CN109689344B - 具有安全特征的焊接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有安全特征的焊接设备(10；30)，所述焊接设备(10；30)包括：两个电极(11,12；21,22)，其中所述两个电极中的至少一个布置成相对于所述另一个为可移动的。所述电极彼此不接触并且限定间隙(13)，在所述间隙(13)中可插入设置有非导电表面以待密封的物体(14)。所述焊接设备包括致动器(15；25)，所述致动器(15；25)被配置成当启动时移动所述至少一个电极以挤压所述物体；检测器(16；26)，所述检测器(16；26)被配置成当所述插入的物体(14)在所述电极之间受挤压时确定夹紧力；距离传感器(17；23)，所述距离传感器(17；23)被配置成测量所述电极之间的距离。还存在电导传感器(24)，所述电导传感器(24)被配置成当物体(14)受挤压时，测量位于所述电极(11,12；21,22)之间的所述物体的电导率；以及任选地，位置传感器(19b)，所述位置传感器(19b)被配置成检测插入在所述电极之间的所述物体(14)的位置。所述焊接设备还包括处理器，所述处理器被配置成处理来自所述检测器(16；26)、所述距离传感器(17；23)和所述电导传感器(24)中的至少一个的输入以提供指示是否存在插入在电极之间的血袋管或者它是否是外来物体的输出。

Description

具有安全特征的焊接设备
技术领域
本发明总体涉及用于塑料焊接，更具体地用于塑料管的焊接设备，并且具体地，本发明涉及用于防止操作者受伤的安全特征。
背景技术
焊接设备通常用于密封被设计来容纳血液的不同容器，诸如血袋或连接到血袋的管。由于用来制造血袋和管的塑料材料，通常使用超声波或RF焊接技术；这类设备由申请人提供并且在图1中示出。
血袋和管具有许多不同尺寸和形状，这进而需要使用者能够使用适于特定材料、形状或厚度的不同焊接装备。通常，当血袋充满时，使用者必须密封塑料管，但也可能必须密封血袋的一部分用于测试样品，这需要使用者能够使用不同的焊接装备来执行所需任务。
当密封被设计来容纳血液的不同容器(诸如血袋)时，通常使用焊接技术(超声波或RF)。这类产品(CS546Qseal-handy)由Conroy Medical提供并且在图1中示出。它包括电池组2(即，DC源)；用于焊接的装置1，所述用于焊接的装置1通常是手持的；以及绳/线缆3，所述绳/线缆3用于连接电池组与手持式装置。这类设备也可经由合适的绳从AC电源供电。Qseal-handy是用于密封PVC和EVA管的全自动系统，所述PVC和EVA管连接到包括在血包中或一次性血细胞分离器中的血袋。可在供血者仍连接到血包或一次性血细胞分离器时执行密封。
现有技术装置可区分不同的管(例如，厚度/直径不同、材料弹性不同等)，但是不具有检测例如手指是否无意地插入在电极之间的焊接区域中的能力。鉴于用于焊接的高能量，在这类情况下人体组织有可能会严重受损。
因此，需要开发一种焊接设备，所述焊接设备可区分例如呈手指形式的人体组织与塑料管，并且如果进行这类检测，那么中止操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接设备，所述焊接设备具有防止操作者受伤的安全特征。
所述目的可利用一种包括如下各项的焊接设备实现：
本发明优于现有技术的益处和优点在于摆弄焊接器不会对设备的操作者造成严重的烧伤。
根据具体实施方式和附图，另外的目的和优点对于技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1示出现有技术焊接设备；
图2示出无绳式现有技术焊接设备；
图3示出焊接设备的第一实施方案；
图4示出焊接设备的第二实施方案；
图5示出电导率测量装置的实施方案；
图6示出描述焊接工艺的执行方法的流程图；并且
图7示出描述以安全方面为特征的焊接工艺的操作的流程图。
具体实施方式
出于本发明及其描述目的，“处理器”应被视为包含能够执行所需功能的任何装置，即，数字装置和模拟装置。
图1示出现有技术焊接设备，所述现有技术焊接设备具有经由绳2附接到电池组3的焊接单元1。
