CN112296515B - 用于多任务激光焊接的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多任务激光焊接的系统和方法。用于在工件上的感兴趣区域处检测和激光焊接工件的系统和方法包括：第一摄像机，所述第一摄像机配置为沿着第一视线观察感兴趣区域；第二摄像机，所述第二摄像机配置为沿着与第一视线不同的第二视线观察感兴趣区域；激光焊接扫描头，所述激光焊接扫描头配置为在感兴趣区域处对工件进行激光焊接；以及控制系统，所述控制系统配置为接收来自第一摄像机和第二摄像机中的每一个的输入，基于接收到的输入来确定一个或多个对准测量结果，并且基于一个或多个对准测量结果来从多个焊接计划选择焊接计划。

Description

用于多任务激光焊接的系统和方法

技术领域

本公开涉及用于系统和方法，该系统和方法用于检测要激光焊接在一起的两个或更多个工件的对准并且基于对准来选择焊接计划（schedule）。

背景技术

在制造电动马达时，可以通过将铜发夹（hairpin）插入定子主体中并将发夹的尖端联结在一起来产生定子组件的绕组。联结发夹的常见方法是利用电弧焊接。然而，如果未探测到发夹未对准，那么发夹未对准可以导致有缺陷的电弧焊接接头（诸如，短路和开路）。在常见实践中，对电弧焊接的定子组件进行检测和/或电测试以寻找有缺陷的焊接接头，并且如果发现任何有缺陷的焊接接头，那么通常由人类操作员手动地重焊这些有缺陷的焊接接头。这能够是耗时且繁琐的任务，并且在常见实践中，检测和重焊操作均在与原始焊接位置或工作站分开的位置或工作站中发生，因此需要附加空间并给过程增加了转移时间。

发明内容

根据一个实施例，一种方法包括：在工件上检测感兴趣区域、确定与感兴趣区域内的至少两个结构有关的至少一个对准测量结果（alignment measurement），并且从多个预定焊接计划中选择焊接计划以用于基于至少一个对准测量结果将至少两个结构激光焊接在一起。多个预定焊接计划可以包括：（i）第一焊接计划，在该第一焊接计划中将激光束引导于至少两个结构上，以便将至少两个结构焊接在一起；以及（ii）第二焊接计划，在该第二焊接计划中首先将激光束引导于至少两个结构的子组处，以便熔化子组的一部分，并且然后将激光束引导于至少两个结构上，以便将至少两个结构焊接在一起。

该方法还可以包括：根据所选择的焊接计划来激光焊接至少两个结构以形成焊缝；以及，评估焊缝以产生评估数据，并确定焊缝是否通过预定焊缝质量标准。如果焊缝通过了焊缝质量标准，那么该方法可以包括：前进到下一个感兴趣区域；否则，该方法可以包括评定评估数据，并从多个预定重焊计划选择重焊计划以用于基于评估数据来修复焊缝。该方法还可以包括：根据所选择的重焊计划对焊缝进行重焊以形成重焊缝；并且检查该重焊缝以确定重焊缝是否通过预定重焊缝质量标准。如果重焊缝通过了重焊缝质量标准，那么该方法可以包括：前进到下一个感兴趣区域；否则，该方法可以包括将工件识别为需要进一步干预，并且前进到下一个工件上的感兴趣区域。下一个感兴趣区域可以位于工件和下一个工件中的一个上。

工件可以是定子组件，并且感兴趣区域可以包括至少两个发夹尖端。至少一个对准测量结果中的每一个可以是以下各者中的至少一个：（i）至少两个结构中的至少一个的至少一个相应特征的一组空间坐标，该至少一个特征是至少两个结构中的至少一个的每个相应一个的相应边缘、相应角和相应中心中的至少一个；以及（ii）针对至少两个结构中的至少两个的至少一个相应特征的相应空间坐标之间的至少一个差值。检测、激光焊接、评估和重焊步骤可以在单个工作站处执行。

根据一个实施例，一种方法包括：（a）在定子组件上检测感兴趣区域；（b）确定与感兴趣区域内的至少两个发夹尖端有关的至少一个对准测量结果；以及（c）从多个预定焊接计划选择焊接计划，以用于基于该至少一个对准测量结果将至少两个发夹尖端激光焊接在一起。该方法还可以包括：（d）根据所选择的焊接计划将至少两个发夹尖端激光焊接在一起以形成焊缝；（e）评估该焊缝以产生评估数据，并确定焊缝是否通过预定焊缝质量标准；（f）如果焊缝通过了焊缝质量标准，那么前进到下一个感兴趣区域，否则评定评估数据，并从多个预定重焊计划选择重焊计划以用于基于评估数据来修复焊缝；（g）根据所选择的重焊计划对焊缝进行重焊以形成重焊缝；（h）检查该重焊缝以确定重焊缝是否通过预定重焊缝质量标准；（i）如果重焊缝通过了重焊缝质量标准，那么前进到下一个感兴趣区域，否则将定子组件识别为需要进一步干预，并且前进到下一个定子组件上的感兴趣区域。

至少一个对准测量结果中的每一个可以是以下各者中的至少一个：至少两个发夹尖端中的至少一个的至少一个相应特征的一组空间坐标，该至少一个特征是至少两个发夹尖端中的至少一个的每个相应一个的相应边缘、相应角和相应中心中的至少一个；以及针对至少两个发夹尖端中的至少两者的至少一个相应特征的相应空间坐标之间的至少一个差值。检测、激光焊接、评估和重焊步骤可以在单个工作站处执行。

