CN111745265A - 用于焊接系统的端头节省器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于防止焊接系统的电弧张开事件的方法。所述方法包括通过控制器来确定所述焊接系统的实时焊接输出特性。所述方法还包括通过所述控制器来将所述实时焊接输出特性与阈值焊接输出特性进行比较。所述方法进一步包括响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性来控制所述焊接系统的操作特性。

Description

用于焊接系统的端头节省器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月26日提交的美国临时专利申请序列号62/824,117的优先权和权益，其披露内容通过援引以其全文并入本文。
技术领域
本披露的某些实施例总体上涉及一种用于防止由于电弧张开引起的端头损坏的改进的焊接系统和方法。
背景技术
现有的气体金属电弧焊(GMAW)系统包括保护气体和可消耗的焊丝电极。电极通过焊枪的接触端头朝向金属工件给送。电流通过接触端头传递至电极，从而加热工件和焊丝电极以形成焊接接头。焊接系统的性能取决于各种参数，包括来自焊枪的焊丝电极的给送速率以及从焊接系统通过焊丝传递至工件的功率。
焊丝给送不一致的问题(例如，给送速率降低等)可能导致被称为“电弧张开”或“焊丝回烧”的现象，在这种现象中，电弧开始背离工件且向着焊枪的接触端头回撤。在电弧张开事件期间，焊丝的端部被消耗，直至张开部到达焊枪的接触端头。最终，焊丝熔化到接触端头上或以其他方式对其造成损坏。为了继续焊接，操作者必须更换或清洁接触端头并校正与焊丝电极有关的任何给送问题。取决于接触端头损坏的严重程度，电弧张开可能导致显著的机器停机时间。
发明内容
本披露的一个实施例涉及一种方法。所述方法包括通过控制器来确定焊接系统的实时焊接输出特性。所述方法包括通过所述控制器来将所述实时焊接输出特性与阈值焊接输出特性进行比较。所述方法还包括响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性，来通过所述控制器控制所述焊接系统的操作特性。
在一些实施例中，所述阈值焊接输出特性是基于多个焊接输出特性的平均值。可以响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性持续预定义的时间区间，来控制所述焊接系统的操作特性。例如，所述阈值焊接输出特性可以是阻抗的阈值变化速率。所述实时焊接输出特性可以是所述焊接系统的焊接电弧阻抗的变化速率。在一些实施例中，控制所述焊接系统的操作特性可以进一步包括停用所述焊接系统。
本披露的另一个实施例涉及一种系统。所述系统包括焊接控制单元和可操作地联接至所述焊接控制单元的接触端头。所述焊接控制单元被配置用于确定实时焊接输出特性。所述焊接控制单元被配置用于基于所述实时焊接输出特性来控制所述接触端头处的焊接输出。
在一些实施例中，所述焊接控制单元被配置用于基于多个焊接输出特性的平均值来确定阈值焊接输出特性。可以基于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性持续预定义的时间区间，来控制所述接触端头处的焊接输出。
在一些实施例中，焊接参数是以下中的一者：穿过所述接触端头的焊丝电极的材料、焊丝电极的直径、分布在接触端头附近的气体的成分、以及供应给接触端头的能量。
本披露的另一个实施例是一种设备。所述设备包括焊接控制单元，所述焊接控制单元包括处理器和存储机器可读指令的存储器。所述机器可读指令被配置用于致使所述处理器执行以下操作：包括：接收有关焊接系统的电压数据；接收有关所述焊接系统的电流数据；以及响应于所述电压数据或所述电流数据中的至少一个来控制所述焊接系统的操作特性。
在一些实施例中，所述机器可读指令致使所述处理器通过将所述电压数据除以所述电流数据来确定实时焊接输出特性。所述机器可读指令致使所述处理器基于多个焊接输出特性的平均值来确定阈值焊接输出特性。可以响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性持续预定义的时间区间来控制所述操作特性。
在一些实施例中，所述操作特性包括以下中的一种：所述焊接系统的操作状态、焊丝电极穿过焊接系统的给送速率、供应给所述焊接系统的接触端头的电流、以及由所述焊接系统产生的警报。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，将更全面地理解本披露，其中，相同的附图标记指代相同的元素，在附图中：
图1A是根据展示性实施例的焊接系统和工件的侧视图；
图1B是根据展示性实施例的来自图1A的焊接系统的焊接工具的接触端头的透视图；
图2是根据展示性实施例的用于焊接系统的控制电路的框图；
图3是根据展示性实施例的焊接系统的控制器的框图；
图4是根据展示性实施例的用于焊接系统的计算网络的框图；
图5至图7是根据各个展示性实施例的在电弧张开事件期间的焊接操作的侧视图；
图8是示出了根据展示性实施例的阻抗随电弧长度而变的曲线图；
图9A至图9B是示出了根据展示性实施例的在焊接操作期间电压和电流分别随时间而变的曲线图；
图9C至图9D是示出了根据展示性实施例的分别用于焊接系统的单独的电流和焊接电弧阻抗波形脉冲的曲线图；
图10是根据展示性实施例的用于控制焊接系统的操作特性的方法的流程图；
图11是根据另一展示性实施例的用于控制焊接系统的操作特性的方法的流程图；
图12A至图12C是示出了根据展示性实施例的在焊接操作期间分别针对焊接系统随时间而变的第一事件计数器、第二事件计数器和阈值焊接输出特性的曲线图；
