本申请是2013年4月23日递交的pct国际申请pct/ib2013/000752于2014年12月12日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201380031211.5、发明名称为“用于监控焊接质量的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
相关申请：pct国际申请pct/ib2013/000752作为部分继续(cip)专利申请被提交，所述部分继续专利申请要求2010年5月7日提交的美国专利申请no.12/775,729的优先权和权益，所述美国专利申请no.12/775,729要求2009年11月13日提交的美国临时专利申请no.61/261,079的优先权和权益，所述专利申请的全部公开内容通过引用被并入本文。
总体发明构思涉及电弧焊接，更具体来讲，涉及用于以下目的的系统、方法和装置：监控焊接工艺期间的变量并且相应地确定变量的权重、量化焊接质量、获得和使用表示良好焊接的数据、提高自动化焊接工艺的产量和改善自动化焊接工艺的质量控制、教导正确的焊接技术、鉴别(identify)焊接工艺的成本节省以及得到用作不同焊接工艺或应用的预设置的最佳焊接设置。
背景技术：
许多不同条件和参数对最终焊接的整体质量有贡献。因此，电弧焊机的制造商已尝试监控焊机的操作，以确定焊接质量和焊机在生产设备中进行操作期间的效率。在授予vaidya的美国专利no.6,051,805(下称“vaidya”)中阐明了监控电弧焊机的一种尝试，其中，采用计算机或其他可编程仪器来监控焊接操作的平均电流和效率，焊接操作的效率被表达为执行焊接的时间与工作班次的总时间的比率。根据标准技术，所公开的该监控系统包括第一控制电路，该第一控制电路采用带有标准附件(如ram和eprom)的中央处理单元的形式。第二控制电路连接到第一电路，以在监控过程期间输入和输出信息。监控器在被公开为延续数小时或高达999小时的时间段内收集信息。监控器确定焊接效率并且监控用于确定平均电流的时间以及针对整体效率的累计的电弧焊接时间。
vaidya公开了在焊接过程期间监控电流和焊丝送进速度以及气流的能力。所有这种信息被储存在适合的存储装置中，以供在焊接工艺期间随后恢复焊机的操作特性。以此方式，可以测量焊机的产率，以计算成本效率和其他参数。如在vaidya中建议的，其他制造商已尝试通过监控电弧焊机来测量焊接工艺期间的平均电流。然而，测量焊接工艺期间的平均电流、电压、焊丝送进速度或其他参数以及使用这样的数据来记录焊接操作的性能并不令人满意。在过去，监控装置没有预先了解正被监控的参数。
因此，在过去即使使用vaidya中阐述的技术来监控诸如电流、电压甚至是焊丝送进速度的参数，在响应上也已经引起混乱并且无法确定电弧的实际稳定性或者无法判定焊接工艺是高于还是低于所需参数值。出于以下目的这样的信息是必须被知晓的：拒绝接受(reject)一焊接循环和/或确定以所需精度在该焊接循环期间进行的焊接的质量。总之，监控用于各种焊接工艺的电弧焊机的操作并不令人满意，因为没有可以用于评价焊接工艺实施期间的焊接工艺的现有知识。
为了克服这些缺点，授予hsu的美国专利no.6,441,342(下称“hsu”)公开了当焊机执行所选定的电弧焊接工艺创建关于焊机操作的信息时监控电弧焊机的监控器和方法。因此，标准的高功率计算机技术的应用可以基于相同的精度和监控器产生的智能数据来使用。hsu的监控器和监控系统采用焊接工艺期间的已知信息。该信息是固定的，并不变化。监控器集中关注焊接工艺的特定方面，以采用与实际性能相当的先验知识。因此，在焊接工艺的特定方面期间，确定选定的参数的稳定性和合格大小或水平。在监控之前，用已知的所需参数将焊接工艺分成多个固定的时间段。然后，可以用已知的计算机技术处理该数据，以评价焊接循环的各方面。
hsu公开了通过生成一系列快速重复波形的电弧焊机来执行焊接工艺。每个波形构成具有一循环时间的焊接循环。通过用于控制焊机操作的已知波形发生器来创建每个焊接循环(即，波形)。这些波形被分成多个状态，如分成脉冲焊接工艺中的多个状态，即本底(background)电流、上升斜坡、峰值电流、下降斜坡并且随后回到本底电流的状态。通过将已知的驱动波形划分成被定义为所产生的电弧特性的时间段的多个状态，可以监控这些状态中选定的任一个状态。事实上，可以多路复用许多状态。例如，在脉冲焊接工艺中，可以监控与峰值电流相关的状态。hsu公开了通过以优选地超过1.0khz的高速率进行读取而监控焊接工艺的状态。在脉冲焊接工艺中使用的波形的各峰值电流状态期间，多次检测各实际焊接参数，如，电流、电压或甚至是焊丝送进速度。以此方式，在峰值电流状态的监控过程期间，忽略了上升斜坡、下降斜坡和本底电流。
因此，将该峰值电流与已知的峰值电流相比较。可以使用峰值电流的函数来检测自电弧焊机输出的实际峰值电流的变化。在hsu中，使用命令(command)峰值电流的低侧和高侧的最小水平和最大水平，以在脉冲焊接波形的各峰值电流状态期间多次确定峰值电流的水平。无论何时电流超过最大值或者小于最小值，对各波形期间的该事件进行计数。对焊接时间(即，执行焊接工艺或其某个重要部分所持续的时间)的总偏差或事件进行计数。如果该计数值超过每个波形或焊接时间期间的设定数目，则会发出警报，警告该特定焊接工艺经历了不期望的焊接状况。事实上，如果计数值超过最大水平，则拒绝(reject)该焊接。这一能力与统计标准差程序一起使用，来在波形的每个峰值电流状态期间多次读取峰值电流，以感测标准差的大小。实际上，该标准差是通过计算机程序进行的均方根(rms)差计算。在hsu中，计算平均峰值电流并且记录该峰值电流以及水平状况和稳定性特征。还确定正被监控的各状态(例如，脉冲波形的峰值电流状态)的电流或电压的rms。在监控峰值电流水平或标准增值时，可以通过电流水平和持续时间来监控本底电流阶段。
hsu公开了选择波形中的状态并且将该状态所需的和已知的命令信号与受监控状态期间焊接工艺的实际参数相比较。该选择基于波形发生器的先验知识。例如，在特定的焊丝送进速度wfs1下，对波形发生器进行编程，以调节峰值电流来控制电弧长度。然后，当以该焊丝送进速度wfs1进行焊接时，“得到通知的”监控器选择峰值电流段作为受监控状态。然而，在另一个焊丝送进速度wfs2下，对波形发生器进行编程，以调节本底时间(backgroundtime)来控制电弧长度(而不是峰值电流)。然后，当以该焊丝送进速度wfs2进行焊接时，“得到通知的”监控器选择本底时间作为受监控状态和参数。相比之下，后验(posteriori)监控器并不知道在不同的焊丝送进速度下，应该监控波形的不同方面来检测电弧稳定性。在这个实例中，在第一焊丝送进速度wfs1下监控本底时间或者在焊丝送进速度wfs2下监控峰值电流将会是非常低效的。因此，hsu公开了利用所需值的先验知识用波形的时间段来监控波形的该段。这样就能实际监控电弧焊接工艺而不只是对总波形求平均。
与只读取焊接工艺期间经历的输出参数的正常过程相比，在hsu中，该监控器的特征在于使用了先验知识。因此，当焊机的正常行为在焊接工艺的仅一个方面期间随时间变化而有所不同时，通过监控，大大简化了检测该正常行为的任务。hsu的教导不能应用于在恒定电压工艺中监控电压，因为在整个焊接循环期间，所需电压水平是已知的特征。然而，在其他焊接工艺中，当在波形的不同段期间电压和电流这二者都有所变化时，hsu的方法在精确读取选定的波形段期间受监控的实际参数之前，给出稳定性、rms、标准差、平均值、最低下限和最高上限的精确读数。
根据hsu，以精确的精度而不用读取总体输出信息来监控时变焊接过程，如脉冲焊接和短路焊接。在作为波形的选定的状态或段的每个波形中的选定时间，启动监控器。监控器以导向焊机电源的命令信号的形式比较实际参数与所需参数。在hsu中，可以只在波形的一些特定段期间进行监控；然而，在异常事件中，例如，当电弧熄灭时或者当出现短路时，通过电压感测或电流感测来实现计算机操作的子程序，以重启电弧和/或纠正短接。这些事件的子程序与监控程序并行运行。因此，这些异常不会影响监控器的整体操作。这些子程序被构造为异常的状态或时间段。以与如上所述类似的方式，监控这些异常的状态内的参数或信号。
在hsu中，出于评价焊机的操作或效率的目的，可以累计关于日历时间、换班甚至是操作者的制造信息。通过监控波形的特定段或状态来监控每个焊接循环，能够累计随时间推移而经历的不期望事件。这样还能够进行趋势分析，使得在焊接工艺实际产生有缺陷的生产焊缝(productionwelds)之前，操作者可以采取纠错措施。通过趋势分析、缺陷分析、累计缺陷、所有这些项目的记入和对电弧焊机的相关实时监控，能够以即时方式直接进行干扰，以采取与纠错措施相对的预防措施。
技术实现要素：
总发明构思设想到用于监控焊接工艺期间的变量并相应地确定所述变量的权重、量化焊接质量、获得和使用表示良好焊接的数据、检测焊接缺陷以及诊断焊接缺陷的可能原因的系统、方法和装置。焊接质量数据考虑到自动化焊接工艺的产量提高和自动化焊接工艺的质量控制、教导正确的焊接技术、鉴别焊接工艺的成本节省以及得到用作不同焊接工艺或应用的预设置的最佳焊接设置。以举例的方式示出并且在本文中公开总体发明构思的各种方面、多个示例性系统、方法。
根据一个示例性实施方案，公开了一种监控电弧焊机的方法，所述方法通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数从而在电弧焊机执行选定的电弧焊接工艺时监控所述电弧焊机，所述选定的工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括：(a)产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环；(b)将所述波形划分成多个状态；(c)在时间段内，以询问速率测量在一个所述波形状态中出现的选定的焊接参数，以得到选定的焊接参数的数据集合；(d)针对每个时间段，自所述数据集合计算所述选定的焊接参数的稳定性值；(e)将每个稳定性值与预期稳定性值相比较，以判定所述稳定性值和所述预期稳定性值之差是否超过预定阈值；以及(f)如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重(magnitudeweight)确定所述稳定性值的权重，并且基于波形状态相对于其波形的时间贡献(contribution)，以时间贡献权重确定所述稳定性值的权重。以此方式，所述方法可以向构成孤立点(outlier)的测得参数(即，数据集合中的项)分派多个权重(例如，基于其状态的偏差和时间贡献的程度/大小)。在一个示例性实施方案中，将孤立点定义为落在偏离焊接参数的平均值的三(3)个标准差的限值之外的焊接参数的测量值。还设想到用于执行该示例性方法的与电弧焊机集成的监控器。
根据一个示例性实施方案，公开了一种量化焊接质量的方法，所述方法通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数从而在电弧焊机执行选定的电弧焊接工艺时监控所述电弧焊机来量化焊接质量，所述选定的工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括：(a)产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环；(b)将所述波形划分成多个状态；(c)在焊接时间期间重复的时间段内，以询问速率测量在一个或更多个所述状态中出现的多个选定的焊接参数；以及(d)基于时间段期间对所述选定的焊接参数的所述测量，计算每个所述状态的多个质量参数，其中，所述质量参数表征所述焊接的整体质量测量。还设想到用于执行该示例性方法的与电弧焊机集成的监控器。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(e)将针对每个时间段计算出的每个所述质量参数的值与对应的预期质量参数值相比较，以判定所述计算出的质量参数值和所述预期质量参数值之差是否超过预定阈值；以及(f)如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述计算出的质量参数值的权重，并且基于其状态相对于包括所述状态的波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述计算出的质量参数值的权重。还设想到用于执行该示例性方法的与电弧焊机集成的监控器。
在一个示例性实施方案中，所述询问速率是120khz。在一个示例性实施方案中，所述时间段大致为250ms。
在一个示例性实施方案中，所述选定的焊接参数包括针对每个所述状态的所述时间段内对每个所述选定的焊接参数采取的所述测量的计数、所述时间段内的平均电压voltage、所述时间段内的均方根电压rmsv、所述时间段内的电压方差vvar、所述时间段内的平均电流current、所述时间段内的均方根电流rmsi以及所述时间段内的电流方差ivar，其中，voltage＝所述时间段内测得的电压之和/电压测量的所述计数，其中
其中，vvar＝rmsv-voltage，其中，current＝所述时间段内测得的电流之和/电流测量的所述计数，其中
并且其中，ivar＝rmsi-current。
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量计数平均值qca，所述质量计数平均值qca被计算为：
