專利名稱：送絲速度參考可變頻率脈沖的焊接系統(tǒng)的制作方法
送絲速度參考可變頻率脈沖的焊接系統(tǒng)相關(guān)申請交叉引用本申請要求題為“送絲速度參考可變頻率脈沖的焊接系統(tǒng)”，于2010年2月23日遞交的美國專利申請?zhí)?2/710,914的優(yōu)先權(quán)，在此以參見的方式引入該申請的全部內(nèi)容。
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及焊機，更具體的說是配置成以執(zhí)行焊接操作的焊機，其中，隨著焊絲從焊槍被推進，脈沖波形應用到焊絲。因為各種各樣的目的，已實施了許多各種不同的焊接系統(tǒng)和焊接控制方式。在連續(xù)焊操作中，金屬惰性氣體(MIG)技術(shù)允許通過進給由來自焊槍的惰性氣體所保護的焊絲來形成連續(xù)焊珠。電カ應用到焊絲且穿過エ件形成閉路以保持用來熔化焊絲和エ件以產(chǎn)生期望焊接的電弧。
MIG焊接的高級形式基于在焊接電源供應器中產(chǎn)生脈沖能量。換言之，可實現(xiàn)各種各樣的脈沖方式，其中電流和/或電壓脈沖由電源供應器控制電路所控制以調(diào)節(jié)來自焊絲的金屬熔滴的形成和沉積、以維持所要求的熔池加熱和冷卻剖面、以控制焊絲和熔池之間的短路等等。雖然在許多應用中非常有效，但這樣的脈沖方式可導致難控制送絲速率。在某些已知的技術(shù)中，例如，試圖基于脈沖波形的頻率來控制送絲速度。這可能需要快速轉(zhuǎn)換送絲速度，然而卻會致使難以控制。如果某些焊絲種類(如鋁和鋁合金)被使用，會加重這些困難。由于鋁制焊絲不能如同鋼材一祥支持高柱負荷，電機被設(shè)計用來推進來自送絲器的焊絲穿過焊槍，最常見由設(shè)置在焊槍中用來推進焊絲的電機來補充。此時，需要這兩種電機配合，并且這些也基于脈沖頻率。這樣的配合是困難的且常常導致達不到最優(yōu)系統(tǒng)性能。因此，需要改進允許在改善送絲控制的同時使用脈沖波形方式焊接的焊接策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供設(shè)計為滿足這些需要的焊接系統(tǒng)。根據(jù)示范性實施，焊接電源供應器，配置為產(chǎn)生用于脈沖波形焊接操作的焊接電力；以及送絲器，配置為進給焊絲至焊槍。操作者界面可允許操作者選擇期望或指令送絲速度。代表期望送絲速度的信號應用于焊絲電源供應器，并且基于指令送絲速度在焊接電源供應器中確定用于焊接操作的期望輸出電力的參數(shù)。尤其，如果操作為脈沖焊接，這些參數(shù)可包括脈沖波形中的脈沖頻率。


圖I是根據(jù)本技術(shù)多方面的示范性MIG焊接系統(tǒng)的圖示，其示出與送絲器連接的電源供應器；圖2是用于圖I所示類型的焊接電源供應器的示范性控制電路元件的圖不；圖3是控制電路示范性元件的圖示，其用于圖I所示系統(tǒng)類型的送絲器；圖4為示出根據(jù)本技術(shù)多方面的校正送絲器的示范性步驟的流程圖5為由圖4的步驟所實現(xiàn)的校正過程的圖示；圖6為示出通過圖I的系統(tǒng)啟動焊接的算法中的示范性步驟的流程圖；圖7為用于控制根據(jù)送絲速度的脈沖焊接參數(shù)的示范性算法的流程圖；以及圖8為根據(jù)本技術(shù)所實現(xiàn)的脈沖焊接方式的示范性波形的圖示。
具體實施例方式現(xiàn)轉(zhuǎn)至附圖并首先參閱圖1，所示出的焊接系統(tǒng)包括通過導體或?qū)Ч?4相互連接的電源供應器10和送絲器12。在所示的實施例中，電源供應器10與送絲器12分開，這樣送絲器可被置于離靠近焊接位置的電源供應器有一些距離的位置。然而，必須了解到，在一些實施中，送絲器與電源供應器是一體的。在這些實例中，導管14可在系統(tǒng)內(nèi)部。在送絲器與電源供應器分開的實施例中，一般在電源供應器和送絲器上設(shè)置端子以允許導體或?qū)Ч艽B接到系統(tǒng)，以便允許從電源供應器提供電カ和氣體到送絲器，并允許如以下詳述的 在電源供應器和送絲器這兩個設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計用來提供焊絲、電カ和保護氣體到焊槍16。本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會到，焊槍可以是許多不同的類型，并一般允許將焊絲和氣體進給到鄰近エ件18的位置，在此處將產(chǎn)生將兩片或多片金屬連接的焊縫。第二導體(未示出)一般趨向焊接エ件，以便在電源供應器和エ件之間閉合電路。系統(tǒng)設(shè)計用來允許由操作者選擇數(shù)據(jù)設(shè)置，具體通過設(shè)置在電源供應器上的操作者界面20來選擇。操作者界面一般將成為電源供應器前面面板的一部分，且可允許選擇如焊接エ藝、待使用的焊絲類型、電壓和電流等設(shè)置。