根据一个实施例，一种用于检测和激光焊接在工件上的感兴趣区域处具有至少两个结构的工件的系统包括：第一摄像机，该第一摄像机配置为沿着第一视线观察感兴趣区域；第二摄像机，该第二摄像机配置为沿着与该第一视线不同的第二视线观察感兴趣区域；激光焊接扫描头，该激光焊接扫描头配置为在感兴趣区域处对工件进行激光焊接；以及控制系统，该控制系统配置为接收来自第一摄像机和第二摄像机中的每一个的输入，基于接收到的输入来确定与至少两个结构有关的至少一个对准测量结果，并且基于该至少一个对准测量结果从多个预定焊接计划选择焊接计划。多个预定焊接计划可以包括：第一焊接计划，在该第一焊接计划中将激光束引导于至少两个结构上，以便将至少两个结构焊接在一起；以及第二焊接计划，在该第二焊接计划中首先将激光束引导于至少两个结构的子组处，以便熔化子组的一部分，然后将激光束引导于至少两个结构上，以便将至少两个结构焊接在一起。

该系统可以按照以下各者中的一个进行配置：第一配置，其中，扫描头包括第一摄像机，并且第二摄像机与扫描头分开；以及第二配置，其中，第一摄像机和第二摄像机与扫描头分开。工件可以是定子组件，并且感兴趣区域可以包括两个或更多个发夹尖端。该系统可以配置为在单个工作站处检测感兴趣区域、选择焊接计划、根据所选择的焊接计划对工件进行激光焊接，并且重新检测感兴趣区域。该系统还可以包括以下各者中的至少一个：机器人系统，该机器人系统连接至激光焊接扫描头、第一摄像机和第二摄像机中的至少一个并且配置为用于移动激光焊接扫描头、第一摄像机和第二摄像机中的至少一个；以及传送机系统，该传送机系统配置为用于移动工件；其中，控制系统配置为控制机器人系统和传送机系统中的至少一个的移动。

本发明还提供了以下方案：

方案1. 一种方法，包括：

检测工件上的感兴趣区域；

确定与所述感兴趣区域内的至少两个结构有关的至少一个对准测量结果；以及

从多个预定焊接计划选择焊接计划，以用于基于所述至少一个对准测量结果将所述至少两个结构激光焊接在一起。

方案2. 根据方案1所述的方法，所述方法还包括：

根据所选择的焊接计划来激光焊接所述至少两个结构以形成焊缝；以及

评估所述焊缝以产生评估数据，并确定所述焊缝是否通过预定焊缝质量标准。

方案3. 根据方案2所述的方法，所述方法还包括：

如果所述焊缝通过了所述焊缝质量标准，那么前进到下一个感兴趣区域；否则

评定所述评估数据，以及

从多个预定重焊计划选择重焊计划，以用于基于所述评估数据来修复所述焊缝。

方案4. 根据方案3所述的方法，所述方法还包括：

根据所选择的重焊计划来重焊所述焊缝以形成重焊缝；以及

检查所述重焊缝以确定所述重焊缝是否通过预定重焊缝质量标准。

方案5. 根据方案4所述的方法，所述方法还包括：

如果所述重焊缝通过了所述重焊缝质量标准，那么前进到所述下一个感兴趣区域；否则

将所述工件识别为需要进一步干预，以及

前进到下一个工件上的感兴趣区域。

方案6. 根据方案5所述的方法，其中，所述下一个感兴趣区域位于所述工件和下一个工件中的一个上。

方案7. 根据方案1所述的系统，其中，所述工件是定子组件，且所述感兴趣区域包括至少两个发夹尖端。

方案8. 根据方案1所述的方法，其中，所述至少一个对准测量结果中的每一个是以下各者中的至少一个：

所述至少两个结构中的至少一个的至少一个相应特征的一组空间坐标，所述至少一个特征是所述至少两个结构中的所述至少一个的每个相应一个的相应边缘、相应角和相应中心中的至少一个；以及

针对所述至少两个结构中的至少两个的至少一个相应特征的相应空间坐标之间的至少一个差值。

方案9. 根据方案4所述的方法，其中，所述检测、激光焊接、评估和重焊步骤在单个工作站处执行。

方案10. 根据方案2所述的方法，其中，所述多个预定焊接计划包括：

第一焊接计划，在所述第一焊接计划中将激光束引导于所述至少两个结构上，以便将所述至少两个结构焊接在一起；以及

第二焊接计划，在所述第二焊接计划中首先将所述激光束引导于所述至少两个结构的子组处，以便熔化所述子组的一部分，并且然后将所述激光束引导于所述至少两个结构上，以便将所述至少两个结构焊接在一起。

方案11. 一种方法，包括：

检测定子组件上的感兴趣区域；

确定与所述感兴趣区域内的至少两个发夹尖端有关的至少一个对准测量结果；以及

从多个预定焊接计划选择焊接计划，以用于基于所述至少一个对准测量结果将所述至少两个发夹尖端激光焊接在一起。

方案12. 根据方案11所述的方法，所述方法还包括：

根据所选择的焊接计划将所述至少两个发夹尖端激光焊接在一起以形成焊缝；

评估所述焊缝以产生评估数据，并确定所述焊缝是否通过预定焊缝质量标准；

如果所述焊缝通过了所述焊缝质量标准，那么前进到下一个感兴趣区域，否则

评定所述评估数据，以及

从多个预定重焊计划选择重焊计划，以用于基于所述评估数据来修复所述焊缝；

根据所选择的重焊计划对所述焊缝进行重焊以形成重焊缝；

检查所述重焊缝以确定所述重焊缝是否通过预定重焊缝质量标准；

如果所述重焊通过了所述重焊缝质量标准，那么前进到所述下一个感兴趣区域，否则

将所述定子组件识别为需要进一步干预，以及

前进到下一个定子组件上的感兴趣区域。

方案13. 根据方案11所述的方法，其中，所述至少一个对准测量结果中的每一个是以下各者中的至少一个：

所述至少两个发夹尖端中的至少一个的至少一个相应特征的一组空间坐标，所述至少一个特征是所述至少两个发夹尖端中的所述至少一个的每个相应一个的相应边缘、相应角和相应中心中的至少一个；以及

