MX2015004361A - Sistema y metodo para controlar un proceso de soldadura con arco. - Google Patents

Abstract

Un sistema de soldadura incluye un electrodo que se configura para hacerse avanzar hacia una pieza de trabajo, y una fuente de energía que se configura para proporcionar un flujo de electricidad al electrodo para generar un arco de soldadura entre el electrodo y la pieza de trabajo. El sistema de soldadura también incluye un primer sensor que se configura para detectar una intensidad de la luz del arco de soldadura y un segundo sensor que se configura para detectar una corriente que se proporciona al electrodo por medio de la fuente de energía. Además, el sistema de soldadura incluye un controlador que se acopla de manera comunicativa con el primero y segundo sensores, y que se configura para modificar la intensidad de la luz con respecto a la corriente. El controlador se configura para controlar un parámetro de soldadura del sistema de soldadura, en función de la intensidad modificada de la luz.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA CONTROLAR UN PROCESO DE SOLDADURA CON ARCO ANTECEDENTES La invención se relaciona en general con los sistemas de soldadura y, de manera más particular, con el control de los parámetros de un proceso de soldadura con arco.

Una amplia gama de sistemas de soldadura y de regímenes de control de soldadura se han implementado para diversos fines. En operaciones de soldadura continuas, las téenicas de soldadura con arco por gas activo de metal (GMAW) permiten la formación de un cordón de soldadura continuo, suministrando material de aportación protegido mediante gas inerte o activo proveniente de un soplete de soldadura. La energía eléctrica se aplica al alambre para soldar y se completa un circuito a través de la pieza de trabajo para sostener un arco que fusiona el alambre y la pieza de trabajo, para formar la soldadura deseada. Ciertos procesos relacionados no utilizan el gas de protección, y pueden depender de los constituyentes en el alambre de soldadura para formar y proteger la soldadura progresiva.

En sus diversas formas, la soldadura GMAW implica la aplicación de voltajes y corrientes controlados a un alambre para soldar que forma un electrodo y se hace avanzar hacia una pieza de trabajo, para crear un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo. El electrodo de alambre por lo general se suministra mediante un alimentador de alambre que se acopla con una fuente de energía para soldar, aunque en algunos sistemas, el alimentador de alambre puede integrarse en la fuente de energía, o el alambre puede suministrarse mediante un soplete de soldadura (por ejemplo, “pistola de carrete”). En general, el soplete de soldadura puede sostenerse y controlarse por parte de un operador humano, o puede ser parte de un sistema automatizado, que se manipula por lo general mediante un dispositivo robótico. Los parámetros de soldadura pueden configurarse para todos estos procesos, que incluyen los niveles de corriente y de voltaje, las velocidades de alimentación del alambre, y así sucesivamente. Para las aplicaciones manuales, la velocidad de desplazamiento (la velocidad del avance del soplete para crear la soldadura) se regula por parte del operador, mientras que en las aplicaciones automatizadas, esta puede configurarse con antelación para soldaduras y piezas de trabajo particulares.

En GMAW y los procesos de soldadura relacionados, se controlan diversos parámetros de soldadura para mantener una longitud de arco deseada del arco de soldadura, entre el electrodo y la pieza de trabajo. Una longitud de arco constante puede proporcionar un perfil de cordón de soldadura y una profundidad de penetración de la soldadura, relativamente consistentes, que pueden mejorar ciertas cualidades estructurales y estéticas de la soldadura. Los sistemas de soldadura GMAW de manera general utilizan la realimentación del voltaje para mantener una caída uniforme del voltaje a través del arco de soldadura, que corresponde aproximadamente con una longitud de arco uniforme. Lamentablemente, es difícil determinar con precisión la caída del voltaje a través del arco de soldadura a causa de los cambios de la extensión del electrodo a medida que se hace avanzar hacia la pieza de trabajo, así como otras caídas del voltaje que son difíciles de tomar en cuenta.

BREVE DESCRIPCIÓN En una primera modalidad, un sistema de soldadura incluye un electrodo que se configura para hacerse avanzar hacia una pieza de trabajo, y una fuente de energía que se configura para proporcionar un flujo de electricidad (CA, CC, pulsos, etc.) al electrodo, para generar un arco de soldadura entre el electrodo y la pieza de trabajo. El sistema de soldadura también incluye un primer sensor que se configura para detectar una intensidad de la luz del arco de soldadura y un segundo sensor que se configura para detectar una corriente que se proporciona al electrodo por medio de la fuente de energía. Además, el sistema de soldadura incluye un controlador que se acopla de manera comunicativa con el primero y segundo sensores, y que se configura para modificar la intensidad de la luz con respecto a la corriente. El controlador se configura para controlar un parámetro de soldadura del sistema de soldadura, en función de la intensidad modificada de la luz.

En otra modalidad, un método incluye detectar, por medio de un sensor de luz, una intensidad de la luz emitida desde un arco de soldadura que se produce entre un electrodo de un sistema de soldadura y una pieza de trabajo. El método también incluye detectar, por medio de un sensor de corriente, una corriente de electricidad proporcionada al electrodo desde una fuente de energía del sistema de soldadura. Además, el método incluye modificar, por medio de la circuitería de control del sistema de soldadura, la intensidad detectada de la luz con respecto a la corriente detectada para determinar una intensidad modificada de la luz del arco de soldadura. Además, el método incluye controlar un parámetro de soldadura del sistema de soldadura en función de la intensidad modificada de la luz.

En una modalidad adicional, un sistema de soldadura incluye la circuitería de control. La circuitería de control se configura para recibir una señal indicativa de una intensidad de la luz de un arco de soldadura entre un electrodo del sistema de soldadura y una pieza de trabajo, y para recibir una señal indicativa de una corriente de electricidad suministrada al electrodo para producir el arco de soldadura. Además, la circuitería de control se configura para modificar la señal indicativa de la intensidad de la luz con respecto a la señal indicativa de la corriente. Además, la circuitería de control se configura para proporcionar una señal de control a una fuente de energía del sistema de soldadura, en función de la señal modificada indicativa de la intensidad de la luz.

DIBUJOS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada sea leída con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales los caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde: La Figura 1 es un diagrama de bloques de una modalidad de un sistema de soldadura que puede emplear un sistema de control de la luz del arco; La Figura 2 es un diagrama de flujo del proceso de una modalidad de un método para hacer funcionar el sistema de soldadura de la Figura 1 ; La Figura 3 es una vista en perspectiva de una modalidad de un sensor de luz que se monta sobre un soplete de soldadura; La Figura 4 es una vista frontal de una modalidad de un sensor que se utiliza para detectar una intensidad de la luz de un arco de soldadura; La Figura 5 es un diagrama de flujo del proceso de una modalidad de un método para hacer funcionar el sistema de soldadura de la Figura 1 ; La Figura 6 es un gráfico de una modalidad que ilustra los ajustes automáticos a los parámetros de soldadura, en respuesta a un cambio en la velocidad de alimentación del alambre; La Figura 7 es un gráfico de una modalidad de un valor de ganancia efectivo que se determina en función de un cambio de fase entre los parámetros detectados del sistema de soldadura de la Figura 1 ; La Figura 8 es una representación esquemática de una modalidad de la circuitería de control que se utiliza para proporcionar el control de la luz del arco; y La Figura 9 es una vista en perspectiva de una modalidad de un sensor de luz que se monta a un casco de soldador, para el control de los parámetros del sistema de soldadura.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Las modalidades de la presente divulgación se dirigen hacia sistemas y métodos para controlar los parámetros del sistema de soldadura en función de una intensidad de la luz detectada del arco de soldadura que se produce mediante el sistema de soldadura. Además de un sensor de luz que se utiliza para detectar la intensidad de la luz, el sistema de soldadura incluye un sensor de corriente para determinar la corriente que fluye a través del electrodo de soldadura para producir el arco. La circuitería de control puede recibir señales que corresponden con la intensidad de la luz detectada y la corriente detectada, y procesar las señales para determinar una intensidad modificada de la luz que es directamente proporcional a la longitud del arco de soldadura. Este puede implicar modificar la intensidad de la luz detectada con respecto a la corriente detectada. Puesto que la intensidad modificada de la luz corresponde con la longitud del arco de soldadura, el sistema de soldadura puede utilizar la intensidad modificada de la luz, como un parámetro de realimentación principal para controlar la longitud de arco. De manera más específica, la circuitería de control puede enviar señales de control a la circuitería de conversión de energía, para ajustar los parámetros de soldadura. Como resultado, la fuente de energía puede proporcionar la energía al electrodo a una corriente y/o un voltaje deseados, para mantener el arco de soldadura en una longitud de arco adecuada para la soldadura deseada.

