基于补偿立柱电压的用于控制焊接操作的方法、控制器和焊接系统的制作方法
【专利说明】基于补偿立柱电压的用于控制焊接操作的方法、控制器和 焊接系统
【背景技术】
[0001] 本发明总体上涉及焊接系统，且更具体地，本发明涉及用于补偿在焊接系统的二 次组件中误差的系统和方法。
[0002] 焊接是一种在各行业和应用中已经变得普遍存在的工艺，如建筑、造船等等。焊接 系统通常包括多种二次组件，这些二次组件可包括二次电缆和二次设备。这样的二次组件 可包括焊炬、焊接夹具、焊接电缆等等，且这些二次组件的某些参数可能影响在焊接操作中 获得的焊接质量。例如，焊接电缆通常具有相关的电阻值和电感值。由于和典型的焊接工 艺相关的高电流电平，这些电感值和电阻值经常导致电压误差。在许多情况下，因为电压被 用于控制焊接弧的参数，所以这些电压误差可能导致焊接质量的降低。
[0003] 一些先前的系统已经试图解决前述的问题以减少或消除由于二次电缆的特征而 在焊接质量方面承受前述降低的可能性。例如，一些系统可利用非载流电压传感引线，该引 线从焊接电源延伸到焊接电源的端部。这种电压传感引线可在焊接处用来感测电压而不会 受到由焊接电缆产生的电压误差的影响。然而，许多焊接环境已经堆满了许多电缆和其他 结构，所以额外电缆的增加可能是不希望的。因此，需要用于补偿由二次组件（如焊接电 缆）引入焊接操作所造成的误差的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0004] 在一个实施例中，方法包括接收与在焊接操作期间形成的焊接波形相对应的数据 并基于与焊接波形相对应的接收到的数据，确定用于焊接操作的过冲电压，该过冲电压超 过预期的电压电平。该方法还包括接收与所测量的立柱电压相对应的数据，并基于过冲电 压和所测量的立柱电压，计算用于焊接操作的立柱电压。该方法还包括基于用于焊接操作 的立柱电压，控制焊接操作的至少一个参数。
[0005] 在另一个实施例中，用于焊接系统的控制器配置成接收和在焊接期间形成的焊接 波形相对应的数据，并确定在焊接波形中的超过用于焊接操作的预期电压电平的总量。控 制器还配置成接收与所测量的立柱电压相对应的数据，以基于过冲电压的总量和所测量的 立柱电压，计算用于焊接操作的补偿立柱电压，并输出用于焊接操作的焊接指令，该指令与 被调节以考虑补偿立柱电压的预期的焊接指令相对应。
[0006] 在另一实施例中，焊接系统包括焊接电源、经由焊炬电缆联接到焊接电源的焊炬、 适于在焊接位置固定工件的夹具以及联接到焊接电源与夹具和工件中的至少一个的接地 电缆。焊接系统还包括配置成监测所测量的立柱电压的控制器，以确定用于焊接操作的过 冲电压以及基于所测量的立柱电压和过冲电压来确定补偿立柱电压。补偿立柱电压和在焊 接位置处的电压电平相对应，由于在焊炬电缆中的电感和电阻该焊接位置处的电压电平从 所测量的立柱电压减小。
【附图说明】
[0007] 在参照附图阅读下面的详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方 面和优点，在所有附图中，相同的标号表示相同的部件，其中：
[0008] 图1示出了依照本发明实施例的焊接系统的示意图；
[0009] 图2示出了依照本发明实施例的图1中的焊接电源的示例性组件的方框图；
[0010] 图3示出了依照本发明实施例的理想电流波形和理想立柱电压波形的示意图；
[0011] 图4示出了依照实施例的标准立柱电压波形叠加在标准立柱电流波形上的示意 图；
[0012] 图5示出了依照实施例的受焊接电缆电感影响的立柱电流波形和立柱电压波形 的不意图；以及
[0013] 图6示出了方法的实施例的流程图，该方法可由焊接控制器控制以通过考虑焊接 焊接波形的缓变部分来补偿由焊接电缆引入的电压误差。
【具体实施方式】
[0014] 如下面详细描述的，实施例所提供的系统和方法，可用于补偿焊接电压，该电压被 用以控制和二次焊接组件（如焊接电缆）相关的误差的焊接操作。例如，这样的系统和方 法可使由于焊接电缆而产生的二次焊接误差以电感误差的形式识别。在一些实施例中，可 提供焊接控制器，以便所取得的测量值和误差信息可用于补偿所检测到的焊接误差。例如， 在一些实施例中，控制器可利用关于焊接电缆的信息以确定对于给定的焊接设备和操作的 适当的电压误差补偿程序。所提供的焊接控制器和方法的这些和附加的特征在下文将更加 详细地描述。
