用于可互换的焊接头的自动化焊接系统的制作方法

用于可互换的焊接头的自动化焊接系统
1.相关申请的交叉参考
2.本申请要求提交于2018年7月25日的题为“automated welding system for interchangeable welding heads”的美国临时申请no.16/044,951的权益，该申请的公开内容以完全引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及一种焊接系统，并且具体地，涉及一种自动化焊接系统，其配置成支持可安装在系统上的各种可互换的焊接头。


背景技术：

4.至少部分地由于与实现高质量手工焊接相关的劳动力成本的增加，自动化焊接正变得越来越普遍。自动化焊接通常需要大量的初始投资，但是如果频繁使用自动化设备，自动化焊接的较低操作成本通常会随时间抵消支付熟练焊工的较高成本。自动化系统有多种形状因素。更基本的形状因素中的一种是焊接牵引器。概括来说(at high-level)，焊接牵引器将焊接头支撑在可移动的支撑结构上。也就是说，在至少在一些形式中，焊接牵引器简单地用作操作者的延伸臂，其将焊接头或焊炬保持在特定高度以提供一致的焊接速度和跟踪。更先进的牵引器还可以包括控制停止和/或启动顺序的附加功能。替代地，可以通过安装在机器人、机架、自动立柱和吊杆等上的焊接头来实现自动化焊接。
5.无论如何对焊接操作进行自动化，自动化焊接都能够极大地提高生产率。例如，从手动焊接(例如，手动金属惰性气体(mig)或金属活性气体(mag)手动焊接)切换到基于自动牵引器的解决方案实现了生产率的大幅提高(例如，生产率提高25倍)。不幸的是，大多数自动化系统只对单一类型的焊接进行自动化焊接操作。例如，许多现有的焊接牵引器仅支持埋弧焊(saw)焊接。替代地，可以稍微重新配置一些较新的牵引器，例如，使得牵引器能够支持saw焊接头或气体金属电弧焊(gmaw)焊接头。然而，重新配置通常是困难的、耗时的，并且当从saw切换到gmaw时，需要用户手动重新配置焊接参数(例如，经由牵引器上包括的控制器)。许多重新配置还需要各种工具和/或合格电工。此外，至少在一些情况下，自动化系统上/中包括的传统saw电源(例如，非逆变型电源)可能不适用于gmaw(例如，saw电源可能降低gmaw的焊接质量)。
6.因此，如果终端用户需要使用不同的焊接操作，则终端用户可能需要完成困难的重新配置或购买多个自动化系统。由于与重新配置有关的困难，终端用户通常购买两个(或更多个)自动化焊接系统，并将该系统专用于特定类型的焊接。例如，终端用户可以将至少一个牵引器专用于saw，并将至少另一个牵引器专用于gmaw。更进一步，在某些情况下，终端用户可能需要使用除saw和gmaw以外的焊接技术，并且因此，即使是成套的自动化系统也可能不适合终端用户的所有焊接工作。在这种情况下，将需要终端用户支付手工焊接或购买另一个自动化系统。然后，除了购买成堆的自动化系统的成本之外，终端用户还必须存储和维护所有这些设备。


技术实现要素：

7.本公开涉及一种用于可互换的焊接头的自动化焊接系统，该自动化焊接系统能够识别焊接头并且针对识别的焊接头自动配置自身。本发明可以实现为方法、系统、设备和计算机可读存储介质中的可执行指令以执行该方法。
8.根据至少一个示例实施例，一种用于配置自动化焊接系统的方法包括识别焊接头，该焊接头机械地和电气地联接到自动化焊接系统。然后，确定与焊接头相关联的一个或多个焊接部件和一个或多个参数，并且使用确定为与焊接头相关联的一个或多个焊接部件和一个或多个参数通过焊接头开始焊接。有利地，该方法允许自动化焊接系统快速且容易地重新改变用途用于不同的焊接操作，例如saw、gmaw和气刨。
9.在这些实施例的至少一些中，焊接头是可互换的焊接头，所述焊接头经由可释放的机械联接件联接到自动化焊接系统的支撑结构。在一些情况下，可释放的机械联接件是无工具联接件。这允许具有不同技能水平的各种终端用户容易地改变焊接头与自动化焊接系统的附接或拆卸(例如，转换到不同的焊接过程)，并且在一些情况下，无论可用的工具如何。附加地或替代地，焊接头可以是可互换的焊接头，所述焊接头经由可释放的电联接件联接到自动化焊接系统的控制器和自动化焊接系统的电源。在这些情况下，焊接头可以在没有合格电工的情况下附接或拆卸，从而增加了在焊接过程之间转换的容易性，并降低了与操作自动化焊接系统相关的人工成本。
10.在其它实施例中，一个或多个参数选自包括以下各项的组：焊丝进给机传动比、焊丝进给速度、编码器脉冲设定、气体流速、焊接电压、焊接电流、焊剂流量和行进速度。附加地或替代地，一个或多个焊接部件可以包括焊剂子系统和/或气体子系统。因此，自动化焊接系统可以适用于各种焊接操作。
11.根据另一个实施例，自动化焊接系统包括支撑结构、多个焊接头和控制器，所述多个焊接头中的每个能够可移除地、机械地联接到支撑结构。控制器配置成基于机械地联接到支撑结构并且可操作地联接到控制器的多个焊接头中的特定焊接头的标识来控制自动化焊接系统的焊接操作。因此，像上面讨论的方法一样，该系统允许终端用户快速和容易地将他们的系统重新改变用途用于不同的焊接操作，例如saw、gmaw和气刨。这可以极大地减小终端用户的自动化设备的尺寸和成本(例如，终端用户可以减少或消除“牵引器停放”)。
12.在这些实施例中的一些中，支撑结构包括焊接牵引器的基座和立柱。在其它实施例中，支撑结构包括立柱和吊杆。此外，在一些实施例中，自动化焊接系统包括焊剂子系统，该焊剂子系统可以被选择性地激活，以为焊接头中的特定焊接头的焊接操作提供焊剂。附加地或替代地，自动化焊接系统可以包括气体子系统，该气体子系统可以被选择性地激活，以为焊接头中的特定焊接头的焊接操作提供保护气体和/或为碳弧气刨提供压缩空气。有利的是，附加的特征或部件可以使自动化焊接系统适用于附加类型的焊接。同时，不同的支撑结构可以允许自动化系统处理不同的焊接作业。
