專利名稱：用于表征焊接輸出電路路徑的方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的某些實施例涉及焊接。更具體來說，本發(fā)明的某些實施例 涉及關(guān)于真實的能量或功率輸入、電感和電阻以及焊接輸出波形來表征 焊接電路輸出路徑的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
焊接的冶金屬性受到許多變量的影響，比如基材成分、填料材料和 屏蔽(shielding)成分以及焊接工藝變量。通過多種方法、質(zhì)量控制程 序以及一般制造技術(shù)來控制材料的成分。所述焊接工藝變量通常被存 檔，并且利用附加的質(zhì)量控制程序來檢查所述焊接工藝變量。但是可能 難以控制大量的焊接工藝變量。這些變量包括一些易于控制的項以及較 難精確控制或測量的其他項。焊接工藝本身可以是恒定電壓(CV)或恒 定電流(CC)^t式，或者涉及到更加復雜的波形，比如表面張力過渡 (STT)、脈沖或AC脈沖。隨著所述波形變得越來越復雜或者隨著所述 焊接工藝由于更加嚴格的質(zhì)量控制要求而變得更加精確，用來精確檢驗 (verify)適當操作的方法也變得越來越復雜。
可能會影響焊接系統(tǒng)的性能但是又難以控制或測量的附加變量是 所述焊接電路的電感。電感隨著通常連接到焊接電源的輸出端的長電纜 而增大。隨著該電感增大，電源焊接性能可能會降低，這是因為其可能 無法在所期望的時間段內(nèi)達到所期望的輸出。所述電源只能產(chǎn)生有限量 的電壓，所迷電壓限制了該改變速率。V = L * (纖)
需要所有這些變量(所期望的輸出電平、改變速率以及可以從所述 電源獲得的電壓的量)的組合來確定特定的焊接電路電感是否是可接受 的。不能期望操作者知曉這些要求、測量所述電感(以及在高電流電平 下測量所述電感)以及確定可接受的電感。
通過把所提出的傳統(tǒng)系統(tǒng)和方法與在本申請的剩余部分中參照附 圖闡述的本發(fā)明的某些實施例進行比較，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到所迷 傳統(tǒng)方法的其他限制和缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括一種用于表征焊接輸出電路路徑的方法和設 備。焊接輸出電路路徑例如可以從焊接電源通過焊接電纜延伸到焊接工
迷焊接電源?？梢酝ㄟ^以下各項當中的任一項來表征所述焊接輸出電路 路徑到所述焊接輸出電路路徑的真實能量或真實功率輸入、所述焊接 輸出電路路徑的電感以及焊接輸出波形?？梢园堰@些表征與預定義的極 限進行比較并且向操作者進行顯示，從而表明所述焊接輸出電路路徑的 可接受性或者不可接受性。
通過下面的描述和附圖將可以更加全面地理解本發(fā)明的上述和其 他優(yōu)點及新穎特征以及所示出的本發(fā)明的實施例的細節(jié)。


圖1
統(tǒng)的示例性實施例的示意性方框圖。
確定到圖i的焊接輸:電路路徑的真實能量i:或真實功率輸入的"程。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于根據(jù)圖2所示的過程確定到圖1 的焊接輸出電路路徑的真實能量和/或真實功率輸入的方法的示例性實 施例的流程圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于確定圖1的焊接輸出電路路 徑的電阻和電感的過程或方法的圖示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于根椐圖4所示的過程估計圖1的焊接輸出電路路徑的電阻和電感的方法的第一示例性實施例的流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的焊接輸出電路路徑的示例性電 路圖。
圖7用圖形的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于更精確地確定 由圖6的電路圖所表示的焊接輸出電路路徑的電阻和電感的過程。
圖8是示出根椐本發(fā)明的實施例的圖6中的焊接輸出電路路徑的總 電感是如何作為流經(jīng)該電路路徑的電流的函數(shù)而改變的示例性曲線圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于根椐圖7所示的過程確定圖和 圖6的焊接輸出電路路徑的電阻和電感的方法的第二示例性實施例的流 程圖。
圖10用圖形的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于關(guān)于焊接輸 出波形來表征圖1的焊接輸出電路路徑的過程。
圖ll是根椐本發(fā)明的各方面的用于根據(jù)圖IO所示的過程關(guān)于焊接 輸出波形來表征圖1的焊接輸出電路路徑的方法的示例性實施例的流程 圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的各方面的包括焊接輸出電路路徑105的焊 接系統(tǒng)100的示例性實施例的示意性方框圖。焊接系統(tǒng)100包括焊接電 源110和可操作地連接到該焊接電源110的顯示器115?？蛇x地，所述 顯示器115可以是所述焊接電源110的組成部件。所述焊接系統(tǒng)100還 包括焊接電纜120、焊接工具130、工件連接器150、繞線軸(spool of wire) 160、送絲器(wire feeder) 170、焊絲(wire) 180以及任選的工件140。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過所述送絲器170把所述焊絲180從繞線軸160 饋送到焊接工具130中。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述焊接系統(tǒng)100 不包括繞線軸160、送絲器170或焊絲180，而相反包括焊接工具，所 述焊接工具包括例如用在粘結(jié)焊(stickwelding)中的自耗電極。根據(jù)本發(fā) 明的各實施例，所述焊接工具130可以包括焊炬、焊槍和焊接耗材的至 少其中之一。
