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用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng)及對應(yīng)的監(jiān)測方法

文檔序號:3047592閱讀:207來源:國知局
專利名稱:用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng)及對應(yīng)的監(jiān)測方法
用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng)及對應(yīng)的監(jiān)測方法本發(fā)明涉及用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括電弧電壓傳感器裝置和電 弧電流傳感器裝置,用于采集由所述電弧電壓傳感器裝置測量的電壓值和由所述電弧電流 傳感器裝置測量的電流值的裝置,以及被配置用于處理所述電壓值和所述電流值以計算與 所述電弧焊接過程的電弧狀態(tài)對應(yīng)的一個或者多個時間值向量的裝置。MIG(惰性氣體保護(hù)金屬極電弧)或者M(jìn)AG(活性氣體保護(hù)金屬極電弧)焊接技術(shù) 設(shè)想在氣體保護(hù)下對金屬進(jìn)行焊接,所述氣體保護(hù)分別是在惰性氣體和在活性氣體下。所 述技術(shù)已經(jīng)被人們熟知幾十年并且被通稱為GMAW(氣體保護(hù)金屬極電弧焊接)。由于以相 對低的成本開發(fā)半自動焊接機(jī)的可能性,所述焊接技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。MIG/MAG焊接方法是 一種連續(xù)焊絲(continuous-wire)方法,其中通過覆蓋氣體來確保對熔池的保護(hù),該氣體 從焊炬流到待焊接的工件上。焊絲的金屬根據(jù)以下三種形式通過熔化過渡(transfer)至 熔池通過短路、以焊滴形式、通過噴射(spraying)。在也被稱為“短弧(short arc) ”的第 一種情況下,通過焊絲的電流不足夠高以使該焊絲達(dá)到熔化溫度;因此,焊絲與熔池接觸, 在兩個金屬極之間引起短路,這導(dǎo)致電流增加從而熔化焊絲的末端;即金屬不是通過電弧 過渡的。在第二種情況下,焊絲熔化以形成直徑大于電極直徑的焊滴,其基本上通過重力過 渡到熔池中。在噴射的情況下,焊絲熔化以形成大量的小焊滴,其中電流高于焊滴過渡所需 要的電流。用于在所述電弧焊接過程期間進(jìn)行監(jiān)測的方法和系統(tǒng)是已知的。所述過程一般設(shè) 想對來自電弧焊接過程的電壓和電流的檢測及對其的處理。舉例來說,已知有監(jiān)測電流值 何時超過某個電流閾值的系統(tǒng)。專利號為US 6,031,203的美國專利描述了設(shè)想考慮從對電壓和電流的觀測獲得 的電弧時間和焊接時間,計算其標(biāo)準(zhǔn)差的方法?;趯⑺鰳?biāo)準(zhǔn)差的乘積接著與基準(zhǔn)值比 較來評估焊接的穩(wěn)定度。還被設(shè)想的是除了計算電壓和電流外,計算電弧時間和焊接時間 之間的比率及所述比率的標(biāo)準(zhǔn)差。結(jié)果表明所述方法對于操作者的使用而言非常復(fù)雜, 其沒有為可能的操作者提供對可能的缺陷的立即可理解的表示,并且利用預(yù)先確定的基準(zhǔn) 值。本發(fā)明的目的是克服所有前述缺點(diǎn)。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的對象是用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng),該系統(tǒng)具有 本說明書開頭所指出的特征并且其特性還在于所述處理裝置被配置用于執(zhí)行以下操作計算從電壓值和從電流值所得到的電弧時間的基準(zhǔn)值,所述電壓值和所述電流值 在一個或者多個基準(zhǔn)焊縫(reference weld)的制作(execution)期間被測量;計算與所述分布的電弧時間值對應(yīng)的相應(yīng)的合格閾值(acc印tabi 1 ity threshold)作為所述基準(zhǔn)值,由此所述分布的概率采用(assume)預(yù)先確定的值;以及通過以下步驟對連續(xù)的焊縫(weld)進(jìn)行監(jiān)測得到相應(yīng)的電弧時間向量以得到對應(yīng)的經(jīng)濾波的電弧時間向量;將所述經(jīng)濾波的電弧時間向量與所述相應(yīng)的合格閾值比較;以及在所述比較操作指示所述經(jīng)濾波的電弧時間值沒有被包含在所述合格閾值內(nèi)時,標(biāo)識所述焊接過程的不穩(wěn)定度(instability)。