用于自动调整焊炬高度的系统和方法
【专利说明】用于自动调整焊炬高度的系统和方法
[0001]本申请要求于2013年11月12日提交的、并且标题为“用于自动调整焊炬高度的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC HEIGHT ADJUSTMENT OF A TORCH)”的美国临时申请序列号61/902,886的优先权权益。上述申请的全部内容通过援引并入本文。
发明领域
[0002]本发明涉及一种根据权利要求1、2、3和11所述的焊机系统以及根据权利要求12、13和14所述的焊接方法。总体上，本发明涉及一种轨道式焊接系统或非轨道式焊接系统。更具体地，本发明涉及基于对焊接操作的参数加以调整来控制电弧电流水平、电压、焊丝给送速度、或焊炬高度中的至少一者。
技术背景
[0003]焊接系统位于现代工业时代的核心。从大量的汽车装配操作到自动化制造环境，这些系统促进参与甚至更复杂的制造操作。热丝焊接对被加热(例如，经由电流)并且被由主热源(例如，等离子电弧、钨极惰性气体(TIG)焊接、金属惰性气体(MIG)焊接、焊剂芯等)创造的焊池所接收的焊丝或焊条进行加工。该热丝焊接工艺包括上至或接近此类焊丝的熔点的电阻加热。在热丝焊接工艺中，避免电弧的形成，因为电弧状态破坏了熔池或使其过热。在没有起弧事件的情况下被加热到接近或靠近焊丝熔点的焊丝被熔池接纳而只有极少的破坏或没有破坏。为了防止形成电弧，可以检测与工件相关的焊接参数。该焊接参数可以指明热丝焊接工艺可以调节而处于其中的电弧状态。
[0004]此外，焊接可以涉及抬高、熔敷、堆焊、填充、表面硬化、熔覆、接合以及其他焊接应用。当面对具有弯曲表面的工件时，可以用轨道式焊接工艺来旋转焊头以将焊接应用于弯曲表面。最普遍的使用轨道式焊接的示例是管道焊接。管道焊接可以包括薄壁应用，其中，焊头绕其他表面旋转，两块端部被接合在一起，替代地，管道焊接可以包括深槽几何结构，其中，焊条延伸进入在接合的两个管道之间形成的槽中来铺设焊接材料的连续焊珠以填充槽并且接合厚壁管道。轨道式焊接系统可以包括安装在导轨或固定装置上的焊头，该导轨或固定装置夹紧或以其他方式支撑在工件上并且被旋转来供应焊接。轨道式焊接经常涉及前相机和/或后相机对焊接区有限的可见性。
[0005]焊接系统可以包括多个控制件，这些控制件可以在焊接操作过程中由用户来调整。例如，常规的焊接系统可以包括高达十六个(16)按钮、输入、和开关，这需要多年的经验来理解并有效地使用。通常，一种调整的改变可能导致改变另一种调整来维持一致性。
[0006]轨道式焊接系统和非轨道式焊接系统可能与用户可以实施的调整数量方面相妥协，并且所需要的是涉及防止对焊接操作不利调整的改进技术。
发明概述
[0007]为了克服上述缺点并且为了改善焊接，呈现了一种根据权利要求1、2、3和11所述的焊机系统以及根据权利要求12、13和14所述的焊接方法。优选实施例是从属权利要求的主题。根据本发明的实施例，提供了一种控制电弧电流或焊炬高度中的至少一者的系统。该系统包括焊炬，该焊炬包括用于焊接操作的焊条。该系统进一步包括电源和控制器，该电源在该焊条与工件之间创建电弧并且该控制器基于用于该焊接操作的电弧电流来调整该焊炬的高度。该系统包括检测部件，该检测部件接收一个参数的值，当该参数的值发生变化时影响该焊接操作的电弧电流。该系统包括校准部件，该校准部件基于该参数的值计算出该焊接操作的第二电弧电流水平、或该焊炬的第二高度中的至少一者。该系统中的控制器调整焊接设备以便将该参数转变成该值、并且当该参数转变为该值时将该焊炬调整为该第二高度或者将该电弧电流调整成该第二电弧电流。
