CN112154040A - 自动确定用于在工件上执行焊接的最佳焊接参数的方法 - Google Patents

自动确定用于在工件上执行焊接的最佳焊接参数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自动确定用于在工件(4)上执行焊接的最佳焊接参数(Pi,opt)的方法，其中‑沿着测试焊接轨道(10)在测试工件(9)上执行多个测试焊接，并且在每个测试焊接将至少一个焊接参数(Pi(x))沿着测试焊接轨道(10)从预定初始值(PI,A)自动地改变为预定最终值(Pi,E)，‑用至少一个传感器(12)沿着测试焊接轨道(10)测量每个得到的测试焊缝(11)，并且接收至少一个传感器信号(Sj(Pi(x)))，‑从至少一个传感器信号(Sj(Pi(x)))计算表征每个测试焊缝(11)的至少一个质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))，‑从所述至少一个质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))计算用于根据改变的焊接参数(Pi(x))表征测试焊缝(11)的质量的质量函数(G(Qk(Sj(Pi(x)))))，‑确定所述质量函数的最佳值(Gopt(Qk(Sj(Pi(x)))))，并且基于质量函数的该最佳值(Gopt(Qk(Sj(Pi(x)))))下的每个质量参数(Qk,opt(Sj(Pi(x))))和测试焊接轨道(10)上的相应位置(x,opt)定义最佳焊接参数(Pi,opt)的值并保存。

Description

自动确定用于在工件上执行焊接的最佳焊接参数的方法
技术领域
本发明涉及一种自动确定用于在工件上执行焊接的最佳焊接参数的方法。
背景技术
焊接过程通常是非常复杂的过程，原因是用于执行焊接的焊接过程在工件表面上进行，工件表面的几何形状几乎随每次焊接任务而不同。另外，仅举几个例子，诸如焊接电流、工件的材料、送丝速度和焊丝的材料的多个焊接参数影响焊接过程。此外，焊接过程具有高度依赖于运动的分量，即，攻角和焊炬的工作角、焊接速度、工件位置等都会影响焊接过程。
寻找并设置最佳焊接参数和校正参数是一项艰巨的任务，需要专业人员花费大量时间和/或测试工作。通常，焊接参数是直观找到的或简单定义的，并且对于在特定焊接位置进行特定焊接任务的焊接的可能性而言，并不代表最佳，而是一种折衷。通常，如今，专家指导为特定工件上的特定焊接任务寻找并定义最佳焊接参数。在这些耗时且昂贵的步骤之后，使用这些定义的焊接参数在该工件上执行焊接。当在焊接工件上检测到缺陷时或当特定先决条件变化时，例如工件的几何形状，则必须重新开始寻找最佳焊接参数以实现最佳焊接结果的过程，这又会产生额外的成本和等待时间。
例如，WO 2018/011243 A1描述了一种用于定义焊接过程的焊接参数的方法，其中在没有专家协助的情况下，可以通过借助于理想焊接参数由插值定义相应焊接过程的焊接参数沿着任何期望的焊接轨道对焊接过程进行参数化，所述理想焊接参数在测试工件上的测试条件下被接收和保存。因此，可以将特定工件几何形状的焊接参数与先前定义的理想焊接参数自动组合在一起，而无需在这方面激活焊机。这里，针对待解决的特定焊接任务定义测试工件上的理想焊接参数。然而，这样的任务根据要求可能会有很大的不同，因此在该方法上设置了限制。
EP 1 415 755 A2描述了一种激光焊接监测系统和方法，与用于焊接缝质量评估的常规的非常复杂的系统相比，其旨在更简单。描述了一种方法，其中对于传感器系统的调节，通过传感器信号的相应组合更简单地评估焊缝的质量。这里，使用测试焊接来校准传感器系统。
发明内容
本发明的问题在于提供一种用于自动确定最佳焊接参数的上述方法，通过所述方法，即使没有专业人员或专家，也可以针对特定的焊接自动地寻找最佳焊接参数以实现最佳焊接质量和最佳焊接条件。该方法将能够尽可能简单和快速地执行。迄今为止的方法的缺点将被减少或避免。
