CN112828496B - 实时焊接质量分析系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊接系统包括：机器人控制模块，该机器人控制模块被配置为在焊接期间致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，该焊机被附接至机器人；焊接控制模块，该焊接控制模块被配置为在焊接期间向焊机通电、供应保护气体，以及供应电极材料；视觉传感器，该视觉传感器被配置为在焊接期间光学地测量视觉传感器和分别在由焊机沿着接合处形成的焊缝的外表面上的位置之间的距离；以及焊接模块，该焊接模块被配置为：基于沿着该接合处的位置处的距离以及来自以下至少一个的至少一个参数，确定一位置处的焊缝的强度：在焊接期间的机器人控制模块，在焊接期间的焊接控制模块，以及被配置为在焊接期间捕获焊接数据的传感器。

Description

实时焊接质量分析系统和方法
技术领域
本公开涉及焊接，并且更具体地涉及用于执行焊接点的实时检查的系统和方法。
背景技术
本节中提供的信息是为了大体上提出本公开内容的目的。在本节中描述的程度范围内，当前提名的发明人的工作以及在提交时可能不符合现有技术条件的描述方面，均未明确或隐含地承认为针对本公开的现有技术。
本公开涉及焊接，并且更具体地涉及用于执行焊接点的实时检查的系统和方法。
焊接是一种将两块或更多块材料（诸如两块金属）连接在一起的过程。焊接涉及使用热量来熔化或塑化材料，并允许材料冷却以使块熔合或粘合在一起。
不同类型的热源可用于不同类型的焊接。例如，在电弧焊中使用电。一种焊接类型是电阻焊接。另一种焊接类型是激光焊接，其中一个或多个激光器用于执行激光焊接。其他类型的焊接包括但不限于电子束焊接、摩擦焊接和超声焊接。
电阻焊接涉及通过使电流流过由两个或更多个金属表面之间的接触所引起的电阻来产生热量。当大电流（例如，1000–100,000安培）流过金属时，在焊接区域处形成少量熔融金属池。
点焊（或电阻点焊（RSW））是一种用于接合重叠的金属部件（例如，板材）的电阻焊方法。两个电极同时使电流流过板材，以将部件焊接在一起。电流流过部件并将部件接合在一起的位置可以称为点焊点。
发明内容
在特征中，一种焊接系统包括：机器人控制模块，该机器人控制模块被配置为在焊接期间致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，该焊机被附接至机器人；焊接控制模块，该焊接控制模块被配置为在焊接期间向焊机通电、向焊机供应保护气体以及向焊机供应电极材料；视觉传感器，该视觉传感器被配置为在焊接期间光学地测量视觉传感器和分别地在由焊机沿着接合处形成的焊缝的外表面上的N个位置之间的N个距离，其中N为大于2的整数；以及焊接模块，该焊接模块被配置为：基于沿着该接合处的位置处的N个距离以及来自以下至少一个的至少一个参数，确定沿着该接合处的位置处的焊缝的强度：（a）在焊接期间的机器人控制模块，（b）在焊接期间的焊接控制模块，以及（c）被配置为在焊接期间捕获焊接数据的传感器；并在存储器中存储焊接点的强度和位置。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间施加到焊机并从焊接控制模块接收到的电压。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间通过焊机并从焊接控制模块接收到的电流。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间至焊机并从焊接控制模块接收到的电极材料的进给速率。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及被配置为在焊接期间向焊机进给电极材料并从焊接控制模块接收到的电动机的电流。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间至焊机并从焊接控制模块接收到的保护气体的流速。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间并从机器人控制模块接收到的焊机的位置。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间焊机并从机器人控制模块接收到的轴承。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间焊机并从机器人控制模块接收到的行进方向。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及在焊接期间焊机并从机器人控制模块接收到的移动速度。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及焊接期间由麦克风捕获的声音。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下确定沿着接合处的位置处的焊缝的强度：沿着接合处的位置处的N个距离；以及焊接期间由相机捕获的至少一个图像。
在进一步的特征中，N个位置垂直于接合处。
在进一步的特征中，焊接系统进一步包括机器人。
在进一步的特征中，视觉传感器包括激光距离传感器。
