CN1280058C - 焊接设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接结构件(1)的成型方法，其包括将要焊接的结构件的各组成构件以预期的形状设置在一个支持面(2)上，以及在多个焊接点用焊接装置(4)把这些组成构件焊接成型为焊接结构件(1)。该方法还包括记录至少一个在支持面(2)上的构件排列位置的图像，根据图像来确定上述焊接点的位置，并基于焊接点的位置通过上述的焊接装置(4)控制各组成构件的焊接。本发明还公开了一种焊接设备。

Description

焊接设备和方法

技术领域

本发明涉及一种把多个组成构件焊接成型为焊接结构件的方法。本发明还涉及一种焊接结构件的成型设备。

背景技术

传统的小批量焊接结构的焊接操作通常大部分都是手工进行的。这是因为使用目前的自动焊接装置来焊接大多数构件的主要部分既不科学又不经济。对于小批量的焊接，现有的焊接装置只是适用于那些容易接近，长而且直的焊接件。但是大部分焊接件的焊接都是用于连接相对较短而且相互交叉的结构件，它的可接近性被周围的结构件所限制。这在焊接件尺寸较大，数量较多的造船工业就造成一个特殊的问题。这样的构件采用人工焊接，既昂贵又费时。

人们已经开发出了根据要焊接的构件的形式或形状使用不同种类的控制装置的焊接系统。DE-A-2240949就公开了一种这样的焊接系统。其特征在于，通过一个舵轮来控制焊接装置的路径。US-A-5307979则公开了另一种焊接系统，其为焊接三维结构提供了一个基于轨道的控制装置。DE-A-2035498则公开了一种焊接轮箍的系统。

US-A-4737614公开了一种自动焊接系统，其中的控制系统基于光强度的变动进行工作。US-A-5572102则采用了一种基于荧光工作的焊接机器人系统。

根据要焊接的结构件而进行调整的焊接台也得到发展；参见EP-A-0092533的实例。同样，在SE455581中公开了自动焊接管子的结构。

但是现有的焊接技术有很多值得考虑的缺点，尤其是在大多数情况下，不可能把它们应用于造船工业。一般对船舶来说，所需的焊接结构件，都相对尺寸较大，通常都超过10米宽，经常接近20米长。如果焊接和这些结构件相连的横向或纵向结构，就不得不采用耗费大量时间的手工焊接。但是，薄材料和例如使“喉部”厚度减少的材料使用，使焊接方式发生了改变。由于焊接速度的提高，手工焊接变得越来越难。而且，对于相对简单的焊接，使用有技术的焊接工人，要浪费他们的能力，所以不但工作沉闷，而且也不切合实际。使用人力来做那些机器不能完成的工作才更明智。

发明内容

本发明的一个目的就是消除这些现有焊接技术的不利因素，并且能够得到将焊接多种不同形状的构件焊接在一起的一个全新的技术方案，该焊接操作易于控制，适于不同的环境。本发明的目的还在于能够适用于具有多样性的焊接构件的需求的不同技术领域。本发明适用的领域还包括：纸加工机，通用建筑领域，桥梁建筑和火车，重型机车如卡车等的制造领域。

根据本发明，提供了一种焊接结构件的成型方法，其包括将要焊接的结构件的各组成构件以预期的形状设置在一个支持面上，记录至少一幅在所述支持面上的各组成构件的排列位置的图像，根据图像来确定多个焊接点的位置，基于焊接点的预定位置通过上述的焊接装置控制各组成构件的焊接，以及在所述多个焊接点用焊接装置把这些组成构件焊接成型为焊接结构件，其特征在于：所述图像是二维的，并且该方法还包括通过使用读取装置/扫描装置进行扫描或读取所述二维图像，以确定所述多个焊接点的位置。

而且，根据本发明，还提供了一种把多个组成构件焊接成型为焊接结构的焊接设备，包括用于以要焊接的结构件的形状支持各组成构件的支持面，和用于将支持面支持的要焊接结构件的各组成构件焊接在一起的焊接装置，该设备还包括用于确定支持面支持的要用焊接装置焊接的结构件的焊接点位置的估算装置，该估算装置包括用于提供要焊接结构件图像的照相机装置，通过估算装置确定的焊接点位置用于使用焊接装置焊接结构件，其特征在于，所述图像是二维的，并且其中所述估算装置包括读取装置/扫描装置，其用于通过进行扫描或读取所述二维的图像以确定所述多个焊接点的位置。

本发明是基于要焊接的构件被以最终位置放置在支持面上的理念。支持面可以是固定表面或位置已知的可移动的基面或地面。一个合适的支持结构支持在支持表面上或支持在两侧轨上并横跨支持表面。成像地记录要焊接的构件的位置的照相机或成像装置以及焊接装置可以便利地安装在支持结构上。照相机或成像装置和焊接装置都相对支持面沿Y，Z轴线方向可移动的安装。可以有一个或多个照相机或成像装置，也可以有一个或多个焊接装置。

