CN112423928A - 用于受控短路焊接系统中的缓冲器感测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开一种焊接型电源(10)，所述焊接型电源包含第一送丝机(12)，所述第一送丝机将焊丝(42)提供到工件(18)。所述送丝机的第一送丝机电机(46)将所述焊丝从焊丝存储装置移动到所述工件。第二送丝机电机(53)将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上。可移动缓冲器(60)位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，并被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的改变。传感器(66)感测所述可移动缓冲器的移动或位移，其中所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机的速度或方向基于来自所述传感器的数据而调整。

Description

用于受控短路焊接系统中的缓冲器感测的系统和方法

相关申请

本国际申请主张2018年5月8日申请的名为“用于受控短路焊接系统中的缓冲器感测的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR BUFFER SENSING IN A CONTROLLED SHORTCIRCUIT WELDING SYSTEM)”的第15/974,121号美国专利申请的优先权。第15/974,121号美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

背景技术

在焊接操作中，气体保护金属极电弧焊(GMAW)并且更具体地说金属惰性气体(MIG)技术允许通过从焊炬送给被气体(通常是惰性气体或含有惰性试剂的气体)保护的焊丝电极来形成焊道。电力被施加到焊丝，并且电路通过工件而完成以维持使焊丝和工件熔融而形成期望焊缝的电弧。

高级形式的MIG焊接是基于循环脉冲的产生，所述循环脉冲可在焊丝电极与由工件和焊丝电极的熔融金属构成的推进的焊接熔池之间导致受控短路。可执行各种脉冲方案，其中电流和/或电压脉冲由电力供应控制电路命令，以调节从焊丝形成和沉积金属液滴(和/或喷雾和/或小球)，维持焊接熔池的期望加热和冷却轮廓，控制焊丝与焊接熔池之间的短路等等。

在一些系统中，控制焊丝移动到工件以及从工件移动，以进一步控制焊接操作的热、沉积速率或其它特性。然而，如果在焊接操作期间推进过多或过少焊丝，那么焊缝可能会被提供过多或不足的焊丝而不能产生高质量的焊缝。因此，需要改进的焊接部件和技术，它们允许在减轻往复式焊丝的影响的同时，在脉冲和短路方案中进行焊接。

发明内容

本公开总的来说涉及焊接系统。更明确地说，一种焊接系统被配置成操作受控短路焊接工艺，并且包含可移动缓冲器以考量第一送丝电机与第二送丝电机之间的焊丝的量的改变。传感器感测所述可移动缓冲器的移动和/或位移，并将传感器数据提供到控制电路，以基于所述数据而调整所述第一送丝机电机和/或所述第二送丝机电机的速度和/或方向。

在所公开的实例中，一种焊接型电源包含第一送丝机，所述第一送丝机将焊丝提供到工件，所述送丝机包括用于将所述焊丝从焊丝存储装置移动到所述工件的第一送丝机电机。第二送丝机电机被配置成将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上。可移动缓冲器位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，所述可移动缓冲器被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的改变。并且传感器感测所述可移动缓冲器的移动或位移，其中所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机的速度或方向基于来自所述传感器的数据而调整。

在一些实例中，所述可移动缓冲器包括第一部分和第二部分，所述第一部分或所述第二部分被配置成相对于另一部分移动。在实例中，所述第一部分或所述第二部分中的一个包括所述传感器，并且所述第一部分或所述第二部分中的一个包括将移动的指示提供到所述传感器的目标。

在一些实例中，所述传感器包括光学检测器，所述光学检测器被配置成检测对应于所述第一部分与所述第二部分之间的相对移动的光学信号的改变。在实例中，所述传感器包括磁性检测器，所述磁性检测器被配置成检测对应于所述第一部分与所述第二部分之间的相对移动的磁场的改变。在一些实例中，所述传感器包括线性可变差动变压器(LVDT)，所述LVDT被配置成检测所述第一部分与所述第二部分之间的线性位移。

在实例中，来自所述传感器的数据被提供到控制电路，所述控制电路被配置成确定所述第一部分相对于所述第二部分的位置；并且基于所述位置而控制所述第一送丝机或所述第二送丝机的速度。

在一些实例中，所述控制电路被进一步配置成将所述位置与一个或更多个预定阈值进行比较。

在实例中，所述控制电路被进一步配置成基于所述比较而控制所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机调整朝向或远离所述工件的送丝方向。在一些实例中，所述第一部分或所述第二部分中的一个的位置相对于焊炬是固定的。

在实例中，来自所述传感器的数据被提供到控制电路，所述控制电路被配置成确定所述可移动缓冲器内的所述焊丝的位置或位移的改变量；并且控制所述第一送丝机调整速度以增大或减小所述可移动缓冲器中的所述焊丝的长度。

