CN1354062B

CN1354062B - 电弧焊机监控器

Info

Publication number: CN1354062B
Application number: CN011399368A
Authority: CN
Inventors: 克里斯托弗·苏
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: EP1206992B1; CA2359424A1; AU8152401A; EP1206992B9; DE60126390T2; BR0105358A; CN1354062A; DE60126390D1; JP2002153972A; CA2359424C; EP1206992A2; AU773586B2; EP1206992A3; US6441342B1; ATE353037T1

Abstract

一种当焊机实施所选定的电弧焊方法时用于电弧焊机的监控器，通过在前进的焊丝和工件之间产生实际的焊接参数，该方法包括一电弧而且电弧是由一系列快速重复的构成具有一周期时间的焊接周期的波形定义的，具有：逻辑状态控制器，用于将波形的每一个都分段为具有同所述实际参数相对应的指令信号和一持续时间的时间状态；选择特定的波形状态的状态选择器；读取实际参数中的一个和/或持续时间的控制接口；将实际读取参数和/或持续时间同与一个实际参数和/或持续时间相对应的所述指令信号的功能进行比较的电平监控级和/或稳定性监控级；以及用于使用这种比较以便在选定的状态产生焊接方法的一个特性的报告逻辑。

Description

电弧焊机监控器

技术领域

本发明涉及电弧焊领域，尤其涉及在为了检测涉及每个焊接周期特性的质量的一个焊接周期中，监控电弧焊参数和/或内部控制信号的监控器。进而，本发明还涉及提供有关每个焊接周期期间焊机的实际性能的信息的一个焊接周期中，监控电弧焊机的方法。

背景技术

多年来，焊接公司和焊接工程师都对使用各种焊接方法时记录由电弧焊机完成的操作参数的电气特性给予了极大的关注。热金法斯(Ziegenfuss)的美国专利3,950,759是多种电弧焊机监控器的代表，该专利可作为背景技术参考。多年来，各种各样的时间监控器被用于电弧焊机以检测实际施焊的时间。为此，通常的作法是装一个计时器或者设置一个程序以测量焊接时间同焊机空载时间之比。

索司特克(shostek)的美国专利3,359,561是在一个设定周期，例如制造工厂中的一个工作班次，测量电弧焊机操作时间的几种专利的代表。因此，众所周知，在电弧焊周期中，计时器、计数器或类似的时间累计装置能够记录焊接和非焊接的相对时间。为了上述目的，索司特克的美国专利3,359,561可作参考。

随着计算机、微处理机和其它数字处理装置的出现，这种装置或装于电弧焊机内部，或于其外部用于测量和记录电弧焊机的操作。此外，几篇公开资料表示了使电弧焊机的监控计算机管理化有关的现有技术的情况。为了避免详细叙述有关计算机管理化的背景技术的必要性，布洛奇(bloch)的美国专利5,708,253可予参考。根据用于电弧焊机领域的控制技术，通常的作法也是使用中央处理器用以控制形成电源的逆变器和电弧焊设备的其它辅助装置，如布洛奇的美国专利5,708,253所述。当公开用在监控电弧焊机的软件程序时，通常的作法是阐明用计算机微处理机或者类似的数字处理装置执行一系列步驟时的程序处理过程。这样的标准技术的一个典型例子是公开在布洛奇的美国专利5,708,253中，参考该专利在此处可不必对现有技术再予赘述。

当用计算机软件控制电弧焊机时，所有这些背景专利技术实际上仅仅是说明使用计算机技术监控电弧焊机的现有技术的代表。

最新公开的监控电弧焊机的计算机的cpu控制电路是在维迪亚(Vaidya)的美国专利6,051,805中说明的。该专利公开了使用计算机控制被测量的参数特性以产生有关电弧焊机操作的信息，用于监控电弧焊机的几个参数的系统，例如：电流、供丝速度和气流。作为背景技术信息，维迪亚的美国专利6,051,805也可作为背景技术信息和现有技术状态的参考。

本发明是由美国俄亥俄州克利夫兰的林肯电气公司(LincolnElectric Company)制造和销售的能源波(Power Wave)电弧焊机。揭示这种电弧焊机的特性的一项专利是布朗肯希普(Blankenship)的美国专利5,278,390。该专利可参考作为用于实施本发明的该类电弧焊机的代表。这样的焊机如图11和13所示，包括一波型或波形发生器以产生具有一定循环时间构成一焊接周期的一系列快速重复的波形。这样的波形发生器被用于各种焊接方法，例如脉冲焊。这个原理也适用于由史泰娃(Stava)的美国专利6,051,810揭示的那种表面张力传输短路焊接方法。该史泰娃的专利也可作为表示使用波形发生器以产生单独波形的背景技术信息的参考，在焊接时间内该波形由电弧焊机输出以产生一焊接周期，该焊接时间是焊机作单一的焊接方法作业的总时间。

此处作为参考引用的这许多专利都说明了本发明直接针对的现有技术的情况，这些现有技术的情况是电弧焊机的制造厂家以及使用电弧焊机完成焊接方法的焊接工程师所熟悉的。

电弧焊机的制造厂都试图监控焊机的操作以确定焊接的质量和在生产设备中工作时焊机的效率。一个最新的监控电弧焊机打算在维迪亚的美国专利6,051,805中说明，其中，计算机或其它程序装置用于监控平均电流和焊机的工作效率，该效率表示为进行焊接的时间同工作班次的总时间之比。根据标准技术，所述的这种监控系统包括第一控制电路，它是一种具有例如RAM，EPROM和CIA的标准附件的中央处理器形式。第二控制电路同第一控制电路相连以输入和输出监控过程的信息。该监控器收集信息的时间周期为几小时或直至999小时。该监控器确定焊接效率和监控时间以确定平均电流和为求总效率累积的弧焊时间。依据这个专利，可监控焊接过程中的电流、供丝速度和气体流。所有这些信息都储存在适当的存储器中以便输出为在焊接过程中读取焊机的操作特性。用这种方法，能够测量焊机的生产率以计算成本效果和其它参数。如该专利所建议，希望由其它制造厂家来监控电弧焊机以测量焊接过程中的平均电流。然而，测量焊接过程中的平均电流、电压、供丝速度和其它参数并使用这些数据并不能满足记录焊接操作的进行情况。过去，监控装置没有预先知道的被监控的参数。同由已有的知识想到的相反，它们仅能监控正在发生的。因此，以往监控参数例如电流、电压、甚至供丝速度，即使使用维迪亚的美国专利6,051,805所述的先进技术其响应也是混乱的而无法确定电弧的实际稳定性，或者焊接过程是否在期望的参数值上下波动。为了抑制焊接周期和/或确定焊接周期中以所要求的精确度实现焊接质量，这些信息是必须知道的。总的说来，监测使用于各种焊接方法的电弧焊机的工作不能令人满意，因为没有可用于实施它时来评估焊接方法的知识。现在可使用的强有力的编程能力不能克服产生实时和精确读取焊机性能的系统的缺点。

发明内容

本发明直接涉及当焊机实施所选定的电弧焊方法时，监控电弧焊机的监控器和方法，该电弧焊方法产生至今不可获得的关于焊机作业的信息。这样，使用标准的，高效的计算机技术可以用于由监控器产生的同样精确而高智能的数据。本发明的监控器和监控系统使用焊接周期中的已知信息。该信息是固定的而非变化的。该监控器集中于焊接方法的特定方面以使用同实际性能相比的已有知识。这样，对焊接方法的特定方面确定所选定的参数的稳定性、可容许的大小或电平。在监控之前将焊接方法对已知的所要求的参数分为固定的时间段。然后，这些数据能够用任何已知的计算机技术进行处理以评价焊接周期的各方面。

根据本发明，该焊接方法形成为一串快速重复的波形，该波形取到一起构成具有周期时间的焊接周期。每个波形都是用已知的波形发生器产生的并用于控制电弧焊机的作业。这些波形被划分为各种形态，例如在一种脉冲焊方法中，划分为以下状态，即：本底电流，上升边，峰值电流，下降边，然后再回到本底电流。通过将这种已知的驱动波形划分成定义为产生电弧特性的时间段的各种状态，任何所选定的一种状态都能使用本发明进行监控。实际上，许多状态能被复合(multiplexed)。例如，在脉冲焊方法中，有关峰值电流的状态能够被监控。根据本发明，该焊接方法的这种状态是通过最好以超过1.0KHz的高速读取数据来监控的。然而，本发明实际上使用的是低到100Hz的读取速度。每个实际焊接参数，例如电流，电压，甚至供丝速度对于用于脉冲焊方法中波形的每个峰值电流的状态都要检测许多次。用这种形式，上升边，下降边甚至本底电流在单个状态的监控过程中都被忽略不计。因此，将该峰值电流同一个已知的峰值电流进行比较，一个峰值电流的函数就能用于检测由电弧焊机输出的实际峰值电流的变化。在本发明中，对于脉冲焊波形的每个峰值电流状态都使用指令峰值电流的较低边和较高边上的最小电平和最大电平来多次确定峰值电流的电平。每当该电流超过该最大值或小于该最小值时，对于每个波形都对这个瞬态值进行计算。对于一个焊接周期计算其总的偏差或瞬态值。当这个计算超过每个波形或焊接周期中设定的数量时，则发出一个警告信息，即：这个特定的焊接周期经历了不希望的焊接条件。实际上，当该计算超过最大电平时，该焊接周期被舍弃。这个同样的功能用统计学的标准偏差程序于在每个波形的峰值电流状态下读取峰值电流许多次以测得标准偏差的大小。实际上，标准偏差就是由计算机程序计算的均方根(RMS)偏差。通过使用本发明，平均峰值电流以及电平条件和稳定性特性被计算和记录。在本发明的实施中，电流或电压的均方根值对于每个被监控的状态也被确定，在例子中为脉冲波形的峰值电流状态。当峰值电流电平或标准高程被监控时，本底电流状态可通过电流电平和持续时间进行监控。

