焊丝使用量和剩余量的检测机构及焊接装置的制作方法

本发明总体来说涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种能准确检测焊丝使用量和剩余量的焊丝使用量和剩余量的检测机构及焊接装置。

背景技术：

熔化极气体保护焊是利用焊丝与工件间产生的电弧作热源将金属熔化的焊接方法。焊接过程中，电弧熔化焊丝和母材形成的熔池及焊接区域在惰性气体或活性气体的保护下，可以有效地阻止周围环境空气的有害作用。手工移动焊枪、焊丝由送丝机送进的称为半自动熔化极气体保护焊，自动化控制地移动焊枪，称为自动熔化极气体保护焊。

在熔化极气体保护焊场合，送丝电机带动托架上的送丝轮将焊丝向固定方向输送，焊丝经过导电的托架部分和焊枪，在焊机的输出能量作用下融化在母材上而实现熔化极气体保护焊。

随着当前工业的发展，很多客户对焊接品质和焊接效率越来越在意。而以往的焊接设备，不具备焊丝余量检测和报警提示，以及焊材使用数据的管理和记录，在很多长焊缝工件焊接和对焊接接头很敏感的焊接工件施工过程中，往往因为焊丝突然使用完毕而带来很多麻烦甚至是形成焊接缺陷。

在以往焊接作业中，一般场合均没有焊丝用尽警告，或者有些只有机械式感应及普通光传感感应的焊丝用尽报警。这些系统只能简单起到警告作用，提示作业者更换焊丝。

再一方面，由于焊丝一般是多圈缠绕于焊丝盘或者焊丝桶，在使用中，焊丝送出时，焊丝存储装置的变化并不是明确的线性变化，以现有传感器检测方法，很难直观准确的检测焊丝使用量及剩余量。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种准确检测焊丝使用量和剩余量的焊丝使用量和剩余量的检测机构。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种准确检测焊丝使用量和剩余量的焊丝使用量和剩余量的检测机构。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种焊丝使用量和剩余量的检测机构，应用于焊接装置，所述焊接装置具有至少一焊丝存储装置，焊丝在所述存储装置中具有存储厚度，所述检测机构包括第一传感器、数据处理器及至少一输出设备；所述第一传感器对应所述焊丝存储装置设置，所述第一传感器检测所述焊丝存储装置内的焊丝存储厚度；所述数据处理器信号连接所述第一传感器，所述数据处理器接收所述第一传感器的检测数据，根据所述焊丝存储厚度计算得出焊丝使用量及剩余量；所述数据处理器的计算结果经所述输出设备输出。

根据本发明的一实施方式，其中另具有一调理滤波电路，连接于所述第一传感器与所述数据处理器之间，所述第一传感器的检测信号经所述调理滤波电路进行采样及信号调理传送至所述数据处理器。

根据本发明的一实施方式，另具有一信号隔离及转换器，连接于所述调理滤波电路与所述数据处理器之间，所述第一传感器的检测信号经所述采样及信号调理后，再经所述信号隔离及转换进行信号隔离及转换后传送至所述数据处理器。

根据本发明的一实施方式，所述焊丝存储装置为焊丝盘，所述焊丝盘在周向卷绕存储多层焊丝，所述第一传感器对应检测所述焊丝盘径向的焊丝厚度。

根据本发明的一实施方式，所述焊丝盘具有旋转轴，焊丝供应时对应带动该旋转轴同步旋转；所述检测机构具有一第二传感器，所述第二传感器检测所述旋转轴的转动速度，所述第二传感器信号连接所述数据处理器，所述数据处理器根据所述第一传感器的厚度数据以及所述第二传感器的速度数据得出焊丝实际使用速度，从而得出焊丝精确使用量及剩余量。

根据本发明的一实施方式，所述焊丝存储装置为焊丝桶，所述焊丝桶在轴向卷绕存储多层焊丝，所述第一传感器对应检测所述焊丝桶轴向的焊丝厚度。

根据本发明的一实施方式，另有一输出滚轮，焊丝供应时对应带动该输出滚轮同步旋转；所述检测机构具有一第三传感器，所述第三传感器检测所述输出滚轮的转动速度，所述第三传感器信号连接所述数据处理器，所述数据处理器根据所述第三传感器的速度数据以及所述第一传感器的厚度数据，计算得出焊丝精确使用量及剩余量。

