CN112775527A - 等离子炬切割系统 - Google Patents

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Abstract

一种等离子切割系统包括被配置为向炬提供切割电流的等离子切割电源。可控气体阀调整供应至该炬的流量和压力中的至少一者。控制器操作性地连接到该电源以控制电流水平，并且操作性地连接到该气体阀以调节阀位置。控制器被配置为从控制该炬的定位的运动控制系统接收实时炬位置信息。该位置信息包括沿第一轴线的炬位置和沿与第一轴线垂直的第二轴线的炬位置。控制器被配置为根据沿第一轴线的炬位置和沿第二轴线的炬位置计算相应的导数、根据相应的导数计算该炬的实时速度幅值、以及基于计算的实时速度幅值来调节电流水平和阀位置。

Description

等离子炬切割系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年11月8日提交的美国临时专利申请序列号62/932,550、于2020年6月5日提交的美国非临时专利申请序列号16/893,563和于2020年10月1日提交的美国非临时专利申请序列号17/060,203的优先权，所述专利申请的披露内容通过援引并入本文。
发明背景
技术领域
本发明涉及利用等离子炬的切割系统，并且涉及在切割操作期间控制切割电流和/或气流。
相关技术的说明
已经开发了自动化等离子切割系统，这些自动化等离子切割系统使用计算机数字控制(CNC)技术来控制等离子切割操作的移动和过程，包括控制切割炬的移动。例如，CNC控制器可以沿着放置到切割工作台上的工件在垂直的X方向和Y方向上移动等离子炬，以从工件切割期望的形状或零件。工件也可以由固定装置固持，以便通过安装到机器人的炬进行切割，该机器人的移动由机器人控制器控制。期望一致的切缝(例如一致的切割宽度和斜角)，使得从工件切割出的零件具有基本均匀的边缘和正确的尺寸。切割速度或炬速度会影响切缝，并且速度变化会导致切缝变宽或变窄。例如，较快的切割速度提供较窄的切缝，而较慢的切割速度提供较宽的切缝。
发明简要概述
下面的概述呈现了简化的概述，以提供对本文所讨论的装置、系统和/或方法的一些方面的基本理解。本概述不是对本文所讨论的装置、系统和/或方法的广泛综述。并不旨在指出关键的元件或划定这类装置、系统和/或方法的范围。唯一的目的是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细说明的序言。
根据本发明的一个方面，提供了一种等离子切割系统。该系统包括等离子切割电源，该等离子切割电源被配置为向炬提供切割电流以产生等离子弧。可控气体阀调整供应至该炬的等离子气体的流量和压力中的至少一者。控制器操作性地连接到等离子切割电源以控制切割电流的电流水平，并且操作性地连接到可控气体阀以调节可控气体阀的阀位置。控制器被配置为从控制该炬的定位的运动控制系统接收实时炬位置信息。实时炬位置信息包括沿第一轴线的炬位置和沿与第一轴线垂直的第二轴线的炬位置。控制器被进一步配置为根据沿第一轴线的炬位置和沿第二轴线的炬位置计算相应的导数。控制器被进一步配置为根据相应的导数计算该炬的实时速度幅值，并且基于计算的该炬的实时速度幅值来调节切割电流的电流水平和可控气体阀的阀位置。
根据本发明的另一个方面，提供了一种等离子切割系统。该系统包括等离子切割电源，该等离子切割电源被配置为向炬提供切割电流以产生等离子弧。可控气体阀调整供应至该炬的等离子气体的流量和压力中的至少一者。控制器操作性地连接到等离子切割电源以控制切割电流的电流水平，并且操作性地连接到可控气体阀以调节可控气体阀的阀位置。控制器被配置为从运动控制系统接收实时炬位置信息，该运动控制系统在切割从工件切割的零件的拐角部分时调节该炬的速度。控制器被进一步配置为在从工件切割拐角部分时根据实时炬位置信息计算一阶导数，并且确定该炬的实时速度幅值。控制器被进一步配置为随着从工件切割零件的拐角部分，基于所确定的该炬的实时速度幅值来通过调节切割电流的电流水平和可控气体阀的阀位置而保持切缝的一致性。
根据本发明的另一个方面，提供了一种等离子切割方法。该方法包括提供等离子切割系统，该等离子切割系统包括：等离子切割电源，该等离子切割电源被配置为向炬提供切割电流以产生等离子弧；可控气体阀，该可控气体阀用于调整供应至该炬的等离子气体的流量和压力中的至少一个；以及控制器，该控制器操作性地连接到等离子切割电源以控制切割电流的电流水平，并且操作性地连接到可控气体阀以调节可控气体阀的阀位置。该方法进一步包括从控制该炬的定位的运动控制系统接收实时炬位置信息。实时炬位置信息包括沿第一轴线的炬位置和沿与第一轴线垂直的第二轴线的炬位置。该方法进一步包括通过控制器根据沿第一轴线的炬位置和沿第二轴线的炬位置计算相应的导数，并且通过控制器根据相应的导数计算该炬的实时速度幅值。该方法进一步包括基于计算的该炬的实时速度幅值来调节切割电流的电流水平和可控气体阀的阀位置。