图13是根据展示性实施例的用于确定焊接系统的基线焊接输出特性的方法的流程图；以及
图14A至图14B是示出了根据展示性实施例的在焊接操作期间分别随时间而变的第一事件计数器和阈值焊接输出特性的曲线图。
具体实施方式
在转向详细展示示例性实施例的附图之前，应理解的是，本申请不限于说明书中阐述的或在附图中展示的细节或方法。还应理解的是，术语仅出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。
总体参照附图，示出了改进的焊接系统和方法。所述焊接系统和方法被配置用于防止由于电弧张开而损坏焊接工具。焊接系统包括焊接控制单元和可操作地联接至焊接控制单元的接触端头。所述接触端头可以形成焊接工具的一部分，所述焊接工具被配置用于分配可消耗的焊丝电极和保护气体。所述接触端头可以电联接至焊丝电极。所述焊接控制单元被配置用于向接触端头(例如，焊丝电极)供应电流，并且基于实时焊接输出特性来控制接触端头。所述实时焊接输出特性可以同焊丝电极与工件之间的电弧张开量(例如，电弧长度)有关。所述实时焊接输出特性可以是供应给焊丝电极的电流、焊丝电极与工件之间的电压、焊接系统的焊接电路的焊接电弧阻抗(例如，电压与电流的比率)或其他衍生指标。所述焊接控制单元被配置用于响应于确定实时焊接输出特性超过阈值焊接输出特性来采取补救行动。所述补救行动可以包括改变焊接工具的操作状态(例如，停用焊接工具)、调节焊丝电极的给送速率、调节供应给接触端头的电流、生成并发送警报或警告消息、和/或修改另一个焊接参数。除了其他益处之外，在检测到电弧张开事件时停用焊接系统可以降低焊丝回烧到接触端头的风险、以及由焊丝电极熔化到接触端头引起的对接触端头的相关损坏。
根据展示性实施例，阈值焊接输出特性随多个实时焊接输出特性而变。例如，可以通过将预定的阻抗特性偏离值与实时焊接输出特性的运行平均值求和来确定阈值焊接输出特性。除了其他益处之外，基于实时焊接输出特性的运行平均值来控制焊接系统还防止错误地肯定检测到焊丝回烧，这可能是由于例如对不同的工件合金进行焊接操作或将焊接工具相对于工件以不同取向重新定位而引起的。这些和其他有利特征对于回顾本披露和附图的人将变得清楚。
参照图1A，根据展示性实施例，提供了焊接系统100。焊接系统100可以是气体金属电弧焊(GMAW)系统，诸如用于连结金属工件的金属惰性气体(MIG)焊接系统或金属活性气体(MAG)焊接系统。焊接系统100可以是被配置用于连结铝工件10或另一金属的脉冲焊接系统。在替代性实施例中，焊接系统可以是使用不同的保护气体、焊丝电极化学性质和/或用于连结不同金属的焊接系统的另一种形式。焊接系统可以被配置用于以多种模式进行操作(例如，以使用不同的焊丝电极或不同的焊接参数)。如图1A所示，焊接系统100包括电源102和可操作地联接至电源102的焊接工具104。电源102向焊接工具104提供电流以沿着工件10形成焊缝20。
如图1A所示，电源102包括焊接控制单元(示为控制器106)。控制器106可以包括用户界面108。例如，控制器106可以包括显示屏、指示器(例如，发光二极管等)和/或用于向操作者或另一装置传递信息的其他视觉和听觉装置。用户界面108还可以包括机载控件110，以允许操作者将命令或指令输入到控制器106中。例如，操作者可以使用机载控件110来选择焊接系统100的焊接参数，诸如焊丝电极112的化学性质(例如，金属合金成分、材料等)、焊丝电极112的大小、焊接系统100使用的气体的成分或供应给焊丝电极112的能量。机载控件110可以包括旋钮、开关、小键盘等。如图1A所示，电源102通过接地电缆夹30等电联接至工件10以形成焊接电路。
焊接系统100包括焊丝给送系统114，所述焊丝给送系统被配置用于将焊丝电极112供应给焊接工具104。焊丝给送系统114可以包括焊丝给送器，所述焊丝给送器被配置用于接收呈线轴、盒或其他包装形式的焊丝电极112。如图1B所示，焊丝电极112被引导穿过焊接工具104的接触端头116朝向工件10(也参见图1A)。接触端头116电联接至电源102和焊丝电极112，以通过焊丝电极112传输电能。焊丝电极112通过焊丝给送系统114以一定给送速率被递送或前进穿过焊接工具104，所述给送速率可以使用控制器106来修改。
参照图2，根据展示性实施例，提供了用于焊接系统100的电路图200。在替代实施例中，焊接系统100可以包括额外的、更少的和/或不同的部件。为了方便起见，使用相同的数字来指示相同的部件。如图2所示，电源102电联接至控制器106、焊接工具104和工件10。电源102还可以联接至焊丝给送系统114。电源102可以是包括电力转换电路和桥式开关电路的开关供电单元，以在焊接工具104(例如，接触端头116)与工件10之间提供焊接输出功率。在一些实施例中，焊接系统100还包括波形发生器，所述波形发生器在控制器106的命令下产生焊接波形(例如，电流波形)。
如图2所示，控制器106可操作地联接至电源102。控制器106被配置用于向电源102发出命令以启用和停用焊接工具104和焊丝给送系统114。控制器106还可操作地联接至焊丝给送系统114，并且被配置用于向焊丝给送系统114发出命令以控制例如焊丝电极112的给送速率(例如，焊丝给送系统114中的线轴的旋转速度、焊丝电极112被分配穿过焊接工具104的速度等)。控制器106还可以被配置用于控制焊接系统100的各种其他焊接参数(例如，电流、电压等)。焊接系统100还包括电压反馈电路118和电流反馈电路120，以监测焊丝电极112和工件10之间的焊接输出电压和电流，并将监测到的电压数据和电流数据返回提供至控制器106。控制器106可以使用反馈电压和电流来做出关于操作焊接工具104或焊丝给送系统114的决定。根据展示性实施例，反馈电压和电流用于确定实时焊接输出特性和阈值焊接输出特性。控制器106被配置用于基于阻抗特性来修改焊接系统100的操作特性。所述操作特性可以是焊接系统的操作状态(例如，修改操作特性可以包括停用焊接系统)、焊丝电极112穿过焊接工具104的给送速度、供应给焊丝电极112的电压和/或电流(例如，由波形发生器等生成的波形)等。