焊接輸出電路路徑105從焊接電源110通過焊接電纜120延伸到焊 接工具130、延伸通過工件140和/或延伸到工件連接器150并且通過焊 接電纜120回到焊接電源110。在操作期間，在把電壓施加到焊接輸出輸出電路路徑105。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，焊接電纜120包括同軸電纜組件。根據(jù)本發(fā) 明的另一個實施例，焊接電纜120包括從焊接電源110延伸到焊接工具 130的第一電纜長度以及從工件連接器150延伸到焊接電源110的第二 電纜長度。
根據(jù)本發(fā)明的各實施例，工件140可以作為焊接輸出電路路徑105 的一部分存在或者可以不作為焊接輸出電路路徑105的一部分而存在。 如果工件140不存在，則焊接工具130直接連接到工件連接器150。如 果工件140存在，則工件連接器150連接在該工件140與焊接電纜120 之間。焊接工具130可以直接接觸工件140，或者例如在焊接操作期間 在焊接工具130與工件140之間可以存在電弧(arc) 190。同樣，例如 在焊接操作期間，焊絲180的實際上穿過焊接工具130的部分可以被視 為輸出焊接電路路徑105的一部分。
圖2用圖形的方式示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的利用焊接輸出波形 200來確定到圖1的焊接輸出電路路徑105的真實能量和/或真實功率輸 入的過程。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過利用如圖2中所示的足夠小的采 樣時間間隔dt 210對電壓、電流與時間的乘積進行積分來確定由復雜波 形提供的真實能量。必要的采樣間隔210將取決于電壓/電流波形的頻率 含量和所期望的精度。本發(fā)明的各實施例可以處理該信息、計算所迷能 量輸入以及給出該值以便啟用/增強質(zhì)量控制程序。本發(fā)明的實施例包括 專用電路以用來克服與這種高速采樣相關(guān)聯(lián)的問題。大多數(shù)商業(yè)測量設 備很難在這種條件下操作?？蛇x地或附加地，通過利用足夠小的采樣時 間間隔dt 210對電壓與電流的乘積求平均來確定由所述復雜波形所提供 的真實功率。
對于足夠小的時間間隔，焊接電源將計算焦耳能量(采樣電壓x采 樣電流x時間間隔)。隨后在適當?shù)臅r間段內(nèi)對所述焦耳能量求積分， 并且將其呈現(xiàn)給設備的操作者。 真實能量輸入=/V,Iidt
可選地,
真實功率輸入-[EVi"i]/N 其中，N是在所述適當?shù)臅r間段內(nèi)的電壓與電流樣本對的數(shù)目。
在焊接系統(tǒng)的電源110內(nèi)完成對瞬時電壓和瞬時電流的快速采樣，
10從而使得以足夠高的速率對復雜波形進行采樣，以允許精確地計算焦耳 能量或真實功率。把瞬時電壓與電流的樣本乘在一起以便生成多個瞬時
熱量或能量:而不僅僅是某一平均能量。'所有這些處理都是在焊^系統(tǒng)
的電源110內(nèi)實時進行的。例如可以在電源U0的顯示器115上把結(jié)果 顯示給焊接系統(tǒng)100的操作者。不必像Hsu專利(U.S. 6,730,875 )中那
計算機。根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用復雜波形對電源110進行控制可以 提供高速采樣。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的各實施例的用于根據(jù)圖2所示的過程來確定到
圖1的焊接輸出電路路徑105的真實能量和/或真實功率輸入的方法300
的示例性實施例的流程圖。在步驟310中，建立一焊接輸出電路路徑，
碟j￡柚？il .度尨t且、延伸通
纜回到焊接電源。在步驟 320中，在焊接電源內(nèi)生成焊接輸出波形，通過悍接輸出電路路徑傳送 該焊接輸出波形，其中所述悍接輸出波形包括焊接輸出電流分量和焊接 輸出電壓分量。在步驟330中，以預定義的采樣率在焊接電源內(nèi)對焊接 輸出波形的瞬時輸出電流電平和瞬時輸出電壓電平進行連續(xù)采樣。在步 驟340中，作為實時確定從焊接電源到焊接輸出電路路徑中的真實能量 輸出電平和/或真實功率輸出電平的一部分，在焊接電源內(nèi)不斷生成每一 個采樣輸出電流電平與相應的采樣輸出電壓電平的乘積。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在例如1分鐘的滑動時間間隔內(nèi)提供真 實能量的游程積分值(running integrated value)。這種真實能量值可以 被連續(xù)更新并且例如在電源110的顯示器或計量表115上顯示給操作 者，從而給出在過去的1分鐘間隔內(nèi)的真實能量輸入(即真實熱量輸入)。 相反，根據(jù)本發(fā)明的各個其他實施例，也可以使用其他時間間隔。
可以把對應于預定義時間間隔的真實能量^T出電平(energy output
