用于在焊接期间手工焊缝跟踪的系统和方法以及焊接辅助
系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及在焊接期间焊缝跟踪，包括在焊接的同时向焊接者提供反馈的基于
传感器的焊接辅助系统。
背景技术
[0002]
电弧焊是用于在
电极与基料之间使用电弧以熔融或以其它方式融化焊接点处的金属来联结金属的方法。该过程使用直流
电流或交流电流、以及可消耗或不可消耗的电极。
焊接区域大体由一些类型的保护气体、蒸气、和/或
熔渣来保护。
[0003] 由于焊接在许多情况下是手工操作，因此关于所涉及的过程已产生理论和经验的体系，从而像很多行业技能那样需要一定程度的手工灵巧。焊接通常被认为对于初学者而言是相当困难的，原因是需要经历几十或几百个小时的来学习基本焊接技能。建造以及其它的专业焊接工作通常需要焊接证书，从而随后可能需要
对焊接课程论文、测试、协会会员、定期重复测试等的证明。
[0004] 由于焊件能够与所涉及的基底金属（多种基底金属）一样坚硬（当完成良好时）或者可能无论如何缺乏任何结构完整性（当完成欠佳时），并且由于此外大型建筑元件和重要结构任务可能依赖焊件，因此焊件的
质量对于结构的完整性能够是关键的。
[0005] 焊接对焊件周围的材料的影响可能是不利的，关键取决于所涉及的材料以及所使用的焊接过程的热输入。所谓的热影响区或HAZ能够具有不同的尺寸和强度；其尺寸和固有性质取决于例如焊接速率、焊接电流、和基底材料的热扩散率的因素。由焊接过程输入的热量也起到重要作用；
电弧焊落在
激光焊接和
氧乙炔焊接的两个极端之间，单独过程的热输入在某种程度上发生变化。
[0006] 影响焊接质量和HAZ的因素包括电流设定、电弧长度、电极
角度、电极操纵、行进速度、和正确的
焊条或者填料选择。
[0007] 这些因素中的每一个都能够根据情况发生变化。例如，在保护气体（又称
焊丝（stick））焊接的情况下，电弧长度不应当超过电极的金属部分（芯）的直径。将电极保持过近会降低焊接
电压。这产生了可能使其自身熄灭或者造成焊条冻结的不规则电弧，以及产生具有高
冠部的焊道。过长的电弧（一般是由于过高电压）产生飞溅、低沉积速率、根切和可能的孔隙度。
[0008] 许多初学者使用过长的电弧焊接，从而产生具有（如上文所述）过度飞溅的粗糙焊道，这包括在焊接期间四处飞散并且在基底材料上冷却从而形成粗糙不平的表面的融化金属厚片。熟练的焊接者使用非常特定的技术，包括紧凑受控的电弧长度，该紧凑受控的电弧长度改进焊道外观、产生较窄的焊道并且使飞溅最少化。实现该
水平可能花费数年，并且学习过程由于缺乏对个人技术质量的直接反馈而受到阻碍，原因是焊道通常是难以看到的白热区，并且当冷却时，焊道被熔渣层隐藏。只有在焊道已冷却并且熔渣脱落之后，才能够看到个人技术的实际成果。过短的电弧将造成焊条粘结。过长和过大的熔融金属液滴将会从焊条滴下并且将倾向于“爆炸”和飞溅。长电弧还产生熔透欠佳的不均匀焊道。
[0009] 过小的电流强度造成难以穿透（strike）的弱电弧。过大的电流强度造成巨大弧坑、或者具有过度飞溅的平坦焊道。
[0010] 焊条角度影响熔透。一种常见的焊接技术包括保持焊条与接头接近垂直以提高熔透；然而，这能够造成熔渣被捕集到焊件中。使焊条下降得过平或过低使熔透降低并且造成焊波。
[0011] 速度影响所沉积的焊条的量和焊道的均匀性。行进过快产生具有小熔透的薄焊道，而行进过慢使得焊道形成与基底金属重叠的边缘，并且在薄金属上可以在基底材料中形成孔。适当的行进速度产生具有期望轮廓（或“冠部”）的焊道、宽度和外观。为了实现正确的轮廓，调节行进速度使得电弧保持在焊件熔池的前三分之一内。缓慢的行进速度产生具有浅熔透的宽的凸形焊道，而过高的行进速度也使熔透降低，产生较窄和/或高度冠形焊道，并且可能产生根切。