附图说明
在参考附图阅读以下描述后，本发明所涉及的领域的技术人员将明白本发明的上述和其他方面，在附图中：
图1是等离子切割工作台的透视图；
图2是示例等离子切割系统的示意表示；
图3是示例等离子切割系统的示意表示；
图4示出了等离子切割操作；
图5示出了等离子切割操作；
图6示出了等离子切割操作；
图7示出了等离子切割操作；
图8示出了等离子切割操作；
图9是示例等离子切割方法的流程图；以及
图10示出了示例控制器。
具体实施方式
本发明涉及等离子切割系统。现在将参照附图描述本发明，其中相同的附图标记贯穿全文用来指代相同的要素。将理解的是，这些不同附图不必以彼此按比例的方式来绘制，在给定的附图内也同样是这样，并且特别地，部件的尺寸被任意地绘制，以便于对附图的理解。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了多个具体的细节以便提供对本发明的全面理解。然而，可能明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。此外，本发明的其他实施例是可能的并且能够以除了如所描述的方式之外的方式来实践和实施本发明。在描述本发明时使用的术语和短语是出于促进对本发明的理解的目的采用的，并且不应该被认为是限制性的。
如本文所使用的，“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是在操作中既是合取性又是析取性的开放式表达。例如，表达“A、B和C中的至少一者”、“A、B或C中的至少一者”、“A、B和C中的一者或多者”、“A、B或C中的一者或多者”以及“A、B和/或C”中的每一者是指单独A、单独B、单独C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A、B和C一起。给出两个或更多个替代性术语的任何析取性词语和/或短语，无论是在实施例、权利要求还是附图的描述中，都应理解为涵盖以下可能性：包括这些术语中的一者、这些术语中的任一者、或全部术语。例如，短语“A或B”应理解为包括以下可能性：“A”、或“B”、或“A和B”。
如本文所使用的，名词“实时(real time)”和形容词“实时(real-time)”是指实时和近实时二者的实例(例如，距实际的真实时刻在如由处理延迟、网络延迟和/或其他通信延迟所确定的几毫秒或几百毫秒内，比如最多达一秒)。
图1示出了示例等离子切割工作台102。等离子切割工作台102具有主体104，工件(比如，金属片或金属板)被放置在主体上。等离子切割工作台102包括龙门106，该龙门可以沿着切割工作台的主体104的长度在第一方向(例如，在Y方向)上来回移动。龙门106可以在沿着工作台102的侧面延伸的轨道或导轨上移动。等离子切割炬108附接至安装在龙门106上的可移动炬滑架110。炬滑架110可以沿着龙门106在与第一方向垂直的第二方向(例如，在X方向)上来回移动。等离子切割工作台102可以被编程为通过控制炬滑架110和龙门106分别在X方向和Y方向上的移动来在工件中进行精确的切割。在某些实施例中，炬滑架110可以朝向和背离工件(例如，在Z方向)竖直地移动等离子切割炬108，从而使得炬可以在三个垂直的方向上移动。在某些实施例中，炬滑架110还可以在与工作台的平面垂直的平面中(例如，在X-Z平面中)旋转或倾斜炬108，以进行斜切。在另外的实施例中，当从工件切割零件时，炬滑架110还可以使炬108绕竖直轴线或Z轴旋转，以保持炬或等离子弧相对于切穿工件的切缝的角度取向。
等离子切割工作台102可以包括邻近工件定位的水盘112。在等离子切割操作期间，水盘112充满水，并且水可以被排出以允许水室被清洁，从而去除积聚的浮渣和熔渣。等离子切割工作台102还可以包括用于设定等离子切割工作台和等离子切割操作的各种操作参数的用户界面114。用户界面114可以操作性地连接到运动控制器(比如CNC)，和/或操作性地连接到等离子切割电源或等离子切割控制系统。
图2描绘了等离子切割系统200的示例性实施例。等离子切割系统200可以包括集成的等离子切割控制系统116。等离子切割控制系统116可以包括电源电子器件模块118，该电源电子器件模块起等离子切割电源的作用，并用于产生发送到炬108的切割电流信号。电源电子器件模块118为炬108提供切割电流，以产生用于从工件W切割零件的等离子弧。用于产生切割电流信号的所有电力电子器件都可以与主系统控制器122位于同一壳体120中。替代性地，等离子切割系统200可以包括操作性地联接到控制系统116的单独等离子切割电源。主系统控制器122控制切割操作的各个方面，比如等离子气体和保护气体的电流和气流控制。如图所示，控制器122与壳体120内部的电源模块118的功率产生部件通信，以控制电源模块的操作。进一步地，控制器122通过与气流控制装置124直接通信来控制等离子气体和保护气体的流动和/或压力。