La intensidad modificada de la luz puede ser un Indicador más preciso de la longitud de arco que la caída del voltaje a traves de los componentes del sistema, que por lo general se utiliza en los sistemas de soldadura tradicionales. En sistemas así, el control del proceso de soldadura se lograría manteniendo el voltaje para soldar a un nivel deseado. Este voltaje puede incluir caídas del voltaje a través de muchos componentes de soldadura diferentes, que incluyen cables de soldadura, conexiones de cables, un punto de contacto en una punta de contacto del soplete de soldadura, la extensión del electrodo a partir del punto de contacto, y así sucesivamente. Sin embargo, los cables de voltaje que se utilizan para determinar la caída del voltaje a través del sistema, pueden no ser capaces de captar la caída del voltaje a causa del punto de contacto y la extensión del electrodo. La caída del voltaje a través de la extensión del electrodo varía durante toda la operación de soldadura, de tal manera que el voltaje detectado no es un indicador del todo preciso de la longitud de arco. A diferencia del voltaje detectado, la intensidad modificada de la luz cambia en respuesta a los cambios de extensión del electrodo del alambre de soldadura, que se suministra hacia la pieza de trabajo. De esta manera, la intensidad modificada de la luz que se calcula en las modalidades divulgadas aquí, puede proporcionar un mejor indicador de la longitud de arco que un voltaje detectado. En algunas modalidades, sin embargo, el voltaje todavía puede monitorearse como un parámetro adicional de realimentación. La señal del voltaje puede utilizarse, por ejemplo, para detectar una corrupción de la señal de la intensidad de la luz, o para proporcionar un ajuste fino del control del parámetro de soldadura.

En cuanto a las Figuras, la Figura 1 es un diagrama de bloques de una modalidad de un sistema de soldadura 10 de acuerdo con las téenicas presentes. El sistema de soldadura 10 se diseña para producir un arco de soldadura 12 sobre una pieza de trabajo 14. El arco de soldadura 12 puede ser de cualquier tipo de soldadura, y puede orientarse de cualquier manera deseada, que incluye MIG, gas activo de metal (MAG), diversas ondas, configuración en tándem, y así sucesivamente. El sistema de soldadura 10 incluye una fuente de energía 16 que puede acoplarse con una fuente de energía 18, tal como una red eléctrica. Por supuesto, pueden utilizarse otras fuentes de energía que incluyen generadores, unidades de energía motorizadas, y así sucesivamente. En la modalidad ilustrada, un alimentador de alambre 20 se acopla con una fuente de gas 22 y la fuente de energía 16, y suministra el alambre de soldadura 24 a un soplete de soldadura 26 a través de un cable de soldadura 27. La fuente de energía 16 proporciona un flujo de electricidad al alambre de soldadura 24, que actúa como un electrodo. El alambre de soldadura 24 se suministra a través del soplete de soldadura 26 para formar el arco de soldadura 12, fundirse mediante el arco de soldadura 12, y depositarse sobre la pieza de trabajo 14.

El alimentador de alambre 20 por lo general incluirá la circuitería de control, que de manera general se ilustra con el número de referencia 28, que regula el suministro del alambre de soldadura 24 desde un carrete 30, y ordena la salida de la fuente de energía 16. El carrete 30 contendrá una longitud del alambre de soldadura 24 que se consume durante la operación de soldadura. El alambre de soldadura 24 se hace avanzar mediante un conjunto impulsor de alambre 32, por lo general mediante el uso de un motor eléctrico bajo el control de la circuitería de control 28. Además, la pieza de trabajo 14 se acopla a la fuente de energía 16 mediante una tenaza 34 que se conecta con un cable de trabajo 36 para completar un circuito eléctrico cuando el arco de soldadura 12 se establece entre el alambre de soldadura 24 y la pieza de trabajo 14.

La colocación del soplete de soldadura 26 en una ubicación cercana a la pieza de trabajo 14 permite que la corriente eléctrica, que se proporciona mediante la fuente de energía 16 y que se dirige al soplete de soldadura 26, forme un arco desde el alambre de soldadura 24 a la pieza de trabajo 14. Como se describió anteriormente, este arqueado completa un circuito eléctrico que incluye la fuente de energía 16, el soplete de soldadura 26, la pieza de trabajo 14, y el cable de trabajo 36. En particular, durante el funcionamiento, la corriente eléctrica pasa desde la fuente de energía 16, al soplete de soldadura 26, a la pieza de trabajo 14, que por lo general se conecta de nuevo a la fuente de energía 16. El arqueado genera una cantidad relativamente grande de calor que provoca que parte de la pieza de trabajo 14 y el metal de aportación del alambre de soldadura 24 pasen a un estado derretido, formando de este modo la soldadura.

Para proteger el área de soldadura de que se oxide o se contamine durante la soldadura, para mejorar el rendimiento del arco, y para mejorar la soldadura resultante, el sistema de soldadura 10 también puede suministrar un gas inerte de protección al soplete de soldadura 26 proveniente de la fuente de gas 22. Cabe señalar, sin embargo, que una variedad de materiales de protección para proteger el lugar de soldadura pueden emplearse además de, o en lugar de, el gas inerte de protección, que incluye un gas y sólidos en partículas.

El sistema de soldadura 10 puede diseñarse para permitir que las configuraciones de datos se seleccionen por parte del operador, en particular por medio de una interfaz del operador 38 que se proporciona en la fuente de energía 16. La interfaz del operador 38 puede incorporarse en una placa delantera de la fuente de energía 16, y puede permitir la selección de configuraciones tales como el tipo de proceso de soldadura, el tipo de alambre que se utilizará, las configuraciones de los parámetros de soldadura, y así sucesivamente. Estas configuraciones de soldadura se comunican a la circuitería de control 40 dentro de la fuente de energía 16. Cabe señalar que aunque en la presente divulgación se hace referencia a la soldadura “GMAW”, el soplete de soldadura 26 y las téenicas descritas en el presente documento pueden usarse con o sin gas inerte, tal como con alambres de núcleo de fundente o de núcleo de metal.

La circuitería de control 40 controla un parámetro de soldadura del sistema de soldadura 10. De manera más específica, la circuitería de control 40 funciona para controlar la salida de energía para soldar que se aplica al alambre de soldadura 24 para llevar a cabo la operación de soldadura deseada. En consecuencia, la circuitería de control 40 se acopla con la circuitería de conversión de energía 42. Esta circuitería de conversión de energía 42 se adapta para recibir la energía proveniente de la fuente de energía 18 para crear la energía de salida que finalmente se aplicará al alambre de soldadura 24 en el soplete de soldadura 26. Pueden emplearse diversos circuitos de conversión de energía, que incluyen interruptores, circuitería de convertidores elevadores, circuitería de convertidores reductores, inversores, convertidores, y así sucesivamente.

La circuitería de control 40 puede controlar la circuitería de conversión de energía 42 para ajustar la energía de salida, en respuesta a la realimentación del sensor recibida de los sensores que se localizan a través del sistema de soldadura 10. Los sensores pueden proporcionar señales en relación con un parámetro de operación del sistema de soldadura, tal como corriente, voltaje, o intensidad de la luz del arco de soldadura 12. En función de estos parámetros detectados, la circuitería de control 40 puede emitir señales de control a la circuitería de conversión de energía 42 para ajustar un parámetro de soldadura. El parámetro de soldadura puede incluir la corriente que se proporciona al alambre de soldadura 24, el voltaje del flujo de electricidad proporcionada al alambre de soldadura 24, la velocidad de alimentación del alambre de soldadura, o alguna de sus combinaciones.