每單位長度的真實能量。利用可以通過焊接電源li:測量的、數(shù)字地傳 送的或者由操作者手動輸入的焊接行進速度信息，可以作為每單位長度 的焦耳數(shù)給出焦耳能量。典型的測量量綱是kJ/英寸?？梢酝ㄟ^電源110 來控制焊接行進速度，該電源110例如把焊接速度提供給自動化機器人焊接器或者某個其他硬自動(hard automatic)或半自動機制(未示出)。 可選地，可以通過某種其他外部設備來控制焊接行進速度，該設備把焊 接速度提供給電源110。類似地，可以把對應于預定義時間間隔的真實 功率輸出電平除以焊接工具130在該預定義時間間隔期間內(nèi)行經(jīng)的距 離，以便計算每單位長度的真實功率。典型的測量量綱是瓦特/英寸。
此外，可以把對應于預定義時間間隔的真實能量輸出電平除以在該 預定義時間間隔期間內(nèi)所熔敷(deposit)的焊絲量，以便計算每單位熔 敷焊絲量的真實能量。利用可以由焊接電源U0測量的、數(shù)字傳送的或 者人工輸入的焊絲饋送速度，可以給出每熔敷焊絲量的焦耳能量。典型 的測量量綱是kJ/磅(熔敷焊絲)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以通過送 絲器170本身來測量焊絲饋送速度。類似地，可以把對應于預定義時間
絲量，來;算每單位熔敷焊絲量的真實功率。日;型的測量量綱是瓦特/ 磅。
在單個工件上具有多個電源的情況下，可以編輯(compile)組合的 焦耳能量(kJ/英寸或kJ/磅)并且將其呈現(xiàn)給操作者。可以對于每一遍 焊接作為整個焊接的總體給出該信息。出于質(zhì)量控制的目的，可以進一 步處理在電源與中夬收集點(主電源或者諸如計算機之類的另一個數(shù)字 設備)之間數(shù)字傳送的所迷信息。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，特定的焊接過程所需要的熱量輸入(真實能 量輸入電平)被傳送或輸入到焊接電源。可以在顯示器115上連同真實 能量輸出電平的可接受性的指示一起顯示該真實能量輸出電平。如果通 過本發(fā)明的實施例所確定的真實熱量輸入落在規(guī)定的極限之外，則焊接 電源110將警告操作者、記錄事件或者停止焊接。結(jié)果，焊工可以在任 何時間知道是否正為其提供當前的焊接應用所需的能量。類似地，可以 顯示及處理真實功率輸入電平。
類似地，可以與可接受性的指示一起顯示每單位長度的真實能量或 真實功率和/或每單位熔敷焊絲量的真實能量或真實功率。根據(jù)本發(fā)明的
實施例，通過所述電源上、送絲器上或者計算機上(通過數(shù)字通信)的 顯示器或計量表把焦耳能量(kJ/英寸或kJ/磅)呈現(xiàn)給操作者。根據(jù)本 發(fā)明的實施例，利用具有足夠小的采樣間隔的相同測量技術(shù)，可以按照 與上面對于焦耳能量所描迷的相同方式呈現(xiàn)及傳送真實功率(瓦特/英寸或瓦特/磅)。
對于AC處理(即利用AC波形的處理)來說，上面描述的測量技 術(shù)表示總能量。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述總能量的各AC分量作為正 極性部分、負極性部分以及總體來被單獨地處理、傳送及呈現(xiàn)。對于這 兩種極性，電弧效率(到基材(即工件)中的熱傳遞)可能不同。利用 來自正、負極性的已知能量來確定所得到的到基材中的熱量輸入。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，電源UO知道焊接過程、期望的橾作點以及 電壓生成能力。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以(通過電源)測量焊 接輸出電路的電感，并且可以給出可接受性的確定。在更類似DC的焊 接波形(例如CC、 CV應用)的情形下，可以容許更高的電感水平。對 于更為復雜的波形(例如脈沖波形)，這種更高的電感水平可能是不可 接受的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例用于確定圖1的焊接輸出電路路徑 105的電阻和電感的過程或方法500的圖示400。同樣地，根據(jù)本發(fā)明 的實施例，該焊接電路路徑從焊接電源U0通過焊接電纜120延伸到焊 接工具130、延伸通過工件140和/或延伸到工件連接器150并且通過焊 接電纜120回到焊接電源110?？梢岳枚搪返焦ぜ?40的焊接工具130 來執(zhí)行測量，或者可以在焊接工具130與工件140之間形成電孤190的 焊接過程期間執(zhí)行測量。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在焊接電源110中內(nèi)置有電感測量技術(shù)。參 照圖4,首先，把電流調(diào)節(jié)到已知值410，同時測量電壓420?？蛇x地， 可以調(diào)節(jié)電壓并且測量所得到的電流。可以按照下式根據(jù)這種電流和電 壓來計算焊接電路電阻
R=V/I，其中R是電阻，V是電壓，I是電流。 接下來關(guān)斷電源并且測量電流衰減430。隨后通過圖4中示出的等 式估計電感，該等式如下所示 L-(R")/(ln[i(ti)/i(t。)])
其中，i(to)是在時間to處測量的電流,i(tO是在時間tj處測量的
