CN117320831A - 用于对铝表面进行电弧清洁和对清洁程度进行测定的过程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于清洁由铝合金制成的至少一个工件(8)的表面(8a)的方法，该方法包括以下步骤：通过焊炬(2)产生电弧(3)或等离子体射流(3)，将电弧(3)或等离子体射流(3)施加到表面(8a)，以及使焊炬(2)和至少一个工件(8)相对于彼此移动，以通过使用电弧(3)或等离子体射流(3)蒸发表面(8a)的杂质(9)来清洁表面(8a)，并且例如通过光学传感器(4)检测来自电弧(3)或等离子体射流(3)的光(L)，其中光学传感器(4)生成输出信号，该输出信号指示存在由电弧(3)或由等离子体射流(3)蒸发的表面(8a)的杂质(9)。
Description
本发明涉及一种用于清洁铝表面的方法以及一种用于对铝表面进行电弧清洁的对应装置。
铝合金在焊接过程中容易形成气孔。气孔可由例如油或油脂的污染、由不良保护气体覆盖层、由氧化层或保护气体或填充材料造成。
因此，待焊接的工件必须在焊接前进行彻底清洁。原始材料通常是板的形式。
在焊接之前，通常使用油脂和油进行成形工作。原始材料通常也被切割成一定尺寸。在所有这些步骤中，杂质结合到材料的表面中，使得它们通常不能被溶剂完全除去。溶剂的使用本身也可导致气孔形成，并可构成健康和环境危害。
为了除去结合到材料表面中的杂质，通常需要例如通过研磨来去除材料的对应表面层。此外，此处可能产生颗粒，其构成健康危害并构成生产中不希望的污染源。此外，此类研磨步骤也是劳动密集型的。
另一种可能性是在焊接之前对工件进行干燥加工，即不使用冷却剂和润滑剂。此处的缺点在于较高的采购成本和由于缺乏冷却剂和润滑剂而在工具上产生高应力。
基于上文所述，本发明要解决的问题是提供一种用于在焊接之前清洁由铝合金形成的工件的表面的方法，该方法针对上述问题进行了改进。
该问题通过用于清洁由具有权利要求1所述特征的铝合金制成的至少一个工件的表面的方法来解决。
据此，该方法包括以下步骤：
-通过焊炬，优选地焊接焊炬产生电弧或等离子体射流，将电弧或等离子体射流施加到至少一个工件的表面，以及使焊炬和至少一个工件相对于彼此移动，以通过使用电弧或等离子体射流蒸发杂质来清洁表面，以及
-生成至少一个输出信号，该至少一个输出信号指示存在(或不存在)由电弧或由等离子体射流蒸发的表面的杂质。
根据一个优选的实施方案，生成至少一个输出信号的步骤
对应以下中的一者：
-通过光学传感器检测来自电弧或等离子体射流的光，其中光学传感器生成至少一个输出信号，该至少一个输出信号指示存在由电弧或等离子体射流蒸发的表面的杂质，
-从用于产生电弧或等离子体射流的电压和/或从电弧或等离子体射流的对应电流导出至少一个输出信号，该至少一个输出信号指示存在由电弧或等离子体射流蒸发的表面的杂质，
-通过声音传感器检测来自电弧或等离子体射流的声波，其中声音传感器生成至少一个输出信号，该至少一个输出信号指示存在由电弧或由等离子体射流蒸发的表面的杂质。
根据本发明的方法的一个优选实施方案，通过电弧或通过等离子体射流处理表面，直到至少一个输出信号遵循与期望的表面清洁程度对应的预定义标准。这还可以包括从至少一个输出信号导出至少一个参数，然后将该至少一个参数与标准进行比较，并且/或者预处理至少一个输出信号，然后关于所述标准对预处理的至少一个输出信号进行分析。
此外，根据一个实施方案，使焊炬和至少一个工件相对于彼此移动对应于以下中的一者：相对于固定的至少一个工件移动焊炬；相对于固定焊炬移动至少一个工件；移动焊炬并移动至少一个工件。
具体地，在一个实施方案中，使用移动生成装置移动焊炬，该移动生成装置优选地为机器人的形式，诸如机械臂。
根据一个另选的实施方案，焊炬被构造成由用户相对于至少一个工件的表面手动地移动，以便使用电弧或等离子体射流清洁表面。
具体地，在手动移动焊炬的情况下，在本方法的一个实施方案中，焊炬优选地由引导装置引导，使得在焊炬与至少一个工件之间相对移动时，焊炬与表面之间的距离保持在恒定水平。
此外，根据该方法的一个实施方案，对应于电弧或对应于等离子体射流的电流相对于焊炬和至少一个工件的所述相对移动和/或基于所述至少一个输出信号自动地适应。
