CN105190267A

CN105190267A - 可旋转温度传感设备

Info

Publication number: CN105190267A
Application number: CN201480025648.2A
Authority: CN
Inventors: 保罗·大卫·维尔哈根; 罗吉锦; 迈克尔·C·蒂尔
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: CA2902578C; CN105190267B; US9631986B2; CA2902578A1; WO2014182524A3; WO2014182524A2; EP2994730B1; US20140334516A1; EP2994730A2

Abstract

一种可旋转温度传感设备。在一个实例中，温度传感设备包括第一末端。温度传感设备还包括第二末端。温度传感设备包括耦接第一末端和第二末端的轴。轴被配置成在操作期间一起旋转第一末端和第二末端。温度传感设备还包括温度传感器，所述温度传感器设置于第一末端中并被配置成通信地连接到外部设备，其中温度传感器被配置成提供工件的温度的指示。

Description

可旋转温度传感设备

本申请是2013年5月10日提出申请的、发明名称为“可旋转温度传感设备(ROTATABLETEMPERATURESENSINGDEVICE)”的美国临时专利申请第61/822,013号的非临时专利申请，所述美国临时申请的全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明总体上涉及温度传感器，且更具体地讲，涉及可在焊接操作期间使用的可旋转温度传感设备。

焊接工艺越来越广泛地用于各种工业和应用中。这种工艺可在某些情形下自动化，尽管大量应用继续存在以用于手动焊接操作。在以上两种情况下，这种焊接操作依赖于各种类型的装备，才能确保在所需的时间将适当量的焊接耗材(例如，焊丝、保护气体，等等)供应提供到焊缝。

焊接操作在各种不同材料(例如，金属材料)上执行。举例来说，工件可由碳钢或抗腐蚀合金(诸如，不锈钢)形成。工件受热的持续时间可被管理以获得某些冶金特性。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所承受温度的时间历程。不幸的是，可能难以在接缝上正进行焊接操作时检测接缝附近的工件的温度。因此，可能难以确定工件在焊接操作期间所承受温度的时间历程。此外，工件可能会在焊接工艺期间旋转，从而更难以确定温度(例如，由于测量误差，接触工件的设备的磨损，等等)。此外，工件可能会在焊接工艺期间相对于温度测量设备处于运动中。

发明内容

在一个实施例中，温度传感设备包括第一末端。温度传感设备还包括第二末端。温度传感设备包括耦接第一末端和第二末端的轴。轴被配置成在操作期间一起旋转第一末端和第二末端。温度传感设备还包括温度传感器，所述温度传感器设置于第一末端中，并被配置成通信地连接到外部设备，其中温度传感器被配置成提供工件温度的指示。

在另一实施例中，温度传感设备包括具有温度传感器的可旋转尖端。温度传感设备还包括电耦接到可旋转尖端的温度传感器的静止轴。可旋转尖端被配置成当接触运动的工件时相对于静止轴旋转。

在又一实施例中，温度传感设备包括可旋转尖端，其中可旋转尖端被配置成接触工件。可旋转尖端由绝缘材料形成。温度传感设备还包括耦接到绝缘材料的热传导层。温度传感设备包括温度传感器，所述温度传感器被配置成检测热传导层的温度。温度传感器被配置成通信地耦接到外部设备。

附图说明

当结合附图阅读以下详细说明时，会更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，其中在整个附图中，相同的标记代表相同的部件，其中：

图1示出了根据本公开的方面的焊接系统的实施例，所述焊接系统包括可由碳钢或抗腐蚀合金形成的工件；

图2是根据本公开的方面的可旋转温度传感设备的实施例的横截面图；

图3是根据本公开的方面的与旋转管件一起旋转的可旋转温度传感设备的实施例的立体图；和

图4是根据本公开的方面的具有枢转关节的可旋转温度传感设备的实施例的横截面图。

具体实施例方式

本发明的实施例可用于在其处可检测到一个或多个温度的任何应用中。举例来说，图1示出了弧焊系统10。如所描绘的，弧焊系统10可包括电源12，所述电源产生焊接电力并经由导线管16将焊接电力供应到电极14。在弧焊系统10中，直流(DC)或交流(AC)可与熔化电极或非熔化电极14一起使用，以递送电流到焊接点。在这种焊接系统10中，操作员18可通过定位电极14和触发电流的开始和停止来控制电极14的位置和操作。如所图示，焊接操作员18头戴头盔组件20。头盔组件20包括头盔壳22和镜片组件24，所述镜片组件24可被弄暗以防止或限制暴露于焊弧26所产生的光。