图2示出无绳式焊接设备，所述无绳式焊接设备包括两部分：呈具有电池组之电源单元5形式的第一单元和呈焊接器4形式的第二单元。电源单元插入在设备手柄6中的狭槽中。如在背景技术中所提及的，当然也可从电网或任何其他外部源获得电力，但是从使用者的角度来看，在手柄中具有电池组的无绳式实施方案为优选的。
如先前所提及的，现有技术焊接设备的缺点在于它们没有安全系统来避免操作者由于无意地和不当地摆弄焊接器而受伤。
图3示出焊接设备10的第一实施方案，所述焊接设备10包括两个电极11、12；致动器15；电源20；夹紧力检测器16；距离传感器17，所述距离传感器17被配置成当物体受挤压时测量电极之间的距离；电导传感器24，所述电导传感器24被配置成当物体受挤压时，测量电极之间的电导率；以及处理器18，所述处理器18被配置成基于来自检测器16和传感器17、24中的至少一个的输入来确定是否存在插入在电极之间的适当物体(例如，血袋管)或者它是否是外来物体(例如，手指)。
现将大体描述焊接器的操作，并且具体地，将参考图3描述安全特征。
第一电极11被布置成相对于另一个静止电极12为可移动的，并且两个电极彼此不接触。间隙13限定在电极之间，在所述间隙中可插入待密封的物体14。待焊接的物体14(诸如塑料管或塑料袋)设置有非导电表面，并且通常由非导电材料制造。
当启动时，致动器15(例如，步进马达、无刷直流马达等)被配置成当物体14插入到间隙13内时，使第一电极11朝向另一个电极12移动以闭合间隙13。电源20被配置成向电极提供能量以执行焊接工艺，条件是接收来自处理器18的控制信号34，所述控制信号34控制执行焊接工艺所需的时间和/或能量。
为了计算执行焊接工艺所需的时间和/或能量，需要收集关于物体的信息。夹紧力检测器16被配置成确定夹紧力，并且距离传感器17被配置成当插入的物体14在电极11、12之间受挤压时测量电极之间的距离。夹紧力可通过基于电力消耗(到达DC马达的电流和电压)检测夹紧力或计算夹紧力来确定。
确定的夹紧力和测量的距离是关于物体具有的特性类型(即，管或板；厚度和材料类型)的指示符。更具体地，夹紧力F夹紧被记录为移动电极的位移(即，电极之间的距离(或空间位置或时间的一些等效相对测量))的函数。因此，取决于材料的弹性/刚性，力F夹紧将针对某种材料具有某种分布曲线。
处理器基于确定的电极之间的夹紧力分布曲线和测量的电极之间的距离来计算对插入的物体执行焊接工艺所需的时间和/或能量的量。
处理器18设置有存储器，其中数据对应于用于不同材料的夹紧力分布曲线并且用于基于来自检测器和传感器的输入数据来执行受控的焊接。因此，处理器检索来自存储器的关于适当的焊接工艺、作为电极之间的夹紧力和距离的函数的数据。数据优选存储在查找表中。此外，可针对不同材料实现单独的查找表，并且关于物体由哪种材料制成的信息可例如使用内置条形码读取器27从使用者获得，所述内置条形码读取器27从条形码28读取信息，并且具有所述信息的信号29被转发至处理器18以选择用于焊接工艺的正确查找表。
此外，焊接设备10可设置有无线通信接口(诸如收发器电路39)来促进与外部装备(诸如计算机)的无线通信以交换信息。这种类型的信息可包括存储在查找表中的更新数据和待存储在新查找表中的数据，以便调适并由此最佳化焊接工艺。也可经由无线通信接口向处理器提供关于插入在间隙中的物体的材料类型的信息。
距离传感器17被配置成通过监测第一电极11相对于另一个电极12的移动来测量电极之间的距离。在这个实施方案中，这由被布置成监测杆15b的移动的传感器实现，所述杆15b由附接到第一电极11的致动器15控制。
任选地，另外的传感器19a可被提供来检测物体14是否部分地处于限定的间隙13之外，并且在这种情况下处理器18进一步被配置成当检测到物体14部分地处于限定的间隙13之外时阻止致动器15启动。因此，阻止对物体14进行不良焊接。
对间隙13之外极薄材料的检测(基于测量的电极之间的距离)也可用来确认物体是塑料板并且确保使用适当的焊接工艺。
任选地，附加的位置传感器19b被提供来检测插入在电极之间的物体14的位置，并且在这种情况下处理器18进一步被配置成当附加的位置传感器检测到物体被放置在电极11、12之间时促使所述致动器15启动。因此，当没有物体插入在电极之间时，来自附加的位置传感器的信号阻止焊接工艺启动。来自附加的位置传感器的信号也可用作致动器应启动的指示，由此并不需要如下文所论述的单独按钮31。
