CN108698147A - 具有用于电极参数检测的传感器的焊接电极进给机 - Google Patents

Abstract

一种焊接电极进给机包含电极包装支撑件和控制电路。电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装。电极包装支撑件包含：轮毂马达，该轮毂马达设置在电极包装支撑件内，其中轮毂马达被配置成使耦接到电极包装支撑件的包装旋转；以及传感器，该传感器被配置成感测电极的一个或更多个参数。控制电路通信地耦接到轮毂马达、传感器和下游马达，并且被配置成至少部分基于电极的一个或更多个参数而控制轮毂马达或下游马达。

Description

具有用于电极参数检测的传感器的焊接电极进给机

背景技术

本公开总的来说涉及焊接机，并且更具体地涉及用于送丝机系统中的电极焊丝包装支撑件。

已出于各种目的实施广泛范围的焊接系统。在连续焊接操作中，通过从焊炬进给焊丝来形成焊道。工艺可包含金属极气体保护电弧焊(GMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、钨极气体保护电弧焊(GTAW)、等离子体电弧焊(PAW)、激光、熔覆、铜焊、埋弧焊(SAW)、激光-GMAW混合焊接、多焊丝GMAW等。电力被施加到焊丝并且电路通过工件而完成以维持将焊丝和工件熔融来形成期望焊缝的电弧。

通常，进给马达从焊丝的包装(例如，卷轴、丝卷、卷筒、箱、卷盘等)拖动焊丝，从而展开焊丝。包装可位于送丝机内，或相对于送丝机位于远处，其中焊丝从包装被推动、拉动或推动并拉动到送丝机。在一些情形下，焊炬自身中的牵引马达也拉动焊丝，从而随着在执行焊接操作时消耗焊丝而将焊丝进给到焊炬。在又一些其它实施例中，焊丝的包装可位于焊炬内。

这些系统可存在许多缺陷。包装的意外排空可导致回烧，导致用户在焊接操作的过程中停止，或可能按某一其它方式负面地影响焊缝的质量。系统也可存在焊丝滑动和/或焊丝松弛，这也可导致回烧或另外导致不良的送丝速率。此外，包装的惯性可限制送丝机对期望进给速度输入(针对增大与减小进给速度两者)的动态响应。现有系统还出现正使用的焊丝的不当填料金属或不当包装。与送丝相关的其它问题可包含焊丝磕碰、焊丝刮削、套叠、焊丝翻转、电弧启动和停止、恶化的接触焊嘴、内衬或导管、鹅颈管、互连。

因此，需要允许从焊丝包装平稳地且可预测地展开焊丝的改进的送丝机系统。

发明内容

在一个实施例中，一种焊接电极进给装置包含电极包装支撑件和控制电路。电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装。电极包装支撑件包含设置在电极包装支撑件内的支撑马达。支撑马达被配置成使耦接到电极包装支撑件的包装旋转，并且传感器被配置成感测电极的一个或更多个参数。控制电路通信地耦接到支撑马达、传感器和下游马达，并且被配置成至少部分基于电极的一个或更多个参数而控制支撑马达、下游马达或两者。

在另一实施例中，一种焊接电极进给装置包含电极包装支撑件和控制电路。电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装。电极包装支撑件包含重量传感器。支撑马达设置在电极包装支撑件内，并被配置成使耦接到电极包装支撑件的包装旋转。重量传感器被配置成感测电极包装的重量。控制电路通信地耦接到重量传感器和下游马达，其中控制电路被配置成至少部分基于所感测的重量来控制下游马达。

在又一实施例中，一种焊接电极进给装置包含电极包装支撑件和控制电路。电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装。电极包装支撑件包含支撑马达和接近传感器。支撑马达设置在电极包装支撑件内，并被配置成使耦接到电极包装支撑件的包装旋转。接近传感器被配置成感测设置在包装上或包装内的一个或更多个特征。控制电路通信地耦接到支撑马达、接近传感器和下游马达，其中控制电路被配置成至少部分基于一个或更多个特征而控制支撑马达、下游马达或两者。

附图简单说明

当参照附图阅读以下具体实施方式时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中，相同附图标记表示相同部件，其中：

图1是根据本公开的方面包含电力供应器和送丝机的焊接系统的实施例；

图2是根据本公开的方面图1所示的送丝机系统的一个实施例的详细视图；

图3是根据本公开的方面图2所示的“智能轮毂”和焊丝卷轴的一个实施例的剖视图；

图4是根据本公开的方面可用于送丝机系统中的转速计的一个实施例；

图5是根据本公开的方面具有RFID或近场通信(NFC)读取器的智能轮毂的一个实施例；

图6是根据本公开的方面具有机器可读代码读取器的智能轮毂的一个实施例；

图7是根据本公开的方面具有接近传感器的智能轮毂的一个实施例；

图8是根据本公开的方面送丝机系统的一个实施例的简化视图；

图9是根据本公开的方面具有马达的智能轮毂的一个实施例；

图10是根据本公开的方面具有用于将多段长度的焊丝焊接在一起的固定设施的送丝机系统的一个实施例；以及

图11示出根据本公开的方面独特销形状的多个实施例。

具体实施方式

下文将描述一个或更多个具体实施例。致力于提供对这些实施例的简明描述，在本说明书中可能未描述实际实施方式的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发中，如同在任何工程或设计项目中，必须做出众多特定于实施方案的决策来实现开发者的特定目标，例如，符合系统相关的和商业相关的约束条件，所述约束条件可能因实施方案而有所不同。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂且费时的，但是对受益于本公开的一般技术人员而言却是设计、构造和制造的例行工作。

