用于电缆上的天线的系统和方法与流程

背景技术：

本发明总的来说涉及无线通信，并且更明确地说，涉及用于焊接系统中的无线通信的系统和方法。

焊接是一种已在各种行业和应用中越来越多地被使用的工艺。这些工艺在某些情形下可以是自动化的，但是对手动焊接操作来说，继续存在大量应用。在两种状况下，这些焊接操作依赖于各种类型的设备(例如，装置)之间的通信，以确保焊接操作被适当地执行。

某些焊接系统可包含使用有线通信而相互通信的装置，而其它焊接系统可包含使用无线通信而相互通信的装置。无线通信系统可利用无线电模块，其中所述无线电模块耦接到天线以接收或传输电磁波来进行无线通信。法规可指定无线通信系统的各种特性以减小多个无线通信系统之间的电磁干扰。然而，法规可指定独立无线通信系统的天线之间的最小距离，因此影响无线通信系统的外壳的几何结构。此外，安装到外壳的一些天线可相对庞大或显眼，并且安装到外壳的天线可限制无线通信的有效范围或方向性。

技术实现要素：

在下文概述范围与初始主张的发明相称的某些实施例。这些实施例不希望限制本发明的范围，而实际上，这些实施例仅希望提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文所阐述的实施例的各种形式。

在一个实施例中，一种系统包含：外壳，具有设置在其中的第一无线电模块；第一电缆，耦接到所述外壳；以及第一天线，电耦接到所述第一无线电模块并在所述外壳的外部在沿着所述第一电缆的第一位置处安装到所述第一电缆。所述第一无线电模块被配置成经由所述第一天线沿着第一无线通信信道而通信。

在另一实施例中，一种焊接系统包含：第一天线；以及第一通信线路，电耦接到所述第一天线。所述第一天线被配置成安装到与所述焊接系统的外壳介接的第一电缆，并且所述第一天线被配置成沿着第一无线通信信道而通信。所述第一通信线路被配置成将所述第一天线电耦接到所述外壳内所设置的第一无线电模块。

在另一实施例中，一种焊接系统包含：焊接电缆，被配置成将焊接电力提供到焊炬；天线，安装到所述焊接电缆；以及通信线路，具有第一端和第二端。所述焊接电缆包含被配置成与外壳介接的第一端子。所述天线被配置成接收或传输无线电信号。所述第一端被配置成与所述天线电耦接，并且所述第二端被配置成与所述外壳内的无线电模块电耦接。

附图简单说明

当参照附图阅读具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中，相同附图标记表示相同部分，其中：

图1图示焊接系统的实施例，其中所述焊接系统具有围绕所述焊接系统的导管的天线；

图2图示围绕耦接到焊接系统的外壳的导管的环形天线的实施例；

图3图示沿着线3-3截取的图2的环形天线的实施例的横截面；以及

图4图示可围绕焊接系统的导管布置的天线的实施例的透视图。

具体实施方式

下文将描述本公开的一个或更多个具体实施例。这些所描述的实施例仅是本公开的实例。此外，为了提供对这些实施例的简明描述，在本说明书中可能不描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计计划中，必须做出众多实施方案特定决策来实现开发者的特定目标，例如，符合系统相关和商业相关的约束条件，所述约束条件可在实施方案间有所不同。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂和费时的，但是仍然将是可受益于本公开的一般技术人员进行设计、构造和制造的例行工作。

参照附图，图1图示根据本公开的方面的焊接系统10(例如，熔化极气体保护电弧焊(gmaw)系统)的实施例，其中焊接电力单元12以及一个或更多个焊接装置14可被一起利用。应理解，虽然本论述可具体着重于图1所图示的gmaw系统10，但当前公开的方法可用于使用任何电弧焊工艺(例如，fcaw、fcaw-g、gtaw(即，tig)、saw、smaw或类似电弧焊工艺)的系统中。此外，虽然本申请具体与焊接装置之间的通信相关，但本文所提供的通信方法可应用到一起利用的任何两个装置。

如图示，焊接系统10包含焊接电力单元12、焊接装置14(例如，送丝机、远程装置、悬架式操纵台、遥控器、焊接传感器)、供气系统16和焊炬18。焊接电力单元12通常对焊接系统10供应焊接电力(例如，电压、电流等)，并且焊接电力单元12可经由电缆束20而耦接到焊接装置14并且使用具有线夹26的工作电缆24而耦接到工件22。工作电缆24可与电缆束20集成或分开。

在一些实施例中，电缆束20包含处于焊接电力单元12与焊接装置14之间的有线通信线路。例如，焊接电力单元12可经由电力线路通信而与焊接装置14通信，其中数据是在焊接电力上(例如，在同一物理电导体上)提供(例如，传输、发送、传送、输送)。如应了解的是，焊接电力单元12可使用任何适当有线或无线协议(例如，rs-232、rs-485、以太网、专有通信协议)而与焊接装置14通信(例如，接收和/或传输信号)。在某些实施例中，焊接电力单元12和焊接装置14可使用有线通信线路来通信，其中所述有线通信线路经由网络(例如，因特网、内联网)而链接焊接电力单元12和焊接装置14。例如，焊接电力单元12与焊接装置14两者可使用以太网电缆而连线到因特网。因此，焊接电力单元12可经由以太网而与焊接装置14通信。在一些实施例中，焊接电力单元12和焊接装置14可使用无线通信信道(例如，wi-fi、蓝牙、紫蜂、蜂窝)而通信(例如，直接通信，或经由网络而间接通信)。例如，蜂窝无线通信信道可经由包含(但不限于)码分多址(cdma)标准、全球移动通信系统(gsm)标准或其任何组合的标准而通信。