其中，n是所述时间段内焊接循环的总数，并且其中，counti是指所述时间段内针对特定的一个焊接循环的所述测量的计数。
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量计数标准差qcsd，所述质量计数标准差qcsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量计数标准差qcsd，所述质量计数标准差qcsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电压平均值qva，所述质量电压平均值qva被计算为：
其中，n是所述时间段内焊接循环的总数，并且其中，voltagei是指所述时间段内针对特定的一个焊接循环的电压测量。
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电压标准差qvsd，所述质量电压标准差qvsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电压标准差qvsd，所述质量电压标准差qvsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电流平均值qia，所述质量电流平均值qia被计算为：
其中，n是所述时间段内焊接循环的总数，并且其中，currenti是指所述时间段内针对特定的一个焊接循环的电流测量。
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电流标准差qisd，所述质量电流标准差qisd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电流标准差qisd，所述质量电流标准差qisd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电压方差平均值qvva，所述质量电压方差平均值qvva被计算为：
其中，n是所述时间段内焊接循环的总数。
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电压方差标准差qvvsd，所述质量电压方差标准差qvvsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电压方差标准差qvvsd，所述质量电压方差标准差qvvsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电流方差平均值qiva，所述质量电流方差平均值qiva被计算为：
其中，n是所述时间段内焊接循环的总数。
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电流方差标准差qivsd，所述质量电流方差标准差qivsd被计算为：
在一个示例性实施方案中，所述质量参数包括每个状态的质量电流方差标准差qivsd，所述质量电流方差标准差qivsd被计算为：
基于被监控的焊丝送进速度(wfs)的类似的质量参数(如，例如质量焊丝送进速度平均值(qwa)、质量焊丝送进速度标准差(qwsd)、质量焊丝送进速度方差平均值(qwva)以及质量焊丝送进速度方差标准差(qwvsd))也可以类似的方式被计算。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(e)使用以度量标准表示的所述质量参数评价随后的焊接。还设想到用于执行该示例性方法的与电弧焊机集成的监控器。
根据一个示例性实施方案，公开了一种评价多个焊接的方法，所述方法通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数从而在电弧焊机根据电弧焊接工艺执行焊接时监控所述电弧焊机来评价根据基本相同的电弧焊接工艺、在基本相同的条件下执行的多个焊接，所述选定的工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括在每个焊接期间：(a)产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环；(b)将所述波形划分成多个状态；(c)在时间段内，以询问速率测量在一个所述状态中出现的选定的焊接参数，来得到所述选定的焊接参数的数据集合；(d)针对每个时间段，自所述数据集合计算所述选定的焊接参数的质量值；(e)将每个质量值与预期质量值相比较，以判定所述质量值和所述预期质量值之差是否超过预定阈值；(f)如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述质量值的权重，并且基于所述状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述质量值的权重；以及(g)使用所述焊接时间期间得到的所有所述质量值，包括任何加权的质量值，来确定所述焊接的质量得分。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(h)如果所述焊接的质量得分在质量得分的第一预定范围内，则拒绝接受所述焊接；以及(i)如果所述焊接的质量得分在质量得分的第二预定范围内，则接受所述焊接。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(h)使每个焊接与其对应的质量得分永久地相关联。
在一个示例性实施方案中，所述询问速率是120khz。在一个示例性实施方案中，所述时间段大致是250ms。
在一个示例性实施方案中，所述选定的焊接参数是电弧电流。在一个示例性实施方案中，所述选定的焊接参数是电弧电压。
根据一个示例性实施方案，公开了一种向使用包括集成监控器的电弧焊机手动执行电弧焊接工艺的个体(即，操作者)提供指示的方法，所述焊机通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数执行电弧焊接工艺，所述监控器能够监控实际焊接参数，并且电弧焊接工艺受控于焊机电源的命令信号。所述方法包括：(a)产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环；(b)将所述波形划分成多个状态；(c)在时间段内，以询问速率测量在一个所述状态中出现的选定的焊接参数，以得到所述选定的焊接参数的数据集合；(d)针对每个时间段，自所述数据集合计算所述选定的焊接参数的质量值；(e)将每个质量值与预期质量值相比较，以判定所述质量值和所述预期质量值之差是否超过预定阈值；(f)如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述质量值的权重，并且基于所述状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述质量值的权重；(g)使用包括任何权重的质量值来更新焊接的当前总质量得分；(h)判定当前总质量得分是否在焊接工艺期间的合格质量得分的预定范围内；以及(i)如果当前总质量得分在合格质量得分的预定范围之外，则向操作者提供关于纠错动作的信息。
在一个示例性实施方案中，所述询问速率是120khz。在一个示例性实施方案中，所述时间段大致是250ms。
在一个示例性实施方案中，在视觉上提供信息。在一个示例性实施方案中，在听觉上提供信息。
在一个示例性实施方案中，所述信息包括提示的焊丝相对于工件的位置变化。在一个示例性实施方案中，所述信息包括提示的焊丝相对于工件的移动速率的变化。
在一个示例性实施方案中，以预定报告速率向操作者提供信息。在一个示例性实施方案中，所述报告速率小于30秒。在一个示例性实施方案中，所述报告速率大于或等于30秒。
在一个示例性实施方案中，如果当前总质量得分中的最近变化指示当前总质量得分有可能落到合格质量得分的预定范围之外，则提供所述信息。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(j)如果当前总质量得分在合格质量得分的预定范围之内，则向操作者提供关于不必进行纠错动作的确认。
公开了一种评价执行电弧焊接工艺的多个操作者的方法，所述方法通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数从而在每个电弧焊机由其相应操作者用来执行所述电弧焊接工艺时监控与每个操作者相关联的所述电弧焊机来评价执行所述电弧焊接工艺的多个操作者，所述电弧焊接工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括：对于每个操作者，(a)产生数值得分，所述数值得分指示相对于预定基准焊接的根据所述电弧焊接工艺形成的焊接的质量测量；(b)测量所述操作者执行所述电弧焊接工艺花费的时间量；以及(c)使所述数值得分和所述焊接时间与所述操作者相关联。
在一个示例性实施方案中，所述数值得分通过以下步骤产生：(a1)产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环；(a2)将所述波形划分成多个状态；(a3)在时间段内，以询问速率测量在一个所述状态中出现的选定的焊接参数，以得到所述选定的焊接参数的数据集合；(a4)针对每个时间段，自所述数据集合计算所述选定的焊接参数的质量值；(a5)将每个质量值与预期质量值相比较，以判定所述质量值和所述预期质量值之差是否超过预定阈值；(a6)如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述质量值的权重，并且基于所述状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述质量值的权重；以及(a7)使用所述电弧焊接工艺期间得到的所有所述质量值，包括任何加权的质量值，以确定所述数值得分。
根据一个示例性实施方案，公开了一种对选定的电弧焊接工艺进行成本效益分析的方法，其中，电弧焊机通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数来执行电弧焊接工艺，所述选定的工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括：(a)确认能够影响整体焊接质量的多个焊接条件；(b)针对多个焊接变化焊接条件之一并且针对焊接固定所有其余的焊接条件；(c)针对每个焊接：(i)产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环；(ii)将所述波形划分成多个状态；(iii)在时间段内，以询问速率测量在一个所述状态中出现的选定的焊接参数，以得到所述选定的焊接参数的数据集合；(iv)针对每个时间段，自所述数据集合计算所述选定的焊接参数的稳定性值；(v)将每个稳定性值与预期稳定性值相比较，以判定所述稳定性值和所述预期稳定性值之差是否超过预定阈值；(vi)如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述稳定性值的权重，并且基于波形状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述稳定性值的权重；(vii)使用包括任何加权稳定性值的焊接时间期间得到的稳定性值来计算焊接的整体质量得分；(viii)确定焊接的成本；以及(ix)使质量得分和成本与焊接相关联。
在一个示例性实施方案中，焊接条件包括焊丝特性、工件特性、保护气体流速、保护气体组成以及工件预热温度中的一个或更多个。
在一个示例性实施方案中，成本包括与生成焊接相关的货币支出。在一个示例性实施方案中，成本包括完成焊接所需的总时间。
在一个示例性实施方案中，所述稳定性值是选定的焊接参数的标准统计偏差。
在一个示例性实施方案中，所述询问速率是120khz。在一个示例性实施方案中，所述时间段大致是250ms。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(d)输出与每个焊接相关联的质量得分和成本(或其相应的平均值)。
根据一个示例性实施方案，公开了一种使用预设置的焊接参数得到具有所需质量的焊接的方法，通过创建推进的焊丝和工件之间的实际焊接参数由执行选定的电弧焊接工艺的电弧焊机产生焊接，所述焊接工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括：(a)向用户呈现选定的焊接参数的多个集合连同对应于各集合的质量得分，其中，所述质量得分量化之前使用选定的焊接参数的集合得到的焊接的整体质量；(b)从用户接收关于使用哪个选定的焊接参数的集合来执行焊接工艺的输入；以及(c)使用对应于输入的选定的焊接参数的集合来执行焊接工艺。
在一个示例性实施方案中，向用户呈现与使用选定的焊接参数的各集合执行焊接工艺相关联的成本。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(d)从用户接收确认最小合格质量得分的输入；以及(e)过滤掉与低于最小合格质量得分的相关联质量得分对应的选定的焊接参数的所有集合。
在一个示例性实施方案中，所述方法还包括：(d)从用户接收确认合格质量得分范围的输入；以及(e)过滤掉与合格焊接质量得分范围之外的相关联质量得分对应的选定的焊接参数的所有集合。