当介绍本公开的各种实施例的元件时，用词“一”、“所述”和“该”意在表示可存在一或更多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意在包含性的并且表示除了存在列出的元件以外，还可存在附加元件。此外，下文论述中的任何数值实例意在非限制性的，并且因此其它数值、范围和百分比在本公开的实施例的范围内。

通常，送丝机从安装到包装支撑件(例如，轮毂)的焊丝的包装(例如，卷轴、丝卷、卷筒、箱、卷盘等)拖动焊丝。虽然焊丝包装在下文中通常被称为卷轴，但应理解，焊丝包装可以是卷轴、丝卷、卷筒、箱或任何其它类型的焊丝包装。下游马达(例如，送丝机中的进给马达)将焊接电极焊丝拖离卷轴，从而展开焊丝。在一些情形下，下游马达或第二下游马达可设置在焊炬内。例如，焊炬中的牵引马达可拉动焊丝，从而随着在执行焊接操作时消耗焊丝而将焊丝进给到焊炬。因此，下游马达可以是送丝机中的进给马达、焊炬中的牵引马达或两者。卷轴可以位于送丝机内或可不位于送丝机内。在一些实施例中，卷轴可位于焊炬内。这些系统可存在许多缺陷。卷轴的意外排空可导致回烧，导致用户在焊接操作的过程中停止，或可能以某一其它方式负面地影响焊缝的质量。焊丝滑动和/或焊丝松弛也可导致回烧或以其它方式导致不良的送丝速率。此外，卷轴的惯性可限制送丝机对期望进给速度输入的动态响应。例如，进给马达启动卷轴旋转所需的转矩可限制送丝速度加速。类似地，旋转卷轴的惯性可在不期望时导致持续的送丝。现有系统还使得可能使用不当的填料金属或不当的焊丝卷轴。与送丝相关的其它问题可包含焊丝磕碰、焊丝刮削、套叠、焊丝翻转、电弧启动和停止、恶化的接触焊嘴、内衬或导管、鹅颈管、互连。

现参照附图，并且首先参照图1，焊接系统的实施例被图示为包含经由导线或导管14而彼此耦接的电力供应器10和送丝机12。在所图示的实施例中，电力供应器10与送丝机12分开，以使得送丝机可靠近焊接位置而定位在与电力供应器相距某一距离处。然而，应理解，在一些实施方案中，送丝机12可与电力供应器10集成整体。在这些状况下，导管14将在系统内部。在送丝机12与电力供应器10分开的实施例中，端子通常设置在电力供应器上以及送丝机上以允许导线或导管14耦接到系统，以便允许电力和气体从电力供应器10提供到送丝机12，并且允许在两个装置之间交换数据。

该系统被设计成将焊丝、电力和保护气体提供到焊炬16。如本领域的技术人员将了解，焊炬16可以是许多不同类型，并且通常允许焊丝和气体得以进给到邻近于工件18的位置，在所述位置处形成焊缝以接合两片或更多片金属。第二导线通常延伸到焊接工件18以便在电力供应器10与工件18之间完成电路。

该系统被设计成允许数据设定由操作员(具体地说，经由电力供应器10上所设置的操作员接口20)选择。操作员接口20通常可被包括在电力供应器10的前面板中，并且可允许选择例如焊接工艺、将使用的焊丝的类型、电压和电流设定等设定。在一些实施例中，操作员接口20可用于在某些情形下(卷轴上的焊丝的量较低或低于阈值，检测到焊丝滑动等)提供用户可察觉的警告。具体地说，所述系统被设计成允许用各种钢、铝或被引导穿过焊炬16的其它焊丝进行焊接。这些焊接设定被传达到电力供应器10内的控制电路22。所述系统可具体地适应于实施针对某些电极类型(例如，管状电极)而设计的焊接方案。控制电路22操作以控制焊接电力输出的产生，其中所述焊接电力输出施加到焊丝以执行期望焊接操作。

该控制电路因此耦接到电力转换电路24。此电力转换电路24适应于产生将最终在焊炬处施加到焊丝的输出电力。可使用各种电力转换电路，包含斩波器/降压转换器、升压电路、逆变器、转换器等。此种电路的配置可以是本领域自身中通常所知的类型。电力转换电路24耦接到电源，如箭头26所指示。施加到电力转换电路24的电力可源于电网，但也可使用其它电力来源，例如，发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其它替代来源所产生的电力。最终，图1所图示的电力供应器10包含接口电路28，其中接口电路28被设计成允许控制电路22与送丝机12交换信号。

送丝机12包含与电力供应器10的接口电路28耦接的互补接口电路30。在一些实施例中，模拟或数字接口可设置在两个部件上，并且多导线电缆在接口电路之间延伸以允许在电力供应器10、送丝机12或两者上设定例如送丝速度、工艺、所选择的电流、电压或功率电平等信息。

送丝机12还包含耦接到接口电路30的控制电路32。如下文更全面地描述，控制电路32允许根据操作员的选择来控制送丝速度，并允许这些设定经由接口电路28、30反馈到电力供应器10。控制电路32与送丝机上的操作员接口34耦接，这允许选择一个或更多个焊接参数，具体地说，送丝速度。操作员接口34还可允许选择例如工艺、所利用的焊丝的类型、电流、电压、或功率设定等焊接参数。在一些实施例中，操作员接口34可被配置成允许用户控制系统内的一个或更多个马达以使焊丝的卷轴向前或向后旋转，出于诊断目的而使卷轴脱离、装载和/或卸载等。控制电路32还耦接到气体控制阀门36，其中气体控制阀门36调节流向焊炬的保护气体流。通常，此种气体是在焊接时提供，并且可在焊接前即刻开启并且在焊接后持续较短时间。供应到气体控制阀门36的气体通常以压力瓶的形式提供，如箭头38所表示。