La circuitería de control 40 puede incluir la circuitería de procesamiento 44 y la circuitería de memoria 46, y puede acoplarse de manera comunicativa con diversos sensores. La circuitería de procesamiento 44 puede recibir señales de realimentación desde un sensor de luz 48 que se utiliza para detectar una intensidad de la luz del arco de soldadura 12, y desde un sensor de corriente 50 que se configura para monitorear una corriente que se proporciona al alambre de soldadura 24 por medio de la fuente de energía 16. El sensor de luz 48 puede representar un solo sensor o un conjunto de sensores que se utilizan para detectar la luz emitida a partir del arco de soldadura 12. En algunas modalidades, la circuitería de procesamiento puede recibir señales de realimentación también desde un sensor de voltaje 52, el sensor de voltaje 52 que se diseña para medir una caída del voltaje entre un punto de contacto en el soplete de soldadura 26 y la pieza de trabajo 14. En función de las señales de realimentación recibidas, la circuitería de procesamiento 44 puede ejecutar las instrucciones almacenadas en la circuitería de memoria 46 para generar una o más señales de control para proporcionarlas a la circuitería de conversión de energía 42. De acuerdo con las señales de control, la circuitería de conversión de energía 42 puede ajustar de manera continua los parámetros de la energía para soldar suministrada al alambre de soldadura 24, con el fin de mantener una longitud de arco deseada del arco de soldadura 12. De manera más específica, los parámetros de soldadura se pueden ajustar para mantener la longitud de arco dentro de un intervalo de aproximadamente 0-10% de la longitud de arco deseada. La longitud de arco deseada puede darse en función de las entradas que se relacionan con los parámetros de soldadura y/o los parámetros de inicio del arco, que se proporcionan por medio de la interfaz del usuario 38. La circuitería de procesamiento también puede comunicarse con la circuitería de control 28 del alimentador de alambre 20, que le proporciona señales de control para ajustar la velocidad de alimentación del alambre y/o recibir señales en función de la velocidad de alimentación del alambre. Los diversos sensores pueden generar señales indicativas de las diferentes propiedades detectadas en un intervalo predeterminado, y la circuitería de procesamiento puede recibir y procesar las señales de los sensores para emitir las señales de control casi de manera instantánea. Esto puede permitir un control relativamente instantáneo de la longitud de arco del arco de soldadura 12, durante toda la operación de soldadura.

En las modalidades presentes, la circuitería de control 40 se configura para modificar una señal indicativa de la intensidad de la luz del arco de soldadura 12 (por ejemplo, proveniente del sensor de luz 48) con respecto a una señal indicativa de la corriente suministrada al alambre de soldadura 24 (por ejemplo, proveniente del sensor 50). Esta intensidad modificada de la luz es un indicador relativamente bueno de la longitud de arco del arco de soldadura 12, debido a que la luz emitida a partir del arco de soldadura 12, en general, es directamente proporcional a la corriente y la longitud de arco dentro las aplicaciones de interés comercial. La corriente medida puede cambiar con un cambio de la extensión del electrodo, o una distancia del alambre de soldadura 24 que sobresale del soplete de soldadura 26. Debido a que el alambre de soldadura 24 se hace avanzar de manera continua hacia la pieza de trabajo 14 y también se deposita sobre la pieza de trabajo 14 a manera de gotitas, la extensión del electrodo cambia con respecto al tiempo. La circuitería de control 40 se ajusta a los cambios de la longitud de arco que resultan de un cambio de la extensión del electrodo, modificando la intensidad de la luz con respecto a la corriente. Como se expuso previamente, no es posible monitorear los cambios resultantes de la longitud de arco, utilizando solamente la caída del voltaje a través del sistema de soldadura 10.

La modificación de la intensidad de la luz detectada puede incluir cualquier cantidad de ajustes para compensar la corriente detectada. El término modificación puede referirse a cualquier ajuste, derivación, compensación o relación entre la intensidad de luz detectada y la corriente detectada que se utilizan para controlar un parámetro de soldadura. Por ejemplo, en algunas modalidades, la modificación puede implicar el uso de una tabla de referencia en la circuitería de control 40. La tabla de referencia puede incluir valores de la intensidad modificada de la luz, o valores de desplazamiento de la intensidad de la luz, que corresponden con diferentes valores de la corriente detectada (o intervalos de los valores de la corriente). En otras modalidades, la modificación puede incluir una ecuación que relaciona la intensidad de la luz detectada y la corriente detectada. La relación entre la intensidad de la luz y la corriente puede incluir una proporción relativa, un desplazamiento, o alguna de sus combinaciones. En una modalidad que se describe en detalle más adelante, la modificación incluye una normalización de la intensidad de la luz detectada con respecto a la corriente detectada. Esto puede dar lugar a una intensidad de la luz normalizada. La circuitería de control 40 puede realizar dicha normalización dividiendo la intensidad de la luz detectada entre la corriente detectada, multiplicada por un factor. Aunque se describen más adelante en el contexto de una modificación que normaliza la intensidad de la luz, las téenicas que se divulgan se pueden aplicar con cualquier modificación adecuada de la intensidad de la luz detectada con respecto a la corriente detectada.

La intensidad de la luz detectada del arco, normalizada con respecto a la corriente detectada, puede proporcionar un control más efectivo del proceso de soldadura, independientemente de qué tan caliente esté el soplete de soldadura 26, la longitud o el tipo de cableado utilizado, u otras contribuciones del voltaje. Por ejemplo, a medida que la distancia (es decir, la longitud de arco) entre el alambre de soldadura 24 y el baño de fusión de soldadura sobre la pieza de trabajo 14, se aproxima a cero, la intensidad de la luz detectada por el sensor 48 también se aproxima a cero. Esto es al contrario del voltaje detectado por el sensor 52, que incluso mide los valores de caída del ánodo y el cátodo que pueden ascender a un total de aproximadamente 20 Voltios.

Como otro ejemplo, la siguiente derivación muestra que el cambio de la intensidad de la luz normalizada del arco de soldadura 12 puede ser aproximadamente diez veces mayor que el cambio respectivo del voltaje medido para un incremento dado de la longitud de arco. De nuevo, la intensidad de la luz normalizada es directamente proporcional a la longitud del arco de soldadura. La caída del voltaje desde la punta de contacto del soplete de soldadura 26 a la pieza de trabajo 14 se da mediante la siguiente ecuación: En la ecuación 1 , Vtot es la caída total del voltaje. Vco„ , VEE, VA, vc, y Varc representan las caídas del voltaje a través de la punta de contacto del soplete de soldadura 26, la extensión del electrodo, el ánodo, el cátodo y el arco de soldadura 12, respectivamente. Para una combinación dada de la corriente que se proporciona a una extensión del electrodo del alambre de soldadura 24, la suma de las caídas del voltaje a través de las otras partes del sistema de soldadura 10, permanece relativamente constante: Y = Vcm + VSB + VA + Vc . (2) La magnitud de g puede ser aproximadamente 20 Voltios para un sistema de soldadura GMAW típico. La caída del voltaje a través del arco de soldadura 12 se relaciona con la longitud de arco del arco de soldadura 12: = P *larc · (3) 20 En la ecuación 3, larc representa la longitud del arco de soldadura, yjS ³— - r ITt La salida de luz desde el arco de soldadura 12 puede describirse de acuerdo con la siguiente ecuación: (4) En la ecuación 4, l„u, representa la salida de luz y l representa la salida de luz por unidad de la longitud del arco de soldadura 12 por amp de corriente suministrada a través del arco de soldadura 12. El cambio de porcentaje en el voltaje detectado mediante el sensor de voltaje 52, a continuación, para un cambio dado en la longitud del arco de soldadura, se describe en la siguiente ecuación: 100 * b * Marc (r + »iarc 100 *DZ, CD ^ ? l arc± J En la ecuación 5, %Dn es el porcentaje del cambio de voltaje, y V, y v2 son el primero y segundo voltajes medidos, respectivamente. larc larc 2, y A/arc son la primera longitud del arco de soldadura, la segunda longitud del arco de soldadura, y la diferencia entre la primera y segunda longitudes del arco de soldadura, respectivamente. Como se mencionó previamente, tanto b y g tienen aproximadamente el mismo valor (por ejemplo, 20), de manera que la ecuación puede simplificarse más a la siguiente: 100 * Ma C %hV (6) La ecuación 6 anterior representa la relación entre el cambio de voltaje detectado y el cambio de la longitud del arco de soldadura. La siguiente ecuación representa la relación entre el cambio de la luz emitida desde el arco de soldadura 12 y el cambio de la longitud del arco de soldadura para una corriente de soldadura dada: %AL = 100 Los siguientes dos ejemplos indican la diferencia entre utilizar el voltaje como la variable de realimentación para controlar la longitud del arco de soldadura, y utilizar la luz del arco como la variable de realimentación para controlar la longitud del arco de soldadura. El primer ejemplo representa los cambios respectivos en respuesta a un cambio de la longitud de arco desde 0.35 cm a 0.25 cm, o una disminución de 16.7%: loo » A¡arg 100 * .02 %&V = 1.67% (8) (1 + f arc± ) 1 +.02 100 * Alarc 100 * .02 %AL = - ¡ -— = 16.7% . C¾ orC L2 El siguiente ejemplo representa los cambios respectivos en respuesta a un cambio de la longitud de arco desde 0.25 cm a 0.4 cm, o un incremento de 60%: 100 ·D/_„ 100 * .06 %A7 = arc = 5.66% . (10) ( + 1 + 06 10 100 * .06 %AL = 5 = 60.0% . (11) Como se muestra en los ejemplos anteriores, el cambio de la intensidad de la luz en una corriente de soldadura dada, es proporcional al cambio de longitud de arco del arco de soldadura 12. La intensidad de la luz del arco (detectada por el sensor 48) puede ser un indicador más preciso de la longitud de arco, que el voltaje detectado por sí solo.

