CN109479368B - 等离子体装置的可消耗部件变化检测 - Google Patents

Abstract

本文的方式提供了一种系统，其用于在等离子体装置和相关联的传感器处于休眠或不再接收数据时(例如在等离子体装置断电时)确定是否已经移除或更换了等离子体装置的一个或多个可消耗部件。本文的方式确定存储在控制器的存储器中的某些类型的数据是否仍然有效，其目的例如是为了确定可消耗部件的退化和/或寿命终止。在已经维修或更换了一个或多个可消耗部件的情况下，存储在控制器的存储器中的数据可能不再被认为对可消耗部件有效。在一种方式中，控制器在启动之后确定装置中的开关或保形膜的状态，并且基于开关或保形膜的位置确定可消耗部件是否已被移除或更换。

Description

等离子体装置的可消耗部件变化检测

技术领域

本公开主要涉及机械工具，并且更具体地涉及用于检测等离子体装置的可消耗部件的更换的装置和方法。

背景技术

诸如等离子体电弧焊炬这样的等离子体装置可以通过将由电离气体颗粒组成的高能等离子体流朝向工件引导而用于切割、标记、刨削和焊接金属工件。在典型的等离子体电弧焊炬中，待电离的气体被供应到焊炬的远端并流过焊条，然后通过等离子体电弧焊炬的末端或喷嘴中的孔口离开。焊条具有相对负电位并用作阴极。相反地，焊炬末端具有相对正电位并且用作阳极。此外，焊条与末端成间隔开的关系，由此在焊炬的远端处形成间隙。在操作中，在焊条和末端之间的间隙中形成导引电弧，其加热并随后电离气体。电离的气体随后被吹出焊炬并体现为从末端向远侧延伸的等离子体流。当焊炬的远端移动到靠近工件的位置时，电弧从焊炬末端跳跃或转移到工件，原因是工件对地的阻抗低于焊炬末端对地的阻抗。因此，工件用作阳极，并且等离子体电弧焊炬以“转移电弧(transferred arc)”模式进行操作。

高温和强电弧经常会损坏焊炬的可消耗部件，例如焊条、末端、喷嘴、衬垫、辊子和焊丝引导件等，因此，必须定期更换这些部件。为了适当地预测可消耗部件的更换，便携式切割机和焊机的分析装置对电弧小时数进行计数并记录在非易失性存储器中。电弧小时数的值可以汇总以作为系统整体磨损的指标。大多数机器是在单次切割或焊接期间进行过程控制，通常在终止时显示平均电流或电压，但不保留任何信息以改善或指导后续操作。结果，常规系统的分析装置可能仅仅是对耗材的更换进行推断，例如在操作员选择通常需要替代部件的新切割过程时才进行耗材的更换。

发明内容

鉴于前述内容，本文提供了用于使用历史数据以基于在先前操作期间检测到的趋势来调节切割或焊接参数、和/或在不合格的性能损害到作业之前提示操作员维护设备的方式。数据可以用作系统的一部分，其中等离子体焊炬的模式、异常和趋势可以被转发给操作员或技术服务代表以进行故障诊断或指示需要进行预防性维护。在耗材的退化损害到工件或者其他的切割机和焊机部件之前，即可提供输出或报警。

在示例性方式中，这通过检测可消耗部件例如在焊接或切割系统断电时的变化来实现，此时电路停用并且因此不能检测到就位部件(parts-in-place)或者表明机器应当忽略、汇总或重置数据收集的任何其他监测条件的变化。

在一种方式中，一种装置包括：布置在等离子体装置的可消耗部件上的保形膜，以及与所述可消耗部件和所述保形膜通信的控制器。在一些方式中，所述控制器可操作用以将第一组性能数据与所述可消耗部件关联，在所述等离子体装置启动之后确定所述保形膜的状况，基于所述保形膜的状况确定在所述等离子体装置启动之后在所述等离子体装置内是否存在所述可消耗部件，以及在所述等离子体装置启动之后确定在所述等离子体装置内存在所述可消耗部件的情况下将第二组性能数据与所述可消耗部件关联。

在另一种方式中，一种方法包括：提供布置在等离子体电弧焊炬的近端处的焊炬头，所述焊炬头包括可消耗部件，以及在所述可消耗部件上提供保形膜。所述方法还包括在所述等离子体电弧焊炬启动之后向所述可消耗部件施加电流，响应于电流而接收所述保形膜的电阻抗，以及在所述等离子体电弧焊炬启动之后通过将所述保形膜的电阻抗与参考保形膜阻抗值进行比较来确定在所述焊炬头内是否存在所述可消耗部件。