气流控制装置124经由一个或多个可控气体阀130来控制气体从气体供应装置126和气体管线128到炬108的流动。一个或多个可控气体阀130可以调整去到炬108的等离子气体和保护气体的压力和/或流量。主系统控制器122操作性地连接到等离子切割电源以控制切割电流的电流水平，并且操作性地连接到可控气体阀130以同时调节可控气体阀的阀位置。操作性连接可以是或可以不是直接连接。例如，控制器122可以向气流控制装置124提供定位信号(例如4mA至20mA、0至10V等)，该定位信号直接控制气流控制装置中的比例阀的移动，或者控制器可以将定位信息传送给气流控制装置中的另一电子控制器，并且该另一电子控制器将相应地控制气体阀。主系统控制器122可以将定位信号发送至气流控制装置124以控制阀的位置，并且因此调节气体压力/流量。主系统控制器122可以同时通过控制电源电子器件模块118的操作来调节施加到炬108的切割安培数。主系统控制器122可以使用例如查找表、计算或其他算法来协同调节气体压力/流量和切割电流的电流水平(例如，基于一个水平调节另一个水平)。在利用等离子气体和保护气体二者的等离子切割操作中，主系统控制器122可以与电流水平相协同地控制两种气流；然而，在仅利用等离子气体的等离子切割操作中，主系统控制器122将仅控制等离子气流。
主系统控制器122与运动控制器132直接通信。运动控制器132控制龙门106沿切割工作台102的移动、炬固持滑架110沿龙门的移动、炬108在龙门上的竖直定位以及炬沿水平轴线和/或竖直轴线的可能旋转。相应地，运动控制器132可以控制炬108在X方向、Y方向和Z方向上的移动，并且如果需要，可以控制炬的某些旋转。进一步参照图1，Y方向或Y轴可以沿着切割工作台102的长度延伸到图2的平面中并从该平面延伸出。X方向或X轴可以沿着龙门106延伸。Z方向或Z轴可以是基本竖直的、朝向和背离切割工作台102延伸。运动控制器132除了控制炬固持滑架110在X方向上沿龙门106的移动和龙门106在Y方向上沿工作台102的移动以外，还在系统200的操作期间控制炬108在Z方向上的高度，并且控制炬108的角度调整以进行任何期望的斜切并且控制炬绕Z轴的旋转以实现切割一致性。
在切割工作台102具有任何自动化或运动功能的范围内，主系统控制器122可以联接到工作台以控制工作台的操作。例如，如果工作台102是水台或者可以移动工件，则主系统控制器122可以控制这些操作。等离子切割控制系统116可以具有用户界面输出装置134(例如，用户界面屏幕)和/或用户界面输入装置135(例如，键盘)，以允许用户输入和查看等离子切割系统200和切割操作的各种操作参数和特性。
主系统控制器122和/或本文所讨论的任何其他控制器(例如，运动控制器132)可以包括具有一个或多个处理器的电子控制器。例如，控制器122可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑电路等中的一者或多者。主系统控制器122可以进一步包括存储器并且可以存储程序指令，这些程序指令使得控制器提供本文中赋予它的功能。存储器可以包括一个或多个易失的、非易失的、磁性的、光学的、或者电气的媒体，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、闪存等等。主系统控制器122可以进一步包括用于处理到控制器的各种模拟输入的一个或多个模数(A/D)转换器以及用于处理来自控制器的各种数字输出的一个或多个数模(D/A)转换器。
图3描绘了等离子切割系统201的另一示例性实施例。系统201与图2所示的系统相似，不同之处在于，用机器人臂136和机器人控制器138代替龙门工作台和运动控制器。机器人控制器138包括用于控制机器人臂136的移动的控制电路系统140。示例机器人臂136是6轴机器人臂。机器人臂136的末端执行器是等离子炬108，并且机器人臂操纵等离子炬以从由固定装置142固持的工件W切割零件。机器人控制器138中的控制电路系统140操作性地连接至等离子切割控制系统116中的主系统控制器122以与其进行双向通信。机器人控制器138可以包括用户界面(比如示教器144)，以对机器人臂136的移动进行编程并且以其他方式与机器人系统交互，并且在某些实施例中，与等离子切割控制系统116交互。如本文所使用的，术语“运动控制器”和“运动控制系统”包括用于控制不管是在切割工作台上还是在机器人臂上的等离子切割炬的移动和定位的电路系统。因此，“运动控制器”和“运动控制系统”包括图2所示的运动控制器132和图3所示的机器人控制器138以及用于等离子切割操作的其他已知运动控制器。为了便于解释，下面在图2所示的运动控制器132的背景下讨论控制炬的定位的运动控制系统及其与主系统控制器122的交互。然而，如本领域普通技术人员将理解的，运动控制系统的各个方面同样适用于机器人控制器138和用于等离子切割操作的其他已知运动控制器。