La Figura 2 es un diagrama de flujo del proceso de una modalidad de un método 70 para hacer funcionar el sistema de soldadura 10. El método 70 incluye detectar (bloque 72) una intensidad de la luz del arco de soldadura 12 por medio del sensor de luz 48 y detectar (bloque 74) una corriente que se proporciona al electrodo (por ejemplo, el alambre de soldadura 24) por medio del sensor de corriente 50. Además, el método 70 incluye normalizar (bloque 76) la intensidad de la luz detectada con respecto a la corriente detectada por medio de la circuitería de control 40, para determinar una intensidad de la luz normalizada del arco de soldadura 12. El método 70 incluye además controlar (bloque 78) un parámetro de soldadura (por ejemplo, la salida de la corriente o del voltaje a partir de la fuente de energía 16, etc.) en función de la intensidad de la luz normalizada. Pueden usarse otras variaciones y/o adiciones a este método 70 para controlar los procesos de soldadura en una amplia gama de aplicaciones de soldadura, como se describe en detalle más adelante.

Normalizar (bloque 76) la señal de la intensidad de la luz puede ser útil para mantener una longitud deseada del arco de soldadura, debido a la relación entre la longitud de arco, la intensidad de la luz del arco, y la corriente que fluye a través del arco de soldadura 12. Como se muestra en la derivación anterior, la intensidad de la luz detectada generalmente es proporcional a la longitud del arco de soldadura para cualquier nivel de la corriente dado. De manera más específica, en cualquier corriente dada, cada elemento volumétrico del arco de soldadura 12, que es una columna de plasma que llega entre el alambre de soldadura 24 y la pieza de trabajo 14, emite una cantidad de luz que es proporcional a la temperatura de ese elemento. A medida que la longitud de arco se incrementa, el número de elementos volumétricos del arco de soldadura 12 se incrementa y, en consecuencia, la cantidad de luz emitida se incrementa proporcionalmente. La relación resultante entre la luz total emitida y la longitud de arco se proporciona en la siguiente ecuación: En la ecuación 12, l representa el número de elementos de luz por longitud de la unidad, y P(l) representa la salida de luz por elemento volumétrico en una corriente I. Si la longitud de arco se mantiene constante, como se desea para controlar una operación de soldadura, la salida de luz por elemento volumétrico se incrementa en proporción a la cantidad de la corriente que fluye a través de la misma, de acuerdo con la siguiente ecuación: PCD = r¡ * Iarc . (13) En la ecuación 13, h representa la luz emitida por elemento volumétrico por amp. Como resultado, la ecuación 13 puede sustituirse en la ecuación 12 para producir la siguiente ecuación que relaciona la intensidad de la luz de soldadura con la longitud del arco de soldadura y la corriente: Cabe señalar que la ecuación 14 anterior es independiente de cualquier cambio de la caída del voltaje a través del arco de soldadura 12, a causa de los cambios de la extensión del electrodo. Sin embargo, la corriente que fluye a través del arco de soldadura 12 puede cambiar con la extensión del electrodo del alambre de soldadura 24. A medida que el alambre de soldadura 24 se extiende más a partir del soplete de soldadura 26, por ejemplo, puede incrementarse un calentamiento Joule dentro del alambre de soldadura 24. Como resultado, se utiliza menos energía para fundir y transferir la corriente de soldadura a través del arco de soldadura 12. Puesto que la intensidad de la luz es proporcional a la corriente de soldadura, como se muestra en la ecuación 14, la salida de luz del arco de soldadura 12 descendería incluso si no hay cambio de la longitud de arco. Para proporcionar un control adecuado de la longitud del arco de soldadura, por lo tanto, puede ser deseable normalizar la intensidad de la luz con respecto a la corriente, como se describió anteriormente en referencia al método 70. Esta normalización se detalla en la siguiente ecuación: En la ecuación 15, L*m, representa la intensidad de la luz normalizada. De manera específica, la intensidad de la luz de la ecuación 14 se divide entre la corriente detectada a través del arco de soldadura 12, multiplicada por el factor h. La ecuación 15 se reduce a la ecuación 16 a continuación, que relaciona directamente la intensidad de la luz normalizada con la variable de control de la longitud de arco. La intensidad de la luz normalizada puede ser directamente proporcional a la longitud de arco, haciéndola una variable de realimentación más precisa que una caída de voltaje detectada.

Debido a que la intensidad de la luz normalizada es altamente sensible a los cambios de la longitud del arco de soldadura, puede ofrecer un control más preciso en ciertos contextos de soldadura GMAW, tales como los procesos de soldadura GMAW de rociado por pulsos. Tales procesos de soldadura ocurren en ciclos entre la corriente de soldadura alta y baja que se proporciona al electrodo, que utilizan a menudo métodos de pulsos rectangulares. Sin embargo, el control sensible que se ofrece a través de la realimentación de la intensidad de la luz del arco, puede permitir la producción de una onda de pulsos adaptativa, por medio de una onda sinusoidal superpuesta sobre una corriente de soldadura promedio. Utilizar una onda sinusoidal de una sola frecuencia para impulsar el proceso de soldadura, puede ofrecer ventajas sobre los pulsos rectangulares convencionales. Por ejemplo, el control de la onda sinusoidal puede producir niveles reducidos de ruido electromagnético de amplio espectro, debido al incremento gradual hasta, y la disminución gradual desde, el amperaje de los pulsos pico. La reducción del ruido electromagnético puede llevar a una reducción de la salida de ruido audible desde el sistema cuando se pulsa en una frecuencia en particular. Además, la transición fluida desde una corriente inicial a la corriente pico y de regreso, puede reducir la fundición indeseable que de otro modo ocurriría en la punta del alambre de soldadura 24.

El método 70 puede usarse para proporcionar ajustes continuos a la onda sinusoidal para enfrentar los cambios de la longitud de arco, como los que se identifican por medio de la medición de la intensidad de la luz normalizada. En algunas modalidades, el control de la intensidad de la luz normalizada puede ajustar los parámetros de soldadura en respuesta a los cambios de la longitud de arco que resultan del desprendimiento de las gotitas. Es decir, a medida que el alambre de soldadura 24 se funde en la punta de contacto, las gotitas del alambre de soldadura fundido 24 se liberan y se depositan en la soldadura sobre la pieza de trabajo 14. A medida que las gotitas se liberan, reduciendo la longitud de arco, la circuitería de control 40 puede incrementar la corriente que fluye al alambre de soldadura 24, lo que de este modo facilita la transferencia de las gotitas. La transferencia de las gotitas por lo general no se fomenta de esta manera en los sistemas de soldadura convencionales que dependen de la realimentación del voltaje para controlar los parámetros de soldadura. En lugar de incrementar la corriente para liberar las gotitas, los sistemas de ese tipo reducirían la corriente en respuesta a un incremento del voltaje detectado a causa de la formación de gotitas.

La Figura 3 es una vista en perspectiva de una modalidad del soplete de soldadura 26 que tiene el sensor de luz 48 que se monta al soplete de soldadura 26 por medio de un aparato de montaje 88. La luz que proviene del arco de soldadura 12 puede interceptarse mediante el sensor de luz 48, que convierte la intensidad de la luz detectada en una señal electrónica que se envía a la clrcuitería de control 40 para su procesamiento. En las modalidades ilustradas, el sensor de luz 48 comunica la señal de realimentación a la circuitería de control 40 por medio de un alambre 90, que puede extenderse a través del cable de soldadura 27 y desde el alimentador de alambre 20 a la fuente de energía 16. Sin embargo, en otras modalidades el sensor de luz 48 puede comunicar la señal de manera inalámbrica. La circuitería de control 40 puede normalizar la señal con respecto a una corriente detectada que fluye a través del alambre de soldadura 24, y proporcionar las señales de control a la circuitería de conversión de energía 42, en función de la intensidad de la luz normalizada. La circuitería de conversión de energía 42 puede ajustar a continuación la salida de energía al alambre de soldadura 24 para mantener una longitud de arco deseada y, en consecuencia, un cordón de soldadura consistente 92.