在一个示例性实施方案中，一种诊断电弧焊接工艺的方法被公开，所述方法通过创建在推进的焊丝和工件之间的用于创建焊缝的实际焊接参数从而在电弧焊机执行电弧焊接工艺时监控所述电弧焊机。所述焊接工艺受控于所述焊机的电源的命令信号。所述方法包括产生一系列快速重复的波形，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环，以及将所述波形划分成多个状态。所述方法进一步包括在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率测量在一个或更多个所述状态中出现的多个焊接参数。所述方法还包括基于所述焊接工艺期间对所述焊接参数的所述测量，计算每个所述一个或更多个状态的多个质量参数。所述方法进一步包括分析所述多个质量参数和所述多个焊接参数中的至少一个，以通过判定所述焊缝的一个或更多个局部的(localized)或连续的(continuous)缺陷的一个或更多个可能的原因来诊断所述电弧焊接工艺。
所述方法可以进一步包括将针对每个时间段计算出的每个所述质量参数的值与对应的预期质量参数值相比较，以判定所述计算出的质量参数值和所述预期质量参数值之差是否超过预定阈值。如果所述差超过所述阈值，所述方法还包括基于所述差，以大小权重确定所述计算出的质量参数值的权重，并且基于其状态相对于包括所述状态的所述波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述计算出的质量参数值的权重。
在一些实施方案中，针对一个或更多个所述状态，所述多个焊接参数包括以下中的两个或更多个：电弧电流、电弧电压、焊丝送进速度、所述工件的温度、保护气体的水平、保护气体的组成、所述工件附近的风速、所述工件附近的湿度水平以及操作者位置。
在一些实施方案中，针对一个或更多个所述状态，所述多个焊接参数包括以下中的两个或更多个：焊炬位置，由所述电弧焊接工艺产生的声音的水平、由所述电弧焊接工艺产生的至少一种声音的频率、由所述电弧焊接工艺产生的声音的脉动率、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的水平、由所述电弧焊接工艺产生的至少一种可见光的频率、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的脉动率、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的水平、由所述电弧焊接工艺产生的至少一种红外光的频率、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的脉动率以及焊丝送进马达电流水平。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括以下中的两个或更多个：质量计数平均值(qca)、质量计数标准差(qcsd)、质量电压平均值(qva)、质量电压标准差(qvsd)、质量电流平均值(qia)、质量电流标准差(qisd)、质量电压方差平均值(qvva)、质量电压方差标准差(qvvsd)、质量电流方差平均值(qiva)以及质量电流方差标准差(qivsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量焊丝送进速度平均值(qwa)、质量焊丝送进速度标准差(qwsd)、质量焊丝送进速度方差平均值(qwva)以及质量焊丝送进速度方差标准差(qwvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量声音水平平均值(qsla)、质量声音水平标准差(qslsd)、质量声音水平方差平均值(qslva)以及质量声音水平方差标准差(qslvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量声音频率平均值(qsfa)、质量声音频率标准差(qsfsd)、质量声音频率方差平均值(qsfva)以及质量声音频率方差标准差(qsfvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量声音脉动率平均值(qspra)、质量声音脉动率标准差(qsprsd)、质量声音脉动率方差平均值(qsprva)以及质量声音脉动率方差标准差(qsprvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量可见光水平平均值(qvlla)、质量可见光水平标准差(qvllsd)、质量可见光水平方差平均值(qvllva)以及质量可见光水平方差标准差(qvllvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量可见光频率平均值(qvlfa)、质量可见光频率标准差(qvlfsd)、质量可见光频率方差平均值(qvlfva)以及质量可见光频率方差标准差(qvlfvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量可见光脉动率平均值(qvlpra)、质量可见光脉动率标准差(qvlprsd)、质量可见光脉动率方差平均值(qvlprva)以及质量可见光脉动率方差标准差(qvlprvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量红外光水平平均值(qirlla)、质量红外光水平标准差(qirllsd)、质量红外光水平方差平均值(qirllva)以及质量红外光水平方差标准差(qirllvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量红外光频率平均值(qirlfa)、质量红外光频率标准差(qirlfsd)、质量红外光频率方差平均值(qirlfva)以及质量红外光频率方差标准差(qirlfvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量红外光脉动率平均值(qirlpra)、质量红外光脉动率标准差(qirlprsd)、质量红外光脉动率方差平均值(qirlprva)以及质量红外光脉动率方差标准差(qirlprvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量焊丝送进马达电流平均值(qwfmia)、质量焊丝送进马达电流标准差(qwfmisd)、质量焊丝送进马达电流方差平均值(qwfmiva)以及质量焊丝送进马达电流方差标准差(qwfmivsd)。
在一些实施方案中，所述一个或更多个缺陷包括以下中的一个或更多个：所述焊缝中的气体夹杂(多孔、吹孔、管孔)、所述工件的烧穿、进入所述工件的熔深不足、飞溅、未被填充完的接头、咬边、所述焊缝的裂化、所述焊缝中的空隙以及熔合不足。
在一些实施方案中，所述一个或更多个可能的原因包括以下中的一个或更多个：保护气体不足、导电嘴到工件距离短、导电嘴到工件距离长、被阻塞的喷嘴、工件表面污染、行进速度太慢、行进速度太快、焊丝送进速度太慢、焊丝送进速度太快、所述工件或焊条中的硫含量、来自所述焊条和工件的过多水分以及太小的焊条角度。
在一个示例性实施方案中，一种用于诊断电弧焊接工艺的系统被公开，所述系统通过创建在推进的焊丝和工件之间的用于创建焊缝的实际焊接参数从而在电弧焊机执行电弧焊接工艺时监控所述电弧焊机。所述焊接工艺由一系列快速重复的波形来限定，所述一系列快速重复的波形受控于所述焊机的电源的命令信号。所述系统包括逻辑状态控制器，所述逻辑状态控制器用于将所述波形分段成一系列时间分段状态，以及用于选择特定波形状态的电路。系统进一步包括监控装置，所述监控装置用于监控在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率测量在一个或更多个所述状态中出现的多个焊接参数，以获得针对所述多个焊接参数设置的数据。所述系统还包括用于基于所述被监控的多个焊接参数计算针对每个所述状态的多个质量参数的电路。所述系统进一步包括诊断逻辑电路，所述诊断逻辑电路用于分析所述多个质量参数和所述多个焊接参数中的至少一个，以通过判定所述焊缝的一个或更多个局部的或连续的缺陷的一个或更多个可能的原因来诊断所述电弧焊接工艺。
所述系统可以进一步包括用于将针对每个时间段计算出的每个所述质量参数的值与对应的预期质量参数值相比较以判定所述计算出的质量参数值和所述预期质量参数值之差是否超过预定阈值的电路。所述系统还可以包括用于如果所述差超过所述阈值则基于所述差以大小权重确定所述计算出的质量参数值的权重并且基于其状态相对于包括所述状态的所述波形的时间贡献以时间贡献权重确定所述计算出的质量参数值的权重的电路。
在一些实施方案中，针对一个或更多个所述状态，所述多个焊接参数包括以下中的两个或更多个：电弧电流、电弧电压、焊丝送进速度、所述工件的温度、保护气体的水平、保护气体的组成、所述工件附近的风速、所述工件附近的湿度水平以及操作者位置；和/或其中针对一个或更多个所述状态，所述多个焊接参数包括以下中的两个或更多个：焊炬位置，由所述焊接工艺产生的声音的水平、由电弧焊接工艺产生的声音的频率、由所述电弧焊接工艺产生的声音的脉动率、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的水平、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的频率、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的脉动率、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的水平、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的频率、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的脉动率以及焊丝送进马达电流水平；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括以下中的两个或更多个：质量计数平均值(qca)、质量计数标准差(qcsd)、质量电压平均值(qva)、质量电压标准差(qvsd)、质量电流平均值(qia)、质量电流标准差(qisd)、质量电压方差平均值(qvva)、质量电压方差标准差(qvvsd)、质量电流方差平均值(qiva)以及质量电流方差标准差(qivsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量焊丝送进速度平均值(qwa)、质量焊丝送进速度标准差(qwsd)、质量焊丝送进速度方差平均值(qwva)以及质量焊丝送进速度方差标准差(qwvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量声音水平平均值(qsla)、质量声音水平标准差(qslsd)、质量声音水平方差平均值(qslva)以及质量声音水平方差标准差(qslvsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量声音频率平均值(qsfa)、质量声音频率标准差(qsfsd)、质量声音频率方差平均值(qsfva)以及质量声音频率方差标准差(qsfvsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量声音脉动率平均值(qspra)、质量声音脉动率标准差(qsprsd)、质量声音脉动率方差平均值(qsprva)以及质量声音脉动率方差标准差(qsprvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量可见光水平平均值(qvlla)、质量可见光水平标准差(qvllsd)、质量可见光水平方差平均值(qvllva)以及质量可见光水平方差标准差(qvllvsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量可见光频率平均值(qvlfa)、质量可见光频率标准差(qvlfsd)、质量可见光频率方差平均值(qvlfva)以及质量可见光频率方差标准差(qvlfvsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量可见光脉动率平均值(qvlpra)、质量可见光脉动率标准差(qvlprsd)、质量可见光脉动率方差平均值(qvlprva)以及质量可见光脉动率方差标准差(qvlprvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量红外光水平平均值(qirlla)、质量红外光水平标准差(qirllsd)、质量红外光水平方差平均值(qirllva)以及质量红外光水平方差标准差(qirllvsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量红外光频率平均值(qirlfa)、质量红外光频率标准差(qirlfsd)、质量红外光频率方差平均值(qirlfva)以及质量红外光频率方差标准差(qirlfvsd)；和/或其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量红外光脉动率平均值(qirlpra)、质量红外光脉动率标准差(qirlprsd)、质量红外光脉动率方差平均值(qirlprva)以及质量红外光脉动率方差标准差(qirlprvsd)。