在一些实例中，所述传感器安装在含有所述第一送丝机电机的所述送丝机的外壳内。

在实例中，来自所述传感器的数据被提供到控制电路，所述控制电路被配置成响应于所述传感器数据而调整来自电源的电力输出。在一些实例中，所述可移动缓冲器将所述焊丝引导到包括焊炬的机械臂。

在所公开的实例中，一种焊接型电源包含送丝机，所述送丝机将焊丝提供到工件，所述送丝机包含焊丝存储装置以及用于将所述焊丝从所述焊丝存储装置移动到所述工件的第一送丝机电机。第二送丝机电机被配置成将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上。可移动缓冲器位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，所述可移动缓冲器被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的增大。控制电路监视所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机中的一个的操作参数，基于所述操作参数而确定所述可移动缓冲器内的所述焊丝上的张紧或压缩，并基于来自所述传感器的数据而调整所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机的速度或方向。

在一些实例中，所述操作参数对应于电流、电压、功率、电感、速度、加速度、电机角度、扭矩或位置中的一个或更多个。在实例中，所述控制电路被进一步配置成基于所述可移动缓冲器内的所述焊丝的所确定的移动或位移而控制所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机中的一个的速度或方向。

在一些实例中，所述控制电路被进一步配置成控制焊丝卷轴电机响应于所述张紧超过第一阈值而增大速度并响应于所述压缩超过第二阈值而减小速度。

在实例中，传感器感测所述焊丝卷轴电机处的所述焊丝上的所述张紧或所述压缩，其中来自所述传感器的数据被提供到所述控制电路以控制所述焊丝卷轴电机。

在所公开的实例中，一种焊接型电源包含焊接型电力供应器，所述焊接型电力供应器为焊炬输出焊接电力。送丝机经由所述焊炬而将焊丝提供到工件，所述送丝机包含焊丝存储装置以及用于将所述焊丝从所述焊丝存储装置移动到所述工件的第一送丝机电机。第二送丝机电机被配置成将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上。可移动缓冲器位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，所述可移动缓冲器被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的增大。控制电路监视所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机中的一个的操作参数，基于所述操作参数而确定所述可移动缓冲器内的所述焊丝上的张紧或压缩，并基于所述操作参数而调整所述焊接电力的特性。

附图说明

图1图示根据本公开的方面的使用可移动缓冲器的实例电弧焊系统。

图2A到图2C图示根据本公开的方面的可移动缓冲器的实例操作。

图3是根据本公开的方面的用于图1所示的类型的焊接电力供应器的实例控制电路部件的图形表示。

附图未必按比例绘制。适当时，类似或相同附图标记用于表示类似或相同部件。

具体实施方式

本公开描述用于在受控短路焊接工艺期间响应于传感器数据而控制一个或更多个送丝机电机的系统和方法。如关于若干附图更全面地描述，包含第一部分和第二部分的可移动缓冲器由传感器监视，以感测第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝的量的改变的指示，以使得焊丝位置和速度可根据由控制电路实施的控制方案来调整。

例如，短路循环焊接工艺通过在短路事件与电弧事件之间交替来操作。例如，可调整电弧事件以控制短路清除发生。在一个实例中，希望在MIG焊接工艺期间，来自焊丝的熔融液滴在相对低的电流电平下进入焊接熔池。如果电流电平过高，那么液滴与熔池之间的正常“润湿”作用被液滴/熔池界面处的高洛伦兹“挤压”力中断。液滴转移过程的此中断可导致大的飞溅物液滴被所述工艺排出。

为了避免这种不必要的飞溅物，电弧事件的相位被设置成使得在短路事件之前达到预定电流电平。明确地说，电弧事件的相位具有与关于短路相位所述相同的可独立调整的参数。例如，在电弧相位期间，电流电平可快得多地降低，这是因为在电弧相位期间，可获得较高电压以驱动来自输出电感器的能量。

为了将额外控制提供到CSC工艺，可使用一个或更多个往复式送丝机电机以推进和/或缩回焊丝而确保期望焊接速度、沉积速率、温度等。随着焊丝缩回，出现与受控短路(CSC)焊接相关联的一个挑战。例如，焊丝正由第一送丝机电机朝向工件送给，并在此方向上具有动量。根据定义，第二或往复式送丝机电机在相反方向上移动焊丝(通常基于短路循环以循环方式进行)。如果不采取措施来补偿反向力，那么焊丝可能未以平滑且高效的方式送给，从而既损坏焊缝，也可能损坏焊接系统。因此，补偿焊丝的反转的CSC或脉冲焊机是期望的。

如关于若干附图更全面地描述，包含第一部分和第二部分的可移动缓冲器由传感器监视，以感测第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝的量的改变的指示，以使得焊丝位置和速度可根据由控制电路实施的控制方案来调整。

在一个实例中，第一送丝电机安装在将焊丝驱动到焊炬的焊丝源(诸如，焊丝卷轴或卷盘)附近。因为当第一送丝机电机继续送给焊丝时，第二(可逆/往复式)送丝机电机缩回焊丝，所以提供可移动缓冲器以解决第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝的增加。类似地，当第二送丝电机推进焊丝时，焊丝从可移动缓冲器抽出。

