CN101247917A - 控制保护罩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制焊接设备(1)的保护罩(29)的方法，其中从所述焊接设备(1)经由发送/接收设备(30)向焊接头盔(28)发送信号，此时由集成在所述焊接头盔(28)内的发送/接收设备(31)控制可电气控制的保护罩(29)，并且所述保护罩(29)变暗。这里，在焊接过程中和引燃电弧(15)之后，由所述焊接设备(1)的控制设备(4)经由所述发送/接收设备(30、31)控制所述保护罩(29)。在焊接过程中，所述保护罩(29)的变暗强度和/程度改变，其中所述保护罩交替变暗和变亮。因此，焊工可以以改进的方式跟踪焊接过程。

Description

控制保护罩的方法

本发明涉及控制例如焊接设备的焊接头盔上的保护罩的方法，其中由焊接设备向发送/接收装置传递信号，此时由例如集成在焊接头盔中的与保护罩关联的发送/接收装置激活该可电气激活的保护罩，且该保护罩将变暗。

从EP1202832B1中已知带有焊接设备和使用者所用焊接头盔的焊接装置所采用的控制过程，其中通过促动设置在焊炬或焊接设备上的启动开关产生将要发送到焊接设备控制装置的启动信号，用于激活焊接过程。激活启动开关时，启动信号经由发送/接收装置发送到焊接头盔，此时通过施加能量由焊接头盔激活可电气控制的保护罩，接着，启动焊接过程，特别是引燃电弧。存在的缺陷在于，仅在焊接过程之前或者之后激活保护罩，使得在整个焊接过程中焊接头盔的保护罩保持在几乎相同的暗度。

US4,638,146A示出了保护焊工眼睛不受电弧焊中焊接光伤害的方法和设备，其中使用焊接动力供应绳缆周围的磁场作为触发元件来保证焊接护罩及时变暗。

US5,208,688A描述了带有特定类型的光过滤器的焊接头盔，用来保证对焊工眼睛的最优保护。

US3,873,804A、US6,067,129A、US4,418,267A和US2005/0001155A1示出了焊接头盔和/或焊工安全设备的不同实施方式，为了获得最优保护，对这些焊接头盔和/或安全设备进行控制，以使它们在电弧最后引燃的时间点上，使护罩设备变暗。在现有技术的方法和设备中，没有一种在焊接过程中对焊接护罩变暗进行控制。

本发明的目的在于提供一种控制焊接设备的焊接头盔的方法，从而使焊工更好地观察焊接过程。

本发明的目的通过如下方式实现，在焊接过程中，即，在引燃电弧之后，由焊接设备的控制设备经由发送/接收装置激活保护罩，其中以交替方式反复使保护罩变暗和变亮来在焊接过程中改变保护罩的变暗强度和程度。

于是，其优势在于，在焊接过程中通过有意使保护罩变亮，焊工或使用者能够最优地观察熔池。因此，在出现不良焊接结果的情况下，使用者可以最优地调节焊接设备，原因在于使用者可以在测试焊接中精确观察不同过程状态。从而，还可以实现焊工能更好地看到周围，诸如间隙宽度、部件位置等，因此能最优地引导焊炬。通过使焊接护罩变亮，还能使使用者更好地观察刚形成的焊缝，从而能立即评估焊缝质量。

权利要求2至16中限定的方案以优选方式保证了焊工视力受到保护而不会有任何伤害，其中特别防止了对眼睛的闪光灼伤。

借助包含在内的示意性附图，将更为详细地解释本发明。

其中：

图1示出了焊接装置的示意图，该焊接装置带有焊接设备和连接于该焊接设备的焊接头盔；

图2示出了脉冲焊接过程的示意图；

图3示出了采用不同照亮方法的另一种脉冲焊接过程的示意图；

图4示出了短路焊接过程的示意图；

图5示出了CMT焊接过程的示意图；

图6示出了WIG焊接过程的示意图；

图7示出了AC-WIG焊接过程的示意图。

在图1中示出了用于大多数不同焊接过程的焊接装置或者焊接设备1，所述焊接过程诸如MIG/MAG焊和/或TIG焊，或带有或不带有保护气体氛围的电极焊过程。当然，可以将本发明的技术方案与电流源和/或焊接电流源一起使用或与机器人焊接装置一起使用。

