CN105163891A - 用于确定焊接操作的质量的焊接系统 - Google Patents

Abstract

一种焊接系统(10)包括可重新定位的温度传感器(32)。可重新定位的温度传感器(32)被配置为检测与工件(28)对应的温度并且提供与已检测到的温度对应的温度数据。焊接系统(10)还包括电源(12)，该电源(12)配置为接收来自温度传感器的温度数据。电源(12)配置为基于已检测到的温度修正对电源输出的控制。

Description

用于确定焊接操作的质量的焊接系统

本申请是基于提交于2013年5月10日，题目为“用于确定焊接操作的质量的焊接系统”的美国临时申请No.61/822,035的正式申请，该申请全篇地援引于此作为参考。

背景技术

本发明总体涉及焊接系统，并更具体地涉及用于确定焊接操作的质量的焊接系统。

焊接是在各种行业和应用中的利用日益增长的工艺。此类工艺在某些背景下可以是自动化的，尽管大量用于手动焊接操作的应用继续存在。在这两种情况下，此类焊接操作依赖各种类型的设备以保证焊接消耗物(例如，送丝，保护气体等)的供应，以合适的量在所需的时间被提供给焊接处。

焊接操作在各种不同的材料上进行(例如，金属材料)。例如，工件可由碳钢或耐蚀合金形成，例如不锈钢。工件暴露于热中的持续时间可被管理以获得某些冶金特性。例如，可管理某些预热温度，层间温度，焊接热输入，和/或其他焊接参数。因此，工件上的焊接操作的质量可取决于工件在焊接操作期间暴露在的温度的时间历史。不幸的是，当焊接操作发生在接缝上时，可能很难检测相应的焊接操作的接缝附近的工件的温度与时间数据的结合。因此，可能很难测定工件在焊接操作期间暴露在的温度的时间历史。

发明内容

在一个实施例中，焊接系统包括可移动的温度传感器，被配置为检测对应于工件的温度并且提供对应于已检测到的温度的温度数据。焊接系统还包括被配置为接收来自温度传感器的温度数据的电源。电源被配置为基于已检测到的温度修正对电源输出的控制。

在另一个实施例中，存在用于确定焊接操作的质量的方法。本方法包括通过电源接收表征工件的一个或多个温度的温度信号，所述温度信号在对工件进行操作的过程中通过温度传感器检测到。本方法进一步包括处理温度信号以得出已处理的温度数据，并且接收与工件的操作对应的操作数据。本方法另外地包括通过应用已处理的温度数据和操作数据确定操作的质量。

在又一个实施例中，存在有形的，非临时的计算机可读介质，该计算机可读介质包括配置为通过电源接收温度信号的指令，所述温度信号表征在对工件的操作期间通过温度传感器检测到的工件的一个或多个温度。所述指令另外地被配置为处理温度信号以得出已处理的温度数据并且接收与工件的操作对应的操作数据。本指令还被配置为通过应用已处理的温度数据和操作数据确定操作的质量。

附图说明

当结合附图阅读下面的详细说明时，本发明的这些和其他特征，方面和优点将被更好地理解，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的部件，其中：

图1是根据本公开的一些方面，包括可由碳钢或耐蚀合金形成的工件的焊接系统的实施例的图解；

图2是根据本公开的一些方面，可用于确定焊接操作的质量的焊接系统的实施例的图解；

图3是根据本公开的一些方面，温度传感器32以手持装置的形式检测焊接操作中的温度的实施例的立体图；

图4是根据本公开的一些方面，用于识别焊接操作的检测器的实施例的立体图；以及

图5是根据本公开的一些方面，用于确定焊接操作的质量的方法的实施例的流程图；

具体实施方式

本发明的实施例可用于可检测一个或多个温度的任何应用中。例如，图1示出了弧焊系统10。如图所示，弧焊系统10可包含电源12，电源12产生焊接功率并通过导管16供应焊接功率至电极14。在弧焊系统10中，直流电(DC)或交流电(AC)可用于连同消耗或非消耗电极14一起传送电流到焊接点。在这样一个焊接系统10中，操作者18可通过定位电极14以及触发电流流动的启动和停止以控制电极14的位置和操作。如图所示，头盔组件20由焊接操作者18佩戴。头盔组件20包括头盔外壳22和可被变暗的目镜组件24以防止或限制暴露于由焊接电弧26产生的光。