除了来自第一送丝机电机的移动之外，第二送丝机电机还移动焊丝的端部，或者将运动叠加到由第一送丝机电机施加的运动上。第一送丝机电机的速度与第二送丝机电机的平均速度协调，以使得平均来说，它们两者驱动相同长度的焊丝。

然而，在焊接工艺期间，第一送丝机电机和第二送丝机电机的速度可能不同步，和/或可移动缓冲器可能“塞满”或“欠缺”焊丝。为了控制焊丝到工件的量和速度，提供传感器以监视可移动缓冲器内的焊丝的效果，并将数据提供到控制电路以调整焊接系统的参数而适应由缓冲器经历的改变。例如，如果传感器数据指示过量的焊丝，那么第一送丝机电机和/或第二送丝机电机用于减慢或停止焊丝。另一方面，如果传感器数据指示正推进过少焊丝，那么第一送丝机电机可增大送丝速度，以按增大的速率提供焊丝。

虽然可提供感测缓冲器中的焊丝的量的传感器，但此外或或者，可监视焊接系统参数，并将其应用到被设计成将参数(例如，电流、电压、功率、电感、送丝速度、送丝加速度、送丝机电机角度、扭矩、位置等)与焊丝的张紧或压缩相关的算法或电路。如果控制电路确定焊丝的张紧或压缩超过阈值量，那么焊接系统可调整一个或更多个输出以校正不平衡。在一个实例中，作为响应，可调整第一送丝机电机和/或第二送丝机电机的操作参数(例如，送丝速度或方向)。

在另一实例中，可调整焊接电力供应器的电力输出特性(例如，电流、电压、功率、相位等)以改变正在焊接工艺期间消耗的焊丝的量(例如，增大或减小焊接沉积速率)。

可移动缓冲器可以是存储和返还额外焊丝或在焊丝源与焊炬之间(例如，在第一送丝机电机与第二送丝机电机之间)提供增大的焊丝路径长度的任何机构或技术。可移动缓冲器可包含在从源到焊炬的距离的至少一部分内围绕焊丝的焊丝衬管。衬管可设置在较宽的管中，并且衬管可在管内弯曲和挠曲，因此在给定长度的管中增大焊丝的长度。管可安装到空心轴，并且焊丝穿过所述轴，所述轴可固定在一个位置中。因此，随着焊丝推进或缩回，焊丝相对于管和轴移动，或者管和轴可相对于焊丝移动。或者，衬管可安装到轴，并且焊丝相对于衬管移动。衬管可以是可压缩的(诸如，螺旋弹簧)，以使得随着焊丝缩回，弹簧压缩。

使用本文所述的系统和方法用于提高电弧焊工艺稳定性，并在焊接期间减少飞溅物产生。所得工艺对动态改变的工艺变量较敏感，诸如，接触焊嘴到工件距离(CTWD)、焊炬行进速度、焊炬角度、工件材料厚度、接头配置以及其它变量。

如本文所使用，术语“缓冲器”如本文所使用包含用于当焊丝方向反转时收紧焊丝并且当焊丝推进时提供焊丝的部件。

如本文所使用，术语“焊接型电力”表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的电力。如本文所使用，术语“焊接型电力供应器”和/或“电力供应器”表示能够在电力被施加到其中时供应焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)电力的任何装置，包含(但不限于)逆变器、转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器等以及与其相关联的控制电路和其它附属电路。

如本文所使用，“电路”包含任何模拟和/或数字部件、电力和/或控制元件，诸如，微处理器、数字信号处理器(DSP)、软件等、离散和/或集成部件，或其部分和/或组合。

如本文所使用，术语“脉冲焊接”或“脉冲MIG焊接”表示产生脉冲电力波形以便控制金属的液滴到正形成的焊接熔池中的沉积的技术。

如本文所使用，术语“升压转换器”是用于将电压升压的电路中的转换器。例如，升压转换器可以是一种类型的逐步升高变换器，诸如，在从其输入(例如，从起动器电池)到其输出(例如，负载和/或所附接的电力总线)将电流逐步降低的同时将电压逐步升高的DC/DC电力转换器。其为一种类型的开关模式电力供应器。

如本文所使用，术语“降压转换器”(例如，逐步降低转换器)表示从其输入到其输出将电压逐步降低(例如，在将电流逐步升高的同时)的电力转换器。

如本文所使用，术语“存储器”包含易失性和非易失性存储器，并且可以是阵列、数据库、列表等。

如本文所使用，术语“焊炬”或“焊接型工具”可包含手持式或机器人焊炬、焊枪或用于产生焊接电弧的其它装置。

图1图示用于使用可移动缓冲器60来执行受控短路(CSC)焊接操作的实例电弧焊系统。在此实例中，可移动缓冲器60包含第一部分62和第二部分64，其中第一部分和第二部分中的至少一个被配置成响应于第一送丝机电机46与第二送丝机电机53之间的焊丝42的量的改变而相对于另一部分移动。传感器66(例如，一个或更多个传感器)被配置成感测第一部分与第二部分之间的相对移动或位移，并将传感器数据提供到控制电路(例如，控制电路22、32)，以作为响应而调整焊丝42的速度和/或方向。