[0012] 使问题复杂的是，已建立了用于不同情况的多种技术。例如，沿水平和仰焊
位置的焊接大体使用“拖焊”或“反手”技术，其中焊接者保持工具与接头垂直并且使工具沿行进方向倾斜大约5至15度。对于竖直向上焊接而言，使用“手压”或“正手”技术，从而使工具的顶部倾斜离开行进方向15度。
[0013] 为了在较厚的材料上产生较宽的焊道，操纵电极从侧到侧从而产生连续系列的部分重叠的圆形、或“Z”形、半圆形、或者曲折台阶图案。侧到侧运动被大体限定在电极芯的直径的2-1/2倍。为了
覆盖较快宽的区域，制造多次通过或者“线状焊道”。
[0014] 当竖直向上焊接时，需要手压技术。必须在每一侧稍微停顿，以允许焊道的远侧冷却，从而使得焊件熔潭（weld puddle）赶上当前位置，并且保证固体“配合”到
侧壁。
[0015] 如本领域技术人员将显而易见的，必然需要对焊件熔潭的
视野好。否则难以或不可能保证在接头中焊接、将电弧保持在熔潭的前缘上、并且使用正确量的热。由于通过烟雾的可见性降低，因此由焊接过程产生的烟雾也能够使事情复杂化。
[0016] 没有进入特定活动面罩的初学焊接者常常遇到的一个问题是焊接面罩具有高度阻光因素，使得直到焊接开始，才能够看到
工件。因此，必须在看不见的情况下大体保持工具靠近工件、关闭面罩、并且开始焊接，从而仅靠个人的本体感受感来引导，直到开始焊接。
[0017] 对于在平面上焊接而言，焊条应当离开竖直成10至20度的角度并且沿箭头方向被拉动。焊条的角度防止熔渣赶上焊条，这是不期望的，原因是在熔渣上焊接造成焊件中的夹杂物。
[0018] 在焊丝焊接的情况下，焊条随着焊接进行而变得更短，并且需要有意识地努
力以随着焊条变短而使电弧的长度减小。过度的电弧长度能够造成不稳定的电弧。过多的热和根切是常见的初学者错误。
[0019] 应当理解，除非焊接者连续改变他的抓握，否则用于焊丝焊接的焊条长度的改变也将影响焊条角度。焊条的角度还应当在焊件的长度上得以保持。需要实践来避免使超前角随着焊接进行而减小，原因是这能够造成熔渣夹杂物或者造成电弧熄灭。
[0020] 如本领域技术人员应当清楚的，
视觉反馈对于在手运动期间跟随焊缝是关键的。由于对焊缝的视线的需要，有时难以提供需要的设备以用于传输如各种焊接技术（例如MIG/TIG）所需的辅助气体，原因是该设备可能阻挡焊接者的视线。
[0021] 由于过程中所涉及的高水平的手工灵巧，通常每一个焊接者都以或多或少独特的
风格来操纵或摆动电极。实现该水平可能花费数年，并且学习过程由于缺乏对个人技术质量的直接反馈而受到阻碍。
[0022] 如上所述，多种因素共同造成学习焊接技术特别困难。在一些条件下无法看到工件、需要紧密控制焊道特性（该焊道特性接着取决于速度、角度、和其它因素）、以及用于不同条件的不同的技术全都使得焊接过程复杂化。
[0023] 因此，改进的用于焊接的方法仍然是长期需要的。
发明内容
[0024] 本发明涉及辅助焊接者沿焊缝执行一致焊接的装置。
[0025] 此外，本发明的这些和/或其它的方面以及/或者优点：在下文的详细描述中有所阐述；可能能够通过详细描述推理得出；以及/或者能够通过实践本发明而习得。
[0026] 提供一种焊接装置属于本发明的起源，该焊接装置包括：
[0027] 多个传感器，所述多个传感器适于感测焊道的参数；
[0028] 指示装置，所述指示装置适于向使用者指示所述传感器的测量结果；
[0029] 由此向焊接者提供关于所述焊道的参数的实时反馈。
[0030] 其中所述传感器包括距离传感器也属于本发明的范围内，所述距离传感器适于感测电弧长度。
