CN1953838B - 焊接设备操作方法、焊接设备及用于该焊接设备的焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接设备(1)的操作方法，该焊接设备用于通过焊接装置(2)和焊枪(10)实施焊接过程，其中记录焊接过程的操作状态，并且基于操作状态产生可感觉到的振动。本发明还涉及用于实施所述方法的焊接设备(1)和焊枪(10)。根据本发明，可以向人特别是焊工提供有关焊接过程所涉及的特定操作状态的反馈，而不需要人视觉脱离焊接部位或电弧(15)，由此，尤其是焊接电流(I)或焊接电压(V)可被基于操作状态而调节，以在焊接过程中出现的电弧中产生声学振动，或者，基于操作状态产生机械振动。振动可以被焊工感觉到，而不需要从焊接部位或电弧(15)转移视线。

Description

焊接设备操作方法、焊接设备及用于该焊接设备的焊枪

技术领域

本发明涉及一种焊接设备操作方法，该焊接设备用于实施焊接过程并且包括焊接装置和焊枪，其中，焊接过程的操作状态被检测，并且基于所述操作状态而产生可被人察觉的振动。

本发明还涉及一种实施焊接过程的焊接设备，该焊接设备包括焊接装置、与焊接装置相连的焊枪以及焊接过程操作状态检测装置，其中，设有振动产生装置，其连接着操作状态检测装置，以基于所述操作状态而产生可被人察觉的振动。

本发明还涉及一种实施焊接过程的焊接设备中所用的焊枪，其包括可被人觉察的振动的产生装置，所述振动产生装置可连接至焊接过程操作参数检测装置。

背景技术

用于最广泛焊接过程的焊接设备通常包括能量源，优选为电流源，并且可选地包括用于保护气体以及焊枪的供应线路，其通过软管包(hose pack)而分别连接着焊接装置和能量源。软管包容纳着电线和可选的气体管线，以及可选的用于冷却焊枪的流体管线。在手工焊接方法中，焊枪被焊工手工操作，并且沿着预期的焊缝移动。由于焊枪通常远离焊接装置并且通过软管包与之相连，因此在焊接过程中焊工不能读取显示于焊接装置上的焊接参数或操作状态或是设置特定的设置值。

为了改进这种状况，已知用于在焊接装置和焊枪之间进行通信的方法，其使得焊工能够获得操作状态的信息，即使是在焊接过程中。类似地，焊工可以借助于安置在焊枪上的调节器件来设置或改变焊接装置的特定设置值。

此外，已知可以检测特定操作状态，并且为了避免长时间停机，自动地采取所需的步骤，以使得有关操作状态的信息能快速地到达相应设置的接收器。例如，WO 2004/004960 A1中描述了一种焊接设备操作方法以及焊接设备，其中，检测到的操作状态根据存储的指令而被处理并与存储的状态作比较，根据比较结果，自动赋予的信息被传送到外部接收器。因此，可以使得储料人员注意到焊丝储备已耗尽的事实，并且需要提供一卷新的焊丝。

在焊接过程中，由于焊工需要严密注视焊接部位和焊接过程中产生的电弧，因此焊工不能读取焊接过程中的显示。为解决这一问题，还提供了焊工护目镜，其中被输入文字或符号。如前面所指出，由于焊工完全集中精力于焊接部位，因此这种输入只在焊接过程实施之前和之后才可行。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种前面所述类型的焊接设备操作方法，其中，进行手工焊接过程的焊工，或是焊接机器人的操作者，或是任何其他相关人员，在焊接过程中几乎实时地被通知特定的焊接过程的操作状态。所述方法还可以构造为尽可能简单和低成本。现有方法的缺点可被减少或避免。

本发明的另一目的在于提供上述类型的焊接设备和焊枪，其能够将有关焊接过程的操作状态的反馈信息提供给焊接过程所涉及的特定人员，特别是焊工.焊接设备或焊枪被以尽可能简单和低成本的方式构成.

本发明有关方法的目的是这样实现的，即为了产生声学振动，根据所述操作状态而调节焊接过程中出现的电弧。通过以可听范围内的振动调节电弧，电弧可被用作扬声器。这可以提供下述优点，即不需要对焊枪做出结构变化。只通过调节电弧就可实现向人员特别是焊工提供有关特定焊接过程的操作状态。

