一位置；
响应于所述第一命令数据，所述工件定位系统将所述工件从所述当前位置重新定位到所述下一位置；
所述焊接作业定序器将第二命令数据发送到所述焊接工作单元的焊接电源，所述焊接电源被配置成基于当前一组焊接参数来生成焊接输出功率，其中所述第二命令数据对应于根据所述焊接排程的所述焊接顺序的所述下一步骤的下一组焊接参数；以及
响应于所述第二命令数据，所述焊接电源将所述当前一组焊接参数调整成所述下一组焊接参数。
9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括所述工件定位系统向所述焊接作业定序器发送确认数据，以便确认所述工件已根据所述第一命令数据适当地重新定位。
10.如权利要求8所述的方法，其进一步包括所述焊接电源向所述焊接作业定序器发送确认数据，以便确认所述当前一组焊接参数已根据所述第二命令数据适当地调整成所述下一组焊接参数。
11.如权利要求8所述的方法，其进一步包括在所述焊接作业定序器的人/机接口上显示与所述焊接顺序的所述下一步骤对应的指令，以便指示人类操作员在所述工件上执行下一焊接操作。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述第一命令数据从所述焊接作业定序器无线地发送到所述工件定位系统。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述第二命令数据从所述焊接作业定序器无线地发送到所述焊接电源。
14.如权利要求8所述的方法，其进一步包括基于登录到焊接作业定序器、所述工件定位系统或所述焊接电源中的至少一者中的人类操作员的用户配置文件来修改所述第一命令数据和所述第二命令数据中的至少一者。
15.一种联网焊接工作单元，其包括：
工件定位系统，所述工件定位系统包括头座结构和尾座结构，所述工件定位系统被配置成向安装在所述头座结构与所述尾座结构之间的工件的升降运动和旋转运动提供动力，以便重新定位所述工件来供人类操作员执行下一焊接；
焊接电源，所述焊接电源被配置成基于所述电源的当前一组焊接参数来生成焊接输出功率，其中所述焊接电源是由所述人类操作员用于焊接所述工件的焊接系统的一部分；
计算机化网络；
焊接作业定序器，所述焊接作业定序器经由所述计算机化网络与所述工件定位系统和所述焊接电源通信，其中所述焊接作业定序器被配置成：
命令所述工件定位系统根据焊接排程的焊接顺序的下一步骤来将所述工件从当前位置重新定位到下一位置，并且
命令所述焊接电源根据所述焊接排程的所述焊接顺序的所述下一步骤来将所述当前一组焊接参数调整成下一组焊接参数。
16.如权利要求15所述的联网焊接工作单元，其进一步包括身体接近传感器，所述身体接近传感器被配置成感测所述人类操作员何时不在安全位置，并且响应于感测到所述人类操作员何时不在安全位置来停止所述工件定位系统的移动。
17.如权利要求15所述的联网焊接工作单元，其进一步包括扫描器，所述扫描器被配置成读取被编码在所述工件上的工件信息并且将所述工件信息发送到所述焊接作业定序器，其中所述焊接作业定序器被配置成基于所述工件信息来从多个焊接排程中选择所述焊接排程。
18.如权利要求15所述的联网焊接工作单元，其中所述计算机化网络包括存储用户配置文件的服务器计算机和网络存储装置中的至少一者。
19.如权利要求15所述的联网焊接工作单元，其中所述联网焊接工作单元被配置成局域网或广域网中的至少一者。
20.如权利要求15所述的联网焊接工作单元，其中所述联网焊接工作单元被配置成无线网络。
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