送丝机12包含部件以便于在控制电路32的控制下将焊丝进给到焊炬并因此进给到焊接应用。例如，电极焊丝的一个或更多个卷轴40被容纳在送丝机12中。虽然本公开的实施例描述电极焊丝，但应理解，可使用多种电极形状(例如，条带)。将焊丝42从卷轴40展开并逐渐进给到焊炬16。卷轴40安装在可具有下文所述的许多特征的卷轴支撑件或智能轮毂44上。下游马达(例如，进给马达46)得以设置，其中下游马达可包含进给辊48以将焊丝从卷轴40推向焊炬16。进给马达46可以是电动机、气动马达、液压马达或任一其它类型的马达。辊48中的一个可机械耦接到马达46，并被马达46经由轴转动以从卷轴40驱动焊丝42，而配合辊48朝向焊丝偏置以在两个辊48与焊丝42之间维持良好接触。一些系统可包含此类型的多个辊。在一些实施例中，马达46和/或辊48可设置在焊炬16内，而不是送丝机12中。最终，转速计50可得以设置以检测轴、马达46、辊48或任何其它相关联的部件的速度，以便提供焊丝42的实际进给速度的指示。来自转速计50的信号被反馈到控制电路32。在其它实施例中，代替转速计50或附加转速计50之外，还可使用编码器或解析器以检测轴、马达46、辊48等的速度。

应注意，也可实施其它系统布置和输入方案。例如，焊丝42可从大容量存储容器(例如，卷筒)或从送丝机12外的一个或更多个卷轴进给。类似地，焊丝可从“卷轴枪”(spoolgun)进给，其中卷轴安装在焊炬16上或接近焊炬16而安装。类似地，在一些实施例中，卷轴40和轮毂44可设置在焊炬16内。如本文所述，送丝速度设定可经由送丝机12上的操作员接口34而输入或在电力供应器10的操作员接口20上输入，或在两者上输入。在具有对焊炬16的送丝速度调整的系统中，这可以是用于设定的输入。

来自电力供应器10的电力通常以常规方式通过焊接电缆52施加到焊丝42。类似地，保护气体穿过送丝机12和焊接电缆52而进给。在焊接操作期间，焊丝42穿过焊接电缆护套朝向焊炬16推进。在焊炬内，额外牵引马达54可设有相关联的驱动辊56(明确地说，用于铝合金焊丝)。马达54被调节成提供期望送丝速度。转速计50、编码器或解析器可用于确定实际送丝速度。焊炬16上的触发器开关58提供信号，该信号被反馈到送丝机12并且从送丝机12反馈到电力供应器10以使焊接工艺能够被操作员启动和停止。也就是说，一经按压触发器开关58，气体流动就开始，焊丝42被推进，并且电力被施加到焊接电缆52并且穿过焊炬16到达正推进的焊丝42。这些过程还更详细地描述在下文中。最终，工件电缆60和线夹62允许将始于电力供应器10通过焊炬16、电极(焊丝42)和工件18的电路闭合以在操作期间维持焊接电弧。

应注意，在本论述全文中，虽然送丝速度可由操作员“设定”，但出于许多原因，由控制电路32命令的实际速度通常会在焊接期间变化。例如，用于“试运行”(run in)(用于起弧的初始送丝)的自动化算法可使用从所设定的速度导出的速度。类似地，在焊接期间，可命令送丝速度的各种斜坡式增大和减小。其它焊接工艺可需要“凹坑”阶段，其中在所述“凹坑”阶段中，送丝速度被更改以填充焊缝之后的凹陷。更进一步地，在脉冲焊接方案中，送丝速度可周期性地或循环地更改。

图2中示出图1所示的送丝机系统12的一个实施例的更详细视图。控制电路32可包含处理器64和存储器66。存储器66可以是有形的非暂时性计算机可读介质，并且可包含例如随机存取存储器、只读存储器、可改写存储器、硬盘驱动器等。存储器66可用于存储处理器64的数据、程序或其它指令。处理器64可执行存储器66中所存储的程序。

卷轴40安装在智能轮毂44上。智能轮毂44可包含支撑马达(轮毂马达68)、轮毂转速计70(或编码器/解析器)以及一个或更多个轮毂传感器72。虽然系统12被示出为处于独立送丝机单元中，但应理解，系统12中所示的部件中的一些或全部可设置在焊炬16内。轮毂马达68可以是电动机、气动马达、液压马达或任一其它类型的马达。轮毂马达68可被配置成使智能轮毂44和/或卷轴40旋转以便辅助马达46卷起和展开焊丝42。例如，轮毂马达68可用于使卷轴40向前或向后旋转以便管理焊丝42的松弛度。在一些实施例中，轮毂马达68可被配置成输出恒定转矩。可有意地使轮毂马达68尺寸较小。轮毂马达86可辅助在焊丝42中维持期望张力，防止焊丝42的缠绕或甚至将焊丝42往回卷到卷轴40上以收紧焊丝42的松弛度。智能轮毂44可还包含轮毂转速计70，其中轮毂转速计70可包含在轮毂马达68内或与轮毂马达68分开，并被配置成感测智能轮毂44、卷轴40或两者的旋转速度。智能轮毂44可具有一个或更多个传感器72。一个或更多个传感器72可以是转速计、接近传感器、温度计、重量传感器、霍尔效应传感器、编码器、解析器、转矩传感器、马达电流传感器、条形码扫描仪、QR扫描仪、RFID读取器、近场通信(NFC)读取器、接触传感器、加速度计、激光焊丝计量测微仪(用于检查焊丝直径)、XRF频谱分析仪(用于检查焊丝化学组成)、灰度仪、飞行时间(ToF)相机、湿度传感器或用于确定卷轴是精密缠绕还是随意缠绕的激光成像装置、用于检测铜溅射/涂布质量或锈迹或氧化物的存在的比色传感器、具有用于检测管状电极中的助焊剂填充百分比的电桥测量电路的磁性传感器等，或其某一组合。虽然传感器72在图2中被示出为智能轮毂44的一部分，但传感器72可被安装成接近轮毂(例如，在轴内或耦接到轮毂外壳)。智能轮毂44可安装在销74上，其中销74将卷轴40和智能轮毂44组装件保持在适当位置中。智能轮毂44可保持在销74上，并且卷轴40接入和断开，或给定智能轮毂44可保持耦接到给定卷轴40，并且在卷轴40排空时，卷轴40和智能轮毂44组装件断开并且由新的卷轴40和智能轮毂44组装件替换。