El sensor de luz 48 puede incluir cualquier dispositivo capaz de emitir una señal eléctrica en respuesta a la luz incidente. Por ejemplo, el sensor de luz 48 puede incluir una o más celdas fotovoltaicas, fotodiodos, elementos fotorresistentes, o una de sus combinaciones. En algunas modalidades, el sensor de luz 48 puede configurarse para emitir una señal eléctrica que es linealmente proporcional a la luz detectada. En otras modalidades, la falta de linealidad dentro del sensor de luz 48 puede asignarse a una función de linealización correspondiente por medio de la circuitería de control 40.

El sensor de luz 48 puede montarse al soplete de soldadura 26 por medio del aparato de montaje 88 en una ubicación y orientación específicas en relación con al arco de soldadura 12. La posición y/o forma del arco de soldadura 12 puede variar a lo largo del proceso de soldadura, en especial con los cambios de la extensión del electrodo del alambre de soldadura 24. Por ejemplo, la posición del arco de soldadura 12 en relación con al soplete de soldadura 26 puede cambiar por hasta aproximadamente 2.5 cm a causa de la extensión variante del electrodo. El sensor de luz 48, por lo tanto, puede configurarse para detectar de manera consistente la intensidad de la luz emitida a partir del arco de soldadura 12, independientemente de la posición exacta del arco de soldadura 12 en relación con el soplete de soldadura 26 en un momento dado. El sensor de luz 48 puede montarse en una posición relativa al soplete de soldadura 26, de manera que un eje 94 de la superficie de detección del sensor de luz 48 es paralelo a un eje 96 alineado con una boquilla 98 del soplete de soldadura 26. Como resultado, los ángulos y de estos los ejes 96 y 94 en relación con la pieza de trabajo, 14 pueden ser ángulos complementarios. Además, el sensor de luz 48 puede montarse y/o ajustarse para proporcionar un ángulo de incidencia deseado de la luz sobre el sensor de luz 48, o el ángulo entre el eje 94 y una línea 100 desde el sensor de luz 48 al arco de soldadura 12. Una distancia de la línea 100, así como el ángulo de incidencia, se puede ajustar para garantizar que toda la luz emitida que proviene del arco de soldadura 12 se captura sobre la superficie de detección del sensor de luz 48 sin que se oscurezca mediante el baño de fusión de soldadura sobre la pieza de trabajo 14 o cualquiera de los componentes del sistema.

La Figura 4 muestra una modalidad del sensor de luz 48, desde una vista que es normal a una superficie de detección 120 del sensor de luz 48. En la modalidad ilustrada, el sensor de luz 48 incluye un conjunto lineal de tres sensores fotovoltaicos 122, cada uno que se sitúa en un chip separado 124. El chip 124 puede incluir la circuitería que se configura para convertir la luz Incidente detectada mediante los sensores fotovoltaicos conectados 122 en una señal eléctrica. Los sensores fotovoltaicos 122 pueden conectarse eléctricamente en serie, de manera que las señales indicativas de la cantidad de luz que llega a cada uno de los sensores fotovoltaicos 122 puede combinarse en una señal eléctrica que se emite desde el sensor de luz 48. La superficie de detección 120, o alojamiento, al que los sensores fotovoltaicos 122 se montan, puede ser circular, como se ilustra, o cualquier otra forma que se desee. Los sensores fotovoltaicos 122 se disponen de manera lineal a lo largo del eje 94, que es prácticamente paralelo (por ejemplo, dentro de una tolerancia de menos de aproximadamente 1 -2 grados en ciertas modalidades) con el eje 96 y, por lo tanto, prácticamente paralelo con el alambre de soldadura 24 que sale de por medio de la boquilla 98. Los sensores fotovoltaicos 122 se pueden organizar de tal manera que una distancia longitudinal 126 entre los bordes superior e inferior del conjunto de sensores, es al menos una distancia deseada. Esta distancia deseada puede relacionarse con una variación esperada de la extensión del electrodo del alambre de soldadura 24, de manera que los sensores fotovoltaicos 122 detectan la luz proveniente de toda la longitud del arco de soldadura 12, incluso a medida que la ubicación del arco de soldadura 12 cambia en relación con el sensor de luz 48. Otras modalidades del sensor de luz 48 pueden incluir diferentes números, tipos, y disposiciones de los elementos de detección utilizados para producir una señal indicativa de la intensidad de luz total emitida por el arco de soldadura 12.

La luz emitida que proviene del arco de soldadura 12 puede ser tan intensa que podría saturar potencialmente los sensores fotovoltaicos 122, en especial cuando una corriente relativamente alta se mantiene a través del arco de soldadura 12. Para evitar que los sensores fotovoltaicos 122 se saturen por completo, el sensor de luz 48 puede incluir filtros de densidad neutros sobre los sensores fotovoltaicos 122. En otras modalidades, la distancia desde el sensor de luz 48 al arco de soldadura 12 (por ejemplo, la línea 100) puede incrementarse, el ángulo de incidencia puede cambiarse, y/o el ángulo del soplete de soldadura 26 en relación con la pieza de trabajo 14 puede cambiarse para reducir la probabilidad de saturación completa.

Además de utilizar sólo la intensidad de la luz normalizada para controlar un parámetro de soldadura, algunas modalidades del sistema de soldadura 10 pueden utilizar la realimentación del voltaje en combinación con la intensidad de la luz normalizada para proporcionar el control de realimentación de un proceso de soldadura. Como un ejemplo de este tipo de control, la Figura 5 es un diagrama de flujo del proceso de una modalidad de un método 140 para hacer funcionar el sistema de soldadura 10, en función de una intensidad de la luz detectada, una corriente detectada, y un voltaje detectado. El método 140 incluye detectar (bloque 72) la intensidad de la luz por medio del sensor de luz 48, detectar (bloque 74) la corriente por medio del sensor de corriente 50, y normalizar (bloque 76) la intensidad de la luz detectada con respecto a la corriente detectada, como se describe en detalle en referencia al método 70 de la Figura 2. El método 140 también incluye detectar (bloque 142) un voltaje de la electricidad proporcionada al alambre de soldadura 24 desde la fuente de energía 16 por medio del sensor de voltaje 52. Este voltaje detectado puede incluir la caída del voltaje entre el punto de contacto en el soplete de soldadura 26 y el cable de trabajo 36. El sensor de voltaje 52 puede enviar una señal indicativa del voltaje detectado a la circuitería de control 40, para procesarla junto con la intensidad de la luz normalizada.

El resto del método 140 incluye controlar (proporcionando señales de control a la circuitería de conversión de energía 42) un parámetro de soldadura (por ejemplo, corriente, voltaje, etc.) en función tanto del voltaje detectado como de la intensidad de la luz normalizada. En ciertas modalidades, el método 140 incluye determinar (bloque 144) si el voltaje detectado esté por encima de un umbral predeterminado. El método 140 también puede incluir determinar (bloque 146) si la intensidad de la luz normalizada esté por encima de un umbral predeterminado.

Los bloques 144 y 146 pueden representar la circuitería de control 40 evaluando las dos señales de entrada (intensidad de la luz normalizada y voltaje del arco) y determinar qué señal debe considerarse válida. En algunas modalidades, la circuitería de control 40 puede evaluar las señales de control que se calculan en función de estas señales de entrada para determinar qué señal de control debe enviarse a la circuitería de conversión de energía 42. Por ejemplo, si la señal indicativa del voltaje detectado esté por encima del umbral del voltaje, pero la señal indicativa de la intensidad de la luz normalizada no está por encima del umbral de la intensidad de la luz, entonces la circuitería de control 40 puede controlar (bloque 148) el parámetro de soldadura en función del voltaje detectado. Esto puede ocurrir cuando la circuitería de control 40 determina, en función de la intensidad de la luz normalizada, que la luz emitida que proviene del arco de soldadura 12 se bloquea del campo de visión del sensor de luz 48. Por ejemplo, el soplete de soldadura 26 puede orientarse en relación con la pieza de trabajo 14 de tal manera que una porción de la pieza de trabajo 14 bloquea la luz del arco de soldadura para que no llegue al sensor de luz 48. Como resultado, la luz detectada por el sensor de luz 48 y, en consecuencia, la intensidad de la luz normalizada no está por encima de un valor de umbral. Sin embargo, debido a la caída de voltaje a través del arco de soldadura 12, el sensor de voltaje 52 puede detectar un voltaje que esté por encima del umbral del voltaje correspondiente. En este punto, el sistema de soldadura 10 puede tratar la señal de la luz detectada como corrupta. En lugar de incrementar la energía suministrada al alambre de soldadura 24 en respuesta a la baja intensidad de la luz normalizada, que podría sobrecalentar potencialmente el alambre de soldadura 24, la circuitería de control 40 puede cambiar al control de realimentación del voltaje. La circuitería de control 40 puede proporcionar una señal de control, en función del voltaje detectado, a la circuitería de conversión de energía 42 para los ajustes de los parámetros de soldadura. La realimentación del voltaje puede usarse hasta un momento cuando la intensidad de la luz normalizada vuelve a un nivel normal (por encima de su umbral), que indica que ya no está bloqueada o corrupta. De esta manera, la medición del voltaje actúa como un mecanismo de seguridad para la medición de la intensidad de la luz.

