CN109475958B - 用于建立焊接过程的焊接参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于建立焊接过程的焊接参数(P)的方法，在所述焊接过程中，沿着预定的任意焊接路径(3)在待加工的至少一个工件(4)上引导焊炬(2)，并且设定根据焊接路径(3)上的相应位置确定的焊接参数(P)以加工至少一个工件(4)。根据本发明，提供了在建立焊接过程的焊接参数(P)之前，通过测试焊接过程在多个测试工件(8)上沿着测试焊接路径(9)在每种情况下相对于重力加速度矢量(g)的测试工件(8)的特定位置和布置以及测试焊接路径(9)的特定切向矢量(t)确定并存储理想焊接参数(Pi)，并且通过对用于相对于重力加速度矢量(g)的测试工件(8)的确定位置和布置以及测试焊接路径(9)的特定切向矢量(t)的存储的理想焊接参数(Pi)的值进行内插，而根据相对于重力加速度矢量(g)的至少一个工件(4)此时的位置和布置以及焊接路径(3)此时的切向矢量(t)来建立用于待执行的焊接过程的焊接路径(3)上的相应位置处的焊接参数(P)。

Description

用于建立焊接过程的焊接参数的方法

技术领域

本发明涉及一种用于建立焊接过程的焊接参数的方法，在所述焊接过程中，沿着预定的任意焊接路径在待加工的至少一个工件上引导焊炬，并且设定根据焊接路径上的相应位置的特定焊接参数以加工至少一个工件。

背景技术

焊接过程通常是非常复杂的工艺，原因是焊接过程在其几何形状对于几乎每个焊接任务都不同的工件表面上操作。另外，诸如焊接电流、工件的材料、输送速度和焊丝的材料(仅举几例)的多个参数作用于焊接过程。此外，焊接过程具有影响焊接过程的强烈依赖于移动的分量，即焊炬的迎角、焊接速度、工件位置等。在该情况下，工件或焊炬是否移动实际上是偶然的，相反，工件和焊炬之间的相对速度对于焊接过程是至关重要的。焊接路径是焊炬的工具中心点(TCP)沿着工件的表面覆盖的路径。由于沿着预定焊接路径改变工件几何形状和位置，焊接参数必须可能在焊接路径上的许多点处不同地建立。焊接任务的焊接参数的建立因此是复杂的，并且只能由专家掌握。

WO2006/037200A1公开了一种用于管线的轨道焊接的机器人系统，其中焊接路径沿着管线的外圆周延伸。在沿着圆形轨道焊接水平管的外圆周期间，焊接过程必须在不同的焊接位置被执行，即平焊位置PA、立向下位置PG、仰焊位置PE和立向上位置PF、以及它们的过渡。为此，在WO2006/037200A1中提出了在预定位置PA、PG、PE和PF预先建立焊接参数。另外，设置倾斜传感器以便确定焊炬的位置或焊炬沿着焊接路径的位置。在确定位置的基础上，通过内插建立不同焊接位置PA、PG、PE和PF之间的过渡处的焊接参数。给出焊接电流、焊接电压、焊丝伸出、焊炬迎角和焊接速度作为待设定的焊接参数。这里也需要专家来确定特定位置处的焊接参数，即使沿着在几何上易于表示的管线的外圆周的焊接路径也是如此。然而，该现有技术没有给出沿着任意焊接路径或非圆柱形工件的焊接过程的任何说明。

WO2006/097626A1也公开了一种用于焊接管线的方法，其中为了考虑重力对熔池的影响并提高焊接质量，至少一个焊接参数根据焊炬的角位置连续变化。在该情况下，假设待焊接的管线的水平或仅略微倾斜的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于参数化焊接过程或建立焊接过程的焊接参数的上述方法，借助于所述方法，焊接过程可以沿着任意焊接路径参数化，而无需专家的任何帮助，以便能够在每种情况下以最佳焊接参数执行焊接过程。

通过用于参数化焊接过程的上述方法解决了根据本发明的目的，在所述焊接过程中，在建立焊接过程的焊接参数之前，借助于测试焊接过程在若干测试工件上沿着测试焊接路径在每种情况下相对于重力加速度矢量的测试工件的特定位置和布置以及测试焊接路径的特定切向矢量确定并存储理想焊接参数，并且通过对用于相对于重力加速度矢量的测试工件的特定位置和布置以及测试焊接路径的特定切向矢量的存储的理想焊接参数的值进行内插，而根据相对于重力加速度矢量的至少一个工件的实际位置和布置以及焊接路径的实际切向矢量来建立用于待执行的焊接过程的焊接路径上的相应位置处的焊接参数。