在優(yōu)選實施例中,所述濾波包括秩(rank)根據(jù)所需的缺陷敏感度變化的中值濾 波器的應(yīng)用。當(dāng)然,本發(fā)明的對象還有上述系統(tǒng)所實施的用于監(jiān)測電弧焊接過程的方法。另外,本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將從隨后參考附圖的說明中顯露,僅作為非限定性的 例子提供所述附圖并且其中-

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng)的示意圖;-圖2a_2e示意根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所監(jiān)測的電弧焊接過程的例子的步驟;-圖3示出通過根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)從所述電弧焊接過程所采集的量的圖表;-圖4a_4c示出合格的焊縫的例子并且對應(yīng)的圖表示意根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的操 作;-圖5a_5c示出不合格的焊縫的例子并且對應(yīng)的圖表示意根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的操 作;以及-圖6a_6c示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所用的焊接缺陷標(biāo)識的圖表;總之,所提出的系統(tǒng)設(shè)想計算與基準(zhǔn)焊縫對應(yīng)的電弧時間向量的分布并且通過對所述分布施加概率值來 計算電弧時間的合格閾值;采集將被監(jiān)測的焊縫的電弧時間向量并且通過應(yīng)用濾波來估計(estimate)所述 電弧時間;將所述經(jīng)濾波的電弧時間向量與所述合格閾值比較;在電弧時間值沒有被包含在所述合格閾值內(nèi)時發(fā)信號通知焊接缺陷;圖1所示的是根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng)的框圖,其中參考標(biāo)號 11所標(biāo)注的是待焊接的工件(Piece),熔池被定位在該工件上。參考標(biāo)號12所標(biāo)注的是焊 炬,其包含管嘴13。14所標(biāo)注的是含有保護(hù)氣體的氣瓶(cylinder),其通過輸送管16向焊 炬12提供保護(hù)氣體15。17所標(biāo)注的是用于退繞(unwind)焊絲的設(shè)備,所述焊絲被標(biāo)注為 18并且從退繞設(shè)備17進(jìn)入到輸送管16中以被提供給焊炬12。還被提供的是與焊炬12和 待焊接的工件11連接的電弧電流發(fā)生器19??梢詮膱D2a-2e中看到,保護(hù)氣體15從管嘴 13流出并且焊絲18也從其中引出,所述焊絲被設(shè)置為通過滑動襯墊(未在圖中示出)與 電弧電流發(fā)生器19所提供的電力供應(yīng)接觸。根據(jù)本發(fā)明,例如在管嘴13的上游,被提供的 是用于檢測焊絲18上的電弧電壓的電壓傳感器21,而用于測量所述焊絲18上的電流的電 弧電流傳感器22 (例如安培鉗表)被裝載在電弧電流生成器19上。電弧電壓傳感器21和 電弧電流傳感器22分別將它們的輸出(即電壓值V和電流值I)提供給采集卡23,例如24 位的32k HZ卡。采集卡23在采集到所述電流值I和所述電壓值V之后將它們提供給接口 卡24 (例如CAN總線型的數(shù)字卡),該接口卡24連到生產(chǎn)線,在該生產(chǎn)線上進(jìn)行所述焊接過 程,所述生產(chǎn)線在圖1中由處理器25表示,該處理器評估所述電流值I和電壓值V并且接 著可能地基于從所述電流值I和電壓值V所得到的關(guān)于電弧焊接過程的質(zhì)量的信息來管理 所述生產(chǎn)線。參考圖2a_2e,為了示意對于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法重要的步驟和時間瞬間,現(xiàn) 在將簡要地示意短弧焊接的方法。對焊縫的質(zhì)量的分析過程的工作原理實際上從對短弧電弧焊接過程的分析中獲得。因此,圖2a是焊炬12的管嘴13的非常概略的表示,保護(hù)氣體15和焊絲18都從 該管嘴13引出。