焊絲進給系統(tǒng)和裝置制造方法
【專利摘要】提供的系統(tǒng)包括焊絲線軸，其具有芯和圍繞所述芯纏繞的焊絲，芯具有芯直徑，焊絲具有焊絲直徑。焊絲線軸的外直徑被限定為芯直徑與焊絲直徑之和。這些系統(tǒng)還包括傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)具有安裝于焊絲線軸和/或焊絲線軸轂上的傳感器組件。該傳感系統(tǒng)適于獲取與指示焊絲線軸的外直徑的參數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
【專利說明】焊絲進給系統(tǒng)和裝置
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請為美國臨時專利申請?zhí)枮?1/556，641，標題為“焊絲進給系統(tǒng)和裝置”，提交日期為2011年11月7日的非臨時專利申請，在此并入作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般涉及焊絲進給系統(tǒng)(welding wire feed systems),更具體地是涉及焊接操作過程中用于監(jiān)控焊絲線軸(wire spool)尺寸的傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]焊接是在各行各業(yè)的許多應(yīng)用中已變得隨處可見的工藝。例如，焊接常常被用于如造船、飛機維修、建筑等應(yīng)用中。這種焊接操作依賴于多種設(shè)備，以確保在期望的時間內(nèi)為焊接提供適量的焊接耗材(例如，焊絲進給(wire feed)、保護氣體等)。例如,熔化極惰性氣體保護焊(MIG)通常依賴送絲器(wire feeder)，以確保適量的焊絲被進給到焊炬(welding torch)。通常,焊絲進給操作的參數(shù)在焊接操作開始前就已經(jīng)設(shè)定好了。然而,在整個焊接操作過程中，焊絲通常從焊絲進給裝置中的焊絲線軸送到焊接設(shè)備，而送出的焊絲在焊接過程中被消耗掉。不幸的是，隨著焊絲從焊絲線軸上松開且焊絲的供給減少時，操作員可能并不知道焊絲線軸上還剩下多少焊絲。在這種情況下，操作員可能繼續(xù)進行焊接直至焊絲的供給被耗盡，從而導致焊接操作中斷。這些情況會降低整個生產(chǎn)效率并可能導致回燒發(fā)生。因此，就需要出現(xiàn)一種克服這些缺陷的送絲器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一種實施方式中，一種系統(tǒng)，包括焊絲線軸，所述焊絲線軸具有芯和圍繞所述芯纏繞的焊絲，所述芯具有芯直徑，所述焊絲具有焊絲直徑。焊絲線軸的外直徑被限定為所述芯的直徑與所述焊絲的直徑之和。所述系統(tǒng)還包括傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)具有安裝于所述焊絲線軸和/或焊絲線軸轂(wire spool hub)上的傳感器組件。所述傳感系統(tǒng)適于獲取與指示所述焊絲線軸的外直徑的參數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0006]在另一種實施方式中，焊絲進給系統(tǒng)包括送絲器。所述送絲器包括線軸安裝轂(spool mounting hub)和安裝在所述線軸安裝轂上的焊絲線軸。所述焊絲線軸包括芯和纏繞到芯上的焊絲。所述送絲器還包括速度/位置傳感器(例如，轉(zhuǎn)速計)，其耦合到線軸安裝轂或焊絲線軸，或它們兩者之上，并適于測量當焊絲從芯上松開時的焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度。送絲器進一步包括控制電路，其適于接收與所述焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并基于接收到的數(shù)據(jù)，確定焊絲線軸的外直徑。所述焊絲線軸的外直徑被限定為所述芯直徑與所述纏繞的焊絲直徑的總和。
[0007]在另一種實施方式中，焊絲進給系統(tǒng)包括線軸安裝轂和安裝于所述線軸安裝轂上的焊絲線軸。所述焊絲線軸具有芯和纏繞在所述芯上的焊絲，并且所述焊絲線軸的外直徑被限定為所述芯直徑與所述纏繞的焊絲直徑的總和。所述焊絲進給系統(tǒng)還包括焊絲進給驅(qū)動機構(gòu)，其適于從所述芯上松開所述焊絲，并將所述焊絲提供給焊接操作。所述焊絲進給系統(tǒng)還包括速度/位置傳感器(例如，轉(zhuǎn)速計)，其耦合到線軸安裝轂、焊絲線軸或它們兩者之上，并適于測量當焊絲從芯上松開時的焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]本發(fā)明的上述這些和其他的特征，方面和優(yōu)點在參照附圖閱讀了下面的詳細描述后將更容易理解，在所有的附圖中，相同的標記表示相同的部件，其中:
[0009]圖1示出了一種為焊接操作提供動力、進行控制和提供供給的焊接系統(tǒng)的實施方式；
[0010]圖2示出了圖1的焊機、送絲器和焊炬組件的內(nèi)部組件的實施方式的框圖；
[0011]圖3示出了安裝在軸(spindle)上的焊絲線軸和傳感系統(tǒng)以及軸底座(spindlemount)；