电源20可包括由来自处理器18的控制信号34启动的电池。当通过按压按钮31或通过检测间隙13中的物体的存在而启动致动器15时，间隙减小。在实施第二传感器19a和/或第三传感器19b的情况下，信号32和33被转发至处理器，所述处理器在致动器可能被启动之前向致动器发送启用信号(如由36所指示)。当(插入在电极之间的)物体14受挤压时，处理器18从夹紧力检测器16(如由36所指示)和第一传感器17(如由35所指示)接收信号。此后，处理器18计算执行焊接工艺需要的所需时间和/或能量。
图4示出焊接设备30的第二实施方案，所述焊接设备30包括两个电极21、22、致动器25、电源20、夹紧力检测器26、距离传感器23、电导传感器24和处理器18。
在这个实施方案中，每个电极21、22相对于另一个为可移动的，并且所述移动由致动器25控制，并且两个电极彼此不接触。间隙13限定在电极之间，在所述间隙中可插入待密封的物体14。物体14(诸如塑料管或塑料袋)设置有非导电表面，并且通常由非导电材料制造。
致动器25被配置成当物体14插入到间隙13内时，使第一电极21与第二电极22朝向彼此移动以闭合间隙13。电源20被配置成向电极提供能量以执行焊接工艺，条件是接收来自处理器18的控制信号34，所述控制信号34控制执行焊接步骤所需的时间和/或能量。
为了计算执行焊接工艺所需的时间和/或能量，需要收集关于物体的信息。夹紧力检测器26被配置成确定夹紧力，并且距离传感器23被配置成当插入的物体14在电极21、22之间受挤压时测量电极之间的距离。关于材料类型的信息可使用条形码读取器(未示出)或通过无线通信接口获得，如先前结合图3所论述。
确定的夹紧力和测量的距离是关于物体具有的特性类型(即，管或板；厚度和材料类型)的指示符，但是也可提供由条形码读取器提供或通过无线通信接口提供的外部信息。处理器基于在电极之间确定的夹紧力和测量的距离来计算对插入的物体执行焊接工艺所需的时间和/或能量的量，如上文所述。
在这个实施方案中，距离传感器23是被配置成通过使用光监测一个电极相对于另一个电极的移动来测量电极之间的距离的光学测距仪。
任选地，另外的传感器(未示出)可被提供来检测物体14是否部分地处于在限定的间隙13之外，并且在这种情况下处理器18进一步被配置成当检测到物体14部分地处于限定的间隙13之外时阻止致动器25启动。因此，阻止对物体14进行不良焊接。第二传感器可集成在第一传感器23中。
任选地，另外的位置传感器(未示出)被提供来检测插入在电极之间的物体14的位置，并且在这种情况下处理器18进一步被配置成当第三传感器检测到物体被放置在电极21、22之间时促使所述致动器25启动。因此，当没有物体插入在电极之间时，来自附加的位置传感器的信号阻止焊接工艺启动，并且所述信号也可用来启动致动器，而不是使用单独按钮31。
根据本发明，还提供电导传感器24，所述电导传感器24被配置成当插入在电极之间的间隙中的物体受挤压时，测量电极之间的电导率。
因此，具有安全特征的焊接设备包括如下中的至少一个：a)检测器16，所述检测器16被配置成当插入的物体在电极之间受挤压时确定夹紧力；b)距离传感器17，所述距离传感器17被配置成当物体受挤压时测量电极之间的距离；c)电导传感器24，所述电导传感器24被配置成当物体受挤压时，测量电极之间的电导率。所述设备还包括处理器，所述处理器被配置成处理来自检测器和传感器中的至少一个的输入以提供指示是否存在插入在电极之间的适当物体(例如，血袋管)或者它是否是外来物体(例如，手指)的输出。
电导传感器24可通过跨越电极连接欧姆计来实现，如图6所示。电导率(G，用西门子表示)是电阻(R)的倒数，即，G＝1/R。因此，电导率易于计算。
由于旨在用于焊接设备中的物体(例如塑料管)具有低电导率，电导率测量将是用于区分管和表现出较大数量级的电导率的例如人体组织(皮肤)的极好手段。
出于相同原因，施加的夹紧力将在管与其他物体之间不同。而且，管的直径显著小于例如手指的直径，因此距离传感器的输出也可用于这一目的。