本发明包括选择波形中的状态和对于所选定的状态，将所要求的和已知的指令信号同在那种监控状态中该焊接方法的实际参数进行比较。这种选择是根据波形发生器的已有知识。例如，用特定的供丝速度(WFS)WFS1将波形发生器纳入调整峰值电流的程序以控制电弧长度。当以这个特定的WFS1焊接时，“得到信息的”监控器选择峰值电流段作为监控的状态。然而，用另一个供丝速度WFS2，将波形发生器纳入调整本底时间的程序以控制电弧长度(而不是峰值电流)。当以这个新的WFS焊接时，则“得到信息的”监控器选择本底时间作为监控状态和参数。相反，后述的监控器没有打算使用不同的WFS，不同样式的波形应被监控以检测电弧稳定性。在这个例子中在WFS1监控本底时间，或者在WFS2监控峰值电流应是很不适合的。使用期望值的已有知识，新的方案是使用波形的时间段用来只监控波形这一时段。这使得可进行实际监控电弧焊方法，而不仅仅是整个波形的平均。

根据本发明，同仅仅读取实施焊接方法时的输出参数相反，通过使用已有的知识使监控器具有鲜明特性。因此，当焊机的正常性能是时间的函数时，该监控大大简化了检测焊机正常性能的任务，而且监控也不同于焊接方法仅为一种方式时。本发明不适合用于监控恒电压方法的电压，因为所要求的电压电平在整个焊接周期中为已知的特性。然而，在另外的焊接方法中，当电压和电流两者都在波形的不同时段变化时，本发明对于波形所选定的时段在实际参数被监控前，给出了以下参数的准确读数，即：稳定性，RMS，标准偏差，平均值，小于最小值和大于最大值等。

使用本发明，改变焊接方法，例如脉冲焊和短路焊的时间，被以高度的准确性被监控而无需读取普通的输出信息。该监控器和系统用每个波形中选定的时刻起动，该时刻是波形的选定状态或时段。该监控器将实际参数同以直接发给焊机电源的指令信号形式出现的所要求的参数进行对比。使用本发明，监控可仅对波形的特定时段进行。然而，也有例外的情况，例如当电弧熄灭或者当存在短路时，计算机化的子程序通过电压检测或者电流检测被执行以重新起弧和/或改正短路。用于这些情况的子程序与监控程序平行运行。因此，这些例外并不影响根据本发明构成的监控器的整个操作。将这些子程序设计成为例外的状态或时间段。处于这些例外状态中的参数或信号以如上所述的相似方式进行监控。

使用本发明，覆盖日历时间，班次甚至操作人员给予的制造信息都能被累积以用于评价焊机的作业或效率。通过监控波形的一个特定的时段或状态来监控每个焊接周期也允许累积在实施焊接的全部时间中不需要的信息。这也允许作趋势分析以便操作人员能在焊接方法实际产生有缺陷的焊接产品之前采取纠正措施。趋势分析，缺陷分析，累积缺陷，记录所有这些项目以及有关电弧焊机的实时监控都允许以及时的方式直接介入以采取同纠正措施相反的预防措施。

本发明使用可将波形划分为时段或状态的波形发生器，其中焊接工程师对每个特定的时段都知道指令信号。这些指令信号由波形发生器产生。本发明的一个重要方面是焊接信号或波形的时段分为性质不同的状态。这是个用于监控电弧焊机的新理念。在过去，监控器对波形的时段不被设置成为已知程序形态，因此，本发明区别于现有技术的是使用波形的时段以实施创新的焊接方法。创新的焊接方法的波形是由发生器产生的，该信号发生器设置了对每个独立时段的限定。这些时段或状态被监控。因此，本发明的监控器是检测波形的。对实际波形进行处理，而监控器忽略不计波形的某些方面而监控其它方面。

本发明在形成一个总的焊接周期的快速重复的脉冲的某些时段或状态时监控参数。监控以例如高于1KHz的高速率完成。实际上，对于脉冲焊监控询问的高速率一般为约10KHz。对于短路焊，例如表面张力过渡焊，询问速率约为40KHz。对于波形，被快速地监控的电流和所监控的电压能够相结合以产生代表对时间的功率、电阻和/或能量的值。这些参数的稳定性能由统计学的标准偏差计算确定。通过将计算的参数同最小/最大电平进行比较可进行电平分析。这种新颖的监控理念被用于输出电弧电阻以及当构成一个总的焊接周期的许多波形的特定时段或状态时施加于焊接过程中的能量。能够测量在实际焊接方法中覆盖波形的一个特定部分的电阻、功率、能量、电压和电流者，此前是不可能的。这些信息在质量控制，焊接方法的特性的维持和预测方面都是极重要的。通过对波形的时段进行快速询问，对该时段被监控的参数的不稳定性由标准偏差技术例如对均方根(RMS)偏差的算法确定。当被实施的焊接波形的特定部分存在不稳定性时，焊机将警告操作人员和/或焊接工程师。不稳定性不是焊接质量问题，但是，对于波形的单个时段，由于标准偏差读数而不稳定性提高时，它是可让操作人员和/或工程师采取校正措施的那种质量问题的预报。这种不稳定性与一致性有关。又，焊接方法的一致性与焊接质量有关而且是所完成的焊接方法的预示。

根据本发明，波形发生器产生了由焊机使用的波形并将该波形分段为状态。对于每种状态，该监控器以超过1KHz的速率读取电压和电流值许多次。然而，较慢的读取仍会得到良好的监控，因为单一个信号段被监控着。监控的速度或者速率仅仅允许更准确的描述电流或电压的瞬态变化。在测量电流和电压之后，电阻、时间变化和能量都可用于同最大和最小电平检测器的对比或者用于确定标准偏差。该电平监控同用于时段或状态的指令信号相关。这样通过标准偏差确定稳定性，该指令信号可用作资料或不必使用。对于每个焊接周期几个时段被监控而对于该焊接周期被累积以确定该周期整个焊接特性和焊接过程特性。

使用本发明，控制焊机产生具有一定电平的某些参数。实际参数被测量并同阀值电平比较。稳定性算法给出稳定性的读数。对于选定的被监控的不同状态产生输出特性。在计算机程序中，对于所选定的状态不同特性被分析并输出或储存。本发明为了将所监控的数据分段之目的使用可控制的波形。已知的可控制的动作为了用监控器进行分析同所监测到的现象进行比较。因此，波形的数据分段减少了此前在用于电弧焊机的监控器中所获得的混乱的输出信息。该数据以至少约1KHz的速率获得。在某些情况下，如前所述，该数据是以10-40KHz的速率收集的。由于这种快速的数据获取速率，数据的机载处理更可取。于是，电弧焊机将输出硬拷贝或在荧屏上替换用监控器处理的信息。监控器使用数字处理装置，例如计算机或与焊机相结合并具有足够存储信息的存储器的微处理机或者按要求输出信息的统计概要。这种统计概要可以是马上可用的或者作为查询的基础。通过使用已有知识和确定电弧的稳定性和特性，预期的问题可在有缺陷的焊接出现之前通过修正焊接过程加以避免。

本发明的监控器还用于记录焊接周期中的供丝速度并控制该速度。此外，内部信号，例如闭环反馈控制器的PID的输出和对脉冲宽度调制器的输入，为用于统计学的稳定性以表明电弧焊机在分段监控时的内部工作这样来处理。该监控器被用作生产监控器以自动记录一段时间内的焊接时间，例如一个班次的时间。该监控器也这样使用，不进行快速数据测量而只是记录波形状态所需的时间。在短路焊方法中，短路的时间被监控以确定一个焊接周期中或从一个周期到另一个周期的时间变化。在脉冲焊方法中，本底电流的时间可以在用一种供丝速度时改变。在用另一种供丝速度时峰值电流可以通过指定波形发生器改变。在这些时间中的变化通过本发明来监控。短路时间和本底时间两者都可以被监，因为波形被分段。这样，本发明的重要方面是已知波形的分段以产生为预测和/或修正电弧焊过程而进行分析的数据。在脉冲焊方法中本底时间的变化是由于焊丝伸出的变化，而短路焊方法中时间的变化是由于熔滴尺寸的变化和焊接熔池的移动。这样，使用本发明本底时间或短路时间的统计学的变化提供了可用于监控的关于电弧稳定性的信息。

