通过微波定位焊接头的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在工件（14）上方定位机器人焊接系统的焊炬（7）的方法。为了进行位置确定，以微波形式从布置在焊接头上的发射器向所述工件（14）发出测量信号，在所述工件（14）上反射的微波被布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，且所接收的微波由评估模块来评估以确定所述工件（14）的边缘（26）的位置。为了提供精确、对干扰敏感的位置确定，所述微波是从位于所述焊接头上的不同位置的至少一个发射器发出的，并且反射微波在极化改变的情况下由布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，所述至少一个接收器具有相对于所述发射器的极化平面成角度布置的极化平面，并且所述边缘（26）的位置由所述评估模块至少基于在所述不同位置处反射的各个微波的相位改变来确定。本发明还涉及一种用于在工件（14）上方以模型支撑的方式定位机器人焊接系统的焊接头的方法，其中为了进行位置确定，以微波形式从布置在所述焊接头上的发射器向所述工件（14）发出测量信号，在所述工件（14）上反射的微波被布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，且所接收的微波由评估模块来评估以确定所述工件（14）的边缘（26）的位置；所评估的测量信号被从所述评估模块转发至模型计算模块；包含多个规定参数的存储模块通过该模型计算模块而启动，所述模型通过由输入和/或输出装置（18）输入的焊缝几何形状来选择，并且通过修改预定的参数将所计算的模型与所评估的测量信号进行比较直到能获得规定的一致性。
【专利说明】通过微波定位焊接头的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将机器人焊接系统的焊接头定位在工件上方的方法，其中为了进行位置确定，以微波形式从布置在焊接头上的发射器向工件发出测量信号，并且在该工件上反射的微波由布置在该焊接头上的至少一个接收器接收，所接收到的微波由评估模块进行评估以确定工件的边缘的位置。
【背景技术】
[0002]用于热结合和切削的装置的定位对于接头的质量或切削过程十分重要，而且定位不得不在烟尘、溅射、高温、高水平UV辐射、电磁场等条件下进行。
[0003]定位需要合适的传感器，其中雷达传感器相对来说不易受到上述条件的影响。在焊接方法中使用雷达传感器测量焊缝的几何形状或检测边缘，这是通过进行连续波(CW)测量以确定所需距离变化来实现的。
[0004]在这种情况下，雷达传感器通过天线辐射直径通常为若干厘米的区域。这将导致由天线接收的反射波构成在被照射区域中发生的反射覆盖(lay-over)。结果,在接收天线处总是存在覆盖，使得距离的变化严重模糊，并且更难以确定位置。具体地说，不可能通过测量距离来追踪对接接头的焊缝，这是因为在实际应用中，间隙的宽度比部件的被照射区域的直径小得多，从而其由于平均化而消失在噪音中。
[0005]根据EP 1094 913 BI，具有作为发射器和接收器工作的天线的雷达传感器被示例性地描述为用于在焊接过程中监测焊缝。由于雷达传感器布置在下游，其无法用于焊缝的跟踪。此外，雷达传感器由于其布置在热的焊缝上方而暴露于高的热应力。而且，精确测量焊缝的几何形状需要非常宽的信号带宽。
[0006]通常，窄带连续波(CW)雷达系统是不利的，这是因为一方面它们无法用来获得关于距离的绝对信息，另一方面它们需要被强烈聚焦以提供高空间分辨率。
[0007]这里，缺点在于，使用窄带信号将使系统对由于不期望反射引起的扰动的敏感性增加，并且必需的聚焦需要使用昂贵的大型天线。所必需的相对运动需要用于产生传感器的振动的附加驱动单元。
[0008]因此，通过窄带CW雷达信号不可能进行绝对测量。
[0009]如果仅仅通过测量距离即扫描过程来确定几何形状，则不可能将雷达传感器的微波辐射聚焦得足够强。结果，由于最大可能频率和由此产生的波长引起的有限分辨能力将使得关于距离的信息模糊，并且导致不精确地确定边缘的几何形状和/或边缘的位置。
【发明内容】
[0010]因此，本发明的目的是提供一种如上所述的跟踪焊缝的方法，该方法对扰动不敏感并且提供闻精度。现有技术的缺陷将被减少和/或避免。