13.无论支撑结构的类型或自动化焊接系统中包括的特征的类型如何，多个焊接头中的每一个都能够经由无工具联接件可移除地、机械地联接到支撑结构，使得焊接头可以快速且容易地从支撑结构移除或附接到支撑结构。此外，在一些实施例中，支撑结构配置成同时支撑多个焊接头中的两个或更多个焊接头，并且控制器基于两个或更多个焊接头中的每一个的标识来控制焊接操作。这可以允许焊接系统执行更细微或复杂的焊接技术，例如串
联saw技术。
14.在一些实施例中，自动化焊接系统的控制器通过限制一个或多个参数的范围来控制焊接操作，这些参数包括电压、行进速度、电流和焊丝进给速度。这可以确保终端用户不会为特定的焊接头选择危险或次优的设定。
15.根据又一个实施例，本文呈现了一个或多个非暂时性计算机可读存储介质。用包括计算机可执行指令的软件编码计算机可读存储介质，并且当执行软件时，所述软件能够被操作以识别机械地和电气地联接到自动化焊接系统的焊接头。然后，确定与焊接头相关联的一个或多个焊接部件和一个或多个参数，并且使用确定为与焊接头相关联的一个或多个焊接部件和一个或多个参数通过焊接头开始焊接。
16.在这些实施例的至少一些中，所述软件还能够被操作以针对一个或多个参数中的每一个参数确定可允许值的一个或多个范围，显示在一个或多个范围内的菜单选项，以及接收菜单选项的用户选择，并且根据用户选择来设定参数。这确保了终端用户只能看到相关选项，从而简化了针对终端用户的配置过程。这也可以确保不会针对焊接操作选择不安全或次优的设定。
附图说明
17.图1是自动化焊接系统的示例性实施例的透视图，该自动化焊接系统呈焊接牵引器的形式，其上可以采用本文所呈现的技术。
18.图2a和图2b示出了焊接牵引器的其它示例，其上可以采用本文所呈现的技术。
19.图2c示出了示例性的立柱和吊杆系统，其上可以采用本文提出的技术。
20.图3是可以安装在图1的焊接牵引器上的可互换的焊接头的侧视图。
21.图4是包括在图3的可互换的焊接头上的连接器的特写侧视透视图，所述连接器同时与包括在焊接牵引器的支撑结构上的附接点接合。
22.图5是包括在图4所示支撑结构上的附接点的特写俯视透视图。
23.图6a和图6b是根据示例性实施例的电路图，每个图示出了在自动化焊接系统中包括的可互换的焊接头和控制器之间形成的电连接。
24.图7是示出了根据示例实施例的用于为可互换的焊接头自动重新配置自动化焊接系统的方法的高级流程图。
25.图8是根据示例性实施例示出与可互换的焊接头相关联的电阻特征的图表。
26.图9是描绘根据示例性实施例的计算机系统的框图，其上可以实现本文呈现的技术。
27.相同的附图标记在整个附图中表示相同的部件。
具体实施方式
28.通常，本文提出了一种焊接系统，该焊接系统能够接收和识别可互换的焊接头。当识别出可互换的焊接头时，系统自动配置自身以支持用识别的焊接头进行的焊接操作。也就是说，一旦焊接头中的一个电连接到焊接装置(例如，牵引器或立柱和吊杆)上包括的控制器，控制器可以基于焊接头的电特性(例如，每个焊接头或与焊接头相关联的电缆可以具有标识电阻器，该标识电阻器具有唯一电阻值)来识别焊接头，并且相应地配置特征(例如，
激活或去激活部件，例如焊剂子系统)和/或焊接参数(例如，限制焊丝进给速度的范围)。因此，终端用户可以使用单个自动化系统进行多种类型的焊接操作，并且终端用户可以快速且容易地在这些焊接操作之间切换。例如，终端用户(即操作者)可以容易地在埋弧焊(saw)、气体金属电弧焊(gmaw)、气刨、双焊丝saw等之间简单地通过将不同的可互换的和特定于操作的焊接头安装到焊接牵引器上进行切换。
29.现在转到图1，通常，在本文呈现的焊接系统可以实施为焊接牵引器、立柱和吊杆系统或任何其它自动化焊接装置；然而，为了简单起见，焊接系统在本文主要结合焊接牵引器进行了说明和描述，其中应理解焊接牵引器仅仅是自动化焊接系统的示例。图1示出了示例牵引器100。牵引器100包括带有轮112的基座110，所述轮允许牵引器100相对于一个或多个工件移动。作为示例，在图1中，牵引器100示出为沿着焊接方向“wd”在工件10和20旁边移动，以便在其间形成焊接接头30。
30.在图1所示的实施例中，基座110包括从基座110的顶表面向上延伸的立柱120。在一些实施例中，基座110可以是机动的或自由转动的(例如，非机动的)。作为示例，基座110可以容纳电池和马达，该马达可操作以响应来自控制器的指令来驱动轮112。另外，在一些实施例中，基座110可以包括和/或支撑焊接电源114。作为示例，图1中描绘的牵引器100描绘了基座110内的焊接电源114，并且焊接电源114经由连接器116连接到焊接头200。优选地，焊接电源114是逆变型电源，其可以提供适合于gmaw、saw、碳弧气刨、屏蔽金属电弧焊接(smaw)、电渣带焊(essw)和其他焊接操作的功率，但是也可以是支持这些焊接操作的任何组合的任何电源(例如，焊接转换器、焊接变压器、整流器和/或晶闸管控制的整流器)。例如，在一些实施例中，焊接电源114可以包括两个并联的直流(dc)电源和/或两个并联的交流(ac)电源，其能够支持具有单焊丝、双焊丝和/或串联saw操作的saw。不管焊接电源114的具体实施方式如何，焊接电源114都可以向通过焊接头进给的任何耗材150提供电流(焊接头中包括的接触管250将电流传输到耗材150)。
31.立柱120为焊接部件和/或支撑臂提供了安装点，所述支撑臂远离立柱120延伸以支撑各种焊接部件。更具体地，在图1所示的实施例中，立柱120包括第一支撑臂124和第二支撑臂126。第一支撑臂124从立柱120垂直延伸，并且支撑以一定距离远离立柱120的控制器130。第二支撑臂126从立柱120垂直延伸，并且支撑以一定距离远离立柱120的焊剂子系统140。立柱120还支撑附接点300，多个可互换的焊接头可以附接到所述附接点。在图1中，示出了附接到附接点300的示例性saw头200；然而，附接点300配置成支撑任何类型的焊接头，例如气刨头的gmaw头，如下面进一步详细描述的。尽管未示出，第三臂也可以从立柱120延伸以支撑焊接耗材150(例如，焊丝)，或者更具体地，支撑其上缠绕(或以其它方式存储)焊接耗材150的线轴。