根据本发明，在建立焊接过程的焊接参数之前，借助于测试焊接过程在若干测试工件上沿着测试焊接路径在每种情况下相对于重力加速度矢量的测试工件的特定位置和布置以及测试焊接路径的特定切向矢量确定并存储理想焊接参数。可以在焊接路径上的任何点处从TCP沿着焊接路径的移动确定切向矢量。切向矢量的移动方向对应于TCP在焊接路径的相应点处的移动方向。因此，可以打破实际工件几何形状和建立理想焊接参数的联系。在这方面，用于特定任务的理想焊接参数指定优化的焊接参数。而根据焊接任务，例如，焊接速度、穿透深度或视觉上令人愉悦的焊缝可能是特别重要的，并且焊接参数相应地被调整和优化。由于焊炬相对于工件在焊接路径的区域中的相对移动以及它们相对于重力加速度的相应对准通常对焊接过程有重大影响，因此这些以焊接路径的切向矢量和相对于重力加速度矢量的测试工件的位置和布置以及理想焊接参数的形式被存储。这是必要的，原因是焊接过程和焊接参数受到移动和位置的特别强烈的影响，因为在焊接过程期间发生不同的力作用在液化的金属材料上。这些力受到电弧、表面张力、固体工件部件和重力的影响。因此相对于重力加速度矢量的工件的位置和布置以及焊接路径的切向矢量对焊接过程或焊接参数具有至关重要的影响。重力加速度矢量在该情况下可以在工艺机器人的坐标系中限定，或者也可以经由工艺机器人的已知安装位置隐含地限定。也可想到借助于传感器，优选地在非加速工艺部件上记录重力加速度矢量。然而，在给定工件的布置和位置的坐标系中限定重力加速度矢量也可以通过从已知重力加速度矢量的不同坐标系变换来实现。可以以各种方式确定相对于重力加速度矢量的工件的实际位置和布置，使得在本方法中可以考虑这一点。例如，可以通过接收与待焊接的工件相关的CAD数据来确定工件的位置和布置。也可以优选对待焊接的工件进行视觉和非接触扫描以确定相对于重力加速度矢量的位置和布置。也可以通过焊接路径的所谓“教导”来确定工件的位置和布置。在具有相对于重力加速度矢量的工件的相同位置和布置和焊接路径的相同切向矢量的所有点处，可以执行焊接过程以用相同的焊接参数获得大致相同的结果。专家可以相对简单地确定满足焊接任务的要求的这些理想焊接参数并且不会对测试工件造成时间压力。在该情况下，与待执行的焊接任务中一样，测试工件优选地由相同的材料构成，具有相同的表面并且具有类似的连接形式。针对相对于重力加速度矢量的测试工件的各种位置和布置以及针对测试焊接路径的不同切向矢量确定焊接参数。然后，通过对用于相对于重力加速度矢量的测试工件的特定位置和布置以及测试焊接路径的特定切向矢量的存储的理想焊接参数的值进行内插，而根据相对于重力加速度矢量的至少一个工件的实际位置和布置以及焊接路径的实际切向矢量来建立用于待执行的焊接过程的焊接路径上的相应位置处的焊接参数。在工件的位置和定位精确地对应于测试工件的位置和定位的沿着至少一个工件的焊接路径的那些点处，焊接参数与在测试工件上确定的理想焊接参数精确地一致。对于没有测试焊接点的测试焊接路径上的对应点的沿着焊接路径的其他点，进行最接近理想焊接参数的内插。在最简单的情况下，该内插可以通过线性内插来实现。用更高次多项式或对数地内插多个理想焊接参数也是可行的。利用根据本发明的方法，可以以这样的形式记录理想焊接参数，使得随后可以从其自动地在并且在没有专家帮助的情况下建立对特定工件的真实焊接过程的焊接参数。焊接参数然后可以在执行焊接过程之前建立，并且例如用于模拟焊接过程。类似地，在焊接过程的实际执行期间实时建立焊接参数也是可行的。如果计算能力对此不充分，则可以使用所述方法预先将焊接参数分配给焊接路径的单独的部分，其中可以再次省去专家的帮助。在该情况下，该方法可以应用于出现液化材料的任何焊接过程或电弧工艺，例如MIG/MAG焊接、TIG焊接、激光焊接和其他工艺。此外，该方法既可以用于连接工件的焊接过程，也可以用于在工件上沉积附加材料的沉积焊接，以及用于生成制造方法。

如果至少对于沿着待加工的至少一个工件的焊接路径和沿着测试工件的测试焊接路径的单独的点，相对于重力加速度矢量从相对于重力加速度矢量的工件或测试工件的位置和布置限定分量矢量，则可以简化该方法的应用。因此，在焊接路径周围的一个工件或多个工件的位置和布置可以被记录并且仅由一个矢量表示，用于建立焊接过程的参数的分量矢量和重要信息可以被存储。代替工件的复杂位置和布置，分量矢量可以相对于重力加速度矢量与理想焊接参数一起存储。例如，分量矢量可以在垂直于焊接路径的切向矢量的平面中限定，并且在垂直于切向矢量的平面中产生的焊缝可以由其方向描述。可以通过分量矢量的大小来提供附加信息，例如，在重叠接缝的情况下上部板的位置、接缝的形式(例如角焊缝、对接焊缝等)。如果现在通过工件的位置和布置以及切向矢量在分量矢量的焊缝上的点处确定分量矢量，则可以将这些与理想焊接参数的分量矢量和切向矢量进行比较。最接近的理想焊接参数的后续内插可以允许建立用于实际分量和切向矢量的焊接参数。因此通过分量矢量限定工件或测试工件的位置和布置可以将工件的位置和布置的评估减少到与后续内插的矢量比较，结果是可以借助于电子数据处理容易地实现该方法。在该情况下，导出量，例如切向矢量、分量矢量和重力加速度矢量之间的角度，也可以用于内插。

可以选择并确定焊接电流、焊丝的输送速度、焊炬对工件的迎角和焊接速度作为焊接参数。然而，在该方法的过程中也可以建立影响焊接过程的许多其他焊接参数，例如，仅举几例，用于形成宽焊缝的摆动参数、CMT(冷金属转移)焊接过程中焊丝的向前和向后移动的时间顺序或惰性气体焊接中气体的混合比。

