基于補(bǔ)償立柱電壓的用于控制焊接操作的方法、控制器和焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】基于補(bǔ)償立柱電壓的用于控制焊接操作的方法、控制器和 焊接系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及焊接系統(tǒng)，且更具體地，本發(fā)明涉及用于補(bǔ)償在焊接系統(tǒng)的二 次組件中誤差的系統(tǒng)和方法。
[0002] 焊接是一種在各行業(yè)和應(yīng)用中已經(jīng)變得普遍存在的工藝，如建筑、造船等等。焊接 系統(tǒng)通常包括多種二次組件，這些二次組件可包括二次電纜和二次設(shè)備。這樣的二次組件 可包括焊炬、焊接夾具、焊接電纜等等，且這些二次組件的某些參數(shù)可能影響在焊接操作中 獲得的焊接質(zhì)量。例如，焊接電纜通常具有相關(guān)的電阻值和電感值。由于和典型的焊接工 藝相關(guān)的高電流電平，這些電感值和電阻值經(jīng)常導(dǎo)致電壓誤差。在許多情況下，因為電壓被 用于控制焊接弧的參數(shù)，所以這些電壓誤差可能導(dǎo)致焊接質(zhì)量的降低。
[0003] 一些先前的系統(tǒng)已經(jīng)試圖解決前述的問題以減少或消除由于二次電纜的特征而 在焊接質(zhì)量方面承受前述降低的可能性。例如，一些系統(tǒng)可利用非載流電壓傳感引線，該引 線從焊接電源延伸到焊接電源的端部。這種電壓傳感引線可在焊接處用來感測電壓而不會 受到由焊接電纜產(chǎn)生的電壓誤差的影響。然而，許多焊接環(huán)境已經(jīng)堆滿了許多電纜和其他 結(jié)構(gòu)，所以額外電纜的增加可能是不希望的。因此，需要用于補(bǔ)償由二次組件（如焊接電 纜）引入焊接操作所造成的誤差的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一個實施例中，方法包括接收與在焊接操作期間形成的焊接波形相對應(yīng)的數(shù)據(jù) 并基于與焊接波形相對應(yīng)的接收到的數(shù)據(jù)，確定用于焊接操作的過沖電壓，該過沖電壓超 過預(yù)期的電壓電平。該方法還包括接收與所測量的立柱電壓相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并基于過沖電 壓和所測量的立柱電壓，計算用于焊接操作的立柱電壓。該方法還包括基于用于焊接操作 的立柱電壓，控制焊接操作的至少一個參數(shù)。
[0005] 在另一個實施例中，用于焊接系統(tǒng)的控制器配置成接收和在焊接期間形成的焊接 波形相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并確定在焊接波形中的超過用于焊接操作的預(yù)期電壓電平的總量?？?制器還配置成接收與所測量的立柱電壓相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以基于過沖電壓的總量和所測量的 立柱電壓，計算用于焊接操作的補(bǔ)償立柱電壓，并輸出用于焊接操作的焊接指令，該指令與 被調(diào)節(jié)以考慮補(bǔ)償立柱電壓的預(yù)期的焊接指令相對應(yīng)。
[0006] 在另一實施例中，焊接系統(tǒng)包括焊接電源、經(jīng)由焊炬電纜聯(lián)接到焊接電源的焊炬、 適于在焊接位置固定工件的夾具以及聯(lián)接到焊接電源與夾具和工件中的至少一個的接地 電纜。焊接系統(tǒng)還包括配置成監(jiān)測所測量的立柱電壓的控制器，以確定用于焊接操作的過 沖電壓以及基于所測量的立柱電壓和過沖電壓來確定補(bǔ)償立柱電壓。補(bǔ)償立柱電壓和在焊 接位置處的電壓電平相對應(yīng)，由于在焊炬電纜中的電感和電阻該焊接位置處的電壓電平從 所測量的立柱電壓減小。
【附圖說明】
[0007] 在參照附圖閱讀下面的詳細(xì)說明時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方 面和優(yōu)點，在所有附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的部件，其中：
[0008] 圖1示出了依照本發(fā)明實施例的焊接系統(tǒng)的示意圖；
[0009] 圖2示出了依照本發(fā)明實施例的圖1中的焊接電源的示例性組件的方框圖；
[0010] 圖3示出了依照本發(fā)明實施例的理想電流波形和理想立柱電壓波形的示意圖；
[0011] 圖4示出了依照實施例的標(biāo)準(zhǔn)立柱電壓波形疊加在標(biāo)準(zhǔn)立柱電流波形上的示意 圖；
[0012] 圖5示出了依照實施例的受焊接電纜電感影響的立柱電流波形和立柱電壓波形 的不意圖；以及
[0013] 圖6示出了方法的實施例的流程圖，該方法可由焊接控制器控制以通過考慮焊接 焊接波形的緩變部分來補(bǔ)償由焊接電纜引入的電壓誤差。
【具體實施方式】
[0014] 如下面詳細(xì)描述的，實施例所提供的系統(tǒng)和方法，可用于補(bǔ)償焊接電壓，該電壓被 用以控制和二次焊接組件（如焊接電纜）相關(guān)的誤差的焊接操作。例如，這樣的系統(tǒng)和方 法可使由于焊接電纜而產(chǎn)生的二次焊接誤差以電感誤差的形式識別。在一些實施例中，可 提供焊接控制器，以便所取得的測量值和誤差信息可用于補(bǔ)償所檢測到的焊接誤差。例如， 在一些實施例中，控制器可利用關(guān)于焊接電纜的信息以確定對于給定的焊接設(shè)備和操作的 適當(dāng)?shù)碾妷赫`差補(bǔ)償程序。所提供的焊接控制器和方法的這些和附加的特征在下文將更加 詳細(xì)地描述。