在圖2a所示意的步驟中,焊絲18被表示為其在退繞設(shè)備17的作用下朝 工件11前移。在圖2b所示意的步驟中,焊絲18與工件11接觸并且與其形成短路,即與熔 池形成短路。圖2c表示焊滴18a與焊絲18分離的步驟,圖2d接著表示在隨后朝工件11 前移期間的焊絲18,圖2e表示處于隨后的與工件11短路的狀態(tài)的焊絲18。在圖2b和2d 所示的步驟之間,該過程處于電弧條件下,并且因此電弧時間或者熱時間T。n被指示,即從 焊絲18的焊滴18a開始與焊絲18分離的時刻到其熔化在工件11上的熔池中并且焊絲18 和工件11之間的短路產(chǎn)生新的焊滴的時刻所持續(xù)的時間。實際上,所述短路預(yù)告了新的焊 滴I8a與焊絲I8的分離。還在圖2中被指示的是在兩個短電路狀態(tài)之間所計算的、焊接過 程的總周期T,以及與熱時間T。n互補(bǔ)的冷時間T。ff,該冷時間處于短路(圖2a)和焊滴分離 之間的時間區(qū)間中。因此,對一系列(succession of)熱時間或者電弧時間T。n的分析將如 何實現(xiàn)焊滴分離的頻率的估算(evaluation)是清楚的。在焊接過程穩(wěn)定的情況下,焊滴分 離的頻率也是規(guī)則的(regular)并且是恒定的,而在焊接有缺陷的情況下,焊滴分離的過 程不呈現(xiàn)規(guī)則并且恒定的頻率。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)被配置用于將從通過所述電弧焊接過程所采集的信號所得到 的時間與從基準(zhǔn)信號所提取的閾值進(jìn)行比較圖3示出在焊接過程期間采集的電弧電流I和電弧電壓V的值的時間曲線。在所 述曲線中,盡管存在由于瞬變所引起的偏差,仍有可能基于已就在圖2中所描述的過程所 說的內(nèi)容而標(biāo)識大體上是脈沖或者方波的演變(evolution),其具有總周期T、熱時間1 和 互補(bǔ)的冷時間T。ff。根據(jù)圖3可以理解,所述時間為數(shù)十毫秒量級,其不是始終恒定的,而是 從焊滴到焊滴變化的。因此,根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)被配置用于進(jìn)行產(chǎn)生基準(zhǔn)信號的操作,其設(shè)想通過 所述電弧焊接過程制作一個或者多個焊縫(welding bead),并且同時通過電壓傳感器21 和電流傳感器22采集對應(yīng)的電弧電壓V和電弧電流I。對于所獲得的每個焊縫(weld bead),計算機(jī)25所測量的是與焊滴18a的分離的 時間對應(yīng)的熱時間T。n,如參考圖2a_2e所示意的那樣。焊縫通常設(shè)想(envisage)多個焊 滴與焊絲18的分離,并且因此對于每個焊縫通常將有熱時間T。n的向量。具體地在圖3中 所指示的是與四個連續(xù)的焊滴對應(yīng)的熱時間T。nv[l] ,Tonv[2] ,Tonv[3] ,Tonv[4],它們參與組成 所述熱時間向量。通常,具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)更多的值的熱時間向量T。nv[j]被得到,其中j是向量的 索引并且下標(biāo)V指示時間是從電壓值V開始被估算(evaluate)的。還基于電流值I被得 到相應(yīng)的熱時間向量T。nI[j]。圖3所示的是從電流值I獲得的時間和從電壓值V獲得的時 間兩者。根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)在計算機(jī)25中處理所述熱時間向量T。nv[j]或T。nI[j],或 者處理與作為基準(zhǔn)所產(chǎn)生的多個焊縫相關(guān)聯(lián)的多個熱時間向量,以計算它們的正態(tài)累積分 布函數(shù)(CDF)。所述正態(tài)累積分布函數(shù)提供所測量的熱時間T。nv[j]或T。nI[j]的平均值μ 以及所測量的熱時間T。nv[j]或T。nI[j]的標(biāo)準(zhǔn)差σ。在隨后的處理中,為了簡化起見,將僅對熱時間向量T。n[j]進(jìn)行參考,而不指明其 是從電壓值獲得的還是從電流值獲得的。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)接著被配置用于繼續(xù)在計算機(jī)25中進(jìn)行處理并且基于所述正態(tài)累積分布的分布函數(shù)來標(biāo)識熱時間T。n的合格閾值Ts,即超出其范圍則從此獲得的時間 和頻率將被認(rèn)為過分不規(guī)則而無法保證高質(zhì)量的焊縫那樣的值,所述分布的概率P(X)為