[0011]本发明的目的将通过如上所述的方法实现，其中所述微波是从位于所述焊接头上的不同位置的至少一个发射器发出的，并且反射微波在极化变化的情况下由布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，所述至少一个接收器具有相对于所述发射器的极化平面成角度布置的极化平面，并且所述边缘的位置由所述评估模块至少基于在所述不同位置处反射的各个微波的相位变化来确定。通过评估所反射的微波的极化，可以区分工件的边缘，即从导电和/或反射背景到绝缘环境和/或空气的过渡，从而允许可靠地检测工件的边缘。
[0012]该用于定位和/或测量的方法特别适合于用来从导电背景区分工件的边缘，这是因为极化变化主要受到该边缘的影响。通过将发射器和接收器相对于彼此成角度地布置，可极大地简化信号的评估，这是由于可以借助于天线的布置将导电背景从期望的测量信号区分开。
[0013]有利地，在所述焊接头或焊炬上布置至少一个发射器一接收器对，其中一发射器和一接收器相对于另一个发射器和接收器以90°的角布置。这种线性极化天线的正交布置，即发射器天线和接收器天线之间的90°角，使得仅有所反射的微波的具有变化极化的那些部分被接收。
[0014]根据本发明的另一个特征，发射器和接收器以线性或径向方式一起围绕所述焊接头运动，并且在规定的测量位置处发出和接收测量信号。所述发射器和所述接收器的运动横跨横向于工件的被检测边缘的合成孔口。可以通过评估由该运动触发的测量信号中的相位的分布图而使用空间不同位置的测量来对边缘进行位置确定。这使得可以非常精确地检测工件的边缘的位置。
[0015]除了位置之外，还至少通过在所述测量位置处反射的微波的幅度来识别所述边缘的方向。由工件的边缘引起的极化变化取决于进入微波的极化，因此可以使用该信息发现边缘的取向。边缘的方向只能借助于极化测定评估来可靠地检测。
[0016]除了工件的位置和方向之外，还可以确定待焊接在一起的工件之间的间隙的宽度。确定间隙的宽度的优点是已知工件的厚度。如果在发射器和接收器具有相同极化的情况下雷达天线在待焊接工件上方移动，依赖距离的相位使得可以识别出距离的分布图，因此如果片材金属的厚度已知，则可以推导出工件之间的间隙的宽度。
[0017]有利地，在不同的测量位置中布置至少一个发射器和一个接收器，其中测量信号由一发射器发出，而所反射的测量信号由位于测量位置的相对于该发射器成角度地布置的至少一个接收器接收和评估。
[0018]围绕所述焊接头布置的各个测量位置中的发射器可以被接连地启动，其中所反射的测量信号始终由至少一个接收器接收并转送至所述评估模块以进行位置确定。
[0019]理想地，通过输入和/或输出装置来设定焊接任务的类型，以进行所述位置确定，所述焊接任务诸如用于I型焊缝的对焊接头、用于V型焊缝的对焊接头、用于角焊缝的搭接接头或T型接头。这使得可以基于最佳匹配识别出当前参数(位置、取向、间隙等)。已知几何形状使得可以根据雷达天线的位置和取向以及焊接任务的位置计算期望的反射。
[0020]根据所输入的焊接任务，检索以所存储的测量信号的形式设计的存储模型或用于计算该模型的存储形式，以便通过所述评估模块将其与所接收的测量信号进行比较。通过将该模型与所测量的测量信号进行比较，能够确定最佳描述所述位置的理想参数。
[0021]有利地，所述评估模块利用所接收的测量信号的功率和/或强度来确定所述焊接头相对于所述工件的大体位置。
[0022]根据本发明，所述目的还通过一种以模型支撑的方式定位机器人焊接系统的焊接头的方法实现，其中所评估的测量信号被从所述评估模块转送至模型计算模块，包含多个规定参数的存储模块通过该模型计算模块而启动，所述模型通过由输入和/或输出装置输入的焊缝几何形状来选择，并且通过修改预定的参数将所计算的模型与所评估的测量信号进行比较直到能获得规定的一致性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面将通过所附示意图更详细地讨论本发明。在附图中:
[0024]图1示出了焊接装置的示意性表示；
[0025]图2示出了位于工件前面的焊接头上的根据本发明的天线系统的示意性表示；
[0026]图3示出了相对于工件的边缘具有扭转角的天线系统的示意性表示；