图4示意性地示出了示例等离子切割操作。等离子切割炬108产生穿过工件W切割切缝的等离子射流或等离子弧146。“切缝”是在等离子切割期间去除的材料的宽度。等离子炬108包含用于等离子气体和可选地保护气体148的通道。使用保护气体可以帮助约束等离子弧146并从工件W吹走浮渣。
参照图2和图3，运动控制器132(或机器人控制器138)被编程为在切割操作期间移动炬108，以从位于切割工作台102上或由固定装置142固持的工件W切割期望形状的零件。主系统控制器122操作性地连接到运动控制器132(或机器人控制器138)，以在切割操作期间实时接收炬位置反馈信息。在切割期间，运动控制器132(或机器人控制器138)将当前的炬位置信息连续地实时发送到主系统控制器122。主系统控制器122知道炬108的当前位置和过去位置，并且可以实时确定炬速度和加速度。实时炬位置信息可以包括沿至少第一轴线的炬位置、沿第一轴线和与第一轴线垂直的第二轴线的炬位置或沿彼此垂直的三个轴线(例如，沿X轴、Y轴和Z轴)的炬位置。实时炬位置信息还可以包括径向距离和一个或多个角度(例如，极坐标、柱坐标或球坐标)。
主系统控制器122接收实时炬位置信息，并周期性地(例如，每100 ms)对炬位置信息进行采样，并计算炬的实时速度幅值。例如，这是通过计算炬位置沿不同移动轴线的相应一阶导数或变化速率(例如X′，Y′，Z′)并且然后计算速度的幅值来完成的。在笛卡尔坐标系中，速度的幅值可以计算为导数平方之和的平方根或
Figure BDA0002760720830000091
在某些实施例中，主系统控制器122仅计算在与工件W平行的平面中(例如，在X-Y平面中)的炬移动的速度幅值，并且因此，仅需要计算在这样的平面中的移动的一阶导数(例如X’和Y’)。如果主系统控制器122只关心在与工件W平行的平面中的炬108移动的实时速度幅值，则速度幅值可以计算为
Figure BDA0002760720830000092
使用炬位置的二阶导数(例如，X″，Y″，Z″)，可以类似于速度来计算有关炬加速度的信息。
主系统控制器122被配置为基于计算的炬108的实时速度幅值来调节切割电流的电流水平和可控气体阀130的阀位置。因此，主系统控制器122可以基于炬108的当前速度实时调节等离子(和可选地保护)气体的压力和/或流量以及等离子切割电流水平。当炬速度改变时，主系统控制器122将相应地调节等离子气体和保护气体的压力/流量以及切割电流水平。如上所述，主系统控制器122可以使用查找表、计算或其他算法来协同调节气体压力/流量和切割电流的电流水平。查找表、计算或其他算法可以包括炬速度作为参数来确定正确的气体压力/流量和切割电流。例如，查找表可以将炬速度与正确的气体参数和电流水平相关联。在等离子切割系统内，预期切割电流将比气流对设定点变化更快地做出响应，因此基于炬速度对气体阀位置进行的调节会稍微(在时间上)先于改变电流水平。
当从工件切割零件时，期望一致的切缝，使得零件具有基本均匀的边缘和正确的尺寸。炬速度会影响切缝，并且速度变化会导致切缝变宽或变窄。例如，较快的切割速度提供较窄的切缝，而较慢的切割速度提供较宽的切缝。如果在炬速度变化时切割电流水平保持恒定，则切缝会变宽和变窄，并且将不一致。但是，基于炬速度调节电流水平可以帮助保持切缝的一致性。例如，增加切割安培数将使切缝变宽，并且减小切割安培数将使切缝变窄。对切割电流水平进行的调节可以用于抵消炬速度的变化，以保持切缝的一致性。如果炬速度减小，则切割电流水平也可以减小，使得切缝不会由于炬速度变慢而变宽。如果炬速度增加，则切割电流水平也可以增加，使得切缝不会由于炬速度变快而变窄。正确的等离子气体和保护气体压力/流量将取决于切割电流水平，因此等离子气体和保护气体的量也可以基于炬速度进行调节。
在切割零件的拐角部分时，炬速度通常先减小然后增加。图5至图8示出了示例性等离子切割操作，在该操作期间，切割电流水平和气体阀位置可以随着炬速度的变化而调节，以保持一致的切缝。切缝150在图5至图8中以实线示出。要从工件W切割的零件154的剩余未切割部分152以虚线示出。零件154是方形的，并且示出了炬108切割该零件的上侧和左上拐角156。在图5与图6之间，随着炬108接近拐角156，炬速度将减小，并且在图7与图8之间，随着炬离开拐角，炬速度将增加。
根据从运动控制器132接收的炬位置信息，炬速度的变化可以由主系统控制器122实时识别。如果在切割拐角156时切割电流水平保持恒定，则切缝150将由于炬速度变慢而在拐角处变宽。为了避免这种情况，随着炬108接近拐角156，主系统控制器122可以确定炬速度幅值并减小切割电流的电流水平，并调节可控气体阀130的阀位置。随着炬108在拐角切割附近减速，主系统控制器122将减小电流水平和气流，以避免在拐角156处吹出过多的材料。这可以使沿着工件W的切割边缘更加一致(即，使切缝150保持一致)。随着炬108离开拐角156并加速，主系统控制器122可以增加切割电流水平并增加至炬的气流。