解决本发明的问题在于
-沿着测试焊接轨道在测试工件上执行多个测试焊接，并且在每个测试焊接将至少一个焊接参数沿着测试焊接轨道从预定初始值自动地改变为预定最终值，
-用至少一个传感器沿着测试焊接轨道测量每个得到的测试焊缝，并且接收至少一个传感器信号，
-从至少一个传感器信号计算表征每个测试焊缝的至少一个质量参数，
-从所述至少一个质量参数计算用于根据改变的焊接参数表征测试焊缝的质量的质量函数，
-确定所述质量函数的最佳值，并且基于质量函数的该最佳值下的每个质量参数和测试焊接轨道上的相应位置定义最佳焊接参数的值并保存。
因此，根据本发明的方法规定，对于特定的焊接任务，自动寻找最佳焊接参数以实现最佳焊接质量和最佳焊接条件，而无需专家或专业人员的直接参与。相应地，该方法规定，在预定条件下在测试工件上自动执行一系列测试焊接，其中改变用于解决相应焊接任务的相关焊接参数，并且从沿着测试焊接轨道得到的测试焊缝的评估，确定沿着测试焊接轨道的位置，在该位置测试焊缝的焊接结果最佳。为了能够表征测试焊缝，引入了可以根据焊接任务不同定义的质量参数。例如，对于工件上的可见焊缝，诸如焊缝厚度、焊缝比例、焊缝宽度等的质量参数可能更为重要或至关重要，而在其他焊接任务的情况下，其他质量参数(如接缝超高、接缝过渡角等)可能是最重要的。而且，可以通过内部电流源传感器捕获焊接电流源的参数而间接测量测试焊缝。为了易于管理焊接参数之间的复杂和多维相关性，根据相应的焊接任务，从表征焊缝的质量参数计算所谓的质量函数，所述质量函数根据改变的焊接参数表征测试焊缝的质量。通过质量函数，可以根据用于表征测试焊缝的质量的所有质量参数创建易于管理的实数，可以通过相对简单的方法从其确定最佳值。从质量函数或质量标准的该最佳值，可以定义和保存最佳质量参数，以及由此定义和保存具有最佳质量特性的测试焊缝处的位置，以及由此定义和保存相应的最佳焊接参数。当然，可以存在质量函数的更多最佳值，从中选择特定的最佳值作为确定最佳焊接参数的基础。通过这些最佳焊接参数，然后在工件上执行焊接，并在最佳焊接条件下自动获得最佳焊接质量。根据本发明的方法将焊接技术领域的专家和专业人员的知识转移到用于表征测试焊缝的质量参数和用于表征测试焊缝的质量的质量函数的计算中，使得自动地为了完成特定的焊接任务，可以快速和容易地找到最佳焊接参数。因此，可以更快地定义用于特定工件上的特定焊接的最佳焊接参数，而无需相应专家的直接参与。在改变焊接任务的情况下，同样可以以较低的成本对改变做出快速反应，并且可以更快地定义或相应地校正最佳焊接参数。为了实施该方法，需要相应的装置以焊接机器人等形式自动地移动焊炬和/或测试工件，并通过计算机进行相应的控制。为了自动测量测试焊接轨道的测试焊缝，需要根据相应的焊接任务确定的传感器，所述传感器传送传感器信号以计算质量参数。内部传感器在执行测试焊接时接收焊接电流源的参数，可以传送用于评估测试焊缝的数据。大量数据的后续处理操作通过相应的计算规则和/或表格进行。
根据本发明的特征，在执行测试焊接之前测量测试焊接轨道。通过在执行测试焊接之前对测试工件上的测试焊接轨道进行这种测量，可以确保测试焊接轨道具有相同的初始状态，因此条件始终相同。由此保证了数据的可再现性和可比性。测试焊接轨道的测量可以借助合适的传感器进行。
为了评估沿着测试焊接轨道的测试焊缝，可以在执行测试焊接期间或之后对这些进行测量。用合适的传感器等对测试焊缝进行评估或相应地采样或扫描，也可以将其直接布置在焊炬上或在电流源中，使得可以沿着测试焊接轨道确定所产生的测试焊缝的特性。在执行试验焊接期间，可以在试验焊接之后立即通过合适的传感器(例如激光传感器或用于确定辐射发射的传感器)观察熔池。替代地或附加地，当然也可以在熔池凝固之后检查测试焊缝，并且可以根据多种多样的观点对其进行评估。然而，也可以使用焊接设备内部的传感器来评估测试焊接的稳定性，从而间接地评估测试焊缝的质量。