送丝机12系统可还包含用于感测焊丝的某些特性的焊丝传感器76。例如，焊丝传感器76可检测指示在卷轴40与进给辊48之间焊丝42的移动或速度的参数。焊丝传感器76可还检测焊丝42上的锈迹或氧化的存在，或焊丝42的其它缺陷。此外，焊丝传感器76可用于检测焊丝42的直径、焊丝42的温度、焊丝形状(例如，椭圆度)、焊丝表面状况、焊丝颜色、焊丝42中的碳含量的测量值、焊丝42中的铁素体含量的测量值、材料组成(经由XRF)和/或材料的类型。虽然焊丝传感器76在图2中被示出为处于卷轴40与进给辊48之间，但焊丝传感器76可附接到卷轴40或智能轮毂44或与卷轴40或智能轮毂44集成整体，位于卷轴40与进给辊48之间，位于进给辊48之后，或位于送丝机12内他处。

送丝机12系统可还包含加热器78。加热器78可用于在将焊丝42进给到焊炬16之前预加热焊丝42。加热器78可用于预加热或以其它方式预调节焊丝42，以使得焊丝42在可预测的温度下到达焊炬16。加热器可位于送丝机内，如图2所示，或位于焊炬16内。在一些实施例中，加热器78可从电力转换电路80汲取电力。在其它实施例中，加热器78可从焊接电力供应器10中的电力转换电路24汲取电力。加热器可与智能轮毂44集成整体或处于智能轮毂外部。高温加热器(例如，350℃到600℃)可用于预加热焊丝以便于高速熔敷和/或高速焊接。较低温度加热器78可用于减少或去除焊丝中的水分。预加热焊丝可增大熔敷，显著地减少热输入和变形，并且减少焊丝中的水分。例如，加热器78可被配置成将焊丝加热到高于40℃、高于50℃、高于60℃、高于70℃、高于80℃、高于90℃、高于100℃、高于110℃或甚至高于120℃。在这些实施例中，可针对所加热的卷轴40和电极焊丝42而采取某些额外措施。例如，所加热的卷轴40可设置在保护笼内。也可使用高温焊丝内衬。此外，因为预加热电极焊丝42可导致降低的刚度，所以支撑件可添加到焊丝递送路径以防止弯折或套叠(bird nest)。

在一些实施例中，传感器72可以是重量传感器，其被配置成感测指示智能轮毂44和卷轴40组装件的重量的参数。如果已知智能轮毂44的重量，并且已知卷轴40的重量，那么可将这些重量从传感器所感测的重量减去以确定卷轴上的焊丝42的量。应注意，在一些实施例中，传感器72可用于在卷轴40被装载到送丝机12中时或在送丝机12启动时检测卷轴40上的焊丝42的重量。接着，可通过如下方式导出卷轴40上剩下的焊丝42的量：确定从装载卷轴40起的时间中使用的焊丝42的量；以及接着将此量从装载卷轴40时卷轴40上的焊丝42的量减去。在其它实施例中，传感器72可用于在操作期间连续测量智能轮毂44和卷轴40组装件的重量，以便在任何时刻，可通过从所测量的值减去智能轮毂44和卷轴40的重量来确定卷轴40上剩下的焊丝42的量。在其它实施例中，可在不使用重量传感器72的情况下确定卷轴40上剩下的焊丝42的量。

在一些实施例中，控制电路32可使用各种反馈回路(例如，转矩回路、速度回路、位置回路等)而控制轮毂马达68、下游马达(例如，进给马达46和/或牵引马达54)。应理解，控制电路32可在给定时刻将不同反馈回路应用到各种马达68、46、54。例如，控制电路32可使用速度反馈回路来控制进给马达46，并使用转矩反馈回路来控制轮毂马达68。或者，控制电路32可使用位置反馈回路来控制牵引马达54，并接着将焊丝缓冲传感器(用于确定内衬中的焊丝松弛度)用作传感器76以检查从卷轴40进给的焊丝的指定长度。例如，在未焊接时，可以通过在下游马达46充当制动器时在任一方向上移动轮毂马达68来“复位”焊丝42的量，以使得期望量的焊丝42保持在内衬中。此举使送丝机12为下一次电弧启动作好准备，并且在下一次电弧启动中避免送丝不一致性。在其它实施例中，控制电路32可根据主从控制方案来控制马达68、46、54。在一个实施例中，在电弧启动期间，控制电路32可在进给马达46之前启动轮毂马达68，以便克服卷轴40惯性来确保电极焊丝42到工件18的平稳进给，或以其它方式使轮毂马达68与下游马达46、54同步。在其它实施例中，控制电路32可使轮毂马达68向后运转以充当制动器，或收紧内衬中的过量焊丝以便减少或去除下一次电弧启动时不可预测的送丝。这些仅是少许可能实施例。应理解，其它实施例是可能的。