在一些实施方案中，针对在所述时间段内的一个或更多个所述状态，所述多个质量参数包括：质量焊丝送进马达电流平均值(qwfmia)、质量焊丝送进马达电流标准差(qwfmisd)、质量焊丝送进马达电流方差平均值(qwfmiva)以及质量焊丝送进马达电流方差标准差(qwfmivsd)。
在一些实施方案中，所述一个或更多个缺陷包括以下中的一个或更多个：所述焊缝中的气体夹杂、所述工件的烧穿、进入所述工件的熔深不足、飞溅、未被填充完的接头、咬边、所述焊缝的裂化、所述焊缝中的空隙以及熔合不足。
在一些实施方案中，所述一个或更多个可能的原因包括以下中的一个或更多个：保护气体不足、导电嘴到工件距离短、导电嘴到工件距离长、被阻塞的喷嘴、工件表面污染、行进速度太慢、行进速度太快、焊丝送进速度太慢、焊丝送进速度太快、所述工件或焊条中的硫含量、来自所述焊条和工件的过多水分以及太小的焊条角度。
根据以下对示例性实施方案的详细说明、权利要求书以及附图，总体发明构思的多个方面以及其他实施方案将容易变得清楚。
附图说明
以下，参照附图，以举例的方式更详细地描述总体发明构思及其实施方案和优点，在附图中：
图1是图示说明根据一个示例性实施方案的电弧焊机的监控器的组合框图和计算机流程图或程序；
图2是来自波形发生器的电流命令曲线图，该曲线图示出根据一个示例性实施方案的被划分成具有固定持续时间和可变持续时间这二者的时间段或状态的命令波形；
图3是根据一个示例性实施方案的电弧电流的实际命令信号与以虚线添加的实际电弧电流参数的电流曲线图；
图4是根据一个示例性实施方案的用于监控焊机的内部信号而不是如图2和图3所图示说明的焊接参数的本发明的一个方面的框图；
图5是图示说明如在图4所示的示例性实施方案中经历的波形、焊丝送进器命令信号和实际焊丝送进器命令信号的时基曲线图；
图6是图示说明根据一个示例性实施方案的水平监控特征的参数曲线的一部分；
图7是图示说明根据一个示例性实施方案的在图2和图3所示波形的所选状态期间的稳定性处理的框图和计算机流程图或程序；
图8是用于处理来自图1所示的示例性实施方案的水平监控阶段的信息的框图和计算机流程图或程序；
图9是图示说明根据一个示例性实施方案的加权取样的焊接数据参数的加权方法的流程图；
图10是根据一个示例性实施方案的概念性生产线的示图；
图11是图示说明根据一个示例性实施方案的指导方法的流程图；
图12是图示说明根据一个示例性实施方案的用于监控学生的系统的框图。
图13是图示说明根据一个示例性实施方案的监控学生的方法的流程图。
图14a和图14b是示出根据一个示例性实施方案的用于焊接工艺的成本分析中的示例性数据的表格；
图15是示出根据一个示例性实施方案的与焊接条件、焊机和焊接工艺相关联的预设数据的表格；
图16图示说明用于诊断电弧焊接工艺的系统的实施方案的示意框图；以及
图17是使用图16的系统诊断电弧焊接工艺的方法的流程图，所述方法通过创建在推进的焊丝和工件之间的用于创建焊缝的实际焊接参数从而在电弧焊机执行电弧焊接工艺时监控电弧焊机。
具体实施方式
虽然总体发明构思容许存在许多不同形式的实施方案，但是这些构思在附图中示出并且本文中将在其具体实施方案中对其进行描述，此时要理解本公开将只被视为总体发明构思的原理的举例。因此，总体发明构思不旨在限于本文所图示说明的具体实施方案。此外，美国专利no.5,278,390和no.6,441,342的公开内容以引用方式全文并入本文，因为这些公开内容可以提供有助于更好理解总体发明构思的具体方面和/或进步的背景。
以下是整个公开内容中使用的示例性术语的定义。所有术语的单数形式和复数形式都落入各含义内：
如本文中使用的与“电路”同义的“逻辑”包括(但不限于)用于执行功能(一种或多种)或动作(一个或多个)的硬件、固件、软件和/或其组合。例如，基于所需的应用或需要，逻辑可以包括受软件控制的微处理器、离散逻辑(如，专用集成电路(asic))或其他可编程逻辑器件。在一些情形下，逻辑还可以被完全实施为软件。
如本文中使用的“软件”或“计算机程序”包括(但不限于)一个或更多个计算机可读和/或可执行指令，这些指令致使计算机或其他电子装置以所需方式执行功能、动作和/或行为。这些指令可以实现为各种形式，如，包括得自动态链接库的单独应用程序或代码的子程序、算法、模块或程序。软件还可以实现为各种形式，如，独立程序、函数调用、小服务程序(servlet)、小应用程序(applet)、储存在存储器、操作系统的一部分中的指令或其他类型的可执行指令。本领域的普通技术人员将会理解，软件的形式取决于(例如)对所需应用的要求、对软件的运行环境的要求和/或设计者/编程者的需要等。
如本文中使用的“计算机”或“处理单元”包括(但不限于)任何可以储存、取回(retrieve)和处理数据的经编程或可编程电子装置。
现在，参照附图，这些附图图示说明总体发明构思的各种示例性实施方案和采用该总体发明构思的应用，图1示出电弧焊机10中的标准机载计算机实现的框图和流程图或程序。例如，焊机10可以是lincolnelectric公司(克利夫兰市，俄亥俄洲)销售的基于逆变器(inverter)的电弧焊机powerwave。根据标准技术，焊机10包括将电流导向电源12的三相电输入l1、l2、l3。机载用计算机操作的控制器操作基于逆变器的电源，以在端子14创建正电势并且在端子16创建负电势。
通过将之前确定的选定波形导向实际焊接电路来执行选定的电弧焊接工艺，该实际焊接电路被示出具有标准的平滑电感器18。焊机10对自卷筒22推进的焊丝20执行电弧焊接工艺，该卷筒22由送进器24以所需速率驱动，该送进器24以马达26的速度运行。电弧的热量熔融焊丝20和工件30，以将得自焊丝的熔融金属沉积到工件上。为了监控焊接工艺的实际参数，分流器32(监控装置)在线路34a上提供来自块34的输出信号ia。该信号代表任何给定时间的实际电弧电流。以类似的方式，用块36(监控装置)感测焊丝20和工件30之间的电压，所以线路36a上的输出va是构成第二焊接参数的瞬时电弧电压。图1所图示说明的焊接参数是实际电弧电流ia和实际电弧电压va。
受控来实践本发明的另一个参数是丝送进速度(wfs)，该速度是由马达26的转动造成的。因此，如稍后所说明的，焊接工艺的三个外部可读焊接参数是线路34a中的电弧电流ia、线路36a中的电弧电压va和线路46b中可读的焊丝送进速度wfs。由转速计或编码器46c(监控装置)读取线路46b中的wfs，该转速计或编码器46c连接于送进器齿轮箱的驱动辊24或者可供选择地连接到焊丝所附接的被动轮上。在图1中，示出由送进辊驱动转速计。例如，还可以由马达26的输出轴驱动转速计。
powerwave电弧焊机包括用于创建一系列快速重复波形的波形发生器，每个波形(例如，单序列的电压/电流波形)构成具有一循环时间的焊接循环。在焊接工艺期间重复这些焊接循环，以限定焊接时间。在授予blankenship的美国专利no.5,278,390中示出powerwave焊机10的一个实施方案，其中，焊机通过命令线路42控制电源12要输出的各个波形并且通过命令线路44控制马达26的速度。命令线路44具有被马达26的焊丝驱动控件46上的微处理器识别的信号，以在线路46a中输出马达电压驱动pwm脉冲。实际上，线路44上的信息是数字的并且线路46a上的命令信号是模拟的。波形发生器40在线路42、44中创建数字信号，以控制焊机10要执行的所需焊接工艺。可以由适合的监控装置读取外部参数ia、va和wfs。
波形发生器40将每个输出波形划分成或分段成一系列的时间分段部分或状态。在一个示例性实施方案中，监控器m是加载到焊机10的计算机中的程序，(除了别的目的之外)，其用于读取波形的一个选定的段期间的参数。在不脱离总体发明构思的精神和范围的情况下，可以使用软件、硬件及其组合实现监控器m。由波形发生器40确定波形正受监控的部分。事实上，监控器m监控发生器40输出的波形的各种时间段或状态。实际上，波形发生器40选择形成波形的多个时间段并且将各种状态输出到命令接口70。因此，命令接口70致使测量发生器输出的各波形的选定的时间段期间的参数。命令接口70上的信息或数据包括正受监控的一个或多个状态以及各种参数ia、va和/或wfs的特定值或水平。
监控器m的接口70包含识别正处理的特定状态的数据连同正读取的焊接参数的值。水平阶段81分析接口70中的数据，以基于水平确定参数的关系。将实际参数与得自发生器40的波形的选定状态期间练习或测得的参数进行比较。在波形的特定段或状态期间，水平监控阶段81读取线路34a、36a和46b中的实际参数。将这些实际参数的瞬时值储存在内部存储器(认定为报告逻辑82)中。如振荡器84所表示的，快速进行实际参数的读数。在一个示例性实施方案中，以脉冲焊接的120khz的速率进行实际参数的读数。可以调节该速率；然而，速率越高，水平测量的敏感度越高。水平监控81还确定实际焊接参数与最小水平或最大水平的偏差。以此方式，不仅可以储存实际值，还储存代表给定状态的参数的实际读数与最小水平或最大水平相比的偏差的数据。报告存储器或逻辑82在波形的给定状态期间记录与设定水平的偏差以及在波形的选定状态期间的实际水平。对于整个焊接循环，对这些读数进行累计、计数或者说是处理，以确定焊接质量和任何趋向于焊接缺陷的趋势。
在一个示例性实施方案中，基于多个标准确定这些读数(例如，周期性累计的读数集合)的权重。例如，可以每250ms累计读数。在一个示例性实施方案中，确定集合的权重是基于其与预期值(例如，预定阈值、平均值)偏差的大小和其时间段相对于对应波形的时间贡献。例如，可以在水平监控阶段81或任何类似或相关的数据处理阶段中实现这样的加权方法(例如，图9中示出并在以下描述的加权方法900)。
稳定性监控阶段91以振荡器94确定的快速速率读取线路34a、36a和46b上的实际焊接参数。在一个示例性实施方案中，以脉冲焊接的120khz的速率进行实际参数的读数。稳定性监控阶段91分析正输出的波形的状态期间实际焊接参数的标准偏差或绝对偏差。报告存储器或逻辑92记录波形的给定状态期间的该偏差以及波形的选定阶段期间的实际值。对于整个焊接循环，对这些读数进行累计、计数或者说是处理，以确定焊接质量和任何趋向于焊接缺陷的趋势。
在一个示例性实施方案中，基于多个标准确定这些读数(例如，周期性累计的读数集合)的权重。例如，可以每250ms累计读数。在一个示例性实施方案中，确定集合的权重是基于其与预期值(例如，预定阈值、平均值)偏差的大小和其时间段相对于对应波形的时间贡献。例如，可以在稳定性监控阶段91或任何类似或相关的数据处理阶段中实现这样的加权方法(例如，图9中示出并在以下描述的加权方法900)。
当使用监控阶段81或监控阶段91时，会略过(skip)几个波形。在一个示例性实施方案中，在起始序列之后，监控所有波形，以分析波形的各种选定状态期间的实际焊接参数。监控焊接工艺中给定波形的多个状态，并且单独针对各状态记录结果，以供分析水平一致性、趋势和稳定性。当测量稳定性时，在监控器m中使用标准差算法，以评价ia、va和/或wfs。该信息可用于分析形成具有给定循环时间的整个焊接循环的波形的各种段中的每个段。实际上，监控某些状态(如，脉冲波形期间的峰值电流)，以确定脉冲焊接工艺的稳定性和水平偏差。在stt焊接工艺中，监控器m记录每个波形的短路时间，因为这些段根据焊接工艺的外部条件及时变化。短路时间的变化通知焊接工程师来实现调节。
如图2和图3中所示，标准的波形发生器40产生的一系列快速重复波形被划分成时间状态。输出电流命令波形是具有峰值电流102和本底电流104的脉冲波形100，峰值电流102具有图3所示的时间段a的固定持续时间，本底电流104具有图3所示的时间段b的可变持续时间。波形在时刻t1-t4被划分成时间段，使得命令接口70接收在任何给定时间发生器40正处理的特定状态。如图3中通过虚线110所示，得自图1中的分流器33的实际电弧电流偏离波形100的命令电流信号。
在选定的功能状态(如，状态a或状态b)期间，以振荡器84或振荡器94确定的速率读取实际电弧电流ia。实际上，这是单个软件振荡器。水平监控阶段81记录实际参数110和波形100的命令水平之间沿着坐标方向的偏差。在选定的状态期间，稳定性监控阶段91读取实际参数的统计标准差。通常，监控脉冲焊接过程的状态a和b。然而，可以监控t1-t2之间的上升状态和/或t3-t4期间的下降状态，以控制或至少读取波形的这些状态期间的实际参数的活动。如图所图示说明的，本底时间段b具有可变时间，如用时刻t1的可变时间位置示出的。因此，正受监控的状态可以具有固定的持续时间或可变持续时间。当处于可变持续时间时，监控该状态，直到持续时间结束。报告逻辑82感测其作为从一个时刻(即，t4)到随后时刻(即，t1)的水平。当时刻t1相对于时刻t4变化时，将每个波形的该时间记录为与已知时间相比的水平，通过选择发生器40的焊接模式从接口70得到所述已知时间。
监控器m监控波形的特定选定状态期间的实际焊接参数；然而，监控器还进行编程，以操作计算机来确定内部信号(如，线路46a上对马达26的实际输入)的稳定性和/或水平特性。利用图5所示的信号，在图4所示的流程图中阐明了对线路46a上信号的这样的内部监控。
焊丝送进器中的微处理器包括子程序，该子程序是类似于误差放大器的pid比较网络。在图4中，将该pid比较器示意性地图示说明为块152，其具有第一输入46b(即，焊丝送进速度wfs)和线路44上的命令信号。由转速计或编码器读取线路46b上的实际wfs，以读取wfs，该转速计或编码器连接于送进器齿轮箱的驱动辊24或者可供选择地连接到焊丝所附接的被动轮上。pid的输出156是脉宽调制器158的输入端的电压电平，其在送进器的微处理器中被数字化。脉宽调制器的输出是线路46上针对马达26的命令信号，用于控制送进器24的焊丝送进速度。