当操作者18通过从电源12到电极14施加功率以开始焊接操作(或例如等离子切割的其它操作)时，焊接电弧26在电极14和工件28(例如图示的管道)之间形成。工件28可由碳钢或耐蚀合金形成，如不锈钢，或其它金属和合金(例如，铝、钛、锆、铌、钽、镍合金)。非金属工件28也可被焊接或以其它方式结合，例如，通过搅拌焊接。电极14和导管16由此传送足以在电极14和工件28之间生成焊接电弧26的电流和电压。焊接电弧26在电极14与工件28之间的焊接点处熔化金属(基材和添加的任何填充材料)，从而在金属冷却时提供接缝。焊接系统10可配置为通过任何合适的技术形成焊缝，包括手工电弧焊(SMAW)(即焊条焊接)、钨极气体保护电弧焊(GTAW)，气体保护金属电弧焊(GMAW)，药芯焊丝电弧焊(FCAW)，金属惰性气体焊接(MIG)，钨极惰性气体保护焊(TIG)，气焊(例如，氧乙炔焊)，亚弧焊(SAW)，和/或电阻焊。如可以理解的，保护气体可用于某些应用中，例如，GTAW，GMAW和FCAW。焊接过程中所使用的波形可包括调节的金属沉积(RMD)型波形，此外还有，表面张力转移(STT)、冷金属转移(CMT)。

通常地，本文描述的技术使某些操作(例如，焊接、切割、磨削、感应加热、测试)通过施加由电源12供应的功率在工件28上进行。工件28可设置在工业设施(例如，工业厂房，造船厂)内，但也可设置在住宅设施内，如车库或家中。工件28可包括管状件(例如管)，平板(例如，金属或塑料薄板和板材)，成角度的工件28(例如，角铁)，或可例如通过使用由电源12传送的功率被焊接、切割、磨削、感应加热或测试的任何其它零件。

如下所述，施加至工件28的热可使用一个或多个温度传感器被检测(例如，感应)到。电源12可配置为存储已检测到的数据。通过使用温度传感器，在焊接施加位置附近的工件28的温度可被检测和/或监测，以确定焊接操作的质量和/或控制在进行中的焊接操作的温度。如可以理解的，温度传感器可用于需要温度检测的任何应用，例如焊接，切割，磨削，感应加热，测试，等等。

图2是可用于确定焊接操作的质量的焊接系统10的实施例的图解。工件28有一个接缝30，在那里要进行结合(例如焊接)。传感器32被定位在邻近于接缝30的位置，以检测在接缝30被焊接之前，期间和/或之后工件28的一个或多个温度。另外地或可替代地，温度传感器，例如传感器32，可检测工件28的转速，接缝32的焊接沉积速率，工件28的冷却速率，在工件28上或周围的气体(例如，如乙炔，氧气，氩，氦的气体或任何其它气体的量)，以及工件28的预热(例如，工件28是否被预热和/或预热速率)。来自传感器32的数据可帮助确定在工件28上的操作的质量，如在以下关于图5更详细描述的那样。

在某些实施例中，传感器32可被定位在离接缝30相距1至4英寸或更远的位置。尽管示出一个传感器32，然而焊接系统10可包括1个，2个，3个，4个，5个，或更多个温度传感器。尽管在图示的实施例中，工件28具有圆形的外表面，然而在其它实施例中，工件28可具有外表面或内表面，所述外表面或内表面是三角形，方形，矩形，或外表面的任何其他标准的或非标准形状。传感器32可使用各种紧固技术设置在外表面或内表面上，紧固技术包括磁性安装，夹子，重力(例如，当传感器32放置在非移动的工件顶部时)，等等。