尤其，系統(tǒng)設(shè)計用來允許使用鋁或其他焊絲進行MIG焊接，鋁或其他焊絲不僅被推向焊槍而且被拉動穿過焊槍。這些焊接設(shè)置被傳達到在電源供應器中的控制電路22?？刂齐娐?在下文中更加詳細描述)運行以控制產(chǎn)生為執(zhí)行所需焊接操作而應用于焊絲的焊接功率輸出。例如在某些目前期望的實施例中，控制電路可能適合于調(diào)節(jié)協(xié)同MIG焊接方式和/或協(xié)同脈沖MIG焊接方式。術(shù)語“協(xié)同焊接”、“協(xié)同MIG焊接方式”、“協(xié)同脈沖MIG焊接方式”通常涉及焊接算法，其中焊接功率輸出與送絲速度配合，盡管沒有協(xié)同焊接算法已經(jīng)在之前執(zhí)行過如本討論所解釋的如此配合。“脈沖焊接”或“脈沖MIG焊接”指的是這樣的技木，即產(chǎn)生脈沖功率波形，這樣控制金屬熔滴沉積物進入處理焊池。在本發(fā)明的特定實施例中，可執(zhí)行專業(yè)脈沖焊接方式，其中可產(chǎn)生振幅隨著時間變化而變化的脈沖。威斯康星洲阿爾普頓的Miller Electric Mfg.公司的名為剖面脈沖已經(jīng)使ー個這樣的方式商業(yè)化了。根據(jù)本技術(shù)，在所有的這些中，控制電路可至少部分根據(jù)選擇的送絲速度產(chǎn)生焊接功率參數(shù)。 因此，控制電路被連接到電源轉(zhuǎn)換電路24。電源轉(zhuǎn)換電路適合于產(chǎn)生輸出功率，如在最終將應用于在焊槍的焊絲的協(xié)同或脈沖波形方式中。各種各樣的電源轉(zhuǎn)換電路可被采用，包括斬波器、升壓電路、降壓電路、反相器、轉(zhuǎn)換器等等。這些電路的配置可為就其本身而言通常在技術(shù)領(lǐng)域已知的類型。電源轉(zhuǎn)換電路24如箭頭26所示被連接到電源。應用到電源轉(zhuǎn)換電路24的電カ可來自于電カ網(wǎng)，盡管其他電源也可被使用，例如由機動電機、蓄電池、燃料電池或其他可替換的電源。最后，圖I中所示的電源供應器包括接ロ電路28，接ロ電路28設(shè)計成為允許控制電路22與送絲器12之間交換信號。
送絲器12包括被連接到接ロ電路28的附加接ロ電路30。在一些實施例中，多針接ロ可被設(shè)置在接ロ電路之間的元件和多導體電纜線路上以允許如送絲速度、焊接エ藝、選擇的電流、電壓或電カ等級等等信息將被設(shè)置在電源供應器10或送絲器12上，或者設(shè)置在電源供應器10和送絲器12這兩者上。送絲器12還包括連接到接ロ電路30的控制電路32。如下文中更加詳細的描述，控制電路32允許根據(jù)操作者的選擇控制送絲速度，并允許通過接ロ電路向電源供應器反饋這些設(shè)置?？刂齐娐愤€允許如下文所述的校正焊絲進給率?？刂齐娐?2被連接到送絲器上的操作者界面34，操作者界面34允許ー個或多個焊接參數(shù)的選擇，尤其是送絲速度的選擇。操作者界面也可允許如焊接エ藝、使用的焊絲類型、電流、電壓或功率設(shè)置等焊接參數(shù)的選擇?？刂齐娐?2還被連接到氣體控制閥36，氣體控制閥36可調(diào)節(jié)至焊槍的保護氣體的流量。通常，這樣的氣體在焊接的時候提供，并且在焊接之前和焊接之后的短時間立刻接通氣體。應用于氣體控制閥36的氣體一般以加壓瓶的形式提供，如附圖標記38所示。送絲器12包括由控制電路36控制，用于進給焊絲到焊槍并從而再到焊接應用的元件。例如，焊絲40的一個或多個卷軸被封裝在送絲器中。焊絲42如下文描述的從卷軸 被解開來并逐步進給到焊槍?？砂丫磔S與離合器44相關(guān)聯(lián)，當焊絲將被進給到焊槍吋，離合器44與卷軸分離?？烧{(diào)節(jié)離合器以維持最小摩擦カ等級，從而避免卷軸的自由旋轉(zhuǎn)。設(shè)置與進給滾軸48接合的進給電機46以推進焊絲從送絲器趨向焊槍。實際上，進給滾軸48的其中一個被機械連接到進給電機并且進給電機使其旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動來自送絲器的焊絲，同時相匹配的進給滾軸趨向焊絲被偏置以維持這兩個進給滾軸與焊絲之間的緊密接觸。某些系統(tǒng)可包括這個類型的多進給滾軸。最后，設(shè)置用于探測進給電機46、進給滾軸48或任意其他相關(guān)元件速度的流速計50，以便提供實際送絲速度的顯示。來自流速計的信號被反饋回控制電路36，比如用于如下文所述的校正。應該注意，可實施其他系統(tǒng)配置和輸入方法。例如，焊絲可從大容量存儲容器(如磁鼓)或從送絲器外面的一個或多個卷軸進給。同樣，焊絲可從“卷軸槍”進給，其中卷軸安裝在焊槍上或焊槍附近。如此處提及的，送絲速度設(shè)置可通過操作者界面34輸入，操作者界面34在送絲器上或通過在電源供應器中的操作者界面20上輸入，或者通過這兩者輸入。