[0012]圖4是圖3的焊絲線軸和傳感系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0013]圖5示出了包括傳感器和安裝在線軸安裝轂上的多個狹縫的傳感系統(tǒng)；
[0014]圖6示出了包括傳感器和安裝在線軸安裝轂上的多個磁條的傳感系統(tǒng)；
[0015]圖7示出了安裝在軸上的焊絲線軸和傳感系統(tǒng)以及軸底座；
[0016]圖8示出了包括傳感器和安裝在焊絲線軸上的齒輪組件的傳感系統(tǒng)；
[0017]圖9示出了包括傳感器和安裝在焊絲線軸上的多個狹縫的傳感系統(tǒng)；
[0018]圖10示出了包括傳感器和安裝在焊絲線軸上的多個磁條的傳感系統(tǒng)；
[0019]圖11示出了安裝在軸上的焊絲線軸和機械傳感系統(tǒng)；
[0020]圖12是圖11的焊絲線軸和機械傳感系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0021]圖13示出了可以被送絲器的控制電路采用的，根據(jù)感測的數(shù)據(jù)來調(diào)整焊絲進給控制參數(shù)的方法的實施方式；
[0022]圖14示出了可以被控制電路采用的，利用感測的數(shù)據(jù)來向操作員預(yù)警錯誤的存在的方法的實施方式；以及
[0023]圖15示出了可以通過控制電路實現(xiàn)的，利用感測的數(shù)據(jù)來向操作員警示焊絲滑動錯誤(wire slip error)的存在的方法的實施方式。
【具體實施方式】
[0024]如下面的詳細描述那樣，這里提供的是能夠直接地或間接地監(jiān)控焊絲線軸的外直徑的焊絲進給系統(tǒng)的實施方式。例如，在一些實施方式中，傳感系統(tǒng)可以包括速度/位置傳感器(例如，轉(zhuǎn)速計)，其耦合到焊絲線軸和/或焊絲線軸轂上，其中焊絲線軸安裝在焊絲線軸轂上。在這些實施方式中，轉(zhuǎn)速計測量當焊絲從焊絲線軸的芯上松開時的焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度?？刂坪吞幚黼娐房梢岳脺y量到的焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度來確定在焊接操作過程中的任意時刻焊絲線軸的外直徑。并且，所述控制電路可以利用所述外直徑來控制和/或監(jiān)控焊接過程，例如通過跟蹤焊絲線軸在不同時間的外直徑，利用確定的外直徑來控制焊接過程的操作參數(shù)，利用外直徑來確定錯誤情況等。與不能在焊接操作中監(jiān)控焊絲線軸的外直徑的系統(tǒng)相比，上述特征可以提供明顯的優(yōu)點。例如，目前公開的實施方式能夠在焊絲線軸上的剩余焊絲接近預(yù)定的極限，例如當焊絲線軸外直徑接近芯直徑時警示焊接操作員。這些實施方式可以減少或消除由于操作員沒有意識到焊絲線軸上的焊絲缺少而導致的回燒發(fā)生的可能性。再進一步舉例，在一些實施方式中，通過監(jiān)測焊絲線軸的外直徑，控制系統(tǒng)可以能夠確定驅(qū)動輥何時發(fā)生打滑，并向操作員警示錯誤。目前公開的焊絲進給系統(tǒng)的實施方式的上述這些和其他優(yōu)點將在下面進行更詳細的描述。
[0025]現(xiàn)在參見附圖，圖1示出了一種為焊接操作提供動力、進行控制和提供供給的典型焊接系統(tǒng)10。焊接系統(tǒng)10包括具有控制面板14的焊機12，通過該焊接系統(tǒng)10，焊接操作員可以控制向焊炬16供給焊接材料，例如氣流、焊絲進給等?？刂泼姘?4包括輸入或接口設(shè)備，例如旋鈕18，操作員可以用它來調(diào)節(jié)焊接參數(shù)(例如電壓，電流等)。也就是說，焊機12上的操作員接口 14使得操作員能夠?qū)?shù)據(jù)設(shè)定進行選擇。操作員接口 14可以允許對例如焊接過程、使用的焊絲類型、電壓和電流等的設(shè)定進行選擇。特別是，該系統(tǒng)被設(shè)計為允許使用鋁或其他焊絲進行MIG焊接，這些焊絲都向焊炬16推進，并被牽引穿過焊炬16。然而，在其他實施方式中，焊接系統(tǒng)可以設(shè)計為允許其他類型的焊絲進給，如僅有牽引或僅有推進的系統(tǒng)。
[0026]在示出的實施方式中，焊機12包括安裝在焊機背面的托盤20，其被設(shè)置為放置氣瓶22，氣瓶22用鏈24保持定位。但是，在其他實施方式中，氣瓶22可以不安裝在焊機12上，或者在焊接系統(tǒng)10中不使用氣瓶，例如在無氣焊接操作中。在希望使用氣體進行焊接操作的實施方式中，氣瓶22是向焊炬16供應(yīng)氣體的源頭。此外，焊機12可以通過一組較小的前輪26和一組較大的后輪28而可便于攜帶。這些輪子使得操作員能夠?qū)⒑笝C12移動到焊接位置或者根據(jù)操作員的意愿使焊機12保持靜止。實際上，示例的焊接系統(tǒng)10僅僅是一個例子，可以對它進行改變以適合焊接或切割操作的執(zhí)行。