然而，最佳评估是基于来自检测器/传感器的全部输出的组合。
在图5中，示出了电导传感器的优选实施方案。
它包括联接到电极11、12(或21、22)的欧姆计50。当电极之间存在间隙，即，没有物体存在时，电导率G当然为零(R＝∞；G＝1/R)，并且如果物体14表现出非零电导率，那么信号将被发送至处理器18。用于测量电导率的任何其他装置当然同样是可能的并且在本发明的思想内。
电源20可包括由来自处理器18的控制信号34启动的电池。当通过按压按钮31或通过检测间隙13中的物体的存在而启动致动器25时，间隙减小。在实施第二传感器和/或第三传感器的情况下，信号被转发至处理器18，所述处理器18在致动器可能被启动之前向致动器发送信号(如由38所指示)。当(插入在电极之间的)物体14受挤压时，处理器18从夹紧力检测器26(如由38所指示)和第一传感器23(如由37所指示)接收信号。此后，处理器18计算执行焊接工艺需要的所需时间和/或能量。
图3和图4中的处理器18可进一步被配置成当确定的夹紧力超过预定值以确保在焊接工艺开始之前物体充分受挤压时，计算执行焊接工艺所需的时间和/或能量的量。
处理器18也被配置成比较借助于检测器/传感器测量的特性中的任一个与每个特性的阈值。所述阈值被选择成保证焊接器将对预期材料总是可操作的，并且如果例如手指插入到间隙中，那么将总是不可操作的。
图6示出大体描述焊接工艺的执行方法的流程图。
流程在步骤40处开始，并且在步骤41中将具有非导电表面的物体14放置在两个电极11、12；21、22之间的间隙13中。在步骤42中启动致动器15、25以使电极中的一个11；21、22相对于另一个电极移动来在电极之间挤压物体14。
在步骤43中，当物体14在电极11、12；21、22之间受挤压时确定夹紧力，并且在步骤44中，测量当物体14在电极11、12；21、22之间受挤压时电极之间的距离。
在步骤45中，基于在电极之间确定的夹紧力和测量的距离，在处理器18中计算对插入的物体14执行焊接工艺所需的时间和/或能量，并且在步骤46中，基于计算的时间和/或能量，由处理器18控制从电源20发射的能量。
在步骤47中，从电源向所述电极提供能量并且由处理器18控制以执行焊接工艺，并且流程在步骤48中完成。
步骤45可进一步包括当确定的夹紧力超过预定值以确保在焊接工艺开始之前物体充分受挤压时，计算执行焊接工艺所需的时间和能量的量，。
通常用于焊接塑料管和板的焊接技术是使用RF能量的电介质焊接，或者可替代地，超声波焊接，但是在根据本发明的焊接设备中可实施其他类型的焊接技术。
图7以流程图的形式示出安全方面。
因此，将物体(适当的物体(诸如管)或不适当的某个物体(诸如手指))放置在间隙中。启动致动器，以便开始在电极之间挤压物体。在此过程中，测量夹紧力、距离和电导率。如果测量值高于所讨论的特性的设定阈值，指示所述物体不是塑料管，那么操作终止，即，不可启动焊接。
另一方面，如果测量值在可接受范围内(即，低于阈值)，那么一满足其他所需条件，就开始焊接。

Claims (10)

1.一种具有安全特征的焊接设备(10；30)，所述焊接设备包括：
-两个电极(11,12；21,22)，其中两个所述电极中的至少一个电极(11；21,22)布置成相对于另一个电极为可移动的，两个所述电极彼此不接触并且限定间隙(13)，在所述间隙(13)中可插入待密封并且具有非导电表面的物体(14)，
-致动器(15；25)，所述致动器(15；25)被配置成当启动时移动可移动地布置的至少一个所述电极(11；21,22)，以便在所述物体(14)插入到所述间隙(13)中时挤压所述物体(14)；以及
-能量源(20)，所述能量源(20)被配置成向所述电极提供能量以执行焊接工艺，
其特征在于所述焊接设备(10；30)还包括：
1)检测器(16；26)，所述检测器(16；26)被配置成当插入的所述物体(14)在所述电极(11,12；21,22)之间受挤压时确定夹紧力，
2)距离传感器(17；23)，所述距离传感器(17；23)被配置成当所述物体(14)受挤压时测量所述电极之间的距离，以及
3)电导传感器(24)，所述电导传感器(24)被配置成当所述物体(14)受挤压时测量位于所述电极(11,12；21,22)之间的所述物体的电导率，