電流，并且t-ti-to。 電感L的上述估計僅僅是粗略的估計，這是因為該估計假設電感中 的所有能量都在電阻R中耗散。但是在實際情況下，某些能量也由其他 部件耗散，比如焊接電源內(nèi)的二極管和開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的各種其他實施例，其他計算方法也是可能的。根據(jù)本 發(fā)明的實施例，電源能夠在不使用外部儀表的情況下檢查其輸出電路并 且確定電阻和電感。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于根據(jù)圖4所示的過程確定圖1的 焊接輸出電路路徑105的電阻和電感的方法500的第一示例性實施例的 流程圖。在步驟510中，接通焊接電源，并且在焊接電源內(nèi)通過焊接輸 出電路路徑把焊接輸出電流(或電壓)調(diào)節(jié)到已知值。在步驟520中， 在焊接電源內(nèi)，在經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值下測量所得到的焊 接輸出電壓(或電流)的值。在步驟530中，在焊接電源內(nèi)，響應于經(jīng) 過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值以及所測量的輸出電壓(或電流)值計 算焊接輸出電路路徑的電阻值。在步驟540中，關(guān)斷焊接電源，從而使 得焊接輸出電流開始衰減。在步驟550中，在第一時間和稍后的第二時 間處測量正在衰減的焊接輸出電流。在步驟560中，響應于電阻值以及 在該第一時間和第二時間測量的正在衰減的輸出電流來估計焊接輸出 電路路徑的電感值。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，關(guān)于存儲在焊接電源內(nèi)的所期望的輸出參數(shù) 來分析所計算的電感值和所計算的電阻值的至少其中之一。然后基于該 分析顯示焊接輸出電路路徑的可接受性的指示。
所期望的輸出參數(shù)包括以下各項的至少其中之一期望的輸出電流 或電壓設置點、期望的輸出電流或電壓電平的改變速率以及可以從焊接 電源獲得的電壓或電流的量?？蛇x地，所期望的輸出參數(shù)可以包括作為 輸出電流和/或輸出電壓的函數(shù)(例如輸出功率)的某一其他設置點或斜 升速率(ramprate)。對于所期望的輸出電平、改變速率和可以從電源 獲得的電壓量的要求被存儲在該電源中。為所選擇的焊接過程和輸出電 平找到這些值。基于這些要求和估計的焊接電路電感(和電阻)，例如 在電源的顯示器上對操作者給出指示。
所迷電源能夠測量輸入電壓并且為特定的輸出電流電平確定可能 的輸出電壓。所述指示可以具有"可接受"或"不可接受"的電路狀況 的形式?？蛇x地，所述指示可以具有刻度計(gauge)的形式，其給出不 同等級的電路狀況(例如從1到10的值)或者給出差、可接受和理想 的三級指示。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以數(shù)字傳送所述指示用于生產(chǎn)監(jiān) 控/質(zhì)量控制的目的。
14如果所述指示上升到可接受等級以上，則可以傳送警報和/或所述機 器可以停止操作。除了上面描述的電感驗證/功能之外，相同的處理可以 應用于焊接電路電阻。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的焊接輸出電路路徑105的示例 性電路表示600。電路表示600包括焊接輸出電路路徑105的焊接電纜 120側(cè)的電感Lc 610和電阻Rc 620。電路表示600還包括焊接輸出電路 路徑105的焊接電源110側(cè)(機器側(cè))的電感Lm630、內(nèi)部電阻R! 640 和二極管D! 650。焊接電纜120在節(jié)點660和670處連接到焊接電源110。 當電流I 680流經(jīng)焊接輸出電路路徑105時，電阻Rc和Ri以及二極管 Di幫助耗散來自電感器U和Lm的能量。根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，在 電路表示600中還可以存在其他耗散組件，比如開關(guān)(未示出)。在嘗 試精確地確定焊接輸出電路路徑105的總電感L產(chǎn)Lm+U時考慮這些能
量耗散部件。^ 、、、，一、 ，、'，、 、
由圖6的電路表示600所表示的焊接輸出電路路徑105的電阻和電感的 過程700。同樣地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，焊接輸出電路路徑從焊接電 源IIO通過焊接電纜120延伸到焊接工具130、延伸通過工件140和/或 延伸到工件連接器150并且通過焊接電纜120回到焊接電源110?？梢?利用短路到工件140的焊接工具130來執(zhí)行測量，或者可以在焊接工具 130與工件140之間形成電弧190的焊接過程期間^l行測量。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在焊接電源110中內(nèi)置有電感測量技術(shù)。參 照圖6和7，首先，把電流I調(diào)節(jié)到已知值710,同時測量電壓V665。 #>據(jù)本發(fā)明的替換實施例，可以調(diào)節(jié)電壓V 665并且測量電流I。可以 按照下式根椐這些已知的電流和電壓來計算焊接電路電阻 RC=V/I
Ri通常非常小從而無關(guān)緊要。
接下來，例如通過關(guān)斷電源而啟動電流衰減。隨著電流的衰減，在 采樣于初始時間To處的初始電流Io與采樣于最終時間Tf處的最終電流 If之間的多個時間處測量電流衰減720。對于由該多個樣本定義的每一 個采樣間隔(例如721 - 724 )計算采樣耗散能量Qsample。例如參照圖7，
利用采樣電流Isa—e(D在采樣間隔721 (其具有時間間隔"t")內(nèi)計算第
一采樣耗散能量Qflrst。隨著流經(jīng)電路路徑105的電流的衰減，來自電感