[0027]示例的焊接系統(tǒng)10還可包括箱式送絲器30，其向焊炬16提供焊接操作中使用的焊絲。然而，應(yīng)當注意的是，盡管圖1中示出的送絲器30是箱式送絲器，在其他實施方式中，送絲器30可以是任何適合的焊絲進給系統(tǒng)，例如各種推進-牽引式送絲器系統(tǒng)中的任何一種，它們被配置成使用一個或多個電動機來將焊絲進給到焊炬。實際上，本發(fā)明的實施方式可與臺式(bench style)送絲器和或非臺式(non-bench style)的送絲器,例如吊桿式(boommounted style)送絲器和便攜的箱式送絲器結(jié)合使用。
[0028]在示出的實施方式中，送絲器30包括控制面板32，其允許用戶設(shè)定一個或多個期望的參數(shù)。例如，在一些實施方式中，焊絲進給參數(shù)(例如焊絲進給速度，焊絲直徑等)可以通過控制面板32得到控制。進一步舉例說明，在一些實施方式中，送絲器上的控制面板32可以包括一個或多個與控制面板14相同的控制器，其使得操作員能夠改變一個或多個焊接操作的參數(shù)。在這些實施方式中，送絲器30可以與焊接電源12進行通信以協(xié)調(diào)焊接和焊絲進給操作。
[0029]此外，送絲器30可以容納不同的內(nèi)部組件，例如焊絲線軸，焊絲進給驅(qū)動系統(tǒng)，電動機，傳感系統(tǒng)等。例如，一些實施方式可以包括傳感系統(tǒng)，其具有安裝在焊絲線軸或焊絲線軸轂上，用于測量焊絲被進給到焊炬16進行焊接操作時焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度的傳感組件。傳感系統(tǒng)可以包括各種速度和/或位置傳感組件的任何一種，例如轉(zhuǎn)速計，霍爾效應(yīng)(Hall effect)傳感器，光學或電子傳感器，齒輪齒，磁條，物理縫等，它們能夠在焊接操作期間通過協(xié)作來測量焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度，以用于計算外直徑，或者能夠直接測量外直徑或外直徑的變化。在外直徑不被直接測量的實施方式中，可以通過位于送絲器30或焊機12上的控制器使用旋轉(zhuǎn)速度來監(jiān)控焊接操作期間焊絲線軸的外直徑(例如，焊絲線軸芯直徑和纏繞的焊絲直徑的總和)，這在下面將有詳細描述。
[0030]在一些實施方式中，如果給定的焊接操作需要，從焊機12接收到的焊接功率可以被送絲器30的內(nèi)部組件利用，來為氣流和焊絲進給操作提供動力。這樣，送絲器30可被用于任何焊絲進給過程，例如氣相操作(氣體金屬電弧焊接(gas metal arc welding, GMAff)或無氣操作(屏蔽金屬電弧焊接(shielded metal arc welding, SMAW)。例如,送絲器30可被用于熔化極惰性氣體保護焊(MIG)或粘焊(stick welding)。
[0031]可以看出，不同的電纜將焊接系統(tǒng)10的組件耦合在一起，并為向焊炬16供給焊接材料提供便利。第一引導組件34將焊炬16耦合到送絲器30。第一引導組件34為焊炬16提供動力、控制信號和焊接耗材。例如，第一引導組件34可以按照由焊絲進給電動機系統(tǒng)設(shè)立的焊絲進給速度為焊炬16供給焊絲，并且聽從例如位于焊機12內(nèi)的焊接控制器的命令為焊炬16進給焊絲。這種焊絲通常在焊絲線軸在送絲器30內(nèi)以給定速度旋轉(zhuǎn)時，從安裝在送絲器30內(nèi)的焊絲線軸轂上的焊絲線軸上松開。
[0032]第二電纜36將焊機12耦合到工作夾38，該工作夾38連接到工件40，從而在焊接操作過程中形成在焊機12和焊炬16之間的閉合電路。電纜束42將焊機12耦合到送絲器30,并提供在焊接操作中使用的焊接材料。電纜束42包括饋線電源引線(feeder powerlead)44，焊接線46，氣體軟管48和焊接控制電纜50。根據(jù)焊接過程的極性，饋線電源引線44可以如電纜36那樣連接到相同的焊接終端。應(yīng)當注意的是，在一些實施方式中，電纜束42可以不被捆綁在一起。
[0033]應(yīng)當注意的是，可以根據(jù)本發(fā)明的各個方面來對圖1的示例性焊接系統(tǒng)10作出改進。例如，焊機12可以不帶有托盤20，而氣瓶22可位于一個輔助的支乘車上或位于遠離焊接操作的位置。此外，如前面提到的，盡管所示的實施方式是以MIG焊接過程為背景進行描述，但本發(fā)明的一個或多個特征可被用于與各種其它合適的焊接或焊絲進給系統(tǒng)和過程。
[0034]圖2是焊機12、送絲器30和焊炬組件16的內(nèi)部組件的框圖。在示出的實施方式中，焊機12包括功率轉(zhuǎn)換電路52，其從交流電源54 (例如交流電網(wǎng)，引擎/發(fā)動機組，電池或它們的組合)接收輸入功率、調(diào)節(jié)輸入功率，并根據(jù)系統(tǒng)的需求，通過引線46向電纜34提供輸出功率來驅(qū)動一個或多個焊接設(shè)備(例如焊炬組件16)。因此，在一些實施方式中，功率轉(zhuǎn)換電路52可以包括如變壓器，整流器，開關(guān)等能夠根據(jù)系統(tǒng)10的要求將交流輸入功率轉(zhuǎn)換為直流電極正(DCEP)或直流電極負(DCEN)輸出的電路元件。端接在夾具38的引線電纜36將功率轉(zhuǎn)換電路52耦合到工件40，并在電源12，工件40和焊炬16之間形成閉合電路。