温度传感器32可以是能提供与温度对应的指示(例如，温度数据)的任何合适的装置。例如，温度传感器32可以是热电偶、双金属开关，电阻温度检测器(RTD)，热敏电阻，蜡马达(例如，适用于通过蜡的相变行为将热能转换成机械能的致动器装置)，和/或红外检测器。此外，温度传感器32可提供与通过使用有线和/或无线通信测量的温度对应的指示。如图所示，温度传感器32被配置为使用无线信号34通信。此外，电源12(例如适合提供用于焊接操作的电功率的焊接电源)被配置为从温度传感器32接收无线信号38。在其它实施例中，另一装置可被配置为接收由温度传感器32提供的无线信号34。如可以理解的，由传感器32传输的指示可表征温度，但可能实际上是电压，电流，电容值或对应于各种温度的其它信号。在另一个实施例中，传感器32可传输实际温度测量，作为表征温度的信号的替代或补充。

电源12包括一个或多个处理器40，存储装置42，和记忆装置44。处理器40可用于执行软件，例如数据处理，焊接操作质量确定，焊接控制，将来自温度传感器32的指示转换至温度数据，等等。此外，处理器40可包括一个或多个微处理器，例如一个或多个“通用”微处理器，一个或多个专用的微处理器和/或专用集成电路(ASICS),或它们的某些组合。例如，处理器40可包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器，数字信号处理器(DSP)，微控制器，现场可编程门阵列(FPGA),定制芯片，等等。

存储装置42(例如，非易失性存储器)可包括只读存储器(ROM)，闪存，硬盘驱动器，或任何其他合适的光，磁或固态存储介质，或它们的组合。存储装置42可存储数据(例如，焊接数据，温度数据，历史数据，来自温度传感器32的指示，等)，指令(例如，用于确定焊接质量，温度转化，焊接控制等的软件或固件)和任何其它适合的数据。

记忆装置44可包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)，和/或非易失性存储器，例如只读存储器，包括可更新的只读存储器，例如可擦写的只读存储器。记忆装置44可存储各种各样的信息并且可用于各种各样的用途。例如，存储装置44可存储处理器可执行指令(例如固件或软件)，以供处理器40执行，例如，用于确定焊接操作的质量的指令。

工件28包括识别数据46(例如，代码)。识别数据46可用于识别在接缝30上进行的焊接操作。例如，识别数据46可识别作业编号，工作订单号，等等。在某些实施例中，识别数据46可以是条形码，快速反应(QR)码，射频识别(RFID)，或任何其它可唯一识别焊接操作的合适的码。尽管在所描述的实施例中，识别数据46显示为设置在工件28上，然而在其它实施例中，识别数据46可设置在工作包，搬运票上，或通常地从工件28物理地分离。识别数据46还可包括通过设置在电源12上的按钮或键盘或通过设置在遥控装置(例如，红外遥控器，射频遥控器，蓝牙装置，无线网络装置，等等)上的按钮或键盘输入例如电源12的系统之中。焊接系统10包括被配置为检测识别数据46的检测器48。在某些实施例中，检测器48可以是条形码检测器。检测器48提供了可由电源12接收的无线信号50。如可以理解的，通过使用温度传感器32，工件28的温度可被检测和/或监测到。因此，在接缝30上的焊接操作的质量可被确定和/或控制。例如，电源12可得出该温度对于某些操作处于不合需的水平，并可通过视觉和/或音频通知(例如光，嘟嘟声，屏幕显示)通知使用者。电源12也可在发现温度处于不合需的水平时(例如，太高或太低)暂停操作。

电源12可通过设备上输入(例如，键盘，按钮，开关)和/或远程地从外部设备(例如允许蓝牙的移动设备，WiFi设备)被通知要进行的操作类型(例如，焊接，等离子切割，磨削，感应加热，测试)。因此，电源可包括适合于发送和接收来自传感器32和外部设备的无线信号的无线模块。电源12还可基于要进行的操作接收进一步输入，例如使用的操作供应(例如，焊丝/电极类型)，在工件28上操作的金属/合金或塑料的类型，工件28的尺寸，等等。电源12则可使用输入以得出一个所需的温度范围，从而提高施加于各种工件28的各种操作的质量。