15器U和Lm的能量被Re、 Ri、 D!以及例如開關(guān)S！(未示出)耗散。
在采樣間隔721 (其具有時間間隔"t")內(nèi)由電阻R。耗散的能量 如下
Qr=I sample(l) X (Rc) X t 其中，已經(jīng)從上面對電阻Rc的計算中獲知了 Rc。
在采樣間隔721內(nèi)由二極管Dt耗散的能量如下
Qdiode=(VdiodeXlsample(l)) X t 其中，Vdi。de是在Isampie(D的當前值下二極管D！兩端的電壓降。 在采樣間隔721內(nèi)由例如開關(guān)S!耗散的能量如下 Qswitch—(VswitchXlsample (i)) x t
其中，Vswitch是在 丄sample(l) 的當前值下開關(guān)s,兩端的電壓降。
電壓Vdi。de和Vswit。h可以隨著Isamp,e的改變而改變。因此，根據(jù)本發(fā) 明的實施例，基于對于一定數(shù)目的電流樣本所測量的Vdl。de和Vswltch的
值提前形成查找表(LUT)。結(jié)果，隨著過程700繼續(xù)，可以在測量電
流樣本Isampk之后在LUT內(nèi)查找(或者如果Isampe落在LUT的兩個值之
間的話則在必要時內(nèi)插)vdl。de和/或vswitch,從而可以為特定的采樣間隔
計算所耗散的能量QcU。de和Qswltch。
例如，存儲在LUT中的Isam一值可以是具有相應的電壓值的1安培、
25安培、50安培、100安培以及200安培。可以通過內(nèi)插技術(shù)來確定對
應于落在任何所存儲的Umpk值之間的任何所測量的Isamp!e值的電壓值。 接下來，通過把QR、 Qdi。de和Qsw她相加得到第一耗散能量Qfirst。
隨著電流衰減，對于后續(xù)的采樣間隔(例如722-724)重復該過程，直 到Tf處的If。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該后續(xù)的采樣間隔也具有時間間隔 "t"。 一旦對于每一個采樣間隔得到采樣耗散能量之后，就把各釆樣耗 散能量相加以便形成間隔To到Tf內(nèi)的總耗散能量QTOT。
根據(jù)總電感LT,對于任何給定樣本所存儲的能量Qsample為
Qsample-1/2 L丁 I sample
因此，可以按照總電感L產(chǎn)Lm+U把時間間隔To到Tf內(nèi)的總耗散能 量表示為下式
QTOT=(l/2LTI20)-(l/2 LT I2f)
通過求解Lr得到
LT=2QTOT/(I20-I2f)，可以求解Lt。 一旦知道焊接輸出電 路路徑105 (以及因此相應的代表性電路600)的總電感之后，如前面 所描述的那樣，關(guān)于存儲在焊接電源內(nèi)的所期望的輸出參數(shù)分析所計算 的電感值lt和所計算的電阻值Rt的至少其中之一。隨后基于該分析顯 示焊接輸出電路路徑的可接受性的指示。
圖8是示出根椐本發(fā)明的實施例的圖6中所表示的焊接輸出電路路 徑的總電感LT如何作為流經(jīng)該電路路徑的電流I的函數(shù)改變的示例性曲 線圖800。對于相對較長的焊接電纜，示出了電感(L)對電流(I)的 第一曲線810,并且對于相對較短的焊接電纜示出了電感(L)對電流(I) 的第二曲線820。這兩條曲線從大約150安培到300安培都相對比較平 坦，正如曲線圖800中所示出的那樣。結(jié)果，通常在該平坦區(qū)域830 (例 如在150到300安培之間)內(nèi)實施確定總電感LT和總電阻RT的過程700。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于根據(jù)圖7所示的過程確定圖1和 圖6的焊接輸出電路路徑的電阻和電感的方法900的第二示例性實施例 的流程圖。在步驟910中，把施加到焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流 (或電壓)調(diào)節(jié)到已知值。在步驟920中，在經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或 電壓)值下測量焊接輸出電壓(或電流)的值。在步驟930中，響應于 經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值和所測量的輸出電壓(或電流)值計 算焊接輸出電路路徑的電阻值。在步驟940中啟動坪接輸出電流的衰減。 在步驟950中，隨著焊接輸出電流的衰減，在從采樣于初始時間To處的 初始電流Io到采樣于最終時間Tf處的最終電流If之間的多個時間處采樣 正在衰減的焊接輸出電流，從而形成多個采樣間隔。
在步驟960中，響應于初始電流Io與最終電流If之間的焊接輸出電 流的每 一 個采樣間隔以及響應于所計算的電阻值計算焊接輸出電路路 徑內(nèi)的采樣耗散能量。在步驟970中，響應于所計算的各采樣耗散能量 計算焊接輸出電路路徑的總耗散能量。在步驟980中，響應于總耗散能
量、初始電流Io和最終電流If計算焊接輸出電路路徑的電感值。根據(jù)本
發(fā)明的實施例，在焊接電源110內(nèi)執(zhí)行步驟910 -980。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于關(guān)于焊接輸出波形表征圖1的 焊接輸出電路路徑105的過程或方法1100的圖示1000。這里使用的術(shù) 語"飽和"意味著焊接輸出當前參數(shù)(例如電流、電壓或者電流和/或電 壓的任意函數(shù))不會在所期望的時間量內(nèi)達到所期望的參數(shù)設置點。焊