在进一步的特征中，当焊机在焊接期间沿着接合处移动时，视觉传感器被附接成跟随焊机的后面。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度：沿接合处的位置处的N个距离；以及来自以下至少一项的至少两个参数：（a）焊接期间的机器人控制模块，（b）焊接期间的焊接控制模块，以及（c）被配置为在焊接期间捕获焊接数据的传感器。
在进一步的特征中，焊接模块被配置为基于以下来确定沿接合处的位置处的至少一个其他特性：沿接合处的位置处的N个距离；以及来自以下至少一项的至少一个参数：（a）在焊接期间的机器人控制模块，（b）在焊接期间的焊接控制模块，以及（c）被配置为在焊接期间捕获焊接数据的传感器。
在进一步的特征中，至少一个其他特性包括以下至少一项：焊缝在该位置处的孔隙率；在该位置处是否发生焊接切穿；是否在该位置处发生接合；该位置处的焊缝是否包含不足材料；以及该位置处的焊缝是否包含过剩材料。
在特征中，一种方法包括：在焊接期间通过机器人控制模块致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，该焊机被附接至机器人；在焊接期间通过焊接控制模块向焊机通电、向焊机供应保护气体以及向焊机供应电极材料；在焊接期间通过视觉传感器光学地测量视觉传感器和分别地在由焊机沿着接合处形成的焊缝的外表面上的N个位置之间的N个距离，其中N为大于2的整数；基于沿着该接合处的位置处的N个距离以及来自以下至少一个的至少一个参数，确定沿着该接合处的位置处的焊缝的强度：（a）机器人控制模块，（b）在焊接期间配置的焊接控制模块，以及（c）被配置为在焊接期间捕获焊接数据的传感器；并在存储器中存储焊接点的强度和位置。
本发明还涉及以下方案：
方案1. 一种焊接系统，包括：
机器人控制模块，所述机器人控制模块被配置为在焊接期间致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，所述焊机被附接至所述机器人；
焊接控制模块，所述焊接控制模块被配置为在所述焊接期间向所述焊机通电，向所述焊机供应保护气体，以及向所述焊机供应电极材料；
视觉传感器，所述视觉传感器被配置为在所述焊接期间光学地测量所述视觉传感器和分别在由所述焊机沿着所述接合处形成的焊接点的外表面上的N个位置之间的N个距离，
其中，N为大于2的整数；以及
焊接模块，所述焊接模块被配置为：
基于以下确定沿所述接合处的位置处的所述焊缝的强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
来自以下至少一者的至少一个参数：（a）所述焊接期间的所述机器人控制模块，（b）所述焊接期间的所述焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获所述焊接数据的传感器；以及
将所述焊接点的所述强度和所述位置存储在所述存储器中。
方案2. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间施加到所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的电压。
方案3. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间流过所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的电流。
方案4. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间至所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的所述电极材料的进给速率。
方案5. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
被配置为在所述焊接期间将所述电极材料进给到所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的电动机的电流。
方案6. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间至所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的所述保护气体的流速。
方案7. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的位置。
方案8. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的轴承。
方案9. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的行进方向。
方案10. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的移动速度。
方案11. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间由麦克风捕获的声音。
方案12. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间由相机捕获的至少一个图像。
方案13. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述N个位置垂直于所述接合处。
方案14. 根据方案1所述的焊接系统，进一步包括所述机器人。
方案15. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述视觉传感器包括激光距离传感器。