如图1的电弧焊系统所示，电力供应器10和送丝机12经由导线或导管14而耦接。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，在一些实例中，送丝机可与电力供应器10成整体。在这些情况下，导管14将处于系统内部。在送丝机12与电力供应器10分开的实例中，端子通常被提供在电力供应器上以及送丝机12上，以允许导线或导管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，并允许数据在两个装置之间交换。

系统被配置成将焊丝、电力和保护气体提供到焊炬16。焊炬可以是许多不同类型，并且可允许将焊丝和气体送给到邻近于工件18的位置，在所述位置中，将形成焊缝以接合两片或更多片金属。第二导线延伸到焊接工件以便在电力供应器与工件之间完成电路。

焊接系统被配置成使得数据设置由操作员、明确地说经由提供在电力供应器上的操作员接口20来选择。操作员接口将通常并入到电力供应器的前面板中，并且可允许选择设置，诸如，焊接工艺、将使用的焊丝的类型、电压和电流设置等。明确地说，系统被配置成允许以各种钢、铝或被引导穿过焊炬的其它焊丝进行MIG焊接。这些焊接设置被传达到电力供应器内的控制电路22。系统可明确地说适用于实施针对某些电极类型而配置的焊接方案。此外或或者，可经由焊接序列程序来提供工艺指令，所述焊接序列程序诸如存储在与电力供应器相关联的处理器/控制电路可访问的存储器上。在这种情况下，定序器可以是预定的(例如，与期望产品配置和/或产品相关联)，和/或可由用户定制和/或通过剖析历史数据来定制。

下文更详细地描述的控制电路22操作以控制焊接电力输出的产生，所述焊接电力输出施加到焊丝以执行期望焊接操作。在实例中，控制电路可适于调节脉冲MIG焊接方案，所述脉冲MIG焊接方案促进熔融金属到正形成的焊接熔池的短路转移，而不将过量能量添加到焊缝或电极。在“短路”模式中，在焊接电弧加热的影响下，熔融材料的液滴在焊丝上形成，并且这些液滴通过焊丝和液滴与焊接熔池之间的接触或短路而周期性地转移到焊接熔池。

本电弧焊系统允许基于先前的电流和持续时间测量结果来控制连续的电压和/或电流电平和/或脉冲持续时间，以便控制焊丝电极与推进的焊接熔池之间的短路事件的促进、发生、持续时间和中断。明确地说，基于一个或更多个先前短路事件或短路事件的方面(诸如，短路事件的持续时间)而调节波形中的电流峰值。

控制电路耦接到电力转换电路24。此电力转换电路适用于产生输出电力，诸如，在焊炬处施加到焊丝的脉冲波形。可使用各种电力转换电路，包含斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器等。这种电路的配置自身可以是本领域众所周知的类型。电力转换电路24耦接到电力来源，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，诸如，由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池或其它替代来源产生的电力。图1所图示的电力供应器可还包含被配置成允许控制电路22与送丝机12交换信号的接口电路28。

送丝机12包含耦接到接口电路28的互补接口电路30。在一些实施例中，多引脚接口可提供在两个部件上，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或两者上设置诸如送丝速度、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。如下所述，控制电路32允许根据操作员的选择或所存储的序列指令来控制送丝速度，并允许这些设置经由接口电路反馈到电力供应器。控制电路32耦接到送丝机上的操作员接口34，这允许选择一个或更多个焊接参数，明确地说，送丝速度。操作员接口可还允许选择诸如工艺、所利用的焊丝的类型、电流、电压、或功率设置等焊接参数。控制电路32可还耦接到气体控制阀36，所述气体控制阀调节保护气体到焊炬的流动。通常，此气体是在焊接时提供，并且可在焊接前一刻开启并且在焊接后持续较短时间。应用到气体控制阀36的气体可按加压瓶的形式提供，如附图标记38所表示。

送丝机12包含用于在控制电路32的控制下将焊丝送给到焊接工具并因此送给到焊接应用的部件。例如，焊丝的一个或更多个卷轴40容纳在送丝机中。焊丝42从卷轴展开并逐渐送给到焊炬。卷轴可与离合器44相关联，所述离合器在焊丝将送给到焊炬时将卷轴松开。离合器可还被调节成维持最小摩擦水平以避免卷轴的自由转动。第一送丝机电机46被提供在外壳48内，与送丝辊47接合以将焊丝从送丝机朝向焊炬推动。

