專利名稱：設(shè)置焊接設(shè)備和控制器位置檢測系統(tǒng)的焊接系統(tǒng)的制作方法
設(shè)置焊接設(shè)備和控制器位置檢測系統(tǒng)的焊接系統(tǒng)相關(guān)申請的交叉引用本項(xiàng)申請主張2010年3月10日提出的第61/312526號美國臨時專利申請案《工藝控制焊炬姿態(tài)傳感器》及2011年3月4日提出的第13/041205號美國專利申請案《焊接設(shè)備的位置監(jiān)控系統(tǒng)和方法》的優(yōu)先權(quán)，上述申請案通過引用的方式并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體上涉及焊接系統(tǒng)，具體涉及在焊接作業(yè)中監(jiān)控焊接設(shè)備位置的系統(tǒng)和方法。焊接已成為各行各業(yè)普遍采用的工藝。舉例來說，焊接常用于造船、飛機(jī)維修、建筑等領(lǐng)域。在焊接作業(yè)過程中，需要有操作人員在各個位置之間轉(zhuǎn)動焊炬等焊接設(shè)備，以使焊接設(shè)備保持在適合焊接作業(yè)的位置。舉例來說，很多傳統(tǒng)焊接作業(yè)能在水平面上實(shí)施，但 是在某些焊接環(huán)境中，操作人員需要焊接其上方的工件。在這種情況下，需要將焊接設(shè)備轉(zhuǎn)入頭頂位置，須使用一組與先前的橫焊或平焊不同的焊接參數(shù)?？上?，在很多需要作仰焊等“錯位”焊接應(yīng)用中，操作人員不得不返回焊接電源改變電流強(qiáng)度等一項(xiàng)或多項(xiàng)參數(shù)，從而影響了整體工作效率，特別是位置變化相對頻繁的情況。相應(yīng)地，需要改進(jìn)焊接系統(tǒng)，克服普通系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示范性實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)包括焊接電源，焊接電源包括電源轉(zhuǎn)換電路，用于接收主電源，并且將主電源轉(zhuǎn)換成適用于焊接作業(yè)的焊接電源。位置檢測系統(tǒng)包括至少一個傳感器，用于測量在焊接作業(yè)中表明焊接設(shè)備，如焊炬等的位置參數(shù)，。焊接系統(tǒng)還包括一個控制器，控制器可通信地連接位置檢測系統(tǒng)，用于接收位置檢測系統(tǒng)在焊接作業(yè)過程中發(fā)回的關(guān)于焊接設(shè)備位置的反饋信息，確定焊接設(shè)備位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的時間，并控制焊接電源，當(dāng)焊接設(shè)備位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)前，使系統(tǒng)在第一焊接參數(shù)集內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)焊接設(shè)備位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)后，使系統(tǒng)在第二焊接參數(shù)集內(nèi)運(yùn)行。在另一個實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)包括焊接設(shè)備，用于在焊接作業(yè)中弓丨燃焊弧，和位置檢測系統(tǒng)，用于測量表明焊接設(shè)備位置的參數(shù)。焊接系統(tǒng)還包括控制器，用于接收位置檢測系統(tǒng)發(fā)回的關(guān)于焊接設(shè)備在至少兩個軸上的位置反饋信息，在焊接作業(yè)過程中，根據(jù)收到的反饋?zhàn)兓诘谝贿\(yùn)行參數(shù)集和第二運(yùn)行參數(shù)集之間選擇性地轉(zhuǎn)換控制焊接系統(tǒng)。在另一個實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)的控制器用于接收焊接設(shè)備的位置反饋信息，根據(jù)收到的反饋信息在坐標(biāo)系(至少包括兩根軸)中解析焊接設(shè)備的位置。此外，控制器還監(jiān)控焊接作業(yè)過程中焊接設(shè)備在坐標(biāo)系中的位置，當(dāng)焊接設(shè)備的位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的時，至少向焊接電源或操作人員之一指示。