方案16. 根据方案1所述的焊接系统，其中，当所述焊机在所述焊接期间沿着所述接合处移动时，所述视觉传感器被附接成跟随所述焊机的后面。
方案17. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
来自以下至少一者的至少两个参数：（a）所述焊接期间的所述机器人控制模块，（b）所述焊接期间的所述焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获所述焊接数据的所述传感器。
方案18. 根据方案1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿着所述接合处的所述位置处的至少一个其他特性：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
来自以下至少一者的至少一个参数：（a）所述焊接期间的所述机器人控制模块，（b）所述焊接期间的所述焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获所述焊接数据的所述传感器。
方案19. 根据方案18所述的焊接系统，其中，所述至少一个其他特性包括以下中的至少一者：
在所述位置处所述焊缝的孔隙率；
在所述位置处是否发生焊接切穿；
在所述位置处是否发生接合；
在所述位置处的所述焊缝是否包含不足材料；以及
在所述位置处的所述焊缝是否包含过剩材料。
方案20. 一种方法，包括：
在焊接期间，通过机器人控制模块致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，所述焊机被附接至所述机器人；
在所述焊接期间，通过焊接控制模块向所述焊机通电、向所述焊机供应保护气体并向所述焊机供应电极材料；
在所述焊接期间，通过视觉传感器光学地测量所述视觉传感器和分别在由所述焊机沿着所述接合处形成的焊缝的外表面上的N个位置之间的N个距离，
其中，N为大于2的整数；
基于以下确定沿所述接合处的位置处的所述焊缝的强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
来自以下至少一者的至少一个参数：（a）所述机器人控制模块，（b）在所述焊接期间配置的焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获所述焊接数据的传感器；以及
将所述焊接点的所述强度和所述位置存储在所述存储器中。
从详细描述、权利要求和附图，本公开的其他应用领域将变得明显。详细描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，将更加全面地理解本公开，其中：
图1为示例金属电弧焊系统的功能框图；
图2-4示出了两个工件的搭接接合处的焊接点的截面图；
图5为示例电弧焊系统的功能框图；
图6为使用示例焊枪的示例焊接系统的透视图；
图7为使用示例焊枪的示例焊接系统的透视图；
图8包括经由焊缝焊接在一起的工件的截面图和由视觉传感器随时间捕获的焊缝的形貌轮廓；
图9包括当形成焊缝时距离对时间的示例曲线图；
图10包括在某一时间的作为增加的距离的函数的焊缝的形貌的示例图；
图11包括焊接特性确定系统的示例实施方式的功能框图；
图12包括模型的示例图，该模型基于输入在位置处生成焊接点的特性；以及
图13为描绘一种监测电弧焊的示例方法的流程图。
在附图中，附图标记可以被重复使用以标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
破坏性分析可用于检查电弧焊的完整性。然而，破坏性分析非常耗时。破坏性分析还会破坏零件。非破坏性技术包括表面改变方法，诸如液体染料渗透剂，这是不希望的，因为在涂漆之前不应改变表面。焊接点处的裂纹可能会干扰接合部件、诸如喷漆的后续加工。裂纹还会降低接合处的机械完整性。裂纹为应力集中器，在出现施加载荷的情况下，应力可导致接合处过早失效。此外，裂纹可加速腐蚀的效果并导致与腐蚀相关的接合处失效。
本申请涉及视觉（例如，激光）传感器的使用，以无损地分析经由电弧焊形成的焊缝。焊接模块基于由视觉传感器在一位置处测量的焊缝轮廓/形貌以及一个或多个其他焊接参数，确定该位置处的一个或多个焊接特性。其他焊接参数的示例包括：例如电弧焊期间施加的电压，电弧焊期间通过电极的电流，电弧焊期间电极的进给速率，电弧焊期间电极进给器的电动机的电流，电弧焊期间保护气体的流速，电弧焊期间焊枪的位置，电弧焊期间焊枪的轴承，电弧焊期间焊枪的行进方向，电弧焊期间焊枪的移动速度，电弧焊期间捕获的声音以及电弧焊期间由相机捕获的图像。特性的示例包括：例如，焊缝在该位置处的孔隙率，在该位置处是否发生切穿，是否在该位置处发生接合，该位置处的焊缝是否包含不足材料，以及该位置处的焊缝是否包含过剩材料。
图1为示例金属电弧焊系统的功能框图。电弧焊涉及将两个或更多个工件（诸如工件104和108）焊接在一起。工件104和108可以为金属工件或另一种合适类型的材料。
由电源112提供电力以在电极116与工件104和108之间形成电弧114。来自电弧114的加热使（金属）电极116熔化，以及来自电极116的熔融金属120聚集在工件104和108的接合处。电极116沿着工件104和108的接合处移动以形成焊缝。一旦冷却，金属120将工件104和108连接在一起。虽然提供了搭接接合的示例，但是本申请还适用于对接接合、T形接合和其他类型的接合。