电压反馈电路118可以包括集成在控制器106中或在焊接系统100内的另一合适位置处的电压传感器。所述电压传感器被配置用于测量焊丝电极112(例如，接触端头116)和工件10(例如，联接至工件10的接地夹)两端的电压(例如，电势)。换句话说，电压传感器电联接至焊丝电极112和工件10两者。电压传感器被配置用于在焊接操作期间向控制器106提供实时电压数据。
电流反馈电路120包括布置在电源102与焊接工具104(例如，接触端头116)之间的电线中的电流传感器122。在其他展示性实施例中，电流传感器122可以布置在焊接系统100内的不同位置处。电流传感器122被配置用于测量在焊接操作期间提供至焊丝电极112的电流波形。电流传感器122被配置用于在焊接操作期间向控制器提供实时电流数据。电流传感器122和电压传感器可以是本领域普通技术人员已知的各种各样的电流传感器和电压传感器之一。
参照图3，根据展示性实施例，示出了用于焊接系统100的控制器106的框图。在替代性实施例中，控制器106可以包括额外的、更少的和/或不同的部件。如图3所示，控制器106包括存储器124、用户界面126、收发器128和处理器130。用于控制器106的存储器124可以被配置用于存储非瞬态机器可读指令。所述指令可以包括修改焊接系统100的操作特性的操作指令。例如，操作指令可以是用于停用焊接系统、调节焊丝电极112的给送速率和/或调节供应给焊丝电极112的电流和电压的指令。所述指令还可以包括基于实时焊接输出特性和阈值焊接输出特性来生成警报的指令，所述实时焊接输出特性和阈值焊接输出特性分别根据从电压反馈电路118和电流反馈电路120接收到的电压数据和电流数据确定。存储器124可以是可以包括用于根据电压和电流数据来确定实时焊接输出特性和阈值焊接输出特性的指令。例如，存储器124可以包括用于在焊接操作期间周期性地采样电压和/或电流并且将电压除以电流以确定焊接电弧阻抗的指令。存储器124还可以包括在不同时间区间上平均所述阻抗的指令。
存储器124可以被配置用于存储数据收集参数列表，诸如收集电压数据和电流数据的频率。另外，存储器124可以被配置用于存储焊接系统100的多个焊接参数。例如，存储器124可以被配置用于存储焊丝电极112的不同材料(例如，合金、成分、化学性质等)、焊丝电极112的不同大小、焊接系统100可以使用的不同气体成分、以及可以被电源102供应给焊丝电极112的能量(例如，波形电流分布等)。
存储器124还可以被配置用于存储对应于焊接系统100的标识信息。所述标识信息可以是网络的其他成员(例如，其他焊接系统或远程计算装置)能够通过其来标识焊接系统100的任何指示。标识信息可以是单位编号、建筑物内的位置或其他形式的位置标识。
用户界面126可以由操作者或另一使用者用来编程和/或手动地操作焊接系统100。例如，用户界面126可以用于调节焊接系统100的操作特性，诸如停用焊接系统100、调节焊丝电极112穿过焊接系统100的给送速率、和/或调节供应给焊丝电极112的电压和电流。用户界面126可以包括一个或多个控件、旋钮、按钮、小键盘、触摸屏显示器或另一个机载控件，其可以被操作者用来向焊接系统100(例如，控制器106)发出命令。用户界面126还可以用于向操作者或另一使用者警报焊接系统100的问题。例如，用户界面126可以被配置用于显示警告消息，所述警告消息是已经检测到电弧张开事件并且焊接系统100已经被停用。替代性地或组合地，用户界面126可以被配置用于向操作者或另一使用者呈现用于调节焊接参数或检查焊丝给送系统114是否存在问题(例如，增加焊丝、重新张紧焊丝给送系统114的线轴、修改给送速率、修改电流和/或电压等)的指令。
收发器128可以包括用于发送信息的发送器和/或用于接收信息的接收器。作为实例，收发器128可以被配置用于将实时电压数据、电流数据以及诸如实时焊接输出特性和/或阈值焊接输出特性的衍生指标从控制器106发送至远程计算装置。收发器128还可以被配置用于向远程计算装置发送警报。例如，收发器128可以被配置用于向远程计算装置发送警告，所述警告指示已经检测到电弧张开事件(例如，焊丝电极112和工件10之间的电弧长度正在增加等)或由于实时阻抗超过上限阈值阻抗已经停用焊接系统100。所述警告可以包括可以指导使用者重启焊接系统100和/或调节焊接系统100的操作特性的建议和/或选项。收发器128可以被配置用于从远程计算装置接收操作指令(例如，由操作者或另一使用者指定的操作特性)。
图4描绘了根据展示性实施例的用于焊接系统100的网络300的框图。在替代性实施例中，网络300可以包括额外的、更少的和/或不同的部件。如图4所示，焊接系统100(例如，控制器106)经由网络300通信地联接至远程计算装置302。网络300可以包括诸如蓝牙网络、Zigbee网络等短距离通信网络。替代性地或组合地，网络300可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、电信网络、因特网、公共交换电话网(PSTN)和/或本领域技术人员已知的任何其他类型的通信网络。根据展示性实施例，焊接系统100通过网络300直接连接至远程计算装置302，使得一旦检测到电弧张开事件(例如，电弧长度正在增加)或警报被触发，远程计算装置302就收到通知。如图4所示，远程计算装置302可以包括用户界面304，所述用户界面被配置用于显示来自控制器106的信息、和/或接收要发布给控制器106的操作者指令和/或命令。