焊接设备1包括带有电力元件3的电流源2，以及控制设备4和与电力元件3和/或控制设备4关联的开关构件5。开关构件5和/或控制设备4与控制阀6连接，该阀布置在气体8的供应线路7中，位于气体储存罐9和焊炬10之间，其中所述气体特别是保护气体，诸如例如CO₂、氦气、氩气等。

而且，还可以经由控制设备4激活通常用在MIG/MAG焊中的送丝机11，其中焊丝13从馈送鼓14经由供应线路12向焊炬10区域供应。当然，也可以将送丝机11集成在焊接设备1中，特别是集成在基础壳体中，正如现有技术中已知的那样，而不将其设计成如图1所示那样的附属设备。

在焊丝13和工件16之间建立电弧15的电流从电力元件3经由焊接线路17向焊炬10和/或焊丝13供应，其中待焊接工件16还经由另外的焊接线路18与焊接设备1连接，特别是与电力元件3连接，因此经由电弧15能够建立电路。

为了冷却焊炬10，可以将焊炬10经由冷却回路19和插置的流动监测器20与液体储存罐连接，特别是与水储存罐21连接，从而在操作焊炬10时，启动冷却回路19，特别是启动用于水储存罐21中的液体的液体泵，由此能够冷却焊炬10和/或焊丝。

焊接设备1进一步包括输入和/或输出设备22，由其可以调节焊接设备1的大多数不同焊接参数和操作模式。于是，经由输入和/或输出设备22调节的焊接参数传递到控制设备4，接着，控制设备4将激活焊接装置或焊接设备1的各个部件。

而且，在所示示例实施方式中，焊炬10经由软管包23与焊接设备1或焊接装置连接。在软管包23中，布置有从焊接设备1向焊炬10延伸的各条线路。软管包23经由现有技术中的连接设备24与焊炬10连接，而软管包23中的各条线路经由插座和/或插接连接件与焊接设备1的各个触点连接。为了保证适当释放软管包23的应变，软管包23经由应变释放设备25与壳体26连接，优选与焊接设备1的基础壳体连接。

为了允许使用者或者焊工启动焊接过程，启动开关27设置在焊炬10上，就是说，由焊工激活启动开关27来产生信号，所述信号经由至少一条线路传递到控制设备4，使得控制设备4可以检测到焊接过程将要被启动以及因此电弧15将被引燃，从而可以通过控制设备4引入所有必需的过程步骤，诸如启动气体前置流、引燃电弧15、激活送丝机11等。这些各个过程步骤在现有技术中本身都是已知的，这也是为什么不做更为详细的说明的原因。当然，可以将启动开关27设置在输入和/或输出设备22上，或额外地设置于输入和/或输出设备22上，而不布置在焊炬10上。

为了保护焊工，特别是他的眼睛，防止受到电弧15的伤害，特别是防止受到电弧15的高亮度伤害，和/或防止受到产生的焊接飞溅的伤害，焊工使用适当的安全设备，特别是焊接头盔28，其在现有技术中是已知的，该头盔经由支撑结构紧固在焊工头部，或借助手柄保持在他的面部前方，特别是保持在他的眼睛前方。在所示带有焊接设备1和焊接头盔28的焊接装置中，焊接头盔28包括可电气控制的保护罩29，就是说，通过施加能量，特别是电流和电压，而使保护罩29变暗，因此可以保护使用者不会受到电弧15光强度的伤害。

正如现有技术已知的那样，已知在焊接头盔28和焊接设备1之间存在有线或无线信号连接，特别是数据连接，其中通过焊接设备1发送数据信号来使焊接头盔28的保护罩29变暗。为此，发送/接收装置30和/或发送/接收装置31布置在焊接设备1和焊接头盔28两者之上，其中焊接头盔28中的发送/接收装置31还激活保护罩29。在现有技术中，通过促动焊炬10或焊接设备1上的启动开关27向焊接设备1的控制设备4发送启动信号，用来激活焊接过程，此时由焊接设备1的控制设备4为焊接头盔28产生数据信号和/或无线电信号或者启动指令。接着，该数据信号经由集成在焊接设备1中的发送/接收装置30发送到集成在焊接头盔28中的另外的发送/接收装置31，此时设置在发送/接收装置31中的激活设备将激活可电气控制的保护罩29并使保护罩29变暗，接着将启动焊接过程，特别是引燃电弧15，优选在可预先调节的前置流时间和/或气体前置流时间届满前进行，保护罩29在所述前置流时间和/或气体前置流时间内变暗。这里，还可以仅在发送/接收装置31做出响应之后才引燃电弧15，所述响应由发送和/或接收装置31简单发送响应信号来实现，从而在任何情况下都确保在电弧15引燃时保护罩29已经变暗了。