[0027]图4示出了天线系统的第二实施方式的示意性表示；
[0028]图5示出了天线系统的第三实施方式的示意性表示；
[0029]图6示出了天线系统的反射波的幅度的评估；以及
[0030]图7示出了天线系统的反射波的相位的评估。
【具体实施方式】
[0031]图1示出了用于多种不同过程和/或方法的焊接装置1，所述不同过程和/或方法例如是MIG/MAG焊接和/或TIG焊接或电极焊接操作、双焊丝/串列焊接操作、等离子操作或铜焊或钎焊操作等。焊接装置I包括其中布置有功率元件3的电源2、控制单元4和诸如开关构件、控制阀等其他部件和导线(未示出)。控制单元4可连接至控制阀，该控制阀在用于气体5特别是诸如CO2、氦气或氩气等保护气体的供应线路中布置在气体存储器6和(焊接)焊炬7之间。另外，如对MIG/MAG焊接来说公知的，控制单元4还可以用来控制焊丝供送单元8，其中附加材料和/或焊丝9从供应辊10和/或焊丝线卷经由供应线路供应至焊炬7的区域。当然，还可以将焊丝供送单元8集成在焊接装置I中，具体是集成在电源2的壳体11内，而不是作为位于小车12上的附加装置，如图1中所示。此外，还可以将焊丝供送单元8直接放置在焊接装置I的上面，即电源2的壳体11形成为用于在顶表面上收纳焊丝供送单元8，从而可以将小车12省略。
[0032]对于焊丝供送单元8来说，还可以从焊炬7外部将焊丝9供应至处理地点，在这种情况下，像TIG焊接中通常的那样优选将非熔性电极布置在焊炬7内。
[0033]用于在电极和/或焊丝8与工件14之间产生电弧13的电流由电源2的功率元件3经由焊接线路(未示出)供应至焊炬7，具体是供应至电极和/或焊丝9，其中待焊接的工件14借助于用于电位的另一个焊接线路特别是回路导线连接至电源2，从而通过电弧13能够形成电回路。
[0034]为了冷却焊炬7，可以借助于冷却装置15和可能的中间部件(诸如流动控制器)将焊炬7连接至液体箱，具体是具有水位指示器17的水箱16。焊接设备的各个部件，即电源
2、焊丝供送单元8和冷却装置15以这样的方式形成，即它们都具有相对应的凸起和/或凹部，从而它们能够安全地堆叠在彼此之上。
[0035]焊接装置I具体是电源2进一步包括用于设定和/或检索和显示焊接装置I的全部各种焊接参数、操作模式或焊接程序的输入和/或输出装置18。已经通过输入和/或输出装置18设定的焊接参数、操作模式或焊接程序被传送至控制单元4，该控制单元4然后启动焊接装置I的各个部件并且/或者限定用于调节或控制的适当设定点。这里，当使用合适的焊炬7时还可以借助于该焊炬7来执行设定过程，在这种情况下，焊炬7配备有焊炬输入和/或输出装置19。在这种情况下，焊炬7优选借助于数据总线具体是串行数据总线连接至焊接装置I，具体是连接至电源2或焊丝馈送单元8。为了开始焊接过程，焊炬7通常包括起动开关(未示出)，因此通过启动该起动开关可以点燃电弧13。为了防止用户受到电弧13的巨大热辐射，焊炬7可以配备有热防护罩20。
[0036]此外，在所示的示例性实施方式中，焊炬7借助于软管组件21连接至焊接装置1，所述软管组件21通过反扣紧装置22附接至焊炬7。在软管组件21中，诸如供应线路和/或用于焊丝9、用于气体5、用于冷却回路、用于数据传送等线路之类的各种线路从焊接装置I布置至焊炬7，而回路导线优选单独连接至电源2。
[0037]—般来说，应注意到，对于不同的焊接操作和/或焊接装置1，例如TIG装置或MIG/MAG装置或等离子装置，不必使用和/或结合上述所有部件。例如，可以将焊炬7形成为空冷焊炬7，从而可以将例如冷却装置15省略。因此，可以说焊接装置I至少由电源2、焊丝供送单元8和冷却装置15形成，它们也可以布置在公共壳体11中。而且，还可以布置和/或包括其他零件和/或部件，诸如焊丝供送单元8上的拖拽保护装置23或用于气体存储器6的支座25上的可选托架24。
[0038]根据本发明，在图2至图7中可一起看出，测量信号由位于焊接头或焊炬7上的不同位置的至少一个发射器发出，并且所反射的测量信号由布置在焊炬7上的至少一个接收器接收。接收器的极化平面相对于发射器的极化平面成角度布置。最后，评估单元将执行评估以确定工件14的边缘26的位置和取向，沿着该边缘26进行焊接过程。由此，可以使得关于将被立即焊接的几何形状的轮廓的信息一一即焊缝的追踪一一对于焊接机器人来说可用。这样也还避免焊接机器人的突然校正。