当操作员18通过将来自电源12的电力施加到电极14来开始焊接操作(或诸如等离子切割的其他操作)，电极14与工件28(诸如，所图示的管件)之间发出焊弧26。工件28可由碳钢或抗腐蚀合金(诸如，不锈钢)或其他金属和合金(例如，铝、钛、锆、铌、钽、镍合金)形成。也可焊接或以其他方式连接(例如，通过搅拌焊接)非金属工件28。因此，电极14和导线管16递送足以在电极14与工件28之间产生焊弧26的电流和电压。焊弧26熔融在电极14与工件28之间的焊接点处的金属(基料和所添加的任何焊补材料)，藉此在金属冷却时提供接缝。焊接系统10可被配置成通过任何适当技术(包括保护式金属极弧焊(SMAW)(也就是，焊条焊)、气体保护钨极弧焊(GTAW)、气体保护金属极弧焊(GMAW)、药芯焊丝弧焊(FCAW)、金属极惰性气体保护焊(MIG)、钨极惰性气体保护焊(TIG)、气焊(例如，氧乙炔焊接)、亚弧焊(SAW)和/或电阻焊)形成焊缝。可以注意到的是，保护气体可用于某些应用中，举例来说，诸如GTAW、GMAW和FCAW。焊接期间所使用的波形可包括熔敷金属控制(RMD)类波形、以及表面张力过渡(STT)、冷金属过渡(CMT)。

总体上，本文所描述的技术使得能够通过施加电源12所供应的电力而在工件28上执行某些操作(例如，焊接、切割、碾磨、感应加热、测试)。工件28可设置于工业设施(例如，工业厂房，船厂)中，但也可设置于住宅设施中，诸如，车库或家里。工件28可包括可通过使用经由电源12递送的电力而得以焊接、切割、碾磨、感应加热或测试的管状件(例如，管件)、平坦片材(例如，金属或塑料片材和板材)、成角度的工件28(例如，角铁)或任何其他工件。

如下文所描述，可使用可旋转温度传感设备来检测(例如，感测)施加到工件28上的热。通过使用可旋转温度传感设备，可检测和/或监控焊接应用附近的工件28的温度，以便确定焊接操作的质量和/或控制正执行的焊接操作的温度。可以注意到的是，这种可旋转温度传感设备可用于需要温度检测的任何应用，诸如焊接、切割、碾磨、感应加热、测试，等等。

图2是可包括在系统10中的可旋转温度传感设备的实施例的横截面图。如所图示，工件28具有接缝30，在接缝30处将要执行接合(例如，焊接)。可旋转温度传感设备32定位于接缝30附近，以在焊接接缝30之前、期间和/或之后检测工件28的一个或多个温度，和/或针对诸如感应加热的任何应用检测工件28的一个或多个温度。举例来说，在某些实施例中，可旋转温度传感设备32可定位于距离接缝301到4英寸以内。可旋转温度传感设备32包括可旋转尖端34，所述可旋转尖端耦接到静止轴36。在可旋转温度传感设备32的操作期间，操作员或支架可将静止轴36保持在可旋转尖端34能够接触到工件28的表面(例如，外表面、内表面，等等)的位置处。因此，当工件28旋转时，可旋转尖端34可沿工件28的表面旋转，藉此保持与表面的接触，以检测工件28的温度。此外，当可旋转尖端34旋转时，静止轴36并不旋转。在某些实施例中，工件28可为基本上平坦的(例如，板材)或任何其他适当形状。在这种实施例中，可旋转尖端34可被配置成相对于工件28的运动而运动。

一个或多个滑动环38实现可旋转尖端34与静止轴36之间的电连接。也就是，滑动环38可以是实现信号从旋转结构到静止结构的传输和从静止结构到旋转结构的传输的机电设备。通过使用所述一个或多个滑动环38，温度数据可从可旋转尖端34传送到静止轴36。在某些实施例中，可旋转尖端34可包括所述一个或多个滑动环38，且静止轴36可包括一个或多个电接触件(例如，电刷、液态金属、导电塑料，等等)，诸如电接触件37，以便利可旋转尖端34与静止轴36之间的电连接。在其他实施例中，可旋转尖端34可包括一个或多个电接触件，诸如接触件39，且静止轴36可包括一个或多个滑动环38。