在焊槍上具有送絲速度調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)中，這可為用于設(shè)置的輸入。來自電源供應器的電カ一般依靠焊接線纜52以常規(guī)方式應用于焊絲。同樣，保護氣體通過送絲器和焊接線纜52進給。在焊接操作過程中，焊絲被推進穿過焊接線纜套管趨向焊槍16。在焊槍中，設(shè)置了具有相關(guān)驅(qū)動滾軸的附加牽引電機54。調(diào)節(jié)電機54以提供如下文更加詳細描述的期望送絲速度。焊槍上的觸發(fā)開關(guān)56提供反饋到送絲器并從送絲器回到電源供應器的信號，以使焊接エ藝能夠由操作者啟動或停止。換言之，當壓下觸發(fā)開關(guān)后，氣體流動開始，焊絲被推迸，電カ應用于焊接線纜52并穿過焊槍到達推進中的焊絲。這些程序也在下文中進行了更加詳細的描述。應該注意在本討論的過程中，雖然送絲速度可由操作者設(shè)置，但是由控制電路控制的實際送絲速度一般在焊接過程中由于許多原因而變化。例如，用干“快速進入”的自動化算法(用于電弧產(chǎn)生的最初焊絲進給)可使用源自所設(shè)置的送絲速度的速度。同樣，送絲速度的各種遞進増加和減少在焊接過程中可控。其他的焊接エ藝可叫作“成坑”階段，其中改變送絲速度以填充焊接后的凹處。更進一歩，在脈沖焊接方式中，周期性地或循環(huán)地改變送絲速度。例如，在前面提及的剖面脈沖方式中，在大約l_5Hz的周期變化中可控。如下文所述，在所有的這些情況下，本技術(shù)允許所控送絲速度的這些變化，和通過電源供應器焊接功率輸出隨后發(fā)生的調(diào)整。圖2示出電源供應器控制電路22的示范性實施例。實際上，控制電路包括各種電路，包括模擬分量和數(shù)字分量，模擬分量和數(shù)字分量用于處理操作者輸入的焊接設(shè)置、處理送絲速度和其他由送絲器設(shè)置或探測的設(shè)置、以及通過如圖I所示的電源轉(zhuǎn)換電路調(diào)節(jié)焊接電カ的產(chǎn)生。圖2所示實施例中，控制電路包括處理電路58和存儲電路60。處理電路可基于任何合適的處理平臺，例如微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列、具有處理功能的應用專用集成電路等等。同樣，存儲電路60可為任何合適的存儲器類型，例如電子可編程只讀存儲器、隨機存取存儲器、閃存或其他包括處理電路支持的常規(guī)存儲器或設(shè)置用于處理電路支持的常規(guī)存儲器。存儲器一般用于存儲操作者設(shè)置、控制方式和算法、反饋數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等等。目前目的中特別有益的是用于根據(jù)送絲速度產(chǎn)生的電カ控制的常規(guī)手段。例如，在所示實施例中，存儲電路存儲脈沖焊接方式算法62、焊接設(shè)置64和焊接參數(shù)查找表66。盡管許多不 同的焊接エ藝可由電源供應器在處理電路58的控制下執(zhí)行，但電源供應器的特定實施例允許執(zhí)行脈沖MIG焊接方式，其中多功率脈沖應用于脈沖波形中或者為了控制在推進中的焊池中的焊絲沉積物而拖拉焊絲。脈沖焊接方式算法62適合于如下文中更加詳細描述的基于送絲速度來控制脈沖波形的參數(shù)。如上所述，其他焊接算法也可被存儲在存儲電路中，例如協(xié)同MIG焊接方式(未単獨示出)。這些控制一般至少一部分基于焊接設(shè)置64。算法62也可利用送絲速度和焊接エ藝參數(shù)之間的某些預定關(guān)系，其可以如焊接參數(shù)查找表66所示的查找表形式存儲。然而，應該也注意到，某些實施例除了查找表，還可使用其他的數(shù)據(jù)存儲和重建技木。例如，焊接方式、送絲速度、校正設(shè)置(在下文中描述)可以以狀態(tài)引擎(state engine)、定義直線或曲線的等式、公式系數(shù)等形式存儲。然后,這些可由在焊接過程中確定期望焊接參數(shù)的處理電路所使用(如下文所述)。圖3同樣示出某些實用電路，其可包括在送絲器控制電路32中。例如，在所示實施例中，設(shè)置處理電路68用于進行某些計算和控制送絲器運行。與電源供應器的處理電路58相同，處理電路68可基于任何合適的平臺，例如微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列或任意合適的處理配置。處理電路包括存儲電路70或由存儲電路70所支持。存儲電路70用于存儲由處理電路68實施的算法，該算法一般為預編程常規(guī)程序的形式。例如，在所示實施例中，送絲速度設(shè)置72被存儲在存儲器中，并可在前述的操作者界面上被設(shè)定。校正數(shù)據(jù)74也被存儲用來確定待應用于焊槍的驅(qū)動電機54的適當電壓(更通常說是指令信號)，這也在下文中進行更加詳細的描述?