[0035]焊接電源12還包括控制電路58，其被配置來接收和處理與系統(tǒng)10的性能和要求相關(guān)的多個輸入。控制電路58包括處理電路60和存儲器62。存儲器62可包括易失性或非易失性存儲器，如ROM，RAM,磁存儲器，光存儲器，或它們的組合。此外，各種控制參數(shù)連同代碼均可被存儲在存儲器62，其中代碼被配置成在操作過程中提供特定的輸出(例如，啟動焊絲進給，允許氣體流動等)。處理電路60也可以從用戶接口 14接收一個或多個輸入，通過用戶接口 14用戶可以選擇過程并輸入期望的參數(shù)(例如，電壓，電流，特別是脈沖或非脈沖焊接方案等)。
[0036]根據(jù)操作員接收到的輸入，控制電路58進行工作，來控制應(yīng)用于焊絲進行所需焊接操作的焊接功率輸出的產(chǎn)生，例如通過輸送到功率轉(zhuǎn)換電路52的控制信號來進行。在這種控制命令下，功率轉(zhuǎn)換電路52適于產(chǎn)生最終應(yīng)用于焊炬16處的焊絲的輸出功率。為此，可以采用各式各樣的功率轉(zhuǎn)換電路，包括斷路器、升壓電路、降壓電路、逆變器、變流器等。另外，在圖2的實施方式中，控制電路58還包括接口電路64，其被配置為在操作過程中與送絲器30的電子設(shè)備連接。接口電路64耦合到處理電路60以及送絲器30的組件。并且，處理電路60通過耦合到接口電路64的電纜44，向送絲器30提供與焊接操作相關(guān)的控制信號。
[0037]如前所述，焊機12和送絲器30通過電纜束42相互耦合，并且焊炬組件16通過電纜束34耦合到送絲器30。在圖示的實施方式中，氣瓶22和66被配置為分別通過軟管48和68來提供用于焊接操作的保護氣，例如氬氣，氦氣，二氧化碳等。在圖2的實施方式中，氣體進入位于送絲器30中的氣體閥70。氣體閥70與送絲器30的控制器72進行通信，以確定經(jīng)由排氣管74輸出的氣體量和流速。
[0038]送絲器30還包括用戶接口 32，其允許在電源12或送絲器30或兩者中對例如焊絲進給速度、過程、選擇的電流、電壓或功率水平等的信息進行設(shè)定。這樣，用戶接口 32就耦合到控制裝置72，其允許根據(jù)操作員的選擇來控制焊絲進給速度，并允許這些設(shè)定通過接口電路64反饋回電源12。另外，位于送絲器30內(nèi)的控制電路72可以與接口電路64進行通信，從而將通過位于送絲器30內(nèi)的傳感系統(tǒng)73獲得的信息進行傳遞。如下面詳細描述的，傳感系統(tǒng)73能夠獲得與參數(shù)(例如焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度，焊絲進給速度等)相關(guān)的數(shù)據(jù)，該參數(shù)指示出焊絲線軸76的外直徑。
[0039]送絲器30還包括在控制裝置72的控制下，用于將焊絲送到焊炬16、從而進行焊接操作的組件。例如，焊絲78的一個或多個線軸76都置于送絲器30內(nèi)。焊絲78從線軸76松開，并逐漸進給到焊 16。供給電動機80設(shè)置為接合進給輥82，以將焊絲從送絲器30向焊炬16推進。在實踐中，輥82中的一個被機械地連接到電動機80，并通過電動機80而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，以從送絲器30驅(qū)動焊絲78,同時,卩齒合棍壓住(biased towards)焊絲78以保持兩個輥與焊絲的良好接觸。一些系統(tǒng)可以包括多個這種類型的輥。
[0040]從電源12輸出的功率通常按照常規(guī)的方式通過焊接線纜46而施加到焊絲78上。在焊接操作過程中，焊絲通過焊接線纜34向焊炬16前進。在焊炬內(nèi)，可以提供額外的與驅(qū)動輥和電動機控制裝置86相關(guān)的牽引電動機(pull motor)84。在操作過程中，牽引電動機84使一個或多個驅(qū)動輥運轉(zhuǎn)以建立和保持期望的焊絲進給速度，例如由操作員在位于送絲器30上的接口 32進行選擇。牽引電動機84的操作可以用任何種類的合適的方式進行控制。例如，電動機控制器86，可以單獨控制牽引電動機84的操作，或者可以與控制電路58和/或控制電路72 —同控制牽引電動機84的操作?？刂齐娐房筛鶕?jù)一個或多個接收到的輸入來控制電動機80和84。例如，可以在焊炬16上設(shè)置觸發(fā)開關(guān)以提供信號，該信號通過數(shù)據(jù)線纜88反饋到焊絲進給裝置，隨后電源通過電纜44由操作員啟動或停止焊接過程。即，按下觸發(fā)開關(guān)時，氣流開始，焊絲前進，電力被施加到焊接線纜46上，并且通過焊炬施加到前進中的焊絲上。
[0041]在不出的實施方式中，送絲器30還包括傳感系統(tǒng)73。在?呆作過程中，傳感系統(tǒng)73測量焊絲進給操作的一個或多個參數(shù)，該(些)參數(shù)指示出焊絲線軸76的外直徑。為此，在示出的實施方式中，傳感系統(tǒng)73包括一個或多個轉(zhuǎn)速計90和92，其在整個焊接操作中測量需要的參數(shù)。當傳感系統(tǒng)73獲取了關(guān)于向焊炬16供給焊絲的數(shù)據(jù)后，該數(shù)據(jù)被傳遞到在送絲器30內(nèi)的控制電路72。