在一些实施例中，控制电路32可使用来自送丝机12系统内的各种传感器50、70、72、76的读数，确定各种度量，并接着将这些度量传递到接口电路30以传达到焊接系统的剩余部分。所述度量可包含焊丝类型、焊丝的化学构成、焊丝直径、送丝速率等。示范性数据收集、处理、分析和呈现技术(例如，用于Miller Electric Insight平台中的那些技术)的公开内容和更详细描述陈述在以下文献中：2013年3月15日申请的名为“焊接资源性能目标系统和方法(WELDING RESOURCE PERFORMANCE GOAL SYSTEM AND METHOD)”的第13/837,976号美国专利申请、2014年3月15日申请的名为“焊接资源追踪与分析系统和方法(WELDINGRESOURCE TRACKING AND ANALYSIS SYSTEM AND METHOD)”的第13/838,860号美国专利申请、2013年3月15日申请的名为“焊接资源性能比较系统和方法(WELDING RESOURCEPERFORMANCE COMPARISON SYSTEM AND METHOD)”的第13/838,541号美国专利申请、2014年6月26日申请的名为“焊接系统参数比较系统和方法(WELDING SYSTEM PARAMETERCOMPARISON SYSTEM AND METHOD)”的第14/316,219号美国专利申请、2014年6月26日申请的名为“焊接系统数据管理系统和方法(WELDING SYSTEM DATA MANAGEMENT SYSTEM ANDMETHOD)”的第14/316,250号美国专利申请以及2014年11月25日申请的名为“用于估计烟气的量和内含物的系统(SYSTEM FOR ESTIMATING THE AMOUNT AND CONTENT OF FUMES)”的第14/553,713号美国专利申请，这些美国专利申请全文以引用方式并入本公开中。

在一些实施例中，控制电路32还可用于在确定一个或更多个部件并未正确地操作时对送丝机进行诊断。例如，控制电路32可指示轮毂马达68、进给马达46和/或牵引马达54而将电极焊丝42推进短距离(例如，小于几英寸)以检查是否存在过量转矩，其中过量转矩可指示进给问题(例如，因铜剥落所致的脏内衬、因驱动辊所致的焊丝刮削、先前焊缝的回烧、磨损的内衬或焊嘴、焊丝缠绕、堵塞的内衬、过大的焊嘴等)。在一些实施例中，离合器可用于选择性地使一个或更多个马达68、46、54脱离以便诊断问题。这些技术可用于隔离马达68、46、54，比较转矩与可预期的转矩，并且识别送丝机12内可发生问题的位置或区域，这可缩短焊接系统停机以修复问题的时间量。

如上文关于图1所论述，送丝机12包含马达46，并且可还包含转速计50和一个或更多个进给辊48以辅助从卷轴40展开焊丝42并展开到焊接电缆52中。

智能轮毂44的一个特征是确定卷轴40上剩下的焊丝42的量的能力。这可按许多不同方式进行。图3中示出一些量度以用于确定卷轴40上剩下的焊丝42的量。图3是与缠绕有焊丝42的卷轴40耦接的智能轮毂44的实施例的剖视图。智能轮毂44具有半径82。卷轴40具有半径84，其中半径84是卷轴40的外径的一半。具有焊丝直径86的焊丝42可精确缠绕在卷轴40周围，以便可通过将卷轴半径84从缠绕焊丝半径88减去来确定缠绕在卷轴周围的焊丝的厚度90。可通过将缠绕焊丝厚度90除以焊丝直径86来确定缠绕在卷轴周围的焊丝的层数。如果已知卷轴40的宽度，那么可确定卷轴40上的焊丝42的近似长度。

图4示出可用于所述的旋转部件中的任一个中的转速计50、70或用于检测旋转的其它传感器的一个实例。在一个实施例中，智能轮毂44在智能轮毂44的外部或内部上包含一个或更多个凹处96、标记、凹痕、贴纸(sticker)等。接着，每次经过凹处，传感器72便进行检测。传感器72可以是编码器、霍尔效应传感器、光学传感器或某一其它种类的传感器。当已知旋转部件上的凹处96或其它标记的数量时，可确定旋转部件的角速度。已知旋转部件的角速度可帮助确定送丝机系统12的多种其它特性，包含卷轴40上剩下的焊丝42的量、滑动量、松弛度、焊丝42送给速率、焊丝42的使用量等。