[0031] 其中所述传感器包括
位置传感器也属于本发明的范围内，所述位置传感器适于感测相对于预定的期望焊道位置的焊道位置，所述位置传感器感测选自包括以下的组的参数：沿与所述焊道平行的方向距期望焊道的距离；沿与所述焊道垂直的方向距所述期望焊道的距离。
[0032] 其中所述传感器包括速度传感器也属于本发明的范围内，所述速度传感器适于测量所述焊道的产生速度。
[0033] 其中所述传感器包括卷轴（spool）速度传感器也属于本发明的范围内，所述卷轴速度传感器适于测量卷轴消耗的速率。
[0034] 根据
权利要求1所述的焊接装置，该焊接装置还包括电极
定位装置，该电极定位装置适于使所述
焊枪的电极在与所述焊道方向垂直的往复运动中移动。
[0035] 还包括编程装置也属于本发明的范围内，该编程装置适于允许使用者设定所述定位装置的参数。
[0036] 其中所述参数包括摆动
频率也属于本发明的范围内。
[0037] 其中所述测量结果包括对所述焊道位置与期望的焊道位置的偏差的测量也属于本发明的范围内。
[0038] 其中所述
喷嘴是可互换的也属于本发明的范围内，其中一组喷嘴适于不同的焊接工作。
[0039] 其中所述枪包括主动冷却装置也属于本发明的范围内。
[0040] 其中所述指示装置是可佩带的也属于本发明的范围内。
[0041] 其中所述传感器包括惯性测量装置也属于本发明的范围内。
[0042] 还包括用于计算和画出所述焊道的路径的装置也属于本发明的范围内。
[0043] 还包括用于测量和存储来自多次试运行的焊接参数的装置也属于本发明的范围内。
[0044] 其中所述存储的焊接参数用于指示期望的焊接参数也属于本发明的范围内。
[0045] 其中所述指示装置适于显示期望的工具路径也属于本发明的范围内。
[0046] 其中所述指示装置包括视频显示装置也属于本发明的范围内。
[0047] 此外，本发明的这些和/或其它的方面以及/或者优点：在下文的详细描述中有所阐述；可能通过详细描述推理得出；以及/或能够者通过实施本发明而习得。
附图说明
[0048] 为了理解本发明并且看到本发明如何在实践中实施，现在将仅通过非限制性举例的方式来参照附图对多个
实施例进行描述，在附图中：
[0049] 图1示出了示例性系统图，其中示出了本发明的主要部件；
[0051] 图3a、3b示出了本发明的示例性系统；
[0052] 图4示出了系统的示例性焊枪的横截面；
[0053] 图5示出了本发明的显示系统的几个例子；
[0054] 图6示出了系统的多个喷嘴；
[0055] 图7示出了具有可调
支架的喷嘴的例子；
[0056] 图8示出了系统的喷嘴的实施例；
[0057] 图9示出了系统的喷嘴的另一个实施例；
[0058] 图10示出了系统的喷嘴的另一个实施例；
[0059] 图11示出了系统的喷嘴；
[0060] 图12示出了本发明的进度表；
[0061] 图13示出了与本发明的某些实施例一致的焊枪、屏幕、和进度表；
具体实施方式
[0063] 与本发明的所有章节一起提供以下描述，以便使得本领域技术人员能够利用所述发明并且阐述由实施本发明的
发明人所构想的最佳模式。然而，由于本发明的一般原则已被具体限定为提供一种提供用于焊接的系统和方法的装置和方法，因此各种改型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
[0064] 在以下的详细描述中，阐述了多个特定细节以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在不具有这些特定细节的情况下实施这种实施例。由于正如每一个特征都能使得想到整体，因此每一个特征也可能产生其余部分。并且最终当特征显示时，这种全新的特征将被想起。在整个