根据本发明的方法的又一实施方案，使用光学显示器向用户显示至少一个工件的表面的清洁程度，该清洁程度从输出信号导出。
此外，根据一个实施方案，使用光学显示器(该显示器可以与用于显示清洁程度的显示器相同)向用户显示手动移动焊炬的推荐速度。推荐的速度优选地被选择为使得在不熔化表面或部分熔化表面的情况下实现期望的清洁效果。在发生表面的部分熔化的情况下，所述速度优选地被选择为使得至少一个工件的小于20％的表面熔化，优选地小于5％的表面熔化。
根据该方法的另一实施方案，通过电弧或通过等离子体射流蒸发的至少一个工件的表面的杂质通过抽吸从至少一个工件排出，优选地通过连接到焊炬的排气通道排出。因此，具体地，排气通道可以与焊炬一起移动，并且因此能够在相应的起始点附近排出蒸发的杂质。
根据本发明的又一实施方案，在清洁期间没有熔化的情况下和在清洁期间表面熔化的情况下，针对具有洁净表面的工件记录至少一个输出信号，其中当对表面有污染的工件进行清洁时，将至少一个输出信号连续地与所记录的两个输出信号进行比较，以确定在清洁表面时该表面是否洁净和/或该表面是否正在熔化。
此外，在一个实施方案中，在至少一个输出信号指示工件的表面正在熔化的情况下，与电弧或等离子体射流相关的电流自动减小，并且/或者焊炬的速度自动增大。
根据另一实施方案，在测试运行中清洁需要清洁的工件的表面，其中使用多变量过程和深度学习算法分析至少一个输出信号。以这种方式，该过程根据具体条件进行了优化，并且能够在清洁工件期间对此类条件适当地作出反应。
根据本发明的另一方面，公开了一种用于清洁由铝合金制成的至少一个工件的表面的系统，其中该系统包括：
-焊炬，该焊炬被构造成产生电弧或等离子体射流，
-其中该系统被配置为生成至少一个输出信号，该至少一个输出信号指示存在由电弧或等离子体射流蒸发的表面的杂质。
根据一个优选的实施方案，该系统包括以下中的一者：
-光学传感器，该光学传感器被配置为通过光学传感器检测来自电弧或等离子体射流的光，其中光学传感器生成所述至少一个输出信号，
-模块，该模块被配置为从用于产生电弧或等离子体射流的电压和/或从电弧或等离子体射流的对应电流导出至少一个输出信号，
-声音传感器，所述声音传感器被配置为检测来自电弧或等离子体射流的声波，其中所述声音传感器生成所述至少一个输出信号。
根据该系统的另一实施方案，该系统包括处理单元，该处理单元被配置为分析输出信号，并且具体地被配置为控制焊炬的电弧或等离子体射流，其中该系统被配置为将电弧或等离子体射流引导到至少一个工件的表面上，直到处理单元确定输出信号遵循与表面的期望清洁程度对应的预定义标准。
此外，根据该系统的一个实施方案，该系统包括移动生成装置，优选地以机器人诸如机械臂的形式，该移动生成装置被构造成相对于至少一个工件移动焊炬，以便使用电弧或等离子体射流清洁至少一个工件的表面。
为了引导焊炬，具体地在焊炬由用户沿着待清洁表面手动地移动的情况下，在一个实施方案中，系统优选地包括引导装置，其中引导装置优选地连接到焊炬，并且被构造成与至少一个工件机械地相互作用以在焊炬相对于至少一个工件移动时引导焊炬，使得焊炬与表面之间的距离保持在恒定水平。
此外，根据系统的一个实施方案，该系统被配置为相对于焊炬和至少一个工件的所述相对移动自动调节对应于电弧或对应于等离子体射流的电流。以此方式，可以确保可实现均匀的清洁结果。具体地，在焊炬移动得较慢的情况下，电流减小。另一方面，在焊炬相对于至少一个工件移动得较快的情况下，电流增大。
根据本发明的系统的另一实施方案，该系统包括连接到处理单元的光学显示器，其中该系统被配置为在光学显示器上显示至少一个工件的表面的所述清洁程度，所述清洁程度由处理单元从传感器的输出信号导出。
此外，光学显示器可以被配置为向用户显示用于手动地移动焊炬的推荐速度，其中所述推荐速度可以由处理单元估计。
此外，如上所述，可以教导该系统通过在100％洁净的(例如铝)表面上获取来自焊接过程的输出信号(例如光信号和/或电信号和/或声音，参见上文)来正确地清洁工件的表面，以用于在表面熔化的情况下的设置以及在表面没有任何熔化的情况下的设置。两个数据集(采集的输出信号)被存储在处理单元中。当清洁工件的污染表面时，至少一个输出信号连续地与两个数据集进行比较，例如通过商形成，以便确定在清洁时表面是否是洁净的或表面是否正在熔化。