在又一种方式中，一种等离子体电弧焊炬包括：布置在等离子体电弧焊炬的近端处的焊炬头，布置在所述焊炬头内的焊条上的保形膜，以及用于接收来自所述保形膜的测量值的控制器。在一些实施例中，所述控制器基于来自所述保形膜的测量值确定是否在所述等离子体电弧焊炬关闭之前的先前动力循环中使用过所述焊条。

附图说明

附图示出了用于检测可消耗部件的变化的示例性方式，并且其中：

图1是根据示例性方式的系统的等距视图；

图2是根据示例性方式的图1的焊炬手柄的等距局部剖视图；

图3A-B是根据示例性方式的机电指示部的侧剖视图；

图4A-B是根据示例性方式的机电指示部的侧剖视图；

图5A-B是根据示例性方式的等离子体电弧焊炬的横截面视图；

图6A-C是根据示例性方式的通过二极管膜的电流的图形表示；

图7A-C是根据示例性方式的对应于电阻膜的阻抗的图形表示；

图8示出了根据本公开的某些方面的示例性系统的示意图；

图9是示出根据本公开的示例性过程的流程图；以及

图10是示出根据本公开的示例性过程的流程图。

附图不一定是按比例绘制。附图仅仅是示意图，并非旨在表现本公开的具体参数。附图旨在示出本公开的示例性实施例，因此不应被视为对范围的限制。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

现在将参考附图对本公开进行说明，在附图中示出了各种不同的方式。然而，应当领会，所公开的焊炬手柄能够以多种不同的形式实施，并且不应当被解释为受限于本文阐述的方式。相反地，提供这些方式是为了使本公开彻底和完整，并且将本公开的范围完整地传达给本领域技术人员。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

在本文中使用时，以单数形式叙述并且在前面具有单词“一”或“一个”的元件或操作应被理解为不排除多个元件或操作，除非明确地叙述了这样的排除。此外，对本公开的“一种方式”的引用不应被解释为排除了同样包含所述特征的其他方式的存在。

此外，为了便于描述如图所示的一个元件与另外的一个元件(或多个元件)的关系，在本文中可以使用空间相对术语，例如“下面”、“下方”、“下部”、“中心”、“上方”、“上部”、“上”、“上面”等。应当理解，除了图中所示的取向之外，空间相对术语也可以包括装置的在使用或操作中的不同取向。

如上所述，磨损的可消耗部件例如焊条、末端、喷嘴、衬垫、辊子和焊丝引导件显著地促进了性能退化，这可以通过测量幅值、频率、持续时间等的变化的传感器来进行检测。累积电弧时间、启动次数、停止次数以及与磨损相关的其他因素可以用于增强寿命终止检测。这样的过程持续时间和计数也可以在无需传感器输入的情况下单独使用，以估计部件在何时可能已经过度退化。该长期数据可以由控制器存储，所述长期数据可以在控制器中直接使用、或者被传输到远程计算机以进行质量控制。例如，信息可以用于评估个体工人的技术或者确定耗材的磨损在何时可能会导致即将发生的故障。

为了进一步增强耗材的寿命终止检测，本公开采用指示部例如EMI或保形膜，其给出可消耗部件是否已被移除(例如，用于维修)或被更换的指示。当等离子体电弧焊炬和相关传感器处于休眠或不再接收数据时(例如当装置断电时)，这可能是特别有利的。

本文描述的方式例如为了确定可消耗部件的寿命终止而确定存储在控制器的存储器中的某些类型的数据是否仍然有效。在确定已经维修或更换了一个或多个可消耗部件的情况下，存储在控制器的存储器中的数据可能不再被认为是有效的。在一种方式中，控制器在启动之后确定装置中的开关的位置，并且基于开关的位置确定包含在其中的可消耗部件是相同的还是不同的。在另一种方式中，控制器例如基于膜厚度、膜的性质的变化等确定在启动之后沿着可消耗部件形成的保形二极管或电阻膜的状态或状况。

现在参照图1，示出了系统5。在该非限制性实施例中，系统5是等离子体切割或焊接系统，其包括可操作用以调节原始功率并调节/控制切割/焊接过程的动力源12。动力源12可以包括控制器，正如本文将进一步详细描述的那样，所述控制器接收操作反馈并相应地控制等离子体切割系统5。动力源12可选地包括提升部件例如手柄14，其实现从一个地点到另一地点的运输。等离子体电弧焊炬10经由电缆18连接到动力源12。电缆18为等离子体电弧焊炬10提供电力并且用作等离子体电弧焊炬10和动力源12之间的通信链路。

工件夹20也可以连接到动力源12，所述工件夹设计成保持待切割的工件(未示出)并提供接地路径。电缆22将工件夹20连接到动力源12，所述电缆设计成提供用于让切割电流从焊炬通过工件和工件夹20的返回路径。在一个非限制性实施例中，电力电缆24从动力源12的后部分延伸，所述电力电缆具有用于将动力源12连接到便携式电源28或送电插座(未示出)的插头26。动力源12还包括ON/OFF开关30，以使用户能够触发等离子体电弧焊炬10的关闭和启动模式。