下面通過具體實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的特性、方面和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明，附圖用類似的字符表示類似部件，其中圖I顯示了本發(fā)明實(shí)施例所述的一個示范性焊接系統(tǒng)，用于激活、控制、并且向焊接作業(yè)供電；圖2的框圖顯示了圖I所示的電焊機(jī)、送絲機(jī)和焊炬組件的內(nèi)部構(gòu)件的實(shí)施例；圖3顯示了本發(fā)明實(shí)施例所述的一種示范性方法，可供圖I所示系統(tǒng)的控制器用于操作傳感系統(tǒng)；圖4顯示了本發(fā)明實(shí)施例所述的一種在多軸位置系統(tǒng)(監(jiān)控焊炬的變化位置)中執(zhí)行的示范性焊接作業(yè)；圖5顯示了本發(fā)明一個實(shí)施例所述的解析焊炬位置圖，解析焊炬位置包含預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)，控制器可以在該轉(zhuǎn)換點(diǎn)在第一焊接參數(shù)集與第二焊接參數(shù)集之間切換； 圖6顯示了本發(fā)明一個實(shí)施例所述的一種控制方法，可供示范性焊接系統(tǒng)的控制器用于監(jiān)控就位焊接和錯位焊接。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在介紹焊接系統(tǒng)的實(shí)施例，焊接系統(tǒng)包括位置系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，用于在焊接作業(yè)過程中連續(xù)確定焊接設(shè)備(焊炬、等離子焊槍等)的位置，確定焊接設(shè)備到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的時間，詳細(xì)說明參見下文。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)設(shè)置為提醒操作人員注意到達(dá)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的時間，例如，通過操作人員看得見的控制面板上的指示器(照明裝置等)進(jìn)行提醒。在另一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)設(shè)置為在確定焊接設(shè)備位置已經(jīng)到達(dá)或超過轉(zhuǎn)換點(diǎn)時在第一焊接參數(shù)集和第二焊接參數(shù)集之間切換。例如，在一個實(shí)施例中，位置檢測系統(tǒng)檢測焊炬在就位焊接(橫焊等)和錯位焊接(仰焊等)之間的轉(zhuǎn)換時間，控制系統(tǒng)在檢測到位置轉(zhuǎn)變時自動調(diào)整一個或多個焊接參數(shù)。又如，在這樣的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可改變電源的安培數(shù)設(shè)置，使仰焊的發(fā)熱量比類似的平焊發(fā)熱量降低15%左右。換言之，在某些實(shí)施例中，當(dāng)焊接設(shè)備從適合平焊的位置轉(zhuǎn)動到適合仰焊的位置時，可在既定應(yīng)用中適當(dāng)減小焊接作業(yè)的電流設(shè)置。同樣，當(dāng)焊接設(shè)備在仰焊位置和平焊位置之間轉(zhuǎn)換時，可以適當(dāng)增大或減小安培數(shù)，或改變其他焊接參數(shù)。需要注意的是，本文所指的轉(zhuǎn)換點(diǎn)適用于所需的任意位置轉(zhuǎn)換點(diǎn)，并不局限于就位焊接和錯位焊接的轉(zhuǎn)換。另外，雖然這里描述的實(shí)施例以體保護(hù)金屬極弧焊(GMAW)系統(tǒng)為上下文進(jìn)行討論，但是本文公開的實(shí)施例特性也適用于其他適合的系統(tǒng)。例如，某些實(shí)施例適用于棒焊接作業(yè)、金屬惰性氣體(MIG)焊接作業(yè)、鎢極惰性氣體(TIG)焊接作業(yè)等。又如，可以用本文公開的位置控制系統(tǒng)結(jié)合等離子切割系統(tǒng)監(jiān)控等離子焊槍的位置及/或根據(jù)焊槍位置改變等離子切割作業(yè)的一個或多個參數(shù)。現(xiàn)在結(jié)合附圖進(jìn)行說明，圖I顯示了焊接系統(tǒng)10(激活、控制焊接作業(yè)并向其供電)的一個示范性實(shí)施例。焊接系統(tǒng)10包括電焊機(jī)12，電焊機(jī)12帶控制面板14，操作人員可通過控制面板14控制焊炬16的焊接材料供應(yīng)，如氣流、送絲等。所示焊炬16的實(shí)施例包括加速計(jì)17，設(shè)置為測量焊炬16在使用過程中的加速度大小和方向。