ιΓ fx- VP(x) = - 1 + erf\(1)
2V Vσν2 JJ所述系統(tǒng)包括對該分布的變量χ的值的計算,由此所述概率P(X)采用預(yù)先確定的
值,該值可能地由操作者或者由另外的控制模塊來設(shè)置。所找到的變量χ的值與電弧時間
的合格閾值Ts對應(yīng);即變量χ標(biāo)識該分布的電弧時間值,由此該分布的概率P(X)采用預(yù)
先確定的值。所述概率P(X)的預(yù)先確定的值與敏感度Sens的值成正比。例如,將敏感度
Sens的值設(shè)置為等于90,則根據(jù)下面所給出的關(guān)系,系統(tǒng)自動得到下限合格閾值Tsinf和上
限合格閾值Tssup,所述關(guān)系確定了較低的概率Pinf(X)和較高的概率Psup(X) SctisPmf(x) = l-i ^ ^inf (2)Psup⑶=蓋=^ Tssup根據(jù)上面的公式,舉例來說,清楚的是如果敏感度Sens的值被設(shè)置為90,則這與 尋求(seek)90%的概率對應(yīng)。有可能減小或者增加所述敏感度Sens以使系統(tǒng)對從電壓值 V和電流值I所得到的熱時間T。n的值的變化更加敏感或者不那么敏感。如已提到的,上述處理沒有將所處理的是電壓值還是電流值考慮在內(nèi),然而更詳 細(xì)地,一旦所需的敏感度Sens被設(shè)置,系統(tǒng)將從根據(jù)電壓值所得到的熱時間向量T。nv[j] 得到下限合格閾值Tsinfv和上限合格閾值Tssupv,并且從根據(jù)電流值所得到的熱時間向量 Tonl [j]得到另一下限合格閾值Tsinfl和上限合格閾值TssupI。因此,根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)從來自于一個或者多個焊縫的制作的數(shù)據(jù)得到下限合格 閾值Tsinf和上限合格閾值Tssup,更具體地,如剛剛所提到的,得到對于電壓和對于電流的兩 對閾值,舉例來說所述一個或者多個焊縫在生產(chǎn)循環(huán)開始時被制作。然后,根據(jù)本發(fā)明的系 統(tǒng)被配置用于通過以下步驟來監(jiān)測電弧焊接過程在焊縫的形成結(jié)束時在計算機(jī)25上處 理所采集的電弧電壓V和電弧電流I的相應(yīng)的值,測量從所述值所得到的熱時間T。n的規(guī)則 性,即源自于焊絲18的金屬焊滴18a分離、熔化和滴落到熔池一直到短路狀態(tài)的下一次恢 復(fù)(即電弧步驟終止)所花費(fèi)的時間的規(guī)律性。圖2 (已被描述)提供了熱時間T。n的測量 如何發(fā)生以得到與焊縫的延展(stretch)對應(yīng)的熱時間向量T。n[j]的例子。一旦所述與 焊縫對應(yīng)的熱時間向量T。n[j]可得到,則接著所設(shè)想的是得到熱時間的估計,應(yīng)用秩根據(jù) 將被考慮在內(nèi)的缺陷敏感度變化的中值濾波器以得到經(jīng)濾波的熱時間或者電弧時間向量 Tm[i]。所述濾波器還可以采用閉合形式Tm[i]=中值濾波器(Ji)(3)其中Ji是輸入向量,即熱時間向量T。n[j]的子集Ji = IToni-N, Toni^1. . . , Ton^1, Toni, Toni+1. . . , Toni^1, Toni+N},N是濾波器的秩,其與濾波器的敏感度成反比秩N的值越小,則使得系統(tǒng)對存在 于焊縫中的微小雜質(zhì)越敏感。反之,該值越大,則熱時間Tw的測量結(jié)果中的快速變化越多 被濾波,并且因此使得系統(tǒng)不那么敏感。
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索引j是對于焊縫所獲得的熱時間向量的值T。n[j]的索引。索引i是經(jīng)濾波的熱 時間或者電弧時間向量Tm[i]的索引。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)被配置用于通過在計算機(jī)25中進(jìn)行處理而通過在經(jīng)濾波的電 弧時間向量和合格閾值之間進(jìn)行比較來標(biāo)識焊接缺陷。在所述比較的操作指示所述經(jīng)濾波 的電弧時間值沒有被包含在所述合格閾值之間的情況下,一般發(fā)信號通知焊接缺陷。更具體地,根據(jù)本發(fā)明,設(shè)想了基于來自電壓值的熱時間向量T。nv[j]對經(jīng)濾波的 熱時間向量Tmv[i]的計算以及基于來自電流值的熱時間向量T。