32.总的来说，可以将基座110、立柱120和包括在其上或从其延伸的任何臂或附接点(例如，臂124和126，以及附接点300)称为自动化焊接系统的支撑结构。支撑结构将焊接电源114、控制器130、焊剂子系统140、耗材150和焊接头200中的每一个支撑(例如，容纳或保持)在固定或可调节的位置，并且为了实现这一点，支撑结构的任何或所有部分可以是可调节的、可移动的和/或可延伸的。此外，在不同的实施例中，支撑结构可以包括更少或更多的部分，使得总体上，支撑结构具有任何形状或尺寸(在图2a和图2b中示出不同支撑结构的两个附加示例)。也就是说，在图1所示的特定实施例中，臂124和126以及附接点300能够各自
可移动地联接到立柱120，使得臂124和126以及附接点300各自可以在立柱120上竖直地移动。附加地或替代地，臂124和126以及附接点300能够围绕立柱120可旋转，使得焊接头200、控制器130和焊剂子系统可以相对于基座110成角度地重新定位(例如，将焊接头200与接头30对准和/或将控制器130移动到可接近的位置)。例如，臂124和126可以各自相对于立柱120具有两个自由度(竖直平移和围绕竖直轴的旋转)，而附接点相对于立柱120具有一个自由度(竖直平移)。
33.仍然参考图1，为了在牵引器100上提供自动化焊接操作，焊接电源114经由导线160可操作地联接到至少焊接头200和/或控制器130。另外，控制器130经由导线160可操作地联接到焊接头200，使得控制器130可以向焊接头200发送信号以控制焊接头200的各个方面，例如耗材150的进给速度。如下文进一步详细解释的，每个可互换的焊接头200可以包括连接点，这些连接点使得焊接头200能够电连接到控制器130或从其断开，而无需调整任何焊丝。因此，焊接头200可以(经由导线160)电连接到控制器130或从其断开，而无需合格的电工监督/执行连接操作。在一些实施例中，牵引器100还可以包括导线160，以将焊接电源114可操作地连接到马达，所述马达配置成驱动轮112并控制牵引器100在焊接方向wd上的行进速度。附加地或替代地，焊接电源114也可以向焊接头供电，以操作来自连接到焊接头200的气体容器的气流(例如，保护气体或压缩空气)。
34.由于这些连接，控制器130可以配置、操作和/或激活自动化焊接系统上包括的各种焊接部件，例如焊剂子系统140和焊接头200。更具体地，如下文结合图7和图8所述，在一些实施例中，控制器130可以包括存储器，该存储器具有适于识别连接到控制器130的焊接头200并相应地调整各种焊接参数的逻辑。替代地，可以由包括在焊接电源114中的部件执行这些操作(例如，识别和配置)(即，控制器130可以是用户界面，并且焊接电源114可以识别焊接头200并相应地配置系统)。在更进一步的实施例中，可以由远离牵引器100并且经由网络连接(即，由控制器130中包括的通信接口形成的网络连接)连接到牵引器的计算装置来执行这些操作。下面结合图9描述代表控制器130的示例计算装置。
35.图2a和图2b示出了焊接牵引器的另外两个示例性实施例。图2a示出了焊接牵引器100a，其包括两个控制器130、两个耗材线轴150和安装在基座110上的两个焊接头200a，基座基本上类似于图1所示的基座100。然而，现在，焊接头200a经由联接件220a安装到立柱120。联接件220a可以在外观上不同于图1的联接臂220；然而，应理解，联接件220a也可以允许焊接头200a可释放地、机械地联接到牵引器100a的支撑结构(例如，立柱120)。此外，联接件220a允许两个焊接头200a串联安装(即，一个在另一个的前面)；因此，牵引器100a可以适用于串联焊接，无论是使用两根热丝还是一根热丝和一根冷丝。
36.图2b所示的牵引器100b还包括两个焊接头200和两个控制器130；然而，现在这些部件包括在具有u形立柱120b的分离基座110b上，使得牵引器可以焊接布置在基座110b的两个区段之间的材料。由于支撑结构的形状，焊接头经由不同的安装件220b再次安装到牵引器100b的支撑结构。像联接件220a一样，尽管联接件220b在外观上可以不同于图1的联接臂220，但是应理解，联接件220b也可以允许焊接头200b可释放地、机械地联接到牵引器100b的支撑结构(例如，u形立柱120b)。
37.值得注意的是，在图2b中，每个焊接头200b具有其自己的焊剂子系统140，而在图2a中，两个焊接头200共享一个焊剂子系统140。这是因为牵引器100a上包括的焊接头200在
相同的熔池中操作，而牵引器100b上包括的焊接头200在分离的熔池中操作(从而产生分离的焊道)。例如，至少在一些情况下，牵引器100b可以跨在正被焊接到薄板的加强件(即直立板)上，使得两个焊接头200焊接在用作加强件的板的两侧(如在船面板上常见的)。然而，尽管如此，图1、图2a和图2b中描述的示例性牵引器并不旨在进行限制，并且可以设想，可以将焊接头200和焊剂子系统140包括在任何类型的焊接牵引器、立柱和吊杆或其它此类支撑系统的相同支撑臂上。事实上，可能是有利的，在同一支撑臂上包括焊接头和焊剂系统以使得更容易同时安装或移除焊接头和焊剂子系统(因为可以在一次操作中安装或移除焊接头和焊剂子系统两者)。作为具体示例，在图1所示的实施例中，焊接头200和焊剂子系统140可以各自安装在臂220上。