对于每个测试焊接，沿着测试焊接轨道改变优选以下焊接参数中的至少一个：待熔化的焊丝的送丝速度、焊接速度、自由焊丝长度、焊炬的攻角(纵向于焊缝的角)、焊炬的工作角(横向于焊缝的角)和焊炬的工具中心点。列出的焊接参数是会严重影响焊缝和焊接质量的那些参数。取决于相应的焊接任务和待加工的相应工件，其他或另外参数也可能是重要的，然而，可以在测试焊缝处改变。焊接稳定性的评估还例如构成评估焊接质量和要解决的焊接问题的重要标准。可以通过内部确定焊接电流源的参数以简单的方式确定稳定性。
根据本发明的另一个特征，沿着具有恒定切向矢量的预定测试焊接轨道，特别是沿着长度优选为10cm至50cm的直测试焊接轨道执行测试焊接。除了测试工件的位置外，测试焊接轨道的形状也对测试焊接的执行有影响。使用恒定切向矢量，测试焊接轨道的曲率是恒定的。因此这优选地涉及直测试焊接轨道或圆形式的测试焊接轨道。指示的优选长度允许在通常的极限内改变相应的焊接参数，并且其后允许对沿着测试焊接轨道的测试焊缝质量的变化进行足够准确的评估。当然，只能在一个测试工件上执行几个参数搜索，并且沿着测试焊接轨道可以将各种焊接参数从初始值连续改变为最终值，或者对于每个焊接参数，使用仅具有一个测试焊接轨道的独立测试工件。
当在优选布置在相应焊接任务的位置处的平坦测试工件上执行测试焊接时，可以快速且简单地进行测试焊接。通过使用平坦测试工件，重力加速度对测试工件的影响可以保持恒定。在最简单的情况下，测试工件的布置也可以是水平的。当测试工件的位置对于相应的焊接任务是通用时，也可以在不同位置在测试工件上执行几次测试焊接，因此相对于重力加速度矢量以不同布置，并考虑质量参数的定义。
优选地在执行测试焊接期间，测试焊缝可以沿着测试焊接轨道借助于非破坏性测量方法进行测量，例如光学传感器，特别是激光扫描仪、相机等、X射线传感器和/或温度传感器。使用非接触式传感器沿着测试工件的测试焊接轨道扫描测试焊缝的优点在于，可以特别快速地并且沿着整个测试焊接轨道执行测试焊缝的测量。在特定的影响因素的情况下，在测试焊接之后立即执行测试焊缝的测量可能是有利的。例如，刚执行测试焊接之后的测试工件材料中的温度曲线可以提供有关测试焊缝内和周围的材料结构的陈述。在测试焊缝的其他质量参数的情况下，例如焊缝厚度、焊缝宽度、焊缝超高、接缝过渡角，底切或飞溅量和气孔数量，仅在执行测试焊接后一段时间执行测试焊缝的测量也会是有利的。
类似地，借助于破坏性测量方法，例如通过制作沿着测试焊接轨道在至少一个预定距离处的至少一个测试焊缝的显微照片，可以沿着测试焊接轨道加工测试焊缝。这样的自然更复杂的测量方法只能在沿着测试焊接轨道的几个位置处执行，然而它们提供了也有关测试焊缝内部结构的大量知识，而无接触测量方法无法确定这些知识。继而可以通过各种方法，特别是借助于相机和与其连接的图像处理方法来分析沿着测试焊接轨道的特定位置处的测试焊缝的显微照片。使用特定的化学物质可以改善测试焊缝的显微照片结构的检测。焊接后对显微照片进行宏观检查也可以提供特征性的质量参数。分析显微照片并且以特定传感器信号的形式并且作为表征质量参数的结果，根据相应的焊接参数或相应地沿着测试焊接轨道的相应位置来确定并保存测试焊缝的质量。根据焊接任务，相应地评估该质量参数，并且因此在考虑该任务的情况下，定义在何处或相应地用哪个焊接参数实现最佳焊接结果。除了产生显微照片外，还可想到测试工件上进行拉伸测试、弯曲测试等。
对于每个测试焊接，优选地，至少一个焊接参数在预定长度上沿着测试焊接轨道线性地从预定初始值改变为预定最终值。该方法一方面有利于执行测试焊接，另一方面有利于使用沿着测试焊接轨道的位置的定义反计算被认为是最佳的相应焊接参数，在所述位置处测试焊缝对于已经提出的焊接问题已经提供了最佳结果。当然，代替定义焊接参数的预定初始值和预定最终值，也可以仅预定义初始值并定义特定的变化率而不是最终值。例如，攻角可以在测试焊接轨道的开始处用特定初始值定义，并且可以在40cm的长度上以例如1°/cm的测试焊缝变化率来升高。焊接参数的变化当然也可以分阶段进行，尤其是在较大的参数范围内，以便实现系统的稳定。然后优选在整个焊接系统稳定的那些区域中进行测试焊接或相应的测试焊缝的后续分析。