Cuando se determina que tanto el voltaje detectado como la intensidad de la luz normalizada (los bloques 144 y 146) están por encima de sus valores de umbral respectivos, el método 140 puede incluir controlar (bloque 150) el parámetro de soldadura en función de la intensidad de la luz normalizada. La medición del voltaje actúa como una confirmación de que la intensidad de la luz normalizada es válida. La intensidad de la luz normalizada puede utilizarse después como la entrada de control porque es un indicador relativamente más preciso de la longitud del arco de soldadura que el voltaje detectado, como se discutió anteriormente.

Si se determina que el voltaje detectado (bloque 144) está por debajo del valor de umbral del voltaje, este puede indicar un cortocircuito. El sistema de soldadura 10 puede, como resultado de esta determinación, restablecer el corto aplicando una señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada. Otras modalidades del sistema de soldadura 10 pueden restablecer el corto cambiando a la realimentación del voltaje con el fin de ejecutar una rutina de restablecimiento del cortocircuito, tal como un proceso regulado de deposición de metal.

El voltaje detectado puede usarse mediante la circuitería de control 40 para realizar otras funciones de control, que no sean un mecanismo de seguridad para la señal de la intensidad de la luz normalizada. Por ejemplo, la circuitería de control 40 puede proporcionar señales para controlar el arco de soldadura 12 en función de un control híbrido que utiliza la información del sensor de luz 48, el sensor de corriente 50, y el sensor de voltaje 52. Como un ejemplo, la intensidad de la luz normalizada puede usarse junto con el voltaje detectado para controlar un proceso de deposición regulada de metal (RMD). El proceso RMD puede controlar la salida de energía de tal manera que el alambre de soldadura 24 haga cortocircuito con el arco de soldadura 12. En tales procesos, la caída del voltaje a través del arco de soldadura 12 puede proporcionar información en relación con el angostamiento de la columna derretida del material que se desprende del alambre de soldadura 24. La intensidad de la luz normalizada puede usarse para mantener la longitud deseada del arco de soldadura durante todo este proceso, mientras que el voltaje detectado puede usarse para monitorear los parámetros que se relacionan con la deposición de metal. En consecuencia, el proceso RMD puede aprovechar la respuesta relativamente sensible a los cambios de la longitud de arco y al mismo tiempo mantener el control de la deposición de metal. La realimentación del voltaje puede mejorar el control disponible a través de la intensidad de la luz normalizada también en otras aplicaciones de soldadura. Por ejemplo, la circuitería de control 40 puede depender principalmente de las señales de realimentación de la intensidad de la luz normalizada para controlar la salida de energía, y puede afinar la corriente de soldadura en función de la información de la extensión del electrodo que puede determinarse a partir del voltaje detectado.

Normalizando la intensidad de la luz detectada con respecto a la corriente detectada, es posible mantener una longitud constante del arco de soldadura 12 independientemente de la velocidad de alimentación del alambre a la que el alambre de soldadura 24 se hace avanzar a través del sistema de soldadura 10. De manera más específica, el sistema de soldadura 10 puede ajustar automáticamente los parámetros de soldadura en función de la intensidad de la luz normalizada para mantener una longitud de arco deseada a medida que se ajusta la velocidad de alimentación del alambre del alimentador de alambre 20. La Figura 6 es un gráfico 160 que muestra un ejemplo de los ajustes automáticos a los parámetros de soldadura que pueden acompañar un cambio de la velocidad de alimentación del alambre del alimentador de alambre 20. El gráfico que se ilustra 160 muestra los parámetros de soldadura (ordenada 162) con respecto al tiempo (abscisa 164). Los parámetros de soldadura incluyen la corriente (trazo 166) y el voltaje (trazo 168) que se le proporcionan al alambre de soldadura 24 para producir el arco de soldadura 12. Desde el tiempo T1 al tiempo T2, la velocidad de alimentación del alambre se incrementa de manera gradual desde aproximadamente 610 centímetros por minuto a aproximadamente 1524 centímetros por minuto. A medida que la velocidad de alimentación del alambre se incrementa, también lo hacen la corriente y el voltaje de la energía suministrada al alambre de soldadura 24 por medio de la fuente de energía 16.

En el sistema de soldadura 10, el control de la intensidad de la luz normalizada puede permitir los ajustes automáticos del parámetro de soldadura al tiempo que mantiene una longitud deseada del arco de soldadura a medida que la velocidad de alimentación del alambre se cambia. Esto puede permitirle a un operador que configure fácilmente los parámetros de soldadura, debido a que el operador no tiene que ajustar manualmente el voltaje para soldar, tras ajustar la velocidad de alimentación del alambre. Este tipo de control automático puede que no sea posible utilizando los sistemas de soldadura convencionales,, que proporcionan una salida de voltaje constante con el fin de mantener una longitud de arco constante. En los sistemas de ese tipo, el cambio de la velocidad de alimentación del alambre puede afectar la relación entre el voltaje y la longitud de arco. Por lo tanto, con el fin de mantener la longitud deseada del arco de soldadura, en consecuencia un operador tendría que cambiar la configuración del voltaje en la fuente de energía 16. El control automático tanto de la corriente como del voltaje que utiliza la realimentación de la intensidad de la luz, puede mejorar el desempeño del sistema de soldadura 10 en los modos en donde la velocidad de alimentación del alambre se altera durante todo el proceso de soldadura. Por ejemplo, la intensidad de la luz normalizada puede usarse para controlar el sistema de soldadura 10 que se hace funcionar en un modo de deposición de tiempo variable, en donde la velocidad de alimentación del alambre se varía periódicamente para lograr una apariencia cosmética deseada del cordón de soldadura.

Cabe señalar que al normalizar la intensidad de la luz detectada, la salida de la ecuación 15 puede reducirse a la ecuación 16 sólo si la señal indicativa de la intensidad de la luz y la señal indicativa de la corriente de soldadura están en fase entre sí. Si las señales recibidas a partir del sensor 48 y 50 no están en fase, la circuitería de control 40 puede aplicar un factor de ganancia adecuado durante la normalización de la intensidad de la luz. Aunque los parámetros físicos de luz y corriente en realidad ocurren en fase, las señales producidas mediante los sensores 48 y 50 pueden estar fuera de fase después del filtrado electrónico que se aplica a las señales por medio de la circuitería de control 40. La Figura 7 es un gráfico 180 que muestra un valor de ganancia efectivo adecuado para un cambio de fase entre los parámetros detectados. Un trazo 182 representa una primera señal de parámetro (por ejemplo, intensidad de la luz detectada) con respecto al tiempo 184, y un trazo 186 representa una segunda señal de parámetro (por ejemplo, corriente detectada) con respecto al tiempo 184. Otro trazo 188 representa un valor de ganancia efectivo 190 con respecto al tiempo 184, que se determina dividiendo la amplitud del primer trazo 182 entre la amplitud del segundo trazo 186. De manera específica, el tercer trazo 188 muestra el efecto del cambio de fase entre dos ondas sinusoidales (trazos 182 y 186) de la misma frecuencia y amplitud. La onda retrasada (trazo 186) puede representar el efecto del filtrado RC sobre la señal indicativa de la corriente detectada con un tiempo de filtración constante de aproximadamente .00022 segundos. En la modalidad ilustrada, el valor de ganancia efectivo 190 que resulta de esta división puede variar entre aproximadamente .64 y 1.56 sobre cada periodo de la onda sinusoidal. La circuitería de control 40 puede configurarse para controlar el valor de ganancia efectivo 190 debido al cambio de fase entre las señales detectadas con el fin de realizar una normalización precisa de la intensidad de la luz detectada y de proporcionar un control estable del parámetro de soldadura. De manera más específica, la etapa de normalización puede incluir determinar el valor de ganancia efectivo en función del cambio de fase, dividir la intensidad de la luz detectada entre la corriente detectada, y corregir la intensidad de la luz dividida de acuerdo con el valor de ganancia efectivo.