[0015] 當(dāng)和傳統(tǒng)技術(shù)相比時，本文公開的補(bǔ)償系統(tǒng)和方法可提供多個明顯的優(yōu)勢。例如， 所提供的實施例補(bǔ)償焊接弧二次響應(yīng)，例如焊接電纜的電感和電阻，而不需要電壓傳感引 線。也就是說，然而一些現(xiàn)有系統(tǒng)利用非載流引線以這種方式來檢測焊接位置的電壓：繞開 由該焊接電纜產(chǎn)生的電壓誤差，目前公開的實施例可使該額外布線減少或消除。更進(jìn)一步 地，通過將一個或多個焊接波形與一個或多個希望的焊接波形相比較，在本文公開的控制 器的某些實施例能夠以適合的方式控制焊機(jī)，以便產(chǎn)生的焊接指令將考慮給定的焊機(jī)的能 力以及例如與焊接電纜相關(guān)的二次響應(yīng)。
[0016] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1示出了焊接系統(tǒng)10,包括焊接電源12、送絲機(jī)14、焊炬16和通 過旋轉(zhuǎn)接地22固定在夾具20上的工件18。在所示的實施例中，正極焊接引線24將焊接電 源12的正極端子26聯(lián)接到送絲機(jī)14。另外，電纜30將送絲機(jī)聯(lián)接到到焊炬16。此外，負(fù) 極焊接引線32將焊接電源12的負(fù)極端子34聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)接地22。
[0017] 在操作期間，焊接電源12配置成通過送絲機(jī)14將電能提供給焊炬16,該送絲機(jī) 14為焊接操作提供焊絲。此外，在使用期間，焊接操作者利用焊炬16來焊接工件18。當(dāng)焊 接時，與焊接工藝相關(guān)的高電流電平可能使二次電纜和/或設(shè)備退化，并且在許多焊接循 環(huán)之后，二次電纜和/或設(shè)備的退化可能影響焊接的質(zhì)量。如此，本發(fā)明的某些實施例提供 了用于電壓誤差的補(bǔ)償，該電壓誤差可能由焊接二次組件（比如焊接電纜）引入的電感和/ 或電阻誤差造成。這樣的電壓誤差可以由焊接控制器利用以產(chǎn)生焊接指令，該指令補(bǔ)償在 給定的焊接系統(tǒng)中的二次響應(yīng)。
[0018] 圖2示出了圖1中焊接電源12的示例組件。在所示的實施例中，焊接電源12包 括用戶界面46、控制器48、處理器50、存儲器52、接口電路54和電力轉(zhuǎn)換電路56。在使用 期間，電力轉(zhuǎn)換電路56從主電源，比如壁裝電源插座、電力網(wǎng)等，接收主電力，并將上述電 力轉(zhuǎn)換成用于傳輸?shù)胶妇?6的合適的焊接輸出。處理器50配置成接收多個關(guān)于送絲機(jī)操 作、用戶選擇、電壓反饋、電流反饋、電力反饋、電阻反饋、電感反饋等的輸入，從而處理上述 輸入并產(chǎn)生多個適當(dāng)?shù)妮敵?，該輸出引?dǎo)焊接電源12的操作。比如，接口電路54可從一個 或多個外部裝置（例如，送絲機(jī)14、輔助設(shè)備等）接收反饋，將上述反饋通信到處理器50， 接收來自處理器50的輸出信號，并將上述信號通信到一個或多個外部裝置。
[0019] 更進(jìn)一步地，處理器50可接收來自用戶界面46的關(guān)于焊接操作的用戶輸入。例 如，處理器50可接收關(guān)于所選的焊接工藝的指令、焊接工藝的參數(shù)（例如，電流電平、電壓 電平等）等并處理這些輸入。處理器50還可以接收一個或多個來自控制器48的輸入，該控 制器可以配置成執(zhí)行一個或多個用以引導(dǎo)焊接工藝和/或焊接電源12的任何其他功能的 算法。例如，在一個實施例中，控制器48可執(zhí)行一系列的指令以確定由二次焊接電纜和/或 設(shè)備引入的電壓誤差的量級。然后，所獲取的測量數(shù)據(jù)可經(jīng)由接口電路54通信到處理器， 該處理器可處理所接收的信息以確定例如合適的焊接指令，該指令考慮了由二次焊接組件 引入的確定的電壓誤差。在某些實施例中，若需要，此類信息可例如經(jīng)由用戶界面46通信 給用戶。為此，用戶界面46可以是能夠經(jīng)由視覺提示（例如，光照明、顯示面板信息等），語 音提示（例如，錯誤消息陳述誤差）或任何其他適當(dāng)?shù)耐ㄐ艡C(jī)制來與用戶交流。
[0020] 不限于下面詳細(xì)描述的各算法和控制方案可以由圖2中的控制器48來實施以補(bǔ) 償由二次焊接組件（比如焊接電纜）引入的電壓誤差。例如，當(dāng)在焊接波形斜升或從局部 峰值下降時，控制器可考慮被引入到焊接波形內(nèi)的電壓誤差。事實上，在某些實施例中，控 制器可以考慮焊接波形的斜升部分和下降部分兩者，或可僅考慮波形的一個期望部分。
[0021] 如在下面更加詳細(xì)地就圖6和圖7中示出的方法進(jìn)行描述的，在一些實施例中，由 控制器48實施的補(bǔ)償方法包括在焊接波形的緩變部分期間測量電壓誤差。這樣，由于二次 響應(yīng)出現(xiàn)的過沖電壓可在反饋控制信號中減小或消失，從而使立柱電壓指令補(bǔ)償由焊接二 次組件引入的誤差。再者，應(yīng)該注意的是，當(dāng)前公開的實施例的上