根据一个示例性实施方案，监控器m包括如图4中示意性地图示说明的处理程序，其中，由处理块160读取线路156上的信号并且读取结果在线路162上输出到如之前相对于图1所示实施方案所讨论的水平监控阶段81和/或稳定性监控阶段91的输入。因此，快速(超过1khz)读取线路156上的内部信号，以检查该内部信号的水平和/或该信号的稳定性。
如图5中所图示说明的，脉冲焊接的波形100延伸成为得自发生器40的波形的继续。至于焊丝送进速度，线路44上得自发生器40的命令信号采用图5所示的形式。其包括起始上升部分170和最后下降部分172。这两部分造成线路44上的命令信号骤升或骤降。在线路44上信号的这些异常命令部分之间，存在一般水平的焊丝送进速度命令，采用该命令来测试线路156上的该内部信号的稳定性和/或水平偏差。在图5中，一直保持焊丝加速部分170，直到速度被稳定化。也监控该时间。可以使用与图4和图5中所示的相同的构思来监控其他内部信号。水平监控阶段判定线路156上的信号是否长时间超过最小值或最大值。对于焊丝送进器而言，这通常表示送进器系统中出现堵塞。
图6示出水平监控阶段的构思，其中，阈值180是最大参数水平并且阈值182是最小参数水平。当被图示说明为电弧电流的参数超过阈值180(如瞬态184所表示的)时，记录过电流事件。以类似方式，当电流小于最小水平182(如瞬态186所表示的)时，记录低电流事件。另外，可以基于多个标准确定这些事件的权重。在一个示例性实施方案中，确定每个事件的权重是基于其偏离预期值(例如，预定阈值、平均值)的大小和其时间段相对于对应波形的时间贡献。例如，可以在水平监控阶段81、稳定性监控阶段91或任何类似或相关的数据处理阶段中实现这样的加权方法(例如，图9中示出并在以下描述的加权方法900)。
周期性对加权事件进行计数或者说是累计，以提供如图1所示的水平监控阶段81的输出。例如，可以每250ms累计加权事件。因此，水平监控阶段81检测高于预设阈值的偏差值184和低于预设水平的偏差值186。在接口70中，通过特定状态设置这些水平。波形的这些状态采用具有阈值的水平监控阶段81，并且同一波形的其他状态可以使用稳定性监控阶段91。优选地，并且实际上，这两个监控阶段都用于监控器m正询问的波形的选定的一个或多个状态。
如根据图4和图5中的公开内容所说明的，图1中示出的实施方案监控得自发生器40的波形的选定状态期间或整个焊接期间内部控制信号的实际参数的水平和/或稳定性。如之前说明的，图1中的监控器m提供了用于分析工作时间段内焊机的焊接循环或整个操作的加权数据。在已确定并储存数据之后，使用各种分析程序来处理数据。根据一个示例性实施方案，通过如图7中所示的两个程序来分析得自监控阶段91的加权稳定性数据。本领域的技术人员能够用各种计算机程序分析稳定性数据，以记录、显示并处理干扰或评价。
如图7中所示，分析程序200使用监控器m的监控阶段91的结果(即，加权稳定性值)。作为实施例，在监控时刻t2-t3之间的时间状态(即，如图2和图3所示波形的电流峰值部分)期间，运行程序200。示出分析程序200为计算机流程，该流程示出用于分析峰值电流状态期间稳定性阶段91的结果的两个系统，在该峰值电流状态中，计算线路34a中的实际电流的统计标准差。实际上，在监控阶段91计算得到偏差之前，稍有延迟。在状态t2-t3期间读取ia但在其他情况下忽略ia的取样选择特征件被图示说明为取样选择器或滤波器90a。并入滤波器90a中的时间段t2-t3开始时的这种程序延迟使得监控器能忽略电流中的波动，这些波动是在输出波形的各种阶段中的每个水平变化期间经历的。
在图7所示的经编程流程中，由示出为块210的计算机程序读取得自监控阶段91的稳定性输出，如在时刻t3时确定的每个波形末尾处的线路210a上的逻辑所指示地预设该块210。因此，由块210捕获(capture)每个波形的稳定性。根据两个单独的分析程序来处理这一捕获的稳定性数据。
第一程序包括超过分析子程序(passanalysisroutine)212。如果给定波形的稳定性超过块212中设置的所需阈值，则在线路214上输出该信息。如果特定波形的稳定性低于所需阈值，则在线路216中出现逻辑信号。在每个焊接循环期间，由线路224上的逻辑启动计数器220、222。因此，在计数器220或计数器222中，对焊接循环期间每个波形的稳定性超过信号进行计数。当然，忽略每个状态t2-t3的第一部分，以使得ia稳定。如读取块220a、222a分别表示的，读取、储存或者说是保持这两个计数器的结果。在一个示例性实施方案中，如果计数器阶段222累计的不稳定性超过预期数目，则如块226所表示的，拒绝接受该焊接循环。
图7所示的计算机程序200的第二分析实现方式被图示说明为块230。这是在焊接循环期间启动的程序。将所有波形期间累计的焊接循环的总不稳定性分析作为总数，其中，100是最稳定的电弧。如块236所表示的，读取、储存或者说是保持这种稳定性累计器和分析阶段的输出。如果读取阶段234低于设定的稳定性，则如块238所表示的，拒绝接受该焊接循环。本领域的技术人员可以设计其他程序来分析得自稳定性阶段91的监控器m的结果。计算机程序200表现出用于分析所得到的加权稳定性数据的两种实现方式。根据监控器被构造用于检测的电弧稳定性的性质或焊接质量问题，可以选择性地启动这两种实现方式(启动一种方式或另一种方式或同时启动这两种方式)。有利的是，只读取波形的选定状态中的稳定性，因为可变脉冲内的稳定性是不可得的。
根据另一个示例性实施方案，图8中示出用于分析监控器m的水平监控阶段81的结果(即，加权读取值)的计算机程序。在该图示说明的实施方案中，水平分析(levelanalysis)程序250以两个单独的子程序来处理来自监控水平阶段81的输出，这两个单独的子程序被确定为利用滤波器80c的最小监控阶段81a和利用滤波器80d的最大监控阶段81b。可以单独使用这些阶段中的任一个，或者实际上，组合这些阶段。子部分81a涉及确定图6所示的转换186，即，实际参数低于阈值最小值182的事件。当程序步骤252选择阶段81a时，使用得自发生器40的线路202a上的最小水平。如所表示的，块254对每个焊接循环的这些事件进行计数。由线路254a上的逻辑在焊接循环期间启动计数器。计数器254针对的是焊接循环中使用的波形的总数。如线路258所表示的，通过对来自发生器40的输出的时刻t3的出现进行计数，得到波形的数目。如之前所表示的，通常忽略状态的第一部分，以去除任何特定状态开始时的异常不一致。块260是计算机程序流程子程序，用于将得自监控阶段81a的累计最小事件186除以得自计数器256的数n。这样提供了焊接循环期间最小转换的平均值，该平均值被提供到子程序262。如块262a所表示的，读取、储存或者说是输出平均最小转换。如果该平均值高于由波形发生器或程序步骤264提供的特定阈值数，则程序子程序266判定焊接循环是不合格的。如果是合格的，则不采取行动。然而，如果合格子程序266判定该平均值只是接近数264，则由块266a提供警报信号。总的不合格性通过子程序266b提供一焊接拒绝接受信号。本领域的技术人员可以设想到用其他计算机程序来实施对实际参数的最小电流偏差或转换的分析(当该分析涉及设定阈值时)。
在图8中，最大监控阶段81b结合最小阶段81a来操作。最大水平处于源自发生器40的线路202b上，并且当程序270选择阶段81b时使用该最大水平。类似的数据信息和编程保持相同的数量。计数器272对状态t2-t3期间的事件184的数量进行计数。子程序280提供在焊接循环过程中形成的各种波形期间事件184的平均值。如块282a所表示的，读取、储存或者说是使用块282中的该平均值。在块286中，处理合格子程序，其中，将发生器40输出的由块284表示的或者说由计算机程序实现的数目与得自块282的平均值进行比较，以当平均值接近由块284表示的设定数目时，如块286a表示的，提供警报信号。如块286所指示的，如果达到这个数目，则执行拒绝接受子程序。
实际上，一起实现阶段81a和阶段81b，并且通过读取的合格数目分析得自块262和282的这两个转换的平均值，以发出警报和/或拒绝接受一给定焊接循环。因此，实际上，分析最小水平偏差、分析最大水平偏差并且分析总水平偏差。如图8中示意性图示说明的，由计算机程序实现所有这些分析。水平阶段81a、81b输出利用报告逻辑82(如所讨论地)储存和/或显示的水平条件。如本文所讨论的，可以确定水平阶段81a、81b输出的水平条件的加权。
鉴于以上内容，使用大小和时间贡献权重能够更精确地测量参数稳定性进而测量整体焊接质量。以此方式，可以计算理解数值或得分的容易度，以量化焊接的整体质量。在一个示例性实施方案中，基于受监控的焊接条件或参数(如，图1所示的示例性实施方案监控的那些条件或参数)，计算焊接的0-100间或0％-100％的焊接得分。例如，可以在水平监控阶段81、稳定性监控阶段91或任何类似或相关的数据处理阶段中实现这样的加权方法(例如，图9中示出并在以下描述的加权方法900)。
在图9中示出根据一个示例性实施方案的加权方法900。例如，可以在监控器m中实现加权方法。在加权方法90的初始步骤902中，焊接循环的波形被划分成一系列时间分段部分或状态。然后，在步骤904中，以给定速率，对与至少一个状态对应的焊接参数(例如，电压、电流强度)进行取样。在一个示例性实施方案中，取样速率大于或等于120khz。在一个示例性实施方案中，可以使用取样速率来产生中断服务程序(isr)处理的中断。
使用取样的焊接参数来计算焊接数据。在示例性的加权方法900中，焊接数据包括执行计数、电压和、电压平方和、电流强度和以及电流强度平方和。执行计数开始于0并且每个取样周期(例如，每120khz)增加1。电压和与电流强度和开始于0并且每个取样周期分别增加取样电压和取样电流强度。类似地，电压平方和与电流强度平方和开始于0并且每个取样周期分别增加取样电压的平方与取样电流强度的平方。
在预定的取样周期之后，在步骤906中，传递取样焊接数据，以供进一步处理(如下所述的)，焊接数据值被重置为0并且重复取样处理(即，步骤904)。在一个示例性实施方案中，取样周期是250ms。取样焊接数据的每个集合形成分析数据包。在对分析数据包进行进一步处理(例如，每250ms)之后，可得到表征对应状态的当前焊接质量等级的额外焊接数据。可以对该额外焊接数据进行绘图和/或求平均。焊接长度(即，焊接循环)内这些等级的平均值为焊接提供了整体质量指示。
通过针对每个取样状态对步骤906中出现的每个分析数据包的焊接数据进行进一步处理，导致计算出额外焊接数据。额外焊接数据包括执行计数、电压平均值、电压均方根(rms)、电压方差、电流强度平均值、电流强度rms以及电流强度方差。从焊接数据的执行计数的值复制额外焊接数据的执行计数的值。电压平均值被计算为电压和(得自焊接数据)除以执行计数。电压rms被计算为通过将电压平方和(得自焊接数据)除以执行计数得到的商的平方根。电压方差被计算为电压rms减去电压平均值。电流强度平均值被计算为电流强度和(得自焊接数据)除以执行计数。电流强度rms被计算为通过将电流强度平方和(得自焊接数据)除以执行计数得到的商的平方根。电流强度方差被计算为电流强度rms减去电流强度平均值。
在步骤906之后，随后的处理取决于当前焊接是用于确定焊接质量参数的练习焊接(trainingweld)还是要依据这种焊接质量参数评价的正常焊接。因此，在步骤908中，判定当前焊接是练习焊接还是正常焊接。在一个示例性实施方案中，默认条件是除非另外指示(例如，通过用户输入)，否则焊接是正常焊接。
如果在步骤908中判定当前焊接是练习焊接，则对于练习焊接的大部分(例如，20-30秒)而言，保存下面的额外焊接数据值：执行计数、电压平均值、电压方差、电流强度平均值以及电流强度方差，而可以忽略其他的焊接数据值和额外焊接数据值。练习焊接的大部分是练习时间段。在一个示例性实施方案中，练习时间段对应于至少80个连续分析数据包(即，取样时间段)。
此后，在步骤910中，使用练习时间段期间保存的额外焊接数据值来计算焊接质量参数。例如，计算每个取样状态的以下焊接质量参数：质量执行计数平均值、质量执行计数标准差、质量电压平均值、质量电压标准差、质量电流强度平均值、质量电流强度标准差、质量电压方差平均值、质量电压方差标准差、质量电流强度方差平均值以及质量电流强度方差标准差。
质量执行计数平均值被计算为练习时间段期间处理的所有分析数据包的执行计数的平均值。执行计数可以被圆整为整数。质量执行计数标准差被计算为练习时间段期间处理的每个分析数据包的执行计数相对于质量执行计数平均值的标准差。质量电压平均值被计算为练习时间段期间处理的所有分析数据包的电压平均值的平均值。质量电压标准差被计算为练习时间段期间处理的每个分析数据包的电压平均值相对于质量电压平均值的标准差。质量电流强度平均值被计算为练习时间段期间处理的所有分析数据包的电流强度平均值的平均值。质量电流强度标准差被计算为练习时间段期间处理的每个分析数据包的电流强度平均值相对于质量电流强度平均值的标准差。质量电压方差平均值被计算为练习时间段期间处理的所有分析数据包的电压方差的平均值。质量电压方差标准差被计算为练习时间段期间处理的每个分析数据包的电压方差相对于质量电压方差的标准差。质量电流强度方差平均值被计算为练习时间段期间处理的所有分析数据包的电流强度方差的平均值。质量电流强度方差标准差被计算为练习时间段期间处理的每个分析数据包的电流强度方差相对于质量电流强度方差的标准差。如上所述，基于被确认良好或者说合格的焊接的传递时的这些质量参数可以用作对随后焊接进行测量或者说是定级的基准。