38.再次重申，图2a和图2b所示的牵引器100a和100b以及图1所示的牵引器100仅仅是自动化焊接系统的示例，并且在其它实施例中，可以以任何形式实施本文所呈现的自动化焊接系统。例如，自动化的立柱和吊杆，例如图2c所示的立柱和吊杆280，也可以包括在牵引器100、100a和100b上示出的焊接部件(例如，控制器130、焊剂子系统140、导线160、耗材150和焊接头200)，其中立柱和吊杆基本上代替了牵引器100、100a和100b的支撑结构。事实上，在至少一些实施例中，立柱和吊杆支撑结构(或任何其它自动化焊接系统支撑结构)可以包括附接点300，使得单组可互换的焊接头200可以在不同的支撑结构之间转移(并且使得用于各种焊接操作的各种焊接头可以安装在立柱和吊杆上)。例如，在图2c所示的实施例中，立柱和吊杆280包括具有底座284、立柱286和吊杆288的支撑结构282。吊杆288可以在立柱286上竖直移动，并且吊杆288支撑附接点300，使得吊杆288可以相对于立柱286水平移动。因此，举例来说，终端用户可能只需要一个saw头、一个gmaw头、一个气刨头以及一个立柱和吊杆组件或一个牵引器就能够执行各种焊接作业。
39.现在转向图3，该图示出了用于自动化焊接系统的可互换的焊接头200的示例性实施例。概括来说，焊接头200包括马达210、焊丝管理部件212、连接器臂220(本文也简称为臂220)和接触管250。焊丝管理部件212可以是焊丝进给机和/或焊丝矫直器，并且马达210可操作地联接到焊丝管理部件212，使得马达可以驱动焊丝管理部件212中包括的任何部件(例如，进给辊)。也就是说，在所示实施例中，焊丝管理部件212是焊丝进给机，所述焊丝进给机布置在焊接头200的顶部230和接触管250之间并且包括压力机构214、安全防护装置216和辊218。压力机构214可以将例如耗材150的耗材压抵在辊218上，并且马达210可以驱动辊218旋转(例如，在所示的视图中逆时针旋转)，以将耗材进给到焊接头200的接触管250。接触管250可以根据现在已知的或以后开发的任何技术将电传输到耗材150。接触管250布置在焊接头200的底部，使得接触管250的远侧端部252限定了焊接头200的底部，并且在焊接过程中布置成最靠近接头30。
40.然而，所示的焊丝管理部件212、马达210和接触管250仅仅是示例，并且在其它实施例中，焊接头200可以包括这些部件的任何组合。例如，用于串联saw焊接的焊接头200可以包括两个焊丝进给机、两个马达和两个接触管(或每种三个)，并且在这些实施例的一些中，接触管中的至少一些可以是绝缘的(例如，以绝缘冷焊丝)。替代地，与图2所示的焊接头200相比，焊接头可以包括类似的部件，但是焊丝管理部件212可以包括两个带槽轮，这两个带槽轮接合耗材的任一侧，并且在相反的方向上旋转以朝向工件移动耗材。辊218以及任何其它带槽轮或其它此类进给部件可以经由任何期望的驱动轴、动力传动系、传动装置或允
许旋转能量赋予到进给机的其它此种机械联接件联接到驱动马达。此外，尽管未示出，在一些实施例中，可互换的焊接头200可以包括或联接到矫直器或矫直单元，其配置成当耗材从其线圈/线轴中拉出时(即，当耗材150接近焊丝管理部件212时)矫直和/或对准耗材。例如，顶部230可以联接到焊丝矫直单元。
41.不管焊丝管理部件212如何将耗材150进给到接触管，一旦耗材150进给到接触管250，接触管150将耗材与接头30对准以实现焊接操作。在包括多于一个耗材150的实施例中，接触管可以在焊接方向wd上对准耗材(例如，参见图1)，使得当焊接操作在焊接方向wd上移动时，焊接系统将耗材引导到工件的相同部分。也就是说，耗材可以在焊接方向wd上彼此隔开一段距离，只要“焊接方向”是其中焊缝将要行进的方向(即，焊接方向是焊接头200的移动方向)。然而，在其它实施例中，可以以各种设定或形式布置两个或更多个耗材。例如，耗材可以沿着垂直于焊接方向wd的轴线布置，在焊接方向上彼此间隔不同的距离，或者其组合。如果两个或更多个耗材沿着垂直于焊接方向wd的轴线间隔开(即，沿着“横向轴线”间隔开)，则可以并排定位耗材，例如，一次焊接大的跨度。相比之下，当耗材在焊接方向上对准时，耗材可以在单个焊接过程中发挥不同的作用。
42.仍然参考图3，焊接头200还包括各种连接点，例如连接器232、234和242，以向焊接头200提供电和/或信号连接。这些连接器232、234、242可以是或包括任何其它类型连接器的凸形或凹形部分，其允许焊接头200在没有合格电工的情况下简单且快速地连接到导线160。例如，连接器232和/或234可以包括具有绝缘外部的电力联接件(例如卡口联接件)的凸形部分，并且导线160可以包括相应的凹形部分，使得导线160可以快速且容易地电连接(或断开)到焊接头200。在一些实施例中，连接器232、234、242也可以提供气体连接(例如，导线160可以是电缆软管)。
43.现在结合图1参考图3，在所示的实施例中，焊接头200是saw焊接头，并且因此，由焊接头200产生的焊缝形成在焊剂覆盖物下面。焊剂通常是颗粒状易熔矿物，通常包含锰、硅、钛、铝、钙、锆、镁和其它化合物(例如氟化钙)的氧化物。通常，焊剂有助于在熔渣层下产生具有特定化学成分和特定机械性能的金属焊缝。也就是说，将焊剂特别配制成与给定的一个或多个耗材相容，使得焊剂和一个或多个耗材的组合产生期望的机械性能。在所描绘的实施例中，牵引器100包括焊剂子系统140，并且焊接头200配置成与焊剂子系统140接合；然而，在其它实施例中，可互换的焊接头可以包括其自己的焊剂子系统140(类似于图2b中的焊接头200b)或任何其它此种焊接部件(例如，气体子系统)。
44.更具体地，如图1可以看出，在所示的实施例中，牵引器100包括具有焊剂漏斗141的焊剂子系统140，所述焊剂漏斗配置成将焊剂输送到焊剂滴142。同时，焊接头200包括经由夹具244固定到接触管250的焊剂喷嘴246，使得焊剂喷嘴可以将焊剂滴142固定在接触管150附近，但是在其前面(在焊接方向wd上)。因此，在所示实施例中，将焊剂输送(即，通过喷嘴246和焊剂滴142)到接触管150的前边缘上以在焊缝上产生焊剂保护层。