然而，不同的焊接轮廓（和截面）提供不同的应力分布。图2-4示出了在两个工件208和212的搭接接合处的焊接点的截面图。图2提供了通过第一焊接点204的第一应力分布。图3提供了通过第二焊接点304的第二应力分布。跨焊接点的第二应力分布比第一应力分布更均匀（并且因此更好）。图4提供了通过第三焊接点404的第三应力分布。跨焊接点的第三应力分布比第二应力分布更均匀（并且因此更好）。因此，第三焊接点404的强度大于第二焊接点304的强度，并且第二焊接点304的强度大于第一焊接点204的强度。
本申请涉及在执行工件的焊接时光学测量焊缝的轮廓。基于轮廓和一个或多个其他参数，诸如以准实时的方式确定沿焊缝的位置处的焊接点的强度。可以基于位置处的强度来标识沿焊缝的位置。例如，当在一位置处的焊接点的强度（基于该位置处的焊接点的轮廓和该位置处的一个或多个工艺参数确定）小于预定强度时，可以将该位置处的焊接点标识为不足。
图5为示例电弧焊系统的功能框图。（气体金属）焊枪504附接至机器人508。焊枪也可以称为电弧焊机。机器人508使焊枪504沿着工件的接合处移动，以经由焊枪504在接合处将工件焊接在一起。机器人控制模块512控制机器人508的移动。例如，机器人控制模块512可以控制机器人508以实现焊枪504的目标位置（和取向），焊枪504的目标轴承，焊枪504的目标行进方向以及焊枪504的目标移动速度。
焊接控制模块516在焊接期间控制工艺参数。例如，焊接控制模块516控制从电源520供应到焊枪504的电极的电力。例如，焊接控制模块516可以控制施加到电极的电压和通过电极的电流。焊接控制模块516还控制经由电极进给器524（诸如包括电极材料的线轴）将电极（材料）进给到焊枪504。例如，焊接控制模块516可以通过电极进给器524以及将电极进给到焊枪504的电极进给器524的马达的电流控制电极到焊枪504的进给速率。焊接控制模块516还可以控制至/通过焊枪504的保护气体的流速。例如，焊接控制模块516可以控制阀528的打开以控制从保护气体源532至/通过焊枪504的保护气体的流速。
视觉传感器550附接至机器人508或焊枪504，并与焊枪504一起移动。视觉传感器550被定位并配置成在由焊枪504沿着接合处产生焊缝之后测量由焊枪504产生的焊接点的轮廓。视觉传感器550以预定速率测量轮廓，诸如每当焊枪504沿接合处移动预定距离时或在焊枪504移动时以每个预定时段。
也可以包括一个或多个其他传感器554。例如，其他传感器554可以包括声学传感器（例如，麦克风），（例如，高速摄像机，热成像，三维（3D）光学相机和/或一种或多种其他类型的传感器。一个或多个其他传感器可以联接至机器人508或焊枪504，并且被配置为在焊接期间捕获参数。
图6为使用焊枪504的示例的焊接系统的透视图。电极604在图6中示出，并且通过接触喷嘴608供给。保护气体流入空腔612中并通过喷嘴616流出。电极604也延伸穿过喷嘴616。620示出了经由电弧焊对接接合的示例工件。624示出了焊缝。箭头628示出了机器人508移动焊枪504以沿着对接接合处焊接工件620的方向。
图7为使用焊枪504的示例的示例焊接系统的透视图。图7还包括视觉传感器550的示例。702示出了接合处。如上所述，视觉传感器550可以诸如经由支架704安装至焊枪504。视觉传感器550被布置为光学地测量由焊枪504形成的焊缝的轮廓。这样，视觉传感器550在行进方向上在焊枪504之后行进。箭头708示出了图7中的行进方向。
视觉传感器550包括被配置为将光716输出到由焊枪504形成的焊缝上的光源712。光源712可以包括例如一个或多个激光器，一个或多个发光二极管或另一种合适类型的光源。光源712被配置为（例如，仅）沿着垂直于由焊枪504形成的焊缝的平面（例如，垂直于焊枪504的行进方向）输出光。
光接收器720在焊缝上的各个位置处接收由焊缝从光源712反射到光接收器720的光。光接收器720的输出包括在跨（垂直于）焊缝的位置处焊缝的形貌轮廓。
图8包括经由焊缝812焊接在一起的工件804和808的截面图以及可用于形成由视觉传感器550随时间捕获的焊缝812的形貌轮廓的距离。
如上所述，光接收器720从跨（垂直于）焊缝的各个位置处接收光。位置的示例在图8中由1、2、3、4、5和6示出。虽然提供了6个位置的示例，但是光接收器720可以被配置为从跨焊缝的N个位置接收光，其中N为大于或等于3的整数。从一位置接收的光指示该位置处的焊缝与光接收器720之间的距离。位置处的距离可分别用于在该位置处形成焊缝的形貌。
当形成焊缝并且视觉传感器550扫描焊缝时，由光接收器720分别生成在该位置处的距离的迹线。图9包括当形成焊缝时距离820对时间824的示例曲线图。
迹线904对应于焊缝随时间在第一位置处（即，在沿焊缝的不同位置处）的距离。迹线908对应于焊缝随时间在第二位置处的距离。迹线912对应于焊缝随时间在第三位置处的距离。迹线916对应于焊缝随时间在第四位置处的距离。迹线920对应于焊缝随时间在第五位置处的距离。迹线924对应于焊缝随时间在第六位置处的距离。在给定时间的一组距离表示该时间/位置的焊缝形貌。例如，在时间928处（迹线904-924）的距离对应于位置/时间928处焊缝的形貌。图10包括在时间928处作为增加的距离1004的函数的焊缝的形貌1002的示例图示。