[0008]根据本发明的实施例，提供了一种方法，该方法至少包括以下步骤:在焊条与工件之间创建电弧;将焊丝递送至由该焊条形成的熔池;接收针对参数的设置值的用户输入，其中该设置值改变该电弧的电弧电流;维持该电弧的电弧电流水平以及该焊条与该工件的接触焊嘴到工件距离、同时将该参数转变成该设置值;基于该设置值将该电弧电流水平校准成第二电弧电流水平;基于该设置值将该接触焊嘴到工件距离校准成第二接触焊嘴到工件距离;并且以该参数的设置值、该第二电弧电流水平、和该第二接触焊嘴到工件距离来将该焊丝沉积到该工件上。
[0009]根据本发明的实施例，提供了一种焊机系统，该焊机系统至少包括以下各项:轨道式焊机，该轨道式焊机具有邻近于工件支撑的底架;联接至该底架上的焊炬，该焊炬包括焊条；电源，该电源在该焊条与工件之间创建电弧;送丝器，该送丝器连接至焊丝供应源上以便将焊丝提供至由该焊条形成的熔池；用于接收针对参数的设置值的用户输入的器件，其中该设置值改变该电弧的电弧电流;用于维持该电弧的电弧电流水平以及该焊条与该工件的接触焊嘴到工件距离、同时将该参数转变成该设置值的器件；用于基于该设置值将该电弧电流水平校准成第二电弧电流水平的器件;用于基于该设置值将该接触焊嘴到工件距离校准成第二接触焊嘴到工件距离的器件;用于以该参数的设置值、该第二电弧电流水平、和该第二接触焊嘴到工件距离来将该焊丝沉积到该工件上的器件；以及用于利用至少一个转变阶段来进行该电弧电流水平至该第二电弧电流水平或该接触焊嘴到工件距离至该第二接触焊嘴到工件距离中的至少一者的改变的器件。
[0010]当根据附图、详细描述和所附权利要求书来进行查看时，本发明的这些目的和其他目的将是显而易见的。
附图简要说明
[0011]本发明可以在某些零部件和零部件的安排中采取物理形式，其优选实施例将在说明书中详细描述并且在形成本文一部分的附图中展示，并且在附图中:
[0012]图1展示了轨道式焊接系统的前视图；
[0013]图2A展示了轨道式焊接系统的侧视图；
[0014]图2B展示了轨道式焊接系统的透视图；
[0015]图3A是展示了热丝焊接系统的一部分的图示；
[0016]图3B是展示了热丝焊接系统的一部分的图示；
[0017]图4是展示了自动调整焊接操作的电弧电流的焊机系统的图示；
[0018]图5是基于焊接操作的参数的值的变化来管理焊炬的高度的流程图；
[0019]图6是基于接收到的用户输入在焊接操作中控制电弧的电弧电流的流程图；并且
[0020]图7是基于电弧电压、焊丝给送速度、或牵引机焊机的行进速度中的至少一者的改变通过自动调整电弧电流以及接触焊嘴到工件距离来执行焊接操作的流程图。
发明详细说明
[0021]本发明的实施例涉及关于调整焊接操作的电弧电流、该焊接操作的电压、该焊接操作的焊丝给送速度、或执行该焊接操作的焊炬的高度的方法和系统。具体而言，可以基于例如用户输入来更新参数，并且可以校准电弧电流、或焊炬的高度以执行该焊接操作。具体地，在参数调整或转变成经由用户输入接收到的设置值时，维持该焊炬的高度和/或该电弧电流水平，直到实现该参数的设置值。一旦该参数为该设置值，则实施第二电弧电流水平、或焊炬的第二高度来执行该焊接操作。通过维持该电流水平和高度直至该转变完成，再校准允许了该焊接操作位于希望的公差范围内而无需手动地调整多个参数。另外，再校准可以利用以下转变阶段:将该电弧电流逐渐改变成该第二电弧电流和/或将该高度逐渐改变成该第二高度。在调整该电弧电流和/或该高度的实例中，该焊接操作可以是MIG焊接操作。
