CN103384579A - 丝送进速度监控装置和方法及丝绕动系统 - Google Patents

Abstract

一种丝送进速度监控装置及方法，所述丝送进速度监控装置及方法使用具有运动传感器的丝运动检测设备以及从所述丝运动检测设备接收运动信号的丝送进速度监控系统（111）。所述丝运动检测设备使用所述运动传感器来监控丝的送进速度和运动，并且向所述丝送进速度监控系统提供与所述送进速度和所述运动相关的数据。所述运动检测设备是计算机外围定点设备（例如计算机鼠标）。

Description

丝送进速度监控装置和方法及丝绕动系统

发明的背景

发明的领域

与本发明一致的设备、系统和方法涉及测量丝送进速度。

相关技术的描述

当进行焊接时，通常合乎期望的是在焊丝被送进来进行焊接操作时测量并且监控焊丝（或焊条）的丝送进速度。丝送进速度测量值可以在焊接操作期间被利用来确定丝送进器的适合的操作或焊接操作的其他方面。进一步地，焊接操作期间，在取得丝送进速度测量值的情况下，可以基于关于丝送进速度的测量的信息对焊接操作进行调节。丝送进速度的变化可以通常是由磨损的内衬、滑动的丝驱动辊或磨损的导电嘴以及其他问题造成的。

发明内容

本发明的示例性实施方案是一种丝送进速度监控装置，所述丝送进速度监控装置包括具有运动传感器的计算机外围定点设备以及从所述计算机外围定点设备接收运动信号的丝送进速度监控系统。所述计算机外围定点设备使用所述运动传感器来监控丝的送进速度和运动，并且向所述丝送进速度监控系统提供与所述送进速度和运动相关的数据。本发明的进一步的实施方案、特征和方面从下面的说明书、权利要求书以及附图将会变得清晰。

附图简要说明

通过参考附图对本发明的示例性实施方案进行具体描述，本发明的上面和/或其他方面将会变得更加清晰，其中：

图1图示说明包括本发明的丝送进速度测量系统的示例性实施方案的焊接系统的图解表征；

图2图示说明包含本发明的丝送进速度测量系统的另一示例性实施方案的进一步的焊接系统的图解表征；

图3A-3C图示说明本发明的示例性实施方案的图解表征；

图4图示说明本发明的进一步的示例性实施方案的图解表征；以及

图5图示说明本发明的附加的示例性实施方案的图解表征。

示例性实施方案的具体说明

现将通过参照所附附图来在下文描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案旨在帮助理解本发明，而不是旨在以任何方式限制本发明的范围。同样的参考标号在整个附图中表示同样的元件。

图1是包括本发明的丝送进速度测量系统的示例性实施方案的焊接系统100的典型的图解表征。具体地，焊接系统100包括已知类型的电源101，所述电源101被用来向焊炬105提供焊接波形。电源101还被耦接到丝送进器103，所述丝送进器103将焊丝W从丝源109通过驱动辊107送入焊炬105。这样的系统在焊接行业中是众所周知的，将不在本文中具体讨论。

系统100中还包括的是丝送进速度测量设备113，所述丝送进速度测量设备113被耦接到丝送进速度监控系统111。在本发明的示例性实施方案中，丝送进速度测量设备113是计算机外围定点系统，在一些实施方案中，该计算机外围定点系统可以是“现成的”计算机“鼠标”。所述计算机外围定点系统可以是“现成的”或适配的，特别是使壳体被移除或改变或取代。设备113可以是接触型的或非接触型的外围设备。所述接触型设备通常在设备113的底部使用滚球（roller ball），而非接触型的通常使用具有光学传感器的LED灯。正如所知的，计算机定点系统设备（例如，计算机鼠标）包括运动传感器，所述运动传感器能够在X和Y两个方向上追踪移动并且将这种移动传达给处理器，从而移动数据可以如所期望的那样被使用。因为计算机外围定点系统（计算机鼠标）的结构、功能和操作被计算机行业的技术人员所熟知，因此不需要在本文中具体讨论或描述。