总之，本发明通过快速地询问或读取波形分段状态时的焊接参数值来监控电弧焊机的作业。这种快速读取，询问或“查看”焊接参数的结果则被储存以用于外部或内部的显示和更重要的是对其进行分析以监控一个焊接周期中和/或一个生产班次中的焊接过程。该分析通过标准偏差例如均方根偏差来提供电弧稳定性信息。实际上，“标准偏差”作为绝对偏差来执行。根据本发明的另一个方面，由电平的观点来看通过比较波形状态时所设定的电平来分析该状态的快速读取值。在电平测定中，其一个方面包括确定读取或询问的参数值超过预设的最大值的次数。在相反的另一个方面，当由监控器读取的数据小于预选的最小值时，该跨越被记录。通过计算超越该预选的最小或最大电平的跨越次数，焊接质量可以在一个焊接周期中或者在一个给定的时间周期中被监控。这样，焊接参数的偏移都可在实际报废之前予以检测。

本发明在使用复合的或非复合的方法的焊接进程中用于监控电弧稳定性。当一个参数改变时，本发明将确定该改变是否修正了稳定性或者提高了电弧的不稳定性。通过使用本发明的监控系统，当焊接方法被改变或者在一个焊接周期的操作中测定电弧的稳定性。这样，本发明通过关注构成波形的特定状态为分析波形提供了一种检定工具。焊接作业的监控参数是电流、电压，全标度因子(GSF)，时间和他们的统计学特性。GSF是用于电弧长度调节，例如PID数字滤波器或误差放大器的闭环反馈控制器的输出。电弧质量的定量测定，规格和对比以及各种焊接条件可通过本发明得到。本发明提供了有关在整个焊接周期中实现可重复的波形的方法的信息。

使用本发明监控的主要参数是时间，电弧电流，电弧电压和全标度因子。对这些参数进行分析用于以平均为基础或以稳定性为基础分析在整个焊接周期范围内的稳定性。通过使用本发明来实现最小电平和最大电平的监控。虽然在快速重复波形的整个焊接周期被监控，实际监控过程是在每个焊接波形的所选定的部分实施。通过关注整个焊接周期中的单独的状态，所选定的状态中的变化提供了极高的灵敏度和超高水平的实时的信息和数据。被监控的参数在波形状态被监控时被读取多次。然而，监控的状态实际上应超过0.2-0.4ms而监控器的速率或读取数据的速率通常大于10KHz。通过使用本发明，对所选定的波形状态时分析的参数能够被用于一个焊接周期中或舍弃该周期。根据本发明的一个方面，发出警告信号的时间是在预选的偏差数达到之后而不是焊接废弃条件达到之前。由于电弧稳定性在波形的每个状态时被监控，整个焊接的平均稳定性可以获得。稳定性用0-100标度表示，此处100表示最稳定的电弧。

稳定性用一种计算方法进行计算。在如图2，3和9A的脉冲焊方法中，本底电流作为波形的一个时间段被监控。这个时间段是在t4和t1时刻之间。平均本底电流X为：

\overset{&OverBar;}{x} = \frac{1}{N} Σ_{j = 1}^{N} x_{j}

此处，N是本底电流状态的总数。

标准偏差SD是

SD = \sqrt{\frac{Σ_{j = 1}^{N} (x_{j} - \overset{&OverBar;}{x})^{2}}{N - 1}}

通常称为变化系数CV的无单位数是：

CV = \frac{(100) (SD)}{\overset{&OverBar;}{x}}

稳定性＝100-CV

因此，最稳定的本底电流是稳定性为100时的本底电流。这种相同的计算用于全部被监控的时段。

在本发明的一个方面，相对于统计学的标准偏差使用绝对偏差。本发明计算波形状态的稳定性能满足焊接稳定性要求以下的信号次数。这些瞬态值被累积以确定该焊接是通过还是失败。这些分析技术使用本发明。

本发明能够实现在此以前不能以高精度得到的几种不同的方法。例如，提供了参数的绝对偏差的连续读数。本发明还使用当焊接数据被监控时所适用的连续平均读数。为评估而显示作为每次焊接基础的最大绝对偏差。进而，还显示作为每次焊接基础的平均绝对偏差的读数。这种新的监控器记录了对每次焊接所计算的绝对偏差。这种信息表明了电弧的稳定性。使用本发明所获得的数据的其它用途属于人们所熟悉的现有技术。

本发明的一个目的是提供一种能实现上述功能的监控器。

根据本发明，提供一种监控电弧焊机的装置，该焊机通过在送进的焊丝和工件之间产生实际的焊接参数例如电弧电流和电弧电压来实现一种所选定的焊接方法。该焊接方法是由构成具有一周期时间的焊接周期的一串快速重复的波形定义的。该波形被分段为在时段和状态持续时间中具有与被处理的实际参数相应的指令信号的状态，该状态持续时间可以是固定的或变化的。该监控器选择一种特定状态，以高于1KHz的速率周期性地读取实际参数中的一种并将实际参数读取值同与实际参数中的一种相对应的指令信号的功能或值进行比较。这种对比产生一种源于所选状态的电弧特性。在最佳实施例中，对一种状态的实际参数进行分析以用标准偏差而确定稳定性。该参数的监控也用于电平偏差。在稳定性通过读取特定状态时参数的标准偏差而确定之后，对一个焊接周期中的全部状态的偏差进行累积。这就确定了被监控的特定状态的总的稳定性。

在本发明的实际实施中，将由各种信号所得的稳定性用一个“时间组合”方法(“time contribution”method)结合起来。在这个方法中，状态的累积时间越多，给该信号加权越多。当多个信号有相同的状态时，该权是均等分布的。这个概念用如下例子予以说明。

在脉冲焊中，监控峰值时间和本底时间用于稳定性，此处t_B是本底电流时间而t_P是峰值电流时间。

总的本底时间TB为

T_{B} = Σ_{i = 1}^{N} t_{B}

总的峰值时间Tp为

T_{P} = Σ_{i = 1}^{N} t_{P}

在算法中，峰值电流的稳定性为

100 - \frac{({CV}_{t_{B}}) (T_{B}) + (C V_{tP}) (T_{P})}{T_{B} + T_{P}}

通常

此处，i是分信道计数器而K是分信道数。当多个信道分享同一个的状态时，Ti将等分到这些信道中。例如，本底电流(BC)和本底时间(BT)两者对稳定性的贡献如下：

一个焊接周期中状态的标准偏差表示该焊接周期的质量，根据本发明的另一个方面，实际快速读取的参数值相对于最大或最小电平的跨跃被检测和累积。大于最小电平或小于最大电平的转变的数量或存在表明该焊接的质量，通过记录从一个焊接周期到另一个焊接周期参数的稳定性，或者是参数的电平偏差，本发明的系统能检测出焊接作业中的趋势，从而在实际的有缺陷的焊接出现之前采取修正行动。

根据本发明，对每个连续的波形的选定的时间段或状态作许多读取。实际上对于脉冲焊读取速率实质上大于1KHz而最佳是约10KHz。在短路焊中，我们发现读取参数的最佳速率大约在40KHz附近。

根据本发明的另一个方面，当实施一所选定的焊接方法以在送进的焊丝和工件之间产生实际焊接参数时，本发明提供了用于该电弧焊的监控器。该方法通过指令信号控制焊机电源。该监控器通过一产生一串构成焊接周期的快速重复波形的波形发生器进行控制。每个波形都被分段为时间状态，监控器测量并记录所选定其中的一个时间状态中的所选定的焊接参数的电平偏差。使用用于控制电源的波形发生器可将波形划分为状态，其中用于焊接中的参数的电平偏差被监控。根据本发明的另一个方面，在如上所述的电平偏差可用测量焊接参数的统计学偏差代替。对选定的一种状态记录标准偏差以确定焊接作业的稳定性。

本发明更进一步的方面是当焊机通过在送进的焊丝和工件之间产生实际焊接参数实施一种选定的焊接方法时，监控电弧焊机。该焊接方法以划分为功能状态的一串快速重复的波形的形式通过指令信号控制焊机电源。所选定的焊接参数的电平偏差在一个所选定的状态以选定的速率进行检测而将整个焊接时间内的结果予以累积。根据本发明的这个方面，所选定的焊接参数的稳定性在一种功能状态下对整个焊接时间进行监控。通过电平检测或者稳定性测量，该焊接方法的作业在每个焊接周期或者一个时间变化周期例如一个工作日内予以监控。

根据本发明的另一个方面，提供了一种当焊机通过产生用于控制电源或当焊丝朝向工件时的焊丝的供丝速度的一个内部信号实现所选定的电弧焊方法时，来监控电弧焊机的方法。该内部信号可以是送到脉冲宽度调整器的输入，通过测量内部信号在分段波形的一个状态中的稳定性对其予以监控。这些电弧焊机的内部信号也以高速率被询问以用内部信号在波形所选定的时间段或状态的标准偏差或者绝对偏差产生稳定性的指示。