；谠撔Ｕ龜?shù)據(jù)，送絲速度糾正算法76被存儲，其作為由處理電路68執(zhí)行的電機輸出電壓計算的基礎(chǔ)。應該注意，在使用內(nèi)置送絲器的系統(tǒng)中(例如，融入電源供應器)，這些元件的某些可被組合。例如，用于控制焊接電カ產(chǎn)生的處理電路也可用于驅(qū)動送絲器元件。存儲電路也可共享，或送絲速度控制所需要數(shù)據(jù)的ー些或全部可単獨或與送絲器一起作為整體存儲在電源供應器中。在操作過程中，系統(tǒng)進行校正常規(guī)程序以確定待應用于焊槍的驅(qū)動電機54的適當驅(qū)動信號等級。然后作為結(jié)果的校正數(shù)據(jù)被存儲在送絲器中(或系統(tǒng)的其他位置，如在電源供應器中)。當焊接操作待執(zhí)行時，焊絲被安裝穿過各種元件并穿過焊槍，并且操作者通過操作者界面20和操作者界面34選擇適當?shù)磨ㄋ?、焊接設(shè)置、焊絲選擇等等。此外，應該注意到，在某些實施例中，這些操作者界面和電源供應器及送絲器一祥可一體化。然后，操作者將焊槍放置在靠近待執(zhí)行焊接起始點的位置，且壓下如圖I所示的觸發(fā)開關(guān)56。焊絲由作為カ矩電機的電機46驅(qū)動，并且在送絲器的控制電路32的控制下由電機54牽引。電源和保護氣體也由電源供應器提供，并且在推進中的焊絲和エ件之間產(chǎn)生電弧以執(zhí)行焊接操作。由于協(xié)同和脈沖焊接方式在本文上下文中特別有益，設(shè)置在送絲器上的送絲速度被傳送到電源供應器，并且焊接電カ的特定參數(shù)(如當使用脈沖焊接時的脈沖波形)由電源供應器基于送絲速度調(diào)適。這些操作的細節(jié)將在下面的討論中提及。然而，應當注意，源于操作的某些優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。例如，在送絲器中力矩電機46的使用允許施加焊絲的進給カ到電纜組件襯管中。雖然在力矩上設(shè)置固有限制并從而將進給力施加在焊絲驅(qū)動和焊絲上，但是進給カ允許カ矩電機和牽引電機兩者的開環(huán)控制。如在此使用的，術(shù)語“開環(huán)”控制意在與牽引電機的開環(huán)速度控制相關(guān)聯(lián)。換言之，前述的流速計或速度傳感器可被用于監(jiān)測或者甚至稍微調(diào)節(jié)送絲器的操作(如，用于基于速度反饋信息逐漸改變送絲 速度)，但是在操作的過程中，沒有速度反饋信號由焊槍的牽引電機產(chǎn)生或接收自焊槍的牽引電機。(一些實施例也可利用反電動勢和/或i*r校正以提高電機速度調(diào)節(jié)，但這些并不是閉環(huán)速度傳感器參數(shù)。)該操作在送絲速度轉(zhuǎn)換過程中特別有用(也就是，啟動和停止、循環(huán)焊絲速度變化、快速轉(zhuǎn)換等等)。用于驅(qū)動焊絲的力矩電機的使用還固有地校正焊絲的彈性以及焊絲與焊接電纜襯管之間的空間。此外，如下文中更加詳細的描述，力矩電機46和牽引電機54之間不需要速度協(xié)調(diào)。力矩電機46僅僅用于維持推力以確保至牽引電機54的焊絲的供應。系統(tǒng)還可完全改裝，這是因為任意焊槍可被用于協(xié)同MIG焊接和控制脈沖MIG焊接而不需要憑借焊槍中的流速計和其他速度反饋裝置的特別閉環(huán)速度控制。其他優(yōu)點源于所示的就協(xié)同和脈沖焊接方式的配置。例如，通過允許應用于焊槍的牽引電機54的信號簡單調(diào)節(jié)送絲速度以及包括，在適當?shù)那闆r下，基于該參數(shù)所定義的波形脈沖的焊接電力，而大大筒化了焊絲驅(qū)動，而不是試圖基于脈沖頻率協(xié)調(diào)驅(qū)動電機操作。如前所述的，類似的送絲速度參考值可作為電カ參數(shù)中其他改變的基礎(chǔ)被使用，并且送絲速度不需要(且通常不是)為靜態(tài)值或固定值。此外，在送絲器中設(shè)置用于校正目的的流速計允許調(diào)適系統(tǒng)以確保實際送絲速度的精確調(diào)節(jié)而不管元件性能的差異。因此，當向所期望調(diào)節(jié)的脈沖波形提供送絲速度吋，脈沖焊接方式本就用來調(diào)適校正過的送絲速度，從而簡化控制方式。校正不僅本就出于電壓常數(shù)和非理想內(nèi)部電樞電阻的變化，也出于系統(tǒng)與系統(tǒng)之間滾軸滑動(roller slip)等的差異。圖4示出用于校正應用于焊槍前的牽引電機的驅(qū)動信號的常規(guī)程序的示范性步驟。如會被本領(lǐng)域的技術(shù)人員所領(lǐng)會，某些允許操作誤差可導致超過一系列輸入信號(如電壓等級)的電機54驅(qū)動速度的偏差。這些變化可通過電機的閉環(huán)控制校正，例如通過利用焊槍中的流速計。