[发明专利]通过微波定位焊接头的方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

根据EP 1094 913 B1，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。

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。

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。

因此，通过窄带CW雷达信号不可能进行绝对测量。

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

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高精度。现有技术的缺陷将被减少和/或避免。

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。

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。

有利地，在所述焊接头或焊炬上布置至少一个发射器－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。

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。

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。