针对所述至少两个发夹尖端中的至少两个的至少一个相应特征的相应空间坐标之间的至少一个差值。

方案14. 根据方案11所述的方法，其中，所述检测、激光焊接、评估和重焊步骤在单个工作站处执行。

方案15. 一种系统，用于检测和激光焊接在工件上的感兴趣区域处具有至少两个结构的所述工件，所述系统包括：

第一摄像机，所述第一摄像机配置为沿着第一视线观察所述感兴趣区域；

第二摄像机，所述第二摄像机配置为沿着与所述第一视线不同的第二视线观察所述感兴趣区域；

激光焊接扫描头，所述激光焊接扫描头配置为在所述感兴趣区域处对激光焊接所述工件；以及

控制系统，所述控制系统配置为接收来自所述第一摄像机和所述第二摄像机中的每一个的输入，基于接收到的输入来确定与所述至少两个结构有关的至少一个对准测量结果，并且基于所述至少一个对准测量结果从多个预定焊接计划选择焊接计划。

方案16. 根据方案15所述的系统，其中，所述多个预定焊接计划包括：

第一焊接计划，在所述第一焊接计划中将激光束引导于所述至少两个结构上，以便将所述至少两个结构焊接在一起；以及

第二焊接计划，在所述第二焊接计划中首先将所述激光束引导于所述至少两个结构的子组处，以便熔化所述子组的一部分，并且然后将所述激光束引导于所述至少两个结构上，以便将所述至少两个结构焊接在一起。

方案17. 根据方案15所述的系统，其中，所述系统按照以下各者中的一个进行配置：

第一配置，其中，所述扫描头包括所述第一摄像机，并且所述第二摄像机与所述扫描头分开；以及

第二配置，其中，所述第一摄像机和所述第二摄像机与所述扫描头分开。

方案18. 根据方案15所述的系统，其中，所述工件是定子组件，且所述感兴趣区域包括两个或更多个发夹尖端。

方案19. 根据方案15所述的系统，其中，所述系统配置为在单个工作站处检测所述感兴趣区域、选择所述焊接计划、根据所选择的焊接计划来激光焊接所述工件，并且重新检测所述感兴趣区域。

方案20. 根据方案15所述的系统，所述系统还包括以下各者中的至少一个：

机器人系统，所述机器人系统连接至所述激光焊接扫描头、所述第一摄像机和所述第二摄像机中的至少一个并且配置为用于移动所述激光焊接扫描头、所述第一摄像机和所述第二摄像机中的至少一个；以及

传送机系统，所述传送机系统配置为用于移动所述工件；

其中，所述控制系统配置为控制所述机器人系统和所述传送机系统中的所述至少一个的移动。

当结合附图取得时，本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点由以下对用于实施本教导的如所附权利要求中限定的最佳模式和其它实施例中的一些的详细描述变得容易明白。

附图说明

图1是根据本公开的定子发夹的类集的俯视立体图。

图2是根据本公开的检测和焊接系统的示意图。

图3A、图3B和图3C分别是根据本公开的要根据第一焊接计划焊接的处于第一布置中的发夹的示意性立体图、示意性俯视图以及放大的示意性俯视图。

图4A、图4B和图4C分别是根据本公开的要根据第二焊接计划焊接的处于第二布置中的发夹的示意性立体图、示意性俯视图以及放大的示意性俯视图。

图5A、图5B和图5C分别是根据本公开的要根据第三焊接计划焊接的处于第三布置中的发夹的示意性立体图、示意性俯视图以及放大的示意性俯视图。

图6A、图6B和图6C分别是根据本公开的要根据第四焊接计划焊接的处于第四布置中的发夹的示意性立体图、示意性俯视图以及放大的示意性俯视图。

图7是根据本公开的发夹的对准测量结果的示意性俯视图。

图8是根据本公开的要焊接的发夹的对准测量结果的示意性侧视图。

图9是根据本公开的方法的流程图。

注意，本文中的一些附图以多个相关视图呈现，其中，相关视图共享附图编号的共同阿拉伯数字部分，并且每个单独视图具有其自身的附图编号的独特“字母”部分。例如，图3A、图3B和图3C分别是根据本公开的实施例的要焊接的发夹的示意性立体图、示意性俯视图和放大的示意性俯视图；所有的三个相关视图共享相同的阿拉伯数字（即，3），但每个单独视图都具有其自身的独特“字母”指示（即，A、B或C）。当附图以这种方式进行编号时，在本文中可以仅引用阿拉伯数字以共同地指代所有相关联的“字母”；因此，“图3”共同指代图3A、图3B和图3C。同样，“图4”共同指代图4A、图4B和图4C。

具体实施方式

现在参考附图，其中，在若干视图中相同附图标记指示相同部分，本文中示出且描述了用于多任务检测和激光焊接的系统40和方法100。更具体地，系统40和方法100涉及检测要激光焊接在一起的工件上的两个或更多个结构（诸如，定子组件上的发夹）的对准，并且基于那些结构的对准来选择适合的焊接计划。