加速計(jì)17設(shè)置為與焊接控件通信，焊接控件位于，舉例來說，電焊機(jī)12內(nèi)，設(shè)置為用于接收加速計(jì)17的位置信息，在焊接作業(yè)中監(jiān)控焊炬16的運(yùn)動。需要注意的是，焊接作業(yè)可能包括引弧期和斷弧期，焊接控件設(shè)置為監(jiān)控焊炬位置，無論焊弧是否引燃。此外需要注意的是，在某些實(shí)施例中，可以用其他適當(dāng)?shù)奈恢脵z測裝置(例如，焊接環(huán)境內(nèi)設(shè)置為監(jiān)控焊炬運(yùn)動的視覺系統(tǒng))替代加速計(jì)17。電焊機(jī)12上的控制面板14包括旋鈕18等輸入或接口裝置，操作人員可使用輸入或接口裝置調(diào)整焊接參數(shù)(電壓、電流等)。換言之，電焊機(jī)12上的操作人員界面14使操作人員得以選擇數(shù)據(jù)設(shè)置。操作人員界面14可實(shí)現(xiàn)焊接工藝、待用焊絲類型、電壓和電流等設(shè)置的選擇。具體而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了采用鋁絲等焊絲(推向焊炬16并拉經(jīng)焊炬16)的金屬惰性氣體電弧焊。在另一些實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)其他送絲類型，例如，僅推/拉系統(tǒng)。在所示的實(shí)施例中，電焊機(jī)12包括安裝在電焊機(jī)12背部的托盤20，對氣罐22進(jìn)行支撐，氣罐22經(jīng)鏈條24固定到位。在其他實(shí)施例中，電焊機(jī)12不裝氣罐22或者焊接系統(tǒng)10不用氣罐22，比如在無氣焊接作業(yè)中。在焊接作業(yè)需要?dú)怏w的實(shí)施例中，氣罐22是焊炬16的供氣源。另外，電焊機(jī)12可通過一組較小的前輪26和一組較大的后輪28移動，使操作人員能夠?qū)㈦姾笝C(jī)12移到焊接位置或者電焊機(jī)12可根據(jù)操作人員的要求保持靜止。事實(shí)上，所示的焊接系統(tǒng)10只是一個實(shí)例，可經(jīng)過修改適應(yīng)相關(guān)焊接或切割作業(yè)。 所示的焊接系統(tǒng)10還包括手提箱式送絲機(jī)30，向焊炬16提供焊接作業(yè)用焊絲。應(yīng)該注意的是，雖然圖I實(shí)施例所示的送絲機(jī)30是手提箱式送絲機(jī)，但是在某些實(shí)施例中，送絲機(jī)30可以是任意適合的送絲系統(tǒng)，例如，各種推拉送絲系統(tǒng)中的任意一種，用一臺或多臺電機(jī)設(shè)立送往焊炬的焊絲。事實(shí)上，可結(jié)合吊桿送絲機(jī)和便攜式手提箱型送絲機(jī)等臺式及/或非臺式送絲機(jī)使用本發(fā)明的實(shí)施例。在所示的實(shí)施方式中，送絲機(jī)30包括控制面板30，控制面板30能讓用戶設(shè)置一個或多個所需的參數(shù)。例如，在某些實(shí)施例中，可以通過控制面板32和/或接口模塊17控制送絲參數(shù)(送絲速度、焊絲直徑等)。又如，在某些實(shí)施例中，送絲機(jī)的控制面板32可能包括多個控件，該等控件用于復(fù)制一個或多個控制面板14的控件，能讓操作人員修改一個或多個焊接運(yùn)行參數(shù)。在這些實(shí)施例中，送絲機(jī)30與焊接電源12通信，協(xié)調(diào)焊接和送絲作業(yè)。另外，送絲機(jī)30可容納焊絲卷筒、送絲驅(qū)動系統(tǒng)、電機(jī)等各種內(nèi)部構(gòu)件。在某些實(shí)施例中，如既定焊接作業(yè)需要，則送絲機(jī)30的內(nèi)部構(gòu)件可以用接收至電焊機(jī)12的焊接電源激活氣流和送絲作業(yè)。因此，可以配合任何送絲工藝，包括氣體作業(yè)(氣體保護(hù)金屬極弧焊GMAff)和無氣作業(yè)(保護(hù)金屬弧焊SMAW)使用送絲機(jī)30。例如，可以在金屬惰性氣體(MIG)焊或棒焊接中使用送絲機(jī)30。此外，在不需要送絲的焊接作業(yè)中，無須使用送絲機(jī)30。各種電纜把焊接系統(tǒng)10的構(gòu)件連在一起，方便向焊炬16供應(yīng)焊接材料。第一導(dǎo)線裝置34連接焊炬16和送絲機(jī)30。第一導(dǎo)線裝置34向焊炬16提供電源、控制信號和焊接消耗品。例如，第一導(dǎo)線裝置34包括控件或數(shù)據(jù)電纜，將焊炬16的加速計(jì)17的信號輸送給電焊機(jī)12，控制焊接參數(shù)。也就是說，加速計(jì)17通過導(dǎo)線裝置34向送絲機(jī)及/或電焊機(jī)12內(nèi)的控制器傳達(dá)焊炬16位置信息。