图11包括焊接特性确定系统的示例实施方式的功能框图。触发模块1104在焊接期间选择性地生成触发信号，诸如在焊接期间的每个预定时间段或在焊接期间每当焊枪504已经移动了预定距离时。预定时段可以为可校准的，并且可以为例如1秒或另一合适的时段。预定距离可以为可校准的，并且可以为例如0.5毫米或另一合适的距离。
每次生成触发信号时，焊接控制模块516输出一组当前焊接参数，并且机器人控制模块512输出一组当前机器人参数。当前焊接参数可以包括例如提供给焊枪504的当前电流，施加到焊枪504的当前电压，电极进给器524的马达的当前电流，电极至焊枪504的当前进给速率，以及保护气体至焊枪504的流速。当前机器人参数可以包括例如当前焊枪位置（例如，在要接合的工件的坐标系中），焊枪504的当前轴承，焊枪504的当前移动方向以及焊枪504的当前移动速度。
每次生成触发信号时，形貌模块1108基于由视觉传感器550的光接收器测量的焊缝上各个位置处的当前距离，在一位置处生成焊缝的形貌1112。形貌1112包括在各个位置处的距离。形貌1112可包括例如表示焊缝外表面在该位置处的轮廓的方程式（例如多项式方程式）。形貌模块1108可以例如使用曲线拟合算法和由光接收器测量的距离来确定方程式。
每次生成触发信号时，传感器554输出当前的外部参数。当前的外部参数可以包括例如焊枪504附近的当前声音，使用（例如，高速）摄像机捕获的当前图像和/或其他参数。
每次生成触发信号时，焊接模块1116基于形貌1112和至少一个其他参数（输入）、诸如以下至少一个来确定一位置处的焊缝的一个或多个特征（一个或多个输出）：当前焊接参数中的至少一个参数；当前机器人参数中的至少一个参数；以及传感器554的至少一个输出。特性的示例包括以下的至少一个：在该位置处是否存在焊缝中的缺陷，焊缝中检测物的长度，在该位置处焊缝的强度，在该位置处焊缝的孔隙率，在该位置处是否发生切穿，在该位置处是否接合要焊接的工件，在该位置处的焊缝是否包含来自电极的不足焊接材料，以及在该位置处的焊缝是否包含来自电极的过量焊接材料。
焊接模块1116可例如使用经训练以生成给定输入的特性的模型来确定。该模型可以包括例如卷积神经网络，人工神经网络，使用遗传编程生成的模型或另一种合适类型的模型。图12包括模型1204的示例图示，该模型1204基于上述输入1212生成关于该位置处的焊接点的特性（输出）1208。
例如，焊接模块1116可基于（形貌1112的）距离和所施加的电压来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和所施加的电压与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和通过电极的电流来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和电流与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和电极材料的进给速率来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和进给速率与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和电极进给器的马达的电流来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和电流与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和保护气体的流速来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和保护气体流速与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和焊枪504的位置来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和焊枪位置与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和焊枪504的移动速度来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和焊枪速度与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和焊枪504的轴承来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和焊枪轴承与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和焊枪504的行进方向来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和焊枪方向与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和在焊枪504附近捕获的声音来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。焊接模块1116可使用方程式和查找表中的一者来确定强度，其将距离和声音（例如，在一个或多个预定频率下的大小）与强度相关联。作为另一个示例，焊接模块1116可以基于（形貌1112的）距离和所捕获的一个或多个图像的一个或多个特征来确定沿接合处的位置处的焊缝的强度。