La Figura 8 es un diagrama de una modalidad de la circuitería de control 40 utilizada para normalizar la intensidad de la luz detectada y para controlar los parámetros de soldadura en función de la intensidad de la luz normalizada. La circuitería de control 40 se configura para recibir señales indicativas de la intensidad de la luz detectada y la corriente detectada, y para proporcionar una señal de control a la fuente de energía 16 en función al menos en parte de una señal de la intensidad de la luz normalizada. La circuitería de control ilustrada 40 permite determinar una señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada, determinar una señal de control en función de una señal indicativa del voltaje detectado, y alternar entre las señales de control como se describe en referencia a la Figura 5. La circuitería de control 40 se divide en una serie de bloques que realizan diferentes funciones. Cabe señalar que la circuitería diagramada es a modo de ejemplo y pueden utilizarse otras combinaciones de componentes individuales del circuito para realizar las funciones que se describen más adelante. Además, ciertos bloques funcionales pueden o no estar presentes en algunas modalidades de la circuitería de control 40, dependiendo de factores tales como si el voltaje se proporciona como una entrada para el control, o el tipo de control que se ejecuta por el sistema de soldadura 10.

Un primer bloque 200 de la circuitería de control 40 puede incluir un amplificador diferencial de alta impedancia 202 para acondicionar una señal de entrada de la intensidad de la luz 204. La señal 204 puede producirse mediante el sensor de luz 48, como se muestra en la Figura 1 , e ingresar como una caída del voltaje en el primer bloque 200. El primer bloque 200 puede configurarse para aplicar una ganancia de aproximadamente l, que corresponde con el número de elementos de luz por longitud de la unidad del arco de soldadura 12. La señal acondicionada se introduce a la posición del numerador de una unidad divisora 206 en un segundo bloque 208 de la circuitería de control 40.

Un tercer bloque 210 de la circuitería de control 40 puede acondicionar la señal de la corriente detectada recibida desde el sensor de corriente 50. De manera más específica, el tercer bloque 210 puede incluir un amplificador operacional de ganancia variable 212 que se configura para aplicar una ganancia que corresponde a h. Una vez que la señal de la corriente se acondiciona de esta forma, puede proporcionársele al denominador de la unidad divisora 206 en el segundo bloque 208. La unidad divisora que se ilustra 206 puede configurarse para producir una salida que es consistente con la ecuación anterior 16. En la modalidad ¡lustrada, sin embargo, la unidad divisora 206 recibe un término adicional g en el denominador, de acuerdo con la ecuación siguiente: El término adicional g de la ecuación 17 puede incluirse de manera que la unidad divisora 206 no genere una salida máxima, a medida que la señal de la corriente se aproxime a cero. El término adicional g puede configurarse mediante un potenciómetro 214, como se muestra en un cuarto bloque 216 de la circuitería de control 40. Además de la unidad divisora 206, el segundo bloque 208 puede incluir un amplificador operacional 218 para ajustar la salida de la unidad divisora 206 para modificar la escala de la señal de la intensidad de la luz normalizada a un nivel adecuado para introducirla a la circuitería de conversión de energía 42. Esto puede implicar modificar la escala de la intensidad de la luz normalizada mediante l para determinar una señal en relación con la longitud de arco de acuerdo con la ecuación 4.

En la modalidad ilustrada, la circuitería de control 40 se configura para alternar entre la realimentación de la intensidad de la luz normalizada y la realimentación del voltaje, dependiendo de cómo se relacionan las señales con los valores de umbral predeterminados. Por lo tanto, la circuitería de control ilustrada 40 también incluye un quinto bloque 220 para recibir la señal de voltaje detectada desde el sensor de voltaje 52 y convertirla en una señal de control adecuada para introducirla a la circuitería de conversión de energía 42. Esto puede incluir modificar la escala de la señal del voltaje, por medio de un amplificador operacional 222, mediante b para determinar una señal en relación con la longitud de arco de acuerdo con la ecuación 3.

Un sexto bloque 224 actúa como una sección lógica para comparar las señales de realimentación de la luz y el voltaje con los valores de umbral predeterminados, como se describe en referencia a la Figura 5. El sexto bloque 224 puede recibir las entradas del segundo bloque 208 y desde el quinto bloque 220. La entrada del segundo bloque 208, que es una señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada, puede proporcionarse a un primer comparador 226 para comparar la señal con un valor de umbral predeterminado. Del mismo modo, la entrada desde el quinto bloque 220, que es una señal de control en función del voltaje, puede proporcionársele a un segundo comparador 228 para comparar la señal con un valor de umbral predeterminado. Las salidas de los comparadores 226 y 228 pueden funcionar a continuación como entradas a una serie de compuertas lógicas 230 en el sexto bloque 224.

Un séptimo bloque 232 incluye dos interruptores 234 y 236 que pueden accionarse mediante las compuertas lógicas 230 del sexto bloque 224 en respuesta a la salida de los comparadores 226 y 228. Por ejemplo, la señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada, puede estar por encima del umbral predeterminado, como se determina mediante el comparador 226, y la señal de control en función del voltaje detectado puede estar por encima del umbral predeterminado, como se determina mediante el comparador 228. En respuesta a esta determinación, las compuertas lógicas 230 pueden enviar una señal al primer interruptor 234 para cerrar el interruptor 234, lo que de este modo le proporciona la señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada a la circuitería de conversión de energía 42. Sin embargo, si el sensor de luz 48 tiene una vista obstruida de la luz que proviene del arco de soldadura 12, la señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada puede estar por debajo del umbral predeterminado, como se determina mediante el comparador 226. Al mismo tiempo, la señal de control en función del voltaje detectado puede permanecer por encima del umbral predeterminado, como se determina mediante el comparador 228. En respuesta a tales entradas desde los comparadores 226 y 228, las compuertas lógicas 230 pueden proporcionar una señal al segundo interruptor 236 para cerrar el interruptor 236. Esto proporciona una señal de control en función del voltaje detectado a la circuitería de conversión de energía 42, siempre que la señal de la intensidad de la luz normalizada se dañe.

También pueden ser posibles otras disposiciones de la circuitería de control 40. Por ejemplo, en ciertas modalidades la circuitería de control 40 puede incluir solamente los primeros cuatro bloques 200, 208, 210, y 216 de manera que el control de los parámetros de soldadura esté completamente en función de la intensidad de la luz normalizada. En otras modalidades, puede haber lógica adicional para combinar las señales de control en función de la intensidad de la luz normalizada y en función del voltaje para proporcionar una señal de control híbrida a la circuitería de conversión de energía 42. En todavía otras modalidades, la señal de control en función de la intensidad de la luz normalizada puede usarse para controlar un cierto parámetro de soldadura, y la señal de control en función del voltaje detectado puede usarse para controlar un parámetro de soldadura diferente.

Las modalidades presentes del sensor de luz 48 pueden usarse para controlar los parámetros de soldadura tanto en sistemas de soldadura completamente automatizados como en semi automáticos 10. De manera más específica, el sensor de luz 48 puede montarse al soplete de soldadura 26 que se manipula ya sea de manera robótica o manualmente por parte de un operador. En ciertas modalidades en donde el operador coloca el soplete de soldadura 26, puede ser deseable que el sensor de luz 48 se monte en una ubicación que no sea sobre el soplete de soldadura 26. Como un ejemplo, la Figura 9 proporciona una vista en perspectiva de una modalidad del sensor 48, que se monta en un casco de soldador 250 que se usa por parte de un operador de soldadura 252. El operador 252 de manera general mantiene una vista sin obstrucciones del arco de soldadura 12, con el fin de manipular de manera eficaz el soplete de soldadura 26 para producir una soldadura de calidad. Por lo tanto, colocar el sensor de luz 48 sobre un borde delantero del casco de soldador 250, puede garantizar una detección adecuada de la luz emitida proveniente del arco de soldadura 12. Como se expuso previamente, el sensor de luz 48 puede incluir un solo sensor de luz o un conjunto de sensores de luz, tal como el conjunto que se muestra en la Figura 4.