然而，本技術(shù)使用送絲器中的用于校正應用于牽引電機的控制信號的流速計。大體上通過圖4中附圖標記78表示的校正過程開始于纏繞來自送絲器焊絲穿過焊槍，如步驟80所示。隨著焊絲處在適當?shù)奈恢茫贿M行焊接操作，然后操作者輸入進入校正模式，如步驟82所示(如，通過可顯示目錄)。然后送絲器的處理電路確定通常對應第一送絲速度的電壓，如步驟84所示(可為用戶設(shè)置，但是在本實施例中，由校正算法所限定)。該電壓可由處理電路執(zhí)行的計算所確定，如基于前述的在送絲器存儲器中所存儲的設(shè)置，或者可從送絲器中的查找表、等式等來確定。電壓如步驟86所示被應用于牽引電機(同時也使推進焊絲的カ矩電機通電)。步驟88，實際送絲速度由送絲器中的流速計探測(如，測量到或抽樣到)，例如在幾秒鐘內(nèi)探測到。流速計讀數(shù)可被低通濾波(如，平均地)或除此以外用于確定在抽樣期間內(nèi)的實際送絲速度。若只想要單個數(shù)據(jù)點(如，用于有益的特別送絲速度)，校正處理此時進入步驟94，步驟94，代表指令送絲速度和實際送絲速度之間的差值(如，偏移和/或斜率)的校正值被存儲，或者用于產(chǎn)生指令送絲速度所需的輸入信號被存儲。然而，在許多實施中，在一系列送絲速度內(nèi)校正系統(tǒng)是可取的。在這樣的情況下，該相同的處理于是可以以至少ー個其他送絲速度被重復(如步驟90所示)，其可與被測試以改善校正的第一送絲速度分別考慮，并且其在現(xiàn)有實施中可由算法自動設(shè)置。在兩個送絲速度下驅(qū)動焊絲且實際送絲速度被感應和/或計算，由此來計算校正設(shè)置?；谒占蛴嬎愕乃徒z速度和標稱驅(qū)動電壓，那么，如步驟92所示計算校正參數(shù)。為了之后用于牽引電機的控制，這些校正參數(shù)于是如步驟94所示的被存儲。如上所述，校正值可以查找表、ー個或多個等式、等式系數(shù) 等形式被存儲在送絲器或電源供應器中(或存儲在這兩者中)。也可在校正處理中執(zhí)行ー些核查。例如，取決于流速計采樣送絲速度的地方，校正處理可能需要手工介入，例如調(diào)整滾軸壓カ以確保滾軸滑動最小化。例如，流速計可探測力矩電機傳動軸速度、其中一個滾軸的速度或焊絲本身(如，利用単獨的滾軸)。同樣，該常規(guī)程序需要確定是否兩個或多個指令送絲速度或?qū)嶋H送絲速度被充分間隔以提供可靠的校正等。此外，在校正因為各種原因而沒有成功的情況下，系統(tǒng)可設(shè)置對于錯誤原因的顯示(例如，遲緩的焊絲移動、焊絲滑動、無流速計信號等)。該校正常規(guī)程序(用于兩個指令送絲速度)在圖5中通過圖表所示。尤其，圖5表示沿著垂直軸96的送絲速度，與應用于牽引電機(同時力矩電機使用中和運轉(zhuǎn)著)的驅(qū)動電壓98的函數(shù)。設(shè)計軌跡100表示驅(qū)動信號(電壓)和送絲速度之間的標稱關(guān)系。然而，元件偏差可能是這樣的，即送絲速度不同于為特定的輸入或指令信號所設(shè)計的速度。因此，如圖4中所概括的處理中，選擇由第一電壓輸入信號表示的第一送絲速度，如沿著設(shè)計軌跡的點102所示。然而，若偏差存在于特定電機和設(shè)備中(如，由于拖動等)，不同的送絲速度由輸入信號產(chǎn)生，如點104所示。當進程被重復時，另ー個設(shè)計點106被選擇，此外偏差可導致實際送絲速度點108?；谶@兩個點，那么輸入信號和送絲速度之間的實際關(guān)系可如實際軌跡110所示確定。如圖5的圖表所示，實際軌跡可如附圖標記112所示的自設(shè)計軌跡偏移，和/或軌跡可如附圖標記114和116所示具有不同的傾角。還應注意，實際軌跡可在設(shè)計軌跡之上、在設(shè)計軌跡之下或與設(shè)計軌跡交叉。然后，接下來的校正過程，開發(fā)了介于輸入信號與實際送絲速度之間的實際關(guān)系(如，實際軌跡的等式)的公式或算法，或者確定一系列沿著設(shè)計軌跡的校正點。然后，在操作過程中，當選定所想要的送絲速度時，基于校正信息確定牽引電機所需的輸入信號。例如，就查找表來說，參照設(shè)計軌跡和沿著設(shè)計軌跡的単獨偏移點以獲得實際軌跡。在這樣的情況下，當選定送絲速度在查找表的點之間的位置時，查找表的點之間的插入值可以是按序排列的。在利用等式的情況下(或使用等式系數(shù)再現(xiàn)實際關(guān)系)，ー個或多個等式可被確定和存儲，例如獲取指令-速度關(guān)系中的非線性關(guān)系。前述進程允許通過調(diào)節(jié)焊槍中的牽引電機本質(zhì)上開環(huán)控制送絲速度(從速度的觀點看)。如前文中所討論的，可不時使用流速計來重新校正或檢測這些設(shè)置(或者甚至用于閉環(huán)控制)，但是已發(fā)現(xiàn)可通過依靠校正信息而沒有來自焊槍牽引電機的速度反饋信息，得到送絲速度的有效控制。