nI[j]對相應(yīng)的經(jīng)濾波的 熱時間向量TmJi]的計算,將它們與相應(yīng)的下限合格閾值和上限合格閾值比較,對于向量 Tmv[i]為 Tsinfv 禾口 Tssupv,對于向量 Tm1 [i]為 Tsinfl 禾口 Tssupl。圖4a_4c給出高質(zhì)量的焊縫20a的例子,其中所述經(jīng)濾波的熱時間向量Tm[i], 具體地是從電壓值V所得到的經(jīng)濾波的熱時間向量Tmv[i],落在閾值集合內(nèi)(within the threshold set)。圖4a所示的是焊縫20a的示意性表示,其大體上沿表示焊縫的長度d的 軸擴(kuò)展。作為例子,焊縫20a具有IOOmm的總長度。圖4b所給出的是根據(jù)長度d的經(jīng)濾波 的熱時間向量Tmv[i],并且圖4c所給出的是質(zhì)量信號Qv。代替地,圖5a-5c同樣地給出了 低質(zhì)量的焊縫20b的例子??梢宰⒁獾氖窃鯓釉诤缚p20b的前半段之后完全沒有焊接,這 產(chǎn)生于焊滴分離的不規(guī)則性并且可以根據(jù)以下事實來推斷,即經(jīng)濾波的熱時間向量Tmv[i] 落在由下限合格閾值Tsinfv和上限合格閾值Tssupv所標(biāo)識的范圍之外。通過考慮電流值I 可以得到相似的結(jié)果。在所示意的兩種情況(即圖4c中的那種和5c中的那種)的每一種 中,相應(yīng)的質(zhì)量信號Qv作為焊縫長度d的函數(shù)被示出,其大體上是采用兩個水平(level)的 信號,所述水平基于與下限合格閾值Tsinfv和上限合格閾值Tssupv的比較操作的結(jié)果。在所 述的圖4c和5c中,所述水平被標(biāo)識并且表現(xiàn)為沿長度d的軸與所述焊縫的區(qū)域或者區(qū)間 對應(yīng)的條帶,用較深的條帶(其也可以是著色的條帶,例如紅色)表示其中熱時間T。nv落在 下限閾值Tsinfv以下或者上限合格閾值Tssupv以上的區(qū)域,并且因此過程不穩(wěn)定度在此被標(biāo) 識,用Uv標(biāo)注(或者如果考慮的是電流值I,則用U1標(biāo)注,并且因此對應(yīng)的質(zhì)量信號為Q1)。 較淺的條帶(其也可以是著色的條帶,例如綠色)標(biāo)識其中代替地所述過程被認(rèn)為是穩(wěn)定 的區(qū)域,就熱時間Τ。ην的值被包含在下限合格閾值Tsinfv和上限合格閾值Tssupv之間來說。一旦根據(jù)電壓值V對經(jīng)濾波的熱時間向量Tmv[i]的估算和根據(jù)電流值I對經(jīng)濾波 的熱時間向量Tm1 [i]的估算被完成,將分別得到的兩個對應(yīng)的質(zhì)量信號Qv*Q1彼此結(jié)合以 確定總的質(zhì)量信號Qt。t,其將所述焊縫的不同區(qū)域中的過程不穩(wěn)定度Uv和U1的相應(yīng)面積加 在一起并且疊加(superimpose)以將焊接缺陷D在所述焊縫的區(qū)域中的存在標(biāo)識為長度d 的函數(shù)。圖6a_6c是所述類型的估算的例子,圖6a指示通過電壓值V所標(biāo)識的過程不穩(wěn)定 度Uv的區(qū)間,圖6b指示通過電流值所標(biāo)識的過程不穩(wěn)定度U1的區(qū)間,圖6c指示通過電壓 的過程不穩(wěn)定度Uv和電流的過程不穩(wěn)定度U1的區(qū)間的合并獲得的焊接缺陷D的區(qū)間。圖 6a-6c的圖表,特別是圖6c的圖表可以為操作者構(gòu)成顯示在計算機(jī)25上的圖形輸出。對多 個缺陷的存在的標(biāo)識產(chǎn)生對所述焊縫的非相干的全局評估。根據(jù)依照本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選形式,在處理電壓值V和電流值I時忽略與電弧的 點(diǎn)燃和熄滅的延展對應(yīng)的值(例如所述焊縫的前15mm和后15mm)。在所得到的焊縫的中間 部分,監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)選地被配置用于例如通過在計算機(jī)25進(jìn)行處理來應(yīng)用以下的發(fā)信號通 知缺陷的標(biāo)準(zhǔn)