本发明能够把要焊接结构件的各组成构件都焊接到一起。焊接结构件及其组成构件的尺寸都被成像拍摄记录下来以便于确定不同的焊接点。通过扫描或读取成像的记录信息可以确定这些焊接点，而且这些扫描到的和读取到的信息传到控制装置。控制装置是基于焊接点的确定位置，来控制将要焊接结构件的各组成焊接在一起。扫描或读取的成像信息可以存储或记录在照相机或成像装置和/或焊接装置的扫描或读取装置等存储器中。

可以设置一个或多个显示焊接点的显示器，使用户可以在焊接过程中取代焊接装置的自动控制。但是，焊接操作可以通过焊接机器人或机械手形式的焊接装置全自动或半自动地执行。

照相机或成像装置用于方便的获得要焊接结构件的图像，读取或扫描装置利用这些图像可以自动的或借助于用户的协助，识别并确定焊接点的位置。一旦焊接点确定下来，就可以用于通过手工，半自动，全自动地焊接要焊接结构件的各组成构件。而实际的焊接过程可以用焊接装置采用弧焊如气弧焊根据焊接结构件的形式或形状并在确定的各焊接点处执行焊接操作来完成。因为焊接装置可以水平或垂直的在焊接结构的上方移动，这样它就能够在支持面上方的不同高度和位置处进行焊接。焊接的构件可以非常大，例如，本发明就可以使船舶，纸加工机，建筑，火车货卡车的部件的焊接变得容易和经济。

根据本发明的另一方面，提供了一种焊接包括多个组成构件的焊接结构件的方法，该方法包括识别最佳的焊接点来把焊接结构件的各个组成构件连接在一起，和引导焊接装置到不同的焊接点。用户可以有选择的修改或取代焊接装置的位置。例如，在每个焊接点上，用户都可以接受或拒绝全自动焊接方式。

通过移动位于支持面上支持结构以及将照相机或成像装置设置成可以根据需要横向和垂直上下运动，照相机或成像装置可以扫描焊接结构件。而且，支持结构可以选择为静止或固定，而要焊接的构件可以通过手动，半自动，全自动的方式在位于支持结构下方的一个可移动的支持面上运动，通过这种方式，要焊接的构件就被拍摄下来，产生一张结构图，在计算机的帮助下，得到一张焊接图。

基于焊接图，焊接系统能够自动的识别所谓的标准焊接点，这些焊接点的特征可以被计算机提前预知，所以，系统可以自动的指导焊接机器人或类似装置进行焊接工作。

对于用户，可以通过察看焊接图来选择合适的起始点进行焊接操作，选择合适的焊接方法用于特殊的焊接，因此用户可以指导焊接机器人进行焊接操作。一些不同的焊接装置可以根据要焊接的材料安装在支持结构上。

通过本发明可以获得显著的效益。尤其是可以得到低成本焊接系统，其中的焊接装置(机器人)可以被教导将各分离的构件焊接在一起。另外，该系统还能够满足焊接不同尺寸和形状的构件的需求。通常情况下，小批量产品，系列产品或样品的焊接可以通过编程的方法来完成。

附图说明

现在通过例子并结合附图来说明本发明的具体实施例，其中：

图1是结合有一支持结构的焊接设备的示意图；

图2是由照相机或成像设备拍摄的要焊接结构件的照片图像；

图3是通过估算图2所示照片的得到的要焊接结构件的示意图；

图4是控制焊接结构件的控制系统的示意图。

具体实施方式

图1显示了一个焊接站或设备，其中一个要焊接的结构件1的各组成构件支持在支持面2上。这些构件可以通过人工、起重机或原料自动控制装置移到支持表面上。一个照相机3和一个焊接装置4固定在一个横向支持结构5上，该横向支持结构5横跨支持面2，并且可以通过安装在地面6上的侧轨7，沿着支持面2的长度方向移动，该侧轨分别位于支持面2的两侧。用来操纵支持结构5和/或焊接装置4和/或照相机3的操纵装置8位于靠近支持结构5的位置。

术语“照相机”是指包括任何一种能够提供要焊接结构图像的成像设备，可以包括普通的摄影装置，例如一个视频照相机或只是一个照相机，红外或紫外线记录的成像装置，激光装置或类似设备等等。可以设置多个这样的照相机3。

图2是一张由照相机3拍摄的要焊接结构件的照片9。照片通过人工或自动的用白圈10在结构件的各构件的不同连接点处标出，来显示要焊接的不同的点(也就是“焊接点”)。用户能够根据焊接点为所需的焊接形式提供更多的信息，并且可以为每一个焊接点选择一个合适的焊接方法。