优选地，借助于测试焊接过程沿着具有恒定切向矢量和恒定分量矢量的测试焊接路径确定并存储理想焊接参数，即切向矢量和分量矢量相对于重力加速度矢量具有恒定的长度。因此，可以沿着测试焊接路径改变不同的焊接参数，并且在评估焊接结果之后，可以将在最佳地满足焊接任务的范围内的焊接参数确定为理想焊接参数并且存储包括分量矢量和切向矢量。为了评估焊接结果并因此选择理想焊接参数，也可以选择诸如制备显微切片的方法，其不能在最终工件上进行或不容易进行。因此，可以降低成本，原因是测试仅在测试工件上而不在实际工件上进行。

有利地，借助于测试焊接过程在具有恒定曲率的测试工件上沿着测试焊接路径确定并存储理想焊接参数。可以用平焊测试工件获得特别简单的测试焊接路径，原因是平焊测试工件上的直线焊接路径具有恒定的曲率＝0。另外，具有恒定曲率的测试工件(例如，管或平焊测试工件)可以由于简单且具有成本效益的可用性而通常令人信服。

优选地，借助于测试焊接过程沿着10cm至150cm长的测试焊接路径确定并存储理想焊接参数。在该长度的测试焊接路径的情况下，可以调节测试焊接过程，并且可以消除或至少大大减少在评估测试工件设定的参数时开始或结束区域的影响。

如果借助于测试焊接过程用具有各种直径和各种材料的各种焊丝确定并存储理想焊接参数，输入所使用的焊丝的直径和材料以建立焊接过程的焊接参数，并且根据焊丝的输入直径和材料建立待执行焊接过程的焊接参数，则焊接参数可以与实际使用的焊丝匹配被建立。这可以允许改善焊丝与工件或焊接任务的匹配，并且总体上确保有利地建立待执行的焊接过程的焊接参数并且随后确保更高的焊接质量。

如果用于开始的理想焊接参数被确定为焊接开始参数和/或用于测试焊接过程的结束的理想焊接参数被确定为测试工件上的焊接结束参数并存储，并且如果用于待执行的焊接过程的焊接参数以焊接开始参数开始和/或以焊接结束参数结束，通过对用于相对于重力加速度矢量的测试工件的特定位置和布置以及特定切向矢量的存储的焊接开始参数或焊接结束参数的值进行内插，根据相对于重力加速度矢量的至少一个工件的相应位置和布置以及实际切向矢量来确定所述焊接开始参数和焊接结束参数，则可以进一步改进该方法。只要焊接过程以这些参数开始或结束，焊接开始参数和焊接结束参数与沿着焊接路径的理想焊接参数不同。焊接开始参数或焊接结束参数限定开始和结束过程的执行并且因此限定序列，所述序列也包括时间值并且可能需要在一个位置处的移动序列。与此相反，沿着焊接路径的焊接参数不限定任何顺序，并且在一个位置处，理想焊接参数总是仅具有一个值。由于在焊接过程开始时不存在液化材料或焊丝以形成焊缝，因此应当不同地选择和建立焊接开始参数。这同样适用于焊接过程的结束，其中需要焊缝的相应终止。通过在焊接过程开始时使用焊接开始参数和/或在焊接过程结束时使用焊接结束参数，可以在包括开始和结束的整个焊接路径上连续地设定待执行的焊接过程的有利焊接参数。特别是当形成所谓的阶梯接缝时，其中焊缝被无缝区域规则地中断，这可以改善连接工艺的质量和速度。

如果在焊接开始参数和理想焊接参数之间的焊接过程开始时的焊接参数或在理想焊接参数和焊接结束参数之间的焊接过程结束时的焊接参数用焊接路径上的距离或时间加权内插，则可以实现焊接开始参数或焊接结束参数和沿着焊接路径的理想焊接参数之间的连续过渡。因此可以在焊缝的整个长度上实现有利构造的焊缝。

有利地，借助于测试焊接过程以测试工件之间的若干特定开口角确定并存储理想焊接参数，并且通过对测试工件之间的特定开口角处的理想焊接参数的值进行内插，而根据工件之间的实际开口角确定待执行的焊接过程的焊接参数。由于工件之间的开口角影响焊接过程，因此可以实现实际焊接任务的改善结果。如果借助于测试焊接过程在测试工件的若干特定温度下设定并存储理想焊接参数，并且通过对测试工件的特定温度下的理想焊接参数的值进行内插，而根据至少一个工件的确定实际温度建立待执行的焊接过程的焊接参数，则可以进一步改进该方法。由于焊接过程的温度或其附近的温度另外对液化材料的流动特性及其表面张力产生影响，因此可以通过将焊接参数适应于焊接过程的温度以改进的方式执行焊接过程。例如，焊接过程之前的工件温度对所谓的T8/5时间(提供用于将工件从800℃冷却到500℃的时间并且对于钢材是用于形成晶粒尺寸或脆化的重要特性)产生巨大影响并且因此适合于该目的的焊接参数也是重要的。测试工件的若干特定温度下的理想焊接参数的确定和存储可以允许焊接参数有利地适应工件的实际温度。