第二電纜36連接電焊機(jī)12和工件夾38，工件夾38在焊接作業(yè)中連接工件40，在電焊機(jī)12和焊炬16之間形成電路。電纜束42連接電焊機(jī)12和送絲機(jī)30，提供焊接作業(yè)用焊接材料。電纜束42包括送絲機(jī)電源線44、焊接電纜46、氣體軟管48和焊接控制電纜50。根據(jù)焊接工藝的極性，送絲機(jī)電源線44可與電纜36連接同一焊機(jī)輸出端。需要注意的是，在某些實(shí)施例中，電纜束42未捆在一起。需要注意的是，可根據(jù)本發(fā)明的各個方面修改圖I所示的示范性焊接系統(tǒng)10。例如，可以拆除電焊機(jī)12上的托盤20，氣罐22可放在輔助支架上或放在遠(yuǎn)離焊接作業(yè)的地方。另外，如前所述，雖然以金屬惰性氣體保護(hù)焊為例介紹了所示的實(shí)施例，但本發(fā)明的一個或多個特性可配合各種其他適當(dāng)?shù)暮附酉到y(tǒng)和焊接工藝使用。圖2的框圖顯示了電焊機(jī)12的內(nèi)部構(gòu)件、送絲機(jī)30和焊炬裝置16。在所示的實(shí)施例中，電焊機(jī)12包括電源轉(zhuǎn)換電路52，電源轉(zhuǎn)換電路52接收交流電源54(交流電網(wǎng)、發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)組、電池或組合等)的輸入電源，調(diào)節(jié)輸入電源，根據(jù)系統(tǒng)10的需求通過電源線46到電纜34提供輸出電源，激活一臺或多臺焊接設(shè)備(焊炬裝置16等)。相應(yīng)地，在某些實(shí)施例中，電源轉(zhuǎn)換電路52包括變壓器、整流器、開關(guān)等電路元件，根據(jù)系統(tǒng)10的需求將交流輸入電源轉(zhuǎn)換成直流電極接正(DCEP)或直流電極接負(fù)(DCEN)輸出。終接工件夾38的引線電纜36連接電源轉(zhuǎn)換電路52和工件40，閉合電源12、工件40和焊炬16之間的電路。 焊接電源12還包括控制電路58，接收、處理與系統(tǒng)10的性能和需求有關(guān)的多項(xiàng)輸入?？刂齐娐?8包括處理電路60和內(nèi)存62。內(nèi)存62可能包括易失存儲器或非易失性存儲器，比如R0M、RAM、磁存儲器、光存儲器等或其組合。另外，各種控制參數(shù)以及在作業(yè)過程中提供具體輸出(開始送絲、啟動氣流等)的代碼可存入內(nèi)存62。處理電路60可接收用戶界面14的一項(xiàng)或多項(xiàng)輸入內(nèi)容，用戶籍此選擇工藝和所需的參數(shù)(電壓、電流、特定脈沖或非脈沖焊接狀態(tài)等)。根據(jù)收到的操作人員輸入，控制電路58運(yùn)行，控制焊接電源輸出，焊接電源輸出供焊絲，舉例來說，通過傳輸給電源轉(zhuǎn)換電路52的控制信號實(shí)施所需的焊接作業(yè)。電源轉(zhuǎn)換電路52根據(jù)這些控制命令產(chǎn)生輸出電源，輸出電源最終用于焊炬16處的焊絲。為此，如前所述，可以使用各種電源轉(zhuǎn)換電路，包括斬波器、升壓電路、降壓電路、逆變器、轉(zhuǎn)換器等。另外，在圖2所示的實(shí)施例中，控制電路58還包括界面電路64，設(shè)置為在作業(yè)過程中連接送絲機(jī)30的電子設(shè)備。接口電路64連接處理電路60和送絲機(jī)30的構(gòu)件。此外，處理電路60通過連接接口電路64的電纜44向送絲機(jī)30提供焊接作業(yè)相關(guān)控制信號。如前所述，電焊機(jī)12和送絲機(jī)30通過電纜束42相互連接，焊炬裝置16通過電纜束34連接送絲機(jī)30。在所示的實(shí)施例中，儲氣罐22和66配置為分別通過軟管48和68提供氬氣、氦氣、二氧化碳等焊接作業(yè)用保護(hù)氣體。在圖2所示的實(shí)施例中，氣體進(jìn)入送絲機(jī)30上的閥70。閥70與送絲機(jī)30的控制器72通信，確定通過氣體導(dǎo)管74輸出的氣體量和流量。送絲機(jī)30還包括用戶界面32，以便在電源12處、送絲機(jī)30處或同時在兩者處設(shè)置送絲速度、過程、選定電流、電壓或功率級等信息。因此，用戶界面32連接控制器72，以根據(jù)操作人員的選擇控制送絲速度，通過接口電路64將設(shè)置反饋給電源12。送絲機(jī)30還包括一些構(gòu)件，在控制器72的控制條件下，將焊絲送至焊炬16，再送至焊接作業(yè)。例如，送絲機(jī)30內(nèi)設(shè)有一個或多個焊絲78的卷筒76?？商峁┧徒z機(jī)驅(qū)動電路80，從卷筒76上拉出焊絲78，將焊絲78慢慢送至焊炬16。