图3是根据图2所示照片9自动生成的和/或在用户的输入的帮助下生成的要焊接结构件1的可视示意图。无论自动还是通过用户的输入，根据可视示意图能够辨认出不同部分11a，11b和11c和不同的紧固点(也就是焊接点)11d，11e和11f，并且还对将焊接构件焊接在一起提供指导性作用。用户有机会选择接受还是拒绝11d，11e和11f作为焊接工序的起始点和接受还是拒绝系统给出的焊接方法。所以，该焊接系统可以说是半自动化的。

图4所示的是控制焊接操作的控制系统的一种形式的示意图。照相机3首先将结构件1拍摄成像，然后通过读取装置或扫描装置12将该信息16传送到外部装置17的控制系统13。读取装置12自动的或通过用户15的帮助，可以把控制信息14提供给焊接装置4。用户15能够根据在显示装置18上的照相机3和/或焊接装置的运动来操作。读取装置/扫描装置12和/或控制系统13可以位于照相机3或焊接装置4之上，也可以位于二者的结合部。而且，焊接装置可以是一个焊接机器人或一个焊接机械手。

这样焊接系统就能够自动的或通过用户的输入控制执行焊接工序。另外，系统的灵活性也为多种结构件的焊接提供了可能性，而且并不需要花费时间来紧固装置或进行校准。

照相机3可以安装在焊接装置4上。支持结构5可以通过液压，气压，机电方式来致动。

本发明的其他实施例也都是可行的。

Claims (19)

1.一种焊接结构件(1)的成型方法，其包括将要焊接的结构件的各组成构件以预期的形状设置在一个支持面(2)上，记录至少一幅在所述支持面(2)上的各组成构件的排列位置的图像，根据图像来确定多个焊接点的位置，基于焊接点的预定位置通过上述的焊接装置(4)控制各组成构件的焊接，以及在所述多个焊接点用焊接装置(4)把这些组成构件焊接成型为焊接结构件(1)，

其特征在于：所述图像是二维的，并且该方法还包括通过使用读取装置/扫描装置进行扫描或读取所述二维图像，以确定所述多个焊接点的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少有一个图像记录在读取装置(12)的存储器中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少有一个图像记录在照相机装置(3)和/或焊接装置(4)的存储器中，和/或照相装置(3)和焊接装置(4)的联合存储器中。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少有一个图像记录在外部装置(17)的存储器中。

5.如上述任一个权利要求所述的方法，其特征在于，该方法还包括在显示装置上显示焊接点的位置，来帮助用户控制焊接装置(4)的引导。

6.如权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，用户可以替代各组成构件的焊接的自动控制。

7.如上述权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，焊接装置(4)的运动通过控制信息(14)来引导。

8.如权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，结构件的焊接是全自动或半自动执行的。

9.如权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，焊接装置(4)包括一个机器人或机械手。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，焊接点的位置通过至少一张图像自动地或靠用户帮助来确定。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在焊接点的位置确定以后，每个焊接点的焊接方式以及是否采用手工，全自动，半自动焊接也就确定了。

12.如权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，焊接过程采用弧焊如气弧焊方法。

13.如权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，焊接过程中，焊接装置能够根据焊接结构的形状和形式来完成工作。

14.如权利要求1至4中任意之一所述的方法，其特征在于，要焊接结构件可以是尺寸较大的零件，例如船舶，纸加工机，建筑，火车或卡车的部件。

15.一种把多个组成构件焊接成型为焊接结构(1)的焊接设备，包括用于以要焊接的结构件的形状支持各组成构件的支持面(2)，和用于将支持面支持的要焊接结构件(1)的各组成构件焊接在一起的焊接装置(4)，该设备还包括用于确定支持面支持的要用焊接装置(4)焊接的结构件(1)的焊接点位置的估算装置，该估算装置包括用于提供要焊接结构件图像的照相机装置(3)，通过估算装置确定的焊接点位置用于使用焊接装置(4)焊接结构件(1)，

其特征在于，所述图像是二维的，并且其中所述估算装置包括读取装置/扫描装置，其用于通过进行扫描或读取所述二维的图像以确定所述多个焊接点的位置。

16.如权利要求15所述的焊接设备，其特征在于，估算装置包括一个用于识别要焊接结构件的各组成构件的装置，来确定这些组成构件最佳的焊接方法。

17.如权利要求15或16所述的焊接设备，其特征在于，还包括用于在焊接过程中引导焊接装置(4)的控制装置。

18.如权利要求15或16所述的焊接设备，其特征在于，包括一个用于用户替代焊接装置(4)的替代装置。

19.如权利要求15或16所述的焊接设备，其特征在于，包括一个用于用户可以接受或拒绝焊接装置的自动控制方式以及如果拒绝自动控制，用户进行要焊接结构件任一部分的焊接控制。

Images