说明书中对“一个实施例”或“实施例”的称谓的意思是结合实施例所描述的特定的特征、结构、或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。
[0065] 术语“多个”在下文中指的是任何正整数（例如，1、5、或10）。
[0066] 术语“焊接”在下文中指的是用于通过电弧、增加填料材料以形成冷却成焊件的融化材料熔池来连接金属的过程。
[0067] 在本发明的一些实施例中，本发明涉及用于为焊接者焊接辅助的装置，以及用于在焊接期间协助焊接者的半自主焊接装置。
[0068] 该装置包括焊接喷嘴、焊缝传感器（多个焊缝传感器）、焊枪、用于使用者的反馈单元、控制单元、尖端移动单元、以及附件。
[0069] 焊接喷嘴可以是可互换的（例如通过快速连接系统），并且可以具有适于焊接要求的形状。因此，可以提供不同形状的喷嘴用于对接焊、搭头焊、搭接焊、直
角焊、管道焊等。喷嘴可以具有可调尖端以适应不同的焊接环境，例如平焊、直角焊、和立焊。
[0070] 喷嘴是一次性的属于本发明的范围内，并且在一些实施例中，喷嘴可以是柔性的以便符合焊件几何形状。
[0071] 包括多个传感器属于本发明的范围内。
[0072] 包括引导轮或者多个引导轮以保持固定或可控的电极-焊缝距离属于本发明的范围内。
[0073] 喷嘴可以穿孔或者具有网形
框架属于本发明的范围内。
[0074] 喷嘴可以包括
弹簧机构以用于高度符合属于本发明的范围内。
[0075] 喷嘴可以具有
垫片以允许不同的尖端高度属于本发明的范围内。
[0076] 喷嘴可以成刷式属于本发明的范围内。
[0077] 喷嘴可以由例如
黄铜、
铁、陶瓷、
硅等的材料构造。
[0078] 喷嘴可以包括冷却机构，该冷却机构为焊接过程提供
温度受控的环境。该冷却机构可以使用保护气体作为冷却介质，并且/或者能够使用额外的冷却介质。喷嘴可以与多个通道配合以用于冷却
流体从而允许对期望区域进行有效冷却。能够可选地使用主动冷却，以用于冷却系统中的各个部件。
[0079] 在本发明的一些实施例中，焊接传感器用于提供能够指示焊缝位置的反馈。传感器用于提供关于电压、电流、工具-焊件距离、焊缝特性、温度等的反馈和/或控制。传感器（或多个传感器）可以包括以下技术中的一种或多种：
[0080] 电流传感器、电压传感器、
超声波传感器、
光学传感器、激光传感器、电感传感器、
压力传感器、接近探测器、触觉传感器、
磁传感器、
电磁传感器等。
[0081] 喷嘴可以是
气动喷嘴，该气动喷嘴使用可预先存在或者由系统增加的外部特征，例如标记装置（例如标签或其它的标记）。
[0082] 包括这样的焊枪属于本发明的范围内：该焊枪可以包括引导电极线的设施，可以包括气体进给、冷却元件、可以是配合到装置中的标准可购得的单元、
真空和/或鼓风机以去除过程烟气、以及如下文所描述的反馈单元。
[0083] 在本发明的一些实施例中，反馈单元为使用者提供对焊缝位置的提示。在一些实施例中，反馈单元可以指示使用者如何校正其焊接运动。在本发明的一些实施例中，反馈单元仅校正与焊缝垂直的方向。在本发明的一些实施例中，反馈单元提供对焊枪沿焊缝的速度的反馈。
[0084] 系统的反馈装置可以包括以下中的一个或多个：LCD屏幕；LED指示；听觉反馈；
触觉反馈；以及触感反馈/控制（例如沿正确方向推动使用者）。
[0085] 在本发明的一些实施例中，控制单元提供用于控制、测量和向使用者指示焊接过程的各个方面的装置。
[0086] 多种任务可选地由
控制器执行并且可以包括在焊接参数上的控制，焊接参数例如电流、电压、频率、喷嘴-工件距离、电弧长度、电极角度、电极操纵、行进速度、正确的焊条或者填料选择等。