温度传感器40设置于可旋转尖端34中，且定位成靠近可旋转尖端34的表面41。因此，诸如当可旋转尖端34(例如，带有温度传感器40的末端)接触工件28时，温度传感器40可检测工件28的温度。温度传感器40可为可提供对应于温度的指示的任何适当设备。表示工件28的温度的指示可包括信号，诸如电压信号、电流信号、无线信号、磁信号，等等。另外或可替代地，指示可为一个或多个数据包，或可包括数字、文本或其组合的其他指示。举例来说，温度传感器40可为热电偶、电阻温度检测器(RTD)，和/或热敏电阻器。温度传感器引线42提供温度传感器40与所述一个或多个滑动环38之间的电连接。此外，一个或多个导线44提供所述一个或多个滑动环38与温度数据接收设备或诸如电源12的外部设备之间的电连接。外部设备可随后提供工件28的温度的视觉和/或音频指示。举例来说，可经由显示面板、经由一个或多个灯(例如，LED)、经由蜂鸣声、语音通知或其组合提供温度读数。外部设备可处理传感器40所发射的信号或数据，并确定温度是否处于适用于工件28上的操作(诸如焊接应用、切割应用、碾磨应用、感应加热应用、测试应用，等等)的范围。如果温度超出所需范围，那么外部设备可警告操作员18。

在一个实施例中，可旋转温度传感设备32可包括无线发射器45。无线发射器45可通信地耦接到温度传感器40且可无线地发射表示温度的信号。无线发射器45可由电池47和/或发电机49供电。使用时，发电机49可利用可旋转尖端34的旋转运动，并将该旋转转化成用于对无线发射机45供电的电力。因此，可旋转温度传感设备32可用作单独的设备而无需任何外部布线。应注意，尽管附图描绘无线发射机45、电池47和发电机49在轴36上，在其他实施例中，无线发射机45、电池47和发电机49可置于可旋转尖端34上。在另外的实施例中，诸如在容错实施例中，无线发射机45、电池47和发电机49可置于可旋转尖端34与轴36两者中。发电机49可为直流(DC)发电机、交流(AC)发电机或其任何组合。

可旋转尖端34包括通过使用保持设备50而耦接到第二部分48的第一部分46。如所图示，在某些实施例中，第一部分46可包括同轴地设置于环状第二部分48内的轴。第一部分46和第二部分48可使用任何适当材料来制造。举例来说，在某些实施例中，第一部分46和第二部分48可使用金属、金属合金、聚合材料、陶瓷材料，等等来制造。

可旋转尖端34的接触末端54包括所述一个或多个滑动环38或一个或多个电接触件(例如，一个或多个可旋转接触件)，而温度传感末端56包括温度传感器40。如所图示，温度传感末端56具有圆锥形形状，以实现当工件28旋转时保持与工件28的接触。在某些实施例中，温度传感末端56可为任何适当的圆环形状(例如，圆锥形、圆形、盘状，等等)。温度传感末端56可具有任何适当的锥角58。举例来说，锥角58可处于约60到约90度、约75到约105度、或约90到约120度的范围内。在某些实施例中，锥角58可为约90度。

在所图示的实施例中，温度传感末端56包括覆于基底材料61上的热传导层60。传导层60可浸蘸或喷洒到基底材料61上。热传导层60可实现工件28的表面与温度传感末端56之间的充分热传递，以使得温度传感器40将检测到工件28的精确温度。在某些实施例中，热传导层60起热电偶的作用。也就是，两个相异导体之间的接触(例如，传导层60与传感器40之间或传导层60与表面41之间的接触)可导致与温度相关的电位(例如，电压)信号。因此，温度变化可导致信号的相关变化。

如图所示，温度传感器40设置于热传导层60中。因此，温度传感器40可检测热传导层60的温度和/或接触热传导层60的工件或另一设备的温度。此外，在某些实施例中，相比热传导层60，基底材料61的热传导性可较差，以便降低可旋转尖端34的热损失。举例来说，在某些实施例中，热传导层60可为金属或金属合金，而基底材料61可为陶瓷材料或聚合材料。此外，在一些实施例中，热传导层60可结合到基底材料61，诸如使用黏合剂。如图所示，轴62将接触末端54耦接到温度传感末端56。轴62被配置成在操作期间一起旋转接触末端54和温度传感末端56。可以注意到得是，通过使用可旋转温度传感设备32，可检测和/或监控工件28的温度。因此，接缝30处的焊接操作的质量可得以改善。

图3是与旋转管件一起旋转的可旋转温度传感设备32的实施例的立体图。因为该图包括图2中描述的相同元件，相同元件以相同数字图示。如图所示，工件28(例如，管件)可在执行焊接或其他操作之前、期间和/或之后旋转，如由箭头64所图示。此外，通过可旋转尖端34接触工件28，当工件28旋转时，可旋转尖端34按由箭头66所图示的方向旋转。因此，当工件28旋转时，可检测工件28的温度。可在焊接期间将可旋转尖端34，例如，设置为距离接缝301至4英寸之间。