为了实现工件的切割或焊接，等离子体电弧焊炬10紧邻连接到夹具20的工件安置。然后，用户可以激活等离子体电弧焊炬10上的触发器(未示出)以将动力输送到等离子体电弧焊炬10以触发导引电弧。此后不久，生成等离子体电弧，然后用户可以使焊炬在工件上缓慢地移动以切割或焊接工件。在一个实施例中，气体从加压气体源33或从内部空气压缩机供应到等离子体电弧焊炬10。

在本文中使用时，等离子体电弧焊炬包括生成或使用等离子体进行切割、焊接、喷涂、刨削或标记等操作(手动或自动均可)的装置。因此，对等离子体电弧切割焊炬或等离子体电弧焊炬的具体引用不应被解释为限制本公开的范围。此外，向等离子体电弧焊炬提供气体的具体引用不应被解释为限制本公开的范围，这使得其他流体(例如液体)也可以根据本公开的教导被提供给等离子体电弧焊炬。

现在参照图2，电弧焊炬10可以包括布置在其近端44处的焊炬头42、以及固定到焊炬头42并布置在焊炬头42的远端48处的多个可消耗部件16，如图所示。焊炬头42还包括可以与电源(未示出)的正极侧电连通的焊条本体50、以及可以与电源的负极侧电连通的中心焊条52。中心焊条52进一步被中心绝缘体54包围以使中心焊条52与焊条本体50绝缘，并且类似地，焊条本体50被外绝缘体56包围以使焊条本体50与壳体58绝缘，所述壳体封装焊炬头42及其部件并且在操作期间保护焊炬头42及其部件免受周围环境的影响。中心焊条52优选地限定圆柱形管，所述圆柱形管具有中心孔和容纳在其中的弹簧60。

焊条本体50限定近侧外肩部61，所述近侧外肩部抵接中心绝缘体54的近侧内肩部64以沿着焊炬头42的中心纵向轴线定位焊条本体50。此外，焊条本体50包括外部O形环凹槽66，其容纳O形环以密封焊条本体50和中心绝缘体54之间的界面。另外，壳体58的远侧内壁68抵接布置在可消耗部件16的O形环凹槽内的O形环70以密封壳体58和可消耗部件16之间的界面。可以在多个界面之间提供具有相应O形环(未示出)的附加O形环凹槽72以密封流体(例如等离子气体、二次气体、冷却流体)通道，并且为简洁起见在本文中不再详细描述。

在一个实施例中，可以使用接合肩部的棘爪直接通过焊炬帽和焊条本体50之间的界面提供用于导引返回或其他电信号的电连续性。棘爪可以结合在焊炬帽或焊条本体50上，并且分别在焊条本体50或焊炬帽上具有相应的肩部和帽。此外，棘爪提供相对简单且易于接合和脱离的连接。类似地，等离子体电弧焊炬10内的其他部件也可以采用棘爪和肩部以用于相应的连接。

如进一步所示，可消耗部件16可以包括焊条80、焊条末端82、以及大体上容纳和定位可消耗部件16的盒本体84。在一些实施例中，盒本体84也在等离子体电弧焊炬10的操作期间分配等离子气体、二次气体和冷却流体。另外，盒本体84和中心焊条52之间的连接可以采用棘爪和肩部，如先前在上文中所述。除了定位各种可消耗部件16之外，盒本体84也可以将焊条本体50与阴极构件分离。因此，盒本体84可以是绝缘材料例如

或者是能够在相对高的温度下操作的其他类似材料。

现在参照图2-4，将更详细地描述等离子体电弧焊炬10内的一个或多个指示部的结构和操作。在示例性实施例中，当焊接或切割系统断电时，开关可以用于检测可消耗部件的变化。在一种可行的解决方案中，可以断开和闭合电气开关以用于两种不同的机械条件。例如，计算机存储器和电路的其他元件基于“触发器(flip-flop)”概念。能够以多种功能形式生产并具有各种晶体管拓扑结构的锁存器捕获瞬态二进制电气状态，即使在输入条件通过后仍保持逻辑高电平或低电平。

更具体地，在一个实施例中，开关表示机电开关，其可以在焊炬气体管线第一次例如通过气体源33(图1)加压时进行设定，并且每当可消耗部件16被拆卸时重新设定。因而，如果观察到开关处于断开位置，则可以表明在等离子体电弧焊炬10断电时移除或更换了能够与开关一起操作的一个或多个可消耗部件16。相反地，如果在机器通电时闭合开关，则可以表明先前已经使用过目前就位的(一个或多个)部件。在这样的情况下，等离子体电弧焊炬10的控制器可以继续编译数据以及先前观测到的历史数据，包括在先前的动力循环期间针对一个或多个可消耗部件16记录的信息。