当调节气体压力/流量和电流水平时，主系统控制器122还可以在某些方向上对速度进行加权。例如，主系统控制器122可以比在Z方向上的速度更大程度地考虑X方向和Y方向上的速度。即，与在X方向和Y方向上的速度变化相比，在Z方向上的速度变化会对气流和电流水平调节具有较小的影响。主系统控制器122还可以基于在小于三个轴向方向上、比如仅在一个方向上或在两个方向(例如，X方向和Y方向)上计算的实时速度幅值来调节气体压力/流量和切割电流水平。
当零件154的切割完成时，主系统控制器122关闭等离子弧并且弧“迅速熄灭”。在弧是长的且电流较高时弧突然迅速熄灭导致电极磨损消耗，并会缩短耗材寿命。例如，当弧突然迅速熄灭时，从电极中拉出过量的铪。当弧突然迅速熄灭时，也加速了炬中喷嘴孔口的劣化。
为了减少由于弧迅速熄灭而造成炬108中耗材磨损，随着在切割操作结束时主系统控制器122减小电流，等离子切割系统将炬朝向工件W(例如，向下或在Z方向上)驱动，以缩短弧长度。炬108朝向工件W的移动由运动控制器132控制，或者可以由主系统控制器122控制。通过将炬108朝向工件W移动，随着电流接近0安培，弧被保持为尽可能短但是被维持。然后，与没有将炬108朝向工件W驱动时相比，弧在较低的电流水平下迅速熄灭。弧熄灭时电流水平较低减少了对喷嘴孔口的损坏，并减少或防止了电极中的铪被拉走，这使得耗材寿命更长并且更稳定。在某些实施例中，在弧迅速熄灭之前电流减小速率和炬108朝向工件W的运动可以与对数气体曲线有关，该对数气体曲线与在等离子切割操作结束时从炬中排出气体相关联。
图9提供了由等离子切割系统执行的示例等离子切割方法的流程图。在步骤170，提供等离子切割系统(比如上述系统)。从控制炬的定位的运动控制系统接收实时炬位置信息(步骤172)。实时炬位置信息可以包括沿第一轴线的炬位置和沿与第一轴线垂直的第二轴线的炬位置。等离子切割系统的控制器根据沿第一轴线的炬位置和沿第二轴线的炬位置计算相应的导数(步骤174)。控制器根据相应的导数计算炬的实时速度幅值(步骤176)。控制器基于计算的炬的实时速度幅值来调节切割电流的电流水平和可控气体阀的阀位置(步骤178)。在切割操作结束时，控制器在通过使得炬朝向工件移动而缩短等离子弧的弧长度时同时减小切割电流的电流水平来熄灭等离子弧(步骤180)。
图10展示了示例控制器(比如上文讨论的等离子切割系统200、201的主系统控制器122)的实施例。控制器122包括至少一个处理器814，所述至少一个处理器经由总线子系统812与若干个外围装置通信。这些外围装置可以包括存储子系统824(包括例如存储器子系统828和文件存储子系统826)、用户界面输入装置135、用户界面输出装置134以及网络接口子系统816。输入装置和输出装置允许用户与控制器122进行交互。网络接口子系统816提供到外网的接口并且联接到其他计算机系统中的对应接口装置。
用户界面输入装置135可以包括键盘、定点装置(比如鼠标、追踪球、触摸板或图形输入板)、扫描仪、结合到显示器中的触摸屏、音频输入装置(比如声音识别系统、麦克风、和/或其他类型的输入装置)。总体上，使用的术语“输入装置”旨在包括将信息输入到控制器122中或输入到通信网络上的所有可能类型的装置和方式。
用户界面输出装置134可以包括显示子系统、打印机、传真机、或比如音频输出装置等非视觉显示器。显示子系统可以包括阴极射线管(CRT)、平板装置(比如液晶显示器(LCD))、投影装置、或者用于创建可见图像的某种其他机构。显示子系统还可以比如经由音频输出装置来提供非视觉显示。总体上，使用的术语“输出装置”旨在包括将来自控制器122的信息输出到用户或另一个机器或计算机系统的所有可能类型的装置和方式。
存储子系统824提供存储编程和数据构造的非暂时性计算机可读存储介质，这些编程和数据构造提供了在本文中所描述的一些或所有模块的功能。例如，存储子系统824可以包括存储的关系，所述存储的关系将炬速度与切割电流水平相关联并且将炬速度和/或切割电流水平与等离子气体或保护气体的阀位置、压力、流量等相关联。
这些软件模块一般是由处理器814单独地或与其他处理器组合地执行的。存储子系统824中使用的存储器828可以包括多个存储器，包括：在程序执行过程中用于存储指令和数据的主随机存取存储器(RAM)830和存储有固定指令的只读存储器(ROM)832。文件存储子系统826可以为程序和数据文件提供持久性存储，并且可以包括固态存储器、硬盘驱动器、与相关联的可移除介质一起的软盘驱动器、CD-ROM驱动器、光盘驱动器、闪存或者可移除介质盒。实施某些实施例的功能的模块可以通过文件存储子系统826存储在存储子系统824中、或者存储在(多个)处理器814可访问的其他机器中。
总线子系统812提供了让控制器122的各个部件和子系统按预期彼此通信的机构。虽然总线子系统812被示意性地示出为单一总线，但是该总线子系统的替代性实施例可以使用多条总线。
控制器122可以为各种不同的类型，包括工作站、服务器、计算集群、刀片式服务器、服务器群、或任何其他数据处理系统或计算装置。由于计算装置和网络的性质不断变化，图10中所描绘的控制器122的描述仅旨在作为出于说明一些实施例的目的的具体示例。控制器122的具有比图10所描绘的控制器更多或更少部件的许多其他构型是可能的。