45.附加地或替代地，焊剂可以用不同类型的焊剂喷嘴围绕焊丝(即，焊丝的所有侧面)输送，或者输送到接触管150的后边缘，以在金属焊缝52上方包括的任何熔融熔渣上提供焊剂层(即，组件110可以包括第二或重新定位的漏斗160和滴162)。这些附加的或替代的焊剂子系统可以包括在自动化焊接系统(如焊剂子系统140)的支撑结构上，或者可以完全包括在焊接头200上(尽管当第二焊接头位于焊接头后面时，通常仅在焊接头的后边缘上输
送焊剂)。类似地，任何焊接的其它焊接部件(例如气体子系统)也可以包括在自动化焊接系统(如焊剂子系统140)的支撑结构上，或者可以完全包括在它们的焊接头200上。作为两个示例，gmaw头可以包括其自己的气体保护子系统，并且电弧气刨头可以提供其自己的压缩空气喷嘴。也就是说，可以安装在支撑结构上的其它焊接头(例如，不同于图3所示的saw头的焊接头)可以适用于任何类型的焊接，并且可以包括支持该类型的焊接所必需的任何特征或部件。例如，用于gmaw的可互换的焊接头可以包括气体喷嘴而不是焊剂喷嘴246。如上所述，连接器232、234和242或其变体可以提供任何必要的气体、信号或电连接(例如，经由导线160)。
46.仍然参考图1和图3，不管焊接头上包括的特定于操作的特征(例如焊剂喷嘴246)如何，焊接头200包括臂220，该臂允许焊接头200快速安装到自动化焊接系统的支撑结构上(或从其上卸载)，例如图1所示的牵引器100的立柱120。臂220从第一端部或近侧端部222(在所示实施例中，第一端部222固定到焊丝管理部件212)延伸到包括连接器224的远侧端部或第二端部223。连接器224包括能够移动(例如，卡扣)到与附接点300(其在图1、图4和图5中示出)接合的机械部件，所述附接点包括在焊接系统的支撑结构上(例如，包括在立柱120上)。更具体地，在所示实施例中，连接器224包括可致动的接合构件225，所述接合构件从凸缘227延伸并且可由致动器226致动。在至少一些实施例中，接合构件225可以被偏压以朝向凸缘227移动，并且可以在致动致动器226时远离凸缘227移动。由于这种偏压，在释放致动器226时，接合构件225可以朝向凸缘227移动，使得凸缘227和接合构件225形成夹具或类似夹具的装置。
47.在图4中，更详细地示出连接器224，但是其连接到附接点300的示例性实施例。在图5中，在没有连接器224的情况下示出附接点。值得注意的是，在所描绘的实施例中，附接点300是包括顶部开口的空腔302的长方体部件。空腔302在前壁306和后壁308之间延伸，并且其尺寸设置成在致动接合构件225(例如，通过将致动器226抵接臂220按压)的同时容纳可致动的接合构件225。也就是说，当致动连接器224时，可以将凸缘227布置成抵接附接点300的前壁306齐平，并且接合构件225可以延伸到空腔302中，而不接触(和摩擦接合)前壁306。因此，当致动致动器226时，连接器224可以相对于附接点300竖直移动。然后，在释放致动器226时，接合构件225可以朝向凸缘227向后移动，使得凸缘224和接合构件225将连接器224夹紧到附接点300的前壁306。
48.替代地，在一些实施例中，接合构件225可以被向外偏置(远离臂220的远侧端部223)，并且当致动致动器226时可以移动靠近凸缘227。也就是说，致动致动器226可以导致接合构件225朝向凸缘227至少稍微缩回，并且允许接合构件225移动成脱离与附接点300的后壁308的接触。在这些实施例中，当释放致动器226时，接合构件225向外延伸以与后壁308接合。后壁308面向空腔302的部分包括容座304，所述容座允许接合构件225向外延伸。容座304尺寸设计成与接合构件225配合，并且因此，当接合构件225与容座304中的一个对准并且释放致动器226时，连接器224将牢固地联接到附接点300。
49.在图5中，附接点300可移动地联接到焊接牵引器的支撑结构的立柱120。更具体地，附接点300包括凸缘310，该凸缘跨骑在立柱120的壁中包括的竖直狭缝121内。这允许附接点300相对于立柱120竖直移动，使得可以相应地调整臂220的位置(以及焊接头200的位置)。附接点300可以以任何期望的方式(例如，经由制动止动件、机械销等)可释放地固定在
特定的竖直位置。替代地，在其它实施例中，附接点300可以以任何方式附接到自动化焊接系统的支撑结构。
50.此外，在其它实施例中，任何期望的连接可以将臂220(并且因此将焊接头200)固定到用于自动化焊接系统的支撑结构(例如，牵引器、立柱和吊杆组件、机器人等)。然而，值得注意的是，利用图4和图5中所示的连接器224和附接点300，连接无需工具。也就是说，图4和图5中所示的连接器224和附接点300形成机械连接(例如，卡扣连接)，该机械连接将焊接头200固定到用于自动化焊接系统的支撑结构，而不使用工具。焊接头200和自动化焊接系统的其它部件(例如，控制器和电源)之间的电气或气体连接可以独立于该机械连接而断开和连接，并且不需要与机械连接同时处理。许多其它自动化解决方案在焊接头和支撑结构之间的机械连接内提供电连接。这里，经由导线160提供任何电气或气体连接，所述电气或气体连接独立于焊接头200和支撑结构之间的机械连接。
51.现在转到图6a和图6b，这些附图示出了焊接头和控制器之间的焊丝连接的两个示例性实施例，如上所述，该焊丝连接独立于焊接头和支撑结构之间的机械连接。在这些实施例中，适用于本文呈现的自动化焊接系统的每个可互换的焊接头包括线束/电缆160(在图1中描绘为导线160)，该线束/电缆具有10针连接器602，该连接器602具有包括标识电阻器604的一个针(针7)，该标识电阻器将具有对应于焊接头目的的唯一电阻值，如下面结合图7和图8进一步详细讨论的。然而，如上所述，这些附图仅示出了示例性实施例，并且在其它实施例中，电阻器604不需要包括在线束/电缆160中，而是可以包括在焊接头本身中/上。作为更具体的示例，在图6a中，可以将电阻器604构建到包括在气刨头中的印刷电路板(pcb)622的过滤板中。