本发明的首要目的是提供一种监控器或监控方法，它使用产生快速的波形而该波形又被分段为时间状态的原理用来控制电源。对该连续波形的时间状态进行监控而不是对整个波形进行监控。

本发明的另一个目的是提供一种如上所定义的监控器和监控系统，该监控器和监控系统在每个焊接波形的一个时段重复地读取一个输出参数例如电流或电压以产生一个稳定性读数，例如标准偏差和与在各单独读数阶段焊接参数的电平转变有关的电平读数。

本发明的再一个目的是提供一种如上定义的监控器和监控系统，该监控器和系统用于产生大量的焊接过程特性的输出读数，此处的焊接特性是在焊接过程中用于测量性能，维持和调整电弧焊机。

本发明还有另外一个目的是提供用于电弧焊机的监控器和监控系统，该监控器和监控系统监控用于控制焊机的波形的精确部分。这样，由于它包含基于现有知识的实质性的实时数据，监控精度大大提高。

这些和其它的目的和优点通过下面结合附图的描述将变得更明显。

附图说明

图1是说明本发明的最佳实施例的组合方框图和计算机流程图或程序。

图2是表示划分为固定的和可变的两个持续时间的时间段或状态的指令波形来自波形的发生器的电流指令图。

图3是用于具有虚线迭加的实际电弧电流参数的电弧电流的实际指令信号的电流图。

图4是本发明的一个方面的代替图2和图3所述的焊接参数的用于焊机内部的监控信号的方框图。

图5是说明如图4所示的实施本发明时的波形、供丝装置指令信号和实际供丝装置指令信号时的时基图。

图6是说明本发明的监控特性的部分参数曲线。

图7是说明用于如图2和图3所示波形的选择状态时稳定性处理的方框图和计算机流程图或程序。

图8是处理来自本发明的最佳实施例的电平监控器级的信息的方框图和计算机流程图或程序。

图9是在脉冲焊方法中实施本发明时所使用的流程图或计算机程序。

图9A是表示用于提供脉冲焊的波形发生器的逻辑状态控制器的输出的时间图。

图9B是表示如位于图9底部的那块所示的用于脉冲焊逻辑的实施本发明的方法的计算机流程图。

图10是利用实施如图9和图9A所示的本发明并同用于实现本发明的监控状态结合在一起的计算机流程图。

图11是当选择STT焊时类似于图1所示的用于实施本发明的最佳实施例的流程图。

图12是表示实现本发明的通过波形发生器产生的STT分段为状态的一种STT焊方法的电流曲线图。

图13是用于实现本发明的最佳实施例的扩展的流程图或计算机程序。

图13A是对于STT波形的等离子增强(plasma boost)段表示快速测量或读取实际参数的如图12所示波形的部分电流曲线。

图14是用于本发明的最佳实施例中当实现本发明时用来确定各种参数和电弧电流的关系的附加流程图或计算机程序。

图15是用于计算用本发明监控的焊接的舍弃条件的计算机子程序的流程图和方框图。

图16是说明使用本发明的生产效率的流程图。

图17是作为本发明的附件记录短路焊方法中产生的电弧和短路之间的关系的方框图或流程图。

图18和图19是说明本发明的监控器在广泛方面的简化程序。

最佳实施方式

现在参照附图说明本发明的最佳实施例及本发明的应用。图1表示的是使用在电弧焊机10中的标准的机载计算机实施的方框图和流程图或程序。实际上，焊机10是由美国俄亥俄州克里夫兰的林肯电气公司销售的基于逆变器的能源波电弧焊机。根据标准技术，焊机10包括将电流引到电源12的三相电输入端L1，L2，L3。一台机载计算机化的控制器操作该逆变器基本电源以在端子14产生正电位和在端子16为负电位。通过将一个所选择的预先确定的波形引到实际的焊接电路来实施所选定的电弧焊方法，该焊接电路表明具有一标准滤波电感器18。焊机A在由卷轴22抽出并送进的焊丝20之间实施电弧焊过程，该卷轴22通过以电机26的速度操作的供丝装置24以所要求的速度驱动。电弧热熔融焊丝20和工件30以将熔融的金属由焊丝堆积到工件上。为监控焊接过程的实际参数，分流器32由34a线上的模块34提供输出信号Ia。该信号在任何给定的时间都是实际电弧电流的代表。用类似的方法在焊丝20和工件30 之间的电压用模块36检测，从而在36a线上的输出Va是构成第2焊接参数的瞬时电弧电压。在图l中说明的焊接参数是实际电弧电流Ia和实际电弧电压Va。用于实施本发明的另一个控制参数是由电机26旋转所致的供丝速度(WFS)。因此，三个由外部可读取的焊接过程的焊接参数是34a线上的电弧电流Ia，36a线上的电弧电压Va和46b线上可读取的供丝速度WFS，如后所述。在46b线上的供丝速度(WFS)通过连接到供给器齿轮箱上的或者连接到为读取WFS而附加到焊丝上的从动轮上的驱动轮24的速度计或编码器46c读取。图1中，速度计表示为用供给轮驱动。它也能用电机26的输出轴驱动。该能源波电弧焊机包括一波形发生器以产生构成一焊接周期的一连串有一个周期时间的快速重复的波形。周期时间是指每一个波形的时间。能源波焊机A在布兰肯希普(BlanKenship)的美国专利5,278,390中有所说明，其中，该焊机控制由逆变器12通过控制线42输出的各个波形和通过控制线44控制电机26速度。控制线44有一由微处理器识别的信号给电机26的焊丝驱动器46以输出在46a线上的电机电压驱动PWM脉冲。实际上，在控制线44线上的信息是数字的而在46a线上的指令信号是模拟量。波形发生器40在控制线42，44上产生数字信号以控制用焊机10实施的所要求的焊接过程。外部参数Ia、Va和WFS能用适当的监控装置测量。在现有技术中，测量这些参数以表示焊机的一般性能。然而，本发明采用不是基于测量覆盖焊接全过程的参数的独特的和不同的监控理念。

根据本发明，状态逻辑控制器60将每个输出波形划分为或分段为一系列时间段或状态。监控器M(它是一个程序)装入焊机10的计算机中以读取波形的一个选定的时间段的参数。被监控的波形的这一段通过状态选择器62的定位来确定。实际上，监控器M监控由波形发生器40输出的波形的各个时间段或状态。实际上，状态选择器62选择形成波形的几个时间段并将各种状态输出到控制接口70。因此，控制接口70在由波形发生器40输出的每个波形选定的时间段里引起参数的测量。在控制接口70的信息或者数据包括被监控的一种或多种状态和各种输出参数Ia，Va和/或WFS的特定指令电平。监控器M的控制接口70包含识别同用于被读取的焊接参数的指令电平一起被处理的特定状态的数据。在控制接口70中的这些数据用电平监控级80进行分析以确定在一个电平基础上的参数关系。对由波形发生器40产生的波形选定的状态将实际的参数同指令参数进行比较。在一个波形的特定时段或状态，电平监控级80读取在线34a，36a和46b上的实际参数。这些实际参数的瞬时值储存在表示为报告逻辑82的内存中。实际参数的读取用振荡器84所表示的那样快速地进行，实际上对于脉冲焊实际参数的读取速度为10KHz。人们发现对于STT焊，读取速度为40KHz。然而，该速度可调整，速度越快，电平测量的灵敏度越好。电平监控级80也确定实际焊接参数与最小或最大电平间的偏差。照这样，不仅能储存实际值，而且能储存表示一个给定状态的实际读取的参数与同最小电平或最大电平相比的偏差值的数据。报告存储器或报告逻辑82记录了在波形的一给定状态时同一设定电平的偏差，以及选定的波形状态时的实际电平。对于整个焊接周期，这些读取值被累积计算或否则被处理以确定焊接的质量和任何可能的焊接缺陷趋势。

稳定性监控级90以振荡器94所确定驱动的大于1KHz而最好是大于5KHz的速率的速度在线34a，36a和46a上读取实际焊接参数。稳定性监控级90对被输出波形的一种状态实际焊接参数的标准偏差或绝对偏差进行分析。当然，当或用电平监控级80，或用稳定性监控级90时，少量波形可被越过。在最佳实施例中，在开始步骤之后，为了分析在各种所选定的波形状态的实际焊接参数全部波形都被监控。在一种焊接方法中给定的波形的几种状态都被监控，而对于电平的一致性，趋势和稳定性所分析的每种状态都分别地记录其结果。当测量稳定性时，标准偏差算法用在监控器M中以算法Ia，Va和/或WFS。这种信息可用于分析对于一给定的焊接时间点覆盖整个焊接周期焊接波形的各个时段的每个时段。实际上，某些情况例如监控脉冲波形的峰值电流以确定脉冲焊方法的稳定性和电平偏离。在STT焊方法中，监控器M记录每个波形的短路时间，因为这些时段根据焊接方法的外部条件随时间改变。短路时间的变化告知焊接调整工程师进行调整。