根据本发明的一实施方式，另具有一速度传感器，对应输出的焊丝或旋转送丝的所述焊丝存储装置设置，以检测所述焊丝送出速度。

根据本发明的一实施方式，所述数据处理器前端还具有信号处理机构，所述信号处理机构具有：

处理模拟信号的调理滤波电路、A/D转换器及信号隔离模块；传感器的模拟信号经所述调理滤波电路后至A/D转换器，所述A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，再经信号隔离模块进行信号隔离后送于所述数据服务器；以及/或者

处理数字信号的滤波电路及信号隔离模块；传感器的数字信号经所述滤波电路后，至所述信号隔离模块进行信号隔离，再送至所述数据处理器。

根据本发明的一实施方式，所述输出设备为报警提示器、显示装置、数据存储器及/或远程服务器。

另一方面，本发明实施例提供一种焊接装置，其具有如前所述的焊丝使用量和剩余量的检测机构。

由上述技术方案可知，本发明实施例的焊丝使用量和剩余量的检测机构及焊接装置的优点和积极效果在于：

可以利用测得的准确使用量对焊丝的剩余量进行计算，并显示在显示单元，还可选择将计算结果与数据处理器的数据库中设定的报警值进行对比，并在焊丝用尽前发出警告。如果所剩焊丝不满足一道焊缝焊丝消耗量时，即便焊工按下焊枪开关进行焊接作业，焊机也不会进行动作，同时还会发出警告提示作业者并通过远程数据库通知后台服务器。

所有上述信息均可通过数据处理器处理后，传递给远程数据库进行网络监控，及数据处理器或远程数据库的数据存储单元。后台工艺管理人员和焊材管理人员可方便、直观的通过远程服务器电脑了解现场施工状态，明确知晓所用焊材的使用量及库存量的变化，及时为作业现场提供焊材。上述功能的实现，可极大提高现场作业效率，还可提高材料利用率和材料管理效率。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种焊丝使用量和剩余量的检测机构的架构示意图。

图2是根据另一示例性实施方式示出的一种焊丝使用量和剩余量的检测机构的架构示意图。

图3是根据又一示例性实施方式示出的一种焊丝使用量和剩余量的检测机构的架构示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的检测机构的传感器至数据处理器之间的信号处理机构的架构示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的检测机构应用于焊丝盘的轴向所视布置示意图。

图6是根据一示例性实施方式示出的检测机构应用于焊丝盘的径向所视布置示意图。

图7是根据一示例性实施方式示出的检测机构应用于焊丝桶的侧向所视布置示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、焊接装置；11、焊丝存储装置；21、第一传感器；22、第二传感器；23、第三传感器；24、调理滤波电路；25、A/D转换器；26、信号隔离模块；27、滤波电路；3、数据处理器；4、输出设备；5、焊丝盘；51、旋转轴；52、焊丝；6、机壳；7、焊丝桶；71、表面压板。

具体实施方式

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

第一实施例

图1是根据一示例性实施方式示出的一种焊丝使用量和剩余量的检测机构的架构示意图。

如图所示，本发明实施例提供一种焊丝使用量和剩余量的检测机构，应用于焊接装置1，焊接装置1包括至少一焊丝存储装置11，焊丝在存储装置11中一般具有存储厚度。焊丝存储装置11可为焊丝盘、焊丝桶等样式。焊丝盘一般是具有旋转轴的盘体，焊丝在焊丝盘外周面上由内向外缠绕多层，每层上一般又具有多圈焊丝。使用中，焊丝盘绕旋转轴旋转，焊丝一圈圈放出，一层焊丝用完后再使用下一层焊丝，焊丝使用会使焊丝盘径向上焊丝厚度不断变小。焊丝桶一般是中部空出的圆桶形空间，焊丝在焊丝桶圆环形空间环绕放置多层，每层上一般又具有多圈焊丝。使用中，焊丝不断取出，焊丝一圈圈抽出，一层焊丝用完后再使用下一层焊丝，焊丝使用会使焊丝桶轴向上焊丝厚度不断变小。

本发明实施例中检测机构主要包括第一传感器21、数据处理器3及至少一输出设备4。

第一传感器21可对应焊丝存储装置11的焊丝存储空间设置，第一传感器21选择是对齐测量焊丝存储厚度方向的尺寸，以便于第一传感器21可检测焊丝存储空间内的焊丝存储厚度变化。第一传感器21可选择使用高精度光学传感器、声学传感器、反射式光栅计数器测量传感器。可以选择是模拟信号传感器，也可以是数字信号传感器。

数据处理器3信号连接第一传感器21，数据处理器3用于接收第一传感器21的检测数据，根据焊丝存储厚度计算得出焊丝使用量及剩余量。数据处理器3的计算结果可经输出设备4输出。输出设备4可选择包括报警提示器、显示装置、数据存储器及/或远程数据库，以便于进行精确及智能化管理依据。输出设备4可选择各种数据加工或应用装置，在此不做特别限制。