返回图3，处理器130可以可操作地联接至控制器106的每个部件，并且可以被配置用于控制这些部件之间的相互作用。例如，处理器130可以被配置用于控制焊接系统100的电压数据、电流数据和/或其他衍生指标(例如，实时焊接输出特性、阈值焊接输出特性等)的收集、处理和传输。处理器130还可以被配置用于根据电压数据和电流数据来确定衍生指标。例如，处理器130可以被配置用于基于电压数据和电流数据中的至少一者来确定实时焊接输出特性和阈值焊接输出特性。实时焊接输出特性可以独立地是电压或电流。在展示性实施例中，实时焊接输出特性是焊接电路的焊接电弧阻抗。处理器130可以被配置用于将实时焊接输出特性与阈值焊接输出特性进行比较。处理器130可以被配置用于基于确定实时焊接输出特性超过阈值焊接输出特性来实施来自存储器124的指令(例如，焊接系统100的操作特性)。
根据展示性实施例，控制器106(同样参见图1至图2)被配置用于在焊接操作期间、通过检测电弧张开事件(例如，焊丝回烧事件、焊丝电极112与工件10之间的电弧长度增加)来降低对焊接工具104的接触端头116的损坏的风险。图5至图7总体上描绘了在电弧张开事件期间的焊接工具104、焊丝电极112和工件10。更具体地，图5至图7描绘了在焊丝回烧事件期间焊丝电极112的端部与焊接接头的表面之间的电弧长度132、134、136如何变化。
图5示出了正常的焊接操作期间可能体验到的标称电弧长度132。应了解的是，在多个不同的展示性实施例中，标称电弧长度132可以不同(例如，取决于焊丝的化学性质、给送速率、以及供应给焊丝电极112的电流和电压、以及其他因素)。图6至图7示出了在焊丝回烧事件期间电弧长度134、136如何增加。焊丝电极112的端部被消耗，从而将端部推到更靠近焊接工具104的接触端头116。在图7中，焊丝电极112的端部几乎已经到达接触端头116。
参照图8，根据展示性实施例，提供了在电弧张开事件期间焊接电路的焊接电弧阻抗的曲线图(例如，电压与电流的比率)。如图8所示，阻抗随着电弧长度132、134、136的增加而增大。阻抗的变化速率还随着电弧长度132、134、136的增加而增大。
图9A示出了在焊接操作期间被示为电压数据402的电压和被示为电流数据404的电流的曲线图400。控制器106(同样参见图1至图2)被配置用于在焊接操作期间连续地收集电压数据和电流数据。控制器106可以被配置用于在焊接系统100的电流脉冲(例如，电流波形的单一周期性波动)期间多次接收电压数据和电流数据。
如图9A至图9B所示，电压数据402和电流数据404在焊接操作即将结束时开始突然改变(在曲线图的由虚线箭头指示的区域中)。电压数据402被示为突然增加，而电流数据404被示为减少。电压和电流的值可以取决于所使用的焊接参数(例如，焊接模式等)而不同。控制器106被配置用于根据电压数据402和/或电流数据404来确定实时焊接输出特性。实时焊接输出特性可以等于焊丝电极112与工件10之间的电压、供应给接触端头116的功率、电压或电流的变化速率或其组合。在展示性实施例中，实时焊接输出特性是焊接电路的焊接电弧阻抗或随焊接电弧阻抗(例如，电压与电流的比率、焊接电弧阻抗的变化速率等)而变。除了其他益处之外，与仅监测电压变化相比，监测焊接电路的不同参数的组合改善对电弧张开事件的检测。此外，由于阻抗对不同的焊接输出敏感，因此监测不同参数的组合提供了对电弧张开事件的进展速度的更准确估算。
可以基于由控制器106接收的脉冲波形数据(例如，电流数据、电压数据)来确定实时焊接电弧阻抗(例如，实时焊接输出特性)。如图9C至图9D所示，脉冲波形数据包括多个周期性重复脉冲(例如，图9C所示的电流脉冲406以及图9D所示的实时焊接电弧阻抗的对应脉冲408)。如图9C所示，单一周期性电流脉冲406包括单一电流的上下振荡。相应地，实时焊接电弧阻抗的单一脉冲408包括单一阻抗的上下振荡。控制器106可以被配置用于以比周期性脉冲的频率大得多的频率来采样脉冲波形数据，使得可以捕获在脉冲波形数据的单一电流脉冲内发生的波动。在一些实施例中，周期性脉冲的频率是基于电极的焊丝给送速度。
根据展示性实施例，使用来自单一电流脉冲406的最终部分410的数据(例如，在电流脉冲406的尾端处，其中，电流的变化速率相对于电流脉冲406的其他部分小)来确定实时焊接电弧阻抗。控制器106可以被配置用于将每个周期性脉冲的最后部分410期间的任意点处的实时焊接电弧阻抗(例如，实时焊接输出特性)(如图9D所示)与较低阈值阻抗(例如，较低阈值焊接输出特性)进行比较，以确定是否已超过下限阈值阻抗，并基于确定实时焊接电弧阻抗超过下限阈值阻抗来启动第二事件计数器。
控制器106可以被配置用于根据在每个周期性脉冲的最后部分410期间(例如，在直到并包括每个周期性脉冲或振荡的结束的时间上)电流数据和/或电压数据的平均值来确定实时焊接电弧阻抗(或另一实时焊接输出特性)。在图9C至图9D的展示性实施例中，控制器106被配置用于在脉冲波形数据的每个周期性脉冲的最后部分410结束时使用在大致0.2ms的时间段上的电流数据的平均值来确定实时焊接电弧阻抗。在其他实施例中，用于确定实时焊接电弧阻抗(或另一实时焊接输出特性)的每个周期性脉冲内的数据的持续时间和位置可以不同。例如，控制器106可以被配置用于基于在脉冲波形数据的每个周期性脉冲的0.2ms时间段结束412时获取的最终样本而不是在0.2ms时间段上获取的数据的平均值来确定实时焊接输出特性。