[0087] 控制器例如通过基于使用者在当前或过去的焊接期间成功的反馈而具有适应能力属于本发明的范围内。
[0088] 使用自动校正焊接位置处于本发明的范围内；例如，在一个实施例中，控制器可以读取焊缝偏移，并且在给定限制内自动提供校正或反馈。因此，该系统可以物理移动喷嘴以改变焊缝偏移，并且/或者可以向使用者指示如何调节（在单元例如通过使用伺服
电机或其它装置自动校正的同时），并且/或者可以仅向使用者指示给定的调节是需要的。
[0089] 该单元可以以相同的方式提供关于焊件速度、角度、摆动图案、电流、填料类型、相对工具-焊缝位置等的自动校正和/或反馈。
[0090] 使用焊接参数（例如包括用于各种条件和期望结果的速度、距离、摆动参数、填料类型等）的库（例如，呈
数据库的形式）以用于使用并且/或者向使用者显示也属于本发明的范围内。如上所述，各种条件包括不同的焊缝类型、金属类型、工件位置等。期望结果可以包括例如熔渣夹杂物、焊件熔透的深度、热分布（作为时间和位置的函数的焊件的温度）、焊件形状、材料外形、焊件强度、材料用途等。
[0091] 在本发明的某些实施例中，可以通过尖端移动单元来控制尖端，该尖端移动单元提供（例如）与焊缝方向垂直的运动。该移动单元可以具有从5到20mm的总行程，并且在一些实施例中允许对行程、摆动图案、速度等进行控制。可选地，可以通过固定的行进运动限制和频率来使用特定的单元。尖端单元移动可以包括对侧向运动以及/或者向前/向后运动进行控制的措施。
[0092] 在本发明的一些实施例中，尖端单元基于伺服
驱动器。使尖端单元移动的设计可以包括偏
心轴线机构（例如）以提供左-右运动（与焊缝方向垂直）、可设定或可编程振幅机构以用于改变该运动的程度或振幅、以及致动装置（例如，小型
伺服电机、
超声波电机、压电电机、螺线管、直流电机、气动
致动器、直线电机等）。
[0093] 在本发明的一些实施例中，焊接系统包括向使用者提供反馈的光学或视觉系统。该视觉系统可以用于通过各种反馈指示来显示焊缝的图像，例如温度、工具-焊缝距离、电极角度、速度等。使用嵌入在视觉单元中的多个
滤波器来解决不同的光照条件属于本发明的范围内。使用光纤系统以用于将光学信息从一个位置传输至另一个位置也属于本发明的范围内。例如，可以通过光纤视觉系统来获得喷嘴内的视觉信息。
[0094] 在本发明的一些实施例中，视觉系统使用一个或多个IR传感器作为监测焊接过程的装置。
[0095] 采用用于向使用者展示信息的屏幕属于本发明的范围内。这可以包括显示期望的工具位置等的覆盖图（overlay）。视觉系统可以包括光学、IR、和红外敏感元件（例如CCD）、以及光学表示元件（例如LCD屏幕、OLED屏幕等）。可选地，这可以是用于设定各种参数（例如期望的焊件结果（如上所述））的
触摸屏。
[0096] 在本发明的一些实施例中，
电子不透明度控制器用于改变到达视觉系统的检测元件的光照水平。在本发明的一些实施例中，保护气体用于保护视觉光学元件（多个视觉光学元件）不受到火花、飞溅等的影响。
[0097] 通过使用本发明的视觉系统而开始焊接过程也属于本发明的范围内。例如，使用者可以半压焊接工具触发器以看到工件的图像，而通过全压焊接工具触发器来隐藏视觉元件并且开始焊接过程。
[0098] 在本发明的一些实施例中，向使用者显示焊接现场的视频表示，使得原则上，可以使焊接面罩的非常黑的元件较浅。在这种情况下，本发明的焊枪可以具有防止使用者与工件之间的视线的保护元件，以防止来自工件的
辐射和飞溅到达使用者。使用者能够在本发明的视频屏幕上观察工件进度，可能通过指示这种参数（例如与期望的位置、速度、电流、电压等的偏差）的各种覆盖图。