52.此外，在一些实施例中，可互换的焊接头和/或它们的线束/电缆可以包括任何类型的电标识符，而不是电阻器。例如，可以使用能够产生不同电唯一标识符的任何类型的电路，包括电容器、电感器、滤波器等。更进一步，可互换的焊接头(或其线束/电缆)可以包括存储其标识符的存储器(例如，单焊丝存储器)。如果将存储器用作标识符，则存储器还可以存储信息，例如适用于焊接头的耗材的类型，以及服务信息(如接触提示数据)。
53.无论可互换的焊接头中包含的电气标识符的类型如何，电路可能会至少因焊接头的差异而略有不同。例如，图6a所示的电路600描绘了用于气刨头的线束160。在该线束160中，针1将控制器130连接到包括在气刨头处的电弧电压传感器621，并且针2将控制器130连接到包括在气刨头处的气压传感器623。针3和4连接到包括在控制器130中的编码器(并且因此标记为编码器a和编码器b)，针5是用于编码器的电压共集电极，以及针6是用于编码器的接地针。同时，针7包括标识电阻器604，针8和10为马达电源(例如，马达210)提供负端子和正端子，以及针9提供接地。编码器连接(例如，针3-6)允许控制器130中的编码器监控焊丝进给速度，同时马达连接(例如，针8-10)允许控制器130基于来自编码器的反馈来控制马达速度(并因此控制焊丝进给速度)。
54.通过比较，图6b中描述的电路650描述了适用于saw或gmaw头的线束，该线束在很大程度上与图6a中描述的电路600相同，并且因此，包括在图6a和图6b中的类似部件的任何描述都将被理解为适用于图6a和图6b的部件。然而，在电路650中，电阻器604现在处于具有针7(接地针)的闭环中，针1将控制器130连接到包括在气刨头处的辅助传感器或装置627，例如焊剂阀、气体保护阀或激光指示器，并且编码器连接(例如针3-6)和马达连接(例如针
8-10)分别将控制器130连接到包括在saw/gmaw焊接头200中的编码器连接626和马达连接628。值得注意的是，将过滤板622布置在图6a所示的气刨头上，因为与图6b所示的gmaw/saw头相比，用于该头的马达210更小，并且需要更清洁的进给来平稳运行。
55.仍然参考图6a和图6b，但是现在也参考图7，控制器130可以包括存储器624。存储器624可以存储识别逻辑625(id逻辑625)，并且还可以存储或访问查找表660。识别逻辑625允许控制器130识别电连接到控制器130的可互换的焊接头200，并且允许控制器130相应地调整焊接参数和/或焊接部件。
56.现在转到图7，描述了用于识别焊接头和自动配置用于焊接头的焊接系统的方法660。为了清楚起见，图7中描绘的操作描述为由控制器(例如，控制器130)执行；然而，这并不意味着是限制性的，并且在其它实施例中，可以由任何实体来实行、执行或引起执行这些操作。
57.最初，在662，控制器识别与自动化焊接系统机械和电气联接的焊接头，其中控制器包括在自动化焊接系统中。在至少一些实施例中，识别焊接头包括在664检测新的焊接头已经附接到自动化焊接系统。在一些实施例中，传感器可以包括在自动化焊接系统的支撑结构上(例如，传感器可以包括在附接点300中)，并且控制器130可以基于传感器感测到机械连接的反馈来检测新的焊接头。在其它实施例中，当旨在用于将控制器130连接到焊接头的线束中的焊丝形成闭合电路时和/或在启动控制器130时，控制器130可以检测新的焊接头。无论如何，一旦在664检测到新的焊接头，控制器在666针对在新焊接头中包括的标识电阻器确定电阻值。在668，控制器利用电阻值来确定新焊接头的标识符。例如，在668，控制器可以用电阻值查询查找表，以确定新焊接头的标识符。
58.简要转向图8，该图描绘了示例查找表690。在该表中，唯一的电阻值与不同类型的焊接头相关。例如，100欧姆的电阻对应于saw焊接头，220欧姆的电阻对应于高速双saw，680欧姆的电阻对应于gmaw焊接，以及2200欧姆的电阻对应于气刨。另外，在所描绘的查找表690中，8200欧姆的电阻值对应于与特定焊接参数不相关联的手动配置，0欧姆和无穷大欧姆分别对应于短路和开路的故障，并且保留各种附加电阻值，使得可以将附加焊接头添加到查找表690。然而，在其它实施例中，任何期望值可以对应于任何期望的头。此外，在至少一些实施例中，开路也可以用于触发手动设定菜单，使得可以与系统一起使用不具有电阻器的焊接头。
59.现在返回图7，但是继续参考图8，一旦控制器识别了焊接头，控制器可以在670基于标识符确定各种配置参数。然后，在672，控制器130可以设定或呈现配置参数。在至少一些实施例中，配置参数包括在查找表中，如图8所示。例如，如果焊接头识别为saw头(基于电阻为100欧姆的标识电阻器)，则控制器可以基于查找表690中包括的信息将马达速度设定为每分钟38转(rpm)，将马达传动设定为49:1，将进给辊设定为49毫米，以及将编码器的脉冲设定为每转28个脉冲。附加于或替代于查找表690中所示的设定，控制器130可以激活或停用自动化系统的某些部件。例如，如果焊接头识别为saw头，控制器可以激活焊剂子系统(例如，通过向焊接头发送指令以打开焊剂喷嘴)，但是如果焊接头是gmaw头，控制器可以停用焊剂子系统并激活气体子系统以提供保护。
60.更进一步，基于焊接头的识别，控制器可以更新或控制呈现给终端用户的菜单。例如，如果焊接头识别为gmaw头，控制器可以在图形用户界面(gui)上呈现菜单选项，该菜单
选项要求终端用户将耗材识别为铝或软钢丝，并确认只有单焊丝用于焊接操作。另外，控制器可以在gui上呈现菜单选项，该菜单选项允许终端用户输入用于焊接前和焊接后气体流量的设定以及用于直流(dc)电源的参数。通过比较，如果焊接头识别为saw头，控制器可以在gui上显示菜单选项，该菜单选项要求终端用户将耗材识别为不锈钢、低碳钢或有芯焊丝。此外，控制器可以呈现用于焊剂后流、刮擦或直接启动等和/或交流(ac)电源的菜单选项。作为又一个示例，如果一个或多个焊接头识别为一个或多个双saw头，则控制器可以呈现菜单选项，该菜单选项要求用户指示双焊丝是2