在这种情况下，电弧被根据所述操作状态而调节，特别是通过调节产生电弧的电压或电流。

本发明的有关方法的目的还可以这样实现，即基于所述操作状态而产生可被人察觉的机械振动。

因此，在焊接过程中，任何有关操作状态的信息被以振动的形式输送给特定的人员，特别是焊工，以使得所述人员接收有关所执行的焊接过程的反馈，而不需要他们从焊接部位转移视线。因此，所述方法可以几乎实时地接收有关实际观测到的特定操作状态的反馈。类似地，根据本发明的所述方法可以最佳地用于培训的目的，因为人员可以接收有关他们执行的焊接过程的反馈。术语“操作状态”涵盖了有关焊接过程的所有操作参数，例如，焊接电流、焊接电压、电弧长度、焊接速度、气体流量、焊丝进给、温度、冷却甚至更多。本方法最主要的是，如果特定的焊接参数或操作状态超过了极限值，则可以提供警报。该极限值既可以是绝对极限值，也可以是相对极限值。类似地，所述方法还可向有关人员特别是焊工提供反馈，以表明特定的焊接过程已被启动或特定的焊接方案已被运行。本焊接设备操作方法最主要的是可以应用于手工焊接方法，还可以用于自动机器人焊接过程。在这种情况下，焊接过程所涉及的人员能感觉到所产生的振动。所产生的振动可以是根据相应的操作状态产生的声学振动。该声学振动由人员特别是焊工接收到，即使是他们不将视线从焊接部位移开时，而在焊接过程中正应如此。

例如，机械振动可以利用超声波发生器产生。为了使得相应的人员特别是焊工能够感觉到振动或震动，相应的振动发生器优选安置在焊枪上。类似地，例如，可以设想，焊工将振动发生器或震动器携带于其腕部上，或是站立在能够投入振动的支架上。重要的是，人员，特别是焊工，能够通过所述振动或震动而被告知特定操作状态，而不需要将视线从焊接部位移开。

为了提高由所产生振动所再现的信息含量，可以使振动频率和/或振幅根据所述操作状态而改变。通过这种方式，可以实现根据所述操作状态或操作参数对振动进行某些种类的编码。因此，相应的人员可以通过振动的类型而得知有关特定操作状态的反馈。

有益地，可将操作状态与存储的指令进行比较，并且根据比较结果而产生振动。通过这种方式，例如，如果设定的极限值被超过，则产生警报。存储的指令需要适宜地设置成与相应的焊接过程匹配。

本发明的目的还可以通过一种前面所述类型的焊接设备而实现，其中振动产生装置包括调节器(modulator)，用于以下述方式调节焊接电压和/或焊接电流，即利用可被人声学觉察的振动，焊接过程中出现的电弧被根据所述操作状态而调节.如前所述，这种形式特别简单且制造成本低，因为焊枪不需要进行结构变化，可供使用的电弧被用作扬声器，以再现有关操作状态的信息.振动产生装置和操作状态检测装置之间的连接可以通过焊枪和焊接装置之间已有的线路实现.

本发明的目的还可以通过一种前面所述类型的焊接设备而实现，其中，振动产生装置包括机械式振动发生器。

在一种有益的形式中，机械式振动发生器安置在焊枪上，以使得焊工能够通过他的手感觉到有关特定操作状态的信息。自然地，还可以将机械式振动发生器安置成例如焊工腕部上的套筒的形式。然而，这要求，例如，焊工在启动焊接过程之前将机械式振动发生器安置在其腕部上。

根据本发明的另一独特的特征，可以设置用于存储指令的装置和用于将操作状态与所述指令进行比较的比较装置，振动产生装置连接着所述比较装置。这样，特定操作状态的设定极限值可以存储在存储器中，并且如果所述极限值被超过或脱离，则警报，即振动产生装置的启动，可被触发。用于存储指令的装置和用于将操作状态与所述指令进行比较的比较装置可以包括算法单元，如大型焊接设备中通常设置的那样。

振动产生装置与所述比较装置之间的连接可以通过无线方式或通过线路实现。在线路传导连接的方式中，可以采用焊枪和焊接装置之间的软管包中已经存在的可用线路。

为了实现对所产生的振动的编码，优选设置用于改变所产生振动的振幅或频率的装置，其连接着所述检测装置。因此，基于检测到的操作状态，所产生振动的振幅和/或频率可以被改变，以向人员特别是焊工传递附加的信息，例如，操作状态的极限值被超过的程度。

本发明的目的还可以通过一种前面所述类型的实施焊接过程的焊接设备中所用的焊枪而实现，其中，振动产生装置包括调节器，用于调节焊接电压和/或焊接电流，或是包括机械式振动发生器。

附图说明

下面将通过附图中的代表性实施例详细解释本发明。

图1是焊接设备的简化示意图；

图2焊枪的一种改型，其包括机械式振动发生器；

图3示出了机械式振动发生器的一种改型，其形成为独立单元；

图4是在焊接过程中检测特定操作状态的框图。

具体实施方式

图1示出了焊接装置1，用于实施各种焊接方法，例如，MIG(金属-惰性气体)焊接，MAG(金属-活性气体)焊接，WIG(钨锰-惰性气体)焊接，TIG(钨-惰性气体)焊接或电极焊接方法，以及诸如此类。焊接设备1包括焊接装置2或能量源，其包含功率元件3，控制器和/或评测装置4。气体储存器9可以包含用于焊接过程的保护气体，例如二氧化碳、氦气、氩气或类似物，其通过供应管线7供应至焊枪10。