图1和图2示出了电动马达的定子或定子组件10和作为定子10的一部分的发夹24的类集。定子10绕制成具有大致环形（toroidal）的形状（该大致环形的形状具有大致矩形的横截面）并在大致环形的形状的两侧中的每一个上具有大致环状的面12。在图2中，定子10示意性地示出为一侧向下放置，并且另一侧或顶侧呈现了面朝上的大致环状的面12。定子10的大致环状的面12可以呈现多个发夹24，这些发夹的尖端从大致环状的面12向外突出。在图2中由虚线椭圆指示该大致环状的面12的感兴趣区域14，并且在图1中示出了该区域14的特写。

图1示出了发夹尖端24的四个同心弧段16、18、20、22。因为图1是感兴趣区域14的特写或放大视图，弧段16、18、20、22表现为四个大致竖直的列，其中，发夹24以表现为在每一行中具有四个发夹尖端24的四个大致水平的行的方式对准。（实际上，这些明显“竖直”的列和“水平”的行分别是周向的和径向的，而不是竖直是和水平的，但是在特写视图中看见时，这些列和行并不表现为排列成大致竖直的列和大致水平的行。）。发夹24中每一个与相同行中的相邻发夹24配对以形成分组或对26；因此，在每一行的四个发夹24中存在发夹24的两个分组或对。这些分组或对26由图1中所示的虚线椭圆26指示。（如本文中所使用，附图标记26用于指示配对和虚线椭圆二者。）例如，图1中的发夹24的底部行示出了两个对26：一个指定为对26c，而另一个指定为对26d。如将在下文论述的，每一对26中的两个发夹24将诸如通过激光焊接被焊接在一起。

每个发夹尖端24具有端部或面30（在图1中示出为形状大致为正方形或矩形），其中，每个面30具有中心28（由“+”或“加”号指示）。由于每一对26具有两个发夹24——在图1中表现为第一或“左侧”发夹24L和第二或“右侧”发夹24R——因此每一对26还包含相应的第一或“左侧”发夹面30L和相应的第二或“右侧”发夹面30R。（注意，本文中所使用的方向性描述——诸如，“左侧”、“右侧”、“顶部”、“底部”、“向上”等——用于描述在附图中观察到的明显取向。然而，这些描述仅用于说明以及便于参考。）发夹24的大致水平的行可以限定“x”方向，而大致竖直的列16、18、20、22可以限定大致正交于“x”方向的“y”方向。（还参见图1的左上角处的x-y-z坐标轴。注意，本文中所描述的坐标轴利用了对相互正交的x、y和z轴进行取向的常规“右手法则”方法。根据此惯例，当平面外轴的正方向从附图平面出来时，轴被示出为圆中的点（表示箭头的头部）；且当轴的负方向从附图平面出来时，其被示出为圆中的“X”（表示箭头的尾部）。使用这些方向，从图1中可以显现，与针对其它对26的情况相比，某些对或椭圆26内的中心28沿着“x”方向更为“对准”（即，这种对或椭圆26内的两个中心28在“y”方向上具有大约相同的“高度”）。例如，椭圆26a内的两个中心28似乎在“y”方向上具有大约相同的高度，同样的情况也适用于椭圆26b内的两个中心28。然而，椭圆26c内的中心28表现为在“y”方向上具有明显不同的高度，椭圆26d内的中心28也是如此。因此，可以说与针对椭圆26c和26d中的发夹24的情况相比，椭圆26a和26b中的每一个的发夹24沿着“x”方向更为“对准”（即，每一对26内的发夹24在“y”方向上具有更接近的高度）。

如上文提到的，要将每一对26内的发夹24联结在一起。（这使得可以通过定子组件10内的互连发夹24产生适合的电路。）联结每一对26内的发夹24的常见方法是利用电弧焊接。然而，如果未探测到发夹未对准，那么发夹未对准可以导致有缺陷的电弧焊接接头（诸如，短路和开路）。在常见实践中，对电弧焊接的定子组件进行检测和/或电测试以寻找有缺陷的焊接接头，并且如果发现任何有缺陷的焊接接头，那么通常由人类操作员手动地重焊这些有缺陷的焊接接头。这能够是耗时且繁琐的任务，并且在常见实践中，检测和重焊操作均在与原始焊接位置或工作站分开的位置或工作站中发生，因此需要附加空间并给过程增加了转移时间。

相反，本公开的系统40和方法100涉及激光焊接以联结在定子组件10的每一对26内的发夹24。另外，系统40和方法100涉及在激光焊接之前对（多个）发夹对准进行自动检测（即，预焊接检测），并且基于（多个）对准来选择适合的焊接计划以用于激光焊接每一对26。在焊接之后，可以检测焊缝（即，焊接后检测）以评定焊缝的完整性，并且能够基于焊接后评定来执行任何所需的重焊。与其它方法进一步相反，本公开的系统40和方法100使得能够在单个工作站处执行焊接前检测、焊接计划的选择、激光焊接、焊接后评定以及可选重焊。