如果在步骤908中确定当前焊接是与练习焊接形成对照的评价焊接(即，要求评价其质量的焊接)，则焊接数据或额外焊接数据都不需要保存。取而代之的是，得到并保存各种质量计算的结果。这些质量计算包括在步骤914中初始检测各种孤立点的存在。孤立点是数据点或值，其与通过该数据点或值得到的平均值相距超过阈值距离。在一个示例性实施方案中，孤立点是落在距离平均值三个标准差的极限之外的值。
在加权方法900中，在步骤914中找到的孤立点包括执行孤立点、电压孤立点、电压方差孤立点、电流强度孤立点以及电流强度方差孤立点。对于每个受监控状态，评价每个分析数据包，以检测这些孤立点中的任一个的存在。
如果分析数据包满足以下关系，则视为执行孤立点：(执行计数-质量执行计数平均值)的绝对值>(3×质量执行计数标准差)。如果分析数据包满足以下关系，则视为电压孤立点：(电压平均值-质量电压平均值)的绝对值>(3×质量电压标准差)。如果分析数据包满足以下关系，则视为电压方差孤立点：(电压方差-质量电压方差平均值)的绝对值>(3×质量电压方差标准差)。如果分析数据包满足以下关系，则视为电流强度孤立点：(电流强度平均值-质量电流强度平均值)的绝对值>(3×质量电流强度标准差)。如果分析数据包满足以下关系，则视为电流强度方差孤立点：(电流强度方差-质量电流强度方差平均值)的绝对值>(3×质量电流强度方差标准差)。
在检测这些孤立点之后，使用每个孤立点的两步加权求和(即，在步骤916和918中)来计算对应分析数据包的质量指示。
通过每个孤立点相对于三标准差极限的大小确定为该孤立点确定权重的第一步骤(即，步骤916)。通常，接近0.3％的数据点或值会落到三标准差极限之外，进而被视为孤立点。当孤立点的值增大至超过三标准差的极限时，该孤立点的权重增加。在四标准差下孤立点的满权重为100％并且在五标准差下孤立点的最大权重为200％。通常，在正常数据集合中出现满(即，100％)权重的孤立点的可能性是15,787中有1个。
因此，在步骤916中，根据这样的方法来确定每个孤立点的权重。要应用于每个执行孤立点的权重被计算为(超过三标准差极限的量/质量执行计数标准差)的绝对值，并且最大权重值为2.0。要应用于每个电压孤立点的权重被计算为(超过三标准差极限的量/质量电压标准差)的绝对值，并且最大权重值为2.0。要应用于每个电压方差孤立点的权重被计算为(超过三标准差极限的量/质量电压方差标准差)的绝对值，并且最大权重值为2.0。要应用于每个电流强度孤立点的权重被计算为(超过三标准差极限的量/质量电流强度标准差)的绝对值，并且最大权重值为2.0。要应用于每个电流强度方差孤立点的权重被计算为(超过三标准差极限的量/质量电流强度方差标准差)的绝对值，并且最大权重值为2.0。
通过每个孤立点状态的执行计数确定为该孤立点确定权重的第二步骤(即，步骤918)。具体来讲，将每个孤立点的值乘以该孤立点状态的执行计数，由此说明该状态相对于整体波形的时间贡献。以此方式，具有较大执行计数(即，执行时间)的状态产生具有相应较大权重的孤立点。因此，随着特定孤立点的执行时间增加，该孤立点的权重也将增大。
步骤916和918中的孤立点的权重产生最终加权孤立点的集合，包括最终加权执行孤立点、最终加权电压孤立点、最终加权电压方差孤立点、最终加权电流强度孤立点以及最终加权电流强度方差孤立点。在步骤920中对这些最终加权孤立点进行求和，以产生每个分析数据包的最终加权孤立点和。此后，在步骤922中，每个分析数据包的质量指示的确定被计算为通过将完美质量值减去最终加权孤立点和、再除以完美质量值得到的商。该完美质量值等于分析数据包的执行计数乘以孤立点种类的数量(即，在这种情况下，是5)。
因此，即时质量指示(即，对于当前完整的分析数据包)可以在焊接过程期间被确定并且与焊机通信或者以其他方式被利用。以此方式，当(即)焊接过程期间出现潜在问题时，就能检测到这些潜在问题，这与只在完成焊接之后进行检测、有可能太迟以致不能采取任何纠错动作的情况形成对照。
此外，可以对合计直至焊接过程期间的任一时间点的质量指示平均值求平均，以确定直至该时间点的焊接质量指示。例如，在完成焊接过程之后，可以对所有各个质量指示求平均，以得到整个焊接的整体质量指示、得分、等级、分级等。可以将焊接的整体质量指示与预定质量指示(例如，源自练习焊接)相比较，所述预定质量指示反映了合格焊接的最低质量指示值。
以此方式，可以实时地或近乎实时地，精确、有效、一致和/或自动地确定焊接质量。这是尤其有利的，因为对焊接的目测不是总足以判断焊接质量并且因为操作者可能不会检测到或者说意识到焊接过程期间会影响整体焊接质量的偏差或其他问题。
在一些示例性实施方案中，焊接的质量指示(即，焊接得分)是评价在基本相同的条件下并且根据基本相同的电弧焊接工艺(如，在自动(例如，机器人)焊接过程期间)重复形成的焊接的有效工具。通过计算每次焊接的瞬时、周期性和/或整体的焊接得分，自动化质量控制处理可以适于电弧焊接过程。具体来讲，根据焊接条件和电弧焊接过程，最开始将最低合格焊接得分或合格焊接得分范围确定为阈值。此后，将每次焊接(瞬时、周期性和/或整体的)的焊接得分与阈值相比较，以快速并精确地判定应该接受焊接还是拒绝接受焊接。另外，通过评价生产运作或成套运作的焊接得分的趋势，可以更容易确定生产过程中的问题，和/或可以更容易优化生产过程。
在图10中示出概念性生产线1000，其中，第一焊接得分s11002、第二焊接得分s21004以及第三焊接得分s31006与包括集成监控器m1016的焊机或焊接工作台1014分别对第一工件wp11008、第二工件wp21010以及第三工件wp31012执行的焊接相关联。本领域的普通技术人员将理解，可以对同一工件执行不同的焊接。
然后，将焊接得分与预定合格焊接得分阈值相比较，以判定应该接受还是拒绝接受每次焊接。可以通过焊机/焊接工作台或者通过单独装置或在单独位置(例如，评价工作台1018)来进行这个比较。在一个示例性实施方案中，手动执行焊接得分和阈值之间的比较。在一个示例性实施方案中，执行自动化和手动比较。在一个示例性实施方案中，使用焊接得分判定对应焊接的手动检查是否得到保证。在一个示例性实施方案中，至少部分使用焊接得分确定生产线的整体效率。
在一个示例性实施方案中，沿着生产线1000设置一个或更多个评价工作台1018，以测量在生产过程的特定阶段的焊接。如果评价工作台1018判定焊接的焊接得分满足或超过预定合格焊接得分阈值，则评价工作台1018通过发出接受焊接命令1020来接受焊接。响应于接受焊接命令1020，允许包括合格焊接的工件沿着生产线1000继续前进，以进行进一步处理。
相反，如果评价工作台1018判定焊接的焊接得分降为低于预定合格焊接得分阈值，则评价工作台1018通过发出拒绝接受焊接命令1022来拒绝接受焊接。响应于拒绝接受焊接命令1022，包括不合格焊接的工件离开生产线1000或者说从生产线1000被移除(例如，手动移除)。此后，具有被拒绝接受的焊接的工件可以经受进一步处理，例如，改造或者以其他方式修复被拒绝接受的焊接或者完全回收该工件。
在一个示例性实施方案中，登记或者说储存每个接受焊接命令1020和/或拒绝接受焊接命令1022，以供随后查阅和分析。以此方式，可以更容易确定关于焊接处理和/或生产过程的趋势，进而，这样可以使得更易于提高利用焊接过程的生产线的整体效率。
在一些示例性实施方案中，计算出的焊接质量指示(即，焊接得分)可以用在创新方法中，用于提供指示或者说教导操作者手动执行电弧焊接工艺。具体来讲，当操作者正使用焊机(例如，电弧焊机10)来生成焊接时，由焊机(例如，借助焊机的监控器m)确定焊接的瞬时和/或周期性焊接得分，并且该得分用于向操作者提供关于当前焊接质量的直接反馈。如上所述，这些焊接得分是基于与只目测焊接相比更精确反映焊接质量的加权统计测量。具体来讲，将焊接得分与预定合格焊接得分或合格焊接得分范围相比较，以判定操作者的任何纠错动作是否是必须的。另外，评价各个时间的焊接得分，以判定是否存在背离合格焊接得分的任何趋势(例如，表现为焊接得分的连续降低)。
在图11中示出根据一个示例性实施方案的指导方法1100。在方法1100的开始，操作者开始在步骤1102中执行焊接工艺。
在焊接工艺期间，在步骤1104中，周期性计算焊接得分(基于一个或更多个取样或者说测得的参数)，以反映当前焊接状态。焊接得分可以被计算为反映当前焊接状态的瞬时测量值，或者反映焊接工艺期间一定时间段(对应于多次测量)内的焊接状态的多次测量的平均值。在一个示例性实施方案中，通过对自焊接工艺开始所取得的所有测量值求平均来计算焊接得分，这反映了当前焊接的整体状态。
接着，在步骤1106中，将焊接得分与预定阈值焊接得分相比较。阈值焊接得分是良好或者说合格的焊接状态的最低焊接得分。如果焊接得分高于或等于阈值焊接得分，则在步骤1108中判定当前焊接状态为良好。否则，在步骤1108中判定当前焊接状态为差。
如果当前焊接状态良好，则在步骤1110中向操作者提供指示，表明焊接良好，这提示正在正确地执行焊接工艺。此后，在步骤1112中登记当前焊接状态，以供后续查阅、分析和/或其他用途。然后，指导方法1100继续进行，以如上所述地监控操作者正执行的焊接处理。
如果当前焊接状态差，则在步骤1114中向操作者提供指示，表明焊接差，这提示正在不正确地执行焊接工艺。此后，在步骤1118中登记当前焊接状态，以供后续查阅、分析和/或其他用途。然后，指导方法1100继续进行，以如上所述地监控操作者正执行的焊接处理。
可以用足以在焊接工艺期间通知操作者的任何方式向操作者提供上述指示。在一个示例性实施方案中，在视觉上向操作者提供指示，如在与焊机集成或者紧邻焊机的显示装置上提供。在一个示例性实施方案中，在操作者配戴的保护性面盔(visor)或头盔上以视觉方式显示指示。在一个示例性实施方案中，在听觉上向操作者提供指示，如通过与焊机集成或者紧邻焊机的扬声器提供。在一个示例性实施方案中，在操作者配戴的保护性头盔中以听觉方式显示指示。
在一个示例性实施方案中，如果当前焊接状态差，则在步骤1116中操作者接收关于应该采取什么样的一个或多个纠错动作的指示。在一个示例性实施方案中，在焊接工艺期间，实时提供指示。例如，该指示可以涉及建议的焊条(即，焊丝)相对于工件的位置变化或者建议的焊丝相对于工件的移动速率变化。
可以使用各种装置和技术来确定可能要采取的纠错动作，如，将导致经验证为良好焊接的焊接工艺期间操作者和/或焊接条件建立模型，并且使用所得的模型数据来评价在类似条件下执行类似焊接处理的其他操作者。还可以使用人工智能和相关仿真来建立这种模型。此外，可以使用传感器建立这种模型。
在一个示例性实施方案中，使用一个或更多个传感器来确定焊接工艺的一些方面，例如，工件的当前温度、正递送的保护气体的水平和/或保护气的组成。在一个示例性实施方案中，使用一个或更多个传感器来确定可能影响焊接工艺的环境条件，例如，风力条件和/或湿度条件。在一个示例性实施方案中，使用一个或更多个传感器来确定可能影响焊接工艺的操作者条件，例如，操作者手部离工件的距离和/或操作者手部与工件形成的角度。将得自这些或其他传感器的数据与模型数据相比较，以确认操作者应该采取什么样的一个或多个纠错动作的指示。
在一个示例性实施方案中，在视觉上向操作者提供纠错动作指示，如在与焊机集成或者紧邻焊机的显示装置上提供。在一个示例性实施方案中，在操作者配戴的保护性面盔或头盔上以视觉方式显示指示。在一个示例性实施方案中，在听觉上向操作者提供指示，如通过与焊机集成或者紧邻焊机的扬声器提供。在一个示例性实施方案中，在操作者配戴的保护性头盔中以听觉方式显示指示。
因此，指导方法1100在焊接工艺期间向操作者提供实时反馈，使得操作者容易知道何时焊接从良好条件转向差条件以及何时焊接从差条件转向良好条件。此外，指导方法1100可以提示意图改善当前(进而整体)焊接条件的纠错动作。由于焊接条件的变化常常是由操作者的动作引起的，因此指导方法1100提供的反馈(包括任何提示的纠错动作)教导操作者良好的焊接技术。此外，通过继续确认良好的焊接状态来增强操作者的良好焊接技术。
指导方法1100或其一些方面还可以容易适于或者说应用于仿真的焊接工艺。在一个示例性实施方案中，指导方法1100应用于利用虚拟现实技术的焊接仿真器。
在一些示例性实施方案中，计算出的操作者所执行焊接的质量指示(即，焊接得分)可以用在创新方法中，用于针对特定焊机、焊接工艺或焊接过程来验证操作者，这类似于普通教育中使用年级的情况。例如，根据指导方法1100或其一些方面计算出的焊接得分(例如，整体焊接得分)为验证操作者提供了方便的平台。操作者必须得到超过针对焊机、焊接工艺或焊接过程为验证通过的预定阈值焊接得分的一个或多个焊接得分。如果操作者没有通过验证，则指导方法1100会指明操作者需要改进的地方。如本文所描述的，可以使用额外功能(例如，由焊机内部或外部运行的软件提供的)测量可以用于验证操作者的其他参数。例如，可以修改指导方法1100，使其包括追踪在焊接工艺或焊接过程期间操作者实际焊接所花费的时间。作为另一个实施例，可以修改指导方法1100，使其包括追踪在焊接工艺或焊接过程期间操作者使用的消耗品(例如，焊丝)的量。
除了用于验证操作者之外，焊接得分(和其他参数)还可以用于区分不同的操作者。例如，尽管两个操作者都实现了通过(passing)得分并且针对特定焊机、焊接工艺或焊接过程进行了验证，但这两个操作者的得分可能大不相同。因此，与得分较低的经验证操作者相比，可以选择得分高得多的另一个经验证操作者。