另外，通常被用于例如MIG/MAG焊接中的送丝器11可以被设置并且被控制和/或评测装置4控制。焊丝13通过供应线路12而从供丝筒14供应到焊枪10的区域中。送丝器11当然也可以集成于焊接装置1中。

用于在焊丝13和工件16之间建立电弧15的电流I或电压U通过焊接线路17而从焊接装置2的功率元件3分别供应到焊枪10和焊丝13.工件16还通过另一焊接线路18连接着焊接装置2的功率元件3.

为了冷却焊枪10，焊枪10可以通过冷却回路19而被供应冷却流体。输入和/或输出装置22通常被安置在焊接装置2上，通过该装置可以设置和显示焊接过程不同的焊接参数。

焊枪10通过软管包23连接着焊接装置2。软管包23容纳着用于向焊枪供应电能、冷却流体、保护气体等的各个线路。一般，用于检测焊接过程的操作状态的装置5设置在焊接装置2中。该操作状态检测装置5可以形成有不同的测量仪器、传感器或类似物，用于检测例如焊接电流的焊接电压、电弧长度、焊接速度、气体流量、焊丝进给、温度或冷却(未示出)。当然，还可以将操作状态检测装置5集成在焊接设备1中。在这种情况下，例如，操作状态检测装置5连接着焊接设备的输出插座，以使得例如焊接电流和焊接电压可以从此处输出。根据本发明，设有振动产生装置6，其可以，例如，被安置在焊接装置2中或焊枪10上。振动产生装置6可以，例如包括调节器，用于调节焊接电压U和/或焊接电流I，从而在焊接过程中出现的电弧15根据操作状态通过振动而被调节，所述振动可以被人员声学感知。在这种情况下，还可以通过装置6产生光脉冲形式的视觉反馈，这意味着，由于不同亮度的电弧，可以给予操作者对特定加工状态做出的反馈。在这种情况下，可以组合声学和视觉反馈。此外，可以设置用于存储指令的装置20和用于将操作状态与所述指令进行比较的比较装置21，该比较装置21连接着振动产生装置6。这种连接可以通过无线方式或线路传导的方式实现。通过调节焊接电压U或焊接电流I根据特定操作状态，焊工通过电弧15而被声学地和/或视觉地通知焊接过程的特定操作状态。

图2描绘了焊枪10，其中振动产生装置6由集成在焊枪10中的机械式振动发生器24行程。因此，焊工在焊接过程中可以通过振动发生器24的振动而接收有关操作状态的反馈。振动发生器24可以被以下述方式安置在焊枪10中，即在振动发生器24的区域内，壳体的壁厚较小，以使得使用者能够更好地感觉到振动。为此，还可以将焊枪10的壳体在振动发生器24的区域内制作成柔性的，即，例如，壳体的局部区域包括凹陷部，其由皮革或布制罩盖封闭，振动发生器24在焊枪10内安置在该罩盖后面。这使得振动能够更好地传递给使用者。

根据图3，机械式振动发生器24还可以被提供为由焊工配戴的腕带或诸如此类的形式，或是外部扬声器的形式，其通过适宜的线路25连接着操作状态检测装置5。该线路25可以由已经设置在中的软管包23线路形成。这样的外部扬声器优选安置在焊接屏蔽罩的区域中。在这方面，还可以通过无线电来控制外部振动发生器24。这种方案使得使用者能够将振动发生器24以最佳的可行方式安置在其身体上，从而能够在焊接过程中良好地感觉到振动，而同时不会受到太多的干扰。包括外部振动发生器24的方案的一个显著优点在于，任何预期的焊接设备可以被改装上这种系统，因为只需对设备进行少量的改造就能连接外部振动发生器24。否则，需要对软件进行更新来实现其应用。

图4示出了可以在焊接过程中实施的所述方法的框图.根据模块100，例如，程序被启动，它是在焊接设备2中的算法单元内进行的.根据模块101，焊接设备2的功率元件3的功能被检测，如果存在错误，则根据模块102以设定的频率f1和振幅A1发出设定的振动.根据模块103，焊接电压U被检测，如果不满足设定的极限值，则根据模块104发出具有设定的频率f2和振幅A2的振动.如果设定的焊接电压下限被满足，则根据模块105查寻是否超出焊接电压U的设定的上限值.如果被超出，则相应的模块106以频率f3和振幅A3产生振动，其可由焊工感觉到.如果焊接电压U低于上限值，则根据模块107没有振动产生.根据模块108，程序结束.图4示出的只是根据本发明的方法的一种形式，其可以根据不同的操作状态或焊接参数而被改变.例如，也可以根据电弧长度改变振动频率f.因此，根据频率f或振动音频(vibration tone)，可以获得电弧长度的偏差。例如，频率f或音频可以被选择，其越高则电弧长度越小，其越低则电弧长度越大。