并且其中所述焊接设备还包括
处理器，所述处理器被配置成处理来自所述检测器(16；26)、所述距离传感器(17；23)和所述电导传感器(24)的输入以提供指示插入在电极之间的所述物体是血袋管还是外来物体的输出；并且
其中所述处理器将距离和电导率的阈值存储在存储器中，由此来自所述处理器的所述输出包括来自所述距离传感器(17；23)和所述电导传感器(24)的传感器输出与存储的所述阈值的比较。
2.根据权利要求1所述的焊接设备，其中所述处理器存储各种材料类型的夹紧力分布曲线，由此来自所述处理器的所述输出包括来自所述检测器(16；26)的检测器输出与存储的所述夹紧力分布曲线的比较。
3.根据权利要求1所述的焊接设备，其中所述距离传感器(17；23)被配置成通过监测可移动地布置的至少一个所述电极(11；21,22)相对于另一个电极的移动来测量所述电极之间的距离。
4.根据权利要求1或2所述的焊接设备，其中所述距离传感器(17；23)是光学测距仪。
5.根据权利要求1或2所述的焊接设备，其中另外的传感器(19a)被提供来检测所述物体是否部分地处于限定的所述间隙(13)之外，并且所述处理器(18)进一步被配置成当检测到所述物体(14)部分地处于限定的所述间隙(13)之外时阻止所述致动器(15；25)启动。
6.根据权利要求5所述的焊接设备，其中所述另外的传感器集成在所述距离传感器(23)中。
7.根据权利要求1或2所述的焊接设备，其中位置传感器(19b)被提供来检测插入在所述电极之间的所述物体(14)的位置，并且所述处理器(18)进一步被配置成当所述位置传感器检测到所述物体已被放置在所述电极(11,12；21,22)之间时促使所述致动器(15；25)启动。
8.根据权利要求7所述的焊接设备，其中所述致动器(15；25)在所述位置传感器(19b)检测到所述物体处于所述间隙(13)内时启动。
9.根据权利要求1或2所述的焊接设备，其中所述电极中的至少一个电极(12)是静止的。
10.一种具有安全特征的焊接设备(10；30)，所述焊接设备包括：
-两个电极(11,12；21,22)，其中两个所述电极中的至少一个电极(11；21,22)布置成相对于另一个电极为可移动的，两个所述电极彼此不接触并且限定间隙(13)，在所述间隙(13)中可插入待密封并且具有非导电表面的物体(14)，
-致动器(15；25)，所述致动器(15；25)被配置成当启动时移动可移动地布置的至少一个所述电极(11；21,22)，以便在所述物体(14)插入到所述间隙(13)中时挤压所述物体(14)；以及
-能量源(20)，所述能量源(20)被配置成向所述电极提供能量以执行焊接工艺，
其特征在于所述焊接设备(10；30)还包括：
1)检测器(16；26)，所述检测器(16；26)被配置成当插入的所述物体(14)在所述电极(11,12；21,22)之间受挤压时确定夹紧力，
2)距离传感器(17；23)，所述距离传感器(17；23)被配置成当所述物体(14)受挤压时测量所述电极之间的距离，
3)电导传感器(24)，所述电导传感器(24)被配置成当所述物体(14)受挤压时测量位于所述电极(11,12；21,22)之间的所述物体的电导率，
以及，
4)位置传感器(19b)，所述位置传感器(19b)被配置成检测插入在所述电极之间的所述物体(14)的位置，
并且其中所述焊接设备还包括
处理器，所述处理器被配置成处理来自所述检测器(16；26)、所述距离传感器(17；23)和所述电导传感器(24)的输入以提供指示插入在电极之间的所述物体是血袋管还是外来物体的输出；其中
所述处理器包括存储器，所述存储器将距离和电导率的阈值存储在所述存储器中，由此来自所述处理器的所述输出包括来自所述距离传感器(17；23)和所述电导传感器(24)的传感器输出与存储的所述阈值的比较；并且其中
所述存储器还存储有各种材料类型的夹紧力分布曲线，由此来自所述处理器的所述输出包括来自所述检测器(16；26)的检测器输出与存储的所述夹紧力分布曲线的比较。
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