除了上文所论述的发夹24在“x”和“y”方向上的对准之外，也可以注意发夹24在“z”方向上的对准。此“z”方向表示从每个发夹尖端24可以延伸至的环状面12向外的距离。（注意，视情况而定，本文中可以使用附图标记24来指代发夹和/或发夹尖端。）图3至6示出了发夹/发夹尖端24的四种不同布置的各种立体图和俯视平面示意图。在这些图中，“A”附图示出了两个发夹24L、24R的示意性立体图，“B”附图示出了发夹24L、24R的示意性俯视图，并且“C”附图示出了发夹24L、24R的放大的示意性俯视图。（如下文论述的，“C”附图还图示了各种焊接计划。）图3至图6分别图示了发夹24L、24R的第一布置至第四布置。图3图示了第一布置，在第一布置中两个发夹24L、24R总体上良好地对准，因此表示理想或期望的布置。在这种布置中，发夹24L、24R在“z”方向上处于大约相同的高度（如通过图3A所指示），并且在“y”方向上也处于大约相同的高度（如通过图3B所指示）。图4图示了第二布置，在第二布置中两个发夹24L、24R处于不同高度——具体地，左侧发夹24L比右侧发夹24R更高（参见图4A）——而发夹24L、24R在“y”方向上处于大约相同的高度（参见图4B）。图5图示了第三布置，在第三布置中发夹24L、24R在“z”方向上处于大约相同的高度（参见图5A），但在“y”方向上处于不同高度（参见图5B）。并且图6图示了第四布置，在第四布置中发夹24L、24R在“z”方向和“y”方向两者上处于不同高度（分别参见图6A和6B）。

注意，在图3至图6中（以及在图1、图7和图8中）所示的发夹24L、24R的每一对26中，两个发夹24中的每一个处于不同“x”位置。由于发夹24在本文中所图示的定子组件10中的排列和分组的方式，单独发夹24L、24R的“x”位置（以及它们的位置之间的间距Δx）具有比其“y”和“z”位置（以及它们的相应间距Δy和Δz）更少的关注。对于其它定子组件配置和布置，情况可能如此或可能并非如此；因此，应将本公开的配置、布置和描述理解为示例性的，并且不排除其它可能的配置和布置。

图7和图8示出了图示了各种对准测量结果或数据的两个发夹24L、24R（布置成与图6A和图6B中所示的第四布置相似）的示意性俯视图和侧视图。如下文进一步论述的，可以在焊接前检测期间以及在焊接后检测和重焊后检测期间确定这些对准测量结果。对准测量结果或数据可以采取至少两种不同形式中的一种或多种，第一种是发夹24L、24R的一个或多个特征的一组空间坐标（例如，x、y和z），且第二种是这些特征的相应空间坐标之间的一个或多个差值（例如，Δx、Δy和Δz）。（注意，如本文中和附图中所使用的，方向和坐标轴可以用引号呈现为“x”、“y”和“z”，或不用引号呈现为x、y和z。）前述特征可以与发夹尖端24的几何方面（诸如，边缘32、角34或中心28）有关。（注意，如果发夹24具有大致圆形的横截面，那么边缘32将是横截面的圆周或周长）。例如，图7中的发夹24L、24R中的每一个具有四个边缘32、四个角34和一个中心28。这些特征的探测以及对应的对准测量结果或数据的确定可以使用摄像机或机器人视觉系统连同用于边缘探测、中心探测、角探测等的算法来实施。

在上文所提及的对准测量结果或数据的第一种形式中，特征可以具有一组空间坐标或测量，诸如，相对于坐标系或参考帧（比如，图7和图8中的x-y-z坐标系）测量的。例如，如图7中所示，左侧发夹24L的中心28L具有二维（2D）空间坐标（x1，y1），且右侧发夹24R的中心28R具有2D坐标（x2，y2）。如图8中所示，左侧中心28L还具有一维（1D）“z”空间坐标（z1），且右侧中心28R具有1D“z”空间坐标（z2）。可以将这些坐标组合成三维（3D）空间坐标，使得左侧中心28L具有3D坐标（x1，y1，z1），且右侧中心28R具有3D坐标（x2，y2，z2）。取决于工件10的取向和/或x-y-z坐标系的取向，每个特征的一组空间坐标可以包括至少两个坐标，诸如，（x，y）坐标、（x，z）坐标或（y，z）坐标。每个特征的一组空间坐标还可以包括三个坐标（诸如，（x，y，z））或可以包括三个以上的坐标。注意，虽然图7和图8分别示出了平面x-y和x-z视图，视图可以示出x、y和z维度的混合，诸如，图1中所图示的立体图。

在对准测量结果或数据的第二种形式中，可以将特征表达为相对于另一特征的一个或多个差值、偏移或距离。再次使用先前示例，中心28L、28R具有在它们的相应空间坐标之间的一组差值（即，偏移或距离），其中，Δx=（x1-x2）、Δy=（y1-y2）和Δz＝（z1-z2）。（也可以将这些差值表达成绝对值。）因此，可以将针对这些中心28L、28R中的任一个的对准测量结果表达为与另一中心28L、28R的（Δx，Δy，Δz）的偏移。此外，可以使用对准测量结果的第一种形式与第二种形式的组合。例如，针对左侧中心28L的对准测量结果可以根据第一种形式表达，诸如，（x1，y1，z1），而针对右侧中心28R的对准测量结果可以根据第二种形式表达，诸如，（Δx，Δy，Δz）。也可以在其它特征之间或当中确定相似测量，诸如，边缘32L、32R、角34L、34R、34R'等。此外，代替使用常规x-y-z正交坐标系，也可以使用其它坐标系，诸如，极坐标系、柱坐标系等。不论所使用的坐标系或参考系的类型如何，针对两个或更多个所选择的发夹24的至少一个对准测量结果中的每一个可以是以下各者中的至少一个：（i）发夹24中的至少一个的至少一个相应特征的一组空间坐标（例如，（x，y，z）），以及（ii）针对发夹24中的至少两个的至少一个相应特征的相应坐标系之间的至少一个差值或偏移（例如，（Δx，Δy，Δz））。