控制器106还可以被配置用于确定在脉冲波形数据的每个周期性脉冲期间是否在任何点处检测到短路。如果在从确定实时焊接输出特性开始的预定时间段内检测到短路，则跳过所述样本，并使用下一良好样本来更新实时焊接输出特性(以及诸如基线焊接输出特性等的平均参数)。另外，在检测到短路并且已经初始化第二事件计数器(例如，在前一周期性脉冲上递增整数值等)的情境下，将第二事件计数器重置。除了其他益处之外，这防止了焊接电路中电弧张开事件的误报(即，短路不会与电弧张开事件同时发生)。
参照图10，根据展示性实施例，示出了用于控制焊接系统的操作特性的方法500。在替代性实施例中，方法500可以包括额外的、更少的和/或不同的操作。焊接系统可以与参照图1至图4描述的焊接系统100相同或相似。在502处，控制器接收焊接输出。所述焊接输出可以是焊接系统100的焊丝电极112与工件10之间的电压(例如，焊接电路两端的电压等)和/或(例如，通过焊接工具104的接触端头116等)供应给焊丝电极112的电流。可以从控制器106内的电压传感器接收电压。可以从联接至电源102与焊接工具104之间的电线(例如，焊线等)的电流传感器122接收电流。在504处，控制器106基于电压和/或电流来确定实时焊接输出特性。所述实时焊接输出特性可以是供应给焊接系统的功率、焊接电弧阻抗、功率或焊接电弧阻抗的变化速率、或其他合适的输出参数。操作504还可以包括致使控制器106的处理器130将电压除以电流以确定焊接电弧阻抗。替代性地或组合地，操作504可以包括计算焊接电弧阻抗的变化速率。操作504还可以包括致使处理器130通过缩放因子来缩放实时焊接输出特性，以使得更容易区分不同的实时焊接输出特性。
在506中，控制器106对多个实时焊接输出特性进行平均以确定基线焊接输出特性。根据展示性实施例，操作506包括使用在时间上间隔开(例如，相隔第一时间区间)的数据来确定实时焊接输出特性的运行平均值。将参照图13和图14A至图14B来详细描述用于确定基线焊接输出特性的实例。操作506还可以包括致使处理器130将实时焊接输出特性保存到存储器124。操作506还可以包括：致使处理器130记录第一时间区间或样本数量，在此期间，没有实时焊接输出特性被保存到存储器124；以及在第一时间区间结束时(或一旦已经收集到给定数量的样本后)，将新的数据点添加到实时焊接输出特性的运行平均值中。除了其他益处之外，将用于评估运行平均值的数据点随时间错开帮助稳定阈值焊接输出特性，并防止错误地检测到电弧张开。
在一些实施例中，操作506包括通过从实时焊接输出特性中减去基线焊接输出特性来确定焊接输出检查值。有利的是，可以将焊接输出检查值直接与预定的阈值焊接输出特性偏离值进行比较，而无需对焊接输出数据进行任何进一步的操作。在替代性实施例中，操作506包括基于实时焊接输出特性和基线焊接输出特性来确定另一合适的焊接输出指标。
在508中，控制器106根据基线焊接输出特性来确定阈值焊接输出特性。所述阈值焊接输出特性可以是上限阈值阻抗或下限阈值，超过所述上限阈值阻抗，控制器106将停用焊接系统(例如，停用接触端头处116的焊接输出，停用焊丝给送系统114等)，超过所述下限阈值，通过控制器106(例如，由处理器130)来触发监测或补救操作。操作508可以包括将基线焊接输出特性与预定焊接特性偏离值求和。替代性地，操作508可以包括访问预定的阈值焊接特性偏离值并且将阈值焊接输出特性设定为等于所述偏离值。预定的焊接特性偏离值可以针对不同的焊接系统100通过实验确定，并且可以对于不同的操作模式和/或焊接参数(例如，焊接电弧阻抗、给送速率、焊丝化学性质、气体成分和流量、工件材料等)而不同。例如，在铝脉冲焊接系统中，阈值焊接输出特性偏离值可以是在10-400mΩ之间的焊接电弧阻抗偏离值或另一合适的焊接电弧阻抗。
操作508可以包括致使处理器130基于关于接触端头116的焊接参数来确定阻抗特性偏离值。例如，控制器106可以从焊接系统100的用户界面126或通信地联接到焊接系统100的远程计算装置302来接收关于接触端头116的焊接参数。操作508还可以包括致使处理器130浏览阻抗特性偏离值列表以识别与所选焊接参数相对应的阻抗特性偏离值。操作508可以进一步包括致使处理器130将阈值焊接输出特性存储在存储器124中以供将来使用。
在510处，控制器106将实时焊接输出特性与阈值焊接输出特性进行比较。操作510可以包括：致使处理器130访问存储在存储器124中的阈值焊接输出特性；以及致使处理器130执行布尔运算(Boolean operation)以确定实时焊接输出特性是否超过阈值焊接输出特性。在一些实施例中，操作510包括将焊接输出检查值(例如，实时焊接输出特性与基线焊接输出特性之间的差)与预定焊接输出特性偏离值进行比较。
在512处，控制器106基于确定实时焊接输出特性超过阈值焊接输出特性(例如，基于确定焊接输出检查值超过预定焊接输出特性偏离值等)来控制焊接系统100的操作特性。控制操作特性可以包括以下中的一种或多种：停用焊接系统、调节焊丝电极112穿过焊接系统100的给送速度、调节供应给焊丝电极112的电流、以及生成和发送警报或警告消息。操作512可以包括通过使电源102与接触端头116脱联接来致使处理器130停用焊接系统100(例如，停用接触端头116处的焊接输出等)。在一些实施例中，操作512包括致使处理器130将警告消息发送到焊接系统108的用户界面。在其他实施例中，操作512可以致使处理器130经由收发器128通过网络300向远程计算装置302发送数字信号。所述数字信号可以包括指示停用焊接系统100的原因的警告消息。警告消息可以向操作者或其他使用者指示，电源102需要被重置。在一些实施例中，警告消息可以指示由于电弧张开而导致的增大的关闭风险。在其他实施例中，警告消息可以包括采取防止电弧张开的建议措施。例如，警告消息可以读为“检查焊丝给送系统”、“补充焊丝电极”等。操作512可以进一步包括响应于警告消息或指示，经由收发器128从远程计算装置302接收指令，并且基于所述指令来控制焊接系统100。例如，所述指令可以指示处理器130重置电源102或修改给送速率或另一焊接参数。在一些实施例中，控制器106可以被配置用于自动地或基于预定义的操作者选择来修改操作特性。