图4为具有枢转关节的可旋转温度传感设备32的实施例的横截面图。因为该图包括图2和图3中描述的相同元件，相同元件以相同数字图示。如所图示，静止轴36包括第一静止部分68和第二静止部分70。第一静止部分68通过枢转关节72耦接到第二静止部分70。枢转关节72通过便利如由箭头74和76所图示的顺时针和/或逆时针方向上的相对运动，实现第一静止部分68相对于第二静止部分70定位。

紧固件78可将第一静止部分68和第二静止部分70保持在一起，和/或可被拧紧和/或拧松以调整第一静止部分68与第二静止部分70之间的角度80。通过将枢转关节72作为静止轴36的部分，指向可旋转尖端34的力的量和/或方向可经调节以实现可旋转尖端34保持接触工件28。此外，通过使用可旋转温度传感设备32，可检测和/或监控工件28的温度。因此，接缝30上的焊接操作的质量可得以改善。此外，可旋转温度传感设备32可用于将要检测旋转设备的温度的任何应用中。举例来说，可旋转温度传感设备32可用于焊接应用、切割应用、碾磨应用、感应加热应用、测试应用，等等。

尽管本文中仅图示并描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员可以想到许多修改和变化。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真正精神范围内的所有这种修改和变化。

Claims

1.一种温度传感设备，包括：

第一末端，被配置成接触工件；

第二末端；

耦接所述第一末端和所述第二末端的轴，其中所述轴被配置成在操作期间一起旋转所述第一末端和所述第二末端；和

温度传感器，设置于所述第一末端中，并被配置成通信地连接到外部设备，其中所述温度传感器被配置成提供所述工件的温度的指示。

2.根据权利要求1所述的温度传感设备，其中所述第一末端包括具有约90度锥角的圆锥形形状。

3.根据权利要求1所述的温度传感设备，其中所述第一末端包括热传导层。

4.根据权利要求3所述的温度传感设备，其中所述温度传感器被配置成检测所述热传导层的温度。

5.根据权利要求3所述的温度传感设备，其中所述第一末端包括具有所述热传导层的陶瓷材料。

6.根据权利要求1所述的温度传感设备，包括滑动环，其中所述滑动环将所述第二末端机械地耦接到静止轴。

7.根据权利要求1所述的温度传感设备，其中所述第二末端包括可旋转导电接触件，所述可旋转导电接触件包括电刷、液态金属或其组合。

8.根据权利要求1所述的温度传感设备，其中所述温度传感器包括热电偶、双金属传感器或其组合。

9.根据权利要求1所述的温度传感设备，包括机械地耦接到所述第二末端的静止轴，其中所述静止轴通信地耦接到所述外部设备。

10.根据权利要求9所述的温度传感设备，包括设置于所述静止轴上的滑动环。

11.根据权利要求9所述的温度传感设备，其中所述静止轴包括被配置成接触可旋转导电接触件的一个或多个电接触件。

12.根据权利要求9所述的温度传感设备，包括第二静止轴，其中所述静止轴相对于所述第二静止轴成角度地延伸。

13.根据权利要求12所述的温度传感设备，其中所述外部设备包括电源，且所述电源被配置成提供所述工件的温度的视觉指示、音频指示或其组合。

14.根据权利要求1所述的温度传感设备，包括无线发射器，所述无线发射器设置于可旋转尖端中且被配置成无线地发送来自所述温度传感器的数据。

15.一种温度传感设备包括：

可旋转尖端，具有温度传感器；和

静止轴，通信地耦接到所述可旋转尖端的所述温度传感器；

其中，所述可旋转尖端被配置成当接触运动的工件时相对于所述静止轴旋转。

16.根据权利要求15所述的温度传感设备，其中所述温度传感器被配置成检测所述运动的工件的温度。

17.根据权利要求15所述的温度传感设备，包括处于所述可旋转尖端与所述静止轴之间的滑动环接口，和被配置成无线地发送来自所述温度传感器的数据的无线接口，或其组合。

18.一种温度传感设备包括：

可旋转尖端，由绝缘材料形成，其中所述可旋转尖端被配置成接触工件；

热传导层，耦接到所述绝缘材料；和

温度传感器，被配置成检测所述热传导层的温度，其中所述温度传感器被配置成通信地耦接到外部设备。

19.根据权利要求18所述的温度传感设备，其中所述可旋转尖端包括圆锥形形状。

20.根据权利要求18所述的温度传感设备，包括经由所述滑动环机械地耦接到所述可旋转尖端的静止轴，其中所述静止轴电耦接到所述温度传感器。