可以在各种焊接条件下执行测试焊接，并且通过对在预定焊接条件的边界焊接条件下在测试焊接中确定的最佳焊接参数进行插值来执行预定焊接条件下的焊接的最佳焊接参数。当例如工件温度对将要在工件上执行的焊接产生影响时，可以在作为焊接条件的各种工件温度下对测试工件执行几次测试焊接，并且在对工件执行焊接之前，考虑当前的工件温度(或相应的环境温度，假设工件已达到环境温度)，可以考虑最佳焊接参数。由于实际上在不同的焊接条件下只能执行有限数量的测试焊接，因此为了保持较小的花费，利用用于定义最佳焊接参数的焊接条件下的那些测试焊接，其在实际焊接条件之上和之下，例如低于和高于进行焊接时可能出现的工件温度的焊接条件被利用并通过最佳焊接参数的插值来定义。除了工件温度的所述示例外，其他焊接条件可以是工件的位置，测试焊接轨道周围的焊缝几何形状的公差或测试焊接轨道的间隙宽度的公差。
优选在至少两个不同的焊接条件下执行测试焊接，分别是工件温度、测试工件的位置、测试工件上的焊缝几何形状或间隙宽度。为了保持执行测试焊接的费用较小，可以仅在几个不同的焊接条件下定义这些，并且可以关于相应的焊接条件进行内插。在通过对两个不同焊接条件下的两个不同测试焊接的结果进行插值来定义最佳焊接参数之前，可以通过使用插值焊接参数执行测试焊接来检查插值是否起作用。当这不能产生最佳质量时，可以提高不同焊接条件下的不同测试焊接的精细度，并且可以在几个焊接条件下执行另外的测试焊接。由此可以防止通过插值在焊接参数和焊接质量之间存在非线性关系时，会出现导致质量标准的降低的焊接参数。
在执行插值之前，优选地在预定焊接条件下确定质量函数，当质量函数偏离默认值(即，不满足质量标准)时，关于另外的焊接条件执行至少一个另外的测试焊接。通过该自动确定质量函数是否受损，可以防止在相距太远的焊接条件之间执行焊接参数的线性插值，这不会导致最佳的焊接参数，并因此将导致所得到的焊缝质量差。因此，随后可以在各种焊接条件下准自动地对要执行的测试焊接的图案进行精修，这表明原始图案被选择得过于宽松，因此在太少的焊接条件下执行了测试焊接。
根据本发明的其他特征，扫描测试焊缝的宽度，高度，超高，曲率不足，焊缝填充量或过渡角，并从这些传感器信号沿着测试焊接轨道计算质量参数。通过测试焊缝的所列特征，可以针对大多数焊接任务对测试焊缝进行充分评估，因此可以以足够精度关于最佳质量参数以及因此的最佳焊接参数得出结论。例如，找到最佳质量参数的焊炬行进的路径使得可以容易地分配和传递已知初始值和最终值的质量确定参数。
通过相应地连续改变焊接参数以相应地影响质量参数，可以确定质量函数的最佳值。这代表在多维空间中找到最佳值或相应地找到质量函数的最佳值的可能性，这能够更容易地管理，但是会占用更多时间。
替代地，还可以通过在梯度方面改变用于影响几个质量参数的几个焊接参数来确定质量函数的最佳值。以该方式，在某些情况下确实会增加计算工作量，但是会在较短的时间内找到结果。在几个最小值的情况下，质量函数的最佳值通常是质量函数的最大值，或者相应地是质量函数的最大值或质量函数的最小值。
附图说明
借助于附图进一步解释本发明。
其中示出了：
图1是焊接过程的示意性概图；
图2是根据本发明的用于自动确定用于在工件上执行焊接的最佳焊接参数的方法的功能草图；
图3是用于执行根据本发明的方法的系统的图示；
图4是示出根据本发明的方法的执行的框图；
图5a-5c是用于测量测试工件上的测试焊缝的各种方法；
图6是通过角焊形式的焊接工件的截面图；以及
图7a-7c示出了所得到的焊缝的一些特征的轮廓，以借助于示例来说明最佳焊接参数的寻找。
具体实施方式