[0099] 该系统可以通过使用不同的附件和工具而适于额外的情景，例如
数据采集装置、组焊接设备、QA监测、训练&资格模
块、和自动模式。
[0100] 该模式包括用于实时确定尖端相对于焊缝的位置的机构和
算法。可选地，移动尖端单元用于提供运动校正。备选地，可以沿摆动方向（即与焊缝垂直）以及/或者沿焊缝方向和/或沿与焊缝垂直的方向完成校正。
[0101] 在本发明的一些实施例中，焊接辅助单元被结合到半自动或全自动焊接系统（例如
机器人焊接系统）中。
[0102] 在一些实施例中，该系统能够用于在焊接期间或之后对焊件进行QA检查。
[0103] 在本发明的一些实施例中，焊件辅助单元与进度测量和/或控制装置相配合，该进度测量和/或控制装置测量和/或控制尖端运动的速度。可选地，进度单元向使用者指示他是否移动过快或过慢。对使用者的指示可以呈比例尺或曲线图、显示、听觉
信号、触觉信号等的形式。
[0104] 在本发明的一些实施例中，进度单元可以包括
加速度计和/或陀螺系统。可选地，各种其它的传感器可以用于计算速度和路径，包括惯性测量系统、磁力计、倾角计、光学传感器等。例如，该系统可以基于RF三角测量、声波三角测量、航位推算、或者如本领域技术人员将清楚的任何其它的惯性测量单元。
[0105] 在本发明的一些实施例中，进度单元可以用于在使用期间计算路径、速度、和加速度。该信息可以用于指导使用者并且/或者提供例如呈焊接质量评价形式的反馈。在这种评价中，可以展示实际路径的图、平均偏差的测量结果、以及与焊件相关联的其它的参数和统计数据。可选地，该图可以覆盖在工件的实
体模型和/或图片之上。可选地，焊接部件的已知几何形状可以结合进度单元使用，以提供关于焊枪或手位置以及期望的焊缝/焊道位置的准确数据。
[0106] 作为测量偏差的例子，可以通过多个点Pi来描述焊接路径。原则上这些可以是包括时间的点，例如三重Pi=(Xi,Yi,ti)或者四重Pi=(Xi,Yi,Zi,ti)。可以通过点Ai类似地描述实际路径。随后可以通过例如以下均方根来计算偏差：
[0107]
[0108] 备选地，可以在不参照时间并且仅考虑空间中期望路径与实际路径之间的差值的情况下计算偏差。
[0109] 在本发明的一些实施例中，进度单元是单独单元，它能够作为对现有装置（例如标准焊炬）的
翻新被附接，以提供进度指导和/或QA报告。
[0110] 在本发明的一些实施例中，进度单元能够用作学习专家焊接者的路径的工具，以用于进一步参考和/或指导。在本发明的一些实施例中，该单元可以计算与期望的焊接曲线（可以呈例如直线、圆、交叉管几何形状、直角等）的偏差。
[0111] 在本发明的一些实施例中，进度单元用于计算焊件运动速度，并且根据焊件速度和期望的材料沉积深度来调节送丝速率。
[0112] 在本发明的一些实施例中，条码、RFID、QR码、或者其它的读取器可以被结合到系统中，以提供关于部件的数据。例如，该数据可以包括部件期望几何形状、焊接参数、部件材料、以及期望的速度和进度。被读取的标签（多个标签）或者其它元件可以定位在工件上、操作者站、或者其它的位置处。
[0113] 在本发明的一些实施例中，部件几何形状可以用于将它与如当前测量的实际路径比较。该认识可以进一步可选地用于提供指导以及/或者反馈和/或QA报告。
[0114] 在本发明的一些实施例中，使用者可以向系统指示将执行的焊接的类型（例如包括直线、圆、管段等的弯曲以及/或者类型，例如对接焊、搭头焊等）。系统将在焊接执行期间计算与与期望几何形状的实际偏差属于本发明的范围内，例如计算统计数据（例如均方差等）。
[0115] 在本发明的一些实施例中，焊接辅助单元设置有给出对焊炬