图5示出使用近场通信(NFC)、RFID或接近传感器以传输关于焊丝42的信息的智能轮毂44和卷轴40的实施例。在一个实施例中，智能轮毂44可包含与送丝机控制电路32通信地耦接的NFC读取器、接近传感器或RFID读取器100。读取器100可以是关于图2和图4所述的类型，或可以是某一其它类型。卷轴40可配备处于卷轴40上或模制到卷轴40中的RFID或NFC标签98，其中RFID或NFC标签98含有关于卷轴40上的焊丝42的信息。例如，1到5mm的操作范围可用于NFC标签98和读取器100以便避免与其它附近卷轴40混淆。如果使用RFID标签98，那么RFID标签98可符合ISO 15683。在一些实施例中，标签98可以是无源标签，其中所述无源标签从来自读取器100的无线电波形式的能量汲取电力，而不是从专用电源汲取电力。标签98可包含关于以下方面的信息：卷轴40上的焊丝42的长度、卷轴40上的焊丝42的重量、卷轴40上的焊丝42的直径、卷轴40上的焊丝42的类型或组成、炉号(heat number)(用于钢化学认证可追溯性或其它用途)、兼容的保护气体共混物、兼容的极性、兼容的焊接位置、兼容的焊接工艺、适当的送丝速度范围、健康与安全数据、质量控制记录、合规性(例如，B21或ASME)、焊丝制造可追溯性信息等。读取器100可被包含到智能轮毂44中，并能够从标签98读取信息。在一些实施例中，控制电路可使用由读取器100所读取的信息以检查和/或确认焊丝、气体、极性、进给速率、焊接工艺等的兼容性。使用从标签98读取的信息，可追踪许多度量。例如，如果RFID或NFC标签98含有关于卷轴40上的焊丝42的长度的信息，那么可从整个长度减去(基于进给速率确定的)焊丝的使用长度以确定卷轴40上剩下的焊丝42的长度。如果RFID或NFC标签98含有焊丝的直径，并且已知缠绕焊丝厚度90，那么可确定卷轴40上剩下的焊丝42的近似长度。如果RFID或NFC标签98传达正使用的焊丝42的类型，那么卷轴40可将此信息与焊丝42的直径和进给速率结合使用，以针对用户而确定关于所产生的烟气等的度量。然而，应理解，上述实例仅是实例，并且无意于限制可能的实施例。RFID或NFC标签98可用于将关于焊丝42、卷轴40或焊接系统的其它部分的许多不同类型的信息传达到智能轮毂44。

或者，可使用类似技术来编码关于卷轴包装的信息。例如，如图5和图6所示，传感器100(例如，感应式非接触接近传感器)可检测卷轴40的内边沿或外边沿中的特征107(例如，凹口、点焊缝、预开口条带等)。这些读数可按时间刻度保持读取原样，或可基于由转速计70所感测的轮毂44的旋转速度而转换为距离刻度。这些读数可解码为填料金属识别码并接着与焊接过程规范比较以确定与焊接过程的兼容性。

类似地，图6中示出使用条形码104以将信息传达到智能轮毂44的实施例。在图6所示的实施例中，条形码104以及通信地耦接到控制电路32的条形码读取器106被配置成使得条形码读取器106从智能轮毂44的外表面面向外，并且条形码104设置在卷轴40的内表面上并面向内，以便当卷轴40安装在智能轮毂44上时，条形码读取器106可读取条形码104。条形码104可以是典型形状的(即，长方形形状)，或周向地印刷、雕刻、附接或以其它方式设置在卷轴40的内部周围，以便可在智能轮毂44旋转时读取条形码104，而不管卷轴40如何安装到智能轮毂44。应理解，条形码104可以是设置在卷轴40上或卷轴40内的传统条形码、QR码或任何其它机器可读代码。如同关于图5所论述的RFID或NFC标签98，条形码104可用于传达关于以下方面的信息：整个卷轴40上的焊丝42的量、整个卷轴40上的焊丝42的重量、卷轴40上的焊丝42的直径、卷轴40上的焊丝42的类型或组成、炉号(用于钢化学认证可追溯性或其它用途)、兼容的保护气体共混物、兼容的极性、兼容的焊接位置、兼容的焊接工艺、适当的送丝速度范围等。可结合获自系统中的其它传感器的测量值或来自这些传感器的信息而使用从条形码104读取的信息，以确定卷轴40上剩余多少焊丝42、已使用多少焊丝42、是否发生滑动、是否存在松弛、正产生的烟气等。在其它实施例中，传感器106可以是接触传感器(例如，电阻或阻抗传感器)和存储器装置读取器。例如，轮毂44可具有与卷轴40的内部上的配合电极接触的电极。电阻器或其它非易失性存储器装置可用于识别焊丝42或卷轴40的某一或某些其它特征。

图7示出使用接近传感器108以确定卷轴40上的焊丝42的量的智能轮毂44的实施例。传感器108可用于感测卷起的焊丝42有多远离传感器108。如果已知接近传感器108的位置，那么可从获自接近传感器108的测量值确定缠绕焊丝的外径(或缠绕焊丝半径88)。如果已知卷轴半径84，那么可确定缠绕焊丝厚度90并因此确定卷轴40上剩下的焊丝42的量。接近传感器108可以是磁性传感器(如果焊丝是铁磁性的)、光学传感器、接触传感器(例如，活动臂，其中随着焊丝展开，活动臂保持与缠绕焊丝接触，缠绕焊丝半径88可基于臂的角度来确定)或能够测量指示缠绕焊丝半径88的特征的某一其它种类的传感器。

图8是图2所示的送丝机系统12的简化图。虽然图2所示的一些部件并未示出在图8中(例如，加热器78、马达68、转速计70)，但应理解，这是为了清楚起见，并且图8未示出的那些元件可存在于送丝机系统12的一些实施例中。图8所示的送丝机系统12的实施例包含用于确定不同位置处的焊丝42的进给速率的各种方式。通过比较在送丝机12内在一个以上位置处(即，至少一个“上游”位置和一个“下游”位置)焊丝42进给速率或马达转矩和/或进给力，可确定焊丝滑动或焊丝松弛的存在。例如，接近传感器108和轮毂转速计70可用于确定从卷轴40进给焊丝42的进给速率。传感器76可用于确定卷轴40与驱动马达46之间的进给速率。转速计50和进给辊48半径可用于确定驱动马达46处的焊丝42进给速率。如果下游的(例如，进给马达46或焊丝传感器76处的)测量进给速率中的一个高于上游的(即，卷轴40或焊丝传感器76处的)测量进给速率，那么这可指示焊丝滑动。另一方面，如果下游的(即，进给马达46或焊丝传感器76处的)测量进给速率中的一个低于上游的(即，卷轴40或焊丝传感器76处的)测量进给速率，那么这可在系统中指示焊丝松弛。焊丝滑动和/或松弛的类似确定可基于马达转矩或进给力来进行。因此，通过确定一个位置处的焊丝42进给速率，并且接着比较此进给速率与上游或下游的另一处的进给速率，所述系统可确定焊丝滑动或焊丝松弛是否存在于系统中并且因此调整系统的设定，将通知发送到系统内的其它部件，关闭系统内的一个或更多个部件以修复问题或向用户发出警报(例如，用户可察觉的警告)。