图11提供了根据展示性实施例的用于使用上限和下限阈值焊接输出特性来修改焊接系统100的操作特性的方法600的实例。在602处，控制器106接收焊接输出。所述焊接输出可以是焊丝电极112与工件10之间的电压和/或供应给焊丝电极112的电流。在604处，控制器106确定基线焊接输出特性。操作604可以与参照图10描述的操作504和506相同或相似。在606处，控制器106确定上限阈值焊接输出特性和小于上限阈值焊接输出特性的下限阈值焊接输出特性。上限阈值特性和下限阈值特性可以是由操作者或另一使用者设定(例如，指定、输入到焊接系统100等)的预定阈值。替代性地，上限阈值焊接输出特性可以是例如基线焊接输出特性和上限阈值焊接输出特性偏离值的总和。在替代性实施例中，上限阈值焊接输出特性可以等于上限阈值焊接输出特性偏离值。下限阈值焊接输出特性可以是例如基线焊接输出特性和下限阈值焊接输出特性偏离值的总和。在替代实施例中，下限阈值焊接输出特性可以等于下限阈值焊接输出特性偏离值。
根据展示性实施例，控制器106被配置用于监测实时焊接输出特性(例如连续地)超过下限阈值焊接输出特性而不超过上限阈值焊接输出特性的次数或时间量。可以使用第二事件计数器来跟踪次数。在608处，将实时焊接输出特性与上限阈值焊接输出特性进行比较。如果实时焊接输出特性大于上限阈值焊接输出特性，则(在610处)修改焊接系统100的操作特性(例如，停用接触端头116处的焊接输出、生成警报/警告消息等)。
如果实时焊接输出特性小于上限阈值焊接输出特性，则方法600进行到操作612至620。在612处，将实时焊接输出特性与下限阈值焊接输出特性进行比较。如果实时焊接输出特性小于下限阈值焊接输出特性，则方法600返回至操作602并重复。如果实时焊接输出特性超过下限阈值焊接输出特性，则重置第一事件计数器(在614处)。第一事件计数器的作用将参照图13至图14进一步详细描述。在616处，更新第二事件计数器，使得可以跟踪连续故障的数量(例如，实时焊接输出特性连续超过下阈值焊接输出特性的次数)。操作616可以包括致使处理器130将计数器递增整数值。在618处，将第二事件计数器报告的连续故障的数量与第二时间间隔或第二计数阈值进行比较。如果第二事件计数器报告的值小于第二计数阈值，则方法600返回至操作602并重复。如果第二事件计数器报告的连续故障的数量大于第二计数阈值，则修改焊接系统100的操作特性(在620处)。根据展示性实施例，第二计数阈值被设定为对应于第二时间区间(例如，0.2s等)。操作620可以包括触发警报以向操作者或另一使用者标识状况。在一些实施例中，操作620还可以包括生成警告消息并将警告消息发送至远程计算装置302。
现在参照图12A至图12C，根据展示性实施例，示出了第二事件计数器在焊接操作期间的操作。线700指示第二事件计数器报告的值，而线702指示第一事件计数器报告的值。线704指示了实时焊接输出特性与基线焊接输出特性之间的差异。如图12至图12C所示，每当线704超过下阈值焊接输出特性偏离值时(例如，每次实时焊接输出特性超过下限阈值焊接输出特性)，第二事件计数器递增地更新(例如，以整数值递增)。另外，每当第二事件计数器被更新/递增时，第一事件计数器重置。除了其他益处之外，重置第一事件计数器防止滚动平均值的逐渐偏移，这会掩蔽或以其他方式掩盖逐渐的电弧张开(例如，这将防止检测到缓慢进行的电弧张开事件)，如将在下面参照图13和图14A至图14B详细介绍。如图12A所示，在焊接操作即将结束时，第二事件计数器继续增加，直到超过第二计数阈值，此时控制器106停用焊接系统100。
根据展示性实施例，基于在第一时间区间上实时焊接输出特性的运行平均值来确定阈值焊接输出特性。除了其他益处之外，针对阈值焊接输出特性而不是单一预定阈值焊接输出特性使用运行平均值降低了例如由于将焊接工具104相对于工件10重新定位、修改工件10的成分、修改焊丝电极112的化学性质、大小或给送速率或者修改另一焊接参数可能发生的错误检测的风险。图13提供了用于建立基线焊接输出特性的方法800的实例。在802处，控制器106将过去的时间与启动焊接系统100的初始化时间段(例如，直到并包括焊接操作的开始)进行比较。所述初始化时段可以由焊接系统100的制造商或设计者例如基于实验数据来确定。如图13所示，在初始化时间段期间，将实时焊接输出特性自动添加至基线阻抗的滚动平均值(操作804)。
图14A示出了第一事件计数器的曲线图，所述第一事件计数器用于跟踪在焊接操作期间所收集的随时间而变的多个实时焊接输出特性(例如，数据点)(线902)。图14B示出了根据在相同时间段上实时焊接输出特性(例如，实时焊接输出特性的滚动平均值)确定的基线焊接输出特性(线904)。在图14A至图14B所示的实例焊接模式中，初始化时间段从焊接操作开始开始延长大致0.5s。在这个时间段期间，第一事件计数器不作用，并且通过控制器106将实时焊接输出特性的每个数据点自动添加至用于确定基线焊接输出特性的滚动平均值。除了其他益处之外，将在焊接操作开始期间确定的实时焊接输出特性的每个数据点添加至滚动平均值，减少了为了建立稳定的基线焊接输出特性所需的时间。