应该清楚的是，本披露内容是通过举例的方式，并且在不脱离本披露内容中所包含的传授内容的合理范围的情况下，可以通过添加、更改或去除细节来作出各种改变。因此，本发明不限于本披露内容的具体细节，除非所附权利要求被必要地如此限定。

Claims (21)

1.一种等离子切割系统，包括：
等离子切割电源，所述等离子切割电源被配置为向炬提供切割电流以产生等离子弧；
可控气体阀，所述可控气体阀用于调整供应至所述炬的等离子气体的流量和压力中的至少一者；以及
控制器，所述控制器操作性地连接到所述等离子切割电源以控制所述切割电流的电流水平，并且操作性地连接到所述可控气体阀以调节所述可控气体阀的阀位置，
其中，所述控制器被配置为：
从控制所述炬的定位的运动控制系统接收实时炬位置信息，其中，所述实时炬位置信息包括沿第一轴线的炬位置和沿与所述第一轴线垂直的第二轴线的炬位置，
根据沿所述第一轴线的炬位置和沿所述第二轴线的炬位置计算相应的导数，
根据所述相应的导数计算所述炬的实时速度幅值，以及
基于计算的所述炬的实时速度幅值来调节所述切割电流的电流水平和所述可控气体阀的阀位置。
2.如权利要求1所述的等离子切割系统，其中，所述切割电流的电流水平基于计算的所述炬的实时速度幅值的减小而减小。
3.如权利要求1所述的等离子切割系统，其中，所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量基于计算的所述炬的实时速度幅值的减小而减小，并基于计算的所述炬的实时速度幅值的增加而增加。
4.如权利要求1所述的等离子切割系统，其中，随着所述炬接近从工件切割的零件的拐角部分，所述控制器通过减小所述切割电流的电流水平来保持切缝的一致性。
5.如权利要求1所述的等离子切割系统，其中，所述实时炬位置信息包括沿与所述第一轴线和所述第二轴线垂直的第三轴线的炬位置，并且所述控制器被配置为根据沿所述第三轴线的炬位置的导数计算所述炬的实时速度幅值。
6.如权利要求1所述的等离子切割系统，其中，所述控制器被进一步配置为在通过使得所述炬朝向工件移动而缩短所述等离子弧的弧长度时同时减小所述切割电流的电流水平来熄灭所述等离子弧以结束切割操作。
7.如权利要求1所述的等离子切割系统，其中，随着所述炬接近从工件切割的零件的拐角部分，所述控制器减小所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
8.如权利要求7所述的等离子切割系统，其中，随着所述炬离开从所述工件切割的零件的拐角部分，所述控制器增加所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
9.一种等离子切割系统，包括：
等离子切割电源，所述等离子切割电源被配置为向炬提供切割电流以产生等离子弧；
可控气体阀，所述可控气体阀用于调整供应至所述炬的等离子气体的流量和压力中的至少一者；以及
控制器，所述控制器操作性地连接到所述等离子切割电源以控制所述切割电流的电流水平，并且操作性地连接到所述可控气体阀以调节所述可控气体阀的阀位置，
其中，所述控制器被配置为：
从运动控制系统接收实时炬位置信息，所述运动控制系统在切割从工件切割的零件的拐角部分时调节所述炬的速度，
在从所述工件切割所述零件的拐角部分时根据所述实时炬位置信息计算一阶导数，并且确定所述炬的实时速度幅值，以及
随着从所述工件切割所述零件的拐角部分，通过基于确定的所述炬的实时速度幅值来调节所述切割电流的电流水平和所述可控气体阀的阀位置而保持切缝的一致性。
10.如权利要求9所述的等离子切割系统，其中，所述实时炬位置信息包括沿第一轴线的炬位置和沿与所述第一轴线垂直的第二轴线的炬位置，并且所述控制器被配置为根据沿所述第一轴线的炬位置和沿所述第二轴线的炬位置计算相应的一阶导数。
11.如权利要求9所述的等离子切割系统，其中，所述实时炬位置信息包括沿第一轴线的炬位置、沿与所述第一轴线垂直的第二轴线的炬位置、以及沿与所述第一轴线和所述第二轴线垂直的第三轴线的炬位置，并且所述控制器被配置为根据沿所述第一轴线的炬位置、沿所述第二轴线的炬位置、以及沿所述第三轴线的炬位置计算相应的一阶导数。
12.如权利要求9所述的等离子切割系统，其中，所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量基于所述炬的实时速度幅值的减小而减小，并基于所述炬的实时速度幅值的增加而增加。
13.如权利要求12所述的等离子切割系统，其中，随着所述炬接近从所述工件切割的零件的拐角部分，所述控制器减小所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