在一些实例中，传感器66(或额外或替代传感器)可位于外壳48处以随着焊丝离开送丝机12而判定焊丝42的速度。在实例中，传感器可测量与送丝机12的操作相关联的其它操作参数(例如，电流、电压、电感、相位、功率、电感、速度、加速度、电机角度、扭矩、位置等)。

在实践中，辊47中的至少一个机械耦接到电机，并由电机旋转以从送丝机驱动焊丝，而配合辊朝向焊丝偏置以维持两个辊与焊丝之间的良好接触。一些系统可包含此类型的多个辊。转速计50或其它传感器可被提供以检测第一送丝机电机46、辊47或任何其它相关联的部件的速度，以便提供实际送丝速度的指示。来自转速计的信号被反馈到控制电路32，诸如以用于连续或周期性的监视、校准等。在一些实例中，系统包含用于使送丝装置旋转的焊丝卷轴电机，其中所述焊丝卷轴电机可被类似地调整以增加或减少送丝机电机之间的焊丝的量。

也可实施其它系统布置和输入方案。例如，焊丝可从散装存储容器(例如，滚筒)或从送丝机外的一个或更多个卷轴送给。类似地，焊丝可从“卷轴枪”送给，其中卷轴安装在焊炬上或接近焊炬而安装。如本文所述，送丝速度设置可经由送丝机上的操作员输入34而输入或在电力供应器的操作员接口20上输入，或在两者上输入。在具有对焊炬的送丝速度调整的系统中，这可以是用于设置的输入。

来自电力供应器的电力通常由焊接电缆52施加到焊丝电极。类似地，保护气体被送给穿过送丝机和焊接电缆52。在焊接操作期间，焊丝朝向焊炬16而被推进穿过焊接电缆护套。在焊炬内，包括辊54的第二送丝机电机53可具备相关联的驱动辊，所述驱动辊可被调节以提供期望送丝速度和/或方向。

焊炬上的扳机开关56提供信号，所述信号被反馈到送丝机12，并由此反馈到电力供应器10，以使焊接工艺能够由操作员(包含机器人操作员)开始和停止。也就是说，在压下扳机开关时，气体流动可开始，焊丝可推进，并且电力可施加到焊接电缆52，并通过焊炬16而施加到推进的焊丝42。工件电缆和接线夹58允许从电力供应器穿过焊炬、电极(焊丝)和工件闭合电路，以在操作期间维持焊接电弧。

在脉冲焊接方案中，送丝速度可周期性或循环性地更改。虽然送丝速度可由操作员和/或焊接序列“设置”，但在焊接操作期间，第一送丝机电机或第二送丝机电机中的一个或两个的速度可能不同步。结果可能是工件处和/或第一送丝机电机或第二送丝机电机之间的焊丝的过量或缺乏。传感器66被配置成感测可移动缓冲器60的第一部分62与第二部分64之间的移动或位移。

换句话说，可移动缓冲器60通过判定可移动缓冲器60的第一部分62与第二部分64之间的相对移动来提供第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝的量的指示。例如，第一部分62可相对于焊炬16固定，而第二部分64可被配置成响应于第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝42的量的改变而移动。第一部分和第二部分可具有期望相对位置(即，中性位置)，以使得第二部分可朝向或远离焊炬移动阈值量，而不满足可移动缓冲器60的物理限制(即，与第一部分62的端部接触)。因此，在第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝42中存在一定量的松弛。

在操作期间，传感器66被配置成感测第二部分64相对于第一部分62的移动。关于移动/位移的数据被提供到控制电路22、32中的一个或两个。如果基于所述数据，控制电路确定第二部分62已偏离中性位置超过可接受的阈值量，那么控制电路被配置成控制第一送丝机电机和/或第二送丝机电机的速度和/或方向，以减轻所述改变并使可移动缓冲器60返回到期望中性位置。特定阈值量以及作为响应而实施的速度和/或方向的改变的量可由焊接操作特有的焊接序列预定，可基于在焊接操作期间分析的趋势数据，基于来自类似焊接系统的联网信息，由操作员输入，由控制CSC工艺的算法确定，等等。

图2A到图2C图示CSC焊接操作期间的实例可移动缓冲器60。图2A图示可移动缓冲器60，其中第二部分64处于第一部分62内的阈值长度70内。换句话说，正送给到焊炬16的焊丝42相对于第一送丝机电机和第二送丝机电机既不推进过多也不缩回过多。如本文所述，此平衡位置可通过校准程序以及响应于可移动缓冲器60内的第二部分64的位置和/或位移的改变而执行的有效补救步骤来实现。

此外或或者，焊丝42可在装在焊丝衬管68(例如，单线圈)内的送丝机电机之间行进。焊丝衬管68可包括允许压缩和扩展以进一步缓冲焊丝的螺旋弹簧。将一定长度的焊丝42存储在衬管68内包含当焊丝方向反转时收紧焊丝。如本文所使用，焊丝衬管包含焊丝42可容易在焊接操作期间在其中移动的管。