图1示出了焊接过程的示意性概图，其中焊接系统包括焊接装置1、过程机器人2和焊炬3，其因此解决了工件4上的焊接问题。因此，焊炬3在工件4上沿着预定焊接轨道7引导，并且在焊炬3的接触喷嘴或焊丝5的端部分别地与工件4之间燃烧电弧6。通过工件4的材料的熔融和焊丝5的熔化，产生焊缝8。作为焊炬3相对于工件4的移动的替代或补充，也可以使工件4相对于焊炬3移动。在焊炬3和工件4之间沿着焊接轨道7的相对运动是至关重要的。为了焊接执行各种焊接过程并且根据工件4的相应位置和布置以及对应于焊接轨道7的切向矢量t的焊接轨道7的方向，设置具体的焊接参数Pi(x)。借助于这些焊接参数Pi(x)，显著影响焊接过程或相应地影响焊接，从而影响焊缝8。根据相应的焊接任务，对焊缝8设置不同的要求。例如，针对焊接速度、安全穿透深度、振动动力学要求、以及视觉美观的焊缝8，可以通过设置焊接参数Pi(x)来优化焊接。因此，为了在工件4上执行焊接，考虑相应的焊接任务，总是存在导致最佳焊接结果的一组最佳焊接参数Pi,opt(x)。寻找这样的最佳焊接参数Pi,opt(x)是非常复杂的方法，其通常保留给焊接技术领域的专家或专业人员。寻找最佳焊接参数Pi,opt(x)的过程可能会持续较长时间，这可能导致较长的等待时间，并且在一些情况下会导致高成本。此外，可能发生的是，为了将这样的等待时间联系到寻找最佳焊接参数Pi,opt(x)，需要做出折衷，其特征在于焊接质量不足。因此，非常重要的是，能够尽可能快速地并且在不直接牵涉相应的专家或专业人员的情况下针对在工件4上执行焊接的特定焊接任务找到最佳焊接参数Pi,opt(x)。
图2示出了根据本发明的方法的功能草图，该方法用于自动确定用于在工件4上执行焊接的最佳焊接参数Pi,opt(x)。因此，沿着测试焊接轨道10在工件9上执行几次测试焊接，并且在每个测试焊接处，至少一个焊接参数Pi(x)沿着测试焊接轨道10从预定初始值Pi,A自动改变为预定最终值Pi,E。相应焊接参数Pi(x)的初始值Pi,A和最终值Pi,E之间的变化例如线性地或者在特定阶段中发生，其中焊接参数Pi(x)与沿测试焊接轨道10覆盖的路径x之间的相关性总是预先定义，使得反之亦然，在测试焊接轨道10的每个位置x处，可以得出关于在那里设置的焊接参数Pi(x)的结论。特别是通过使用非常简单的测试工件9，其优选具有直测试焊接轨道10或具有恒定切向矢量的测试焊接轨道10，以及测试工件9的面向应用的布置，导致能够非常容易和快速地执行的测试焊接，并且不必为了测试目的而焊接整个工件或各个部件，这将导致大量的费用和浪费。
沿着测试工件9的测试焊接轨道10的所得测试焊缝11由相应的传感器12测量，其中该测量可以在执行测试焊接期间直接进行或者稍后进行。除了以非接触方式扫描测试焊缝11的传感器12，或在执行测试焊接期间记录焊接电流源的参数的内部传感器之外，还考虑了其中通过破坏测试工件9来分析测试焊缝11的方法。例如，测试焊缝11的显微照片可以在沿着测试焊接轨道10的几个位置处制作并且可以例如通过图像处理进行处理。
传感器12传送各种传感器信号Sj(Pi(x))，所述信号被处理成表征测试工件9的相应测试焊缝11的至少一个质量参数Qk(Sj(Pi(x)))。从传感器信号Sj(Pi(x))对质量参数Qk(Sj(Pi(x)))进行计算的类型取决于相应的焊接任务和取决于完成相应焊接任务的特征的标准。
为了更容易地处理质量参数Qk(Sj(Pi(x)))，计算质量函数G(Qk(Sj(Pi(x))))以用于根据改变的焊接参数Pi(x)表征测试焊缝11的质量。因此，利用质量函数，实数导致多维空间，其具有能够以能够相对容易地自动化的方式找到的至少一个最佳值，特别是最大值或最小值。如图2中所示，质量函数G的最佳值Gopt可以是取决于焊接参数P1和P2的面积的最大值。通过相应的计算，可以在参数空间的特定限制内快速找到质量函数的该最佳值Gopt。从质量函数的该最佳值Gopt(Qk(Sj(Pi(x))))，质量参数的相应最佳值Qk,opt(Sj(Pi(x)))以及测试焊接轨道10的相应位置xopt，最终定义和保存用于相应最佳焊接参数Pi,opt的值。利用这些最佳焊接参数Pi,opt在工件4上执行焊接，从而产生与焊接任务相对应的最佳焊接质量。