14.如权利要求13所述的等离子切割系统，其中，随着所述炬离开从所述工件切割的零件的拐角部分，所述控制器增加所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
15.一种等离子切割方法，包括以下步骤：
提供等离子切割系统，所述等离子切割系统包括：
等离子切割电源，所述等离子切割电源被配置为向炬提供切割电流以产生等离子弧；
可控气体阀，所述可控气体阀用于调整供应至所述炬的等离子气体的流量和压力中的至少一者；以及
控制器，所述控制器操作性地连接到所述等离子切割电源以控制所述切割电流的电流水平，并且操作性地连接到所述可控气体阀以调节所述可控气体阀的阀位置；
从控制所述炬的定位的运动控制系统接收实时炬位置信息，其中，所述实时炬位置信息包括沿第一轴线的炬位置和沿与所述第一轴线垂直的第二轴线的炬位置；
通过所述控制器根据沿所述第一轴线的炬位置和沿所述第二轴线的炬位置计算相应的导数；
通过所述控制器根据所述相应的导数计算所述炬的实时速度幅值；以及
基于计算的所述炬的实时速度幅值来调节所述切割电流的电流水平和所述可控气体阀的阀位置。
16.如权利要求15所述的等离子切割方法，其中，所述调节步骤包括基于计算的所述炬的实时速度幅值的减小而减小所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量，并且基于计算的所述炬的实时速度幅值的增加而增加所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
17.如权利要求15所述的等离子切割方法，其中，随着所述炬接近从工件切割的零件的拐角部分，所述控制器通过减小所述切割电流的电流水平来保持切缝的一致性。
18.如权利要求15所述的等离子切割方法，其中，所述实时炬位置信息包括沿与所述第一轴线和所述第二轴线垂直的第三轴线的炬位置，并且所述控制器根据沿所述第三轴线的炬位置的导数计算所述炬的实时速度幅值。
19.如权利要求18所述的等离子切割方法，进一步包括在通过使得所述炬朝向工件移动而缩短所述等离子弧的弧长度时同时减小所述切割电流的电流水平来熄灭所述等离子弧以结束切割操作的步骤。
20.如权利要求15所述的等离子切割系统，其中，所述调节步骤包括随着所述炬接近从工件切割的零件的拐角部分减小所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
21.如权利要求20所述的等离子切割系统，其中，所述调节步骤包括随着所述炬离开从所述工件切割的零件的拐角部分增加所述切割电流的电流水平和供应至所述炬的等离子气体的流量。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN214322143U (zh) * 2020-12-24 2021-10-01 江苏博迁新材料股份有限公司 一种大功率等离子弧枪阴极结构
CN113857616B (zh) * 2021-11-01 2022-05-27 山东捷瑞数字科技股份有限公司 火焰切割装置的切割控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312269A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Koike Sanso Kogyo Co Ltd プラズマトーチの高さ制御方法及び高さ制御装置
CN1101597A (zh) * 1994-08-30 1995-04-19 南昌航空工业学院 微机控制能量自补偿型氩弧焊电源
US6274842B1 (en) * 1999-04-29 2001-08-14 The Esab Group, Inc. Method of cutting a workpiece along an arcuate path with a plasma arc torch
US20050077271A1 (en) * 2001-10-09 2005-04-14 Michel Delzenne Method and installation for modulated plasma jet cutting at sharp changes of direction, in particular angles
CN106132620A (zh) * 2014-03-28 2016-11-16 林肯环球股份有限公司 带有集成电源、运动控制、气体控制和焊炬的等离子系统
US20170095877A1 (en) * 2015-10-06 2017-04-06 Hypertherm, Inc. Controlling Plasma Arc Torches and Related Systems and Methods