如果信号显示表面正在熔化，则系统可以自动地减小例如电流或者增大焊炬相对于工件的速度。
该系统还可以通过在需要清洁的材料上进行某个测试运行来教导。使用多变量过程和深度学习算法分析该数据。以这种方式，系统被优化到特定条件(其对于相应的应用是特定的)，并且系统从模式中学习并且可以在操作期间对甚至没有预先发生的情况(例如熔化)作出反应。
根据又一个实施方案，该系统包括排气通道，该排气通道被构造成通过抽吸来排出蒸发的杂质，其中优选地该排气通道连接到焊炬(也参见上文)。
在下文中，应当参考附图来解释本发明的实施方案、另外的特征和优点，其中
图1示出了根据本发明的方法和系统的示意图，其中该系统的焊炬通过移动生成装置诸如机械臂来移动；
图2示出了根据本发明的方法和系统的示意图，其中手动地移动焊炬；并且
图3示出了将根据本发明的方法和系统应用于对将通过焊缝连接的两个工件(例如管道)的焊接/清洁。
如图1中示意性示出的，本发明基于使用施加到待清洁工件8的表面8a的电弧3或等离子体射流3来清洁铝合金工件8的表面8a的思想。
根据图1，根据本发明提出的用于执行该任务的系统1至少包括：焊炬2，诸如焊接焊炬，其被构造成产生电弧3或等离子体射流3；和光学传感器4，其被配置为当电弧3或等离子体射流3被引导到工件8的表面8a上时检测来自电弧3或等离子体射流3的光L，其中光学传感器4被配置为生成输出信号，该输出信号指示存在由电弧3或等离子体射流3蒸发的表面8a的杂质9。
优选地，系统1包括处理单元5，该处理单元被配置为分析由光学传感器4提供的输出信号，其中系统1被配置为将电弧3或等离子体射流3引导到至少一个工件8的表面8a上，直到处理单元5确定输出信号遵循与至少一个工件8的表面8a的期望清洁程度对应的预定义标准。在将输出信号或从其导出的量与标准进行比较之前，输出信号能够以合适的方式，例如通过滤波等被预处理。
由于高温和电弧/等离子体射流3及其电弧附着，留在工件8的表面8a上的任何种类的杂质9被安全地去除，而不会显著地熔化工件8的表面。电弧3可以由具有适当电源的焊接焊炬2产生。系统1可以被配置为使用直流电、脉冲直流电或交流电来产生电弧3。具体地，系统1被配置为使得工件8可以作为阳极或阴极连接到电源。具体地，焊接焊炬2可以包括钨电极，其形成对应的对电极。
根据一个另选的实施方案，焊炬2还可以被构造成产生等离子体射流以清洁工件8的表面8a。在此，工件8不必集成到回路中。
具体地，焊炬2可以是固定的，并且工件8可以相对于焊炬2被引导。另选地，如图1所示，焊炬2可以通过移动生成装置7诸如机械臂相对于固定工件8移动。
由电弧/等离子体射流3对杂质9进行蒸发改变了由电弧3或等离子体射流3发射的光L的光谱。如上所述，至少一个光学传感器4用于检测此类杂质9的存在。至少一个光学传感器4可以由数字相机形成，或者可以包括光电二极管或光谱仪，以分析来自电弧/等离子体射流3的所检测的光L的光谱。
如果使用相机或光电二极管，则此类装置可以与光学滤波器组合。传感器的组合可用于正确地确定清洁程度：光学传感器、声音传感器、电压和电流传感器等。不同的信号指示清洁过程的特定方面：光可指示表面杂质类型，声音可指示电弧波动水平，作为电弧的径向延伸的指示。电压/电流信号可用于验证清洁的程度。
该过程可以自动化到以下程度，即使得工件8的表面8a由电弧或等离子体射流3处理，直到对应的输出信号不再指示可检测的杂质9或输出信号的对应振幅低于可预定义的阈值。优选地，对于具有不同污染程度的表面8a，基于检测到的输出信号，只有脏的或仍然脏的区域才会被电弧/等离子体射流3再次清洁。表面8a的已经充分清洁的区域被省略以提高效率。
具体地，如图1所示，焊炬2可由机器人7诸如机械臂移动。机器人7优选地被配置为在清洁与焊接之间切换。为此目的，可以想到改变焊接焊炬2或仅改变焊炬2的焊接参数/操作参数。代替机器人7，可以使用牵引器或另一移动生成装置来沿着待清洁表面8a移动焊炬2。