La luz incidente sobre el sensor de luz 48 es una función de una distancia entre el sensor de luz 48 y el arco de soldadura 12. Puesto que el sensor de luz 48 no se monta directamente en el soplete de soldadura 26, la distancia entre el sensor de luz 48 y el arco de soldadura 12 puede cambiar durante todo el proceso de soldadura. Puede ser útil, por lo tanto, detectar una distancia desde el sensor de luz 48 al arco de soldadura 12. Esto puede lograrse de diferentes maneras. Por ejemplo, el sensor de luz 48 puede incluir o acoplarse con un componente que mide el tiempo de vuelo de las ondas de sonido que provienen del arco de soldadura 12 al sensor de luz 48. La circuitería de control 40 puede determinar la intensidad de la luz en función de la luz incidente sobre el sensor de luz 48 y la cercanía detectada del sensor de luz 48 al arco de soldadura 12. En ciertas modalidades, el sistema de soldadura 10 puede dejar la señal de la intensidad de la luz detectada sin compensar con respecto a la distancia entre el sensor de luz 48 y el arco de soldadura 12. En tales modalidades, el operador 252 puede controlar la longitud del arco de soldadura moviendo (flecha 254) el sensor de luz 48 sobre el casco de soldador 250 en relación con al arco de soldadura 12. Esto puede proporcionarle un incremento del control al operador 250, al tiempo que mantiene la sensibilidad a los cambios de la longitud de arco disponible a través de la realimentación de la intensidad de la luz normalizada. Como se ilustra, el sensor de luz 48 puede comunicarle señales a la circuitería de control 40 de manera inalámbrica. Este puede ser deseable para las modalidades en donde el sensor de luz 48 se monta al casco 250, de manera que el operador pueda moverse con libertad en relación con la fuente de energía 16.

Aunque solo ciertas características de la invención se han ilustrado y descrito en el presente documento, muchas modificaciones y cambios se les ocurrirán a aquellos expertos en la téenica. Se entenderá por lo tanto, que las reivindicaciones adjuntas pretenden cubrir todas aquellas modificaciones y cambios que caigan dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES:

1. Un sistema de soldadura, que comprende: un primer sensor que se configura para detectar una intensidad de la luz de un arco de soldadura; un segundo sensor que se configura para detectar una corriente que se proporciona a un electrodo por medio de una fuente de energía; y un controlador que se acopla de manera comunicativa con el primero y segundo sensores y que se configura para modificar la intensidad de la luz con respecto a la corriente, que se caracteriza porque el controlador se configura para controlar un parámetro de soldadura del sistema de soldadura en función de la intensidad modificada de la luz.

2. El sistema de soldadura de la reivindicación 1 , que se caracteriza además porque el controlador se configura para controlar el parámetro de soldadura para mantener una longitud de arco, del arco de soldadura.

3. El sistema de soldadura de la reivindicación 1, que se caracteriza además porque la intensidad modificada de la luz es directamente proporcional a una longitud de arco del arco de soldadura.

4. El sistema de soldadura de la reivindicación 1 , que se caracteriza además porque el primer sensor se monta sobre un soplete de soldadura, en donde el soplete de soldadura se configura para sacar el electrodo hacia la pieza de trabajo.

5. El sistema de soldadura de la reivindicación 1 , que se caracteriza además porque el parámetro de soldadura comprende la corriente, un voltaje del flujo de electricidad que se proporciona al electrodo, una velocidad de alimentación del alambre, o una de sus combinaciones.

6. El sistema de soldadura de la reivindicación 1 , que comprende: un tercer sensor que se configura para detectar un voltaje del flujo de electricidad que se proporciona al electrodo por medio de la fuente de energía; que se caracteriza además porque el controlador se acopla de manera comunicativa con el tercer sensor y que se configura para controlar el parámetro de soldadura en función del voltaje cuando la intensidad modificada de la luz esté por debajo de un umbral de la intensidad de la luz y el voltaje detectado esté por encima de un umbral del voltaje.

7. El sistema de soldadura de la reivindicación 1, que comprende un alimentador de alambre que se configura para hacer avanzar el electrodo hacia la pieza de trabajo, que se caracteriza además porque el controlador se configura para controlar automáticamente el parámetro de soldadura en respuesta a los ajustes de una velocidad de alimentación del alambre del alimentador de alambre.

8. El sistema de soldadura de la reivindicación 1, que se caracteriza además porque el primer sensor comprende una celda fotovoltaica, un fotodiodo, un elemento fotorresistente, o alguna de sus combinaciones.

9. El sistema de soldadura de la reivindicación 1 , que se caracteriza además porque el primer sensor se coloca sobre un casco.

10. Un método, que se caracteriza porque comprende: detectar, por medio de un sensor de luz, una intensidad de la luz emitida desde un arco de soldadura que se produce entre un electrodo de un sistema de soldadura y una pieza de trabajo; detectar, por medio de un sensor de corriente, una corriente de electricidad que se proporciona al electrodo desde una fuente de energía del sistema de soldadura; modificar, por medio de la circuitería de control del sistema de soldadura, la intensidad detectada de la luz con respecto a la corriente detectada para determinar una intensidad modificada de la luz del arco de soldadura; y controlar un parámetro de soldadura del sistema de soldadura en función de la intensidad modificada de la luz.

11. El método de la reivindicación 10, que se caracteriza además porque comprende detectar, por medio de un sensor de voltaje, un voltaje de la electricidad proporcionada al electrodo desde la fuente de energía, y controlar el parámetro de soldadura en función de la intensidad modificada de la luz y el voltaje detectado.

12. El método de la reivindicación 11, que se caracteriza además porque controlar el parámetro de soldadura comprende: determinar, en función de la intensidad modificada de la luz, si el arco de soldadura se bloquea de un campo de visión del sensor de luz; y controlar el parámetro de soldadura en función del voltaje detectado cuando el arco de soldadura se bloquea del campo de visión del sensor de luz.

13. El método de la reivindicación 12, que se caracteriza además porque determinar si el arco de soldadura se bloquea del campo de visión del sensor de luz, comprende comparar la intensidad modificada de la luz con una intensidad de umbral predeterminada de la luz, y comparar el voltaje detectado con un voltaje de umbral predeterminado.

14. El método de la reivindicación 10, que comprende mantener una longitud de arco del arco de soldadura, que se caracteriza además porque la intensidad modificada de la luz es directamente proporcional a la longitud de arco.

15. El método de la reivindicación 10, que se caracteriza además porque modificar la intensidad de la luz comprende normalizar la intensidad detectada de la luz con respecto a la corriente detectada.

16. El método de la reivindicación 10, que se caracteriza además porque modificar la intensidad de la luz comprende: determinar un factor de ganancia en función de un cambio de fase entre la intensidad detectada de la luz y la corriente detectada; dividir la intensidad detectada de la luz por la corriente detectada; y corregir la intensidad dividida de la luz de acuerdo con el factor de ganancia.

17. Un sistema de soldadura, que se caracteriza porque comprende: la circuitería de control configurada para: recibir una señal indicativa de una intensidad de la luz de un arco de soldadura entre un electrodo del sistema de soldadura y una pieza de trabajo; recibir una señal indicativa de una corriente de electricidad suministrada al electrodo para producir el arco de soldadura; modificar la señal indicativa de la intensidad de la luz con respecto a la señal indicativa de la corriente; y proporcionar una señal de control a una fuente de energía del sistema de soldadura en función de la señal modificada indicativa de la intensidad de la luz.

18. El sistema de soldadura de la reivindicación 17, que se caracteriza además porque la señal de control, cuando se implementa por parte de la fuente de energía, ajusta al menos uno de un voltaje, la corriente suministrada al electrodo, o una velocidad de alimentación del alambre, para mantener una longitud de arco deseada del arco de soldadura.

19. El sistema de soldadura de la reivindicación 17, que se caracteriza además porque la circuitería de control se configura para recibir una señal de voltaje, indicativa de un voltaje de la electricidad suministrada al electrodo, y para proporcionar la señal de control en función tanto de la señal modificada y la señal de voltaje.

20. El sistema de soldadura de la reivindicación 19, que se caracteriza además porque la circuitería de control se configura para: comparar la señal modificada con un valor del umbral de la intensidad de la luz; comparar la señal de voltaje con un valor de umbral del voltaje; determinar una primera señal de control en función de la señal modificada; determinar una segunda señal de control en función de la señal del voltaje; proporcionar la primera señal de control a la fuente de energía cuando la señal modificada esté por encima del valor de umbral de la intensidad de la luz; y proporcionar la segunda señal de control a la fuente de energía cuando la señal del voltaje esté por encima del valor de umbral del voltaje, y la señal modificada esté por debajo del valor de umbral de la intensidad de la luz.