在一个非限制性实施例中，开关表示簧片开关100-A，其中钢或另一种铁磁材料可以嵌入或附接在靠近阴极62的区域中，如图2-3所示。等离子体电弧焊炬10内的压力吹送磁体到钢的连接部，而磁力在正常条件下使材料相对于阴极62保持在适当位置。在一个实施例中，簧片开关100-A能够以靠近阴极62的方式嵌入或附接到中心绝缘体54的侧壁53。簧片开关100-A与附接到弹簧60的磁性元件104一起操作，由此弹簧60的压缩/解压缩使磁性元件104相对于阴极62致动。

现在参照图3A-B，将更详细地描述簧片开关100-A的操作。在操作期间，焊炬气体管线最初被加压，这促使弹簧60压缩磁性元件104并朝向阴极62致动磁性元件104。磁性元件104附接到阴极62，例如如图3A所示，其中在可消耗部件16中的一个或多个部件的移除或更换破坏了其间的磁性连接之前该附接都保持不变。如图所示，当磁性元件104联接到阴极62时，簧片开关100-A的第一接触元件108被朝向第二接触元件110致动，从而在进行连接时形成闭路。断开磁性元件104和阴极62之间的磁性连接将致动磁性元件104远离阴极62，这允许簧片开关100-A的第一接触元件108移动远离第二接触元件110，例如如图3B所示。簧片开关100-A保持在断开位置直到其复位。

在另一个非限制性实施例中，如图4A-B所示，簧片开关100-B可以附加地或替代地在等离子体电弧焊炬10内布置在靠近焊条80的区域中。在此情况下，簧片开关100-B可以嵌入或附接到外壁114的内表面，靠近焊条80的凸缘118。在操作期间，由凸缘118在朝向焊炬头42的远端48的方向上施加到簧片开关100-B的向下的力保持簧片开关100-B的第一接触元件120和第二接触元件122之间的连接，如图4A所示。簧片开关100-B保持在闭合位置，直到焊条末端82和/或焊条80被移除或更换，这减轻了由凸缘118施加的力，因此允许簧片开关100-B的第一接触元件120移动远离第二接触元件122，例如如图4B所示。在一个实施例中，簧片开关100-B是常开的，并且簧片开关100-B保持在断开位置，直到新的末端和/或焊条插入可消耗部件16中并且开关100-B被复位。

现在参照图5A-B，示出了等离子体电弧焊炬头152的远端部分150的剖视图。在示例性实施例中，一个或多个可消耗部件涂覆有保形膜144以检测可消耗部件的变化。例如，如下面将更详细描述的那样，焊条142的远端140可以具有形成在其上的保形膜144，以用于指示焊条142是否已经被移除或者是在焊接/切割系统中包括了更换焊条，或者是在先前的动力循环中使用的现有焊条。

如该非限制性实施例中所示，等离子体电弧焊炬头152包括与电源(未示出)的负极侧电连通的阴极154。阴极154限定内导管156，所述内导管具有经由冷却剂供应管(未示出)与冷却剂供给源流体连通的近端部分。内导管156也可以包括与套管158流体连通的远端部分。等离子体电弧焊炬头152的可消耗部件可以包括焊条142和喷嘴166。在示例性实施例中，喷嘴166配置成将高速等离子气体流朝向待切割、标记或焊接的工件(未示出)引导。可消耗部件还包括中心本体168以及将喷嘴166与防护帽172分隔开的间隔件170。

当安装在等离子体电弧焊炬头152中时，焊条142居中地布置在中心本体168内并与阴极154电连通。此外，中心本体168围绕焊条142和中心绝缘体(未示出)。在一个实施例中，中心本体168将阳极护罩与焊条142和末端162分隔开。中心本体168可以是电绝缘材料例如

但也可以使用其他的电绝缘材料。

在一个非限制性实施例中，焊条142可以由易蚀材料例如铜、铜合金、银或银合金制成。此外，焊条142可以在焊条的远端140处限定孔174，所述孔174在一些实施例中配置成接收发射元件176，所述发射元件可以由易蚀材料例如铪、铪合金、锆、锆合金或本领域已知的并且具有适当特性的其他材料制成。在一些情况下，发射元件176可以是圆形杆的形式，其被压配合、铜焊或以其他方式嵌入到焊条142的孔174中。发射元件176可以同心地布置。