-如果連續(xù)的缺陷在覆蓋給定長度的焊縫(例如至少5mm)的區(qū)間中被標(biāo)識,則系 統(tǒng)通過專門提供的發(fā)信號設(shè)備來警告所述焊縫有瑕疵,諸如燈或警報器或者可以由計算機(jī) 25控制的其他發(fā)信號裝置;-如果缺陷(其也可以是非連續(xù)的)在按照百分比具有大于所述焊縫的長度的給 定百分比的總長度的區(qū)間中被標(biāo)識,例如30%的缺陷(均勻的(even)非連續(xù)的),則其發(fā) 信號通知瑕疵的存在。-在其他情況下,監(jiān)測系統(tǒng)判斷所述焊縫具有“合格的”質(zhì)量其既不呈現(xiàn)超過5mm 的連續(xù)缺陷,也不呈現(xiàn)過多孤立的缺陷(超過焊縫長度的30% )。由于已在上文中被指出的特征,根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)給出提供與焊接過程的條件相 聯(lián)系的基準(zhǔn)的監(jiān)測,假定從對所采集的參數(shù)的統(tǒng)計評估獲得合格閾值。有利地,根據(jù)本發(fā)明 的系統(tǒng)將以簡單方式設(shè)置電弧時間的合格閾值的敏感度的可能性與在特定過程中以簡單 方式調(diào)整對電弧時間的振蕩的速度(rapidity)的敏感度的可能性結(jié)合,以簡單方式設(shè)置 電弧時間的合格閾值的敏感度通過對可變電弧時間的所需的概率的簡單設(shè)置。結(jié)果得到特 別簡單的系統(tǒng),就該系統(tǒng)在給定的生產(chǎn)循環(huán)中傾向于隨與正在進(jìn)行的焊接過程的類型密切 相關(guān)的時間值半自動地產(chǎn)生閾值來說,該系統(tǒng)就其設(shè)置而言對于操作者是容易理解的,大 體上按照監(jiān)測系統(tǒng)的電弧時間值確定工作點(diǎn)。設(shè)想通過設(shè)置分布概率必須采用的值來計算電弧時間的分布并且從其得到閥值 的方法與使用例如數(shù)據(jù)向量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差或者平均值的和方差的和的其他技術(shù)的使用 相比還包括特定的優(yōu)點(diǎn)。所述分布的使用實際上有利地產(chǎn)生關(guān)于過程不穩(wěn)定度的更穩(wěn)定的 閾值,這確定更窄的電弧時間的合格范圍(在所述例子的情況下大約為1ms)。在此上下文中,對所述濾波的缺陷敏感度的控制設(shè)想在與合格閾值的比較之前圍 繞所述工作點(diǎn)的精細(xì)調(diào)整,這允許在焊接過程期間對電弧時間從一個焊滴到另一個焊滴的 變化的速度的管理。所述對缺陷敏感度的控制有利地與計算基準(zhǔn)合格閾值的步驟的敏感度 設(shè)置配合以用簡單并可管理的方式建立監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)于缺陷的整體敏感度。當(dāng)然,在無損本發(fā)明的原則的情況下,實現(xiàn)的細(xì)節(jié)和實施例可以相對于在此僅作 為例子所描述和所示意的內(nèi)容廣泛地變化,而不會因此背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括電弧電壓傳感器裝置(21)和電弧電流傳感器裝置(22),用于采集由所述電弧電壓傳感器裝置(21)測量的電壓值(V)和由所述電弧電流傳感器裝置(22)測量的電流值(I)的裝置(23),以及被配置用于處理所述電壓值(V)和所述電流值(I)以計算與所述電弧焊接過程的電弧狀態(tài)對應(yīng)的一個或者多個時間值向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j])的處理裝置(25),所述系統(tǒng)的特征在于所述處理裝置(25)被配置用于執(zhí)行以下操作通過以下步驟計算電弧時間(Ton[j];TonV[j),TonI[j])的基準(zhǔn)值(TssupV,TsinfV,TssupI,TsinfI)計算從電壓值(V)和從電流值(I)所得到的相應(yīng)的電弧時間向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j])的統(tǒng)計分布,所述電壓值(V)和所述電流值(I)在一個或者多個基準(zhǔn)焊縫的制作期間被測量;以及計算與所述分布的電弧時間值(x)對應(yīng)的相應(yīng)的合格閾值(TssupV,TsinfV,TssupI,TsinfI)作為基準(zhǔn)值,由此所述分布的概率(P(x))采用預(yù)先確定的值(Pinf,Psup);通過以下步驟對連續(xù)的焊縫進(jìn)行監(jiān)測與所述連續(xù)的焊縫中的一個或者多個對應(yīng),從由所述電弧電壓傳感器裝置(21)測量的電壓值(V)和從由所述的電弧電流傳感器裝置(22)測量的電流值(I)得到相應(yīng)的電弧時間向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