与迄今已知的方法相反，这里不需要直接聘请焊接技术专家或专业人员。然而，当然必须使用焊接技术专家和专业人员来定义质量参数Qk(Sj(Pi(x)))和质量函数G(Qk(Sj(Pi(x))))。然而，对于具有特定工件几何形状的特定工件上的特定焊接任务，可以定义测试工件9上的许多测试焊接以及质量参数和质量函数的许多变体，并将其保存在相应的数据库中，并且通过访问所述数据库，可以针对单独的焊接任务快速自动定义最佳焊接参数Pi,opt。
图3示出了用于执行根据本发明的方法的焊接系统的图示。借助于焊接装置1，相应地控制布置在过程机器人2上的焊炬3，用于在测试工件9上执行测试焊接。焊接装置1和过程机器人2因此通过控制装置17或计算机被致动，使得可以沿着预定测试焊接轨道10在相应的测试工件9上执行测试焊接。借助于合适的传感器12，可以在执行测试焊接期间或在执行测试焊接之后沿着测试焊接轨道10测量焊缝11。例如，将光学传感器13、X射线传感器14、温度传感器15或涡流传感器16考虑作为传感器12。内部传感器也可以在执行测试焊接期间记录焊接电流源的参数。由传感器12接收的传感器信号Sj(Pi(x))通过控制装置17进行处理，并且存储在相应的存储器或数据库18中。此外，根据相应的焊接任务，从传感器信号Sj(Pi(x))计算质量参数Qk(Sj(Pi(x)))，其因此表征单独的测试焊缝11。由于沿着测试焊缝相应地将至少一个焊接参数Pi(x)从初始值Pi,A改变为最终值Pi,E，因此沿着测试焊缝11存在具有最佳特性的点或区域。测试焊缝11的这些最佳特性因此通过传感器12检测并且因此在控制装置17中处理。在沿着测试焊缝11的限定测试焊缝的最佳特性的位置处，可以对此处有效的参数Pi(x)执行反计算，并且这因此可以定义为最佳值并保存。从多个测试工件9及其测试焊缝11和传感器信号Sj(Pi(x))，产生存储在存储器或数据库18中的多个数据。数据库18表示准知识库，其中通晓焊接技术的专家和专业人员的专业知识以结构化方式提供并且可以被访问以用于定义最佳焊接参数Pi,opt。
图4示出了从存储在数据库18中的该信息寻找最佳焊接参数Pi,opt的原理。因此，控制装置17或计算机加载有特定数据，通过所述特定数据来表征用于在工件4上执行焊接的特定焊接任务。特别地，特定质量参数Qk和质量函数G将取决于质量参数Qk，或者从多个这样的质量参数Qk或质量函数G选择至少一个特定质量参数Qk或特定质量函数G。根据从测试焊接获得的传感器信号Sj(Pi(x))的可用信息，可以通过上述寻找质量函数Gopt的最佳值的过程对相应的最佳焊接参数Pi,opt进行反计算。然后将这些最佳焊接参数Pi,opt传递到焊接系统的焊接装置1和过程机器人2，并使用这些最佳焊接参数Pi,opt沿着焊接轨道7在工件4上执行焊接，导致对于需要解决的相应焊接问题具有最佳特性的焊缝8。
图5a至5c示出了各种草图以示出测试工件9上的测试焊缝11的测量。图5a示出了在执行测试焊接期间通过例如布置在焊炬3的下游的光学传感器13或温度传感器15来测量测试焊缝11的方法，所述传感器因此扫描焊缝11并根据沿着测试焊接轨道10的位置接收并传递所获得的传感器信号Sj(x)。
作为图5a中所示的上述方法的替代或补充，还随后根据图5b，借助于可以产生焊缝11上的各种质量参数的各种传感器，例如光学传感器13、X射线传感器14或涡流传感器16，可以沿着焊接轨道10测量测试工件9或测试焊缝11。
在图5c中，描绘了一种方法，其中通过沿着测试焊接轨道10的各个位置产生测试焊接接缝11和周围测试工件9的显微照片，破坏测试工件9以分析测试焊缝11。这些显微照片可以通过相应的传感器和图像处理方法进行测量，并且可以提供有关测试焊缝11的质量的信息。当就完成特定的焊接任务而言，特定的显微照片具有最佳特性(例如最佳穿透深度等)时，可以识别和定义在测试焊缝11的该位置处使用的相应焊接参数Pi(x)，并将其保存为最佳焊接参数Pi,opt。