根据本发明，由标准波形发生器40产生的一串快速重复的波形被划分为如图2和3所示的时间状态。输出的电流指令波形是脉冲波形100，它具有如图3所示的a时段的固定持续时间的峰值电流102和图3所示b时段的可变持续时间的本底电流104。在时点t1-t4该波形被分为各时段，以便控制接口70接收由波形发生器40在任意给定时间处理的特定状态。如图3中的虚线110所示，由图1中的模块34测得的实际电弧电流偏离了脉冲波形100的指令电流信号。在选定的功能状态时，例如状态a或状态b，实际电弧电流Ia是由振荡器84或振荡器94确定的速率读取。实际上，这是一个信号软件振荡器。电平监控级80记录在实际参数110和脉冲波形100的指令电平之间在纵坐标方向上的偏差。当选定状态时稳定性监控级90读取实际参数的统计学的标准差。对于脉冲焊方法通常监控状态a和b。然而，在t1-t2之间的斜升状态和/或t3-t4之间的斜降状态也能被监控以控制或至少读取当波形于这些状态时实际参数的状况。如上所述，本底时间段b有一用t1时刻的可变时间位置表示的可变的时间。因此，被监控的状态可以有一固定的持续时间或者可变的持续时间。当为一可变的持续时间时，对状态的监控直到该持续时间的结束。报告逻辑82感知它为由一个时刻即t4到下一时刻即t1的一个电平。当时刻t1相对于时刻t4改变时，每个波形的这个时刻记录下一个电平，而该电平是同一已知时刻的，由选择波形发生器40的焊接模式从控制接口70获得的电平相比较而得到。

监控器M监控特别选定波形状态时的实际焊接参数，然而，该监控器M也有程序设计以操作计算机确定内部信号，例如在46a线上到电机26的实际输入的稳定性和/或电平参数。在46a线上的信号的这种内部监控是使用如图5所示的信号以图4所示的流程图来进行的。在供丝装置24中的微处理器包括一个子程序，它是一个类似于误差放大器的PID比较网络。这个PID比较器图示说明于具有第一输入154的图4中的程序块152，该第一输入154是一个表示实际电弧电压的数字信号和在44线上的指令信号。该PID的输出156是脉冲宽度调制器158的输入的电压电平。该电平在供丝装置24的微处理器中被数字化。该脉冲宽度调制器158的输出是用于控制供丝装置24的供丝速度在46a线上给电机26的指令信号。根据本发明的一个方面，监控器M包括图示说明于图4中的处理程序，其中，156线上的信号是用处理程序块160读取的，而其结果在162线上被输出到电平监控器级80和/或稳定性监控器级90作为输入，这如同图1所示的与本发明有关的上述讨论那样。因此在156线上的内部信号以超过1KHz高速率读取以检查这个内部信号的电平和/或这个信号的稳定性。如图5所示，用于脉冲焊的脉冲波形100是作为来自波形发生器40的一个接一个的波形扩展的。与供丝速度有关，来自波形发生器40的在44线上的指令信号表现为图5所示形式。它包括一个开始的斜升部170和一个末尾的斜降部172。这两部分引起44线上的指令信号猛烈的升高或降低。在44线上的信号这些异常的指令部分之间，通常有一个供丝速度指令电平为了测试156线上的这些内部信号的稳定性和/或电平偏差而被应用。在图5中，焊丝加速段170一直保持到速度稳定。这个时刻也被监控。在以后的监控器中未能观察到的其他的内部信号通过本发明使用如图4和5所示的相同的原理监控。电平监控级确定在156线上的信号在一个延续的长时间中是否超过最小值或最大值。对于供丝装置24这通常指的是供丝装置系统中的卡堵。

图6表示一种电平监控级的原理，其中，阀值180为最大参数电平而阀值182为最小参数电平。当参数，是如所述的电弧电流，以184表示的瞬态值超过阀值时，就记录一个过电流过程。与此类似，当电流小于最小电平182时，如瞬态值186所示，就记录一个欠电流过程。如后面将谈到的那样，这些过程被计算以提供向如图1所示的电平监控级80的输出。因此，电平监控级就检测出在预设阀值以上的偏差184和预设阀值以下的偏差186。这些电平在控制接口70中由特定状态设定。波形的某些状态使用具有阀值的电平监控级而同一波形的其他状态则可使用稳定性监控级。最好，而且实际上，两种监控级都被用于被监控器M询问的波形选定的一种或多种状态。

当选定由波形发生器40产生的波形的状态时或者当如与图4和图5所示有关说明的整个焊接时，本发明监控用于内部控制信号的实际参数的电平和/或稳定性。如上所述的本发明的监控器对用于分析焊接周期或焊机在整个工作时间周期中的整个操作过程提供数据。各种分析程序在数据被确定和储存后被用于处理数据。根据本发明的最佳实施例，来自稳定性监控级90的稳定性数据用图7所示的两个程序进行分析。人们所熟悉的分析稳定性数据，其中包括用于记录、显示和介入处理或者计算的各种计算机程序都在其中。在所述的实施例中，分析程序200使用监控器M的稳定性监控级90的结果。作为一个例子分析程序200监控在时刻t2-t3之间的时间状态的操作过程，该时间状态是如图2和图3所示的波形的电流的峰值段。分析程序200被表示为计算机流程图，该流程图显示用于分析处于峰值电流状态时稳定性监控级90的结果的两个系统，进行计算34a线上的实际电流的统计学标准偏差。实际上，在稳定性监控级90产生计算偏差之前有少许延迟。如采样选择器或滤波器90a说明采样特性，除非忽略Ia不计否则读取t2-t3状态时的Ia。在t2-t3时段开始时这个程序的延迟同滤波器90a相结合使监控器能不计电流中的波动，这一点是当输出波形的各个阶段的每个电平改变时会经历的。在如图7所示的编制的程序流程图中，由稳定性监控级90输出的稳定性是由程序块210所示的计算机程序读取的，该程序块210在t3时刻出现时所确定的每个波形的终点处在210a线上以逻辑指示时被重新设置。因此，每个波形的稳定性是由程序块210获取的。这些被获取的稳定性数据根据两个独立的分析程序进行处理。第一个程序包括通过分析程序212。如果对于一给定波形的稳定性通过设定在程序块212中所要求的阀值，这个信息就被输出到214线上。如果特定波形的稳定性小于所要求的阀值，则一个逻辑信号就出现在216线上。在每个焊接周期中，通过224线上的逻辑启动计算器220，222。因此，在焊接周期中用于每个波形的稳定性通过信号或用计算器220，或用计算器222进行计算。当然，每个状态t2-t3的第一段被舍弃以便使参数Ia稳定。两个计算器的计算结果象分别用读取程序块220a，222a表示的那样，被读取，储存或者另外保存。根据实施本发明的一个方面，如果由计算器级222累加的不稳定性超过一所要求的数，该焊接周期如程序块226表示，被舍弃。如图7 所示的计算机程序220第二分析执行过程表示为程序块230。这是一个焊接周期中启动的程序。在全部波形中累加的焊接周期的总的不稳定性作为一个总量来进行分析，其中，以100作为最稳定的电弧。这个稳定性累加器和分析级的输出如用程序块236表示的那样被读取、储存或另外保存。当读取级234在设定的稳定性以下时，于是焊接周期如程序块238表示的那样被舍弃。一个熟悉该技术领域的人能够设计用于分析来自稳定性监控级90的监控器M的结果的其它程序。计算机程序200显示两个分析使用本发明获得的有关稳定性数据的执行过程。两个执行过程可以根据构成的监控器检测出的电弧稳定性或焊接质量问题的性质有选择地启动(或一个，或另一个，或两者)。其优点是只在波形所选定的状态读取稳定性。否则，对于整个变化的脉冲的稳定性不可获得。