在一些示例性实施方案中，计算出的焊接质量指示(即，焊接得分)和其他相关参数与信息可以用于辅助指导者教导多个学生焊接技术、工艺、程序、过程等。焊接课程常常包括理论部分和实践部分。理论部分通常是以在教室或类似环境中进行讲课、讨论或示范的形式教导的。通常，课程中教导学生实践部分的焊接学校或其他环境将包括类似于工厂中的焊接工作台的各个地点(如，工作间)。将每个学生分配到他或她自己的工作间，以执行课程的实践部分。
例如，通过追踪每个学生在关于理论部分的讨论期间的课堂出勤率和/或参与度，指导者很容易估计每个学生在课程的理论部分花费了多长时间。然而，指导者难以量计每个学生在课程的实践部分实际花费了多长时间，因为指导者不能一直待在所有工作间中。例如，可以构造和/或布置工作间，使得指导者的视线每次只延伸到单个工作间，即，指导者目前所处的工作间。其他工作间的学生可能正在做并非焊接的一些事情(例如，吃东西、睡觉、讲电话)，而指导者并不知道。指导者还难以容易地确定在任何给定时间哪个学生将会最可能受益于指导者的亲自过问。因此，指导者最终会在一个学生身上花费时间，尽管另一个学生更需要指导者的亲自过问。
在图12中示出根据一个示例性实施方案的用于监控学生学习焊接技术、工艺、程序、过程等(如，电弧焊接工艺)的系统1200。系统1200包括指导区域1202，如教室或车间(shop)，在指导区域1202中设置八个工作间1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216和1218。每个工作间都包括焊机。具体来讲，第一焊机w11220位于第一工作间1204中，第二焊机w21222位于第二工作间1206中，第三焊机w31224位于第三工作间1208中，第四焊机w41226位于第四工作间1210中，第五焊机w51228位于第五工作间1212中，第六焊机w61230位于第六工作间1214中，第七焊机w71232位于第七工作间1216中，并且第八焊机w81234位于第八工作间1218中。此外，将学生分配到各工作间。具体来讲，将第一个学生s11236分配到第一工作间1204中工作，将第二个学生s21238分配到第二工作间1206中工作，将第三个学生s31240分配到第三工作间1208中工作，将第四个学生s41242分配到第四工作间1210中工作，将第五个学生s51244分配到第五工作间1212中工作，将第六个学生s61246分配到第六工作间1214中工作，将第七个学生s71248分配到第七工作间1216中工作，并且将第八个学生s81250分配到第八工作间1218中工作。
设置指导区域1202，使得指导者1252可以自由地从一个工作间移动到另一个工作间与学生互动。
在一个示例性实施方案中，焊机w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每个包括集成的监控器m，如同图1所示的焊机10一样。当学生正使用焊机生成焊接时，由焊机(借助监控器m)确定焊接的瞬时和/或周期性焊接得分，并且使用焊接得分向学生提供关于当前焊接质量的直接反馈。如本文中描述的，这些焊接得分是基于与只目测焊接相比更精确反映焊接质量的加权统计测量。具体来讲，将焊接得分与预定合格焊接得分或合格焊接得分范围(例如，根据之前的基准焊接确定的)相比较，以判定学生是否必须进行任何纠错动作。另外，在各个时间评价焊接得分，以判定是否存在背离合格焊接得分的任何趋势(例如，表现为焊接得分的连续降低)。
焊机w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每个通过网络1256与生产监控系统(pms)1254进行通信。网络1256可以是有线或无线网络。在一个示例性实施方案中，网络1256是以太网网络。
在不脱离总体发明构思的精神和范围的情况下，可以使用软件、硬件及其组合来实现pms1254。在一个示例性实施方案中，将pms1254实现为在连接有外围装置(如，显示装置1258和数据储存器1260)的通用计算机(例如，pc)上运行的软件。在一个示例性实施方案中，pms1254可以包括与每个焊机集成的逻辑，如在监控器m的情况中一样。如上所述，pms1254通过网络1256与焊机w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8进行数据通信。
pms1254是焊接数据收集和监控工具，其可操作地(例如)用于收集备有每次所记录焊接的统计值的短期和长期焊接记录。pms1254还可以追踪其他生产相关参数和条件，如，线路消耗。在系统1200中，pms1254从焊机w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每个收集数据，以确定在生成焊接的过程中各个学生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8花费的时间量。pms1254可以将学生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8中的每个学生花费的时间量(即，焊接时间)保存到数据储存器1260，以供后续取回(retrieval)和使用。另外，pms1254通过网络1256从焊机w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每个接收焊接得分，然后pms1254可以将这些焊接得分保存到数据储存器1260，以供后续取回和使用。因此，pms1254能够在多个评价时间段内产生并储存多个学生的焊接时间和焊接得分的记录，这些记录会是指导者1252在教导和评估学生时的丰富资源。
另外，pms1254可以在显示装置1258上实时显示学生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8中的每个学生的当前焊接时间结合学生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8中的每个学生的当前焊接得分。以此方式，通过观察显示装置1258，指导者1252可以得到每个学生及其相应的焊接的当前状态的瞬时和精确评估。这允许指导者1252更好地针对表现出需求最高的那些学生分配他或她的时间。
在系统1200中，可以采用任何方式，将焊接时间和焊接得分显示为数值数据和/或图形数据。在一个示例性实施方案中，pms1254提供基于网页的用户界面，该用户界面支持借助网页浏览器存取数据、查阅数据、生成报告等。
系统1200容易改变规模，以容纳任何数量的学生以及多个指导者。
在图13中示出根据一个示例性实施方案的监控学生学习焊接技术、工艺、程序、过程等(如，电弧焊接工艺)的方法1300。方法1300涉及在步骤1302中执行电弧焊接工艺的多个学生。在一个示例性实施方案中，学生在基本相同的条件下且在基本相同的时间执行基本相同的电弧焊接工艺。
在电弧焊接工艺期间，在步骤1304中，周期性计算每个学生的焊接得分(基于一个或更多个取样或者说测得的参数)，以反映当前学生的焊接状态。焊接得分可以被计算为反映当前学生的焊接状态的瞬时测量，或者反映电弧焊接工艺期间一定时间段(对应于多次测量)内的学生的焊接状态的多次测量的平均值。在一个示例性实施方案中，通过对自电弧焊接工艺开始所取得的所有测量值求平均来计算学生的焊接得分，这反映了当前学生的整体焊接状态。
在方法1300的评价时间段期间，在步骤1306中确定每个学生执行电弧焊接工艺(即，实际焊接)花费的时间量。可以使用从每个学生的焊机收集的可操作数据来确定学生的焊接时间。
在步骤1308中，使每个焊接得分与其对应的学生相关联。类似地，在步骤1308中，使每个焊接时间与其对应的学生相关联。可以使用分配给每个学生的焊机的识别信息(例如，序列号)使从焊机收集和/或焊机产生的数据(例如，焊接得分、焊接时间)与相应学生相关联。
一旦使焊接得分和焊接时间与相应学生相关联，就可以在步骤1310中以任何方式输出该信息。例如，可以将所有学生及其相应的焊接得分和焊接时间的报告输出到显示装置，如，监视器。作为另一个实施例，可以将关于学生及其相应的焊接得分和焊接时间的信息登记并储存在数据储存器(如，磁盘驱动器或闪存驱动器)中，以供后续取回和使用。在一个示例性实施例中，周期性地输出信息。在一个示例性实施方案中，在评价时间段结束时输出信息。
还可以使用焊接得分和/或焊接时间来产生学生的额外识别信息。例如，可以将学生的焊接得分和/或焊接时间与预定阈值相比较。以此方式，基于学生的焊接得分和/或焊接时间，可以判定学生的焊接是合格还是不合格。
在一些示例性实施方案中，计算出的焊接的焊接得分可以用于创新方法中，以鉴别焊接工艺的潜在成本节省。在一个示例性实施方案中，基于根据焊接工艺执行的一系列焊接，进行焊接工艺的成本分析(例如，成本效率分析、成本效益分析)。如图14a至图14b中所示，可以使用对应于示例性焊接的数据1400来执行成本分析。
首先，选择影响整体焊接质量的多个焊接条件1402。例如，在图14a和图14b中，焊接条件1402包括焊丝特性(例如，焊丝组成1404、焊丝直径、涂层)、工件特性(例如，工件组成(composition)1406、工件厚度)、保护气体流速1408、保护气体组成1410和/或工件预热温度1412。接着，如1414所表示的，对于一系列的焊接，这些焊接条件1402中的一个焊接条件发生变化，同时如1414所表示的，对于一系列的焊接，剩余的所有焊接条件1402是固定的。
对于一系列焊接中的每个焊接，还基于当前焊接条件1402、1414计算焊接得分1416。焊接得分1416表征在焊接条件下生成的焊接的整体质量的测量。如上所述，这些焊接得分是基于与只目测焊接相比更精确反映焊接质量的加权统计测量。
另外，对于一系列焊接中的每个焊接，确定生成焊接的成本。在一个示例性实施方案中，成本包括与生成焊接相关的货币支出，该货币支出被表征为焊接的货币成本1418。在一个示例性实施方案中，成本包括完成焊接所需的总时间，该成本被表征为焊接的时间成本1420。使一系列焊接中的每个焊接与其对应的焊接得分和成本相关联。
图14a和图14b分别包括一系列焊接中的两个焊接的数据1400，其中，对于一系列焊接，在焊接条件1402之中，如1414所示的，焊丝组成1404、工件组成1406、保护气体组成1410和工件预热温度1412是固定的，同时对于一系列焊接，如1414所示的，保护气体流速1408发生变化(例如，递增或递减)。
对于对应于图14a的焊接，计算或者说确定货币成本1418a、时间成本1420b和焊接得分1416c。对于对应于图14b的焊接，计算或者说确定货币成本1418d、时间成本1420e和焊接得分1416f。因此，如果判定a＜d，b＜e且c＝f，则可以推导出图14a的保护气体流速1408高于图14b的保护气体流速1408，因为与图14b的保护气体流速1408相比，通过图14a的保护气体流速1408同时实现了成本和时间节省而整体焊接质量没有任何降低。如果相对地，判定a＜d，b＞＞e且c＝f，则可以推导出与图14b的保护气体流速1408相比，图14a的保护气体流速1408节省了成本，而整体焊接质量没有任何降低，但是时间成本显著增加。
以此方式，用户将能够容易地验证变化的焊接条件对一系列(进而在对应焊接工艺中)整体焊接质量的影响。以此方式，用户可以判定改变焊接条件(以及以何种方式)是否将使用户能得到更期望的焊接质量、更期望的成本或同时得到这两者。因此，当执行更多焊接并且分析对应的数据时，可以容易地确定并评价任何一个或更多个焊接条件对整体焊接工艺的影响，使得可以做出更多明智的成本节省决定(例如，相对于钱、时间和质量的权衡)。
可以扩展成本分析，使其包括额外的一系列焊接，其中，在不同系列的焊接中，不同的焊接条件发生变化。以此方式，用户可以验证多个焊接条件的所需值或设定值，以实现所需结果(例如，合格的焊接质量和合格的成本)。然后，可以将这些焊接条件的所需值或设定值保存在与焊机和焊接工艺相关联的简介(profile)中，以供后续相同的焊机和焊接工艺取回和使用，由此增加了用户将再次实现所需结果的可能性。
在一个示例性实施方案中，将多个这种简介(即，选定的焊接参数和/或焊接条件的集合)保存为(即)预设置，使得开始焊接工艺的用户可以访问这些简介。在一个示例性实施方案中，向用户呈现多个预设置连同对应于每个预设置的焊接得分。每个焊接得分量化之前使用与预设置相关联的焊接参数和焊接条件得到的整体焊接质量。如上所述，这些焊接得分是基于与只目测焊接相比更精确影响焊接质量的加权统计测量。然后，用户可以选择预设置之一来执行焊接工艺，由此增加用户将实现与之前使用预设置相关联的焊接参数和焊接条件形成的焊接相同或基本类似的焊接。在一个示例性实施方案中，提供用户界面，以使用户能过滤出没有匹配用户输入标准的预设置，例如，过滤出具有低于输入阈值的相关联焊接得分的那些预设置。
图15示出根据一个示例性实施方案的预设置1500。每个预设置1500包括验证预设置序号1502、焊接条件集合1504、焊机信息1506、焊接工艺信息1508、货币成本1510、时间成本1512以及相关联的焊接得分1514。使具有预设置序号01的第一预置1516与具有值a、b、c、d和e的焊接条件1504和焊机m相关联。第一预设置1516对应于焊接工艺o。如果用户选择第一预设置1516(即，预设置01)在焊接条件a、b、c、d和e下利用焊机m执行焊接工艺o，则用户可以期望通过焊接工艺o得到的焊接具有大致为t的货币成本、大致为v的时间成本和大致为x的焊接得分。预设置1500可以包括额外的预设置，如，与焊接条件1504、焊机1506和/或焊接工艺1508的不同组合相关联的第二预设置1518。