在实例中，传感器66被配置成感测由可移动缓冲器60收紧的焊丝的量。这些传感器的实例包含带有编码器的轮子(随着焊丝移动经过所述轮子，所述轮子转动)、光学传感器或线性变压器，其中衬管由铁氧体或磁性材料构成。控制电路可包含接收反馈的缓冲器反馈输入，并且为第一送丝机电机和/或第二送丝机电机中的一个或更多个提供响应于缓冲器反馈的控制信号。

如图所示，图2B图示第一送丝机与第二送丝机之间的焊丝42的量的减少，而图2C图示焊丝42的量的增加。在图2B的实例中，第一部分62固定到焊炬16，并且第二部分64被配置成相对于第一部分62移动。如图2B所示，焊丝衬管68绷紧，这是因为松弛已由于送丝机电机之间的过少焊丝所导致的张紧而从焊丝42移除(即，系统“欠缺”焊丝)。然而，焊丝衬管68被配置成响应于送丝机电机之间的焊丝42的量的改变而挠曲和弯曲。在一些实例中，焊丝衬管68在第二部分64处耦接到可移动缓冲器60，以使得焊丝衬管68和第二部分64一致地移动。焊丝衬管68可在焊丝42的入口点处耦接到送丝机外壳48。

图2C图示第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝42的量的增加(即，系统“塞满”焊丝)。如图所示，焊丝42压缩，以使得过量焊丝42压在焊丝衬管68上，从而导致两者从正常焊丝路径挠曲。随着焊丝衬管68挠曲，此压缩力将第二部分64拉离焊炬16，而到达中性位置(例如，如图2A所示)外的阈值距离70的相对侧。

传感器66被配置成感测第一部分与第二部分之间的相对移动。传感器66可通过各种感测技术(包含光学、磁性、机械等)来实现精确感测。在此实例中，传感器可感测到第二部分64已相对于第一部分62移位，从而指示可移动缓冲器60中的焊丝42的量的改变。传感器数据被提供到图1的控制电路22，所述控制电路被配置成确定第二部分64的移动和/或位移的量。如果确定移动和/或位移在允许阈值70外，那么控制电路22控制第一送丝机电机46和/或第二送丝机53加速、停止和/或调整方向以使第二部分64返回到中性位置。例如，第一送丝机电机46可增大速度，而第二送丝机电机53可减小速度以增加两个送丝机电机之间的焊丝的量。

传感器66可以是光学检测器，所述光学检测器被配置成检测对应于第一部分与第二部分之间的相对移动的光学信号(例如，红外光、激光、可见光等)的改变。例如，传感器可传输光学信号，所述光学信号可经由第二部分64的反射器或反射表面而返回。有利的是，光学传感器可具有小大小、具有成本效益、操作简单并且是鲁棒的。

在实例中，传感器66是磁性检测器，所述磁性检测器被配置成检测对应于第一部分与第二部分之间的相对移动的磁场的改变。在一个实例中，传感器66是线性可变差动变压器(LVDT)，所述LVDT用于测量可移动缓冲器60的第一部分与第二部分之间的线性位移。磁性检测器(诸如，LVDT)是无摩擦的，因此被设计成消耗极少电力并且即使在持续使用的情况下也能长时间操作。在一些实例中，使用机械传感器，诸如，旋转转速计。

传感器66被配置成将相对于参考点(例如，阈值70内的中性位置)的位置或线性位移感测为电信号。所述信号含有数据，所述数据可以是二元的的(即，第二部分64存在或不存在)，或者含有关于相对移动的方向或速度的信息。虽然被示出为直接耦接到焊炬16，但传感器66可位于沿着第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝路径的任何位置处，诸如，衬管可连接到送丝机12之处。此外，焊炬16可包含连接焊炬和传感器66的电力引脚连接器。

在任何情形下，使用传感器数据和/或操作参数的间接分析以确定焊丝的改变，对两个送丝机电机之间的焊丝的量的改变的响应可与CSC焊接序列的应用协调，以提供一致的、高质量的焊缝。

图3图示被配置成在图1和图2所图示的类型的系统中起作用的实例控制电路，诸如，控制电路22、32中的一个或两个。此处用附图标记72表示的整个电路可包含操作员接口20和34以及接口电路28和30。例如，各种接口可提供操作参数(包含用户输入和联网信息)以及来自下游部件(诸如，送丝机、焊炬和各种传感器和/或致动器)的信息的通信。明确地说，传感器66与控制电路通信，以使得关于在可移动缓冲器60中检测到的改变的信息被提供到控制电路。