如果借助于测试焊接过程在测试工件的若干特定冷却状况下确定并存储理想焊接参数，输入至少一个工件的冷却状况以建立焊接过程的焊接参数并且根据工件的输入冷却状况确定用于待执行的焊接过程的焊接参数，则焊接参数可以适应由工件的冷却状况产生的温度。这允许考虑冷却状况有利地确定焊接参数，例如，可以借助于周围材料的导热系数和横截面积来指定所述冷却状况。

如果借助于包括不同材料的测试焊接过程确定并存储理想焊接参数，输入至少一个工件的材料以建立焊接过程的焊接参数并且根据工件的输入材料建立用于待执行的焊接过程的焊接参数，则可以进一步改进该方法。

如果借助于测试焊接过程在测试工件的若干特定几何条件下确定并存储理想焊接参数，并且通过对测试工件的特定几何条件下的理想焊接参数的值进行内插，而根据工件的确定实际几何条件建立用于待执行的焊接过程的焊接参数，则可以响应改变的几何条件，并且焊接参数可以适应改变的几何条件。待考虑的几何条件可以是间隙宽度、工件偏移、工件之间的角度，所谓的加工的变动等。因此，例如，通过在执行焊接过程期间记录间隙宽度，可以通过从用于相对于重力加速度矢量的特定位置和布置，特定切向矢量和特定几何条件(在该情况下是间隙宽度)的理想焊接参数确定焊接参数来响应焊接路径过程中的变化间隙宽度。在该情况下，也可以针对几何条件执行内插。例如，如果针对2mm至4mm的间隙宽度存储理想焊接参数，则在作为几何条件的3.5mm的测量间隙宽度的情况下，可以相应地在用于2mm至4mm的理想焊接参数之间内插。如果实时记录工件上的几何条件并且焊接参数适应根据该方法的焊接过程期间的变化几何条件，则可以特别区分该方法。因此，由于工件公差或焊接过程期间工件布置的公差，可以理想地响应不同的几何条件。这里，理想反应表示针对焊接任务优化的反应，并且在测试焊接过程中由专家确定以确定理想焊接参数。因此可以根据记录的实际几何条件或根据基于公差的实际偏差来确定焊接参数。以该方式，可以用对应于几何条件的理想焊接参数来实现焊接过程。

如果考虑在沿着焊接路径的相应位置处的相应曲率半径来建立将在至少一个工件上执行的焊接过程的焊接参数，则获得另外的优点。除了焊接路径的切向矢量之外，焊接路径的曲率半径也会对焊接参数产生影响。例如，在曲率半径小的情况下，焊接过程在局部限制区域中发生，结果可以预期工件的加热增加。在曲率半径小的情况下，施加在液化材料上的力以及散热可以在大曲率半径的情况下与力和散热显著不同。在存储理想焊接参数和建立焊接参数时考虑曲率半径可以因此导致改进的焊接过程。

如果考虑沿着焊接路径的相应位置周围的工件的几何形状来建立将在至少一个工件上执行的焊接过程的焊接参数，则这也可以改进焊接过程。相应位置周围的工件的几何形状也影响焊接过程。一方面，这是由于实际位置的区域中的工件体积影响从焊接点传热。另一方面，表面几何形状对液化材料有直接影响。因此考虑相应位置周围的工件的几何形状也可以改进待执行的焊接过程。可以通过焊缝处的工件的厚度或通过邻接接缝的工件的体积来进行工件的几何形状的简单允许。

可以以规则的时间间隔或以焊接路径上的规则距离建立待执行的焊接过程的焊接参数。

附图说明

通过参考所附示例性附图详细解释该方法的示例性实现方式，在图中：

图1示出了焊接过程的示意性概览图；

图2a-2f示出了在各种位置具有水平焊缝的重叠接缝的测试工件；

图3a-3b示出了角焊缝的测试工件；

图4示出了具有用于限定分量矢量的分量矢量平面的工件；

图5示出了根据图4的分量矢量平面中的分量矢量。

图6a-6c示出了用于不同测试工件布置的分量矢量；

图7示出了不均匀工件的分量矢量；

图8示出了工件上的沉积焊接的示例。

图9示出了在示例性沉积焊接的情况下的分量矢量；

图10a示出了具有恒定曲率的焊接路径的测试工件的前视图；以及

图10b示出了根据图10a的测试工件的平面图。

具体实施方式

图1示出了焊接过程的示意性概览图，其中工艺机器人1沿着预定焊接路径3在待加工的至少一个工件4上引导焊炬2。在所示的示例性实施例中，沿着工件4的表面引导焊炬2。作为此的替代，工件4也可以在焊炬2固定的情况下移动，或者可以进行焊炬2和工件4的同时移动。关键是沿着焊接路径3的焊炬2和工件4之间的相对移动。对于焊接过程，必须根据工件4的相应位置和布置以及对应于焊接路径3的切向矢量t的焊接路径方向来设定特定焊接参数P。焊接过程和因此焊缝6受到这些焊接参数P的影响。在该情况下，而根据相应的焊接任务对焊缝6有不同的要求。例如，可以通过针对焊接速度、穿透深度或视觉上吸引人的焊缝6设定焊接参数P来优化焊接过程。

另外，焊接过程具有强烈的位置或移动依赖分量。而根据工件4的布置和位置，在焊接过程的中心处的液化材料7受到重力的不同影响。仅比较平焊位置和仰焊位置的两个极端示例。这同样适用于焊炬2的移动方向，例如在立向下位置或立向上位置。通过确定焊接参数P，仅举几例，例如焊接速度、焊炬的迎角、焊接电流，液化材料7上的力被改变，并且焊接过程针对实际焊接任务被优化。由于工件4沿着预定焊接路径3的位置和几何形状，其在几乎每个焊接任务中另外变化，因此焊接参数P的建立通常是将由专家执行的任务。