根据展示性实施例，方法800包括减小将实时焊接输出特性添加到滚动平均值中的频率。除了其他益处之外，减小此频率提高了计算效率，并帮助提高基线焊接输出特性的稳定性。返回至图13，一旦初始化时间段过去，则方法800进行到实施操作806-812。在806处，更新第一事件计数器。操作806可以包括指示处理器130将第一事件计数器递增整数值，以便将用于评估滚动平均值的实时焊接输出特性间隔开第一时间区间。第一时间间隔可以由焊接系统100的制造商或设计者例如，基于每种焊接模式的实验数据指定。第一时间区间可以表示为第一计数器阈值，其表示在重新计算运行平均值之前要收集的数据点的数量。在操作808处，将第一事件计数器的值与第一计数器阈值进行比较(例如，通过处理器130将第一事件计数器的值与存储在存储器124中的第一计数器阈值进行比较)。如果第一事件计数器尚未超过第一计数器阈值，则控制器106不采取进一步动作。在810处，一旦控制器106检测到第一事件计数器的值等于第一计数器阈值，则将最新的实时焊接输出特性添加到滚动平均值中。在812处，控制器106重置第一事件计数器以准备下一电流波形周期。
如图14A至图14B所示，在初始化时间段(例如，从焊接操作开始大致0.5s)之后，启用第一事件计数器。在图14A至图14B中使用的焊接模式中，第一事件阈值等于9。换句话说，对于每9个样本，将最新的实时焊接输出特性添加到运行平均值中。在其他实施例中，用于确定运行平均值的样本之间的间隔是基于采样频率。例如，在脉冲焊接模式中，焊接系统100可以被配置用于以大约10Hz的频率采样数据(例如，将用于评估运行平均值的数据间隔大致0.01s)。在其他实施例中(例如，在其他焊接模式下并且在其他焊丝给送速度等的情况下)，第一事件阈值可以不同。在多个不同的实施例中，在相同的焊接模式中，脉冲波形数据中的周期性脉冲的频率将随着焊丝给送速度的增加而增大。
根据示例性实施例，控制器106忽略阈值焊接输出特性，直到从焊接操作开始的预定时间。所述预定时间可以基于焊接模式和其他焊接参数而变化。例如，预定时间可以是0.75s或另一时间以允许基线焊接输出特性的标准化。除了其它益处之外，将延迟结合到控制器算法中防止了可能由于在焊接系统100的初始化期间使用电压和电流数据而检测到的误报(例如，未发生电弧张开时不正确检测到电弧张开事件)或错报(例如，发生电弧张开事件未检测到)。
在展示性实施例中，本文描述的任何操作至少部分地被实现为存储在非暂时性计算机可读介质上的计算机可读指令。在处理器执行计算机可读指令时，计算机可读指令可以指示控制器106执行操作。例如，参照图10的方法500，指令可以是致使处理器130接收关于焊接系统100的电压数据和关于焊接系统100的电流数据的操作指令。所述指令可以致使处理器响应于电压数据和电流数据和/或基于电压数据和/或电流数据确定的实时焊接输出特性来控制焊接系统100的操作特性。
如本文所使用的，术语“大致”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有与本披露主题所属领域的普通技术人员的普通和公认用法相一致的广泛含义。审阅本披露的本领域技术人员应理解的是，这些术语旨在允许对描述和要求保护的某些特征进行描述，而不将这些特征的范围限于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为在由所附权利要求书中所陈述的本发明的范围内。
如本文中所使用的，术语“联接”、“连接”等是指两个构件彼此直接或间接地连结。这种连结可以是静止的(例如，永久性的等)或可移动的(例如，可移除的、可释放的等)。可以对两个构件、或两个构件和彼此一体地形成为单一整体的任何额外的中间构件、或者对两个构件或、两个构件和彼此附接的任何额外的中间构件实现这样的连结。
本文中对元素的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“之间”等)的引用仅用于描述图中各个元素的取向。应注意的是，根据其他示例性实施例，各个元素的取向可以不同，并且这样的变型旨在被本披露所涵盖。
重要的是要注意，示例性实施例中所示的圆柱支撑系统的构造和布置仅是展示性的。虽然仅详细描述了本披露的几个实施例，但是审阅本披露的本领域技术人员将容易理解，在不实质性背离所陈述主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元素的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等的变化)。例如，示为一体形成的元素可以由多个部分或元素构成。应注意的是，本文描述的部件的元素和/或组件可以由提供足够的强度或耐久性的多种多样材料中的任何一种以多种多样的颜色、纹理和组合中的任何一种来构造。因此，所有这样的修改旨在被包括在本发明的范围内。在不背离本披露的范围或所附权利要求的精神的情况下，可以对优选实施例和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
通过控制器来确定焊接系统的实时焊接输出特性；
通过所述控制器来将所述实时焊接输出特性与阈值焊接输出特性进行比较；以及
响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性，来通过所述控制器控制所述焊接系统的操作特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述阈值焊接输出特性是基于多个焊接输出特性的平均值，并且其中，响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性持续预定义的时间区间，来控制所述焊接系统的操作特性。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括暂停所述所述阈值焊接输出特性的计算，直到所述实时焊接输出特性小于所述阈值焊接输出特性。