可以通过使用相应的装置使用于沿着测试工件9的测试焊接轨道10测量测试焊缝11的自动方法自动化，使得可以快速找到并且保存可以评估测试焊缝11的多个数据。
图6示出了具有相应参数的焊接工件的截面图，所述参数因此表征工件和焊缝。这些参数包括例如：
t 工件的厚度
g 工件之间的间隙宽度
a 焊缝厚度
h 焊缝超高
t_p 穿透深度
t_k 底切的深度
phi_ü 焊缝过渡角
phi_p 焊缝(图6中未示出)的方向上的焊炬与工件之间的攻角
phi_w 横向于焊缝的方向上的焊炬与工件之间的焊缝工作角
除了举例说明的用于表征焊缝的这些参数之外，还存在几个另外的其他参数，所述其他参数同样可以用于执行所表示的方法，并且可以由相应的传感器接收。例如，飞溅量、熔融缺陷、焊缝中的气孔数量和可再现性可以被称为可以表征焊接的焊接参数。
图7a-7c现在借助于示例示出了针对特定焊接任务寻找最佳焊接参数。在该示例中，任务包括通过使焊炬相对于工件的攻角ph_p和焊炬的工作角phi_w相应地变化，并从中选择最佳参数，使焊缝的焊缝超高h尽可能小。因此，在该示例中执行测试焊接，其中沿着测试工件的测试焊缝将攻角phi_p从初始值改变为最终值，并且在另一测试焊接中，沿着测试焊接轨道将工作角phi_w从初始值改变为最终值。测量这些测试工件上所得到的测试焊缝，并记录对应于焊缝超高h的传感器信号。因此，焊缝超高h的轮廓是攻角phi_p(图7a)的函数并且h是工作角phi_w(图7b)的函数。
在定义取决于焊缝超高h的质量函数G之后，如图7c的图中所示，焊缝超高h的面积轮廓作为攻角phi_p和工作角phi_w的函数而得到。质量函数G具有至少一个最佳值，在所示的示例中具有至少一个最小值，其能够容易地确定，并且允许反计算攻角phi_p,opt和工作角phi_w,opt的最佳值。
在实际的焊接中，两个以上的焊接参数会发生变化，从而导致取决于相应的可变焊接参数Pi(x)的质量函数G的多维函数。
所表示的方法允许借助于通过测试工件执行的测试焊接从多个收集的数据快速地找到理想的焊接参数Pi,opt，而焊接技术领域的相应专家或专业人员不必直接参与。

Claims (15)

1.一种自动确定用于在工件(4)上执行焊接的最佳焊接参数(Pi,opt)的方法，其中
-沿着测试焊接轨道(10)在测试工件(9)上执行多个测试焊接，并且在每个测试焊接将至少一个焊接参数(Pi(x))沿着测试焊接轨道(10)从预定初始值(Pi,A)自动地改变为预定最终值(Pi,E)，
-用至少一个传感器(11)沿着测试焊接轨道(10)测量每个得到的测试焊缝(11)，并且接收至少一个传感器信号(Sj(Pi(x)))，
-从至少一个传感器信号(Sj(Pi(x)))计算表征每个测试焊缝(11)的至少一个质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))，
-从所述至少一个质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))计算用于根据改变的焊接参数(Pi(x))表征测试焊缝(11)的质量的质量函数(G(Qk(Sj(Pi(x)))))，
-确定所述质量函数的最佳值(Gopt(Qk(Sj(Pi(x)))))，并且基于质量函数的该最佳值(Gopt(Qk(Sj(Pi(x)))))下的每个质量参数(Qk,opt(Sj(Pi(x))))和测试焊接轨道(10)上的相应位置(x,opt)定义最佳焊接参数(Pi,opt)的值并保存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行测试焊接之前测量测试焊接轨道(10)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在执行测试焊接期间或之后沿着测试焊接轨道(10)测量测试焊缝(11)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，在每个测试焊接，沿着测试焊接轨道(10)改变以下焊接参数(Pi(x))中的至少一个：待熔化的焊丝(5)的送丝速度(vD(x))、焊接速度(vs(x))、自由焊丝长度、焊炬(3)的攻角(phi_p(x))、焊炬(3)的工作角(phi_w(x))和焊炬(3)的工具中心点(TCP(x))。