此外，用于产生电弧3或等离子体射流3的电流的大小可以适应于焊炬2与工件8之间的相对移动。可以使用氩气、氦气、含有和不含氧气的氩气-氦气混合物。具体地，可以采用使用掺杂有氧(例如300ppm范围)的气体的焊炬。此外，采用保护气体以及聚焦气体的焊炬可以与根据本发明的方法结合使用。
此外，根据一个实施方案，例如在显示器6上和/或通过视觉信号向操作者显示清洁程度。例如，绿色可视信号可以用于指示清洁的表面8a，而橙色可视信号可以用于指示未充分清洁的表面8a，并且红色可视信号可以用于指示工件8的未清洁的表面8a。
此外，如图1所示，焊炬2可配备有排气通道10，该排气通道可连接到抽吸装置以抽吸掉蒸发的杂质90。有利地，排气通道10与焊炬2一起移动，并且在用电弧3或等离子体射流3处理表面8a时，杂质90可以从它们各自的起始点排出。
在焊炬2如图2所示由用户手动移动的情况下，可以由系统1(例如经由显示器6)给出手动移动的推荐速度。对于自动化应用(参见图1)，系统1优选地被配置为自动调节焊炬2相对于待清洁表面8a的移动速度。
此外，如图2所示，为了便于相对于待清洁工件8的表面8a手动定位焊炬2，焊炬2配备有连接到焊炬2的引导装置70。引导装置70可以包括至少一个辊或滑块，其优选地仅允许一种程度的移动(例如在清洁方向上)，并且优选地排除所有其它方向的移动，使得电弧3或等离子体射流3总是在相同的距离D处，并且优选地总是在待清洁表面8a的中心上方行进。
还可以使对应于电弧/等离子体射流3的电流的大小自动地适应于焊炬2相对于工件8的行进速度，以确保最佳清洁。为了避免工件8的表面8a熔化或过度熔化，还可以使用表面8a的铝光谱的光量子的信息，和/或电弧电流和电弧电压的电信号(例如，在转移电弧的情况下)。如所指出的，将电流/电压信号与光信号和声音信号组合，可以确立被认为是正确清洁的表面的操作范围(例如存储在电源中)。
如果两个表面8a、80a必须连接在一起，例如如图3所示，例如以用于将两个管段8、80焊接在一起，则两个管段8、80可相对于彼此定位至多几毫米(例如0mm至15mm)的距离，并且同时暴露于由焊炬2提供的电弧3或等离子体射流3，以用于同时清洁两个表面8a、80a。
当利用转移电弧3工作时，管段8、80被集成到回路中。有利的是将用于清洁的焊炬2定位在焊接部件8、80的相对侧上。另外，利用该过程，用于排出蒸发杂质90的排气通道10可定位在清洁电弧/等离子体射流3的相对侧上。
Claims (13)
1.一种用于清洁由铝合金制成的至少一个工件(8)的表面(8a)的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过焊炬(2)产生电弧(3)或等离子体射流(3)，将所述电弧(3)或所述等离子体射流(3)施加到所述表面(8a)，以及使所述焊炬(2)和所述至少一个工件(8)相对于彼此移动，以通过使用所述电弧(3)或等离子体射流(3)蒸发所述表面(8a)的杂质(9)来清洁所述表面(8a)，以及
-生成至少一个输出信号，所述至少一个输出信号指示存在由所述电弧(3)或由所述等离子体射流(3)蒸发的所述表面(8a)的杂质(9)，
其特征在于，生成至少一个输出信号的步骤对应于以下中的一者：
-通过光学传感器检测来自所述电弧或等离子体射流的光，其中所述光学传感器生成至少一个输出信号，所述至少一个输出信号指示存在由所述电弧(3)或由所述等离子体射流(3)蒸发的所述表面(8a)的杂质(9)，其中所述光学传感器基于所述光的光谱检测所述光，
-从用于产生所述电弧或等离子体射流的电压和/或从对应电流导出至少一个输出信号，所述至少一个输出信号指示存在由所述电弧(3)或由所述等离子体射流(3)蒸发的所述表面(8a)的杂质(9)，