根据本发明，现在说明在焊接过程中，即在电弧15引燃后，由焊接设备1的控制设备4经由发送/接收装置30、发送/接收装置31激活保护罩29，以使保护罩29变暗的强度和/或程度在焊接过程中发生的变化，就是说，例如在存在电弧15的情况下，保护罩29将变亮很短的时间。于是，由于不同的明亮程度，实现了为眼睛而光学照亮保护罩29，而不会导致闪光灼伤视力。因此，使用者可以更好地观察焊接过程并监测具体焊接状态，因此可以实现最优调节以及最优焊接结果。

为了避免伤害使用者的眼睛，必须小心这样的程序，即，使控制设备4恰当控制焊接过程。基本上，在焊接过程中可能发生非受控状态，诸如短路，其接着被高电流断开，断开后产生非常强烈的电弧15。控制设备14必须防止这种强烈的电弧15，以保护焊工的眼睛。为此，控制设备4恰当激活焊接设备1的电流源2，以使在保护罩19的变暗强度较低时，即保护罩29的屏幕打开时，防止焊接设备1的电流源2增大电流。还进一步提供了在减小或改变保护罩29的变暗强度之前，由控制设备4确定电流源2提供的电流水平。因此，控制设备4可以针对目前施加的电流来设定保护罩29的变暗程度，且控制设备4可以检查是否可以在目前施加和供应的电流水平下改变所调节的变暗程度，而不会给使用者带来任何危险。如果不行，则控制设备4可以中断或推迟改变保护罩29变暗程度或强度的程序，或者可以恰当激活电流源2，以使电流可以降低到相应于所调节的变暗程度的值，或者相应于将要改变的变暗程度的值。

因此，基本上可以说，作为焊接过程的过程状态的函数来激活保护罩29，就是说，在焊接过程中，反复激活保护罩29，用于改变保护罩29的变暗程度或强度，其中在特定的可预调节过程状态下，激活保护罩29和/或适当控制焊接过程来改变变暗程度。当然，还可以在固定的预定时间点激活保护罩29，为此，不必关注目前的过程状态。唯一需要说的是，优选地，控制设备4实施适当监测，以使不发生对使用者视力的伤害。

优选地，在焊接过程中，在激活保护罩29的时候，根据目前焊接过程的功率来改变保护罩的变暗强度。于是，在激活保护罩29的时候，在两个或更多个阶段之间进行变暗调节，其中借助相应的数据信号将变暗程度发送到焊接头盔28的发送/接收装置31。这里，可以通过模拟或数字数据信号来进行焊接设备1和焊接头盔之间的数据交换。

在图2至图7中，以简化方式示出了焊接过程中本发明的保护罩29变暗顺序的曲线图。其中，示出了焊丝相对于工件16的移动，其中指出了供应方向相应于箭头33。而且，示出了用于不同的已知焊接过程的电流曲线34，其中省略了电弧15的引燃以及因此省略了保护罩29的第一次变暗，就是说，示出了焊接过程中电流曲线34的局部节段。在第二行曲线图中，示出了数据信号35，这是由焊接设备1向焊接头盔28发送的用来激活保护罩29的数据信号，其中保护罩29的明亮程度36以以下含义示意性地图示于图2至图7中。其中，较窄的阴影线表示变暗程度高，而较宽的阴影线或者无阴影线表示变暗程度低。

在图2中，示意性图示了脉冲焊过程，关于精确的电流曲线34，未给出更为详细的说明，因为这在现有技术中是已知的。

对于脉冲焊过程，较之基本相位38来说，保护罩29在脉冲相位37中变得更暗，就是说，在熔滴分离结束之后，收到有关目前过程状态通知的控制设备4在特定的固定时间点39改变数据信号35，如虚线所示，从而由设置在焊接头盔28中的发送/接收装置31相应改变保护罩29的变暗程度或强度。但是，为了在下一个脉冲相位37之前为使用者的眼睛提供保护，其中在所述下一个脉冲相位37中焊接电流再一次升高且电弧强度进而增大，在限定的时间点40再一次改变数据信号35，此时保护罩29将变暗，此时可以引入下一个脉冲相位37。