所述电路包含处理电路74，所述处理电路自身可包含一个或更多个专用或通用处理器，所述处理器被配置成确定第一送丝机电机与第二送丝机电机之间的焊丝的量，或者一般来说，可移动缓冲器的状态。处理电路74可被进一步配置成执行焊接方案、对在焊接方案中实施的波形进行计算并且具有与焊接型系统相关联的其它功能。处理电路74被配置成控制许多系统，包含第一电机驱动器电路78和第二电机驱动器电路80。处理电路将控制信号提供到第一电机驱动器电路和第二电机驱动器电路，以响应于对应于两个送丝机电机之间的焊丝的量的信息而调整第一送丝机电机46和/或第二送丝机电机53的速度和/或方向。明确地说，传感器66可监视可移动缓冲器60的第一部分与第二部分之间的相对移动，并将数据提供到处理电路74以用于分析和确定。

此外或或者，接口(例如，接口电路28、30；操作员接口20、34)中的一个或更多个可提供对应于系统的操作参数的信息。在此实例中，操作参数信息可由送丝机电机中的一个或更多个提供，诸如，电流消耗、电压、功率、电感、送丝速度、送丝加速度、送丝机电机角度、扭矩、位置等，它们可由处理电路74分析以间接确定送丝机电机之间的焊丝的量(例如，焊丝上的压缩或张紧)。此过程可结合传感器66而实施或在没有所述传感器的情况下实施，以实现类似结果。在一些实例中，处理电路74包含计时器、速度传感器、长度传感器或可提供信息以通知对送丝机电机之间的焊丝的量的确定的其它传感器。

此外或或者，控制电路可被配置成监视和/或调整与电力供应器相关联的电力输出特性(例如，电流、电压、功率、相位等)。例如，如果可移动缓冲器指示过多焊丝处于第一送丝机电机与第二送丝机电机之间(例如，经由传感器66，通过监视操作参数等来指示)，那么施加到焊丝电极的电流可增大以增大焊丝沉积速率。相反，如果可移动缓冲器指示过少焊丝处于第一送丝机电机与第二送丝机电机之间，那么电流可减小，因此减小焊丝沉积速率。以这种方式，输出的改变将改变正在焊接工艺期间消耗的焊丝的量，因此有助于使可移动缓冲器返回到阈值量70内。

在一些实例中，第一送丝机电机处的送丝速度可固定，以使得调整是对第二送丝机电机(例如，送丝速度、焊丝方向)和/或电力供应器的操作参数(例如，电流、电压等)进行。有利的是，第一送丝机可避免送丝机电机的复杂控制，这将延长电机的寿命。

处理电路74还将与存储器电路76相关联，所述存储器电路可由一种或更多种类型的永久和临时数据存储装置组成，诸如以用于提供所实施的焊接方案、存储焊接参数、存储焊接设置、存储错误日志等。焊丝方向和/或速度的调整可通过参考和/或比较来自先前CSC操作的历史数据来进行，所述历史数据可存储在存储器电路76上。例如，以基于类似焊接操作的历史分析的所存储的数据为基础，可进行调整。历史数据可对应于例如操作参数、其它传感器数据、用户输入以及与趋势分析、阈值、与特定操作模式相关联的简档等相关的数据，并且可存储在处理电路74可访问的对比图、列表、库等中。

本发明的方法和系统可实现在硬件、软件和/或硬件与软件的组合中。实例实施方案包含专用集成电路和/或可编程控制电路。

如本文所利用，术语“电路”表示物理电子部件(即，硬件)以及可配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用，例如，特定处理器和存储器可在执行第一一行或更多行代码时构成第一“电路”，并且可在执行第二一行或更多行代码时构成第二“电路”。如本文所利用，“和/或”意味由“和/或”接合的列表中的项目中的任何一个或更多个。作为实例，“x和/或y”意味三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任一元素。换句话说，“x和/或y”意味“x和y中的一个或两个”。作为另一实例，“x、y和/或z”意味七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任一元素。换句话说，“x、y和/或z”意味“x、y和z中的一个或更多个”。如本文所利用，术语“示范性”意味充当非限制性实例、例子或说明。如本文所利用，术语“例如”引述一个或更多个非限制性实例、例子或说明的列表。如本文所利用，只要电路包括对于执行功能来说必要的硬件和代码(如果需要其中的任一个)，电路便“可操作”以执行所述功能，而不管所述功能的执行是否被停用或是不启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂微调等)。

虽然已参照某些实施方案来描述本发明的方法和/或系统，但本领域的技术人员应理解，可进行各种改变，并且可替代等同物，而不偏离本发明的方法和/或系统的范围。例如，可组合、划分、重新布置和/或以其它方式修改所公开的实例的方框和/或部件。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适用于本公开的教示，而不偏离本公开的范围。因此，本发明的方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。实际上，本发明的方法和/或系统将包含落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案，无论是在字面上还是根据等同原则都是如此。

Claims (20)

1.一种焊接型电源，包括：

第一送丝机，将焊丝提供到工件，所述送丝机包括用于将所述焊丝从焊丝存储装置移动到所述工件的第一送丝机电机；

第二送丝机电机，被配置成将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上；

可移动缓冲器，位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，所述可移动缓冲器被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的改变；以及