[0042]特別是，圖2所示的傳感系統(tǒng)73包括轉(zhuǎn)速計92，其耦合到電動機80以感測焊絲進給速度。然而，傳感系統(tǒng)73也包括轉(zhuǎn)速計90，其耦合到焊絲線軸76上。在焊絲進給操作過程中，轉(zhuǎn)速計90測量焊絲線軸76的轉(zhuǎn)速。在一種實施方式中，控制電路72可利用轉(zhuǎn)速計90和轉(zhuǎn)速計92的測量值，將焊絲進給速度除以由焊絲線軸76的旋轉(zhuǎn)速度乘以圓周率(π )定義的量，從而計算線軸上剩余的焊絲76的外直徑。然后，該外直徑可用于控制焊絲進給速度過程，以確定何時焊絲線軸76上的焊絲供給被耗盡或接近耗盡等。應(yīng)當注意的是，雖然圖2的傳感系統(tǒng)73包括轉(zhuǎn)速計90和92，其他各種傳感系統(tǒng)配置也在目前設(shè)想的范圍之內(nèi)，并將在下面作更詳細的討論。事實上，傳感系統(tǒng)73會在很大程度上受具體實施配置的影響，因此并不局限于這里圖示的實施方式。
[0043]應(yīng)當注意的是，在一些實施方式中，傳感系統(tǒng)73可作為送絲器30的一個組成部分。也就是說，傳感系統(tǒng)73例如可以在制造過程中被集成到送絲器30內(nèi)。然而，在其它實施方式中，傳感系統(tǒng)73可以作為改裝套件來提供，從而能夠允許現(xiàn)有焊絲線軸76和/或焊絲進給系統(tǒng)進行這里所述的焊絲線軸外直徑監(jiān)控。為此目的，這樣的改裝套件可以被配置為能夠與焊接系統(tǒng)的一個或多個控制器進行通信的有線或無線設(shè)備。例如，在改裝套件的一種實施方式中，傳感系統(tǒng)可以被配置為安裝到焊絲線軸上并可經(jīng)編程而與所需的控制器(例如，位于送絲器內(nèi)的控制器72)進行通信。
[0044]在示出的實施方式中，傳感系統(tǒng)73通過有線連接，向控制器72和/或處理電路60提供反饋。然而，應(yīng)當注意的是，在其它實施方式中，送絲器30的組件(例如，傳感系統(tǒng)，焊絲驅(qū)動組件等)和/或焊機12的組件之間的通信可以經(jīng)由無線通信鏈路進行。實際上，任何一種適于將與指示焊絲線軸外直徑的參數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)，傳送給一個或多個能夠改變焊接參數(shù)和/或警示操作員錯誤存在的方法均可以用于目前設(shè)想的實施方式中，而并不僅僅局限于有線的連接。
[0045]圖3和圖4示出了作為示例的傳感系統(tǒng)73的一種實施方式，該傳感系統(tǒng)適于獲得與指示焊絲線軸76外直徑的參數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。具體而言，圖3是傳感系統(tǒng)73和安裝在基本靜止的軸94上的焊絲線軸76的實施方式的俯視圖。如圖所示,軸94從基本靜止的軸底座96延伸，軸底座96在焊絲進給操作中為焊絲線軸76提供支承結(jié)構(gòu)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，軸底座96通常位于送絲器30內(nèi)。在示出的實施方式中，軸94套接焊絲線軸轂98，焊絲線軸轂98被配置成在焊絲進給過程中與焊絲線軸76 —起旋轉(zhuǎn)。另外，齒輪組件100被安裝在位于焊絲線軸76和軸底座96之間的焊絲線軸轂98上。
[0046]更進一步，在示出的實施方式中，焊絲線軸76被安裝在焊絲線軸轂98上。焊絲線軸76包括芯102，其安裝在一組板104之間，并具有芯直徑106。焊絲78繞芯102纏繞，焊絲直徑被限定為距離108和110。因此，焊絲線軸76的外直徑112被限定為芯直徑106和與焊絲直徑108和110的總和。應(yīng)當注意的是，雖然在目前公開的實施方式中，外直徑112被用來確定焊絲進給操作的控制參數(shù)，并作為確定何時將錯誤傳遞給操作員的基礎(chǔ)，但是，任何指示焊絲纏繞量的參數(shù)都可以被使用代替外直徑。例如，在一些實施方式中，芯和線纏繞在其上的焊絲的半徑可以被用來代替外直徑使用。實際上，外直徑僅僅是根據(jù)目前公開的實施方式能夠被監(jiān)控的多種合適的參數(shù)之一。[0047]在圖3和4中示出的實施方式中，傳感系統(tǒng)73包括齒輪組件100和集成在軸底座96的傳感器114。在焊絲進給操作過程中，焊絲線軸76旋轉(zhuǎn)以將焊絲78進給給焊炬，而傳感系統(tǒng)73測量焊絲線軸76的旋轉(zhuǎn)速度。更具體地，在這種實施方式中，當齒輪組件100隨著焊絲線軸76和焊絲線軸轂98旋轉(zhuǎn)時，安裝在基本靜止的軸底座96上的傳感器114檢測齒輪齒116的運動。由于齒輪組件100以與焊絲線軸76大致相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，檢測到的齒輪組件100的旋轉(zhuǎn)速度可等同于焊絲線軸76的旋轉(zhuǎn)速度。