图3是温度传感器32以手持装置52的形式用于检测焊接操作期间的温度的实施例的立体图。如图所示，手持装置52使用无线信号34无线地通信。手持装置52可由操作者的手54握住以引导(例如指向)传感尖端56(例如用于检测温度的端部(接触或非接触))，所述感测尖端56在所需的位置被定位在装置52的近端。当传感尖端56被引导至所需的位置时，手持装置52可检测焊接操作上或附近的温度。手持装置52可包括设置在尖端56内的多传感器，包括一个或多个温度传感器和一个或多个适合于读取代码46的传感器。例如，传感器可包括用于读取QR和/或条形码的光学传感器，以及有用于读取RFID标签的RFID传感器。

如图所示，手持装置52可无线地将与温度对应的指示提供至电源12用于存储，处理和/或分析。手持装置52可另外提供代码46，用于得出工件28的类型(例如材料类型，尺寸)和/或在工件28上进行的操作。在某些实施例中，手持装置52可包括可移动的存储装置，例如记忆棒，通用串行总线(USB)闪存盘，等，用于存储与已检测到的温度对应的指示。可移动的存储装置可被配置为存储与对应于已检测到的温度的指示有关的日期和/或时间。此外，在某些实施例中，手持装置52可具有内置存储装置。因此，手持装置52可直接连接在电源12，电脑或用于从手持装置52的存储装置转移数据的另一个装置。因此，使用手持装置52，焊接操作上或附近的温度可以被检测到。

图4是适用于识别焊接操作的检测器48的实施例的立体图。检测器48包括手柄58，该手柄58可使操作者握持检测器48并将检测器48瞄准所需的方向。此外，检测器48包括扫描仪60，例如条形码扫描仪，以检测用于识别焊接和/焊接操作者的识别数据46。检测器可另外地或可选择地包括RFID接收，所述RFID接收有益于检测由识别数据46的RFID实施例提供的RFID信号。如上述所讨论的，检测器48可使用无线信号50提供识别数据46至电源12。在一个实施例中，识别数据46可用于将焊接操作期间执行的温度数据和/或焊接数据关联于工件28上的焊接处。识别数据46也可包括涉及工件28的类型(例如材料类型，尺寸)的数据和/或在工件28上进行的操作的数据。因此，电源12不仅可使用识别数据46以控制操作，而且可将温度数据或不合需的温度条件通知至使用者18。

在某些实施例中，检测器48可包括可移动的存储装置，例如记忆棒，USB闪存盘，等，用于存储已检测到的识别数据46。可移动的存储装置可被配置为存储与已检测到的识别数据相关的日期和/或时间。此外，在某些实施例中，检测器48可具有内置的存储设备，例如，内置的、不可移动的闪存。因此，检测器48可直接连接至电源12，电脑或用于从可移动的存储装置或内置的存储器从检测器48转移数据的另一个装置。如图所示，检测器48包括插座62，该插座62使手持装置52可以插入其中。在一个实施例中，插座62可包括提供通信和/或功率至手持装置52的电连接器。因此，检测器48可提供数据至手持装置52和/或手持装置52可提供数据至检测器48。因此，识别数据和关于温度的数据可被储存和/或通过装置52，检测器58或它们的组合一起被无线地传输。

图5是可用于确定焊接操作的质量的流程64的实施例的流程图。流程64可被实现为被存储在非临时计算机可读介质(例如存储器44)中并由一个或多个处理器(例如处理器40)执行的计算机可执行指令或代码，。流程64可由电源12和/或基于云的装置，焊接辅助设备，悬吊件，送丝器，焊工头盔，焊炬，模块，通信接口等执行和存储。电源12(或另一装置，例如基于云的装置，焊接辅助设备，悬吊件，送丝器，焊工头盔，焊炬，适合于用在此所描述的技术改装电源12的模块，通信接口等等)接收指示在焊接或其它操作(例如切割，磨削，感应加热，测试)开始之前，之中，或之后的第一时间的第一时间数据(方框66)。例如，检测器48可用于在焊接操作开始之前检测与焊接操作对应的识别数据46。检测器48可提供识别数据46和/或时间(例如，日期和时间)至电源12。电源12(或另一装置，例如基于云的装置，焊接辅助设备，悬吊件，送丝器，焊工头盔，焊炬，模块，通信接口，等等)在接收到第一时间数据之后，接收在焊接操作期间表征一个或多个已检测到的工件28的温度的温度数据(方框68)。例如，电源12可使用有线的连接，使用记忆存储装置，等等无线地接收温度数据。此外，电源12存储温度数据(或已处理的温度数据)，连同与焊接操作对应的焊接数据和焊接操作的相关数据的第一时间数据(方框70)。如在此所使用的，术语“已处理的温度数据”指的是已被修改的温度数据，例如转换为温度的感测电压。