图9示出具有可辅助将焊丝42卷在卷轴40上以及从卷轴40展开焊丝42的马达68的智能轮毂44的实施例。通常，在卷轴40的下游使用一个或更多个马达(例如，进给马达46、牵引马达54等)以从卷轴拖动焊丝42。轮毂/卷轴组装件可使用离合器或制动机构以控制卷轴40的旋转。然而，在图9所示的智能轮毂44实施例中，与控制电路32通信的马达68用于辅助卷起和展开焊丝，以便防止滑动、松弛、缠绕等。马达68可能够使卷轴40顺时针或逆时针旋转。在一些实施例中，马达68可能够施加力矩以便在焊丝42上维持期望张力，以便避免松弛、滑动、缠绕等。此外，控制电路32可能够通过测量被施加以便使卷轴40开始滚动的启动转矩来确定卷轴40上剩下的焊丝42的量。类似地，控制电路32可能够基于进给马达46的启动转矩来确定卷轴40上剩下的焊丝42的量。

图10示出一个实施例，其中对接焊用于将缠绕在卷轴40周围的一段长度的焊丝的末端部分附接到缠绕在备用卷轴110周围的另一长度的焊丝的开端部分，从而导致“无端的”焊丝42。在一个实施例中，利用对接焊固定设施112，将缠绕在卷轴40周围的一段长度的焊丝的末端部分对接焊到缠绕在备用卷轴110周围的一段长度的焊丝42的开端部分。在此实施例中，缠绕在卷轴40周围的一段长度的焊丝42的末端部分与缠绕在备用卷轴110周围的一段长度的焊丝的开端部分被放置在对接焊固定设施112中。一旦两个端部焊接在一起，过剩材料便被锉去。缠绕在卷轴40周围与缠绕在备用卷轴110周围的两段长度的焊丝接着成为一段连续的焊丝42，其中这段连续的焊丝42可被进给穿过送丝机12而不需要停止并替换卷轴40。此过程可重复任何次数，以使得焊丝的供应似乎是“无端的”。

图11示出具有不同形状的销的多个实施例，其中这些销可用于防止用户将不正确的焊丝42的卷轴40安装到送丝机12中。例如，给定的焊接设施可使用三种不同种类的焊丝42。所述设施可配置销72、智能轮毂44和卷轴40，以使得装载有一种类型的焊丝的卷轴/轮毂组装件可仅被装载到被配置成使用此种焊丝的送丝机12中。如图11所示，只要错误类型的焊丝无法装载到错误送丝机12中，那么销可状如字母X、星形、三角形或任何其它数量的形状。

虽然已在本文中说明和描述本公开的仅仅某些特征，但本领域的技术人员可想到许多修改和改变。因此，应理解，随附权利要求书旨在涵盖落入本公开的真实精神内的所有这些修改和改变。

Claims (37)

1.一种焊接电极进给装置，包括：

电极包装支撑件，所述电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装，所述电极包装支撑件包括：

支撑马达，所述支撑马达设置在所述电极包装支撑件内，其中所述支撑马达被配置成使耦接到所述电极包装支撑件的所述包装旋转；以及

传感器，所述传感器被配置成感测所述电极的一个或更多个参数；以及

控制电路，所述控制电路通信地耦接到所述支撑马达、所述传感器和下游马达，其中所述控制电路被配置成至少部分基于所述电极的所述一个或更多个参数而控制所述支撑马达、所述下游马达或两者。

2.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述包装包括卷轴、丝卷、卷筒、箱、卷盘或其组合。

3.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述下游马达设置在所述焊接电极进给装置内。

4.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述下游马达设置在焊炬内。

5.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述传感器被配置成感测指示以下各者的参数：锈迹或氧化、所述电极的直径、材料组成、所述电极的形状、所述电极的表面状况、所述电极的颜色、所述电极中的碳含量的测量值、所述电极中的铁素体含量的测量值或其组合。

6.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述电极包装支撑件包括机器可读代码读取器，所述机器可读代码读取器被配置成读取设置在所述包装上或所述包装内的机器可读代码。

7.根据权利要求6所述的焊接电极进给装置，其中所述机器可读代码含有与以下各者相关的信息：所述电极的类型、所述电极的直径、所述包装中的所述电极的长度、炉号、兼容的保护气体共混物、兼容的极性、兼容的焊接位置、兼容的焊接工艺、适当的焊接工艺、健康与安全数据、质量控制数据、合规性数据、电极制造可追溯性信息或其组合。

8.根据权利要求7所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成使用来自所述机器可读代码的信息以确认所述电极、气体、极性、进给速率、焊接工艺、所选择的焊接程序或其组合的兼容性。

9.根据权利要求6所述的焊接电极进给装置，其中所述电极包装支撑件包括被配置成读取耦接到所述包装的RFID标签的RFID读取器或被配置成读取耦接到所述包装的近场通信(NFC)标签的NFC读取器。

10.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，所述电极包装支撑件包括独特接合销，其中所述独特接合销对应于电极的类型和尺寸，以使得用户可装载期望电极尺寸和类型的期望包装。