传感器，感测所述可移动缓冲器的移动或位移，其中所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机的速度或方向基于来自所述传感器的数据而调整。

2.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中所述可移动缓冲器包括第一部分和第二部分，所述第一部分或所述第二部分被配置成相对于另一部分移动。

3.根据权利要求2所述的焊接型电源，其中所述第一部分或所述第二部分中的一个包括所述传感器，并且所述第一部分或所述第二部分中的一个包括将移动的指示提供到所述传感器的目标。

4.根据权利要求3所述的焊接型电源，其中所述传感器包括光学检测器，所述光学检测器被配置成检测对应于所述第一部分与所述第二部分之间的相对移动的光学信号的改变。

5.根据权利要求3所述的焊接型电源，其中所述传感器包括磁性检测器，所述磁性检测器被配置成检测对应于所述第一部分与所述第二部分之间的相对移动的磁场的改变。

6.根据权利要求3所述的焊接型电源，其中所述传感器包括线性可变差动变压器(LVDT)，所述LVDT被配置成检测所述第一部分与所述第二部分之间的线性位移。

7.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中来自所述传感器的数据被提供到控制电路，所述控制电路被配置成：

确定所述第一部分相对于所述第二部分的位置；并且

基于所述位置而控制所述第一送丝机或所述第二送丝机的速度。

8.根据权利要求7所述的焊接型电源，其中所述控制电路被进一步配置成将所述位置与一个或更多个预定阈值进行比较。

9.根据权利要求8所述的焊接型电源，其中所述控制电路被进一步配置成基于所述比较而控制所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机调整朝向或远离所述工件的送丝方向。

10.根据权利要求2所述的焊接型电源，其中所述第一部分或所述第二部分中的一个的位置相对于焊炬是固定的。

11.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中来自所述传感器的数据被提供到控制电路，所述控制电路被配置成：

确定所述可移动缓冲器内的所述焊丝的位置或位移的改变量；并且

控制所述第一送丝机调整速度以增大或减小所述可移动缓冲器中的所述焊丝的长度。

12.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中所述传感器安装在含有所述第一送丝机电机的所述送丝机的外壳内。

13.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中来自所述传感器的数据被提供到控制电路，所述控制电路被配置成响应于所述传感器数据而调整来自电源的电力输出。

14.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中所述可移动缓冲器将所述焊丝引导到包括焊炬的机械臂。

15.一种焊接型电源，包括：

送丝机，将焊丝提供到工件，所述送丝机包括：

焊丝存储装置；以及

第一送丝机电机，用于将所述焊丝从所述焊丝存储装置移动到所述工件；

第二送丝机电机，被配置成将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上；

可移动缓冲器，位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，所述可移动缓冲器被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的增大；以及

控制电路，被配置成：

监视所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机中的一个的操作参数；

基于所述操作参数而确定所述可移动缓冲器内的所述焊丝上的张紧或压缩；并且

基于来自所述传感器的数据而调整所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机的速度或方向。

16.根据权利要求15所述的焊接型电源，其中所述操作参数对应于电流、电压、功率、电感、速度、加速度、电机角度、扭矩或位置中的一个或更多个。

17.根据权利要求15所述的焊接型电源，其中所述控制电路被进一步配置成基于所述可移动缓冲器内的所述焊丝的所确定的移动或位移而控制所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机中的一个的速度或方向。

18.根据权利要求15所述的焊接型电源，其中所述控制电路被进一步配置成控制焊丝卷轴电机响应于所述张紧超过第一阈值而增大速度并响应于所述压缩超过第二阈值而减小速度。

19.根据权利要求15所述的焊接型电源，还包括传感器，所述传感器感测所述焊丝卷轴电机处的所述焊丝上的所述张紧或所述压缩，其中来自所述传感器的数据被提供到所述控制电路以控制所述焊丝卷轴电机。

20.一种焊接型电源，包括：

焊接型电力供应器，为焊炬输出焊接电力；

送丝机，经由所述焊炬而将焊丝提供到工件，所述送丝机包括：

焊丝存储装置；以及

第一送丝机电机，用于将所述焊丝从所述焊丝存储装置移动到所述工件；

第二送丝机电机，被配置成将所述焊丝移动到所述工件以及远离所述工件移动，并将所述焊丝的移动叠加到来自所述第一送丝机电机的所述移动上；

可移动缓冲器，位于所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间，所述可移动缓冲器被配置成当所述第二送丝机电机将所述焊丝远离所述工件移动时，适应所述第一送丝机电机与所述第二送丝机电机之间的所述焊丝的长度的增大；以及

控制电路，被配置成：

监视所述第一送丝机电机或所述第二送丝机电机中的一个的操作参数；

基于所述操作参数而确定所述可移动缓冲器内的所述焊丝上的张紧或压缩；并且

基于所述操作参数而调整所述焊接电力的特性。

Images