为了能够优选地在没有专家的情况下自动确定实际工件4上的焊接参数P，在建立焊接过程的焊接参数P之前确定理想焊接参数Pi。根据规范(焊接速度、穿透深度、接缝表面、A尺寸…)完成焊接任务的理想焊接参数Pi由合适的专家确定。理想焊接参数Pi在测试焊接过程中在若干测试工件8上沿着测试焊接路径9确定并存储。焊炬2相对于测试工件8沿着测试焊接路径9的相对移动及其相对于重力加速度矢量g的相应对准对测试焊接过程具有很大影响。因此，利用理想焊接参数Pi，对于确定理想焊接参数Pi的相应点同时存储相对于重力加速度矢量g的测试工件8的位置和布置以及测试焊接路径9的切向矢量t。这允许实际工件几何形状和将由专家执行的焊接过程的焊接参数P的建立的联系被中断。具有相同焊接参数P的焊接过程在具有相对于重力加速度矢量g的工件4、8的相同位置和布置以及焊接路径3、9的相同切向矢量t的所有点处产生相当的结果。切向矢量t对应于在相应的实际点处的测试焊接路径9或焊接路径3的方向。在该情况下，在相同的环境条件和相当的几何条件下的焊接过程的结果具有最高的一致性。

现在参考图2a至2f以及图3a和3b详细解释用于测试工件8的特定布置的理想焊接参数Pi的确定和存储。平焊测试工件8优选地由相同材料构成并且具有与实际焊接任务的工件4类似的表面。因此，关于焊接性质，测试工件8应当与实际焊接任务的工件4相同。

根据图2a，例如，首先记录并存储处于第一位置(这里处于平焊位置)的重叠接缝的理想焊接参数Pi。为此，在执行测试焊接过程期间的理想焊接参数Pi由专家根据焊接任务确定。如果满意地满足焊接任务并且如果通过改变设定值不预期关于焊接任务的结果的改善，则将设定值存储为用于处于平焊位置的重叠接缝的理想焊接参数Pi。图2b示出了处于另一位置(仰焊位置)的平焊测试工件8，图2c和图2d示出了具有45°倾斜水平布置的测试焊接路径9的测试工件8的位置，也确定并存储其理想焊接参数Pi。在这里示出的直线测试焊接路径9的情况下，切向矢量t的方向与测试焊接路径9的方向相同。图2e示出了用于存储立向下位置或立向上位置的理想焊接参数Pi的测试焊接路径9的测试工件8的垂直位置。另外，在某些中间位置，在图2f中，例如对于以限定角10上升或下降的测试焊接路径9，存储理想焊接参数Pi。在示例性实施例中，选择45°的角10，但是这里可以选择任意数量的中间位置和角10，以便获得更多数量的理想焊接参数Pi和角10，并且因此获得用于为不同位置内插的更好数据基础。此外，针对测试焊接路径9相对于重力加速度矢量g的不同对准记录理想焊接参数Pi。

对于测试工件8的其他布置，例如，处于平焊或仰焊位置的图3a和图3b中所示的角焊缝，应当遵循类似的程序。

为了完整起见，指出并非所有焊接过程都可以在所有位置被执行。特别地，焊接过程在仰焊位置的可执行性取决于材料和工艺。在该情况下，仅针对焊接过程的可执行位置确定并存储理想焊接参数Pi。

然后针对待执行的实际焊接任务的焊接过程确定焊接参数Pi。而根据相对于重力加速度矢量g的至少一个工件4的实际位置和布置以及沿着焊接路径3的实际切向矢量t，这针对焊接路径3上的相应点来实现。由于如已经提到的，在具有相对于重力加速度矢量g的工件4的相同位置和布置以及焊接路径3的相同切向矢量t的所有点处，具有相同焊接参数P的焊接过程产生大致相同的结果，现在，优选地可以在没有专家帮助的情况下自动进行分配。为了建立用于焊接路径3上的特定点的焊接参数P，将工件4的实际位置和布置以及焊接路径3的切向矢量t与测试工件8的存储位置和布置以及测试焊接路径9的切向矢量t进行比较。对于工件4的精确实际位置和布置以及焊接路径3的切向矢量t，可能没有建立并存储理想焊接参数Pi。因此，通过对最接近实际位置和布置以及焊接路径3的实际切向矢量t的理想焊接参数Pi进行内插来建立焊接参数P。通过根据本发明的方法记录理想焊接参数Pi，随后可以建立不同特定工件4的焊接过程的焊接参数P。在该情况下，焊接参数P可以例如以计算机辅助的方式在焊接过程期间直接从理想焊接参数Pi建立。然而，在实际焊接参数之前，由该方法建立的焊接参数P可以用于模拟焊接过程。同样可想到，对于具有较低计算能力的系统，预先建立焊接参数P。