将计算机外围定点系统作为丝送进速度测量设备113使用优于已知的丝送进速度测量系统。具体地，一些丝送进速度测量系统非常昂贵或要求与焊丝W明显接触，以至于所述设备挤压丝W并且使之变形。进一步地，当前的丝送进速度测量设备仅可以测量丝的线性移动。然而，确定丝W是否在转动通常也是重要的，对于适当的焊接操作来说丝的转动是不利的。由于计算机外围定点系统是低成本项并且不要求与丝接触或者要求最低限度的接触来追踪所述丝的移动，因此将计算机外围定点系统作为传感器使用消除了这些缺点中的每个。

在操作中，设备113被这样安置，以致所述设备113的运动传感器（不论运动传感器是接触型的还是非接触型的）可以准确地感测所述丝的移动。在进一步的实施方案中，设备113被改进为包括丝引导装置来引导传感器下方的丝W，用于丝送进速度的准确检测。在操作期间，所述丝的线性移动由设备113感测，并且移动数据被无线地或经由物理连接传送到丝送进速度监控系统111。丝送进速度监控系统111可以是能够从设备113接收数据的任何类型的计算机系统，并且被特别地编程来在操作期间将来自于设备113的移动信号转换为（interpret）丝W的丝送进速度测量值。在本发明的某些示例性的实施方案中采用具有每秒1500次采样的采样率的光学计算机外围定点设备113。这样的采样率允许所述丝送进速度测量系统检测每分钟丝行进高达1200英寸（3048厘米）的丝送进速度的变化。这显著地改善了现有的丝送进速度检测系统。

进一步地，除了转换丝W的线性移动，丝送进速度监控系统111还可以具有编程部件（programming）来在丝W被送进到炬105时监控丝W的转动。这将通过设备113由在Y方向上感测到的移动转换而来。这个信息可以被系统利用来追踪丝W的转动，丝W的转动可以是丝送进系统或丝中存在问题的指示。

丝送进速度监控系统111可以是任何类型的计算机系统，所述计算机系统是可编程的，以至于其可以被编程来将来自于设备113的数据和信息转换为丝送进速度。系统111还可以包括存储器设备来储存丝送进数据和信息，并且还可以包括显示设备来在视觉上显示与丝送进操作相关的信息，所述信息包括：丝送进速度、丝送进速度方面的波动或变化，丝转动或其他合乎期望的变量。

设备13可以被安置于沿丝送进系统的任何位置。然而，在本发明的示例性实施方案中，设备113被安置于丝送进器辊107的下游。在本发明的进一步示例性实施方案中，采用多个设备113。在该实施方案中，可以监控丝送进系统中的多个位置处的丝送进速度的变化。例如，在丝W被辊107压紧之前，第一设备113可以被安置于丝送进器103的上游，并且第二丝送进设备可以被安置于辊107的下游。在这样的配置中，丝送进速度监控系统111可以确定在第一和第二设备113之间的检测到的丝送进速度之间是否存在任何速度差。该信息可以被利用来确定丝送进器103和/或辊107的操作。例如，如果检测到来自于所述第一和第二设备的丝送进速度的差超过阈值差，则丝送进速度监控系统111可以发出警告和/或使丝送进器103或电源101停止工作。

图2描绘了另一示例性焊接系统200。然而，在该焊接系统中，丝送进速度监控系统201被包括到电源101的控制电子装置中。进一步地，设备113与丝送进速度监控系统201进行无线通信。在可替换的实施方案中，设备113可以硬接线到系统201和/或电源101。在该实施方案中，丝送进速度监控系统201可以在电源101上显示检测到的丝送进速度和/或可以辅助丝送进速度的控制。例如，在某些示例性实施方案中，如果检测到的丝送进速度降到阈值以下或超出阈值，则丝送进速度控制系统201可以向电源101和/或丝送进器103发出紧急停止信号来停止焊接和送进操作。可替换地或附加地，丝送进速度监控系统201可以被用来基于从设备113测量到的丝送进速度控制丝送进器103。例如，如果丝W的检测到的丝送进速度在可接受的操作范围之外，丝送进速度监控系统201指示电源101和/或丝送进器103提高或降低丝送进速度，从而丝送进速度被维持在合乎期望的可操作范围之内以继续进行适当的焊接操作。