為此，送絲機(jī)驅(qū)動電路80可包括電機(jī)、輥?zhàn)拥葮?gòu)件，經(jīng)適當(dāng)?shù)呐渲眯纬上鄳?yīng)的送絲速度。以一個實(shí)施例為例，驅(qū)動電路80包括進(jìn)給電動機(jī)，與進(jìn)料輥嚙合，將焊絲從送絲機(jī)30推向焊炬16。事實(shí)上，其中一個進(jìn)料輥可機(jī)械連接進(jìn)給電動機(jī)，經(jīng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)使焊絲離開送絲機(jī)，配套輥向焊絲傾斜，使兩個輥和焊絲保持良好的接觸。某些系統(tǒng)可能包括多個同類輥。在傳統(tǒng)的方式中，一般通過焊接電纜46將來自電源12的功能用于送絲。在焊接作業(yè)中，焊絲通過焊接電纜34面向焊炬16前進(jìn)?？梢栽诤妇?6內(nèi)設(shè)置附加牽引電機(jī)及相關(guān)驅(qū)動輥等附加焊絲驅(qū)動構(gòu)件82?？烧{(diào)整牽引電機(jī)達(dá)到所需的送絲速度。例如，焊炬觸發(fā)開關(guān)提供的信號先反饋給送絲機(jī)，再反饋給電源，以啟動焊接工藝并允許操作人員停止焊接。也就是說，按下觸發(fā)開關(guān)能啟動氣流，推進(jìn)焊絲，將電源輸送至焊接電纜，通過焊炬推動焊絲。在所示的實(shí)施例中，焊炬裝置16還包括印刷電路板(PCB) 84，印刷電路板84包括傳感系統(tǒng)86。印刷電路板84通過電纜88連接送絲機(jī)30的控制器72。在作業(yè)過程 中，傳感系統(tǒng)86設(shè)置為以測量焊炬16的一項(xiàng)或多項(xiàng)參數(shù)(表明焊炬在焊接環(huán)境中的位置)。為此，傳感器86包括一個或多個傳感器(加速計(jì)等)，在焊接作業(yè)過程中連續(xù)測量或按所需的間隔測量所需參數(shù)。傳感系統(tǒng)86獲得焊炬16的作業(yè)位置相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過電纜88將位置數(shù)據(jù)傳輸給送絲機(jī)30的控制器72。需要注意的是，在某些實(shí)施例中，可以將傳感系統(tǒng)86設(shè)置為焊炬裝置16的組成部分。換言之，在焊炬的制作等過程中，將傳感系統(tǒng)86集成到焊炬裝置16。在另一個實(shí)施例中，傳感系統(tǒng)86可以是激活現(xiàn)有焊炬組件的翻新套件，帶有本發(fā)明所述的位置監(jiān)控功能。為此，該等翻新套件可以是能夠與焊接系統(tǒng)的一個或多個控制器通信的有線或無線設(shè)備。例如，翻新套件一個實(shí)施例中，傳感系統(tǒng)安裝在焊炬上，經(jīng)編程與所需的控制器(送絲機(jī)內(nèi)的控制器72等)通信。在一個實(shí)施例中，送絲機(jī)30的控制器72分析收到的位置數(shù)據(jù)，確定焊炬16是否及/或何時到達(dá)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。在某些實(shí)施例中，達(dá)到轉(zhuǎn)變點(diǎn)時，控制器72與電焊機(jī)12的處理電路60通信，傳達(dá)焊炬16到達(dá)轉(zhuǎn)變點(diǎn)的信息。在些實(shí)施例中，處理電路60接著確定焊接參數(shù)(送絲速度的增減、改變電壓等級等)的一種或多種相應(yīng)變化。但是，在另一種實(shí)施例中，焊絲機(jī)30的控制器72能確定、實(shí)施必要的焊接參數(shù)變化。事實(shí)上，各種布局能使用控制器72及/或處理電路60確定焊炬16達(dá)到轉(zhuǎn)變點(diǎn)及/或根據(jù)需要改變既定應(yīng)用的參數(shù)。在所示的實(shí)施例中，傳感系統(tǒng)86通過有線連接向控制器72及/或處理電路60提供反饋。然而，需要注意的是，在另一些實(shí)施例中，可通過無線通信鏈路實(shí)現(xiàn)焊炬裝置構(gòu)件(傳感系統(tǒng)、焊絲驅(qū)動構(gòu)件等)與電焊機(jī)12及/或送絲機(jī)30構(gòu)件之間的通信。事實(shí)上，目前考慮的實(shí)施例可以使用向一個或多個控制器(能改變焊接參數(shù)及/或提醒操作人員注意出錯)輸送焊炬位置反饋的任意適當(dāng)方法，并不局限于有線連接。圖3顯示了本發(fā)明實(shí)施例所述的一種方法90，可供圖I所示系統(tǒng)的控制器操作所示的傳感系統(tǒng)。方法90包括焊炬定位系統(tǒng)啟動步驟(方框92)以及焊炬位置相關(guān)焊炬參數(shù)傳感系統(tǒng)的一個或多個傳感器反饋的接收步驟(方框94)。