[0048]圖5和圖6不出了傳感系統(tǒng)73的替代實施方式的側(cè)視圖，該傳感系統(tǒng)可被用于獲得指示焊絲線軸76旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)。特別是，在圖5所示的實施方式中，傳感系統(tǒng)包括集成在基本靜止的軸底座96上的傳感器118和多個安裝在轂98上的狹縫120。隨著焊絲線軸轂98與焊絲線軸76 一起旋轉(zhuǎn)，狹縫120的旋轉(zhuǎn)運動被傳感器118檢測到，傳感器118可以是編碼器類型的傳感器。類似地，在圖6的實施方式中，傳感系統(tǒng)73包括集成在基本靜止的軸底座96上的傳感器122和多個安裝在轂98上的磁條124。如前所述，隨著焊絲線軸轂98與焊絲線軸76 一起旋轉(zhuǎn)，磁條124的旋轉(zhuǎn)運動被傳感器122檢測，在一些實施方式中傳感器122可以是霍爾效應(yīng)(Hall effect)傳感器。
[0049]圖7和圖8示出了圖3和圖4中所示傳感系統(tǒng)73的替代配置。如前所述，傳感系統(tǒng)73包括傳感器114和齒輪組件100。然而，在本實施方式中，齒輪組件100安裝在焊絲線軸76的側(cè)板104上，而不是如前圖那樣安裝在線軸轂98上。同樣地，在焊絲進給操作期間，當齒輪組件100隨著焊絲線軸76旋轉(zhuǎn)時，傳感器114也檢測齒輪齒116的運動。由于齒輪組件100被安裝在焊絲線軸76上，檢測到的齒輪組件100的旋轉(zhuǎn)速度可等同于焊絲線軸76的旋轉(zhuǎn)速度。
[0050]圖9和圖10示出了圖5和圖6中所示傳感系統(tǒng)73的替代配置。特別是，在圖9所示的實施方式中，傳感系統(tǒng)包括集成在基本靜止的軸底座96上的傳感器118和多個狹縫120。然而，在本實施方式中，多個狹縫120被安裝在焊絲線軸76上，而不是在前面描述的實施例那樣，在線軸轂98上。與如前所述，當焊絲線軸76旋轉(zhuǎn)時，狹縫120的旋轉(zhuǎn)運動被傳感器118檢測到。類似地，在圖10的實施方式中，傳感系統(tǒng)73包括集成在基本靜止的軸底座96上的傳感器122和多個安裝在焊絲線軸76上的磁條124，其不是如前面圖6中描述的實施方式那樣，設(shè)置在線軸轂98上。如前所述，當傳感器122檢測到磁條124的旋轉(zhuǎn)運動時，就獲得了對焊絲線軸76的旋轉(zhuǎn)速度的測量。
[0051]圖11和圖12示出了感應(yīng)系統(tǒng)73的一種替代實施方式，感應(yīng)系統(tǒng)73使用機械傳感系統(tǒng)126來檢測指示焊絲線軸76的外直徑112的參數(shù)。如圖所示，機械傳感系統(tǒng)126包括樞軸臂128,終止于棍132的延伸件(extension) 130和位置傳感器134。在焊絲進給操作期間，隨著焊絲78從焊絲線軸76上松開并在焊接操作中被消耗，焊絲78的外直徑112如線138所示，減少到焊絲直徑136。隨著外直徑112減小到直徑136，輥132與仍纏繞在芯102上的焊絲保持接觸，延伸件130相對于樞轉(zhuǎn)臂128的角度的變化則由傳感器134檢測到的。此角度變化可被傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)利用所感測到的參數(shù)來確定在焊接操作期間焊絲線軸的外直徑。
[0052]圖3-12示出了各種傳感系統(tǒng)的實施方式，這些傳感系統(tǒng)可被用于獲取與指示焊絲線軸外直徑的參數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。然而，應(yīng)當注意的是，傳感系統(tǒng)并不局限于圖示的配置。此外，目前設(shè)想的是，一旦經(jīng)由傳感系統(tǒng)獲得了數(shù)據(jù)，該感測到的數(shù)據(jù)可被用于焊接或焊絲進給過程的控制或被用來警告操作員錯誤或接近錯誤。為此，圖13示出了一種方法140，其可以通過，例如控制電路72和/或控制電路58來實施。方法140包括確定置于焊絲線軸的芯上的焊絲的外直徑(框142)。例如，如果傳感系統(tǒng)檢測到焊絲線軸的轉(zhuǎn)速，控制電路可以將由驅(qū)動輥決定的焊絲進給速度除以檢測到的旋轉(zhuǎn)速度與圓周率(η)的乘積來計算外徑。
[0053]圖示的方法140繼續(xù)檢查當前雙電動機焊絲供給設(shè)置是否與確定的外直徑一致(框144)，如果不一致，則調(diào)整一個或多個控制參數(shù)(框146)。例如，在傳統(tǒng)的推進-牽引(push-pull)焊絲進給系統(tǒng)中，這種系統(tǒng)例如可用于進給鋁焊絲，可預(yù)先設(shè)定好推進電動機和牽引電動機的電動機設(shè)置，使得這些設(shè)置適合于焊接操作過程中焊絲被消耗前剛插入送絲器時的焊絲線軸的初始外直徑，并且，這些預(yù)設(shè)值可在焊絲進給操作過程中保持不變。然而，在目前設(shè)想的實施例中，隨著外直徑減小并且參數(shù)如電動機加速，制動系統(tǒng)參數(shù)等的最佳值發(fā)生變化，這些參數(shù)將由控制系統(tǒng)來調(diào)整。因此，在整個焊絲進給操作中，隨著焊接操作中焊絲被消耗，焊絲線軸的整體尺寸和重量會發(fā)生變化，雙電動機和制動系統(tǒng)的參數(shù)可以被調(diào)整以優(yōu)化性能。