焊条保持件(未示出)可以布置在中心本体168内，以使得焊条保持件能够相对于等离子体电弧焊炬头152轴向移动。焊条142能够可释放地附接到焊条保持件，以使得焊条在向前方向上(即，在等离子体电弧焊炬头152的操作端的方向上)从焊条保持件朝向喷嘴166的相对表面突出。因此，当焊条142附接到焊条保持件时，焊条保持件的轴向移动会促使焊条142朝向或远离等离子体电弧焊炬头152的操作端移动。

在这方面，在焊炬操作开始之前，可以例如通过弹簧(未示出)将焊条142朝向喷嘴166偏压，以使得焊条142处于延伸位置。在延伸位置(如图5A所示)，焊条142的端面经由保形膜144与喷嘴166的相对表面电接触。在触发器(未示出)致动时，动力源12(图1)可以用于在焊条142和喷嘴166之间施加电压差，促使电路闭合并使电流在其间流动。基本上同时地，允许等离子气体(例如空气)流过通道，其中气体的力克服焊条保持件的偏压并使焊条142移动远离喷嘴166，由此形成电弧。

在示例性实施例中，保形膜144是牺牲材料，包括导电、半导电或非导电材料(例如硅、蜡或锡)构成的涂层或层，每一种材料都被配置成在预先指定的温度下减少或侵蚀。在一个实施例中，可以使用以下技术中的任何一种在焊条142上形成保形膜144，例如电镀、化学浴、丝网印刷、膜转印、涂覆、喷涂、印台(ink pad)或气相沉积。在另一个实施例中，保形膜144可以包括具有一致特征阻抗的物质，例如形成为具有一致特性的涂料或油墨。在其他实施例中，也可以使用具有施加至一致厚度的金属填料的酚醛树脂。

在操作期间，为了指示当等离子体电弧焊炬头152断电时发生的可消耗部件的变化，每个新焊条(例如，焊条142)都涂覆有保形膜144并插入中心本体168内，如图5A所示。经过这样配置，保形膜144用作指示部，该指示部在存在时电连接焊条142和喷嘴166。替代地，在另一个实施例中，保形膜144可以施加到喷嘴166，其中在喷嘴166和防护帽172之间形成电连接。

当在等离子体电弧焊炬头152中形成电弧时，在焊条142和喷嘴166之间传输的热和/或电流促使保形膜144降解(例如，熔化)，这样减小其厚度、改变一种或多种膜性质、或者完全消除保形膜144，例如如图5B所示。一旦牺牲膜被移除或减少到在焊条142和喷嘴166之间不再形成接触的程度，在其间形成的电路就处于断开位置。

在一个实施例中，对应于保形膜144的数据用于确定先前是否已经使用了焊条。例如，在保形膜144的电气测量值(例如，阻抗或电流)和参考电气测量值基本相等的情况下，在等离子体电弧焊炬启动之后，可能在焊炬头内存在更换的可消耗部件。相反地，在保形膜的电气测量值和参考电气测量值基本不相等的情况下，可以确定在等离子体电弧焊炬启动之后在焊炬头内存在可消耗部件。

如图6A-C中进一步所示，保形膜144最初产生10A或更大的电流(I)，其随着保形膜144烧掉而改变。在保形膜144是在施加了第一电弧之后击穿或蒸发的二极管式膜的情况下，送往喷嘴的图6A所示的初始焊条正向电流被阻止，由此导致只有焊条负向电流流动的电流(I)输出，如图6B所示。然后将得到的该输出147提供给控制器以确定使用了本焊条。

在每次后续上电期间，低功率AC流经焊炬，并且如果通过二极管膜生成类似于AC的电流(I)输出，如图6C的参考电气测量值149所示，则控制器可以确定存在新焊条。然而，如果输出不是以类似AC的方式起作用，而是更接近类似于图6B所示的输出信号147，则控制器可以确定已在先前的动力循环中使用过当前焊条。

在另一实施例中，测量焊条142的阻抗以确定焊条142是否先前已被使用过。也就是说，如果随后将涂覆有保形膜144的不同的(例如，新的)焊条插入中心本体168内，则它将基于观测到的阻抗或电流的差异而记录为“新的”。当机器重新通电时，可以辨识每个更换的焊条，从而自动地记录先前使用过的部件。

例如，如图7A-C所示，保形膜144最初对应于高阻抗(Z)例如200欧姆(1A)，其随着保形膜144的减少而减小。在与喷嘴166接触的焊条142的远端上包括电阻性膜(例如，石蜡)的情况下，阻抗水平从图7A所示的水平降低到图7B所示的阻抗输出151，原因是保形膜144响应于电弧而蒸发。

在每次后续上电期间，低功率AC流经等离子体电弧焊炬10，并且在通过电阻膜观测到的阻抗等于或基本等于图7C的参考电气测量值153(例如，阻抗)的情况下，控制器可以相应地确定存在新焊条。然而，如果输出信号更接近类似于图7B所示的阻抗输出151，则控制器可以确定当前焊条已在先前的动力循环中使用过。