CN108296617A (zh) * 2018-03-07 2018-07-20 上海威特力焊接设备制造股份有限公司 用于等离子切割机的电流调节装置及方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5013885A (en) * 1990-02-28 1991-05-07 Esab Welding Products, Inc. Plasma arc torch having extended nozzle of substantially hourglass
JPH0578373U (ja) * 1992-04-06 1993-10-26 株式会社小松製作所 プラズマ加工機のスタンドオフ制御装置
US5874707A (en) * 1995-01-31 1999-02-23 Komatsu Ltd. Processing torch having a separably assembled torch base and torch head
US7132619B2 (en) * 2003-04-07 2006-11-07 Thermal Dynamics Corporation Plasma arc torch electrode
US20120031881A1 (en) * 2010-08-09 2012-02-09 The Esab Group, Inc. Blow-Back Plasma Arc Torch With Shield Fluid-Cooled Electrode
WO2015172140A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Hypertherm, Inc. Consumable cartridge for a plasma arc cutting system
US9446472B2 (en) * 2014-03-05 2016-09-20 Lincoln Global, Inc. System and method for integrated controller
US9867268B2 (en) * 2015-06-08 2018-01-09 Hypertherm, Inc. Cooling plasma torch nozzles and related systems and methods
KR102569883B1 (ko) * 2015-08-04 2023-08-22 하이퍼썸, 인크. 액체-냉각식 플라즈마 아크 토치용 카트리지
CN109196958B (zh) * 2016-03-29 2020-09-11 海别得公司 用于等离子弧焊炬中的等离子气体排放的系统和方法
WO2017173107A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Hypertherm, Inc. Controlling and delivering gases in a plasma arc torch and related systems and methods

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312269A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Koike Sanso Kogyo Co Ltd プラズマトーチの高さ制御方法及び高さ制御装置
CN1101597A (zh) * 1994-08-30 1995-04-19 南昌航空工业学院 微机控制能量自补偿型氩弧焊电源
US6274842B1 (en) * 1999-04-29 2001-08-14 The Esab Group, Inc. Method of cutting a workpiece along an arcuate path with a plasma arc torch
US20050077271A1 (en) * 2001-10-09 2005-04-14 Michel Delzenne Method and installation for modulated plasma jet cutting at sharp changes of direction, in particular angles
CN106132620A (zh) * 2014-03-28 2016-11-16 林肯环球股份有限公司 带有集成电源、运动控制、气体控制和焊炬的等离子系统
US20170095877A1 (en) * 2015-10-06 2017-04-06 Hypertherm, Inc. Controlling Plasma Arc Torches and Related Systems and Methods
CN108296617A (zh) * 2018-03-07 2018-07-20 上海威特力焊接设备制造股份有限公司 用于等离子切割机的电流调节装置及方法

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