根据本发明的焊接方法和焊接设备以及根据本发明的焊枪，既可以用于培训，也可以用于质量保证。

此外，使用者可以通过焊接设备1上的输入和/或输出装置22向振动发生器赋予一或多个参数。例如，使用者可以通过振动发生器赋予用于监视的参数“电弧长度”，从而在焊接过程中电弧长度可以由控制装置监视，并且如果出现偏差则启动振动发生器。为此，使用者可以确定上下限值，从而如果所述极限值被超过则启动振动发生器。因此，在这个示例性实施例中，使用者能够例如在手工焊接过程中保持焊枪相对于工件的恒定距离，由于在距离变化时、即电弧长度变化时会通过振动发生器发出信号，该信号可由使用者识别，以立即实施校正。

为此，还可以提供专门的程序序列，以计入噪声系数。例如，这可以如下实现，即如果在监视电弧长度的过程中出现短路，则振动发生器不立即启动，而是在经过了预设的时段后启动。

此外，振动发生器还可以与外部监视元件连接，例如，连接着焊接速度监视装置(当然，该装置也可以集成于焊接设备中)，振动发生器设于其上，以使得使用者能够在焊接过程中通过振动发生器被通知其是否焊接过快或过慢。另一应用可以包括通过振动发生器通知使用者即将出现的故障。例如，使用者可被通知保护气体和/或焊丝很快要被用尽，或是温度将要升高到临界范围。

重要的是，在焊接过程中，不同的参数、故障和/或操作状态通过振动发生器而被监视并且输出，而不必迫使使用者脱离注视焊接过程。基本上讲，由振动发生器以不同的频率实施各种信息传递，以使得它们被明确无误地输出或明确无误地被使用者识别。为此，使用者可以自己决定为参数、操作状态和/或故障选择相应的频率，从而能够在焊接过程中接收和识别明确无误的反馈信号。

还可以通过电弧的音频或调型例如不同的连续音频而将焊接过程中由振动发生器产生的反馈信号形成为音频序列(tonesequence)的形式，例如连续三倍的音频。

Claims (11)

1.一种焊接设备操作方法，该焊接设备用于实施焊接过程并且包括焊接装置和焊枪，其中，焊接过程的操作状态被检测，并且基于所述操作状态而产生可被人察觉的振动，其特征在于，为产生声学振动，基于所述操作状态而调节焊接过程中出现的电弧，其中，将操作状态与存储的指令进行比较，并且根据比较结果而产生振动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述操作状态而调节焊接电流和/或焊接电压。

3.根据权利要求1至2中任一所述的方法，其特征在于，根据所述操作状态而改变振动的频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述操作状态而改变振动的振幅。

5.一种实施焊接过程的焊接设备，包括焊接装置(2)、连接着焊接装置(2)的焊枪(10)以及用于检测焊接过程的操作状态的操作状态检测装置(5)，其中，设有振动产生装置(6)，其连接着所述操作状态检测装置(5)，以基于操作状态而产生可被人察觉的振动，其特征在于，所述振动产生装置(6)包括调节器，用于以下述方式调节焊接电压(U)和/或焊接电流(I)，即基于操作状态而调节焊接过程中出现的电弧(15)以产生可被人声学觉察的振动，其中，所述焊接设备设有用于存储指令的装置(20)和用于将操作状态与所述指令进行比较的比较装置(21)，所述振动产生装置(6)连接着所述比较装置(21)。

6.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，所述振动产生装置(6)以无线方式连接着所述比较装置(21)。

7.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，所述振动产生装置(6)通过线路连接着所述比较装置(21)。

8.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，设有用于改变所产生的振动的振幅(A)的装置，其连接着所述操作状态检测装置(5)。

9.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，设有用于改变所产生的振动的频率(f)的装置，其连接着所述操作状态检测装置(5)。

10.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，所述焊接设备中使用的焊枪包括用于产生可被人觉察的振动的所述振动产生装置(6)，所述振动产生装置(6)连接至用于检测焊接过程操作参数的所述操作状态检测装置(5)，其中，所述振动产生装置(6)包括所述调节器，用于调节焊接电压(U)和/或焊接电流(I)。

11.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，所述焊接设备中使用的焊枪包括用于产生可被人觉察的振动的所述振动产生装置(6)，所述振动产生装置(6)连接至用于检测焊接过程操作参数的所述操作状态检测装置(5)，其中，所述振动产生装置(6)包括机械式振动发生器。

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