以此，可以利用测得的准确使用量对焊丝的剩余量进行计算，并显示在显示单元，还可选择将计算结果与数据处理器3的数据库中设定的报警值进行对比，并在焊丝用尽前发出警告。如果所剩焊丝不满足一道焊缝焊丝消耗量时，即便焊工按下焊枪开关进行焊接作业，焊机也不会进行动作，同时还会发出警告提示作业者并通过远程数据库通知后台服务器。

所有上述信息均可通过数据处理器3处理后，传递给远程数据库进行网络监控，及数据处理器3或远程数据库的数据存储单元。后台工艺管理人员和焊材管理人员可方便、直观的通过远程服务器电脑了解现场施工状态，明确知晓所用焊材的使用量及库存量的变化，及时为作业现场提供焊材。上述功能的实现，可极大提高现场作业效率，还可提高材料利用率和材料管理效率。

第二实施例

图2是根据另一示例性实施方式示出的一种焊丝使用量和剩余量的检测机构的架构示意图。

如图所示，该实施例中与前述实施例的区别在于，除具有检测焊丝存储厚度第一传感器21，还具有一第二传感器22，第二传感器22可对应焊丝存储装置11的旋转轴进行设置，这里焊丝存储装置11例如是焊丝盘。

焊丝盘可在周向卷绕存储多层焊丝，第一传感器21对应检测焊丝盘径向的焊丝厚度。焊丝盘具有旋转轴，焊丝供应时对应带动该旋转轴同步旋转。第二传感器22对应该旋转轴设置，用于检测旋转轴的转动速度，第二传感器22同时信号连接数据处理器3，数据处理器3根据第一传感器21的厚度数据以及第二传感器22的速度数据可精确得出焊丝实际使用速度，从而得出焊丝精确使用量及剩余量。两个传感器的检测数据可互为补充，相互校正以提高准确率。并且，由于焊丝在一层上有平行的多圈，若仅以第一传感器21检测厚度变化，其精度单位只能达到这一层焊丝，但如果处理器也能获得焊丝盘旋转轴的转动速度，则可以对每圈焊丝的使用情况进行计数，而且，如果汇总半径信息后，便可以计算得到实时的最高精度焊丝使用量和剩余量推算数据。

图5是根据一示例性实施方式示出的检测机构应用于焊丝盘的轴向所视原理示意图。图6是根据一示例性实施方式示出的检测机构应用于焊丝盘的径向所视原理示意图。

如图所示，是第一传感器21与第二传感器22具体应用于一种焊丝盘5的示意。焊丝盘5具有如下几个尺寸数值，空盘时的焊丝盘5轴外径尺寸R1(见图5)，满盘焊丝52的焊丝厚度值R2，焊丝盘5宽度L3(见图6)。

举例来讲，第一传感器21可为非接触式位移传感器(光学感应或者声学感应)测量的满盘焊丝52表面距离第一传感器21的距离为L2，第一传感器21测量的空焊丝盘5表面距离第一传感器21的距离为L1。L1可选择为焊丝52使用完毕后的极限报警距离，此距离也可根据实际需要进行人为设定。

在焊接过程中，第一传感器21始终进行焊丝52厚度L2的测量,并将此数值转化为数字信号或者模拟信号传递给信号采样模块，信号采样模块将此信号进行调理，经过调理的信号需经数字信号隔离装置进行隔离后再传递给数据处理器3进行差值ΔL的计算。

因焊丝52是以圆形盘绕在焊丝盘5上，故每一层焊丝的消耗，均能由第一传感器21测量并传递给数据处理器3。例如，设定焊丝52直径为φmm，焊丝盘5横截面宽度为L3，L3/φ就可得出焊丝52在这一层盘绕了多少圈，因为可设定并计算出当前焊丝52相对于旋转轴51圆心的半径值R1+R2，故若使用了一层焊丝便相当于使用了多少米焊丝(设为S)，便可以通过如下公式计算出来：

S＝2*π*(R1+R2)*L3/φ/1000(单位米)

一种实施方式中，可根据使用量数据的累加与该焊丝盘的总长数据相减得出焊丝剩余量。

还可选择另一实施方式，比如：根据传感器数据，计算到焊丝使用长度S，以焊丝直径φ为参数，根据已知并设定好焊丝材质的密度ρ，数据处理器3就可以计算出焊丝使用的重量W，其计算公式如下：