焊接模块1116可以基于一个或多个特性来采取一个或多个动作。例如，焊接模块1116可以在存储器1120中存储关于一个或多个特性（例如，连同位置）的信息。附加地或可替代地，焊接模块1116可以基于一个或多个特性选择性地激活一个或多个输出装置1124以输出警报。例如，焊接模块1116可打开灯，经由扬声器输出声音，打开振动装置，在显示器上显示警报或激活一种或多种其他类型的输出装置。
图13为描绘一种监测电弧焊的示例方法的流程图。当工件开始电弧焊时，控制开始。在1304处，焊接模块1116获得焊接的当前参数。例如，焊接模块1116获得形貌1112，来自传感器554的测量值，当前的焊接参数和当前的机器人参数。焊接模块1116还在1304处确定当前的热量输入。焊接模块1116可以例如基于所施加的当前电压和通过电极的当前电流来确定当前的热量输入。焊接模块1116可以例如使用将电压和电流与热量输入相关联的方程式和/或查找表中的一者来确定当前的热量输入。
在1308处，焊接模块1116确定当前热量输入是否在预定范围内。预定范围可以为固定的或可变的。预定范围可以为可校准的，并且可以例如被设置为在预定时段内当前热量输入的平均值的+/-预定值。预定值可以为例如当前热量输入的平均值的3Σ。如果1308为“错”，则焊接模块1116在1312处生成输出，并且控制可以通过1328继续，这在下面进一步讨论。例如，焊接模块1116可将不足热量输入的指示和当前位置存储在存储器1120中和/或激活一个或多个输出装置1124。如果1308为“对”，则控制通过1316继续。
在1316处，焊接模块1116基于形貌1112和其他当前参数中的至少一者来确定在当前位置处的焊缝的特性。例如，焊接模块1116可以基于形貌1112和以下中的至少一者来确定特性：（a）来自传感器554的至少一个测量值；（b）至少一个当前的焊接参数；以及（c）至少一个当前的机器人参数。特性的示例包括以下的至少一个：在该位置处是否存在焊缝中的缺陷，焊缝中检测物的长度，在该位置处焊缝的强度，在该位置处焊缝的孔隙率，在该位置处是否发生切穿，在该位置处是否接合要焊接的工件，在该位置处的焊缝是否包含来自电极的不足焊接材料，以及在该位置处的焊缝是否包含来自电极的过量焊接材料。
在1320处，焊接模块1116确定当前位置处的焊接点的强度是否在预定范围内。预定范围可以为固定的或可变的。预定范围可以为可校准的，并且可以例如被设置为预定目标强度的+/-预定值。预定值可以为例如预定时段内的平均强度的3Σ。如果1320为“错”，则焊接模块1116在1324处生成输出，并且控制可以通过1328继续，这在下面进一步讨论。例如，焊接模块1116可将特性的指示和当前位置存储在存储器1120中和/或激活一个或多个输出装置1124。如果1320为“对”，则控制通过1328继续。
在1328处，焊接模块1116可以确定焊接（或对焊缝的分析）是否完成。例如，焊接模块1116可以确定自焊接开始以来是否经过了预定的焊接时段。如果1328为“对”，则控制可以结束。如果1328为“错”，则控制可以返回到1304以获得针对下一位置的当前参数。
尽管上面描述了电弧焊的示例，但是以上内容也适用于其他类型的焊接，诸如熔焊和固态焊接（例如，激光焊接，等离子焊接，电阻焊接，摩擦搅拌焊接等）。
前述描述本质上仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得明显。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序（或同时）执行方法内的一个或多个步骤。此外，尽管以上将每一个实施例描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个特征都可以在任何其他实施例的特征中实现和/或与其他实施例的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互相排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
使用各种术语，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在...顶部”、“在上方”、“在下方”和“设置”，来描述元件之间（例如，模块，电路元件，半导体层等之间）的空间和功能关系。除非明确地描述为“直接的”，否则在以上公开中描述了第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以为第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以为在第一元件和第二元件之间存在一个或多个中间元件（在空间上或功能上）的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一者应使用非排他性逻辑“或”解释为表示逻辑（A或B或C），并且不应解释为表示“A中的至少一个，B中的至少一个和C中的至少一个”。
在附图中，箭头的方向（如由箭头所示）通常说明了该图示感兴趣的信息流（诸如数据或指令）。例如，当元件A和元件B交换各种信息，但从元件A发送到元件B的信息与图示有关时，箭头可从元件A指向元件B。此单向箭头并不意味着没有其他信息从元件B发送到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可以向元件A发送对该信息的请求或接收对该信息的确认。