×
1.6毫米软焊丝还是不锈钢焊丝，2
×
2.4毫米软焊丝还是不锈钢焊丝等，和/或允许用户设定用于交流(ac)电源的参数。作为最后一个示例，如果焊接头识别为气刨头，控制器将请求用户输入气刨杆选择。在至少一些实施例中，菜单选项或菜单选项的范围还可以取决于容纳所识别的焊接头的设备(例如，特定的牵引器)，以及安装在其上的子系统(例如，气体和/或焊剂子系统)。
61.基于焊接头的识别和/或用户输入的选择，控制器可以调节各种焊接参数。焊接参数包括对焊接过程有直接影响的焊接设备参数，例如焊接电流、焊接速度(即，在焊接方向wd上的移动速度)、耗材进给速度、前部耗材的进给速度和后部耗材的进给速度。附加地或替代地，焊接参数可以包括焊接特性或作为焊接特性，例如焊缝的突出、焊缝的深度、电弧的长度等。可以基于提供给控制器或由控制器收集的任何数据或反馈(即，由传感器提供给控制器)来测量任何焊接参数。例如，可以测量焊接头的马达速度，以确定耗材的进给速度。
62.此外，在一些实施例中，电阻器或其它此类电标识符可以包括在除了焊接头之外的其它部件中，例如焊剂子系统、气体子系统、电动基座等，并且控制器可以能够以与用于识别本文讨论的焊接头的相同方式识别这些部件(例如，通过确定电阻并利用查找表来基于电阻识别部件)。然后，这些部件的参数可以以类似于上面结合图7讨论的针对焊接头的方式进行调整(然而，即使没有具体识别这些部件，也可以基于焊接头的标识控制这些部件)。例如，可以基于基座的识别和/或安装在基座上的焊接头的识别来调整电动基座的速度。附加地或替代地，可以基于基座和焊接头的识别在控制器上显示基座速度的范围。
63.仍然大体上参考图7，在一些实施例中，控制器可以在步骤662识别两个头，例如，如果自动系统正被设定成用于串联焊接。在此种情况下，控制器(其可以包括具有两个处理器的单个控制器、具有单个处理器的单个控制器、或者两个或更多个子控制器(例如，同步的两个控制器，并且其统称为控制器))可以确定适用于两个头的设定或者基于每个头确定设定(即，针对两个头确定单独的设定)。
64.更一般地说，当将一个或多个焊接头安装到本文呈现的自动化焊接系统上时，自动化焊接系统将简化用户的设定。系统将设定马达控制器来控制耗材的进给，设定电源以在适合于所识别的一个或多个焊接头的参数内提供功率，和/或激活所识别的一个或多个焊接头所需的焊接特征。在一些实施例中，系统还可以为识别的一个或多个焊接头选择合适的耗材。替代地，系统将创建特定于所识别的一个或多个焊接头的菜单，使得用户可以仅选择适合于所识别的一个或多个焊接头的设定。系统还可以提供适用于所识别的一个或多个焊接头的耗材的指示。更进一步，在一些实施例中，系统还可以向用户显示最后用于所识别的一个或多个焊接头的设定。因此，用户可以快速和容易地将自动焊接设备重新改变用途用于不同类型的焊接，而不必执行严格检查和重新配置，并且也不必大量拆卸设备。
65.现在参考图9来描述计算机系统701，其上可以实现本文呈现的技术。计算机系统
701可以代表所有附图中所示的控制器130。
66.计算机系统701包括总线702或用于通信信息的其它通信机制，以及用于处理信息的与总线702联接的处理器703。虽然该图示出了用于处理器的单个块703，但是应当理解，处理器703代表多个处理核心，每个处理核心可以执行单独的处理。计算机系统701还包括联接到总线702的主存储器704，例如随机存取存储器(ram)或其它动态存储装置(例如，动态ram(dram)、静态ram(sram)和同步dram(sd ram))，以用于存储信息和将由处理器703执行的指令。此外，在由处理器703执行指令期间，主存储器704可以用于存储识别逻辑625(参见图6a和图6b)或其至少一部分，临时变量或其它中间信息，例如查找表660。
67.计算机系统701还包括联接到总线702的只读存储器(rom)705或其它静态存储装置(例如，可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)和电可擦除prom(eeprom))，以用于为处理器703存储静态信息和指令。例如，rom 705可以用于存储识别逻辑625(参见图6a和图6b)或其至少一部分，和/或查找表660。也就是说，存储器704和/或rom 705可以代表来自图6a和图6b的存储器624。
68.计算机系统701还包括联接到总线702的盘控制器706以控制用于存储信息和指令的一个或多个存储装置，例如磁硬盘707和可移动介质驱动器708(例如，软盘驱动器、只读光盘驱动器、读/写光盘驱动器、磁带驱动器和可拆卸磁光盘驱动器、光盘驱动器)。可以使用适当的装置接口(例如，小型计算机系统接口(scsi)、集成电路设备(ide)、增强型ide(e-ide)、直接存储器存取(dma)或超dma)将存储装置添加到计算机系统701。
69.计算机系统701还可以包括专用逻辑装置(例如，专用集成电路(asic))或可配置逻辑装置(例如，简单可编程逻辑装置(spld)、复杂可编程逻辑装置(cpld)和现场可编程门阵列(fpga))，除了微处理器和数字信号处理器之外，如上装置也可以单独或共同为处理电路的类型。处理电路可以位于一个装置中或者分布在多个装置中。
70.计算机系统701还可以包括联接到总线702的显示控制器709以控制显示器710，所述显示器例如为液晶显示器(lcd)或发光二极管显示器(led)并且用于向计算机用户显示信息。计算机系统701包括输入装置，例如键盘711和点选装置712，以用于与计算机用户进行交互并向处理器703提供信息。点选装置712可以例如是鼠标、轨迹球或指点杆，以用于向处理器703传输方向信息和命令选择，并用于控制显示器710上的光标移动。点选装置712也可以作为例如电容式触摸屏和/或电阻式触摸屏结合到显示装置中。