电源12通过使用温度数据和焊接数据测定焊接操作的质量(方框72)。在某些实施例中，电源12，其它设备，例如基于云的服务器，确定是否温度数据指示温度在预定的范围内。例如，工件28上的操作的质量的量度可包括操作发生在所需要的温度或温度范围多长时间。工件28上的操作的质量的量度还可另外地或可选择地包括在操作中工件28(或焊炬)的转速或任何运动速度。例如，某些材料可在炬26和/或工件28所需要的移动速度或速度范围下被焊接，切割，测试，加热等等。工件28上的操作的质量的量度还另外地或可选择地包括工件28的冷却速率。例如，在施加炬26之后，工件可按照需要被冷却特定时间。

同样地，工件28上的操作的质量的量度可另外地或可选择地包括是否施加预热，和/或预热速率。例如，当工件28在焊接，切割等之前被预热时，某些材料和操作在可具有更高的质量。工件28上的操作的质量的量度还另外地或可选择地包括通过传感器32的气体监测。例如，在工件28上或附近的某些气体的存在和/或量可指示操作的质量。电源数据还可指示操作的质量。例如，电压电平，电流电平，所使用的波形等等，可指示操作的质量。

在某些实施例中，电源12可将数据，包括识别数据46，温度数据，转速数据，沉积速率数据，冷却速率数据，预热数据，气体监测数据和电源12数据(例如，被使用的电流)提供至相关装置(例如，可通信地耦合到电源12的计算机服务器)和/或云以供进一步分析。电源12也可分析数据。分析可包括通过电源12传输的数据(例如，温度数据和操作数据，例如当前使用的温度和功率)的实时分析。例如，相关装置和/或基于云的服务器可处理(并存储)数据以确定操作是否按照需要进行，并可随后基于此确定将数据传回到电源12，例如操作质量的量度。电源12可随后通知操作者和/或提供控制动作，例如如果温度被认为太高则停止供电。

电源12可另外地或可选择地提供数据处理。例如，电源12可确定温度数据指示温度是在可接受的范围，还是在不可接受范围，或它们的某些组合内。同样地，转速数据，沉积速率数据，冷却速率数据，预热数据，和/或气体监测数据可用于确定可接受的范围和/或操作的质量。例如，质量量度可包括分级量度(例如，从1到100)，基于在此的描述分析，分级量度中更大个数意味着更高的质量。此外，电源12通过使用温度数据控制焊接操作(方框74)。例如，在某些实施例中，电源12可被配置为当温度或其它量度(例如，转速数据，沉积速率数据，冷却速率数据，预热数据，和/或气体监测数据)超出所需的范围时，或当量度在所需的范围内时，至少部分地基于从传感器32接收的数据，提供信号(例如，警告)至焊接操作者。电源12接收第二时间数据，该第二时间数据指示在焊接操作进行之后的第二时间(方框76)。例如，第二时间数据可包括识别数据46，识别数据46对应于第二焊接操作。使用温度传感器32和其它在此描述的装置，工件28的温度可被检测和/或监测。因此，在接缝30上的焊接操作的质量可被确定和/或控制。特别地，工件在焊接操作过程中暴露在的温度可被管理。

虽然本发明在此仅对某些特征进行了描述和说明，然而本领域技术人员将容易想到许多修正和变化。因此，可以理解的是，所附的权利要求旨在覆盖落在本发明的真正精神内的所有修正和变化。

Claims (20)