[0054]圖14示出了另一種替代方法148的實施方式，該方法可以被控制電路使用，利用感測到的數(shù)據(jù)來控制焊接系統(tǒng)。如前所述，該方法148包括確定焊絲線軸上的焊絲的外直徑(框150)。該方法148繼續(xù)確定外直徑是否落入焊絲線軸的芯直徑的預(yù)設(shè)容許范圍內(nèi)(框152)，如果不是，則進一步監(jiān)控外直徑。但是，如果外直徑落入給定的容許范圍，則向操作員警告出錯情況(框154)。上述特征可以降低或消除在操作員沒有意識到焊絲線軸上即將缺少焊絲時發(fā)生回燒的可能性。在某些實施方式中，方法148可以在出錯情況被傳達給操作員的同時終止進行。
[0055]然而，在其它的實施方式中，方法148可以通過計算出操作員可用的到焊絲線軸上的焊絲供給耗盡(框156)大致剩余的焊接時間，并向操作員警告計算出的時間(框158)而繼續(xù)進行。進一步，一旦操作員已經(jīng)警覺到錯誤的存在，方法148可包括檢查外直徑和芯直徑之差是否低于允許的極限的步驟(框160)，如果是這樣，則向操作員警告錯誤(框162)，并且停止焊接操作(框164)。這種情況在操作員幾乎用盡可用焊絲供給，且回燒即將發(fā)生時可能發(fā)生。
[0056]圖15示出了一種方法166，其例如可以通過控制電路72和/或控制電路58來實現(xiàn)。方法166包括確定焊絲線軸的芯上剩余焊絲的外直徑(框168)。例如，如果該傳感系統(tǒng)感測到焊絲線軸的轉(zhuǎn)速，控制電路可以將驅(qū)動輥確定的焊絲進給速度除以感測到的轉(zhuǎn)速與圓周率(η)的乘積，從而計算出外直徑。所示的方法166繼續(xù)檢查當前確定的直徑是否處于之前確定的直徑附近的具體范圍內(nèi)(框170)，如果不是，則調(diào)節(jié)一個或多個控制參數(shù)(框172)來促使當前確定的直徑處于期望的范圍內(nèi)。方法166繼續(xù)確定殘留在焊絲線軸上的焊絲的外直徑(框174)并再次檢查線殘留在繞線盤的外徑(方框174)，并再次檢查當前確定的直徑是否處于之前確定的直徑附近的具體范圍內(nèi)(框176)。
[0057]當前確定的直徑不是處于之前確定的直徑附近的具體范圍內(nèi)，則向操作員警告存在焊絲滑動錯誤(框178)。目前公開的實施方式的前述特征具有在焊接過程中監(jiān)控焊絲滑動錯誤的優(yōu)點。即，通過間接的或直接的監(jiān)控焊絲線軸上剩余的焊絲的量，可以檢測到焊絲滑動錯誤，發(fā)生這種錯誤時，驅(qū)動輥速度不約等于焊絲線軸速度。并且，這些焊絲滑動錯誤可以在焊接操作中被傳達到焊接操作員。
[0058]雖然在這里僅對本發(fā)明的一些特征進行了說明和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出許多改變和變化。因此，應(yīng)理解的是后面的權(quán)利要求旨在覆蓋所有的落入本發(fā)明真實精神內(nèi)的這些改變和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 焊絲線軸，其具有芯和圍繞所述芯纏繞的焊絲，所述芯具有芯直徑，所述焊絲具有焊絲直徑，其中所述焊絲線軸的外直徑被限定為所述芯直徑與所述焊絲直徑之和；和 傳感系統(tǒng)，其具有安裝于所述焊絲線軸和/或焊絲線軸轂上的傳感器組件，其中所述傳感系統(tǒng)被配置成獲取與指示所述焊絲線軸的外直徑的參數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)，其被配置為接收來自所述傳感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并基于接收到的數(shù)據(jù)，確定焊絲線軸的外直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成比較所述外直徑和所述芯直徑，以確定所述外直徑何時將處于所述芯直徑的預(yù)設(shè)的允許范圍內(nèi)，并且在所述外直徑處于所述芯直徑的預(yù)設(shè)的允許范圍內(nèi)時，向操作員發(fā)出警告。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成利用接收的數(shù)據(jù)來確定雙電動機焊絲進給系統(tǒng)的一個或多個操作參數(shù)調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器組件包括安裝在焊絲線軸或焊絲線軸轂上的槽，并且所述傳感系統(tǒng)包括編碼器傳感器，所述編碼器傳感器被配置成感測所述槽的旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感系統(tǒng)包括霍爾效應(yīng)(Halleffect)傳感器，所述霍爾效應(yīng)傳感器被配置成可選擇地檢測磁條的旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器組件包括齒輪組件，所述齒輪組件包括齒輪齒并安裝于焊絲線軸或焊絲線軸轂上，并且所述傳感系統(tǒng)包括配置成感測所述齒輪齒旋轉(zhuǎn)的傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感系統(tǒng)包括終止于輥的延伸件和位置傳感器，所述輥被配置成與所述焊絲接觸，所述位置傳感器被配置成確定所述延伸件相對于靜止樞轉(zhuǎn)臂的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，包括控制電路，其被配置成利用所述確定的角度來確定所述焊絲線軸的所述外直徑。