17接輸出參數(shù)最終可以達到所期望的參數(shù)設置點，但是不夠快。在這種飽 和條件下，無法適當?shù)厣伤谕暮附虞敵霾ㄐ巍?br> 焊接電源UO只能向焊接輸出電路路徑105提供這么多的電壓?？?以從焊接電源獲得的電壓越多，電流可以斜升的速度就越快。為了生成 所期望的焊接輸出波形的一部分，系統(tǒng)IOO應當在一定的時間段內(nèi)達到 一定的安培數(shù)，其中該時間段是焊接電源所能產(chǎn)生的電壓量以及焊接輸 出電路路徑105中的電感量的函數(shù)。結(jié)果，低電壓和/或高電感可能造成 飽和。當飽和發(fā)生時，焊接電源不控制輸出電流。
作為飽和的一個例子，參照圖10，其中示出了所期望的輸出焊接波 形的一部分1010，并且示出了實際實現(xiàn)的輸出焊接波形的一部分1020。 為所期望波形的該部分1010預先定義電流設置點1030。電流設置點 1030例如可以是300安培。期望輸出焊接波形的電流從較低電平1040 (例如100安培)開始在一定時間段(t廣to) 1050 (例如50毫秒)內(nèi)提 高到設置點電平1030。在實際情況中，輸出焊接波形的電流在時間to 處開始提高，但是直到時間t2才達到所期望的設置點1030。也就是說， 電流到達設置點1030的實際時間是(t2-t0)(例如200毫秒)。因此， 實際輸出焊接波形1020的該部分飽和的時間量近似為時間1070 (例如 175毫秒)。飽和狀態(tài)通常開始于to與t!之間的某一時間。飽和狀態(tài)可 能是由于所建立的焊接輸出電路路徑105的電感過高，或者是由于焊接 電源110不能提供足夠的電壓。根據(jù)本發(fā)明的實施例，監(jiān)控輸出電流以 便確定是否正發(fā)生飽和。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于根據(jù)圖10所示的過程1000關(guān) 于焊接輸出波形表征圖1的焊接輸出電路路徑105的方法1100的示例 性實施例的流程圖。在步驟1110中，定義或選擇將由焊接電源生成的 焊接輸出波形，其中焊接輸出波形包括作為焊接輸出電流分量和/或焊接 輸出電壓分量的函數(shù)的焊接輸出參數(shù)分量。在步驟1120中建立焊接輸 出電路路徑，該路徑從焊接電源通過焊接電纜延伸到焊接工具、延伸通 過工件和/或工件連接器并且通過焊接電纜回到焊接電源。在步驟1130
中，命令至少一個預定義的輸出參數(shù)設置點以及到該至少一個設置點的 至少一個相應的預定義的輸出參數(shù)斜升速率，其中所述設置點和斜升速 率表征焊接輸出波形的至少一部分。在步驟1140中，嘗試在焊接電源 內(nèi)生成焊接輸出波形的該至少 一部分，并且把焊接輸出波形的該至少一部分施加到焊接輸出電路路徑。在步驟1150中，在焊接電源內(nèi)監(jiān)控所 生成的焊接輸出波形的該至少 一部分的焊接輸出參數(shù)分量。在步驟1160 中，響應于所述監(jiān)控，確定所生成的焊接輸出波形是否處在飽和狀態(tài)下。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，焊接電源110包括控制電路。該控制電路查 看輸出電流與設置點的關(guān)系，并且確定是否應當提高焊接電源內(nèi)的占空 比，以便為該部分波形實現(xiàn)所期望的電流斜升速率。焊接電源利用控制 電路簡單地嘗試增加輸出電流，以便達到所期望的電流輸出電平(例如 設置點)。不一定要知道焊接輸出電路路徑的電感，并且焊接電源不涉 及實現(xiàn)任何特定的輸出電壓電平。相反，焊接電源涉及按照需要提高輸 出電壓電平，以便在所期望的時間間隔內(nèi)達到所期望的電流設置點，從 而避免飽和。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以對焊接輸出波形的不同部分周期性地重 復方法1100的步驟1130- 1160。結(jié)果，焊接電源110可以計算飽和發(fā) 生的時間百分比。可選地，焊接電源UO可以計算飽和發(fā)生的頻率。例 如，對于給定的焊接輸出波形和特定的焊接輸出電路路徑，系統(tǒng)100在 每500毫秒當中可能有100毫秒處在飽和中(也就是說，飽和發(fā)生的時 間百分比是20%，或者說飽和發(fā)生的頻率是五分之一)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，例如，如果所計算的飽和發(fā)生的時間百分比 處在預定義的可接受性范圍內(nèi)(例如低于預定義的閾值)，則可以在顯 示器115上顯示一指示，該指示表明焊接輸出電路路徑105對于當前所 使用的焊接輸出波形是可接受的。此外，如果所計算的飽和發(fā)生的時間 百分比處在預定義的可接受性范圍之外(例如高于預定義的閾值)，則 可以在顯示器U5上顯示一指示，該指示表明焊接輸出電路路徑105對 于當前所使用的焊接輸出波形是不可接受的。
類似地，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，如果所計算的飽和發(fā)生的頻 率處在預定義的可接受性范圍內(nèi)(例如低于預定義的閾值)，則可以在 顯示器115上顯示一指示，該指示表明焊接輸出電路路徑105對于當前 所使用的焊接輸出波形是可接受的。此外，如果所計算的飽和發(fā)生的頻 率處在預定義的可接受性范圍之外(例如高于預定義的閾值)，則可以 在顯示器115上顯示一指示，該指示表明焊接輸出電路路徑105對于當 前所使用的焊接輸出波形是不可接受的。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以周期性地重復方法步驟1130- 1160，并且可以生成表征在焊接輸出波形的至少 一段上發(fā)生的任何飽和的統(tǒng)計 數(shù)據(jù)。例如，關(guān)于焊接輸出波形的該段，可以計算波形處于飽和的平均