[0039]优选地，使用天线28来发送波，该天线28用作发射器和接收器，因而构成了发射器一接收器单元。例如，可以使用线性极化天线28。由于接收器相对于发射器成角度布置，对于焊接头或焊炬7上的天线系统27来说需要至少两个发射器一接收器单元。在下文中将发射器一接收器单元称为天线28。通过该布置，接收器能够接收从工件14反射的波，该波与发射波相比具有不同的极化。波的这种极化变化将受到工件14的边缘26的影响，这代表从电导体(工件)到非电导体(例如空气)的过渡。由于发射波，形成了撞击导电工件14的电场，因此在工件14上产生相对应的电流密度。感应电流的方向取决于发射波的极化平面和工件14的材料的电导率的分布。这说明，由于电导体和非电导体之间的过渡，工件的边缘26对电流密度的方向具有影响。反射波的极化因而取决于工件14的边缘26和发射波的极化平面之间的扭转角31 (图2)。
[0040]如果发射波是以平行于工件的边缘26的极化平面(即以0°的扭转角31)发射的，则反射波的极化不发生变化。如果发射波是以扭转角31高于或低于0°的极化平面发射的，则进入场的强度和感应电流的传播紧邻边缘26不同，这是由于在边缘26的位置，感应电流密度会基本仅沿着边缘26传播。因此，进入电场的强度的方向与边缘26的附近的电流密度的方向不同。对方向的这种影响取决于边缘26和发射波的极化平面之间的扭转角31。这说明，如果边缘26的轮廓与发射波的极化不同并且扭转角31不是90°，则反射波的极化发生变化。扭转角31是通过发射波并限定波的极化的天线的取向相对于工件14的边缘26限定的。为此，天线系统27可以沿着布置在焊炬7上的导轨29移动，该导轨29限定了运动方向30。天线系统27的这些运动可以是线性的或径向的，并且/或者沿着围绕焊炬7的圆形路径，即基本横向于边缘26。
[0041]为了使接收器只接收具有变化极化的反射波而不接收具有发射器极化的波，将接收器天线的极化平面以基本正交方式即相对于发射器(发射器天线)的极化平面成90°的角布置和/或取向。然而，具有发射器极化的反射波将由发射器天线接收。
[0042]这说明，由第一天线28发射的波由工件14反射并由第一天线28和第二天线28接收，其中第二天线28的接收器接收具有变化极化的波部分，而第一天线28的接收器接收具有未变化极化的波部分。因而，反过来这也适用，因此第一天线28接收第二天线28的发射器信号的波，该波被反射成具有变化极化。第二天线28像之前一样接收具有相同极化的波部分。
[0043]这样，由工件14反射的波作为已经根据变化和未变化极化而被分离的波来接收。
[0044]根据该实施方式的由彼此正交布置的至少两个天线28形成的天线系统27使得能够容易地确定边缘26的位置、取向和几何形状数据(诸如工件14的零件之间的空隙)，因而能够容易地确定待焊接的金属边缘26的轮廓。为了精确确定边缘26的位置和取向，还可以围绕焊接头7移动天线系统27，从而改变天线系统27和边缘26之间的扭转角31，并触发接收器之间的反射波的“串扰”。该“串扰”是由上面已经描述的反射波的分布引起的。这里，相对于接收具有变化极化的反射波的天线28的角度保持不变并基本为90°。通过评估已经被接收在相应接收器中的至少一定部分由“串扰”引起的波部分，可以在该“串扰”中检测边缘26的取向和位置。
[0045]天线系统27在工件14上方沿着运动方向30的旋转运动使得天线系统27围绕焊炬7和/或焊接头采取不同测量位置。在这些测量位置，记录并存储工件14在不同频率时的反射行为，以便提高测量方法的稳定性。为此，从每个测量位置发射波，该波的极化根据测量位置的扭转角31而改变。因而，反射波的分布和极化也改变，因而导致“串扰”强度的波动。
[0046]在这种情况下，具有变化极化的反射波的强度显著低于发射波的强度。这就是为什么有利地将接收器天线相对于发射器天线正交取向以确保对于具有其高强度和原始极化的发射波的任何部分都不会发生串扰的原因。这还使得可以将评估模块中的放大级调节至最低强度。
[0047]有利地，将测量位置基本布置在相对于边缘26以对称方式定位的半圆上，因此测量位置位于边缘26的左侧和右侧的四分之一圆上。这使得评估模块可从所存储的不同测量位置的反射行为发现与边缘26的位置和取向对应的测量位置。当然，也可以在测量位置之间执行例如插值，从而从插值的测量位置推导出边缘26的位置和取向。