10.一種焊接焊絲進給系統(tǒng)，包括: 送絲器，包括: 線軸安裝轂； 安裝在所述線軸安裝轂上的焊絲線軸，其中所述焊絲線軸包括芯和圍繞所述芯纏繞的焊絲；以及 耦合到所述線軸安裝轂、焊絲線軸或兩者上的速度和/或位置傳感器，所述速度和/或位置傳感器被配置成在所述焊絲從所述芯上松開時，測量所述焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度；以及 控制電路，其被配置為接收與所述焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并基于接收到的數(shù)據(jù)，確定所述焊絲線軸的外直徑，其中所述焊絲線軸的外直徑包括所述芯直徑與所述纏繞的焊絲直徑的總和。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊絲進給系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置成將焊絲進給速度除以所述接收到的數(shù)據(jù)與圓周率(H)的乘積來計算所述外徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊絲進給系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置成當所述外直徑大約等于所述芯直徑時向所述操作員發(fā)出錯誤警告。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊絲進給系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置成基于所述接收到的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)雙電動機焊絲進給系統(tǒng)的控制參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的焊絲進給系統(tǒng)，其中所述控制參數(shù)包括對施加到驅(qū)動電動機上的制動壓力進行控制的控制信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊絲進給系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置成基于所述焊絲線軸的所述外直徑來計算大致剩余的焊接時間。
16.一種焊接焊絲進給系統(tǒng)，包括: 線軸安裝轂； 安裝在所述線軸安裝轂上的焊絲線軸，其中所述焊絲線軸包括芯和圍繞所述芯纏繞的焊絲，并且其中所述焊絲線軸的外直徑包括所述芯直徑與所述纏繞的焊絲直徑的總和； 焊絲進給驅(qū)動機構(gòu)，其被配置成從所述芯上松開所述焊絲，并將所述焊絲供給到焊接操作；以及 耦合到所述線軸安裝轂、所述焊絲線軸或兩者上的速度和/或位置傳感器，所述速度和/或位置傳感器被配置成在所述焊絲從所述芯上松開時，測量所述焊絲線軸的旋轉(zhuǎn)速度。
17.根據(jù)權(quán)利要 求16所述的焊接焊絲進給系統(tǒng)，包括控制電路，其被配置為從所述速度和/或位置傳感器接收與所述旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并利用所述接收到的數(shù)據(jù)計算所述焊絲線軸的外直徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的焊接焊絲進給系統(tǒng)，其中所述焊絲進給驅(qū)動機構(gòu)包括一組驅(qū)動輥和被配置成為所述一組驅(qū)動輥提供并驅(qū)動功率的電動機。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的焊接焊絲進給系統(tǒng)，其中所述焊絲進給驅(qū)動機構(gòu)包括雙電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其包括推進電動機和牽引電動機，所述推進電動機和牽引電動機被配置成通過協(xié)作來向所述焊接操作提供所述焊絲。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的焊接焊絲進給系統(tǒng)，包括控制電路，其被配置為從所述速度和/或位置傳感器接收與所述旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并利用所述接收到的數(shù)據(jù)計算所述焊絲線軸的外直徑，以及利用所述計算的外直徑調(diào)節(jié)所述雙電動機驅(qū)動系統(tǒng)的一項或多項控制參數(shù)。
【文檔編號】B65H63/08GK104010756SQ201280064289
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】馬克·R.·克里斯托弗, 邁克爾·P.·范登堡, 布萊恩·李·奧特 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司