图2示出了根据本公开的用于检测和激光焊接工件10的系统40的示意图。工件10在工件10上的感兴趣区域14处具有两个或更多个结构24；例如，工件10可以是定子组件，并且结构24可以是要焊接在一起的发夹尖端。系统40包括第一摄像机46，该第一摄像机配置为沿着第一视线48观察感兴趣区域14；第二摄像机50，该第二摄像机配置为沿着与该第一视线48不同的第二视线52观察感兴趣区域14；激光焊接扫描头42，该激光焊接扫描头配置为在感兴趣区域14处对工件10进行激光焊接；以及控制系统62，该控制系统配置为接收来自第一摄像机和第二摄像机46、50中的每一个的输入，基于接收到的输入来确定与两个或更多个结构24有关的至少一个对准测量结果，并且基于（多个）对准测量结果从多个预定焊接计划选择焊接计划。

控制系统62可以集中在系统40的一个部分中，或者其可以分布在系统40的两个或更多个部分当中，并且其可以采取硬件、软件、算法、控制器、传感器、执行器等的形式。从每个摄像机46、50接收到的输入可以是视频图像、静态图像和/或数据，诸如，从视频/静态图像导出的信息。这些导出数据可以包括图像内的一个或多个特征的位置或坐标。控制系统62使用来自摄像机46、50的输入来确定与两个或更多个结构24有关的（多个）对准测量结果，或者通过使用计算和算法的处理来确定，或者如果（多个）对准测量结果已经由摄像机46、50（诸如，由每个摄像机46、50机载的图像处理器）确定，那么通过接受来自摄像机46、50的（多个）对准测量结果来确定。例如，摄像机46、50可以用于图像获取，并且可以由一个或两个摄像机46、50和/或由控制系统62来执行用于确定对准测量结果的计算和算法（诸如，用于边缘探测的图像处理）。

系统可以按照两种方式中的一个进行配置。在第一配置中，扫描头42包括第一摄像机46（即，扫描头42和第一摄像机46集成在一起），并且第二摄像机50与扫描头42分开（即，不与扫描头42集成）。而且在第二配置（其在图2中示出）中，第一摄像机和第二摄像机46、50与扫描头42分开（即，不与扫描头42集成）。在任一配置中，摄像机46、50彼此分开并且以能够观察感兴趣区域14的x、y和z维度的方式定位，使得可以确定结构或发夹24的对准测量结果。例如，在第一配置中，集成式扫描头/第一摄像机42、46可以直接设置在感兴趣区域14上方，使得可以确定x和y维度以及对准测量结果，同时第二摄像机50可以偏移（即，其视线52与激光束14或其它摄像机的视线48不平行或重合），使得可以确定z维度和对准测量结果。在任一配置中，第一摄像机和第二摄像机46、50可以协作以提供感兴趣区域14的3D视图，并且系统40可以配置为检测感兴趣区域14、选择焊接计划、根据所选择的焊接计划对工件10进行激光焊接，并且重新检测感兴趣区域14，这些都在单个工作站处执行。

系统40还可以包括机器人系统58，该机器人系统连接至激光焊接扫描头42、第一摄像机46和第二摄像机50中的至少一个并且配置为用于移动激光焊接扫描头42、第一摄像机46和第二摄像机50中的至少一个。另外（或替代地），系统40可以包括配置为用于移动工件10的传送机系统60。控制系统62可以配置为控制机器人系统58和/或传送机系统60的移动。例如，机器人系统58可以包括末端执行器，该末端执行器移动扫描头42、第一摄像机46和/或第二摄像机50，使得激光束44和视线48、52聚焦在感兴趣区域14上。（注意，感兴趣区域14可以包括一组要检测和激光焊接的结构24或两组或更多组结构24，并且可选地，可以包括一组或多组结构24外部的一些周围区域。）机器人末端执行器58可以视需要将扫描头/摄像机42、46、50从工件10上的一个感兴趣区域14移动到工件10上的另一感兴趣区域以及移动到要检测和焊接的下一个工件10n上的感兴趣区域14。连同（或代替）机器人系统58的这种移动，传送机系统60可以提供工作区域（例如，平坦的台状区域），该工作区域配置为视需要移动（多个）工件10、10n，以将感兴趣区域14定位在激光束44的焦点和摄像机的视线48、52处。因此，当已经焊接了一组或多组结构24并且已经完成了焊接后检测（以及任何重焊）时，传送机系统60和/或机器人系统58可以定位扫描头/摄像机42、46、50和/或（多个）工件10、10n，使得焦点与下一个感兴趣区域14（例如，下一组结构24）可以重合，从而使得下一组结构24的检测和激光焊接可以开始。

图9示出了根据本公开的方法100的流程图。方法100在框110处开始并且可以使用如本文中所描述的系统40来实施。在框120处，系统40聚焦于感兴趣区域14上。该区域14可以是具有要激光焊接在一起的发夹或其它结构24的定子或其它工件10的一部分。在框130处，诸如通过第一摄像机和第二摄像机46、50检测感兴趣区域14，并且确定与感兴趣区域14内的两个或更多个发夹尖端或其它结构24有关的至少一个对准测量结果。在框140处，基于至少一个对准测量结果从多个预定焊接计划选择焊接计划，以用于将两个或更多个发夹尖端或结构24激光焊接在一起。在框150处，根据所选择的焊接计划来将两个或更多个发夹尖端或结构24激光焊接在一起以形成焊缝。在框160处，评估焊缝以产生评估数据，并且在决策框170处，确定焊缝是否通过了预定焊缝质量标准。评估数据可以包括与两个发夹尖端或结构24中的每一个的大小、形状和位置相比较的与焊缝的大小、形状、颜色、成分和位置有关的数据，并且可以将该评估数据与预定焊缝质量标准进行比较，该预定焊缝质量标准可以包括针对给定焊缝是否可接受的合格/不合格参数。