图3A至图3C描绘了本发明的丝送进速度测量设备301/305的各种实施方案。如所描绘的，设备301/305是计算机外围定点设备（计算机鼠标）。在图3A中，设备301是使用球303的接触型设备，而在图3B和图3C中，设备305是例如使用LED和光学传感器来检测移动的非接触型设备。如图3C中所示的，设备305可以与丝引导装置309装配（quipwith）在一起，所述丝引导装置309可以通过任何已知的方式被附接，以确保丝W被安置于设备305的运动传感器307之下。引导装置309还可以包括减摩器311，所述减摩器311减少丝W和引导装置309之间的摩擦并且减少或消除丝W上的刮痕。

图3A-3C中所示的设备301/305被示出为典型的现成的计算机外围定点设备。然而，在本发明的其他示例性实施方案中，针对本发明实施方案中的设备301/305的操作保持所述定点设备的外壳或壳体是不必要的。

现转向图4，描绘了本发明的另一示例性实施方案400，该实施方案400能够监控并且检测在焊丝W的偏转（cast）或扭转。具体地，已知的是，焊丝W通常可以在所述丝中进行偏转、扭转或弯曲，这可以是丝的绕动或包装过程的函数。丝中的这种异常状况可以在焊接过程期间影响丝W的定位。例如，如果直线焊缝是合乎期望的，因为在丝W离开炬105时丝W将会移动，所以丝W中的扭转或偏转可能导致非直线的焊道。换言之，丝W中的明显偏转或扭转可能引起焊道移动到合乎期望的直的路径的两侧。在要求高精度的焊接操作中，这可能是有问题的。在焊接期间，如果丝W中存在特定扭转或偏转，则图4中所示的系统400能够使影响降低到最小。

具体地，在该实施方案中，丝送进速度监控系统111与炬定位系统401进行通信。炬定位系统401被采用并且配置来在焊接过程期间改变焊炬105的定位。炬定位系统401可以使用马达、传动装置或其他机构（未示出）来改变炬105的定位。这样的机构在自动化和机器人焊接行业中是已知的，将不在本文中具体描述。

在焊接期间，设备113被安置为离焊炬105中的炬嘴的出口一距离D，从而该距离D是已知的。距离D可以被预先确定并且被编程到丝送进速度监控系统111中。如上面所描述的，设备113和监控系统111可以在丝W正被送进时检测丝送进速度和丝W中的任何转动。在焊接期间，如果设备113和监控系统111在丝W中检测到扭转，则监控确定炬105是否需要被移动来适应检测到的扭转。换言之，在示例性实施方案中，如果检测到丝中的扭转，监控系统111则与炬定位系统401进行通信，以调节炬105的定位来确保即使丝W中存在扭转或异常状况，焊道也被保持在其合乎期望的路径中。监控系统111基于距离D、检测到的丝送进速度以及丝W中的检测到的扭转为基础与炬定位系统401进行通信。具体地，监控系统111确定检测到的扭转以检测到的丝送进速度行进距离D所花费的时间长度，并且指示炬定位系统401在适当的时间将炬105移动适当的距离。换言之，在检测到的扭转要达到焊炬105的出口的时候。

在本发明的另一示例性实施方案中，当丝中的扭转或异常状况超出阈值量时，监控系统111仅与炬定位系统401进行通信。因此，如果丝W中的检测到的扭转没有被确定为是明显的或将会使得焊道是不可接受时，则炬105将不会被移动。然而，如果扭转或异常状况被确定为超出阈值量时，则监控系统111与定位系统1401进行通信来适当调节炬105的定位。

要注意的是，尽管在图4中监控系统111和定位系统401被示出为分离的部件，然而在其他示例性实施方案中，这些部件可以被一体形成为单个的控制器系统。在这点上，本发明不受限制。

在进一步的示例性实施方案中，图4中所示的系统400基于丝W的检测到的丝送进速度控制炬105的行进速度。具体地，可以是合乎期望的是，在要被创建的指定长度的焊缝上维持恒定量的焊丝W。在焊接期间，如果丝W的丝送进速度改变，则这可能导致针对指定长度的焊缝，过多或过少的丝W被递送到所述焊缝。因而，类似于上面所描述的，监控系统111和定位系统401被用来基于检测到的丝送进速度控制炬105的行进速度。所以，如果检测到的丝送进速度提高，则定位系统401将提高炬105的行进速度来维持恒定的熔敷率。类似地，如果丝送进速度降低，则定位系统将放慢炬105的行进速度，以便维持合乎期望的熔敷率。当然，在本发明的某些示例性实施方案中，炬105的行进速度的改变将仅在检测到的丝送进速度高于或低于阈值时发生。因而，只要丝送进速度在可接受的操作范围之内，则炬105的行进速度将不发生改变。