時間和/或可以計算飽和時間的方差(variance)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于選擇焊接輸出波形的裝置例如可以包括 焊接電源上的開關(guān)或者可操作地連接到焊接電源的輸入小鍵盤。類似 地，用于命令至少一個預定義的焊接輸出參數(shù)設置點和至少一個相應的 預定義的焊接輸出參數(shù)斜升速率的裝置例如可以包括焊接電源上的開 關(guān)或者可操作地連接到焊接電源的輸入小鍵盤。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于嘗試生成焊接輸出波形的至少 一部分以 及把焊接輸出波形的該部分施加到焊接輸出電路路徑的裝置包括焊接 電源。此外，用于監(jiān)控所生成的焊接輸出波形的該部分的焊接輸出參數(shù) 分量的裝置可以包括焊接電源內(nèi)的高速采樣電路。此外，用于響應于所 述監(jiān)控確定所生成的焊接輸出波形是否處于飽和狀態(tài)的裝置例如可以 包括焊接電源內(nèi)的處理器。類似地，用于執(zhí)行各種計算以及生成各種數(shù) 據(jù)的裝置可以包括焊接電源內(nèi)的處理器。
雖然參照特定實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理
同物。此外，在不偏離本發(fā)明的:范圍;情況下可以做出許多i改以便使
特定情況或材料適應于本發(fā)明的教導。因此，本發(fā)明不打算受限于所公 開的特定實施例，相反，本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的 所有實施例。
權(quán)利要求
1、一種關(guān)于到焊接輸出電路路徑的真實能量或真實功率輸入實時表征所述焊接輸出電路路徑的方法，所述方法包括建立焊接輸出電路路徑，該焊接輸出電路路徑從焊接電源通過焊接電纜延伸到焊接工具、延伸通過工件和/或延伸到工件連接器并且通過所述焊接電纜回到所述焊接電源；在所述焊接電源內(nèi)生成焊接輸出波形，通過所述焊接輸出電路路徑傳送所述焊接輸出波形，其中所述焊接輸出波形包括焊接輸出電流分量和焊接輸出電壓分量；以預定義的采樣率在所述焊接電源內(nèi)對所述焊接輸出波形的瞬時輸出電流電平和瞬時輸出電壓電平進行連續(xù)采樣；以及作為實時確定從所述焊接電源到所述焊接輸出電路路徑中的真實能量輸出電平和/或真實功率輸出電平的一部分，在所述焊接電源內(nèi)連續(xù)生成每個所述采樣輸出電流電平與所述相應的采樣輸出電壓電平的乘積。
2、 權(quán)利要求1的方法，其中所述焊接工具包括焊炬、焊槍和焊接 耗材的至少其中之一。
3、 權(quán)利要求l的方法，其中所述真實能量輸出電平和/或所述真實 功率輸出電平是在滑動時間間隔內(nèi)生成的。
4、 權(quán)利要求1的方法，還包括把預定義時間間隔內(nèi)的所述真實 能量輸出電平和/或所述真實功率輸出電平除以所述焊接工具在所述預 定義時間間隔期間內(nèi)行經(jīng)的距離，來計算每單位長度的真實能量和/或每 單位長度的真實功率。
5、 權(quán)利要求1的方法，還包括把預定義時間間隔內(nèi)的所述真實內(nèi)熔敷的焊絲量，^計^每單位熔敷焊絲量的真實能量和/或每單位熔敷 焊絲量的真實功率。
6、 權(quán)利要求1的方法，還包括在顯示器上連同所述真實能量輸 出電平和/或所述真實功率輸出電平的可接受性的指示一起顯示所述真 實能量輸出電平和/或所述真實功率輸出電平。
7、 權(quán)利要求4的方法，還包括在顯示器上連同所述每單位長度 的真實能量和/或所述每單位長度的真實功率的可接受性的指示顯示所述每單位長度的真實能量和/或所述每單位長度的真實功率。
8、 權(quán)利要求5的方法，還包括在顯示器上連同所迷每單位熔敷焊絲量的真實能量和/或所述每單位熔敷焊絲量的真實功率的可接受性 的指示顯示所述每單位熔敷焊絲量的真實能量和/或所述每單位熔敷焊絲量的真實功率。
9、 一種用來關(guān)于焊接輸出電路路徑的電感表征所述焊接輸出電路 路徑的設備，所述設備包括能夠執(zhí)行以下操作的焊接電源(a) 調(diào)節(jié)施加到焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流(或電壓)；(b) 在所述經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值下測量所得到的焊接 輸出電壓(或電流)的值；(c) 響應于所述經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值和所述測量的輸 出電壓(或電流)值計算所述焊接輸出電路路徑的電阻值；(d) 啟動所迷焊接輸出電流從所述輸出電流值的衰減；(e) 隨著所述焊接輸出電流的衰減，在從采樣于初始時間To處的初 始電流Io到采樣于最終時間Tf處的最終電流If之間的多個時間處采樣所 述正在衰減的焊接輸出電流，從而形成多個采樣間隔；(f) 響應于從所述初始電流Io到所述最終電流If之間的焊接輸出電 流的每一個所述采樣間隔以及響應于所述電阻值計算所述焊接輸出電 路路徑內(nèi)的耗散能量；(g) 響應于為所述初始電流Io與所迷最終電流If之間的焊接輸出電 流的每一個所述樣本計算的所迷耗散能量計算所述焊接輸出電路路徑 的總耗散能量；以及(h) 響應于所述總耗散能量、所述初始電流Io和所述最終電流If計 算所述焊接輸出電路路徑的電感值。