现在参照图8，将更详细地描述根据示例性实施例的等离子体电弧焊炬10的控制器的操作。如图所示，等离子体电弧焊炬10包括电连接到焊条142的动力源12。动力源12可以配置成在焊条142与喷嘴166电接触时在焊条142和喷嘴166之间施加电压差以引发导引电弧，如上所述。也就是说，当焊条142的端面与喷嘴166的相对表面接触时，电路184完成，并且在焊条142和喷嘴166之间施加的电压差引起电流185在两个导体之间流动。因此，当焊条142移动远离喷嘴166时，电流在两个导体之间形成的间隙上形成导引电弧。

在一些实施例中，等离子体电弧焊炬10还可以包括传感器186，所述传感器配置成在施加电压差时检测在焊条142和喷嘴166之间限定的电路184的状态。传感器186可以被包括在动力源12上或动力源12内，如图8所示。在一个实施例中，传感器186可以在物理上与动力源12分离并且区分开，但是可以与动力源12或电路184的另一部分通信。在又一个实施例中，当等离子体电弧焊炬10不从动力源12接收电力时，传感器186和电路184可以使用辅助动力源196例如电池、电容器或其他能量储存装置。

以该方式，传感器186可以检测由动力源12、焊条142、喷嘴166和/或保形膜144限定的电路184的电气状态。例如，当电压差施加到电路184并且电流流动时，传感器186可以检测到完整的电路。另一方面，如果将电压差施加到焊条142和喷嘴166但没有电流流动，则传感器186可以检测到传感器186和喷嘴166和/或电路184的其他部分之间的断电状态。

如图所示，等离子体电弧焊炬10还包括与动力源12、焊条142、喷嘴166和开关100A-B通信的控制器190。如上所述，控制器190接收来自等离子体电弧焊炬10的各种部件的历史数据，以基于在早期操作期间检测到的趋势来调节切割或焊接参数，或者在不合格的性能损害到作业之前向操作者生成需要维修的提示。模式、异常和趋势存储在存储器192中并由控制器190分析。

在一些实施例中，控制器190可操作用以将第一组性能数据与可消耗部件关联，在等离子体装置启动之后确定EMI的位置，基于EMI的位置确定在等离子体装置启动之后在等离子体装置内是否存在可消耗部件，在等离子体装置启动之后确定在等离子体装置内存在可消耗部件的情况下将第二组性能数据与可消耗部件关联。

在症状损害到工件和/或其他切割机和焊机部件之前，控制器190还可以用于补偿输出或发出警告。随着测量值在幅值、频率或持续时间上的变化，可以通过一个或多个传感器(例如，传感器186)检测可消耗部件以及与其联接的(一个或多个)指示部的变化。输出数据随后可以转发给操作员或技术服务代表以进行故障诊断或表明需要进行预防性维护。

另外，控制器190可以接收累积电弧时间、启动/停止的次数以及与磨损相关的其他因素，例如切割电流或者针对指定电压和送丝速度设置的GMA焊接电流的平均值和标准偏差，其可以用于增强寿命终止检测。这样的过程持续时间和计数也可以例如在没有传感器输入的情况下单独使用，以估计部件何时可能已经过度退化。该信息也可以用于评估个体工作人员的技术或者确定耗材的磨损何时可能导致即将发生的故障。

在一些实施例中，等离子体电弧焊炬10的电路184可以是停用的(例如，在断电时)，并且因此，当重新激活等离子体电弧焊炬10时，传感器186和电路不能检测到就位部件或者表明控制器190应当忽略、汇总或重置某些类型的非易失性数据的任何其他监测条件的变化。为此，控制器190在启动期间使用开关100A-B的位置或等离子体电弧焊炬10中的保形膜144的状况来确定可消耗部件是否可能是更换件，或者可消耗部件是否可能已经在先前的动力循环中使用过。在一些实施例中，该方式可以将过程知识从单个切割周期扩展到长期性能跟踪，包括在等离子体电弧焊炬10可能停用的“停电”期间的部件变化和其他用户干预的知识。

此外，在等离子体电弧焊炬10内存在保形膜144的情况下，控制器190接收对应于保形膜144的数据，以用于确定焊条142是否先前已被使用过。也就是说，在等离子体电弧焊炬10的启动之前和之后，控制器190接收对应于保形膜144的电压、电流和/或阻抗值。将可消耗部件的已知基线测量值与在启动等离子体电弧焊炬10时获得的测量值进行比较，以确定本焊条是否在先前的动力循环中已被使用过。