-通过声音传感器检测来自所述电弧或等离子体射流的声波，其中所述声音传感器生成至少一个输出信号，所述至少一个输出信号指示存在由所述电弧(3)或由所述等离子体射流(3)蒸发的表面(8a)的杂质(9)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由所述电弧(3)或由所述等离子体射流(3)处理所述表面(8a)，直到所述至少一个输出信号遵循与所述至少一个工件的所述表面(8a)的期望清洁程度对应的预定义标准。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中使所述焊炬(2)和所述至少一个工件(8)相对于彼此移动对应于以下中的一者：相对于固定的所述至少一个工件(8)移动所述焊炬(2)；相对于固定的所述焊炬(2)移动所述至少一个工件(8)；移动所述焊炬(2)并移动所述至少一个工件(8)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中使用移动生成装置(7)移动所述焊炬(2)，所述移动生成装置优选地为机械臂的形式，或者其中相对于所述至少一个工件(8)的所述表面(8a)手动地移动所述焊炬(2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中通过引导装置(70)引导所述焊炬(2)，使得在所述焊炬(2)与所述至少一个工件(8)之间进行所述相对移动时，所述焊炬(2)与所述至少一个工件(8)的所述表面(8a)之间的距离(D)保持在恒定的大小。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中对应于所述电弧(3)或对应于所述等离子体射流(3)的电流自动地适应于所述焊炬(2)和所述至少一个工件(8)的所述相对移动和/或适应于所述至少一个输出信号。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中使用光学显示器(6)向用户显示从所述至少一个输出信号导出的所述至少一个工件(8)的所述表面(8a)的清洁程度。
8.根据权利要求4所述的方法，其中使用光学显示器(6)向所述用户显示手动移动所述焊炬的推荐速度。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中由所述电弧(3)或由所述等离子体射流(3)蒸发的杂质(9)通过抽吸被排出，优选地通过连接到所述焊炬(2)的排气通道(10)排出。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，在清洁期间没有熔化的情况下和在清洁期间所述表面熔化的情况下，针对具有洁净表面的工件记录至少一个输出信号，其中当对表面有污染的工件进行清洁时，将所述至少一个输出信号连续地与所记录的两个输出信号进行比较，以确定在清洁所述表面时所述表面是否洁净和/或所述表面是否正在熔化。
11.一种用于清洁由铝合金制成的至少一个工件(8)的表面(8a)的系统(1)，所述系统包括：
-焊炬(2)，所述焊炬被构造成产生电弧(3)或等离子体射流(3)，其中所述系统(1)被配置为生成至少一个输出信号，所述至少一个输出信号指示存在由所述电弧(3)或等离子体射流(3)蒸发的所述表面(8a)的杂质(9)，
其特征在于，所述系统包括以下中的一者：
-光学传感器，所述光学传感器被配置为通过来自所述电弧或等离子体射流的光的光谱检测所述光，其中所述光学传感器生成所述至少一个输出信号，
-模块，所述模块被配置为从用于产生所述电弧或等离子体射流的电压和/或从对应电流导出所述至少一个输出信号，
-声音传感器，所述声音传感器被配置为检测来自电弧或等离子体射流的声波，其中所述声音传感器生成所述至少一个输出信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统(1)包括处理单元(5)，所述处理单元被配置为分析所述至少一个输出信号，其中所述系统(1)被配置为将所述电弧(3)或所述等离子体射流(3)引导到所述至少一个工件(8)的所述表面(8a)上，直到所述处理单元(5)确定所述至少一个输出信号遵循与所述至少一个工件(8)的所述表面(8a)的期望清洁程度对应的预定义标准。
13.根据权利要求11或12中的一项所述的系统，其中所述系统包括移动生成装置(7)，所述移动生成装置优选地为机械臂的形式，所述移动生成装置被构造成相对于所述至少一个工件(8)移动所述焊炬(2)。
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