j]);以及對所述電弧時間向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j])進(jìn)行濾波以得到對應(yīng)的經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tm[i]);將所述經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tm[i])與所述相應(yīng)的合格閾值(TssupV,TsinfV,TssupI,TsinfI)比較;以及在所述比較操作指示所述經(jīng)濾波的電弧時間值(Tm[i])沒有被包含在所述合格閾值(Tssup,Tsinf)之間時,標(biāo)識所述焊接過程的不穩(wěn)定度(UV,UI,D)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述濾波包括秩(N)根據(jù)所需的缺陷敏感 度變化的濾波的應(yīng)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述濾波包括秩可變的中值濾波器的應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處理裝置 (25)被配置用于執(zhí)行所述比較以及將所述焊接過程的不穩(wěn)定度(UV,UI;D)標(biāo)識為所述焊縫 (20a, 20b)的長度(d)的函數(shù)的操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處理 裝置(25)被配置用于通過將從所述電弧電壓值(V)所得到的經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tmv) 與相應(yīng)的合格閾值(Tssupv,Tsinfv)比較來標(biāo)識電弧電壓不穩(wěn)定度(Uv)的區(qū)間,以及通過將 從電弧電流值⑴所得到的經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tm1)與相應(yīng)的合格閾值(Tssupv,Tsinfv) 比較來標(biāo)識電弧電流不穩(wěn)定度(U1)的區(qū)間,所述處理裝置(25)還被配置用于標(biāo)識在通過電弧電壓不穩(wěn)定度(Uv)的區(qū)間和電弧電 流不穩(wěn)定度(U1)的區(qū)間的疊加所得到的所述焊縫的區(qū)域中的焊接缺陷(D)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處理裝置(25)被配置用于基于所述比較操作產(chǎn)生具有兩個水平的焊縫質(zhì)量信號(QpQpQtJ,所述兩個水平分別 標(biāo)識不穩(wěn)定度區(qū)間(Uv,U1, D)和穩(wěn)定度區(qū)間,在所述不穩(wěn)定度區(qū)間中所述經(jīng)濾波的電弧時 間值(Tm[i])沒有被包含在所述合格閾值(Tssup,Tsinf)之間,在所述穩(wěn)定度區(qū)間中所述經(jīng) 濾波的電弧時間值(Tm[i])被包含在所述合格閾值(Tssup,Tsinf)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處理裝置(25)被配置用于通過不同 強(qiáng)度或顏色的條帶的顯示來顯示(25)焊縫質(zhì)量信號(Qv,Q1, Qt。t),所述不同強(qiáng)度或顏色的 條帶分別與所述水平相關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述分布 是正態(tài)累積分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,其包括 設(shè)置所需的敏感度(Sens)的值以調(diào)節(jié)由所述分布的所述概率(POO)為合格閾值(TssupV, Tsinfv, Tssupl, Tsinf0的計算所采用的所述預(yù)先確定的值(Pinf,Psup)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處 理電弧電壓值(21)和電弧電流值(22)的操作包括忽略與所述電弧的點(diǎn)燃和熄滅的延展對 應(yīng)的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處 理裝置(25)被配置用于在所述焊接缺陷(D)的標(biāo)識操作在覆蓋所述焊縫的給定長度的區(qū) 間中標(biāo)識連續(xù)的缺陷的情況下發(fā)信號通知有瑕疵。