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，沿着具有恒定切向矢量(t)的预定测试焊接轨道(10)，特别是沿着长度优选为10cm至50cm的直测试焊接轨道(10)执行测试焊接。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，在平坦测试工件(9)上执行测试焊接。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，优选地在执行测试焊接期间，测试焊缝(11)沿着测试焊接轨道(10)借助于非破坏性测量方法进行测量，例如光学传感器(13)，特别是激光扫描仪、相机等、X射线传感器(14)和/或温度传感器(15)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于破坏性测量方法，例如通过制作沿着测试焊接轨道(10)在至少一个预定距离(xv)处的至少一个测试焊缝(11)的显微照片，沿着测试焊接轨道(10)加工测试焊缝(11)。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，在每个测试焊接，至少一个焊接参数(Pi)在预定长度(1)上沿着测试焊接轨道(10)线性地从预定初始值(Pi,A)改变为预定最终值(Pi,E)。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于，在各种焊接条件(Bl)下执行测试焊接，并且通过对在预定焊接条件(Bv)的边界焊接条件(Bu，Bo)下在测试焊接处确定的最佳焊接参数(Pi,opt)进行插值来执行预定焊接条件(Bv)下的焊接的最佳焊接参数(Pi,opt)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在至少两个不同的焊接条件(Bl)下执行测试焊接，所述焊接条件(Bl)分别是工件温度、测试工件(9)的位置、测试焊接轨道(10)周围的测试工件(9)的开度角或测试焊接轨道(10)的间隙宽度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在执行插值之前，在预定焊接条件(Bv)下确定质量函数(G(Qk(Sj(Pi(x)))))，当质量函数(G(Qk(Sj(Pi(x)))))偏离临界值时，在另外的焊接条件(Bz)下执行至少一个另外的测试焊接。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，扫描测试焊缝(11)的宽度、高度、超高、曲率不足、焊缝填充量和/或过渡角，并从这些传感器信号(Sj(Pi(x)))沿着测试焊接轨道(10)计算质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其特征在于，通过相应地连续改变焊接参数(Pi(x))以相应地影响质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))确定质量函数的最佳值(Gopt(Qk(Sj(Pi(x)))))。
15.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其特征在于，通过在梯度方面改变用于影响几个质量参数(Qk(Sj(Pi(x))))的几个焊接参数(Pi(x))来确定质量函数的最佳值(Gopt(Qk(Sj(Pi(x)))))。
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