例如，控制器能接收焊炬本體加速計(jì)(能測量焊炬在焊接作業(yè)過程中的加速幅度和加速方向)的反饋信息。根據(jù)上述反饋，控制器經(jīng)進(jìn)一步配置在至少兩個軸上解析焊炬位置(方框96)，實(shí)施對應(yīng)解析焊炬位置的第一焊接參數(shù)集(方框98)。舉例來說，在一個實(shí)施例中，控制器能解析焊炬位置，確定焊炬作就位焊接的定位，實(shí)施適合就位焊接的參數(shù)。另外，控制器繼續(xù)監(jiān)控傳感系統(tǒng)的反饋，在焊接作業(yè)過程中在解析焊炬在至少兩個軸上的運(yùn)行位置(方框100)。換言之，控制器通過連續(xù)監(jiān)控傳感器反饋檢測焊炬位置變化。方法90還包括如下步驟當(dāng)解析的焊炬運(yùn)行位置超過焊炬的轉(zhuǎn)變位置極限時進(jìn)行校驗(yàn)(方框102)，例如，操作人員在焊接作業(yè)開始前設(shè)定。如果達(dá)到轉(zhuǎn)變點(diǎn)，則控制器繼續(xù)監(jiān)控焊炬位置反饋(方框98)。但是，如果達(dá)到或超過轉(zhuǎn)變點(diǎn)，則方法90要求實(shí)施對應(yīng)焊炬第二位置范圍的第二焊接參數(shù)集(方框104)，例如，對應(yīng)錯位焊接的焊炬位置。圖4顯示了在多軸位置系統(tǒng)106 (在焊接過程中，在該系統(tǒng)中改變焊炬16位置)中實(shí)施的一個示范性焊接作業(yè)。如圖所示，位置系統(tǒng)106包括X軸108、y軸110和z軸112。在目前考慮的實(shí)施例中，可根據(jù)焊炬16在至少兩個軸上的位置反饋解析焊炬16的一項(xiàng)或多項(xiàng)位置參數(shù)。也就是說，在很多實(shí)施例中，不需要解析焊炬坐標(biāo)來確定進(jìn)行中的焊接類型；在該等實(shí)施例中，只需要解析焊炬的一項(xiàng)參數(shù)。例如，在一個實(shí)施例 中，控制器設(shè)置為根據(jù)焊炬16在三個軸的兩個軸上的實(shí)際位置反饋在X軸108、y軸110和z軸112中解析焊炬16的角定向。因此，在某些實(shí)施例中，控制器可以用位置信息解析焊炬的角定向，表明正在實(shí)施的焊接類型(橫焊、立焊、仰焊等)。在所示的實(shí)施例中，操作人員將焊炬16從第一焊接位置114轉(zhuǎn)到第二焊接位置116。焊炬16在第一焊接位置定位后，用焊炬16對工件40進(jìn)行就位焊接或橫焊。當(dāng)焊炬轉(zhuǎn)到第二焊接位置116時(如圖中箭頭118所示)，焊炬經(jīng)適當(dāng)定位對工件40’進(jìn)行錯位焊接或仰焊。在箭頭118所示的轉(zhuǎn)動過程中，位置檢測系統(tǒng)120測量表明焊炬16位置的一項(xiàng)或多項(xiàng)參數(shù)，向控制器傳達(dá)實(shí)測參數(shù)。接著，控制器可確定焊炬16到達(dá)及/或超過角定向轉(zhuǎn)變點(diǎn)等轉(zhuǎn)變點(diǎn)的時間，參見圖5所示的圖122。需要注意的是，雖然圖4所示的實(shí)施例顯示了橫焊和仰焊之間的轉(zhuǎn)變，但控制器可經(jīng)過配置根據(jù)焊炬位置反饋區(qū)分焊接類型。例如，在其他實(shí)施例中，控制器可以區(qū)分立焊和橫焊，或者立焊和仰焊。事實(shí)上，在某些實(shí)施例中，控制器可設(shè)置為在多個焊接設(shè)置(設(shè)置為在焊接環(huán)境的焊炬角定向發(fā)生變化時配合多種工藝使用)之間切換。圖5所示的圖122顯示了預(yù)定轉(zhuǎn)變位置124，相當(dāng)于控制器在第一焊接參數(shù)集(對應(yīng)橫焊)與第二焊接參數(shù)集(對應(yīng)仰焊)之間切換的45ο夾角。如圖所示，解析的位置圖126顯示了焊炬的運(yùn)動，例如，在橫焊過程中從00運(yùn)動到15ο，如圖126的部分128所示。在時間130處，焊炬從橫焊位置轉(zhuǎn)到適合仰焊的位置，如箭頭132所示。在時間134處，解析的焊炬位置到達(dá)轉(zhuǎn)變點(diǎn)124，控制器提醒操作人員注意轉(zhuǎn)變及/或切換到適合仰焊的第二焊接參數(shù)集。當(dāng)焊炬再次轉(zhuǎn)動(如箭頭136所示)在時間136處到達(dá)轉(zhuǎn)變點(diǎn)124時，控制器切換回第一焊接參數(shù)集。也就是說，控制器設(shè)置為監(jiān)控位置變化方向和位置變化的存在性。另外，需要注意的是，監(jiān)控及/或解析焊炬位置的焊接作業(yè)包括焊接期和非焊接期，舉例來說，時間130和時間134之間的時期。圖6顯示了方法140，可供示范性焊接系統(tǒng)(在其中實(shí)施就位焊接和錯位焊接)的控制器使用。