如果被用于與力矩電機連接，就不需要與應用于牽引電機的驅(qū)動信號相協(xié)調(diào)的應用于力矩電機的驅(qū)動信號。同樣，如果以協(xié)同或脈沖焊接方式使用，已發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可借以應用于牽引電機的校正驅(qū)動信號、僅應用于カ矩電機(或兩個或多個獨立設(shè)置，例如高和低)的操作信號以及基于所想要的送絲速度所確定焊接功率參數(shù)，而非常良好地運行。圖6示出了根據(jù)本技術(shù)并基于前述討論的系統(tǒng)和校正產(chǎn)生電弧的示范性步驟。大體上由附圖標記118所示的電弧產(chǎn)生常規(guī)程序開始于如步驟120所示的讀取送絲器內(nèi)的送絲速度設(shè)置。然后送絲速度設(shè)置如步驟122所示的被傳送到電源供應器，例如通過前述的接ロ電路并到達處理電路。步驟124，送絲器計算配置在焊槍中的牽引電機的校正輸入信號。此外，該計算基于通過校正進程所確定的校正設(shè)置，例如參考圖4和圖5的前述描述。 然后，步驟126，操作者通過壓下焊槍手柄上的觸發(fā)開關(guān)來啟動焊接進程。步驟128，基于該信號，送絲器使力矩電機通電以施加推力至焊絲，并且牽引電機拖拉焊絲穿過焊槍。步驟130，系統(tǒng)監(jiān)測焊接電流。換言之，在形成電弧之前，沒有電流將流經(jīng)焊絲和エ件并回到電源供應器(由于開路)。一旦形成電弧(或短路)，能通過電源供應器檢測到電流，電流流經(jīng)通過送絲器、焊絲和エ件所形成的閉環(huán)路徑。步驟132，系統(tǒng)進入電弧產(chǎn)生序列，其中協(xié)調(diào)送絲和焊接電カ以可靠產(chǎn)生焊絲和エ件之間的電弧。圖7示出產(chǎn)生電弧后基于送絲速度實施協(xié)同或脈沖焊接方式的示范性步驟。大體上由附圖標記134所示的進程如前述的(包括校正常規(guī)程序)可開始于初始設(shè)置設(shè)備。然后，操作者可如附圖標記138所示選擇焊接エ藝。如前所述，在本文中特別有益的是協(xié)同MIG和脈沖MIGエ藝。一般通過電源供應器操作者界面(或送絲器操作者界面)進行該選擇。然后，步驟140，操作者可設(shè)置某些エ藝參數(shù)，例如電流或功率等級、送絲速度等。步驟142，指令送絲速度由電源供應器控制電路接收，例如來自送絲器的控制電路。如前所述，這樣的指令在焊接過程中經(jīng)常改變，并且圖7的流程圖可被理解為重復確定、傳送和接收送絲速度指令。基于該送絲速度指令，如步驟144所示的確定功率參數(shù)。就脈沖波形而言，此處特別有益的是，脈沖序列或脈沖波形的一個或多個參數(shù)被確定?？赏ㄟ^參考前述的存儲在電源供應器中的查找表、或者ー個或多個等式、等式系數(shù)等來識別這些參數(shù)。例如，在現(xiàn)存脈沖焊接的實施中，查找表可包括例如波形峰值電流、脈沖寬度、波形基流、脈沖頻率、脈沖起落速率、脈沖曲率等參數(shù)。相似的參數(shù)可由限定波形的數(shù)學關(guān)系、狀態(tài)引擎等所確定?？蓞⒖歼@些參數(shù)用于焊絲和保護氣體的各種組合。換言之，可為和特定保護氣體一起的不同焊絲類型(如鋁絲)、焊絲尺寸及其組合提供個別的設(shè)置。此外，這些參數(shù)的每項由指令送絲速度所參考。如步驟146所示，這些參數(shù)中的某些可通過存儲在查找表中的預定設(shè)置之間的插入值而進一歩精確。換言之，在送絲速度被設(shè)置在介于查找表中所存儲的數(shù)據(jù)點之間的情況下，其他引用的參數(shù)可憑借在最近可用的點之間插入的方式(如憑借線性插值)被確定。然后，步驟148，根據(jù)確定的參數(shù)通過電源供應器的轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生焊接電力，并應用于焊絲以執(zhí)行所想要的焊接操作。于是，通過操作者或更通常通過用來產(chǎn)生送絲速度指令的算法使得送絲速度改變，在這種情況下，圖7中所概括的進程被重復來用于新送絲速度指令。圖8示出示范性脈沖波形150，這種類型的脈沖波形150可用于脈沖焊接，并且脈沖波形150的參數(shù)可如前所述的通過參考指令送絲速度被確定。該波形表示沿縱向軸152的電流和/或電壓，與沿軸154的時間的函數(shù)。該波形包括一系列脈沖156和158。以表示指令電流的波形為例，該波形可由每個脈沖的峰值電流160限定，峰值電流160后跟隨著脈沖之間的基流162。每個脈沖可進一歩由ー個或多個上升傾角164和ー個或多個下降傾角166定義。這要求，曲線或過渡段可如附圖標記168和170所示限定在介于斜坡和峰值和/或基流之間。如附圖標記172所示，限定每個脈沖的持續(xù)時間，如附圖標記174所示，限定脈沖的重復周期(其有效限定脈沖波形頻率)。