在替代或补充实施例中，电池、电容器或其他能量储存装置可以用于为电路供电，以检测机械联接到可消耗组件的就位部件或其他电气开关的变化。例如，控制器190可以包括辅助动力源196(例如，电池)，其在电源关闭时保持开关100A-B的时钟或计数打开。大于1的计数可以被解释为耗材变化。

在一些实施例中，控制器190可以是等离子体电弧焊炬10中或远程计算机中的专家系统。控制器190可以包括用于处理或执行等离子体电弧焊炬10的一个或多个部件的逻辑操作的处理部件。处理部件可以包括各种硬件、软件或这两者的组合。硬件的示例可以包括器件、逻辑器件、组件、处理器、微处理器、电路、处理器电路、电路元件(例如晶体管、电阻器、电容器、电感器等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器单元、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微芯片、芯片组等。软件的示例可以包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、设备驱动器、系统程序、软件开发程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件组件、例程、子例程、功能、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号、或其任何组合。确定是否使用硬件和/或软件来实现示例可以根据许多因素而变化，例如期望的计算速率、功率水平、热容差、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度以及如指定示例所期望的其他设计或性能约束。

在一些实施例中，处理部件可以包括公共计算元件，例如多核处理器、协处理器、存储器单元、芯片组、控制器、外围设备、接口、振荡器、定时设备、视频卡、音频卡、多媒体输入/输出(I/O)部件(例如数字显示器)、电源等。存储器单元的示例可以包括但不限于一个或多个高速存储器单元形式的各种类型的计算机可读和机器可读存储介质，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、双倍数据速率DRAM(DDRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存、聚合物存储器例如铁电聚合物存储器、双向开关半导体存储器、相变或铁电存储器、硅-氧化物-氮-氧化物-硅(SONOS)存储器、磁卡或光卡、器件的阵列例如独立磁盘冗余阵列(RAID)驱动器、固态存储器设备(例如USB存储器)、固态驱动器(SSD)、以及适于存储信息的任何其他类型的存储介质。

现在参照图9，将更详细地描述根据示例性实施例的用于检测等离子体焊炬的耗材更换的方法200。方法200包括将第一组性能数据与等离子体装置的可消耗部件关联，如模块202所示。在一个实施例中，性能数据可以包括例如用于预设切割电流输出的平均末端电压、或者用于指定电压和送丝速度设置的GMA焊接电流的平均值和标准偏差。在一个实施例中，性能数据可以存储在控制器的存储器中。在一个实施例中，可消耗部件包括焊条、末端、喷嘴、衬垫、辊子和焊丝引导件。

方法200还可以包括在等离子体装置启动之后确定联接到可消耗部件的EMI的状态，如模块204所示。在一个实施例中，EMI指示两种不同状态中的一种(例如，连接或断开)。

方法200还可以包括基于EMI的状态确定在先前的动力循环期间是否使用过可消耗部件，如模块206所示。在一个实施例中，在确定EMI处于打开位置的情况下确定在等离子体装置启动之前可消耗部件已被移除。

方法200还可以包括在可消耗部件被确定为在先前的动力循环期间使用过的情况下将第二组性能数据与可消耗部件关联，如模块208所示。在一个实施例中，在等离子体装置启动之后确定可消耗部件在先前的动力循环期间未使用过的情况下，将第二组性能数据与第二可消耗部件关联。

方法200还可以包括编译第一组性能数据和第二组性能数据以跟踪可消耗部件的退化，如模块210所示。

方法200有利地指示在等离子体切割装置断电时(一个或多个)可消耗部件可能已经改变。具体地，如果在机器通电时开关闭合，则可能先前使用过(一个或多个)可消耗部件。切割机或焊机可以继续使用历史数据，包括在先前的动力循环期间记录的数据。方法200提供了用于了解存储在控制器的非易失性存储器中的某些类型数据是否仍然有效的技术。这可以进一步将过程知识从单个切割周期扩展到长期性能跟踪，包括在机器断电的时段期间的可消耗部件变化和其他用户干预的知识。

现在参照图10，将更详细地描述根据示例性实施例的用于检测等离子体焊炬的耗材更换的方法300。方法300可以包括在等离子体电弧焊炬的可消耗部分上提供保形膜，如模块302所示。在一个实施例中，等离子体电弧焊炬是等离子焊机或等离子体切割机。在一个实施例中，可消耗部件是焊条。在一个实施例中，保形膜可以是由导电材料、半导体材料或非导电材料制成的二极管膜或电阻膜。