因此，在基本相位38过程中，保护罩29总是反复变亮，因为较之脉冲相位来说，在基本相位38施加较低的电流强度，且电弧强度因此也较低。

在图3中，同样示出了脉冲焊过程，但是在不同过程状态和时间点让保护罩29变亮。

这里，必须小心选择用于保护罩29变亮的参数，以使不会造成对使用者眼睛的伤害，就是说，如果在高电流强度下使保护罩29变亮，则仅使其变亮非常短的时间，例如图3中的时间段41。在这种情形下，还可以根据电流水平而改变使保护罩29变亮的时间段41，即建立电流水平对时间段41的依赖关系来使保护罩29变亮。

从图3中可以看出，在整个重复发生的过程循环中，在过程的不同时间点和过程状态下，在每种情况下都使保护罩变亮，就是说，例如在引入脉冲相位37(例如，图3中的第一时间点39)前很短的时间内开始第一次变亮，并持续预定时间段41，以使在达到脉冲相位37的电流水平之后，在时间点40停止变亮。现在，在随后下一个脉冲相位37中使保护罩29再一次变亮，但是与前一个脉冲相位37相比，变亮发生在偏离的时间点39、40。这种保护罩29的时间偏离式变亮持续整个焊接过程，从而在所有不同过程状态下短暂打开保护罩29，使用者因此可以更好地观察不同过程状态。当然，还可以仅在脉冲相位37中进行这种时间偏离式变亮，而不在基本相位38中进行变亮。

借助这种在过程的不同时间点进行时间偏移式或偏离式变亮，可以实现使用者好像高速视频情况下那样来接收图像。

在图4中，图示了另一现有技术焊接过程，即短路过程。

在这种短路过程中，通常以不规则的间隔(图示了最优过程顺序)实现焊丝13和工件16之间的短路。这里，在现有技术中通常通过增大焊接电流来断开短路。

这里，为了使保护罩29变亮，因此引入了普通过程控制，因为已经调节了焊接设备1，例如使得在每个短路相位42中保护罩29变亮。因此，在检测到短路之后，由控制设备4激活电流源2，以使发生短路之后，电流减小，此时将改变数据信号35，用来改变保护罩29变暗的程度或强度，因此保护罩29将变亮。这种变亮持续预调节的时间段41，此后可以通过控制焊接过程的控制设备4让保护罩29再次变暗并再次释放，从而可以通过电流的相应增大来断开短路。

在图5中，示出了一种新颖的焊接过程，特别是CMT过程，其中熔融焊丝材料在短路状态下递送到工件16，但是其中不是通过增大电流进行材料分离，而是通过反转焊丝供应方向来使熔融材料与焊丝13分离。这里，同样优选在短路状态42使保护罩29变亮，从而焊工可以精确观察材料分离，或者可以在断开短路之后，在较低电流下观察材料分离。

在图6中，图示了本身常见的WIG过程，其中为此目的，同样引入普通过程控制来使保护罩29变亮，就是说，以特定的可调时间间隔41使保护罩29变亮，为此，由控制设备4激活电流源2，以使焊接电流减小，于是，数据信号35改变且保护罩29变亮，持续限定时间段41。这里，可以周期性使保护罩29变亮或者以大多数不同时间间隔偶尔地使保护罩29变亮。

图7示出了AC-WIG过程，这里对于正负时间段44、46实现保护罩29不同程度的变暗和/或不同强度的变暗，因为在不同时间段44、46中存在不同的电弧强度。因此，可以与这些时间段同时改变保护罩29的明亮程度，正如以不同的阴影线示意性地图示的。

因此，基本上可以说，可以基于不同的调节使保护罩29变亮，所述调节可以用于已知的所有焊接过程并且不限于前述示例实施方式。这里，在循环发生的过程状态下，在每个时间段可以相应地激活保护罩29，或者在焊接过程中控制设备4可以检测到短路的发生，于是，在短路过程中或者优选在断开短路之后很短的时间内降低保护罩29的变暗强度，或者降低保护罩29的变暗强度直到引燃电弧15为止。还可以让控制设备4根据施加在电极和/或焊丝13上的电势为正或为负来改变变暗强度，其中施加正电势的时候比施加负电势的时候变暗程度低。对于已知的所有焊接过程，还可以在重复过程状态的不同时间点使保护罩29变亮，以实现高速视频效果。