手柄取向（例如竖直取向、水平取向、倒转取向、或者呈一组角度形式的取向）的指示的传感器。基于单元取向，可以使用不同组的焊接参数来指导使用者执行更好的焊接。
[0116] 在本发明的一些实施例中，焊接辅助单元提供关于焊接参数（例如能够用于验证焊接过程的质量的与期望的路径、热影响区和特性、焊件强度近似等的偏离）的“质量保证”或QA报告。
[0117] 可以提供呈子系统形式的QA报告，该QA报告可以是系统或进度单元的可选或整体部件。各种参数可以用于提供QA信息，例如：焊件电流、焊件电压、焊件频率、焊件速度、焊件路径、与期望路径的焊件偏差、焊件送丝速率、焊件几何形状、熔融熔池特性、HAZ特性等。
[0118] QA信息可以被展示给使用者或者存储在数据库中。该信息可以被展示成曲线图和/或图表，包括展示参数之间的关系。例如电流对比焊炬速度、送丝对比焊炬速度、与期望路径的偏差对比焊炬速度、HAZ对比电流等全都可以被展示以允许使用者进入焊接技术中擅长或不擅长的区域。
[0119] 视觉和/或光学系统也可以用于QA报告。焊件或熔融熔池的图像和视频能够被展示或者能够与额外的覆盖信息一起使用。
[0120] 图示出了本发明的焊接系统100的示例性简化图。该例子中的系统包括焊接尖端105，该焊接尖端105提供了将焊丝电极传送至焊件位置的装置。焊接喷嘴110附接到单元的前端，从而保卫保护气体不受环境的影响，并且保护使用者和系统的其余部分不受焊接过程的强光的影响。尖端运动单元120提供沿侧向方向（与焊缝垂直）的必要运动。可选地，尖端运动机构提供沿焊缝方向的运动。
[0121] 在本发明的一些实施例中，尖端运动机构包括沿进入/离开焊接方向的驱动机构（即进入/离开工件、改变工件-焊接尖端距离）。
[0122] 在本发明的一些实施例中，传感器嵌入在运动机构和/或喷嘴中，以向系统提供反馈。在例子中，线圈125用于测量通过尖端的电流并且因此向系统提供关于焊接条件的反馈。可选地，例如电流换能器的单元能够用于反馈。
[0123] 在图1的例子中，离心轴和机构128用于提供侧向“摆动”运动，从而允许操作者使用更简单的直线运动。可选地，显示器130配合到单元上，以向使用者提供反馈。在本发明的一些实施例中，
马达140嵌入在单元中，以提供用于驱动尖端运动单元的装置。手柄150和操作按钮典型地与焊枪一起使用。在本发明的一些实施例中，嵌入式控制装置（例如
微处理器）提供工具的在线布置，并且能够任选地用于额外的目的，例如驱动显示器130、收集数据、与数据库通讯等。额外的附件能够用于改进焊接过程。
[0124] 在本发明的一些实施例中，外部PC或者其它的计算装置用于向使用者提供反馈，包括可以被发现有用并且可以被自动展示且/或由使用者选择的各种信息。外部数据库能够连接至系统，以提供最佳参数并且存储过程的各个方面以用于进一步使用。可选地，数据库包括与特定使用者相关的特定信息，其中到达使用者和系统的焊接参数以及反馈信息能够是最佳的。数据库可以是网络和/或
网站可
访问的，从而允许例如多个使用者共享数据（例如关于何种设定对于何种金属是最佳的等）。可以供给另一个数据库以用于报告、检查、和QA目的。
[0125] 现在参照图2，其中示出了与本发明的一些实施例一致的系统流程图。使用者首先设定焊接参数（210），例如焊接速度、电极进给速率等。使用者随后接近第一焊接点220。在本发明的一些实施例中，内置式小型
照相机能够帮助使用者验证尖端指向正确的开始位置。当正确定位尖端时，获得230电
接触并且能够开始焊接过程240。在本发明的一些实施例中，在使用者沿焊缝移动260时，该单元提供摆动侧向运动250。在本发明的一些实施例中，使用者校正焊炬的侧向位置；可选地，该单元例如在给定范围内自动校正侧向位置