如果焊缝通过了焊缝质量标准（在决策框170处由指示为“1”的分支表示），那么方法100（和系统40）可以前进到框120并到下一个感兴趣区域14（该感兴趣区域可以在相同定子或工件10上，或者，如果已经检测了定子或工件10的所有感兴趣区域14并对其进行了激光焊接，那么可以前进到下一个定子或工件10n）。否则，如果焊缝未通过焊缝质量标准（在决策框170处由指示为“0”的分支表示），那么在框180处评定（在框160处产生的）评估数据。在框190处，从多个预定重焊计划选择用于基于评估数据来修复焊缝的重焊计划。在框200处，根据所选择的重焊计划对焊缝进行重焊（即，再次激光焊接）以形成重焊缝。在框210处，检查重焊缝以确定重焊缝是否通过了预定重焊缝质量标准。在决策框220处，确定重焊是否通过了重焊缝质量标准。如果重焊缝通过了重焊缝质量标准（在决策框220处由指示为“1”的分支表示），那么方法100（和系统40）可以前进到框120并且到下一个感兴趣区域14。否则，如果重焊缝未通过重焊缝质量标准（在决策框220处由指示为“0”的分支表示），那么在框230处，将定子组件或工件10识别为需要进一步干预。该标识可以采取各种形式，诸如从紧邻的工作区域弹出定子或工件10、设置寄存器、存储值、发出警报、触发闪烁或特殊的光，或以其它方式识别有缺陷的工件10和/或指示需要人工或其它注意或干预。在框230之后，方法100（和系统40）可以前进到下一个定子组件或工件10n上的感兴趣区域14。检测、激光焊接、评估和重焊步骤可以在单个位置或工作站处执行，因此避免了竞争方法的复杂性、冗长、转移时间和其它缺点。

可以将预定焊接计划、预定焊缝质量标准以及预定重焊缝质量标准存储为控制系统62的一部分且/或控制系统62可以视需要从控制系统62外部（诸如，从服务器、网络、云、系统40的另一部件等）访问前述内容的一些或全部。多个预定焊接计划可以包括至少两个焊接计划。在第一焊接计划中，（例如，大体上同时）将激光束44引导于两个或更多个发夹或结构24上，以便将它们焊接在一起。在第二焊接计划中，首先将激光束44引导于两个或更多个发夹或结构24的子组处，以便熔化该子组的一部分，并且然后将激光束引导于两个或更多个发夹或结构24上，以便将它们焊接在一起。例如，当要将不同高度的两个发夹24激光焊接在一起时，两个发夹24的“子组”可以是比另一发夹更高的一个发夹24，且“子组的一部分”可以是较高发夹24的尖端或面30的某一部分第二焊接计划可以将激光束44引导于两个发夹24中的较高者处以熔化其尖端，使得其高度降低，目的是使其所得高度与另一发夹24的高度大约相同。可以利用（多个）对准测量结果来确定较高发夹24高出多少（例如，Δz），并且可以使用该信息（可选地，连同其它对准测量结果，例如，Δx和/或Δy）来确定用于将激光束44聚焦于较高发夹24上以便将较高发夹24的高度降低到期望的减小高度（例如，与对26中的另一发夹24相同的高度）的能量、覆盖范围和持续时间。

视情况而定，可以使用对准测量结果或数据来确定哪种焊接计划适合用于发夹24的每一对26，或者适合用于每一组要焊接在一起的两个或更多个结构24。图3C和图5C图示了两个不同版本的第一焊接计划。在两种情况下，发夹或结构24具有大约相同的“z”高度；然而，虽然它们在图3C中具有大约相同的“y”高度，但它们在图5C中具有不同的“y”高度。在两种情况下，可以利用这两个发夹或结构24的（x，y，z）或（Δx，Δy，Δz）数据来确定需要桥接两个发夹或结构24的激光束44或束覆盖区54的大小、形状和角度取向。图3C和图5C示出了椭圆束形状。在图3C中，椭圆54的长轴表现为大致与“x”轴对准（即，相对于“x”轴的角度倾斜大致为零度），同时在图5C中，椭圆54表现为相对于“x”轴成角度地倾斜，使得束54覆盖在“y”方向上彼此偏移的两个发夹或结构24。相似地，图4C和图6C图示了两个不同版本的第二焊接计划；在两种情况下，两个发夹或结构24具有不同的“z”高度，并且桥接两个发夹或结构24的束54的形状可以成角度地或以其它方式调节为适应“y”高度的差值。（回顾起来，如上所述，对于发夹或结构24在“z”方向上具有不同高度的情况，第二焊接计划包括首先将激光束44引导于两个发夹或结构24中的较高者处，因此 、在较高发夹或结构24上产生束覆盖区56，该束覆盖区56小于桥接两个发夹或结构24的束覆盖区54。）注意，虽然图4至图6图示了四种不同配置和焊接计划，但除了这四个焊接计划之外或代替这四个焊接计划，可以使用其它焊接计划或策略。

注意，在本公开中，附图标记24用于指代焦点区域14内的发夹、发夹尖端和结构。此外，附图标记10用于指代工件和定子组件，并且使用10n来指代下一个工件和下一个定子组件。因此，工件10和结构24指代更一般的情况，而定子组件10和发夹/发夹尖端24指代更具体的情况。如本文中所使用的，这些相应的一般术语和具体术语可以互换地使用。同样，本文中的一般示例和描述也适用于具体示例和描述，并且反之亦然。