图5描绘了本发明的另一方面。在该实施方案中，在拉丝或包装过程期间采用本发明的各方面。在图5所示的示例性实施方案中示出丝绕动系统500，所述丝绕动系统500被用来将焊丝W绕进焊丝容器507，所述焊丝容器507通常是散装焊丝容器。系统500包括丝绕动机501，所述丝绕动机501具有一系列用来使丝W成形的辊503、主动轮505和吐线机507。在绕动期间，丝W由主动轮505拉动并且被下推通过吐线机509进入容器，以创建线轴、线盘或焊丝（weld wire）511。丝绕动机的一般的结构和操作是已知的，在本文中将不被具体讨论。然而，要注意的是，本发明不限于本文所描述的特定的绕动机501，并且可以被用在任何丝绕动机或将丝W从较大直径拉至较小直径的拉丝机上。

在绕动期间，丝W由吐线机507存放于丝511的线轴中，所述吐线机507将丝W以一系列圈的形式置放。由于这一工艺，将扭转力置于所述丝上，导致所述丝扭转。已知的是，在绕动期间，这种扭转向上游迁移超出主动轮是不合乎期望的。然而，利用当前的系统，当这种迁移发生时，这种迁移通常是检测不到的，直到丝W被绕进包装509之后在丝W中检测到明显的异常状况。

因而，在本发明的示例性实施方案中，设备113被放置于成形辊503和主动轮505之间来检测这些部件之间的丝送进速度以及丝W的任何扭转。与丝扭转和丝送进速度相关的信息被从监控系统111传送到数据（date）记录设备513，所述信息然后可以被用来评价容器509中的丝511的线轴。例如，数据可以被用来确定丝511的线轴是否满足对客户而言合乎期望的参数，并且数据可以被用来确定容器507中的丝的价格和质量。并且，监控系统111可以与用于绕动机501的控制电子装置515进行通信，并且如果检测到的扭转或丝送进速度超出可接受的范围，则控制电子装置515可以使丝绕动机501停止工作。这会防止容器509被有缺陷的丝填充满。

在图5所示的实施方案中，在主动轮506和成形辊503之间仅示出单个设备113。然而，本发明不限于设备113的这种定位方式。进一步地，本发明的实施方案可以根据需要在丝绕动、拉动或制造过程中的不同位置处采用多于一个设备113来监控多个位置处的丝的丝送进速度和/或扭转。

此外，本发明的实施方案不限于使用绕动机501来将丝W存放到容器中，但可以使用所有类型的绕动机，包括将丝W绕动到线轴和/或卷盘上的那些绕动机。

本发明的实施方案可以被用于焊丝被持续地送进到焊炬的所有类型的焊接，包括但不限于，MIG、药芯焊丝焊接及埋弧焊接。进一步地，本发明的其他示例性实施方案可以被用在双重丝送进器系统中或被用在利用多于一个丝送进器的系统中。在这样的实施方案中，丝送进速度监控系统可以被用来监控多个丝送进操作的丝送进速度。

进一步地，尽管示例性实施方案已在上面的焊接系统的上下文中被讨论，因为本发明的实施方案可以被用于丝的送进速度被期望为是受监控的任何系统中，所以本发明在此方面不受限。

尽管本发明已参考其示例性实施方案被特定地示出并且被描述，但本发明不限于这些实施方案。本领域中的普通技术人员可以理解，可以在本文中做出形式上和细节上的各种变化而不背离如所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

参考标号：

100       焊接系统               505        主动轮

101       焊接电源               506        主动轮

103       丝送进器               507        焊丝容器

105       焊炬                   509        吐线机

107       驱动辊                 511        包铜丝

109       丝源                   513        数据记录设备

111       监控系统               515        控制电子装置

113       测量设备               1401       定位系统

200       焊接系统

201       监控系统               D          距离

301       测量设备               W          焊丝

303       球                     X          方向

305       测量设备               Y          方向

307       运动传感器

309       丝引导装置

311        减摩器

400        实施方案

401        炬定位系统

500        丝绕动系统

501        丝绕动机

503        成形辊

Claims (15)