這些參數(shù)的ー些或全部可通過參考指令送絲速度“實時”變化。在實際的實施中，這些參數(shù)的實值將以經(jīng)驗為根據(jù)進行確定，例如用于某些焊絲組成成分、焊絲尺寸、保護氣體等。還應當注意，在某些方式中，基值和峰值自身可循環(huán)地或周期地上升或下降?；趨⒖贾噶钏徒z速度，也可實現(xiàn)這樣的變化。雖然此處僅示出和描述本發(fā)明的某些特點，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可領(lǐng)會到許多修 改和改變。因此應當明白，所附的權(quán)利要求意在包含所有落入本發(fā)明實質(zhì)精神內(nèi)的這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種焊接系統(tǒng)，包括 焊接電源供應器，配置為產(chǎn)生用于脈沖波形焊接操作的焊接電力；以及 送絲器，配置為進給焊絲至焊槍； 其中，基于或代表指令送絲速度的信號應用于所述焊接電源供應器，并且基于所述信號，在所述焊接電源供應器中確定所述脈沖波形焊接操作的脈沖參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，包括操作者界面，所述操作者界面允許操作者選擇為指令送絲速度所基于的期望送絲速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述送絲器與所述焊接電源供應器分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述送絲器與焊槍相連，所述送絲器包括配置為施加推力在所述焊絲上的力矩電機，所述焊槍包括牽引電機，所述牽引電機配置為通過連接在所述送絲器和所述焊槍之間的焊槍線纜來牽弓I所述焊絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接系統(tǒng)，其中在焊接操作過程中，所述送絲器配置為使所述力矩電機通電并應用驅(qū)動信號至所述牽引電機而不需要來自所述牽引電機的以指令送絲速度來驅(qū)動焊絲的速度反饋信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述脈沖參數(shù)包括脈沖頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊接系統(tǒng)，其中所述脈沖參數(shù)包括峰值電流，基流和介于基流與峰值電流之間的緩變率。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊接電源供應器包括查找表，所述查找表存儲為送絲速度所參考的所述脈沖參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊接電源供應器配置為，當指令送絲速度與所述查找表中的條目不對應時，插入至少一個脈沖參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接系統(tǒng)，其中在焊接操作過程中，所述指令送絲速度自動變化。
11.一種焊接系統(tǒng)，包括 焊接電源供應器，配置為產(chǎn)生協(xié)同金屬惰性氣體電弧焊工藝的焊接電力，其中焊接電力隨著焊絲進給速度而變化； 焊槍，包括配置為牽引所述焊絲穿過所述焊槍的牽引電機；以及 送絲器，連接在所述焊接電源供應器和所述焊槍之間，所述送絲器配置為進給焊絲至焊槍，所述送絲器包括配置為在所述焊絲上施加推力的力矩電機； 其中，基于或代表指令送絲速度的信號應用于所述焊接電源供應器，并且基于所述信號在所述焊接電源供應器中確定用于焊接操作的輸出焊接電力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的焊接系統(tǒng)，包括操作者界面，所述操作者界面允許操作者選擇為指令送絲速度所基于的期望送絲速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中所述送絲器與所述焊接電源供應器分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中在焊接操作過程中，所述送絲器配置為使所述力矩電機通電并應用驅(qū)動信號至所述牽引電機而不需要來自所述牽引電機的以指令送絲速度來驅(qū)動焊絲的速度反饋信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的焊接系統(tǒng)，其中在焊接操作過程中，所述指令送絲速度自動變化。