以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。尽管已经呈现了各种具体实施例，但本领域的技术人员将认识到，能够在权利要求的精神和范围内以各种修改来实践本公开。例如，上述实施例（和/或其方面）可以彼此组合地使用。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教导。虽然本文中所描述的材料的尺寸和类型旨在是说明性的，但它们绝不是限制性的，而是示例性实施例。如在本文中所使用的，以单数形式陈述且在单词“一”或“一个”之后的元件或步骤应被理解为不排除多个这种元件或步骤，除非明确地指出了这种排除。另外，短语“A和B中的至少一个”应理解为意指“仅A、仅B，或者A和B两者”。此外，对特定实施例或示例的引用不旨在被解释为排除也包含所陈述的特征的附加实施例或示例的存在。此外，除非明确相反地指出，否则“包括”或“具有”带有特定特性的一个元件或多个元件的实施例可以包含不具有该特性的附加的这种元件。而且，当在本文中使用诸如“基本上”和“大致”等的广泛描述性副词来修饰形容词时，这些副词意指“大部分”、“在很大程度上”和/或“在较大程度上”，且并不一定意指“完全地”、“彻底地”、“严格地”或“全部”。

此书面描述使用了包括最佳模式的示例，以使本领域的技术人员能够根据本公开制造和使用装置、系统和物质成分，并且执行方法。所附权利要求（包括等效物）限定了本公开的范围。

Claims (8)

1.一种用于多任务激光焊接的方法，包括：

检测定子组件上的感兴趣区域；

确定与所述感兴趣区域内的至少两个发夹尖端有关的至少一个对准测量结果；以及

从多个预定焊接计划选择焊接计划，以用于基于所述至少一个对准测量结果将所述至少两个发夹尖端激光焊接在一起，

其中，所述多个预定焊接计划包括：

第一焊接计划，在所述第一焊接计划中将激光束引导于所述至少两个发夹尖端上，以便将所述至少两个发夹尖端焊接在一起；以及

第二焊接计划，在所述第二焊接计划中首先将所述激光束引导于所述至少两个发夹尖端的子组处，以便熔化所述子组的一部分，并且然后将所述激光束引导于所述至少两个发夹尖端上，以便将所述至少两个发夹尖端焊接在一起。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

根据所选择的焊接计划将所述至少两个发夹尖端激光焊接在一起以形成焊缝；

评估所述焊缝以产生评估数据，并确定所述焊缝是否通过预定焊缝质量标准；

如果所述焊缝通过了所述焊缝质量标准，那么前进到下一个感兴趣区域，否则评定所述评估数据，以及

从多个预定重焊计划选择重焊计划，以用于基于所述评估数据来修复所述焊缝；

根据所选择的重焊计划对所述焊缝进行重焊以形成重焊缝；

检查所述重焊缝以确定所述重焊缝是否通过预定重焊缝质量标准；

如果所述重焊通过了所述重焊缝质量标准，那么前进到所述下一个感兴趣区域，否则将所述定子组件识别为需要进一步干预，以及

前进到下一个定子组件上的感兴趣区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个对准测量结果中的每一个是以下各者中的至少一个：

所述至少两个发夹尖端中的至少一个的至少一个相应特征的一组空间坐标，所述至少一个特征是所述至少两个发夹尖端中的所述至少一个的每个相应一个的相应边缘、相应角和相应中心中的至少一个；以及

针对所述至少两个发夹尖端中的至少两个的至少一个相应特征的相应空间坐标之间的至少一个差值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测、激光焊接、评估和重焊步骤在单个工作站处执行。

5.一种系统，用于检测和激光焊接在工件上的感兴趣区域处具有至少两个结构的所述工件，所述系统包括：

第一摄像机，所述第一摄像机配置为沿着第一视线观察所述感兴趣区域；

第二摄像机，所述第二摄像机配置为沿着与所述第一视线不同的第二视线观察所述感兴趣区域；

激光焊接扫描头，所述激光焊接扫描头配置为在所述感兴趣区域处对激光焊接所述工件；以及

控制系统，所述控制系统配置为接收来自所述第一摄像机和所述第二摄像机中的每一个的输入，基于接收到的输入来确定与所述至少两个结构有关的至少一个对准测量结果，并且基于所述至少一个对准测量结果从多个预定焊接计划选择焊接计划，其中，所述多个预定焊接计划包括：

第一焊接计划，在所述第一焊接计划中将激光束引导于所述至少两个结构上，以便将所述至少两个结构焊接在一起；以及

第二焊接计划，在所述第二焊接计划中首先将所述激光束引导于所述至少两个结构的子组处，以便熔化所述子组的一部分，并且然后将所述激光束引导于所述至少两个结构上，以便将所述至少两个结构焊接在一起，

其中，所述工件是定子组件，并且所述结构是发夹尖端。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统按照以下各者中的一个进行配置：

第一配置，其中，所述扫描头包括所述第一摄像机，并且所述第二摄像机与所述扫描头分开；以及

第二配置，其中，所述第一摄像机和所述第二摄像机与所述扫描头分开。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统配置为在单个工作站处检测所述感兴趣区域、选择所述焊接计划、根据所选择的焊接计划来激光焊接所述工件，并且重新检测所述感兴趣区域。

8.根据权利要求5所述的系统，所述系统还包括以下各者中的至少一个：

机器人系统，所述机器人系统连接至所述激光焊接扫描头、所述第一摄像机和所述第二摄像机中的至少一个并且配置为用于移动所述激光焊接扫描头、所述第一摄像机和所述第二摄像机中的至少一个；以及

传送机系统，所述传送机系统配置为用于移动所述工件；

其中，所述控制系统配置为控制所述机器人系统和所述传送机系统中的所述至少一个的移动。