根据本发明的另一方面，监控器M确定了实际参数和/或信号和来自波形发生器40的所要求的指令信号之间的电平关系。例如，人们发现，对电流部分的电平监控对于检测出焊接时焊丝的偏心是灵敏而有效的。人们还发现，对PID/反馈控制器(电弧长度控制或焊丝速度控制)输出处的电平检测器，对于条件是否超出调整的动态范围的检测是很有效的。在调整电弧长度的情况下，焊接程序可设计为焊条伸出长度在3/4”左右而电弧长度控制仅能适用于焊条伸出长度在从最小1/2”到最大1”范围内改变。当焊接的焊条伸出长度小于1/2”时，GSF(反馈控制器的输出)将被限制在最大电平，则得到一个不能调整电弧长度并且具有电弧稳定性不良的指示。监控器的电平关系是本发明的最主要优点和特点。根据最佳实施例，用于分析监控器M的电平监控级80的结果的计算机程序如图8所示。在这个图示说明的实施例中，电平分析程序250用两个独立的子程序处理来自监控电平监控级80的输出，该两个子程序分别对应于带有滤波器80c的最小值监控级80a和带有滤波器80d的最大值监控级80b。这些监控级中的任何一个均可分别使用或者实际上，两者结合使用。最小值监控级80a与确定如图6所示的跨越点186有关，它是一个实际参数小于临界最小值182的瞬态值。当最小值监控级80a由程序步骤252选定时，来自波形发生器40的在202a线上的最小电平被使用。这些瞬态值对于每个所焊接周期用程序块254计算如所指出的，该计算器在焊接周期中由254a线上的逻辑启动。计算器254是用于焊接周期中对全部波形进行运算的，波形数通过由线258表示的计算来自波形发生器40的输出出现t3时刻的计数来获得。如前所述，该状态的第一部分通常被忽略不计以除去在任何特定状态开始时正常的不一致。程序块260是计算机流程图的子程序，它用由最小值监控级80a得到的累加的最小值186除以由计算器256得到的数N。它提供了一个焊接周期中的平均最小瞬态值并将其提供给子程序262。该平均最小瞬态值如程序块262a指出的那样被读取、储存或另作输出。当该平均值在由波形发生器或程序步骤264提供的一定的临界值以上时，程序266则确定该焊接周期是不能接受的。若是可以接受的，则不发生任何作用。然而，当可接受的程序266确定该平均值仅仅接近于步骤264的数时，则一个警告信号由程序块266a提供。总的不可接受性由程序266b提供一个焊接舍弃信号。一个熟悉本技术领域的人可以设计其它计算机程序用来实现分析与设定的临界值有关的实际参数的最小电流偏离或瞬态值。图8中，最大值监控级80b 同最小值监控级80a结合操作。最大电平是在来自波形发生器40的线202b上，而且当最大值监控级80b由程序270选定时使用。类似的数据信息和编程保持相同的数。计算器272计算在t2-t3状态时瞬态值184的值。子程序280在焊接周期所形成的各个波形中提供瞬态值184的平均值。在程序块282中的该平均值如程序块282a所示那样被读取、储存或另外使用。在程序块286中，可接受性子程序被处理，其中，将由波形发生器40输出的或者由计算机程序另外得到的由程序块284表示的数同由程序块282得到的平均数进行比较，当平均值接近于由程序块284表示的设定值时，就发出一个由程序块286a表示的那种警告信号。当该值已达到设定值时，舍弃子程序就由程序块286b表示的那样执行。实际上，最小值监控级80a和最大值监控级80b一起被执行，程序块262和282两种瞬态值的平均值通过读取，对可接受值进行分析，以给出警告信号和/或舍弃一个给定的焊接周期。因此，实际上，对最小电平偏差，最大电平偏差和总的电平偏差都进行了分析。所有这些都是由如图8 所图示说明的计算机程序来完成的。电平监控级80a，80b输出电平的条件是当以报告逻辑82进行评估时被储存和/或显示。

如图9所示的计算机程序或流程图300当在下述情况下处理本发明，即：焊接周期是使用摩托洛拉683XX系列普通用途微处理器作为管理用处理器和得克萨斯仪器数字信号处理器(DSP)作为波形发生器40时。在此说明的各种计算机操作和程序都是用摩托洛拉普通用途微型控制器处理的；然而，用于装备在布兰肯希普的美国专利3,278,390中图示说明的能源波焊机的改进型是RISC基础处理器，例如摩托洛拉功率个人计算机类。不论所使用的数字处理器是什么，都可以用此处描述的改型的程序来实施本发明，而这些改型是熟悉本领域的技术的人所容易作到的。在图9中，焊接周期如由开始步骤302所示那样开始。这使电弧开始程序304起动。当使用本发明的脉冲焊方法时，例外是焊接周期中可能是偶尔发生的，不需要的短路和熄灭电弧是某些例外。因此，实施本发明的流程图包括图9中实施脉冲焊周期时的例外询问和例外处理。在电弧开始之后，36a线上的电压被询问。当这个电压在临界值以下时，表示短路，决定程序块310起动确定的短路程序312。当36a线上的重复询问是否定的，该程序进到电弧熄灭决定程序块314以询问34a线上的电弧电流。当电流在临界值以下时，电弧已被熄灭，这使再起弧程序316起动以重燃电弧。当询问程序块314是否定的，则该程序检查以确定焊接周期是否终止。这是决定程序块320。当触发器关断时，电弧断开程序322被执行以终止焊接周期如324步骤所示。这些例外询问完成后程序性地进到执行脉冲焊逻辑326，其详细情况如图9B所示。在这种脉冲焊周期中，为了消除所有的例外，程序性地和重复地检查这种例外。这是在脉冲焊中的标准实践。本发明包括实施如图9和更详细的如图9B所示的脉冲焊逻辑326。

现在参看图9A，该图说明了状态逻辑控制器60的输出。三条曲线A，B和C以一个共同的时基表示。曲线A基本上与图2和3所示的曲线相同并且和类似部分含有相同值。在曲线A中，功能状态(10)-(13)由波形发生器40输出并通过状态逻辑控制器60识别，如图中的曲线B，C所示。事实上，波形发生器40的输出包括在峰值电流段102的开始部一个识别的时间延迟330和在本底电流段104的开始部的一个延迟332。状态逻辑控制器的输出识别状态(10)-(13)并将信息传递到监控器M以对由曲线A输出的参数起动快速测试实际参数的程序。当然，尽管图9A中说明的仅仅是对于实际电流的曲线A，但对于被监控的所有参数都有曲线A。来自控制器60的该电平告知监控器状态已被读取。人们可以看到，电平340，342，344和346是被监控的特定状态的指示。曲线C与监控器的操作同步而且包括下述的数字逻辑，即：包含一个用于起动同脉冲波形的峰值电流段相应的状态(11)的监控的脉冲350。当然，电流，电压或其它参数在那时被监控。脉冲350有一前沿350a，它是在t2时刻后由时间延迟330的一个延迟。后沿350b是在t3时刻。因此，监控器M仅仅在脉冲350的时间监控波形的峰值电流段。这考虑到了这个状态的开始的不稳定段。同样地，状态(13)在有一个前沿360a和一个后沿360b的逻辑脉冲360下被监控。该前沿发生在为稳定性目的的时间延迟332之后。这些些波形通过如图1所示的状态逻辑控制器60执行的脉冲焊逻辑326所实现的。现在参看详细的脉冲焊逻辑326，它更详细地显示在图9B中，其中，状态(10)是对如图9A所示的时刻t1和t2之间总是增加的电流所进行的监控。该程序延续到t2时刻来到时由决定程序块372提出询问。当t2时刻没有达到时，将指令信号同实际信号进行比较，斜升程序连续提高指令信号。实际上，状态(11)的电压和电流以及状态(13)的电流，电压及持续时间均由监控器M监控，当时间超过t2时刻时，则状态(11)如程序373所指出的那样进行。在这个程序中，当有由决定程序块310所指示的短路时，则如图9所示的确定的短路程序312被执行。当时间询问如决定程序块374那样表明t3时刻已来到时，则监控器如由程序375表明的那样处理状态(12)。事实上，这个状态是不被监控的。当如由决定程序块376所表明询问时间的状态逻辑控制器判定时间已超过t4时刻时，则本底状态(13)如由程序块378所表明的那样完成。再有，决定程序块310测得了短路。当存在短路时，它由程序块312消除。当状态逻辑控制器60如程序块380表明的那样确定时间大于t1时刻时，则脉冲焊过程如由线380a表明的那样形成一个循环。同样的方法被用于其它焊接过程以监控来自波形发生器40的波形所选定的状态。迄今所描述的脉冲焊说明了当监控器M被用作焊机10外部的计算机或者同其相结合时的能力(如图1所示)。在最佳实施例中和实践中，监控器尤其是同焊机相结合的，而且焊机是如布兰肯希普的美国专利5,278,390中的一种。将带有图9B的详细程序的图9所示的程序的执行和如图9A所示的结果图同如图1所示的监控器结合在一起就成为图10所示的结构。为维持一致性保持已经描述的各部分的标号不变。这个流程图说明了用于实现本发明的计算机程序的全部实施过程。监控器M表示为两个监控级，即：由来自线400的指令信号监控峰值或者由线402上的指令信号监控本底成分。时钟404执行用于以所要求的速率指示波形的程序，以便监控能以振荡器410所表明的高速率进行。用监控器M将该指令信号同实际参数进行比较并且以由振荡器410表明的高速度进行读取。对用于波形特定状态的指令信号输出为同实际参数进行比较以提供在状态中参数的电平监控和稳定性监控用焊机的微型控制器以高速率进行。