[0048]借助于各种构造，天线系统27能够在不同的测量位置执行测量。另外，天线系统27可以以旋转方式运动以便增加测量数量。
[0049]在第一实施方式中，天线系统27可以形成一组件，其中两个天线28 (优选偏移90° )如以上已经描述的那样布置。通过该布置，整个组件围绕焊炬7运动，或者多个组件围绕焊炬7和/或电弧部件和/或焊接头布置，且扭转角31改变并且最大“串扰”可调。[0050]在根据图4的第二实施方式中，天线系统27由多个天线28构成，其中每个天线28都可用作发射器一接收器单元。这里，天线28以相对于彼此限定的距离和/或角度围绕焊接7布置。基本上，每个天线28都与偏移90°的对应天线28相关。在该实施例中，七个天线28布置在半圆上，每个都偏移30°。两个相对应的天线28总是同时被启动。推荐使天线28移动，但是在这里并非一定必须这样。换言之，为了提供所需要的测量位置，在这种布置中可以使用任何数量的天线28。
[0051]在第三实施方式中，具有变化极化的反射波可以通过在测量位置以电力方式改变天线28的扭转角31来接收。反射波与发射波的极化以及反射波的变化极化一起来接收。为此，天线28的接收器包括两个输出端，从而可以对具有不同极化的反射波进行评估。根据图5，这通过以实际上不存在的虚线绘出的天线28表示，这是因为极化的切换是以电力方式进行的。这里，使用例如圆形波导作为天线28。天线28围绕焊炬7以如下方式运动，即，天线28围绕其自身轴线旋转和横向于边缘26运动并且/或者围绕焊炬7旋转。
[0052]天线28产生电磁波，该电磁波根据所述天线的频率和形状辐射工件14的区域，该区域比焊缝跟踪系统的所需分辨率和/或精度大得多。例如，在77GHz的频率时，对辐射能量的98%来说该区域的最小可能直径为近似1.5cm。然而，对于该过程来说，需要亚毫米(例如0.1mm)范围的分辨率，该分辨率通过评估多个空间位置的极化的变化和测量来实现。在少数波长上的所需聚焦可通过适当地设定频率和直径来实现。如果发射波撞击工件14的平坦表面而不是边缘26，则反射波将具有与发射波一样的极化。
[0053]然而，在工件14的边缘26处，反射波的极化与发射波相比发生变化。极化的这种变化是由于边缘26和极化平面之间的扭转角31产生的，并且可以通过发射器和接收器的成角度布置来接收。因而，只有具有反向极化的反射波被相对于发射器的天线28成角度布置的接收器的天线28接收。
[0054]在该评估中，将针对不同测量位置记录的不同反射行为组合，并在此基础上确定边缘26的位置和取向以及几何形状数据(诸如间隙的宽度)。测量位置可以例如每隔2ms改变。这里，焊炬7的前向运动对测量结果仅具有微小影响。
[0055]依赖于位置和极化平面来观察反射波的幅度和相位的分布图。根据不同测量位置的电流的方向的分布，各个波被反射为具有不同幅度和相位。据此，通过反射波的幅度和相位的评估能够识别出位置(相位)和方向(幅度)。
[0056]通过借助于运动方向30移动天线系统27，辐射区域33 (被照射区域)也移位，因此边缘26在被辐射区域即被照射区域中的位置相对于边缘26也移位。因而，根据相对于边缘26的扭转角31，接收波的强度也发生变化。扭转角31的变化导致波传播的分布也发生改变，因而导致反射波的幅度发生变化。根据天线系统27，两个不同的天线28的发射器和接收器彼此偏移90°，因此如果天线系统27基本沿着半圆移动，则扭转角31可在一 90°和+90。之间。
[0057]如果工件14的边缘26在半圆的0°线上，则一个天线28也布置在0°位置，并且第二天线28布置在一 90°位置或+90°位置。在这种情况下，波的极化保持基本不变，这是因为由于发射器和边缘26平齐对准没有极化没有发生任何变化。这里，扭转角31为0°。
[0058]然而，如果每个天线28以45°的扭转角31朝向边缘26取向，即一个天线28以45°朝向边缘26取向，而第二天线28以一 45°朝向边缘26取向，则极化变化将实现反射波的最大幅度，如在根据图6的幅度图中所示。
[0059]因而，借助于由于反射波的不同幅度引起的极化测定评估可毫无疑义地确定边缘26的方向。评估模块至少通过使用例如具有最大幅度的测量位置之间的中央的测量位置作为用于方向的测量而从具有最大幅度的测量位置识别出该方向。当然，也可以对测量位置之间的幅度的分布图进行插值，从而也可以将插值分布图上的位置看作用于方向的测量。