在示例性方法中，借助于分量矢量b简化焊接参数P的建立。为此，如图4所示，对于沿着焊接路径3或测试焊接路径9的点，相对于重力加速度矢量g从相对于重力加速度矢量g的工件4或测试工件8的位置和布置限定分量矢量b。在所示的示例性实施例中，从垂直于焊接路径3的切向矢量t的平面12中的焊接路径3上的实际点开始限定分量矢量b。该平面12(下文称为分量矢量平面12)与工件4交叉，如图5中所示。现在通过邻接焊接路径3的工件表面14的两个切线13的角对称线在分量矢量平面12中进行分量矢量b的限定。由于前述的原因，重力对液化材料7的影响，分量矢量b总是参考重力加速度矢量g确定。

图6a-6c示出了用于解决不同焊接任务的平焊测试工件8的分量矢量b。

图7示出了在工件表面14的切线13的角对称线的方向上的非平焊工件4的分量矢量b。确定测试工件8或工件4上的分量矢量b可以通过扫描工件表面的传感器辅助或者可以自动进行。在焊接路径3的所谓“教导”期间确定分量矢量b也是可行的。这里，一方面，分量矢量b可以通过焊炬2的迎角限定，或者可以通过焊接路径3的左侧和右侧的工件表面14上的附加点进行限定。手动输入焊接路径3上的实际点的分量矢量b也可以在焊接过程之前被执行。可以提供与分量矢量b的大小相关的附加信息，例如，在重叠接缝的情况下的上部板的位置、接缝的形状，例如角焊缝、对接焊缝等。如果现在通过工件4的位置和布置在焊接路径3的点处确定分量矢量b，则这与理想焊接参数Pi的分量矢量b进行比较以建立焊接参数P。用于实际分量矢量b或用于实际位置的焊接参数P借助于最接近的理想焊接参数Pi的后续内插来建立。当使用分量矢量b时，仅需要比较分量矢量b而不是工件4、8的位置和布置的复杂比较，结果是简化了该方法的计算机辅助实现。

图8示出了用于弯曲工件4上的沉积焊接的根据本发明的方法的应用。示例中所示的平行焊接路径3由分量矢量平面12以直角切割。相关的横截面在图9中示出，从图9可以看出，沉积焊接中的分量矢量b垂直于工件表面，并且同时垂直于焊接路径3的切向矢量t。该方法也可以用于未在这里详细示出的工件的生成制造。

在待建立的焊接参数P的情况下，尤其可以确定焊接电流、焊丝的输送速度、焊炬对工件的迎角和焊接速度。所使用的焊接过程，例如标准、脉冲或CMT焊接过程，也可以存储作为焊接参数。因此，例如，对于仰焊位置，可以使用不同的焊接过程来最佳地解决焊接对象。此外，可想到在焊接参数中限定TCP与焊接路径的相对位置。这允许在重叠接缝的情况下在上部板的方向上移位焊炬，以便执行具有增加的材料熔化的焊接任务。

为了简化理想焊接参数Pi的确定，这些借助于测试焊接过程沿着具有恒定切向矢量t和恒定分量矢量b的测试焊接路径9建立并存储。可以沿着测试焊接路径9改变设定值，并且然后评估测试焊接过程的结果。评估可以光学地进行，例如借助于显微切片。由于在整个测试焊接路径9上的均匀分量矢量b和切向矢量t，因此不必确定在具有测试焊接过程的优选结果的点或区域处的分量矢量b和切向矢量t。

如图2中已经所示，理想焊接参数Pi借助于测试焊接过程在具有恒定曲率的测试工件8上沿着测试焊接路径9确定并存储。在该示例中示出的具有恒定切向矢量t的平焊测试工件8产生恒定的切向矢量t和恒定的分量矢量b。这便于确定理想焊接参数Pi。

特别是在沿着10cm至150cm长的测试焊接路径9的测试焊接过程的情况下，焊接过程的开始和结束的影响在中心可忽略不计。另外，在建议长度的整个测试焊接路径9上的恒定理想焊接参数Pi的情况下，也可以机械地评估结果，例如借助于负载测试。这样的存储理想焊接参数Pi允许测试焊接过程的结果的高再现性。有利地，在测试工件8上执行许多测试焊接过程，以便确定理想焊接参数Pi的值。

优选地，理想焊接参数Pi借助于测试焊接过程使用具有不同直径和不同材料的不同焊丝确定并存储。在该情况下，根据不同的直径或材料存储理想焊接参数Pi的新数据集。当建立待执行的焊接过程的焊接参数P时，然后输入所用焊丝的直径和材料，并且根据焊丝的输入直径和材料建立待执行的焊接过程的焊接参数P。