4.如权利要求2所述的方法，进一步包括所述控制器通过从所述实时焊接输出特性中减去所述多个焊接输出特性的平均值来确定焊接输出检查值，并且其中，将所述实时焊接输出特性与所述阈值焊接输出特性进行比较包括将所述焊接输出检查值与预定焊接输出特性偏离值进行比较。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述预定焊接输出特性偏离值是基于以下中的至少一者：所述焊接系统所使用的焊丝电极的材料、所述焊丝电极的直径、所述焊接系统所使用的气体的成分、或供应给所述焊丝电极的能量。
6.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述焊接系统的操作特性包括以下中的一种：调节所述焊接系统的焊丝电极的给送速率、调节供应给所述焊丝电极的电流、以及产生警报。
7.如权利要求6所述的方法，其中，产生所述警报包括：
所述控制器通过网络向远程计算装置发送数字信号，其中，所述数字信号包括警告消息；
所述控制器响应于所述警告消息来从所述远程计算装置接收指令；以及
所述控制器基于所述指令来控制所述焊接系统。
8.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述实时焊接输出特性包括：
接收脉冲波形数据，其中，所述脉冲波形数据包括多个周期性重复脉冲；以及
根据所述多个周期性脉冲中的每个脉冲的最后部分来确定所述脉冲波形数据的平均值。
9.如权利要求8所述的方法，其中，基于在所述多个周期性重复脉冲中的每个脉冲的最后部分的大约0.2ms的时间段上所述脉冲波形数据的平均值，来确定所述实时焊接输出特性。
10.一种系统，包括：
被配置用于确定实时焊接输出特性的焊接控制单元；以及
可操作地联接至所述焊接控制单元的接触端头，其中，所述焊接控制单元被配置用于基于所述实时焊接输出特性来控制所述接触端头处的焊接输出。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述焊接控制单元被配置用于基于多个焊接输出特性的平均值来确定阈值焊接输出特性，并且其中，基于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性持续预定义的时间区间，来控制所述接触端头处的焊接输出。
12.如权利要求11所述的系统，进一步包括通信地联接至所述焊接控制单元的用户界面，其中，所述用户界面被配置用于接收关于所述接触端头的焊接参数，并且其中，所述焊接控制单元被配置用于基于所述关于所述接触端头的焊接参数来确定所述阈值焊接输出特性。
13.如权利要求11所述的系统，进一步包括通信地联接至所述焊接控制单元的网络通信接口，其中，所述网络通信接口被配置用于向远程计算装置发送数据以及从其接收数据，其中，所述焊接控制单元被配置用于基于确定所述实时焊接输出特性超过所述多个焊接输出特性的平均值预定的阻抗特性偏离值，向所述远程计算装置发送警告消息。
14.如权利要求10所述的系统，其中，所述焊接控制单元被配置用于接收脉冲波形数据，其中，所述脉冲波形数据包括多个周期性重复脉冲，并且其中，所述焊接控制单元被配置用于根据所述多个周期性重复脉冲中的每个脉冲的最后部分来确定所述脉冲波形数据的平均值。
15.如权利要求14所述的系统，其中，基于在所述多个周期性脉冲中的每个脉冲的最后部分的大约0.2ms的时间段上所述脉冲波形数据的平均值，来确定所述实时焊接输出特性。
16.一种设备，包括：
焊接控制单元，所述焊接控制单元包括处理器和用于存储机器可读指令的存储器，所述机器可读指令被配置用于致使所述处理器执行以下操作：包括：
接收有关焊接系统的电压数据；
接收有关所述焊接系统的电流数据；以及
响应于所述电压数据或所述电流数据中的至少一个来控制所述焊接系统的操作特性。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述机器可读指令致使所述处理器通过将所述电压数据除以所述电流数据来确定实时焊接输出特性，其中，所述机器可读指令致使所述处理器基于多个焊接输出特性的平均值来确定阈值焊接输出特性，并且其中，响应于确定所述实时焊接输出特性超过所述阈值焊接输出特性持续预定义的时间区间，来控制所述操作特性。
18.如权利要求16所述的设备，其中，所述机器可读指令致使所述处理器将所述电压数据或所述电流数据中的至少一个发送至远程计算装置，其中，所述机器可读指令致使所述处理器从所述远程计算装置接收指令，并且其中，所述机器可读指令致使所述处理器基于所述指令来控制操所述作特性。
19.如权利要求16所述的设备，其中，接收所述电压数据或所述电流数据中的至少一个包括：
接收脉冲波形数据，其中，所述脉冲波形数据包括多个周期性重复脉冲；以及
根据所述多个周期性重复脉冲中的每个脉冲的最后部分来确定所述脉冲波形数据的平均值。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，基于在所述多个周期性重复脉冲中的每个脉冲的最后部分的大约0.2ms的时间段上所述脉冲波形数据的平均值，来确定所述电压数据或所述电流数据中的至少一个。
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