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處 理裝置(25)被配置用于在所述焊接缺陷(D)的標(biāo)識操作在總長度按照百分比大于所述焊 縫(20a,20b)的長度的給定百分比的區(qū)間中標(biāo)識均勻的不連續(xù)的缺陷的情況下發(fā)信號通 知有瑕疵。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,其包括 接口裝置(24),特別是根據(jù)CAN總線協(xié)議操作的接口裝置,所述接口裝置用于使所述采集 裝置(23)與所述處理裝置(25)連接,所述處理裝置(25)被可操作地連接于生產(chǎn)線以對其 進(jìn)行控制,基于根據(jù)所述電流值(I)和電壓值(V)所標(biāo)識的所述焊接過程的不穩(wěn)定度(Uv, U1, D)在所述生產(chǎn)線上執(zhí)行所述焊接過程。
14.一種用于監(jiān)測電弧焊接過程的方法,所述方法包括通過根據(jù)權(quán)利要求1到13中的 一個或者多個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)所執(zhí)行的操作。
全文摘要
在此描述了一種用于監(jiān)測電弧焊接過程的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括電弧電壓傳感器裝置(21)和電弧電流傳感器裝置(22),用于采集由所述電弧電壓傳感器裝置(21)測量的電壓值(V)和由所述電弧電流傳感器裝置(22)測量的電流值(I)的裝置(23),以及被配置用于處理所述電壓值(V)和所述電流值(I)以計算與所述電弧焊接過程的電弧狀態(tài)對應(yīng)的一個或者多個時間值向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j])的處理裝置(25),根據(jù)本發(fā)明,所述處理裝置(25)被配置用于執(zhí)行以下操作通過以下步驟計算電弧時間(Ton[j];TonV[j),TonI[j])的基準(zhǔn)值(TssupV,TsinfV,TssupI,TsinfI)計算從電壓值(V)和從電流值(I)所得到的相應(yīng)的電弧時間向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j])的統(tǒng)計分布,所述電壓值(V)和所述電流值(I)在一個或者多個基準(zhǔn)焊縫的制作期間被測量;以及計算與所述分布的電弧時間值(x)對應(yīng)的相應(yīng)的合格閾值(TssupV,TsinfV,TssupI,TsinfI)作為基準(zhǔn)值,由此所述分布的概率(P(x))采用預(yù)先確定的值(Pinf,Psup);通過以下步驟對連續(xù)的焊縫進(jìn)行監(jiān)測與所述連續(xù)的焊縫中的一個或者多個對應(yīng),從由所述電弧電壓傳感器裝置(21)測量的電壓值(V)和從由所述電弧電流傳感器裝置(22)測量的電流值(I)得到相應(yīng)的電弧時間向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j]);以及對所述電弧時間向量(Ton[j];TonV[j),TonI[j])進(jìn)行濾波以得到對應(yīng)的經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tm[i]);將所述經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tm[i])與所述相應(yīng)的合格閾值(TssupV,TsinfV,TssupI,TsinfI)比較;以及在所述比較操作指示所述經(jīng)濾波的電弧時間向量(Tm[i])沒有被包含在所述合格閾值(Tssup,Tsinf)之間時,標(biāo)識所述焊接過程的不穩(wěn)定度(UV,UI,D)。
文檔編號B23K9/095GK101977720SQ201080001267
公開日2011年2月16日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者A·泰雷諾, G·丹杰洛, G·帕斯奎塔茨 申請人:C.R.F.阿西安尼顧問公司
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