W＝S*π*(φ/2)2*ρ

计算出了已经使用焊丝的重量，在已知满盘焊丝重量并将其设定在系统中时，就可计算出剩余焊丝重量W1。

然而，上述计算是针对一层焊丝进行数据处理的，如果涉及到某一层焊丝使用了多少圈，某一圈焊丝使用了几分之一圈的长度，则可以通过安装在机壳6上的第二传感器22来实现，本实施例中第二传感器选择为反射式光栅计数器实现。

如图5、图6所示，反射式光栅计数器可固定在机壳6上，反光板或者反光纸安装在可转动的焊丝盘5的旋转轴51上。在实例中，旋转轴51上安装了4个等角度分布的反光板或反光纸，旋转轴51转动一圈，反射式光栅计数器会发射四个脉冲给信号采集单元，信号采集单元将信号滤波调理并经过磁隔离后在传输给数据处理器3进行圈数的计数。

本实施例中，因为安装四个反光板或者反光纸，只要得到一个脉冲，就可算作焊丝盘转动了四分之一圈，也就代表焊丝使用了四分之一圈长度，测量精度也为四分之一圈长度。

综合上述测试方法和算法，也可以通过等角度安装更多个反光板或者反光纸精确测量到几分之一圈的焊丝长度。

上述信息W、W1、S、圈数的计算以及用尽报警标识等对焊机使用者有意义的信息均可选择在通过输出设备4显示在显示单元。

第三实施例

图3是根据又一示例性实施方式示出的一种焊丝使用量和剩余量的检测机构的架构示意图。

如图所示，该实施例中与前述实施例的区别在于，除具有检测焊丝存储厚度第一传感器21，还具有第三传感器23，第三传感器23可用于检测焊丝输出的线速度。

图7是根据一示例性实施方式示出的检测机构应用于焊丝桶的侧向所视布置示意图。如图所示，本实施例中，焊丝存储装置11可为焊丝桶7，焊丝桶7在轴向可卷绕存储多层焊丝，第一传感器21对应检测焊丝桶7轴向的焊丝厚度。另还可配置有一输出滚轮(未示出)，输出滚轮受焊丝送丝而从动，焊丝供应时对应带动该输出滚轮同步旋转；检测机构具有一第三传感器23，第三传感器23检测输出滚轮的转动速度，第三传感器23信号连接数据处理器3，数据处理器3根据第三传感器23的速度数据以及第一传感器21的厚度数据，计算得出焊丝精确使用量及剩余量。第三传感器23可以是连接在输出滚轮轴上的编码器，也可以是一个测速传感器。

数据处理器3可根据第一传感器21的厚度数据以及第三传感器23的线性速度数据可精确得出焊丝实际使用速度，从而得出焊丝精确使用量及剩余量。两个传感器的检测数据可互为补充，相互校正以提高准确率。并且，由于焊丝在一层上有多圈，若仅以第一传感器21检测厚度变化，其精度单位只能达到这一层焊丝，但如果处理器也能获得焊丝送丝的线性速度，便可以计算得到实时的最高精度焊丝使用量和剩余量数据。

具体如图所示，焊丝桶7具有如下几个尺寸数值，焊丝桶7的桶轴外径尺寸R1，焊丝桶7的桶壁距离圆心的半径尺寸R2，两者之间的差值L3。

第一传感器21(可包括磁场感应、光学感应或者声学感应)测量的满桶焊丝表面压板71距离第一传感器21的距离为L2，第一传感器21测量的空桶表面压板71距离第一传感器21的距离为L1。L1可选择为焊丝使用完毕后的极限报警距离，此距离也可根据实际需要进行人为设定。

在焊接过程中，第一传感器21始终进行焊丝厚度L2的测量,并将此数值转化为数字信号或者模拟信号传递给信号采样模块，信号采样模块将此信号进行调理，经过调理的信号需经数字信号隔离装置进行隔离后再传递给数据处理器3进行差值ΔL的计算。

因焊丝是以圆形盘绕在焊丝桶内，故每一层焊丝的消耗，均能由第一传感器21测量并传递给数据处理器3。例如，设定焊丝平均直径为φmm，每层焊丝长度可以统计得出。因为已知R1、R2并可计算出L3，故设定消耗的这一层焊丝圈数为N，则N＝L3/φ。有了上述参数，便就可计算出在这一层使用了多少米焊丝(设为S)。即可以通过如下公式计算出来：

S＝【2*π*R2+2*π*(R2-φ)+2*π*(R2-2φ)+……+2*π*R1】/1000(单位米)