用于焊接过程的开始的理想焊接参数Pi被存储为焊接开始参数Pi_S。这改进了该方法，原因是在焊接过程开始时，诸如温度或液化材料7的量的工艺参数显著变化。类似地，借助于测试焊接过程确定并存储用于焊接过程的结束的焊接结束参数Pi_E。焊接开始参数Pi_S和焊接结束参数Pi_E的确定自然也针对不同位置和布置以及测试焊接路径9的切向矢量t进行。在该情况下，可以借助于分量矢量b记录位置和布置。使用焊接开始参数Pi_S、焊接结束参数Pi_E和用于测试焊接路径9的过程的理想焊接参数Pi，通过内插建立用于待执行的焊接过程的焊接参数P。为了说明该工艺，焊接开始参数Pi_S、焊接结束参数Pi_E和理想焊接参数Pi均可以被认为是多维域，其中针对焊接路径3的特定切向矢量t、测试焊接路径9和分量矢量Pi存储理想焊接参数Pi。而根据实际位置，工件的实际位置和布置或分量矢量，现在针对焊接过程的开始从焊接开始参数Pi_S的域通过内插建立用于待执行的焊接过程的开始的焊接参数P。对于焊接路径3上的下一点，在焊接开始参数Pi_S的域中以及在理想焊接参数Pi的域中的焊接参数P通过内插求得。现在这些焊接参数P从以时间或距离相关的方式加权的两个不同域内插，以便产生从焊接开始参数Pi_S到理想焊接参数Pi的连续过渡。这在焊接过程结束时类似地执行。在该情况下，应当注意，焊接开始参数Pi_S或焊接结束参数Pi_E限定开始和结束过程的执行，并且因此表示也可以包括时间值并且可能需要在某个位置移动的序列，例如，改变焊炬的迎角。利用如此限定的焊接开始参数Pi_S或焊接结束参数Pi_E，使用焊接开始参数Pi_S的最后值或使用焊接结束参数Pi_E的第一值来完成用焊接路径上的理想焊接参数Pi的加权内插。使用以这种方式执行的方法，在整个焊接路径3上设定用于焊接过程的连续有利的焊接参数P，包括开始和结束。当形成其中焊缝6被无缝区域规则地中断的所谓的阶梯接缝时，这是特别有利的。

理想焊接参数Pi可以借助于测试焊接过程在测试工件8之间的若干特定开口角下确定并存储。然后，通过对测试工件8之间的特定开口角11下的理想焊接参数Pi的值进行内插，而根据工件4之间的实际开口角15建立待执行的焊接过程的焊接参数P。由于工件4之间的开口角15影响焊接过程，因此可以实现实际焊接任务的改善结果。

理想焊接参数Pi也可以借助于测试焊接过程在测试工件8的若干特定温度下确定并存储。然后，通过对测试工件8的特定温度下的理想焊接参数Pi的值进行内插，而根据工件4的实际温度建立待执行的焊接过程的焊接参数P。为了说明，温度可以被认为是理想焊接参数Pi的域的另一个维度。焊接参数P对温度的适应确保了焊接过程的有利执行。

冷却状况还可以形成理想焊接参数的域的附加维度，原因是冷却状况影响焊接过程的温度分布。因此，考虑冷却状况允许焊接参数P的有利建立。为此，冷却状况必须与理想焊接参数Pi一起存储并且在建立待执行的焊接过程的焊接参数P之前输入。为此，例如，可以在测试焊接过程中测量焊缝的冷却行为，或者可以针对实际冷却状况输入校正系数。

理想焊接参数Pi也可以使用各种材料的测试焊接过程确定并存储。再次，为了建立待执行的焊接过程的焊接参数P，输入工件4的材料，因此根据工件4的输入材料建立待执行的焊接过程的焊接参数P。这里的各种材料也表示具有不同壁厚的相同物质的材料。

考虑建立焊接参数P的几何条件也是有利的。这尤其表示不同的间隙宽度、工件偏移、工件之间的角度、所谓的加工的变动等。为了考虑几何条件，理想焊接参数Pi借助于测试焊接过程在测试工件8的若干特定几何条件下确定并存储。如果在建立在实际几何条件下待执行的焊接过程的焊接参数P时发生偏差，则焊接参数P适应改变的几何条件，可选地借助于内插。在测量实际工件4上的几何条件时使用这样的方法特别有效。例如，如果在执行焊接过程时记录并监测工件4之间的间隙宽度，则当确定间隙宽度的变化时，可以自动使用新间隙宽度的理想焊接参数Pi来建立焊接参数P。这允许有缺陷的制造工件4的比例减小，并且因此提高了制造效率。为了允许几何偏差或干扰，通常必须在焊接过程期间实时建立焊接参数P。

在该方法的一个实施例中，沿着焊接路径3的相应位置处的曲率半径用作建立焊接参数P的另一参数。除了焊接路径3的切向矢量t之外，焊接路径3的曲率半径也对理想焊接参数Pi有影响。这些影响例如通过温度实现，原因是在小曲率半径的情况下，焊接过程在局部限定区域中发生。结果是工件4的加热增加。在理想焊接参数Pi的存储以及建立焊接参数P期间考虑曲率半径因此可以在执行焊接过程时产生优势。在该情况下理想焊接参数Pi可以有利地通过移动测试工件8来确定，其中测试焊接路径9具有恒定曲率并且焊炬2固定。结果，测试焊接路径9的切向矢量t和分量矢量b也是恒定的，这简化了理想焊接参数Pi对切向矢量t、分量矢量b和曲率的唯一分配。为此目的，图10a和b示出了测试工件8的布置的示例，其具有带有恒定曲率的测试焊接路径9。详细地，图10a示出了前视图，并且图10b示出了测试工件8(即管16)的平面图，所述管布置在平焊测试工件8上。在该布置中，可以简单且成本有效地使用未详细示出的旋转台借助于测试工件8的纯旋转来实现恒定曲率的要求以及同时恒定的分量矢量b和切向矢量t。

在建立焊接参数P时，也可以考虑焊接路径3上的相应位置周围的工件4的几何形状。工件4的几何形状特别影响液化材料7的冷却和表面张力。考虑到相应位置周围的工件4的几何形状，因此总体上改善了焊接参数P的建立。