1.一种焊接系统，包括：

可重新定位的温度传感器，所述可重新定位的温度传感器被配置为检测与工件对应的温度并且提供与已检测到的温度对应的温度信号；并且

电源，所述电源被配置为接收来自所述温度传感器的所述温度信号，并其中所述电源被配置为基于所述已检测到的温度修正对电源输出的控制。

2.如权利要求1所述的焊接系统，其中温度信号的处理得出第一结果，其中所述第一结果包括所述已检测到的温度。

3.如权利要求2所述的焊接系统，其中所述电源被配置为执行所述温度信号的处理以得出第一结果，并且其中电源被配置为提供第一结果的可视或音频指示。

4.如权利要求2所述的焊接系统，其中所述电源被配置为与外部装置的所述温度信号通信，并所述外部装置被配置为执行所述温度信号的处理以得出所述第一结果。

5.如权利要求4所述的焊接系统，其中所述外部装置包括基于云的装置。

6.如权利要求1所述的焊接系统，其中所述温度传感器包括设置在手持装置中的无线温度传感器。

7.如权利要求1所述的焊接系统，其中所述温度传感器包括安装在工件上的无线温度传感器。

8.如权利要求1所述的焊接系统，包括检测器，所述检测器被配置为检测识别数据，所述识别数据被用于唯一地识别操作和提供所述识别数据至所述电源，其中所述操作所括焊接操作，切割操作，磨削操作，感应加热操作，或测试操作，或它们的组合，并且其中所述操作的功率通过所述电源被提供。

9.如权利要求8所述的焊接系统，其中所述识别数据包括条形码，快速响应(QR)码，射频识别(RFID)，或它们的组合。

10.如权利要求1所述的焊接系统，其中电源被配置为基于从所述温度传感器接收的所述温度信号，控制所述工件上的操作的电压，所述工件上的操作的电流，或一些它们的组合。

11.如权利要求2所述的系统，其中所述电源被配置为基于所述第一结果得出第二结果，并其中所述第二结果包括在所述工件上进行的操作的质量的量度。

12.如权利要求1所述的焊接系统，其中外部装置被配置为接收所述温度信号并提供所述已检测到的温度的可视指示，音频指示，存储或它们的组合。

13.一种用于测定焊接操作的质量的方法，包括：

通过电源接收表征工件的一个或多个温度的温度信号，所述温度信号在对工件进行的操作的过程中通过温度传感器被检测；

处理所述温度信号以得出已处理的温度数据；

接收与所述工件的操作对应的操作数据；以及

通过应用所述已处理的温度数据和所述操作数据确定所述操作的质量。

14.如权利要求13所述的方法，其中处理所述温度信号以得出所述已处理的温度数据包括所述电源处理所述温度信号，基于云的装置处理所述温度数据，或它们的组合。

15.如权利要求13所述的方法，包括传输所述温度信号至基于云的装置，其中所述基于云的装置被配置为存储所述温度信号。

16.如权利要求13所述的方法，其中接收温度信号包括通过记忆存储装置，通过被配置为无线地发送所述温度信号的手持装置，或它们的组合接收温度信号。

17.如权利要求13所述的方法，其中确定所述操作的质量基于所述温度信号，工件的速度，接合到所述电源上的焊炬速度的速度，工件上的沉积速率，工件的冷却速率，工件的预热，气体监测，电源电压，电源电流，电源波形，或它们的组合。

18.一种有形的，非临时的计算机可读介质，包括配置为如下的指令：

通过电源接收表征工件的一个或多个温度的温度信号，所述温度信号在对所述工件的操作的过程中通过温度传感器检测；

处理所述温度信号以获得已处理的温度数据；

接收与所述工件的操作对应的操作数据；以及

通过应用所述已处理的温度数据和所述操作数据确定所述操作的质量。

19.如权利要求18所述的计算机可读介质，其中处理所述温度信号以得出所述已处理的温度数据包括所述电源处理所述温度信号，外部设备处理所述温度数据，或它们的组合。

20.如权利要求18所述的计算机可读介质，包括指令，所述指令被配置为通过所述电源将所述温度信号，工件速度的信号，焊炬速度的信号，沉积速率的信号，冷却速率的信号，预热信号，气体监测信号，电源电压信号，电源电流信号，电源波形信号，或它们的组合传输至外部装置。