方法300还可以包括在等离子体电弧焊炬启动之后将电流施加到可消耗部件，如模块304所示。

方法300还可以包括响应于电流而接收保形膜的电阻抗，如模块306所示。

方法300还可以包括将保形膜的电阻抗与参考保形膜阻抗值进行比较，如模块308所示。可以从控制器的存储器检索得到参考保形膜阻抗值。

方法300还可以包括在等离子体电弧焊炬启动之后，基于保形膜的电阻抗和参考保形膜阻抗值的比较，确定在等离子体电弧焊炬内是否存在可消耗部件。在一个实施例中，该方法包括在保形膜的电阻抗和参考阻抗值基本相等的情况下，确定在等离子体电弧焊炬启动之后在焊炬头内存在更换的可消耗部件。在一个实施例中，该方法包括在保形膜的电阻抗和参考阻抗值基本上不相等的情况下，确定在等离子体电弧焊炬启动之后在炬头内存在可消耗部件。

方法300还可以包括确定可消耗部件的退化，如模块312所示。在一个实施例中，将在焊炬关闭之前获得的第一组性能数据与在焊炬启动之后获得的第二组性能数据组合。在一个实施例中，在可消耗部件被确定为在先前的动力循环期间使用过的情况下，将第二组性能数据与可消耗部件关联。在一个实施例中，在等离子体装置启动之后确定可消耗部件未被使用过的情况下，将第二组性能数据与第二可消耗部件关联。

尽管已经参考某些方式描述了本公开，但是在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的范畴和范围的情况下，可以对所述的方式进行多种变型、修改和改变。因此，应该理解，本公开不受限于所述的方式，而是具有由所附权利要求的语言及其等同方案所限定的完整范围。尽管已经参考某些方式描述了本公开，但是在不脱离如所附权利要求限定的本公开的范畴和范围的情况下，可以对所述的方式进行多种变型、修改和改变。因此，应该理解，本公开不限于所述的方式，而是具有由所附权利要求的语言及其等同方案所限定的完整范围。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：

在等离子体电弧焊炬的可消耗部件上提供保形膜，在所述可消耗部件上存在所述保形膜时，所述保形膜闭合在所述可消耗部件和另一可消耗部件之间的电路，并且一旦所述保形膜已经通过所述可消耗部件的使用而减少，就断开所述电路；

在所述等离子体电弧焊炬的第一次启动之后向所述可消耗部件施加电流；

响应于电流而接收所述保形膜的电气测量值；以及

在所述等离子体电弧焊炬的第一次启动之后通过将所述保形膜的电气测量值与参考电气测量值进行比较来确定在所述等离子体电弧焊炬内是否存在所述可消耗部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述保形膜的电气测量值和所述参考电气测量值基本相等时，确定在所述等离子体电弧焊炬的第二次启动之后在所述等离子体电弧焊炬内存在更换的可消耗部件，所述第二次启动是在所述第一次启动之后的所述等离子体电弧焊炬的关闭之后。

3.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述保形膜的电气测量值和所述参考电气测量值基本上不相等时，确定在所述等离子体电弧焊炬的第二次启动之后在所述等离子体电弧焊炬内仍然存在所述可消耗部件，所述第二次启动是在所述第一次启动之后的所述等离子体电弧焊炬的关闭之后。

4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

在所述等离子体电弧焊炬的第一次启动之前的动力循环期间获得第一组性能数据；以及

将所述第一组性能数据与所述可消耗部件关联。

5.根据权利要求4所述的方法，其还包括在所述等离子体电弧焊炬关闭之前存储所述可消耗部件的第一组性能数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其还包括在所述等离子体电弧焊炬的第二次启动之后确定在所述等离子体电弧焊炬内存在所述可消耗部件时，将第二组性能数据与所述可消耗部件关联，所述第二次启动是在所述等离子体电弧焊炬的第一次启动之后的所述等离子体电弧焊炬的关闭之后。

7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

编译所述第一组性能数据与所述第二组性能数据；以及

基于所述第一组性能数据和所述第二组性能数据确定所述可消耗部件的退化。

8.一种装置，其包括：

布置在等离子体装置的可消耗部件上的保形膜，其中所述保形膜能够在所述可消耗部件和所述等离子体装置的另一部件之间形成电连接；以及

与所述可消耗部件和所述保形膜通信的控制器，所述控制器可操作用以执行根据权利要求1-7中的任意一项所述的方法。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述可消耗部件是焊条。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述保形膜是在所述可消耗部件上形成的牺牲膜。

11.根据权利要求8所述的装置，其中所述保形膜是下列之一：导电材料层、半导体材料层和非导电材料层。

12.根据权利要求8所述的装置，其中所述可消耗部件是焊条末端。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述保形膜沿着所述焊条末端的远端表面布置。

14.根据权利要求8所述的装置，其中所述可消耗部件是喷嘴。

15.一种等离子体电弧焊炬，其包括：

布置在所述等离子体电弧焊炬的近端处的焊炬头；以及

根据权利要求8所述的装置，其中所述保形膜布置在所述焊炬头内的焊条上。

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