[0060]另一方面，如已经提到的且能够在图7中看到的，边缘26的位置通过反射波的相位的分布图来识别。因此，在每个测量位置捕获并存储反射波的相位，从而能够评估测量位置之间的相位变化。这里，相位变化发生在变量26处，这是由于距离因为不同的测量位置而发生变化，因而反射波被延时接收。然而，这种改变不会突然发生，而是根据曲线逐渐地发生，这是因为根据各个测量位置的被照射区域的表面，波以不同的延迟反射，从而相位与边缘26在被照射区域中的位置一起改变。当边缘26位于被照射区域的中央区域中时，反射波的相位具有其最小值。
[0061]在极化测定评估中，可以从所存储的相位值识别出最小值，并且能够据此通过将由评估评模识别的最小值与测量位置相关联来确定边缘26的位置。当然，代替或除了极化测定评估之外，也可以采用单静态评估。
[0062]为了加速评估和/或更快地获得极化变化，天线系统27优选相对于边缘26以45°的扭转角布置，特别是根据图2。这防止了反射波的极化不改变。同样，焊接任务的类型(诸如用于I型焊缝的对焊接头、用于V型焊缝的对焊接头、用于角焊的搭接接头或T型接头)可以通过焊接装置I的输入和/或输出装置19针对该位置确定来设置。这允许进行更快的评估，因为预期的反射波使得可以将反射波更快且更容易地关联。
[0063]由于天线28围绕焊炬7的组合的平移和旋转运动(图2)，工件14的边缘26在一测量位置受到来自不同极化方向的发射波辐射，并且反射波被捕获。为此，在一测量位置的扭转角31通过将天线28扭转而改变。天线的该附加运动增加了每个测量位置的测量精度，并且相应地增加了评估模块的结果。
[0064]基于对工件的边缘26的位置和方向的评估，如果适当的话可对焊炬7和/或焊接头的位置进行校正。就结构来说，天线系统27的中央点与焊炬7的中心轴线齐平地对准，因此对于焊炬7的校正位置来说相关联的测量位置也必须齐平。为此，改变焊炬7的位置所需的距离借助于测量位置和中央点之间的角度与扭转角31的差来确定。通过使用该评估的位置和方向，焊接机器人可以精确地定位在边缘26处，通过所识别出的方向将下一个测量周期之前的焊接方向32上的偏差保持最小。
[0065]为了还检测例如待焊接工件14之间的不期望间隙并且为了相应地改变焊接过程的参数，需要关于高度的精确信息。根据本发明，该信息可以通过数学模型来计算，该数学模型改变参数以便模拟由评估模块测量和/或提供的结果，因此能够识别出间隙的几何形状。预先选定的焊缝几何形状用作用于该几何形状的基础，因此与其一起存储的模拟结果已经类似于评估结果。通过相应地改变参数，该结果被近似。该模型还可以将若干测量彼此关联，并且例如以这种方式确定间隙的宽度。
[0066]在该模型中，对波的极化的反作用借助于沿着工件14的边缘26的局部电流密度来捕获，因此可对边缘26进行基于模型的检测。
[0067]根据本发明，还可以训练该模型用于复杂几何形状。为此，改变并测量用于焊接过程的决定参数(例如边缘位置、间隙宽度等)。为此，在该几何形状上方移动天线系统28，并将反射作为测量数据捕获。如果几何形状发生变化，所述反射也变化。所获得测量数据可以作为反射图案存储在存储器内。
[0068]在操作过程中，可以将当前测量数据与存储器中的反射图案进行比较以推导出当前参数。然而，因为这种训练过程所需的附加工作以及因为高存储要求，训练过程仅对复杂几何形状有用，复杂形状将使得数学模型的建立耗费大量劳动。
[0069]利用用作发射器的每个天线28还可以用作反射器的事实而使得可在工件14的接头处进行粗定位。为此，发射波的辐射功率和反射波的辐射功率被监测和比较。已知由发射器天线接收的辐射功率，可以正确地换算出由接收器天线接收的辐射功率，以便避免评估误差。毋庸置疑，当使用分开的发射器天线和接收器天线时也可以监测辐射功率。
[0070]天线系统27还可以用来调节焊接系统的TCP (工具中心点)。为此，例如在更换焊接头7的消耗件之后，通过利用不同的工件密度和间隙宽度、在工件14的已知几何形状(诸如搭接接头、T型接头、角焊缝等)上方执行焊接机器人的校准运行，通过天线系统27记录用于位置、方向和几何形状的对应测量来调节焊接系统的TCP。该TCP可以根据这些测量来设定。
【权利要求】