借助这种对保护头盔28的保护罩29的控制，实现了可以通过变亮持续时间和/或通过大多数不同的变暗强度来调节/实现对使用者而言光学有效的保护罩29的亮度，其中控制设备4引入相应过程状态，特别是变亮状态，用于使保护罩29变亮，其中在引入变亮状态的过程中，控制设备4向电流源2发送各种存储的和可调节的参数，用来控制焊接过程，向焊接头盔28发送各种存储的和可调节的参数，用来调节保护罩29的亮度。

当然，还可以将单独的控制设备布置在焊接头盔28中，所述控制设备与焊接设备1的控制设备4连接。因此，甚至可以在焊接头盔28中执行额外的功能，例如在保护罩29上视觉显示焊接参数。还可以将单独的控制设备与机器人装置一起使用，因为带有焊接设备1的机器人大部分布置在机器人单元中，所述机器人单元包括观察窗。如果该观察窗设计成保护罩29，则可以借助焊接设备1相应激活该观察窗。

进一步还可以在保护头盔28中额外设置光致传感器，该光致传感器设计成用于检测实际亮度。然后可以通过焊接头盔28将相应数据传递到焊接设备1。为此，如果光致传感器例如设置在保护罩29之后，则其可以用于安全功能，并因此可以用来控制和优化遮挡速度。在亮度超过特定值的情况下，该光致传感器例如可以用作紧急关闭元件。

Claims (16)

1.一种控制保护罩(29)的方法，所述保护罩(29)例如位于焊接设备(1)的焊接头盔(28)上，其中由所述焊接设备(1)向发送/接收装置(30)传递信号，由与所述保护罩(29)相关联的发送/接收装置(31)激活可电气激活的保护罩(29)并且使所述保护罩(29)变暗，所述发送接收装置(31)例如集成在所述焊接头盔(28)内，其特征在于，在焊接过程中，即引燃电弧(15)之后，由所述焊接设备(1)的控制设备(4)经由所述发送/接收装置(30、31)激活所述保护罩(29)，其中在焊接过程中，通过以交替方式使所述保护罩(29)反复地变暗和变亮来改变所述保护罩(29)的变暗强度和/或程度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述保护罩(29)的变暗强度较低时，即当所述保护罩(29)的屏幕打开时，由所述控制设备(4)防止所述焊接设备(1)的电流源(2)增大电流。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在减小或改变变暗强度之前，由所述控制设备(4)来确定所述电流源(2)提供的电流水平。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，作为所述焊接过程的过程状态的函数来改变所述保护罩(29)的变暗。

5.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在固定的预定时间点(39、40)激活所述保护罩(29)。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，作为目前焊接状态的功率的函数来改变所述保护罩(29)的变暗。

7.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在变暗强度的两个状态或更多个状态之间改变保护罩(29)的变暗。

8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述控制设备(4)检测焊接过程中发生短路的时间，即短路相位(42)，并且在短路过程中或者优选在断开短路之后很短的时间内使所述保护罩(29)变亮，或者使所述保护罩(29)变亮直到引燃所述电弧(15)为止。

9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，在变暗和变亮相位中，作为施加到电极的正或负电势的函数来改变所述保护罩(29)的变暗强度，其中与在负时间段(46)过程中施加负电势的情况相比，在正时间段(44)过程中施加正电势的情况下变暗程度更强。

10.如权利要求1至9任一项所述的方法，其特征在于，相应于焊接过程中循环发生的过程状态，激活所述保护罩(29)。

11.如权利要求1至10任一项所述的方法，其特征在于，对于脉冲焊接过程，其中脉冲相位(37)和基本相位(38)循环交替，在基本相位(38)期间使所述保护罩(29)变亮。

12.如权利要求1至11任一项所述的方法，其特征在于，通过所述保护罩(29)的变亮相位持续时间来调节对于使用者光学有效的所述保护罩(29)的亮度。

13.如权利要求1至12任一项所述的方法，其特征在于，通过变暗强度来调节对于使用者光学有效的所述保护罩(29)的亮度。

14.如权利要求1至13任一项所述的方法，其特征在于，由所述控制设备(4)引入相应的过程状态，特别是变亮状态，用于使所述保护罩(29)变亮。

15.如权利要求1至14任一项所述的方法，其特征在于，在引入所述变亮状态的过程中，由所述控制设备(4)向所述电流源(2)传递各种存储的和可调节的参数。

16.如权利要求1至15任一项所述的方法，其特征在于，在重复发生的过程状态的不同时间点使所述保护罩(29)变亮。

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