71.响应于处理器703执行包含在例如主存储器704的存储器中的一个或多个指令的一个或多个序列，计算机系统701执行本发明的部分或全部处理步骤。此类指令可以从例如硬盘707或可拆卸介质驱动器708的另一个计算机可读介质读入主存储器704。多处理布置中的一个或多个处理器也可以用来执行包含在主存储器704中的指令序列。在替代性实施例中，硬接线电路系统可以代替软件指令或与软件指令结合使用。因此，实施例不限于硬件电路系统与软件的任何特定组合。
72.如上所述，计算机系统701包括至少一个计算机可读介质或存储器以用于保存根据所呈现的实施例编程的指令，从而用于包含数据结构、表格、记录或本文描述的其它数据。计算机可读介质的示例是光盘、硬盘、软盘、通用串行总线(usb)、磁光盘、prom(eprom、eeprom、闪存eprom)、动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、可编程只读存储器(sd ram)、或任何其它磁性介质、光盘(例如，cd-rom)、或任何其它光学介质、穿孔
卡、纸带、或具有孔图案的其它物理介质、或计算机可以读取的任何其它介质。
73.本文呈现的实施例包括存储在非暂时性计算机可读存储介质中的任一上或其组合上的用于控制计算机系统701、用于驱动用于实现本发明的一个或多个装置以及用于使计算机系统701能够与人类用户(例如，网络工程师)交互的软件。此种软件可以包括但不限于装置驱动程序、操作系统、开发工具和应用软件。此种计算机可读存储介质还包括计算机程序产品以用于执行本文呈现的处理的全部或一部分(如果处理是分布式的)。
74.计算机代码装置可以是任何可解释或可执行的代码机制，其包括但不限于脚本、可解释程序、动态链接库(dll)、java类和完整的可执行程序。此外，为了更好的性能、可靠性和/或成本，可以分布处理中的一部分。
75.计算机系统701还包括联接到总线702的通信接口713。通信接口713提供联接到网络链路714的双向数据通信，所述网络链路连接到例如局域网(lan)715，或者连接到例如互联网的另一通信网络716。例如，通信接口713可以是有线或无线网络接口卡以附接到任何分组交换(有线或无线)的局域网。作为另一个示例，通信接口713可以是非对称数字用户线路(adsl)卡、集成服务数字网络(isdn)卡或调制解调器，以提供到相应类型的通信线路的数据通信连接。也可以实现无线链路。在任何此类实现中，通信接口713发送和接收电、电磁或光信号，这些信号携带表示各种类型的信息的数字数据流。
76.通常，网络链路714提供通过一个或多个网络到其它数据装置的数据通信。例如，网络链路714可以通过局域网715(例如，lan)或通过由服务提供商操作的设备提供到另一台计算机的连接，服务提供商通过通信网络716提供通信服务。本地网络714和通信网络716使用例如携带数字数据流的电、电磁或光信号，以及相关联的物理层(例如，5类电缆、同轴电缆、光纤等)。可以在基带信号或基于载波的信号中实现通过各种网络的信号和网络链路714上并通过通信接口713的信号(其携带到计算机系统701和来自计算机系统的数字数据)。基带信号将数字数据作为描述数字数据比特流的未调制电脉冲来传送，其中术语“比特”广义地解释为符号，其中每个符号传送至少一个或多个信息比特。数字数据也可以用于调制载波，例如在导电介质上传播或者通过传播介质作为电磁波传输的幅度、相位和/或频移键控信号。因此，数字数据可以通过“有线”通信信道作为未调制的基带数据发送，和/或通过调制载波在不同于基带的预定频带内发送。计算机系统701可以通过网络链路714、通信接口713和一个或多个网络715和716发送和接收数据，包括程序代码。此外，网络链路714可以通过lan 715提供到例如个人数字助理(pda)、膝上型计算机或蜂窝电话的移动装置717的连接。
77.总的来说，在一种形式中，提供了一种方法，所述方法包括：识别机械地和电气地联接到自动化焊接系统的焊接头；确定与焊接头相关联的一个或多个焊接部件和一个或多个参数；以及通过确定为与所述焊接头相关联的所述一个或多个焊接部件和所述一个或多个参数，用焊接头开始焊接。
78.在另一种形式中，提供了一种设备，所述设备包括：支撑结构；多个焊接头，每个焊接头能够可拆卸地机械联接到支撑结构；控制器，所述控制器配置成基于机械地联接到支撑结构并且可操作地联接到控制器的多个焊接头中的特定焊接头的识别来控制自动化焊接系统的焊接操作。
79.在又一种形式中，提供了一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其编码有包
括计算机可执行指令的软件，并且当执行软件时能够操作所述软件来：针对一个或多个参数中的每一个参数确定可允许值的一个或多个范围；显示在一个或多个范围内的菜单选项；以及接收菜单选项的用户选择，并且根据用户选择来设定参数。
80.尽管在本文中将技术说明和描述为体现在一个或多个具体示例中，但示例的具体细节并不意图限制本文中所呈现的技术的范围，因为可以在本发明的范围和范畴内作出各种修改和结构改变。例如，如上所述，本文所述的可互换的焊接头可以安装在立柱和吊杆(例如，立柱和吊杆可以包括附接点300)或任何其它焊接支撑系统上，例如机器人、机架等，并且与该支撑系统相关联的控制器可以执行本文描述的技术，这些技术在很大程度上是结合牵引器来描述的。也就是说，本文所呈现的自动化焊接系统可以体现为立柱和吊杆焊接系统、机器人焊接系统或用于自动焊接的任何其它类型的焊接系统。
81.附加地，来自本文中所论述的示例中的一个的各种特征可以并入任何其它示例中。例如，结合图1所示的牵引器100描述的与识别焊接头相关联的技术也可以由包括在其它牵引器(例如，图2a和图2b所示的牵引器)上的控制器以及其它系统(例如，立柱和吊杆式系统)实现。因此，所附权利要求应被广泛地且以符合本公开的范围的方式解释。