在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以被术语“电路”代替。术语“模块”可以指代以下、为其一部分或包括以下：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或模拟/数字混合离散电路；数字、模拟或模拟/数字混合集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享，专用或组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享，专用或组）；提供所述功能的其他合适的硬件部件；或上述的某些或全部的组合，诸如在片上系统中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网（LAN）、互联网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一个示例中，服务器（也称为远程服务器或云）模块可以代表客户模块完成某些功能。
如上所使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”包含执行来自多个模块中一些或全部代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”包含一种处理器电路，该处理器电路与其他处理器电路结合，执行来自一个或多个模块中的一些或全部代码。对多个处理器电路的引用包含分立管芯上的多个处理器电路，单个管芯上的多个处理器电路，单个处理器电路的多个核，单个处理器电路的多个线程或上述的组合。术语“共享存储器电路”包含一种单个存储器电路，该电路存储来自多个模块的一些或全部代码。术语“组存储器电路”包含一种存储器电路，该存储器电路与其他存储器组合，存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。
术语“存储器电路”为术语“计算机可读介质”的子集。如本文中所使用的，术语“计算机可读介质”不包含传播通过介质（诸如在载波上）的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器电路（诸如闪存电路，可擦除可编程只读存储器电路或掩码只读存储器电路），易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路），磁存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光存储介质（诸如CD，DVD或蓝光光盘）。
本申请中描述的装置和方法可以由通过配置计算机以执行计算机程序中实施的一个或多个特定功能而创建的专用目的的计算机来部分或完全实现。上述功能块、流程图部件和其他元件用作软件规范，可以通过技术人员或程序员的日常工作将其转换为计算机程序。
计算机程序包括处理器可执行指令，该处理器可执行指令存储在至少一种非暂时性、有形计算机可读介质上。计算机程序还可以包含或依赖于所存储的数据。所述计算机程序可以包含与专用目的的计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS），与专用目的的计算机的特定装置交互的装置驱动程序，一个或多个操作系统，用户应用程序，后台服务，后台应用程序等。
计算机程序可以包括：（i）待解析的描述性文本，诸如HTML（超文本标记语言），XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象表示法），（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码生成的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器进行编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用来自包括以下的语言的语法来编写：C、C++、C＃、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5版）、Ada、ASP（活动服务器页面）、PHP（PHP：超文本预处理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、VisualBasic®、Lua、MATLAB、SIMULINK、Wolfram语言和Python®以及相关的库。

Claims (19)

1.一种焊接系统，包括：
机器人控制模块，所述机器人控制模块被配置为在焊接期间致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，所述焊机被附接至所述机器人；
焊接控制模块，所述焊接控制模块被配置为在所述焊接期间向所述焊机通电，向所述焊机供应保护气体，以及向所述焊机供应电极材料；
视觉传感器，所述视觉传感器被配置为在所述焊接期间光学地测量所述视觉传感器和分别在由所述焊机沿着所述接合处形成的焊接点的外表面上的N个位置之间的N个距离，
其中，N为大于2的整数；以及
焊接模块，所述焊接模块被配置为：
基于以下确定沿所述接合处的位置处的焊缝的强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；
在所述焊接期间由麦克风捕获的声音；以及
来自以下至少一者的至少一个参数：（a）所述焊接期间的所述机器人控制模块，（b）所述焊接期间的所述焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获焊接数据的传感器；以及