[0022]在另一个实施例中，可以基于例如用户输入来更新参数，并且可以校准电压水平、或焊炬的高度以执行该焊接操作。具体地，在参数被调整或转变成经由用户输入接收到的设置值时，维持该焊炬的高度和/或该电压，直到实现该参数的设置值。一旦该参数处于该设置值，则实施第二电压水平、或焊炬的第二高度来以执行该焊接操作。通过维持该电压水平和高度直至该转变完成，再校准允许了该焊接操作位于希望的公差范围内而无需手动地调整多个参数。另外，再校准可以利用以下转变阶段:将该电压水平逐渐改变成该第二电压水平和/或将该高度逐渐改变成该第二高度。在调整该电压和/或该高度的实例中，该焊接操作可以是TIG焊接操作。
[0023]在另一个实施例中，可以基于例如用户输入来更新参数，并且可以校准焊丝给送速度、或焊炬的高度以执行该焊接操作。具体地，在参数被调整或转变成经由用户输入接收到的设置值时，维持该焊炬的高度和/或该焊丝给送速度，直到实现该参数的设置值。一旦该参数处于该设置值，则实施第二焊丝给送速度水平、或焊炬的第二高度来执行该焊接操作。通过维持该焊丝给送速度和高度直至该转变完成，再校准允许了该焊接操作位于希望的公差范围内而无需手动地调整多个参数。另外，再校准可以利用以下转变阶段:将该焊丝给送速度逐渐改变成该第二焊丝给送速度和/或将该高度逐渐改变成该第二高度。在调整该焊丝给送速度和/或该高度的实例中，该焊接操作可以是子电弧焊接操作。
[0024]如本文使用的“焊接(welding/weld)”(包括这些词的任何其他形式)是指通过电弧的操作(包括但不限于埋弧焊、GTAW焊、GMAW焊、MAG焊、MIG焊、TIG焊)或者通过与焊接系统一起使用的任何电弧的操作对熔融材料的沉积。
[0025]现在将出于展示在递交本专利申请时申请人已知的最佳模式的目的来描述实施本发明的最佳模式。实例和附图仅仅是说明性的而不意味着要限制本发明，本发明通过权利要求书的范围和精神来衡量。现在参照附图，其中，示出的内容仅是出于展示本发明的示例性实施例的目的而不是出于限制本发明的示例性实施例的目的，图1至图4展示了与自动的或半自动的焊接系统一起使用的焊接系统。焊接系统的一个展示性实例是轨道式焊接，该轨道式焊接通常用于连接不同类型材料的导管或管道。例如，可以使用钨极惰性气体(TIG)或气体保护钨极弧焊(GTAW)焊炬来围绕在有待通过自动化机械系统焊接在一起的这些管道进行轨道式运动。图1-2B展示了如在轨道式焊接环境中使用的轨道式焊接系统100(也称为焊机、系统、焊接系统和/或焊机系统)的示例实施例。轨道式焊接系统100包括围绕这些管道或导管行进的焊接牵引机(未示出)、焊接电源(未示出)和控制器(未示出)、以及提供操作者控制的挂件(未示出)。应了解的是，本主题创新可以用于任一轨道式或非轨道式焊接系统。此外，本主题创新可以与包括电弧和被液化以将焊接材料沉积到工件上的热焊丝的任何焊接操作一起使用。
[0026]系统100(如参见图1-2B)—般用于深槽焊接。在所示的实例中，焊接系统100包括轨道式TIG焊机，该焊机具有可以附接至工件上或被支撑在轨道上的焊机本体或底架101。焊机100包括焊炬(总体上指示为30)，该焊炬具有焊接焊条32以用于沉积焊接材料以便在焊接区Z处形成焊接部。焊条32是延长的焊条、具有适合于被焊接的槽G的焊条长度。延长的焊条32可以具有适合于给定深槽焊接的任意长度，包括大于10毫米的长度在内。如在所示的实例中所描绘的，焊条长度可以大于100毫米。所示的具体实例具有大约120毫米的长度。这个实例不是限制性的，因为根据槽G的深度可以使用具有更大或更小长度的焊条。
[0027]焊炬30被连接到屏蔽气体供应源102，该屏蔽气体供应源102向焊炬30提供如氩气的惰性气体。焊接气体供应源102可以包括如柱体的容器，该容器储存处于压力下的屏蔽气体S，并且屏蔽气体S经由适当的管系或其他管路递送可以是由调节器或其他控制器107来控制的。非加压源也可以与由栗等提供