有了使用长度S，焊丝直径φ，根据已知并设定好焊丝材质的密度ρ时，数据处理器3就可以计算出焊丝使用的重量W，其计算公式如下：

W＝S*π*(φ/2)2*ρ

计算出了已经使用焊丝的重量，在已知满桶焊丝重量并将其设定在系统中时，就可计算出剩余焊丝重量W1。

上述信息W、W1、S以及用尽报警标识等对焊机使用者有意义的信息均可通过输出设备4显示在显示单元。

本实施例中虽未示出第三传感器23，应该理解的是，上述第一传感器21的设置可以与第三传感器23配合使用，以提高检测精度。并且，第一、第二、第三传感器也可以同时组合使用，以达最高精度的测量。

一实施例中，第三传感器23也可以与第一传感器21集成为一体，比如针对焊丝盘5的应用中，可以利用第三传感器23远程检测焊丝盘5外周面或指定位置的移动速度，以此得出实时的送丝线性速度，从而可与厚度数据共同来计算精确的焊丝使用量及剩余量。

信号处理实施例

图4是根据一示例性实施方式示出的检测机构的传感器至数据处理器之间的信号处理机构的架构示意图。

如图所示，另具有一信号处理机构，连接于各传感器与数据处理器3之间，传感器的检测信号经信号处理机构进行采样及信号调理传送至数据处理器3。

针对模拟信号传感器，可选择经调理滤波电路24进行信号调理与滤波，再到A/D转换器进行模数转换，最后经信号隔离模块26进行信号隔离后，送至数据处理器3。若针对数字信号传感器，可选择经滤波电路27到信号隔离模块26进行信号隔离后，送至数据处理器3。信号隔离模块26可选择为光电隔离、磁隔离或电容隔离。

一具体的实施例中，涉及到一种高速多路模拟测量方法。此方法是将模拟信号经过运算放大器(调理滤波电路24)进行信号滤波和幅度调整后，输入给AD7266模拟信号采集芯片(A/D转换器25)。AD7266芯片具有12通道(差分信号为6通道)的模拟信号输入引脚，采样精度为12位，经过其处理后，可将采集到的模拟信号直接转换为数字信号的串行数据流，数据传输速率达到2Mbit/S。由于采用了新型高集成度芯片，此电路比以往传统采集电路，可大大减少模拟运放的使用数量。由于采用了串行数据流进行数据处理，还可大大节省MCU或者数据处理器3的硬件引脚使用数量，降低硬件使用成本。软件上，无需编写复杂的模拟采样程序软件，只需要编写简单的串口数据处理软件即可实现大数据的高速处理，极大减轻了软件人员的编程工作量，提高了产品开发效率。

为了对MCU或者数据处理器3进行防高频、防静电保护，信号隔离模块26可选择使用具有iCoupler技术的高速磁隔离数字信号隔离芯片。此信号隔离模块26可抗100kV/μs的工模电压干扰，可承受最高15kV的ESD静电冲击，数据传输速率可达150Mbit/S，且集成度非常高。此隔离电路较传统光耦隔离电路具有以下优势，第一，使用器件少，芯片集成度高。单芯片最高可集成6通道，极大节省硬件使用量，可有效降低材料使用成本和材料使用种类。第二，数据传输速率高，耐高温。传统高速光耦最高只能达到几十Mbit/S的传输速率，且随着使用温度的变化，其对信号的传输特性也会发生变化，不利于高速和工业场合使用。第三，抗干扰能力全面优于光耦。

利用上述实施例，可以利用测得的准确使用量对焊丝的剩余量进行计算，并显示在显示单元，还可选择将计算结果与数据处理器3的数据库中设定的报警值进行对比，并在焊丝用尽前发出警告。如果所剩焊丝不满足一道焊缝焊丝消耗量时，即便焊工按下焊枪开关进行焊接作业，焊机也不会进行动作，同时还会发出警告提示作业者并通过远程数据库通知后台服务器。

所有上述信息均可通过数据处理器3处理后，传递给远程数据库进行网络监控，及数据处理器3或远程数据库的数据存储单元。后台工艺管理人员和焊材管理人员可方便、直观的通过远程服务器电脑了解现场施工状态，明确知晓所用焊材的使用量及库存量的变化，及时为作业现场提供焊材。上述功能的实现，可极大提高现场作业效率，还可提高材料利用率和材料管理效率。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本文所述的实施例说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

当介绍本发明或其优选实施例的元件时，术语“一”、“一个”、“该”和“所述”等意图表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”等被定义为包含性的并且表示可能具有除了列出元件之外的其他元件。

因为可在上述构造和方法中作出各种变化而不脱离本发明的范围，上述说明和附图所示的所有内容应被解释为示例性的而非限制性的。