将所述焊接点的所述强度和所述位置存储在存储器中。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间施加到所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的电压。
3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间流过所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的电流。
4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间至所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的所述电极材料的进给速率。
5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
被配置为在所述焊接期间将所述电极材料进给到所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的电动机的电流。
6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间至所述焊机并从所述焊接控制模块接收到的所述保护气体的流速。
7.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的位置。
8.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的轴承。
9.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的行进方向。
10.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间并从所述机器人控制模块接收到的所述焊机的移动速度。
11.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的所述位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
在所述焊接期间由相机捕获的至少一个图像。
12.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述N个位置垂直于所述接合处。
13.根据权利要求1所述的焊接系统，进一步包括所述机器人。
14.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述视觉传感器包括激光距离传感器。
15.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，当所述焊机在所述焊接期间沿着所述接合处移动时，所述视觉传感器被附接成跟随所述焊机的后面。
16.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿所述接合处的位置处的所述焊缝的所述强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
来自以下至少一者的至少两个参数：（a）所述焊接期间的所述机器人控制模块，（b）所述焊接期间的所述焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获所述焊接数据的所述传感器。
17.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接模块被配置为基于以下来确定沿着所述接合处的所述位置处的至少一个其他特性：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；以及
来自以下至少一者的至少一个参数：（a）所述焊接期间的所述机器人控制模块，（b）所述焊接期间的所述焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获所述焊接数据的所述传感器。
18.根据权利要求17所述的焊接系统，其中，所述至少一个其他特性包括以下中的至少一者：
在所述位置处所述焊缝的孔隙率；
在所述位置处是否发生焊接切穿；
在所述位置处是否发生接合；
在所述位置处的所述焊缝是否包含不足材料；以及
在所述位置处的所述焊缝是否包含过剩材料。
19.一种方法，包括：
在焊接期间，通过机器人控制模块致动机器人并使焊机沿着金属工件的接合处移动，所述焊机被附接至所述机器人；
在所述焊接期间，通过焊接控制模块向所述焊机通电、向所述焊机供应保护气体并向所述焊机供应电极材料；
在所述焊接期间，通过视觉传感器光学地测量所述视觉传感器和分别在由所述焊机沿着所述接合处形成的焊缝的外表面上的N个位置之间的N个距离，
其中，N为大于2的整数；
基于以下确定沿所述接合处的位置处的所述焊缝的强度：
沿所述接合处的所述位置处的所述N个距离；
在所述焊接期间由麦克风捕获的声音；以及
来自以下至少一者的至少一个参数：（a）所述机器人控制模块，（b）在所述焊接期间配置的焊接控制模块，以及（c）被配置为在所述焊接期间捕获焊接数据的传感器；以及
将所述焊接点的所述强度和所述位置存储在存储器中。
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