16.一種焊接系統(tǒng)，包括 焊接電源供應器，包括電源供應器控制電路和響應所述電源供應器控制電路的電源轉(zhuǎn)換電路，從而產(chǎn)生用于脈沖波形焊接操作的焊接電力； 送絲器，連接到所述焊接電源供應器，并且包括焊絲源、送絲器控制電路和響應所述送絲器控制電路的焊絲驅(qū)動電路，從而進給焊絲至焊槍，所述送絲器進一步包括允許操作者選擇指令送絲速度的操作者界面；以及 焊槍，通過焊槍線纜連接到所述送絲器，并且配置為以通過所述焊槍線纜接收所述焊絲，所述焊槍包括焊絲牽引電機，所述焊絲牽引電機響應來自送絲器用于從所述焊絲源拖拉焊絲的驅(qū)動信號； 其中，基于或代表指令送絲速度的信號應用于所述焊接電源供應器，并且基于所述信號在所述焊接電源供應器中確定脈沖波形焊接操作的脈沖參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的焊接系統(tǒng)，其中所述脈沖參數(shù)包括脈沖頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的焊接系統(tǒng)，其中所述脈沖參數(shù)包括峰值電流，基流和基流與峰值電流之間的緩變率。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊接電源供應器包括查找表，所述查找表用于存儲為送絲速度所參考的所述脈沖參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊接電源供應器配置為，當指令送絲速度與所述查找表中的條目不對應時，插入至少一個脈沖參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述送絲器包括在焊接操作過程中在所述焊絲上施加進給力的力矩電機。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的焊接系統(tǒng)，其中在焊接操作過程中，使所述力矩電機通電來施加進給力，并且所述牽引電機以開環(huán)的方式接收驅(qū)動信號，從而以指令送絲速度驅(qū)動焊絲。
23.一種焊接系統(tǒng)，包括 焊接電源供應器，包括電源供應器控制電路和響應所述電源供應器控制電路的電源轉(zhuǎn)換電路，從而產(chǎn)生用于脈沖波形或協(xié)同焊接操作的焊接電力； 送絲器，連接到所述焊接電源供應器，所述送絲器包括送絲器控制電路和響應所述送絲器控制電路的焊絲驅(qū)動電路，從而進給焊絲至焊槍，所述送絲器進一步包括允許操作者選擇指令送絲速度的操作者界面；以及 焊槍，通過焊槍線纜連接到所述送絲器，并且配置為通過所述焊槍線纜接收所述焊絲，所述焊槍包括牽引電機，所述牽引電機響應來自送絲器的用于自焊絲源拖拉焊絲的驅(qū)動信號; 其中，基于或代表指令送絲速度的信號應用于所述焊接電源供應器，并且基于所述信號用于脈沖波形或協(xié)同焊接操作的輸出焊接電力通過所述焊接電源供應器輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的焊接系統(tǒng)，其中基于所述指令送絲速度在所述焊接電源供應器中確定脈沖波形焊接操作的脈沖參數(shù)，所述脈沖參數(shù)包括峰值電流，基流和基流與峰值電流之間的緩變率。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的焊接系統(tǒng)，其中所述焊接電源供應器配置為，當指令送絲速度與所述查找表中的條目不對應時，插入至少一個脈沖參數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述送絲器包括在焊接操作過程中在所述焊絲上施加進給力的力矩電機。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的焊接系統(tǒng)，其中在焊接操作過程中，使所述力矩電機通電來施加進給力，并且所述牽引電機以開環(huán)的方式接收驅(qū)動信號，從而以指令送絲速度驅(qū)動焊絲。
全文摘要
一種脈沖波形焊接操作通過參考由操作者設(shè)置的指令送絲速度被實施。該送絲速度被設(shè)置在送絲器(12)上，代表指令送絲速度的信號應用于電源供應器(10)。電源供應器控制電路(22)涉及查找表，其中基于送絲速度設(shè)置脈沖波形參數(shù)。脈沖波形參數(shù)可包括多種參數(shù)，如脈沖頻率，峰值電流，基流和電流緩變率?？刂齐娐?22)控制電源轉(zhuǎn)換電路發(fā)出指令以產(chǎn)生根據(jù)指令送絲速度的指令波形。
文檔編號B23K9/095GK102770229SQ201180010764
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者奎恩·W·沙爾特納, 安德魯·D·納爾遜 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司