1.一种丝送进速度监控装置，所述丝送进速度监控装置包括：

丝运动检测设备，所述丝运动检测设备具有运动传感器（307）；以及

丝送进速度监控系统（111），所述丝送进速度监控系统（111）从所述丝运动检测设备接收运动信号，

其中所述丝运动检测设备使用所述运动传感器（307）来监控送进速度和丝（W）的运动并且向所述丝送进速度监控系统（111）提供与所述送进速度和所述运动相关的数据。

2.如权利要求1所述的丝送进速度监控装置，其中所述运动是所述丝（W）的转动。

3.如权利要求1或2所述的丝送进速度监控装置，其中所述运动传感器（307）是非接触型运动传感器。

4.如权利要求1至3中的一项所述的丝送进速度监控装置，其中所述丝运动检测设备包括丝引导结构（309）来引导邻近所述运动传感器（307）的所述丝（W）。

5.如权利要求1至4中的一项所述的丝送进速度监控装置，其中所述运动传感器（307）具有每秒至少1500次采样的采样率。

6.如权利要求1至5中的一项所述的丝送进速度监控装置，其中所述丝送进速度监控系统（111）基于所述检测到的丝送进速度和所述运动中的至少一者向焊接电源（101）和送进所述丝（W）的丝送进器（103）中的至少一者提供信号。

7.如权利要求1至6中的一项所述的丝送进速度监控装置，其中所述丝送进速度监控系统（111）基于所述检测到的丝送进速度和所述丝（W）的运动中的至少一者控制焊炬（105）的移动。

8.如权利要求7所述的丝送进速度监控装置，其中所述丝运动检测设备被安置为离所述焊炬（105）一距离D并且所述丝送进速度监控系统（111）基于所述距离D和所述检测到的丝送进速度控制所述炬（105）的所述移动。

9.如权利要求1至8中的一项所述的丝送进速度监控装置，其中所述运动检测设备是计算机外围定点设备。

10.一种监控丝送进速度的方法，所述方法包括：

使丝（W）通过丝运动检测设备的运动传感器（307）；

由所述运动传感器（307）感测所述丝（W）的速度和运动；以及

将与所述速度和所述运动相关的数据从所述运动传感器（307）提供到丝送进速度监控系统（111）。

11.如权利要求10所述的监控丝送进速度的方法，其中所述运动是所述丝（W）的转动；和/或

其中所述运动传感器是非接触型运动传感器；和/或其中所述丝运动检测设备包括丝引导结构来引导邻近所述运动传感器的所述丝；和/或其中所述运动传感器以至少每秒1500次采样对所述丝的所述速度进行采样；和/或还包括基于所述检测到的丝送进速度和所述运动中的至少一者向焊接电源和送进所述丝的丝送进器中的至少一者提供信号；和/或还包括基于所述检测到的丝送进速度和所述丝的运动中的至少一者控制焊炬的移动；和/或

其中所述丝运动检测设备被安置为离所述焊炬一距离D，并且对所述炬的所述移动的所述控制步骤是基于所述距离D和所述检测到的丝送进速度的；和/或其中所述运动检测设备是计算机外围定点设备。

12.一种丝绕动系统，所述丝绕动系统包括：

丝绕动设备，所述丝绕动设备绕动丝（W）；

丝运动检测设备，所述丝运动检测设备具有运动传感器（307）；以及

丝送进速度监控系统（111），所述丝送进速度监控系统（111）从所述丝运动检测设备接收运动信号，

其中所述丝运动检测设备使用所述运动传感器（307）监控所述丝（W）的送进速度和运动，并且向所述丝送进速度监控系统提供与所述送进速度和所述运动相关的数据。

13.如权利要求19所述的丝绕动系统，其中所述丝运动检测设备监控邻近所述丝绕动设备的主动轴的所述丝（W）的所述丝送进速度和所述运动。

14.计算机外围定点设备，特别是计算机鼠标，的使用，所述计算机外围定点设备作为丝送进速度监控装置，特别是根据权利要求1至9中的一项所述的丝送进速度监控装置，的丝送进速度测量设备（113），或者丝绕动系统，特别是根据权利要求12或13所述的丝绕动系统，的丝送进速度测量设备（113）。

15.如权利要求14所述的使用，其中所述计算机外围定点设备的壳体是适应性的。

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