11.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述传感器被配置成感测所述包装的重量。

12.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成至少部分基于所述支撑马达使所述包装旋转所需的转矩来确定所述包装中的所述电极的重量。

13.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成当在所述焊接电极进给装置内的第一位置处所测量的第一电极进给速率显著大于或显著小于所述第一位置的上游或下游的第二位置处的第二电极进给速率时或在检测到所述支撑马达的过量转矩或所述支撑马达的进给力时，关断所述焊接电极进给装置，产生传达到一个或更多个部件的通知，或产生用户可察觉的警告。

14.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成在所述包装中的所述电极的量低于阈值时，关闭所述焊接电极进给装置，产生传达到一个或更多个部件的通知，或产生用户可察觉的警告。

15.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成将所述电极的类型、所述电极的直径、所述电极的量、所述电极的进给速率或其组合传达到操作员接口。

16.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成将转矩反馈回路、速度反馈回路、位置反馈回路或其组合应用到所述支撑马达、进给马达、焊炬中的牵引马达或其组合，以便优化所述电极的进给。

17.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成通过主从控制方案来控制所述支撑马达和所述下游马达。

18.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成一经按压焊炬上的触发器就使所述支撑马达和所述下游马达同步以便启动电弧。

19.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成进行诊断以便诊断所述焊接电极进给装置内的问题，或识别所述焊接电极进给装置内的所述问题的位置。

20.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，包括被配置成调节所述电极的加热器。

21.根据权利要求20所述的焊接电极进给装置，其中所述加热器被配置成将所述电极预加热到高于40℃的温度。

22.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，包括固定设施，其中所述固定设施被配置成固持第一长度的电极的端部与第二长度的电极的端部，以使得所述第一长度的电极和所述第二长度的电极可焊接在一起，以使得所述焊接电极进给装置可连续进给所述第一长度的电极和所述第二长度的电极。

23.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述焊接电极进给装置设置在送丝机内。

24.根据权利要求1所述的焊接电极进给装置，其中所述焊接电极进给装置设置在焊炬内。

25.一种焊接电极进给装置，包括：

电极包装支撑件，所述电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装，所述电极包装支撑件包括被配置成感测所述包装的重量的重量传感器；以及

控制电路，所述控制电路通信地耦接到所述重量传感器，其中所述控制电路被配置成至少部分基于所感测的重量来控制马达以驱动所述电极包装支撑件的旋转。

26.根据权利要求25所述的焊接电极进给装置，包括支撑马达，所述支撑马达设置在所述电极包装支撑件内并被配置成使耦接到所述电极包装支撑件的所述包装旋转，其中所述支撑马达通信地耦接到所述控制电路，并且其中所述控制电路被配置成至少部分基于所述所感测的重量来控制所述支撑马达、下游马达或两者。

27.根据权利要求26所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成减去空电极包装的重量以确定所述包装中的电极的量。

28.根据权利要求26所述的焊接电极进给装置，其中所述控制电路被配置成当在所述焊接电极进给装置内的第一位置处所测量的第一电极进给速率显著大于或显著小于所述第一位置的上游或下游的第二位置处的第二电极进给速率时，关断所述焊接电极进给装置，产生传达到一个或更多个部件的通知，或产生用户可察觉的警告。

29.根据权利要求26所述的焊接电极进给装置，其中所述电极包装支撑件包括被配置成读取耦接到所述包装的RFID标签的RFID读取器或被配置成读取耦接到所述包装的近场通信(NFC)标签的NFC读取器。

30.根据权利要求26所述的焊接电极进给装置，其中所述电极包装支撑件包括机器可读代码读取器，所述机器可读代码读取器被配置成读取设置在所述包装的表面上的机器可读代码。

31.根据权利要求30所述的焊接电极进给装置，其中所述机器可读代码含有与以下各者相关的信息：所述电极的类型、所述电极的直径、炉号、兼容的保护气体共混物、兼容的极性、兼容的焊接位置、兼容的焊接工艺、适当的焊接参数、健康与安全数据、质量控制数据、合规性数据、电极制造可追溯性信息或其组合。

32.根据权利要求26所述的焊接电极进给装置，包括被配置成调节所述电极的加热器。

33.一种焊接电极进给装置，包括：

电极包装支撑件，所述电极包装支撑件被配置成耦接到电极的包装，所述电极包装支撑件包括：

支撑马达，所述支撑马达设置在所述电极包装支撑件内，并被配置成使耦接到所述电极包装支撑件的所述包装旋转；以及

接近传感器，所述接近传感器被配置成感测设置在所述包装上或所述包装内的一个或更多个特征；以及

控制电路，所述控制电路通信地耦接到所述支撑马达、所述接近传感器和下游马达，其中所述控制电路被配置成至少部分基于所述一个或更多个特征而控制所述支撑马达、所述下游马达或两者。

34.根据权利要求33所述的焊接电极进给装置，其中设置在所述包装上或所述包装内的所述一个或更多个特征包括凹口、点焊缝或预开口条带。

35.根据权利要求34所述的焊接电极进给装置，其中所述一个或更多个特征设置在所述包装的表面上。

36.根据权利要求33所述的焊接电极进给装置，其中设置在所述包装上或所述包装内的所述一个或更多个特征被配置成传达编码的数据。

37.根据权利要求36所述的焊接电极进给装置，其中所述编码的数据含有与以下各者相关的信息：所述电极的类型、所述电极的直径、所述包装中的所述电极的长度、炉号、兼容的保护气体共混物、兼容的极性、兼容的焊接位置、兼容的焊接参数、适当的焊接工艺、健康与安全数据、质量控制数据、合规性数据、电极制造可追溯性信息或其某一组合。