本发明包括指明由波形发生器40输出的波形的状态。有关脉冲焊方法的波形已予描述。然而，本发明能够使用用于焊接方法中的大多数波形。图11和图12揭示了本发明用于监控STT焊方法中的波形，该波形示于图12。这些描述说明了一个给定状态的持续时间如何成为监控参数的。焊机10在以STT焊模式操作时有一图12所示的波形500。该波形包括具有构成短路条件的状态S1和S2的时段或状态S1-S5，它有在熔丝断开从而将金属和短路的焊丝分开时立即确定可变化的持续时间。这是用可变化的时刻t3表示的。该短路脉冲502形成在具有一其结尾于本底电流508的峰值电流506的等离子增强脉冲504之先。506点是确定t3时刻的微分dv/dt点。图11的焊机10有一具有来自检测器514的dv/dt控制线的附加开关510。在线512上的逻辑确定短路脉冲502并定位t3时刻。这个可变的时刻也影响STT焊方法中短路条件的频率。逻辑控制器66被表示为选择器程序逻辑60。STT波形所要求的时段或状态如程序块62所表明的那样被选择。该时段如程序块522所表明的那样被处理以用524线上的逻辑接通监控器而用526线上的逻辑切断监控器。这些逻辑如在前描述的那样都是计算机程序。它们与波形的状态相关联。当短路条件502被监控时，时段S1和S2被选定。它们终止于收到512线上的信号。高速振荡器530起动读取操作或程序532，534以用于以如前述的40KHz的快速率读取实际电流和实际电压。所读取的瞬态参数的结果如图所示被储存在程序块540中。电平和稳定性通过程序550根据控制接口70中的指令信号进行分析。其结果显示在程序块552，报告在程序块554和/或储存在程序块556中。这个操作在用542线上的逻辑表示的整个焊接周期中进行。在STT波形中如同使用本发明处理的其它波形一样，将监控波形的持续时间同用控制接口70中的“时间”数据表示的输出的指令时间进行比较。将由控制接口70提供的名义持续时间同线560上的实际持续时间进行比较。这些信息也被储存在程序块540中以供分析，显示，报告和储存。这个相同的原理也适用于例如图2和3所示的有关监控脉冲波形所说明的本发明的实施例中。这个相同的持续时间的监控也适用于图9A所示的波形状态(13)。

本发明的各种计算和程序运用于通过使用本发明所获得的监控信息中。说明这种多功能性的有代表性的系统示于图13以用于监控图12所示时间段S4的功率增强峰值电流。这个时间段或状态是能够使用图13所述的程序监控的许多波形状态中的一种。用焊机10实施的焊接方法是由模式选择程序块600选定的。它选择了用于该焊接方法的所要求的波形如程序块602所表明的。在程序块604中的相关的时段被提供给程序块606供选择。在所述的系统中，时段S4被选择而且被监控如程序块610所表明的。线612上的逻辑对一个给定的波形起动监控过程。波形的监控控过程是由线614上的逻辑终止的。该612线上的逻辑被正常地稍许延迟以便使参数稳定。当选定被处理的每个波形的时间段或状态时，电压如程序块620所表明的那样被读取，电流如程序块622所表明的那样被读取，而在线612和614上的逻辑之间的持续时间则对每个波形在程序块624予以记录。对于时段S4时间是固定的。然而，一个可变的时段会有由程序块624读取的可变的持续时间。读取作业事实上以40KHz的高速率进行。这是软件振荡器630的输出。读取作业的结果被分别储存在程序块640，642和644中，所有这些程序块都经受了上面所述的分析。其数据被储存、报告和另作它用。这些功能对于每个所储存的信息程序块被表示为650，652和654。在所述的实施例中，将电压除以电流以得到电弧电阻，该商数被储存在程序块670中。通过将两个参数相乘而得到功率并储存在程序块672中。确定覆盖时间周期的功率提供的能量被储存在程序块674中。用程序块660-662即时计算这些重复的读数并将这些数据储存在程序块670-674中如所示。这些程序块的信息被分析，打印，储存并另外用于确定一个焊接周期中焊机10的作业特性。

本发明能适用于计算焊接过程的多个特性。用于这个目的的一个程序或系统说明于图14中，其中，选定一个特定时段或选定一组时段的信息数据如程序块800所表示那样。在所述的系统中，电弧电流以一系列电弧电流读数的形式在802线上以高速率为了分析而接收。这些读数为确定某些选定的焊接特性而被引导到程序块804。在这个说明的实施例中，瞬时的读数值被测定如程序块810所示，这些瞬态值用计算程序块820进行计算如所示以在一个焊接周期之后用于适当的动作。这个瞬态的监控器是在先所述的电平监控器的综合，其中在某个电平以上和以下的电流被识别和计算。动作程序块822发挥以前所述的各种校正改进和已知的作用。在这种系统中，均方根以所要求的计算速率进行计算并输出到程序块812中。程序块814计算如前所述的标准偏差或绝对偏差。测试均方根电平用检测仪830确定，它被用于如所述以程序块832发挥适当的动作。同样地，在程序块814中计算的标准偏差作为稳定性被记录在程序块840中如所述，程序块842发挥适当的动作。这两种计算都以通过用于监控器的振荡器所表明的快速率进行，并且如所述用程序块850打印，用程序块852储存或者对于用焊机10处理的各种焊接周期另外使用于记录和储存所要求的信息。

当用于电平监控或时间监控的时段或状态被选定时，各种临界值通过焊机程序设定。这图示说明于图15，其中，程序900是对用程序块902中的逻辑或信息识别所选定的焊接方法的说明。它根据标准实践由程序块904选定了波形如所述。被监控的相关时段，即状态则由程序块906所表明的程序选定。对于脉冲焊，它可能是峰值电流，本底电流和波形的基底段的持续时间。第一时段由程序块910所表明的那样被选定。而为检测电平变化的阀值由程序块912所表明的那样设定。其后，将适当使用由监控器M输出的结果设定在由程序块914表明的程序中用以评估程序块920表明的整个焊接周期。第二时段用同样的方法以930区表明的那样进行设定。直到所有N段的被监控的时段如上述和932区表明的那样进行设定。在程序900被执行之后，焊机10处理焊接周期而监控器M监控由监控器工作所输出的被选定的数据。

一个生产记录通过使用本发明而获得。这是由图16中的程序950说明的。其中，用于焊机10的焊接模式是由程序块952输入的。它选定了所要求的波形954以控制焊机10的电源12。累加器960如线962所表示，记录了总的焊接时间，它与来自程序块966的线964的时间有关。用这种方式，焊机10在整个时间周期中的效率是用用于在记录972中的百分算法970计算的。该记录是一给定焊机10的专门的运算器，由分开的运算器程序块974，976输入。其它信息也能记录在记录972中，例如任意长的时间中所监控的参数。这些信息有助于焊机10的预防性调整。同样地，使用带有焊机10的附属设备以获得等离子时间与短路时间之比也是合乎要求的。这种信息在短路型焊接例如STT焊方法中是很有用处的。图17中的程序980被用于获得该比值。在程序980中，比较器982有一用于电弧电压982a的输入和一参考输入982b。大于参考值的电压表明一个电弧条件。选择器网络990有一表示为电弧的输出990a和一表示为短路的输出990b。当电压小于线982b上的参考电压时发生这种情况。电路992提供在程序块994作的百分比计算的电弧对短路的相对时间。这个信息覆盖所选择的整个时间周期在记录996中进行记录。被监控的所要求的焊接时间用适当的计时程序998提供给记录996。

用于本发明以说明图7程序的简化的一个普通方案图示说明在图18中，采样选择器或滤波器90a将读取值提供给稳定性程序1000，在该处连续的读取值由程序1002获取以用于由程序级1004控制的整个焊接过程。这些累加的或平均的数据用算法1006进行分析以确定在由滤波器90a所选定的状态所产生的参数的稳定性。同样地，对于所选定的读取值的数量N的稳定性由程序级1010对读取值进行累加和平均来确定。这个平均数据由算法1012进行分析。当计算超过所选定的数量N时，所考虑的周期通过重置程序1014控制。图8的详细程序的类似简化示于图19。此处，来源于图18的方法的类似程序有相同的数字。在图19的方案中，对数据的连续累加和平均进行分析是用于由程序1020求得与最小值的偏差或由程序1022求得与最大值的偏差。对瞬时数据采集步骤1010进行分析是用于由程序1030求得与最小值的偏差或由程序1032求得与最大值的偏差。由程序1020，1022，1030和1032分析所得的结果然后被记录，读取，储存等，如前所述。也可如图18和图19已经描述的那样说明使用时段数据以控制电弧焊机的方法的广泛性质。