方法140包括焊接設(shè)備的定向檢測(方框142)，例如，通過監(jiān)控收到的傳感器反饋。如果設(shè)備定向表明是就位焊接，則方法140還包括校驗(yàn)步驟(方框144)。如果設(shè)備定向表明是就位焊接，則實(shí)施對應(yīng)就位焊接的參數(shù)(方框146)。舉例來說，在某些實(shí)施例中，如果焊接設(shè)備的位置適合平焊(與適合仰焊的位置相反)，則可針對既定的應(yīng)用將焊接作業(yè)的電流設(shè)為較大的強(qiáng)度。如果設(shè)備定向表明不是就位焊接，則控制器檢查定向是否表明錯位焊接(方框148)，如果是錯位焊接，則實(shí)施對應(yīng)錯位焊接的參數(shù)(方框150)?；蛘?，如果設(shè)備位置既不對應(yīng)就位焊接也不對應(yīng)錯位焊接，則提醒操作人員注意出錯(方框152)。舉例來說，當(dāng)傳感系統(tǒng)的一個或多個傳感器 發(fā)生故障時可能出現(xiàn)上述情況。雖然本文僅介紹了本發(fā)明的一些特性，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員還能實(shí)現(xiàn)多種修改和變化。因此，需要理解的是，在不偏離本發(fā)明真實(shí)精神的前提下所作的全部該等修改和變化均屬于所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種焊接系統(tǒng)，包括 焊接電源，包括電源轉(zhuǎn)換電路，設(shè)置為接收主電源，并將主電源轉(zhuǎn)換成適合焊接作業(yè)使用的焊接電源輸出； 位置檢測系統(tǒng)，包括至少一個傳感器，設(shè)置為測量在焊接作業(yè)中表明焊炬位置的焊接設(shè)備參數(shù)； 控制器，可通信地連接位置檢測系統(tǒng)，設(shè)置為在焊接作業(yè)過程中接收位置檢測系統(tǒng)發(fā)回的關(guān)于焊接設(shè)備位置反饋信息，確定焊接設(shè)備到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的時間，并控制焊接電源，當(dāng)焊接設(shè)備位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)前，在第一焊接參數(shù)集內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)焊接設(shè)備位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)后，在第二焊接參數(shù)集內(nèi)運(yùn)行。
2.權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)包括與焊接設(shè)備的轉(zhuǎn)動方向相對應(yīng)的預(yù)設(shè)角度。
3.權(quán)利要求2所述的焊接系統(tǒng)，其中所述預(yù)設(shè)角度約為O度到90度。
4.權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述至少一個傳感器包括加速計(jì)，設(shè)置為測量焊接設(shè)備的加速度的大小和方向。
5.權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述第一焊接參數(shù)集對應(yīng)適合就位焊接的參數(shù)集，第二焊接參數(shù)集對應(yīng)適合錯位焊接的參數(shù)集。
6.權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述控制器被設(shè)置為通過將目前接收到的來自位置檢測系統(tǒng)反饋與之前接收的位置檢測系統(tǒng)反饋?zhàn)鞅容^，來滯后地(via hysteresis)確定焊接設(shè)備何時到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)。
7.一種焊接系統(tǒng)，包括 焊接設(shè)備，設(shè)置為用于在焊接作業(yè)中引燃焊弧； 位置檢測系統(tǒng)，設(shè)置為測試指示焊接設(shè)備位置的參數(shù)； 控制器，設(shè)置為接收來自位置檢測系統(tǒng)的關(guān)于焊接設(shè)備在至少兩個軸的位置反饋，并根據(jù)焊接作業(yè)過程中所收到的反饋的變化，在第一運(yùn)行參數(shù)集和第二運(yùn)行參數(shù)集之間選擇性地轉(zhuǎn)換控制焊接系統(tǒng)。