10、 權(quán)利要求9的設備，其中所述焊接輸出電路路徑從所述焊接電 源通過焊接電纜延伸到焊接工具、延伸通過工件和/或延伸到工件連接器 并且通過所述焊接電纜回到所述焊接電源。
11、 權(quán)利要求9的設備，其中所述焊接電源還能夠關(guān)于存儲在所述 焊接電源內(nèi)的期望的輸出參數(shù)來分析所述估計的電感值和所述計算的 電阻值的至少其中之一 ，以及顯示所述焊接輸出電路路徑的可接受性的 指示。
12、 權(quán)利要求11的設備，其中所述期望的輸出參數(shù)包括以下各項的至少其中之一期望的輸出電流設置點、期望的輸出電流電平的改變 速率以及可以從焊接電源獲得的電壓量。
13、 一種用來關(guān)于焊接輸出電路路徑的電感表征所述焊接輸出電路 路徑的方法，所述方法包括把施加到焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流(或電壓)調(diào)節(jié)到已知值；在所述經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值下測量所得到的焊接輸出 電壓(或電流)的值；響應于所述經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電流(或電壓)值和所述測量的輸出電 壓(或電流)值計算所述焊接輸出電路路徑的電阻值；啟動所述焊接輸出電流的衰減；在從采樣于初始時間To處的初始電流Io到采樣于最終時間Tf處的 最終電流If的多個時間處采樣所述正在衰減的焊接輸出電流，從而形成 多個采樣間隔；響應于所述初始電流Io與所述最終電流If之間的焊接輸出電流的每一個所述采樣間隔以及響應于所述電阻值計算所述焊接輸出電路路徑 內(nèi)的耗散能量；響應于為所述初始電流I0與所述最終電流If之間的焊接輸出電流的每一個所述樣本計算的所述耗散能量計算所述焊接輸出電路路徑的總 耗散能量；以及響應于所述總耗散能量、所述初始電流Io和所迷最終電流If計算所述焊接輸出電路路徑的電感值。
14、 權(quán)利要求13的方法，其中所述焊接輸出電路路徑從焊接電源 通過焊接電纜延伸到焊接工具、延伸通過工件和/或延伸到工件連接器并 且通過所述焊接電纜回到所述焊接電源。
15、 權(quán)利要求13的方法，還包括關(guān)于預定義的存儲的輸出參數(shù) 來分析所述計算的電感值和所述計算的電阻值的至少其中之一 ，以及顯 示所述焊接輸出電路路徑的可接受性的指示。
16、 權(quán)利要求15的方法，其中所述存儲的輸出參數(shù)包括以下各項 的至少其中之一期望的輸出電流設置點、期望的輸出電流電平的改變 速率以及可以從焊接電源獲得的電壓量。
17、 一種用來關(guān)于焊接輸出波形表征焊接輸出電路路徑的設備，所述設備包括(a) 用于選擇將要生成的焊接輸出波形的裝置，其中所述焊接輸出 波形包括作為焊接輸出電流分量和/或焊接輸出電壓分量的函數(shù)的焊接 輸出參數(shù)分量；(b) 用于建立焊接輸出電路路徑的裝置；(c) 用于命令至少一個預定義的焊接輸出參數(shù)設置點以及到所述至 少一個設置點的至少一個相應的預定義的焊接輸出參數(shù)斜升速率的裝 置，其中所述設置點和所述斜升速率表征所述選擇的焊接輸出波形的至 少一部分；(d) 用于嘗試生成所述焊接輸出波形的所述至少一部分并且把所述 焊接輸出波形的所述至少一部分施加到所述焊接輸出電路路徑的裝置；(e) 用于監(jiān)控所述生成的焊接輸出波形的所述至少一部分的所述焊 接輸出參數(shù)分量，裝置；i以及，， 、、''，j ^曰、和狀態(tài)的裝置。
18、 權(quán)利要求17的設備，還包括用于計算所述飽和狀態(tài)發(fā)生的時 間百分比的裝置。
19、 權(quán)利要求17的設備，還包括用于計算所述飽和狀態(tài)發(fā)生的頻 率的裝置。
20、 權(quán)利要求18的設備，還包括用于顯示表明所述焊接輸出電路 路徑具有以下屬性的指示的裝置如果所述計算的時間百分比處在預定義的可接受性范圍內(nèi)，則所迷 焊接輸出電路路徑關(guān)于所述焊接輸出波形是可接受的；以及如果所述計算的時間百分比處在所述預定義的可接受性范圍之外， 則所述焊接輸出電路路徑關(guān)于所述焊接輸出波形是不可接受的。
21、 權(quán)利要求19的設備，還包括用于顯示表明所述焊接輸出電路 路徑具有以下屬性的指示的裝置如果所述計算的發(fā)生頻率處在預定義的可接受性范圍內(nèi)，則所述焊 接輸出電路路徑關(guān)于所述焊接輸出波形是可接受的；以及如果所述計算的發(fā)生頻率處在所述預定義的可接受性范圍之外，則 所述焊接輸出電路路徑關(guān)于所述焊接輸出波形是不可接受的。
22、 權(quán)利要求17的設備，還包括用于生成表征在所述焊接輸出波形的至少 一段上的任何所述飽和狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的裝置。
全文摘要
用于表征焊接輸出電路路徑(105)的方法和設備。關(guān)于到焊接輸出電路路徑(105)的真實能量和/或真實功率輸入來實時表征所述焊接輸出電路路徑(105)。還關(guān)于焊接輸出電路路徑(105)的電感(610，630)來表征所述焊接輸出電路路徑(105)。此外還關(guān)于焊接輸出波形(1010)來表征焊接輸出電路路徑(105)。
文檔編號B23K9/095GK101448597SQ200780017341
公開日2009年6月3日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者J·丹尼爾, T·馬修斯 申請人:林肯環(huán)球公司