本发明是有关焊机的监控。时段或状态是由焊机10实施的波形的区段。监控器M在选定的状态读取数据并将这些数据用于显示，储存或另作它用。该焊机包括一台执行描述于其中的程序作业的微机。术语“电路”被用作计算机程序的一个区域。“电路”这个词的使用表明硬连线的电路能被使用。但这在实际上不这么作。用于本发明中的“标准偏差”仅仅是定义稳定性的一种方式。各种稳定性程序都是有效的而能被使用。实际上，均方根偏差被用作标准偏差或者确定绝对偏差。术语“状态”和“时间段”多少可互换使用。“焊接周期”当焊接作业被实施时是指时间。它是由焊接作业的开始到停止之间的时间。波形(状)和波形(式)多少可以互换使用。“焊接时间”同“焊接周期”是同义语。快速处理波形意思是指对每个状态进行许多测量。实际是，该速率大于1KHZ而最好是10KHz或更高。术语“参数”是指通常在焊接中进行测量的电弧特性信号或功能。它们是，而不限于，电弧电流，电弧电压，时间和供丝速度。用于焊机中的属于内部的信号用以实施焊接作业。它们通常不是在焊机中可获得的。计算机，微处理器或微计算机是可互换使用的术语，因为处理器不构成本发明的一部分。术语“指令信号”是一种信号，它是指参数或内部信号所要求的电平或特性。电弧特性是指由监控器M监控的稳定性，电平或者瞬态信号。术语“读取”和术语“储存”使用的是它们的广义，即指数据被读取和数据被储存。术语“分析”是指使用来自监控器的数据用来产生所要求的信息以评价焊接作业。

实际上，对于某些信号读取速度是如此之慢，约为100Hz。电流和电压通常以大于约1KHz的速度读取。信号GSF和PWM输入以约100Hz的速度更新而实际的供丝速度WFS根据检测器46c和实际速度范围以1KHz以下被更新。

Claims

1.一种当焊机(10)实施所选定的电弧焊方法时用于电弧焊机(10)的监控器(M)，所述方法通过在前进的焊丝(20)和工件(30)之间产生实际的焊接参数，所述方法包括一电弧而且所述电弧是由一系列快速重复的构成具有一周期时间的焊接周期的波形(100)定义的，其特征在于，具有：逻辑状态控制器(60)，用于将所述波形(100)的每一个都分段为具有同所述实际参数相对应的指令信号和一持续时间的时间状态((10)到(13)；S1到S5)；用于选择特定的波形状态的状态选择器(62)；用于读取所述实际参数中的一个和/或所述持续时间的控制接口(70)；用于将读取的所述实际参数和/或所述持续时间同与所述一个实际参数和/或所述持续时间相对应的所述指令信号的功能进行比较的电平监控级和/或稳定性监控级(80，90)；以及用于使用这种比较以便在所述选定的状态产生所述焊接方法的一个特性的报告逻辑(82，92)。

2.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述监控器设计为以大于100Hz的速率周期性地读取所述实际参数中的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的一种监控器，其特征在于：所述监控器设计为测量和记录所选择的焊接参数的电平偏差和/或所选择的焊接参数的统计学偏差和/或所选择的焊接参数与所述所选择的参数在所选择的一个所述波形状态内的运行平均值之间的偏差。

4.根据权利要求3所述的一种监控器，其特征在于：由电路程序以选择的速率测量所述偏差。

5.根据权利要求2所述的一种监控器，其特征在于：所述速率为大于1KHz。

6.根据权利要求2所述的一种监控器，其特征在于：所述速率为大于5KHz。

7.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述参数是电弧电流。

8.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述参数是电弧电压。

9.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述焊丝(20)以一指令的速度向所述工件(30)供给，所述参数是供丝速度。

10.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述指令信号的所述功能是一个最小电平，而所述焊接特性是当所述实际参数小于所述最小电平时的一瞬态信号。

11.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述指令信号的所述功能是一个最小电平和一个最大电平，而所述焊接特性是当所述实际参数是小于所述最小电平或大于所述最大电平时产生的瞬态信号。

12.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述指令信号的所述功能是一个最大电平而所述焊接特性是当所述实际参数大于所述最大电平时产生的瞬态信号。

13.根据权利要求10所述的一种监控器，其特征在于：由计数器(254，272)对一焊接周期的所述瞬态信号计数。

14.根据权利要求13所述的一种监控器，其特征在于：包括一个电路(266b，286b)，当每个状态的所述瞬态信号的平均值超过一给定值时，所述电路(266b，286b)就舍弃所述焊接周期。

15.根据权利要求13或14所述的一种监控器，其特征在于：包括一个电路(266a，286a)，当每个状态的所述瞬态信号的所述平均值超过第一值，但小于一大于所述第一值的给定值时，所述电路(266a，286a)发出警告信号。

16.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述所选定的焊接方法是一种具有峰值电流(Ip)和本底电流(I_B)的脉冲焊方法，而所述波形状态是从由所述峰值电流(Ip)，所述本底电流(I_B)或者所述两种电流组成的一类中选定的。

17.根据权利要求16所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路(250)，每当所述波形状态的电流读取值超过第一电平或者读取值小于第二电平时，所述电路(250)就产生一瞬态信号。

18.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：所述所选定的焊接方法是一种具有短路波形状态(S1，S2)的STT焊方法，所述波形状态(S1，S2)具有一可变的持续时间，一倾斜上升的电流直到等离子增强状态(S4)，这种等离子增强状态(S4)有一固定的持续时间和一有控制的峰值电流(506)。

19.根据权利要求18所述的一种监控器，其特征在于：所述特定的波形状态是等离子增强状态(S4)并包括一电路，它用来在每当所述峰值电流(506)被读取而超过第一电平或被读取而小于第二电平时产生一瞬态信号。

20.根据权利要求17或19所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路(820)，它用来在每个波形中计算和储存所述瞬态信号。

21.根据权利要求20所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路，它用来记录被储存的计算数字。

22.根据权利要求20所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路，它用来确定所述波形状态的所述电流的标准的统计学偏差。

23.根据权利要求22所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路，它用来确定当所述偏差大于所选定的偏差的情况。

24.根据权利要求22所述的一种监控器，其特征在于：所述标准的统计学偏差是RMS偏差。

25.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路(950)，它用来确定所述特定波形状态的持续时间并在所述焊接周期中记录连续状态的所述时间。

26.根据权利要求25所述的一种监控器，其特征在于：所述电路(950)测量所述特定波形状态的开始时刻并自动检测所述焊接方法的高的dv/dt以确定所述特定波形状态的终止时刻。

27.根据权利要求25或26所述的一种监控器，其特征在于：所述电路(950)通过自动检测电弧电流的增加或减小来测量持续时间。

28.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：包括一电路，它用来对一个所选定的时间段记录累加的周期时间。

29.根据权利要求1所述的一种监控器，其特征在于：包括一个用于检测等离子电弧条件的电路(990)，一个用来检测短路条件的电路(990)和一个用来记录对于所选定的时间段所述电弧和所述短路之比的电路(992，996)。

30.根据权利要求28或29所述的一种监控器，其特征在于：所述时间段是一个工作班次或者焊接周期。

31.当焊机(10)通过产生实际焊接参数实施所选定的电弧焊接方法时为所述电弧焊接方法监控电弧焊机(10)的一种方法，所述方法包括：

(a)产生一串快速重复的、构成具有焊接时间的焊接周期的波形；

其特征在于：(b)将所述波形(100)分段为波形状态((10)到(13)；S1到S5)，和/或将所述波形(100)分段为时间状态((10)到(13)；S1到S5)，这些时间状态中的至少一个((13)；S1到S2)的时间取决于焊接条件；以及，

(c)以选定的查询速率检测所述焊接时间内所述波形状态((10)到(13)；S1到S5)的一个中发生的所选定的焊接参数的电平偏差的情况；和/或测量所述焊接时间内所述波形状态((10)到(13)；S1到S5)的一个中发生的所选定的焊接参数的稳定性和/或对于所述焊接时间的所述一个状态((13)；S1，S2)的所述时间的稳定性。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：所述焊接方法在前进的焊丝(20)和工件(30)之间产生实际的焊接参数并且所述所选择的焊接方法由到所述焊机(10)的电源(12)的指令信号控制。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：所述焊接方法产生内部信号，用于控制电源(12)或者焊丝(20)向着工件(30)前进的送丝速度，并且包括在对于所述焊接时间的所述状态的一个的期间内测量所述内部信号的稳定性。

34.根据权利要求33所述的一种方法，其特征在于：所述测量的内部信号是用实际焊接参数的测定值同参考值相比较输出的结果。

35.根据权利要求33所述的一种方法，其特征在于：所述测量的内部信号是用于所述供丝速度的速度控制信号。

36.根据权利要求35所述的一种方法，其特征在于：所述测量的内部信号是闭环控制器的输出。

37.根据权利要求31所述的一种方法，其特征在于：

(d)计算所述焊接时间内的所述偏差的次数。

38.根据权利要求35所述的一种方法，其特征在于：选择为所述焊接参数的是电弧电流。

39.根据权利要求35所述的一种方法，其特征在于：选择为所述焊接参数的是电弧电压。

40.根据权利要求35所述的一种方法，其特征在于：选择为所述焊接参数是给所述焊机的焊丝供给装置的速度信号。

41.根据权利要求31所述的一种方法，其特征在于：使用大于1KHz的速率。

42.根据权利要求31所述的一种方法，其特征在于：使用大于5KHz的速率。

43.根据权利要求31所述的一种方法，其特征在于：用作稳定性的是所述所选择的参数的标准的统计学偏差，所述时间的标准偏差和/或以给定速率的所述内部信号的检测的标准偏差。