[0015] 当和传统技术相比时，本文公开的补偿系统和方法可提供多个明显的优势。例如， 所提供的实施例补偿焊接弧二次响应，例如焊接电缆的电感和电阻，而不需要电压传感引 线。也就是说，然而一些现有系统利用非载流引线以这种方式来检测焊接位置的电压：绕开 由该焊接电缆产生的电压误差，目前公开的实施例可使该额外布线减少或消除。更进一步 地，通过将一个或多个焊接波形与一个或多个希望的焊接波形相比较，在本文公开的控制 器的某些实施例能够以适合的方式控制焊机，以便产生的焊接指令将考虑给定的焊机的能 力以及例如与焊接电缆相关的二次响应。
[0016] 现在转向附图，图1示出了焊接系统10,包括焊接电源12、送丝机14、焊炬16和通 过旋转接地22固定在夹具20上的工件18。在所示的实施例中，正极焊接引线24将焊接电 源12的正极端子26联接到送丝机14。另外，电缆30将送丝机联接到到焊炬16。此外，负 极焊接引线32将焊接电源12的负极端子34联接到旋转接地22。
[0017] 在操作期间，焊接电源12配置成通过送丝机14将电能提供给焊炬16,该送丝机 14为焊接操作提供焊丝。此外，在使用期间，焊接操作者利用焊炬16来焊接工件18。当焊 接时，与焊接工艺相关的高电流电平可能使二次电缆和/或设备退化，并且在许多焊接循 环之后，二次电缆和/或设备的退化可能影响焊接的质量。如此，本发明的某些实施例提供 了用于电压误差的补偿，该电压误差可能由焊接二次组件（比如焊接电缆）引入的电感和/ 或电阻误差造成。这样的电压误差可以由焊接控制器利用以产生焊接指令，该指令补偿在 给定的焊接系统中的二次响应。
[0018] 图2示出了图1中焊接电源12的示例组件。在所示的实施例中，焊接电源12包 括用户界面46、控制器48、处理器50、存储器52、接口电路54和电力转换电路56。在使用 期间，电力转换电路56从主电源，比如壁装电源插座、电力网等，接收主电力，并将上述电 力转换成用于传输到焊炬16的合适的焊接输出。处理器50配置成接收多个关于送丝机操 作、用户选择、电压反馈、电流反馈、电力反馈、电阻反馈、电感反馈等的输入，从而处理上述 输入并产生多个适当的输出，该输出引导焊接电源12的操作。比如，接口电路54可从一个 或多个外部装置（例如，送丝机14、辅助设备等）接收反馈，将上述反馈通信到处理器50， 接收来自处理器50的输出信号，并将上述信号通信到一个或多个外部装置。
[0019] 更进一步地，处理器50可接收来自用户界面46的关于焊接操作的用户输入。例 如，处理器50可接收关于所选的焊接工艺的指令、焊接工艺的参数（例如，电流电平、电压 电平等）等并处理这些输入。处理器50还可以接收一个或多个来自控制器48的输入，该控 制器可以配置成执行一个或多个用以引导焊接工艺和/或焊接电源12的任何其他功能的 算法。例如，在一个实施例中，控制器48可执行一系列的指令以确定由二次焊接电缆和/或 设备引入的电压误差的量级。然后，所获取的测量数据可经由接口电路54通信到处理器， 该处理器可处理所接收的信息以确定例如合适的焊接指令，该指令考虑了由二次焊接组件 引入的确定的电压误差。在某些实施例中，若需要，此类信息可例如经由用户界面46通信 给用户。为此，用户界面46可以是能够经由视觉提示（例如，光照明、显示面板信息等），语 音提示（例如，错误消息陈述误差）或任何其他适当的通信机制来与用户交流。
[0020] 不限于下面详细描述的各算法和控制方案可以由图2中的控制器48来实施以补 偿由二次焊接组件（比如焊接电缆）引入的电压误差。例如，当在焊接波形斜升或从局部 峰值下降时，控制器可考虑被引入到焊接波形内的电压误差。事实上，在某些实施例中，控 制器可以考虑焊接波形的斜升部分和下降部分两者，或可仅考虑波形的一个期望部分。
[0021] 如在下面更加详细地就图6和图7中示出的方法进行描述的，在一些实施例中，由 控制器48实施的补偿方法包括在焊接波形的缓变部分期间测量电压误差。这样，由于二次 响应出现的过冲电压可在反馈控制信号中减小或消失，从而使立柱电压指令补偿由焊接二 次组件引入的误差。再者，应该注意的是，当前公开的实施例的上