除了本文已经描述的被监控的焊接参数之外，附加焊接参数可以针对波形的一个或更多个状态被监控，并且附加质量参数可以从所述附加焊接参数被计算，以更精确地检测并且鉴别焊接缺陷。附加焊接参数可以包括焊炬或焊枪位置、由电弧焊接工艺产生的声音的水平、由电弧焊接工艺产生的至少一种声音的频率以及由电弧焊接工艺产生的声音的脉动率(pulsingrate)。更多的附加焊接参数包括由电弧焊接工艺产生的可见光的水平、由电弧焊接工艺产生的至少一种可见光的频率以及由电弧焊接工艺产生的可见光的脉动率。进一步的附加焊接参数包括由电弧焊接工艺产生的红外光的水平、由电弧焊接工艺产生的至少一种红外光的频率、由电弧焊接工艺产生的红外光的脉动率以及焊丝送进马达电流水平。
依据实施方案，附加焊接参数通过适合于检测这样的焊接参数的感测器或监控装置来感测。例如，声音可以通过麦克风来感测，可见光可以通过光检测器来感测，红外光可以通过红外检测器来感测，焊丝送进马达电流可以通过分流器来感测。焊炬位置可以使用一种或更多种类型的感测技术(包括，例如成像感测器或磁性感测器)来感测。感测器可以被设置在各种位置，包括，例如在焊炬上、在焊接头盔上或者在一般的焊接区域。附加地被感测的焊接参数可以这样的方式被输入到监控器m并且由监控器m处理，所述方式类似于如本文之前所描述的其他焊接参数如何被输入并且被处理的方式。其他可以被监控并且被处理的焊接参数包括工件的温度、保护气体的水平、保护气体的组成、工件附近的风速、工件附近的湿度水平以及操作者位置。
监控器m可以被配置(例如，如在图16中所示出的升级的监控器m')来基于附加地被监控的焊接参数计算多个质量参数统计值。针对波形的一个或更多个状态的各种附加焊接参数，各种质量参数统计值“平均值”、“标准差”、“方差平均值”以及“方差标准差”可以这样的方式被计算，所述方式类似于如本文之前所描述的针对电压和电流的那些质量参数统计值如何被计算的方式。就是说，基于附加被监控的焊接参数的质量参数可以这样的方式被计算，所述方式类似于针对被监控的电压的qva、qvsd、qwa和qwsd如何被计算以及针对被监控的电流的qia、qisd、qiva和qivsd如何被计算的方式。
例如，监控器m可以被配置来在焊接工艺期间在一时间段内针对一个或更多个状态计算声音水平质量参数，例如质量声音水平平均值(qsla)、质量声音水平标准差(qslsd)、质量声音水平方差平均值(qslva)以及质量声音水平方差标准差(qslvsd)。监控器m还可以被配置来在一时间段内针对一个或更多个状态计算声音频率质量参数，例如质量声音频率平均值(qsfa)、质量声音频率标准差(qsfsd)、质量声音频率方差平均值(qsfva)以及质量声音频率方差标准差(qsfvsd)。另外，监控器m还可以被配置来在一时间段内针对一个或更多个状态计算声音脉动率质量参数，例如质量声音脉动率(pulserate)平均值(qspra)、质量声音脉动率标准差(qsprsd)、质量声音脉动率方差平均值(qsprva)以及质量声音脉动率方差标准差(qsprvsd)。焊接工艺的声音是由焊丝电极(wireelectrode)和工件之间的电弧产生。特定的声音特性趋向于出现在焊接波形的特定状态。
监控器m可以被配置来在焊接工艺期间在一时间段内针对一个或更多个状态计算可见光水平质量参数，例如质量可见光水平平均值(qvlla)、质量可见光水平标准差(qvllsd)、质量可见光水平方差平均值(qvllva)以及质量可见光水平方差标准差(qvllvsd)。监控器m还可以被配置来在一时间段内针对一个或更多个状态计算可见光频率质量参数，例如质量可见光频率平均值(qvlfa)、质量可见光频率标准差(qvlfsd)、质量可见光频率方差平均值(qvlfva)以及质量可见光频率方差标准差(qvlfvsd)。另外，监控器m还可以被配置来在一时间段内针对一个或更多个状态计算可见光脉动率质量参数，例如质量可见光脉动率平均值(qvlpra)、质量可见光脉动率标准差(qvlprsd)、质量可见光脉动率方差平均值(qvlprva)以及质量可见光脉动率方差标准差(qvlprvsd)。焊接工艺的可见光是由焊丝电极和工件之间的电弧产生。
监控器m可以被配置来在焊接工艺期间在一时间段内针对一个或更多个状态计算红外光水平质量参数，例如质量红外光水平平均值(qirlla)、质量红外光水平标准差(qirllsd)、质量红外光水平方差平均值(qirllva)以及质量红外光水平方差标准差(qirllvsd)。监控器m还可以被配置来在一时间段内针对一个或更多个状态计算红外光频率质量参数，例如质量红外光频率平均值(qirlfa)、质量红外光频率标准差(qirlfsd)、质量红外光频率方差平均值(qirlfva)以及质量红外光频率方差标准差(qirlfvsd)。另外，监控器m还可以被配置来在一时间段内针对一个或更多个状态计算红外光脉动率质量参数，例如质量红外光脉动率平均值(qirlpra)、质量红外光脉动率标准差(qirlprsd)、质量红外光脉动率方差平均值(qirlprva)以及质量红外光脉动率方差标准差(qirlprvsd)。焊接工艺的红外光是由焊丝电极和工件之间的电弧产生。
监控器m可以被配置来在焊接工艺期间在一时间段内针对一个或更多个状态计算焊丝送进马达电流质量参数，例如质量焊丝送进马达电流平均值(qwfmia)、质量焊丝送进马达电流标准差(qwfmisd)、质量焊丝送进马达电流方差平均值(qwfmiva)以及质量焊丝送进马达电流方差标准差(qwfmivsd)。焊丝送进马达电流在焊接工艺期间由焊丝送进器的马达产生。当导电嘴变得磨损或者错误的导电嘴被使用时，马达电流中的移位(shift)或尖峰(spike)可能在某些状态期间被观察到。
再次，各种质量参数统计值“平均值”、“标准差”、“方差平均值”以及“方差标准差”可以这样的方式针对各种附加焊接参数被计算，所述方式类似于如本文之前所描述的针对电压和电流的那些质量参数统计值如何被计算的方式。另外，依据实施方案，针对每个时间段计算出的每个质量参数的值可以与对应的预期质量参数值相比较，以判定计算出的质量参数值和预期质量参数值之差是否超过预定阈值。如果差超过阈值，可以基于所述差，以大小权重确定计算出的质量参数值的权重，和/或基于其状态相对于包括所述状态的波形的时间贡献，以时间贡献权重确定计算出的质量参数值的权重。
依据本发明的实施方案，质量参数(被确定权重的或未被确定权重的)和/或焊接参数可以被用来诊断电弧焊接工艺。图16图示说明用于诊断电弧焊接工艺的系统1600的实施方案的示意框图。系统1600对应于电弧焊接系统的一部分并且包括升级的监控器m'1610，所述升级的监控器m'类似于监控器m但被配置来进一步监控本文所讨论的附加焊接参数并且进一步计算对应的附加质量参数。系统1600还包括与升级的监控器m'1610操作通信的诊断逻辑电路(dlc)1620。
如图16所图示说明的，计算出的质量参数和/或监控到的焊接参数或者它们的一些子集被传递到dlc1620，所述dlc1620基于所述参数操作来产生逻辑结果。依据实施方案，dlc1620首先通过分析质量参数鉴别焊缝的局部的或连续的缺陷。局部的缺陷是出现在焊接工艺期间的相对短的时间段(例如，2秒)内的缺陷。连续的缺陷是出现在基本上为焊接工艺的整个时间(例如，20秒)内的缺陷。缺陷的一些实例包括焊缝中的气体夹杂(多孔(porosity)、吹孔(blowhole)、管孔(wormhole))、工件的烧穿、进入工件的熔深不足、飞溅、未被填充完的接头、咬边、焊缝的裂化、焊缝中的空隙以及熔合(fusion)不足。这样类型的缺陷在本领域是众所周知的。其他类型的缺陷也可以是可能的。
缺陷的可能的原因的一些实例包括保护气体不足、导电嘴到工件距离短、导电嘴到工件距离长、被阻塞的喷嘴、工件表面污染、行进速度太慢、行进速度太快、焊丝送进速度太慢、焊丝送进速度太快、工件或焊条中的硫含量、来自焊条和工件的过多水分以及太小的焊条角度。其他类型的缺陷的原因也是可能的。
在练习焊接过程期间，缺陷与缺陷的原因相关并且dlc1620被相应地编程来将缺陷与一个或更多个可能的原因正确地相关联。因此，在正常(非练习)焊接过程期间，dlc1620能够建议一个或更多个被检测到的缺陷的一个或更多个可能的原因。缺陷以及一个或更多个原因可以被告知操作者，以允许操作者纠正问题。dlc1620可以例如被编成为决策树来对缺陷的原因进行隔离。
作为实施例，系统1600可以通过分析质量参数来检测作为出现在焊接工艺期间的两个连续的缺陷的多孔(出现在某些状态)和飞溅(出现在某些其他状态)。dlc1620可以贯穿焊接工艺将在各自状态中的两个连续的缺陷的出现与保护气体不足相关。操作者可能随后发现气体罐的阀在焊接工艺期间是被关闭的。
图17是使用图16的系统1600诊断电弧焊接工艺的方法1700的流程图，所述方法通过创建在推进的焊丝和工件之间的用于创建焊缝的实际焊接参数从而在电弧焊机执行电弧焊接工艺时监控电弧焊机。焊接工艺受控于焊机的电源的命令信号。在方法1700的步骤1710，一系列快速重复的波形被产生，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环。在步骤1720，波形被划分成多个状态。在步骤1730，在一个或更多个状态中出现的多个焊接参数在焊接工艺期间重复的时间段内以询问速率被测量。
在方法1700的步骤1740，基于焊接工艺期间对焊接参数的测量，多个质量参数针对每个状态被计算。在步骤1750，多个质量参数和多个焊接参数中的至少一个被分析，以通过判定焊缝的一个或更多个局部的或连续的缺陷的一个或更多个可能的原因来诊断电弧焊接工艺。
总之，电弧焊接系统和方法被公开。系统能够根据波形状态监控焊接工艺期间的变量并相应地确定变量的权重、检测焊缝的缺陷、诊断缺陷的可能的原因、量化焊缝的整体质量、获得和使用表示良好焊缝的数据、提高自动焊接工艺的产量和质量控制、教导正确的焊接技术、鉴别焊接工艺的成本节省以及得到用作不同焊接工艺或应用的预设置的最佳焊接设置。
已通过举例的方式给出以上对具体实施方案的说明。在给出的公开内容中，本领域的技术人员将不仅理解总体发明构思和附带优点，而且还将发现对所公开结构和方法的明显的各种变化和修改。例如，总体发明构思通常不限于手动焊接工艺或自动化(例如，机器人)焊接工艺中的一个，而是相反地容易适用于任一者。此外，总体发明构思容易适用于不同的焊接工艺和技术(例如，电弧焊接的所有变形，如，stick(手工焊)和tic焊接)。因此，寻求的是，涵盖落入如所附权利要求书及其等同形式限定的总体发明构思的精神和范围内的所有这类变化和修改。
参考标号
10电弧焊机81a子部分
12电源供应器81b阶段
14端子82逻辑
16端子84振荡器
18电感器90a滤波器
20焊丝91阶段
22卷筒92逻辑
24送进器94振荡器
26马达100波形
30工件102峰值电流
32分流器104本底电流
34块110线
34a线路152块
36块156输出
36a线路158调制器
40发生器160块
42线路162线路
44线路170上升部分
46驱动控制172下降部分
46a线路180阈值
46b线路182最小水平
46c编码器184瞬态
70界面186瞬态
80c滤波器200分析程序
80d滤波器202a线路
81阶段202b线路
210块270程序
210a线路272计数器
212子程序280子程序
214线路282块
216线路282a块
220计数器284块
220a块286块
222计数器286a块
222a块286b块
224线路900方法
226块902初始步骤
230块904步骤
234阶段906步骤
236块908步骤
238块910步骤
250分析程序914步骤
252程序步骤916步骤
254块918步骤
254a线路920步骤
256计数器1000生产线
258线路1002焊接得分s1
260块1004焊接得分s2
262子程序1006焊接得分s3
262a块1010wp2
264程序步骤1012wp3
266子程序1014焊接工作台
266a块1016监控器
266b子程序1018评价工作台
1020焊接命令1232w7
1022焊接命令1234w8
1100方法1236s1
1102步骤1238s2
1104步骤1240s3
1106步骤1242s4
1108步骤1244s5
1110步骤1246s6
1112步骤1248s7
1114步骤1250s8
1116步骤1252指导者
1118步骤1254pms
1200系统1256网络
1202指导区域1258显示装置
1204工作间1260数据储存器
1206工作间1300方法
1208工作间1302步骤
1210工作间1304步骤
1212工作间1306步骤
1214工作间1308步骤
1216工作间1310步骤
1218工作间1400数据
1220w11402焊接条件
1222w21404焊丝组成
1224w31406工件组成
1226w41408气体流速
1228w51410气体组成
1230w61412温度
1414被表示的1514焊接得分
1416焊接得分1516预设置
1418货币成本1600系统
1420时间成本1610升级的监控器
1500预设置1620dlc
1502预设置序号1700方法
1504焊接条件1710步骤
1506焊机信息1720步骤
1508工艺信息1730步骤
1510货币成本1740步骤
1512时间成本