270。该过程在焊接时段期间重复，直到（unit）使用者到达焊接终点280。
[0126] 现在参照本发明的另一个可能的实施例的图3a、3b。电极310提供了填充材料，并且喷嘴320保护焊接区域。显示器330向使用者提供反馈。操作按钮340提供用于激活系统的装置。手柄350用于保持焊接系统。供给线360用于向单元传输各种供给，例如电极进给、电力、保护气体、控制信息等。
[0127] 现在参照图4，其中示出了系统的另一种可能的实施方式。反
馈线圈（410）用于
测量电极电流。离心（偏心）机构420用于提供摆动侧向运动。轴430用于传送来自马达440的旋转运动。
[0128] 现在参照图5，其中示出了示例性显示系统。示出了处于各种条件下的视频显示器（图3a、3b的330）。当使用者以正确的速度并且在焊缝的中心线处移动时，向他展示指示510。在使用者以不正确的速度（高520或低530）移动时，显示器指示偏差。同样地，该系统指示与期望的焊道位置的偏差（指示期望位置左侧的快速焊道（beat）的540，以及指示期望位置右侧的慢速焊道的550）。
[0129] 现在参照图6，其中示出了使用发明性装置的一系列情况。直角焊示于610和620中，而平卧对接焊示于630和640中。管道焊构造示于650和660中；特定的喷嘴形状可以用于这些情况中的每一种情况。如上所述的多种喷嘴可以是可互换、可重复使用或一次性的。
[0130] 垫片675（图7）能够用于改变单元相对于工件的高度。通过将喷嘴678放置在工件上，焊缝与喷嘴之间的精确距离被固定，从而允许随后不需要操作者部分的专
门知识就能够保持精确的电弧长度。可选地，可以手动自动地将垫片调节至特定高度，例如通过螺钉调节。喷嘴678可以由刷式材料制成。
[0131] 可调角度喷嘴（图8元件680，图9元件685）可以配合到焊炬，以允许焊接不同的几何形状。
[0132] 如图11中所示，在本发明的一些实施例中，喷嘴与光纤698（或者多根光纤）相配合，以允许视觉系统观察接近焊缝。
[0133] 现在参照图12，其中示出了示例性进度单元。该单元可以具有图形指示器710，该图形指示器710向使用者提供视觉反馈，例如示出相对于期望焊接速率的当前焊接速率。可选地，扬声器730可以用于向使用者提供听觉反馈。设置按钮720是可选地并且可以用于记录数据，以改变显示并且设定参数。进度单元可以是独立单元，例如，可佩带在腕（700）上。可选地，进度单元可以如750中所示地被结合到焊接单元中。
[0134] 可选地，进度单元可以配合到现有的设备，例如商业焊接头、
喷涂枪等。如本文中所述，进度单元对于需要工具来以给定速度并且/或者在某个轨道上移动的任何过程而言都是有用的，例如焊接、涂料、
热处理、
等离子喷涂、烘干、浸湿、以及任何数量的其它的可能需要手工灵巧或者为了无论什么原因不在速度受控的传送带等上实施的工业过程。
[0135] 图13中示出了进度系统的实施例。该进度系统可以包括焊接工具820，该进度系统附接至或嵌入在该焊接工具820中。指示器830用于显示实际和/或期望的行进速率、以及/或者其它参数。
[0136] 图14是本发明的某些实施方式的方框图。嵌入式控制器840（例如CPU、MCU等）提供实时计算结果、以及与外部装置（例如个人计算机、蜂窝式电话或者
平板电脑）850的连接。外部数据库860也可以连接至系统，以检索和存储数据。系统还可以设置有额外的附件870。
[0137] 尽管已示出和描述了本发明的
选定实施例，但是应当理解，本发明不限于所描述的实施例。相反，应当领会，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同形式限定。