建立焊接路径3上的点的焊接参数P可以以规则的时间间隔或焊接路径3的规则距离针对待执行的焊接过程进行。在时间间隔短于100ms的情况下，获得连续焊接参数P之间的几乎连续过渡。因此，使用更大的时间间隔是可行的，特别是当计算能力不足以以较短间隔建立焊接参数P时。

Claims (17)

1.一种用于建立焊接过程的焊接参数(P)的方法，在所述焊接过程中，沿着预定的任意焊接路径(3)在待加工的至少一个工件(4)上引导焊炬(2)，并且设定根据所述焊接路径(3)上的相应位置确定的焊接参数(P)以加工至少一个工件(4)，其特征在于，在建立焊接过程的焊接参数(P)之前，借助于测试焊接过程在若干测试工件(8)上沿着测试焊接路径(9)在每种情况下相对于重力加速度矢量(g)的测试工件(8)的特定位置和布置以及测试焊接路径(9)的特定切向矢量(t)下确定并存储理想焊接参数(Pi)，并且通过对用于相对于重力加速度矢量(g)的测试工件(8)的特定位置和布置以及测试焊接路径(9)的特定切向矢量(t)的存储的理想焊接参数(Pi)的值进行内插，而根据相对于重力加速度矢量(g)的至少一个工件(4)的实际位置和布置以及焊接路径(3)的实际切向矢量(t)来建立待执行的焊接过程的焊接路径(3)上的相应位置处的焊接参数(P)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少对于沿着待加工的至少一个工件(4)的所述焊接路径(3)和沿着所述测试工件(8)的所述测试焊接路径(9)的单独的点，从相对于重力加速度矢量(g)的所述工件(4)或测试工件(8)的所述位置和布置来相对于重力加速度矢量(g)限定分量矢量(b)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少选择焊接电流、焊丝的输送速度、焊炬对工件(4)的迎角和焊接速度作为焊接参数(P)。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程沿着具有恒定切向矢量(t)和恒定分量矢量(b)的测试焊接路径(9)确定并存储所述理想焊接参数(Pi)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程在具有恒定曲率的测试工件(8)上沿着所述测试焊接路径(9)确定并存储所述理想焊接参数(Pi)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程沿着10cm至150cm长的测试焊接路径(9)确定并存储所述理想焊接参数(Pi)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程用具有各种直径和各种材料的各种焊丝确定并存储所述理想焊接参数(Pi)，输入所使用的焊丝的直径和材料以建立所述焊接过程的所述焊接参数(P)，并且根据所述焊丝的输入直径和材料建立所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在测试工件(8)上，将用于开始的理想焊接参数(Pi)确定为焊接开始参数(Pi_S)和/或将用于所述测试焊接过程的结束的理想焊接参数确定为焊接结束参数(Pi_E)并存储，并且所述待执行的焊接过程的所述焊接参数(P)以焊接开始参数(Pi_S)开始和/或以焊接结束参数(Pi_E)结束，通过对用于相对于重力加速度矢量(g)的所述测试工件(8)的所述特定位置和布置以及所述特定切向矢量(t)的存储的焊接开始参数(Pi_S)或焊接结束参数(Pi_E)的值进行内插，根据相对于重力加速度矢量(g)的至少一个工件(4)的所述实际位置和布置以及相应位置处的所述实际切向矢量(t)来确定所述焊接开始参数(Pi_S)和/或所述焊接结束参数(Pi_E)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述焊接开始参数(Pi_S)和所述理想焊接参数(Pi)之间的焊接过程开始时或在所述理想焊接参数(Pi)和所述焊接结束参数(Pi_E)之间的所述焊接过程结束时的所述焊接参数(P)用所述焊接路径(3)上的距离或时间进行加权内插。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程以所述测试工件(8)之间的若干特定开口角(11)确定并存储所述理想焊接参数(Pi)，并且通过对所述测试工件(8)之间的所述特定开口角(11)处的所述理想焊接参数(Pi)的值进行内插，而根据所述工件(4)之间的实际开口角(15)确定所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程在所述测试工件(8)的若干特定温度下确定并存所述储理想焊接参数(Pi)，并且通过对所述测试工件(8)的特定温度下的所述理想焊接参数(Pi)的值进行内插，而根据至少一个工件(4)的确定实际温度建立所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程在所述测试工件(8)的若干特定冷却状况下确定并存储所述理想焊接参数(Pi)，输入至少一个工件(4)的冷却状况以建立所述焊接过程的所述焊接参数(P)，并且根据所述工件(4)的输入冷却状况确定所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程在由不同材料制成的测试工件(8)上确定并存所述储理想焊接参数(Pi)，输入至少一个工件(4)的材料以建立所述焊接过程的所述焊接参数(P)，并且根据所述工件(4)的输入材料建立所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于测试焊接过程在所述测试工件(8)的若干特定几何条件下确定并存储所述理想焊接参数(Pi)，并且通过对所述测试工件(8)的特定几何条件下的所述理想焊接参数(Pi)的值进行内插，而根据所述工件(4)的确定实际几何条件建立所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，考虑在沿着所述焊接路径(3)的相应位置处的相应曲率半径来建立将在至少一个工件(4)上执行的焊接过程的焊接参数(P)。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，考虑沿着所述焊接路径(3)的相应位置周围的工件(4)的几何形状来建立将在至少一个工件(4)上执行的焊接过程的焊接参数(P)。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以规则的时间间隔或以所述焊接路径(3)上的规则距离建立所述待执行的焊接过程的焊接参数(P)。

Images