1.一种用于在工件(14)上方定位机器人焊接系统的焊接头的方法，其中为了进行位置确定，以微波形式从布置在所述焊接头上的发射器向所述工件(14)发出测量信号，在所述工件(14)上反射的微波被布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，且所接收的微波由评估模块来评估以确定所述工件(14)的边缘(26)的位置，其特征在于，所述微波是从位于所述焊接头上的不同位置的至少一个发射器发出的，并且反射微波在极化变化的情况下由布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，所述至少一个接收器具有相对于所述发射器的极化平面成角度布置的极化平面，并且所述边缘(26)的位置由所述评估模块至少基于在所述不同位置处反射的各个微波的相位变化来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述焊接头上布置至少一个发射器一接收器对，其中一发射器和一接收器相对于另一个发射器和接收器以90°的角布置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，发射器和接收器以线性或径向方式一起围绕所述焊接头运动，并且在规定的测量位置处发出和接收测量信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，除了位置之外，还至少通过在所述测量位置处反射的微波的幅度来识别所述边缘(26)的方向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，另外确定待被焊接在一起的工件(14)之间的间隙的宽度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，输入所述工件(14)的厚度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在不同的测量位置中布置至少一个发射器和一个接收器，其中所述测量信号由一发射器发出，而所反射的测量信号由位于测量位置的相对于该发射器成角度地布置的至少一个接收器接收和评估。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，围绕所述焊接头布置的各个测量位置中的发射器被接连地启动，其中所反射的测量信号始终由至少一个接收器接收并转送至所述评估模块以进行位置确定。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过输入和/或输出装置(18)设定焊接任务的类型，以进行所述位置确定，所述焊接任务诸如用于I型焊缝的对焊接头、用于V型焊缝的对焊接头、用于角焊缝的大叫接头或T型接头。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所输入的焊接任务，检索以所存储的测量信号的形式设计的存储模型或用于计算该模型的存储形式，以便通过所述评估模块将其与所接收的测量信号进行比较。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述评估模块利用所接收的测量信号的功率来确定所述焊接头相对于所述工件(14)的大体位置。
12.一种用于在工件(14)上方以模型支撑的方式定位机器人焊接系统的焊接头的方法，其中为了进行位置确定，以微波形式从布置在所述焊接头上的发射器向所述工件(14)发出测量信号，在所述工件(14)上反射的微波被布置在所述焊接头上的至少一个接收器接收，且所接收的微波由评估模块来评估以确定所述工件(14)的边缘(26)的位置，其特征在于，所评估的测量信号被从所述评估模块转送至模型计算模块，包含多个规定参数的存储模块通过该模型计算模块而启动，所述模型通过由输入和/或输出装置(18)输入的焊缝几何形状来选择，并且通过修改预定的参数将所计算的模型与所评估的测量信号进行比较直到能获得规定的一致性。
【文档编号】B23K9/095GK103501951SQ201280003807
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】安德烈亚·阿德雷, 安德烈亚·施特尔策 申请人:弗罗纽斯国际有限公司