8.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊接作業(yè)包括焊接設(shè)備和工件之間建立焊弧的時期以及焊接設(shè)備和工件間沒有建立焊弧的時期。
9.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于焊接設(shè)備至少包括焊炬和等離子焊槍這兩者之一。
10.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于第一運(yùn)行參數(shù)集適合就位焊接，第二運(yùn)行參數(shù)集適合仰焊。
11.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，其中所述位置檢測系統(tǒng)包括視覺檢測系統(tǒng)，視覺檢測系統(tǒng)包括一個或多個光學(xué)設(shè)備，設(shè)置為用于跟蹤焊接設(shè)備的運(yùn)動。
12.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，進(jìn)一步包括送絲機(jī)，設(shè)置為向焊接設(shè)備供應(yīng)焊絲。
13.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，進(jìn)一步包括焊接電源，設(shè)置為向焊接設(shè)備供電，以建立并維護(hù)焊接電弧。
14.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，其中所述控制器經(jīng)進(jìn)一步設(shè)置為根據(jù)位置檢測系統(tǒng)關(guān)于焊接設(shè)備在至少兩個軸的位置反饋來解析焊接設(shè)備的角定向。
15.權(quán)利要求7所述的焊接系統(tǒng)，其中所述位置檢測系統(tǒng)配置為翻新模塊，其設(shè)置為被連接到焊接設(shè)備，通過無線鏈路與控制器通信。
16.一種焊接系統(tǒng)控制器，設(shè)置為 接收焊接設(shè)備關(guān)于位置的反饋； 根據(jù)收到的反饋解析焊接設(shè)備在包含至少兩個軸的平面坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置； 在焊接作業(yè)過程中在所述平面坐標(biāo)系統(tǒng)中監(jiān)控焊接設(shè)備的位置；及 當(dāng)焊接設(shè)備位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)時至少向操作人員或焊接電源兩者之一指示。
17.權(quán)利要求16所述的控制器，其中所述控制器設(shè)在送絲機(jī)內(nèi)。
18.權(quán)利要求16所述的控制器，經(jīng)進(jìn)一步配置為在焊接設(shè)備的位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)時改變一項(xiàng)或多項(xiàng)焊接參數(shù)。
19.權(quán)利要求16所述的控制器，其中所述預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)包括對應(yīng)仰焊位置的角度。
20.權(quán)利要求16所述的控制器，其中所述收到的反饋包括焊接設(shè)備加速度的大小和方向。
21.權(quán)利要求16所述的控制器，其中所述焊接設(shè)備的位置到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的指示包括激活控制面板上的指示器，激活操作人員帽上的指示器，激活焊炬上的指示器，或者改變第二焊接設(shè)備。
全文摘要
提供了多種焊接系統(tǒng)，這些焊接系統(tǒng)包括設(shè)置為在焊接作業(yè)中引燃焊弧的焊接設(shè)備(16)和設(shè)置為測量表明焊接設(shè)備(16)位置參數(shù)的位置檢測系統(tǒng)(86)。這些焊接系統(tǒng)還可以包括控制器(72)，設(shè)置為用于接收位置檢測系統(tǒng)(86)關(guān)于焊接設(shè)備(16)在至少兩個軸上的位置反饋信息，并根據(jù)作業(yè)過程中收到的反饋?zhàn)兓诘谝贿\(yùn)行參數(shù)集和第二運(yùn)行參數(shù)集之間選擇性地轉(zhuǎn)換控制焊接系統(tǒng)。
文檔編號G01P15/00GK102791414SQ201180012998
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者彼得·唐納德·梅恩 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司