焊接电力单元12可包含电力转换电路28，其中电力转换电路28从电源30(例如，ac电网、发动机/发电机组或其组合)接收输入电力，调节所述输入电力，并经由电缆束20而提供dc或ac输出电力。因此，根据焊接系统10的需要，焊接电力单元12可为焊接装置14供电，而焊接装置14转而为焊炬18供电。端接在线夹26中的工作电缆24将焊接电力单元12耦接到工件22，以闭合在焊接电力单元12、工件22和焊炬18之间的电路。电力转换单元28可包含能够如焊接系统10的要求所指示而将ac输入电力转换为直流正接(dcep)输出、直流反接(dcen)输出、dc变极性、脉冲式dc或可变平衡(例如，平衡或不平衡的)ac输出的电路元件(例如，变压器、整流器、开关、升压转换器、降压转换器等)。

所图示的焊接系统10包含供气系统16，其中供气系统16将保护气体或保护气体混合物从一个或更多个保护气体源32供应到焊炬18。供气系统16可经由气体线路34而直接耦接到焊接电力单元12、焊接装置14和/或焊炬18。具有分别耦接到一个或更多个保护气体源32的一个或更多个阀门的气体控制系统36可调节气体从供气系统16到焊炬18的流动。气体控制系统36可与焊接电力单元12、焊接装置14或供气系统16或其任何组合集成。

如本文所使用的保护气体可表示可被提供到电弧和/或焊接熔池以便提供特定局部气氛(例如，用于保护电弧、提高电弧稳定性、限制金属氧化物的形成、改进金属表面的润湿、更改焊接沉积物相对于填料金属和/或底料金属的化学性质，等等)的任何气体或气体混合物。通常，保护气体是在焊接时提供，并且可在焊接前一刻开启和/或在焊接后持续较短时间。在某些实施例中，保护气体流可以是保护气体或保护气体混合物(例如，氩气(ar)、氦气(he)、二氧化碳(co2)、氧气(o2)、氮气(n2)、类似的适当保护气体或其任何混合物)。例如，保护气体流(例如，经由气体线路34而输送)可包含ar、ar/co2混合物、ar/co2/o2混合物、ar/he混合物等。

在所图示的实施例中，焊接装置14经由电缆束38而耦接到焊炬18，以便在焊接系统10的操作期间将耗材(例如，保护气体、焊丝)和焊接电力供应到焊炬18。在另一实施例中，电缆束38可仅将焊接电力提供到焊炬18。在操作期间，可使焊炬18靠近工件22，以使得电弧40可形成在耗材焊接电极(即，离开焊炬18的接触焊嘴的焊丝)与工件22之间。

焊接系统10被设计成允许数据设定(例如，焊接参数、焊接工艺等)由操作员选择或输入(明确地说，经由焊接电力单元12上所设置的操作员接口42)。操作员接口将通常并入到焊接电力单元12的前面板中，并且可允许选择设定。所选择的设定被传达到焊接电力单元12内的控制电路44。下文更详细地描述的控制电路44操作以控制从焊接电力单元12输出的焊接电力的产生，其中焊接电力由电力转换电路28施加到焊丝以执行期望焊接操作。控制电路44可至少部分基于经由操作员接口42而接收的数据设定、经由焊接电力单元12的通信电路46而接收的数据设定或其任何组合来控制电力转换电路28。如下文详细地论述，经由通信电路46而接收的数据设定可以是经由与一个或更多个联网装置(例如，另一焊接电力单元12、焊接装置14、供气系统16、焊炬18、传感器、工作站、服务器等或其任何组合)的有线和/或无线连接来接收。如下文详细地论述，焊接系统10可将多个通信电路46包含在焊接电力单元12、一个或更多个焊接装置14、供气系统16或焊炬18或其任何组合内。通信电路46可在各种通信信道(包含(但不限于)电力线路通信、rs-232、rs-485、以太网、wi-fi、紫蜂、蓝牙、蜂窝或其任何组合)中的一个或更多个上相互通信耦接(例如，配对、联网)。在一些实施例中，通信电路46和操作员接口42可使数据设定(例如，送丝速度、焊接工艺、电流、电压、电弧长度、功率电平)能够在焊接系统10的一个或更多个部件(例如，焊接电力单元12、一个或更多个焊接装置14、供气系统16、焊炬18或其任何组合)上被设定。此外或或者，存储器和/或数据库中所存储的数据设定可从计算机、工作站、服务器或其任何组合传输到通信电路46。

一个或更多个焊接装置14的装置控制电路48可控制相应焊接装置14的各种部件。在一些实施例中，装置控制电路48可从焊接装置14的操作员接口42接收输入和/或从焊接装置14的通信电路46接收输入。一个或更多个焊接装置14可包含送丝机，其中所述送丝机具有受装置控制电路48控制的送丝组件50。送丝组件50可包含(但不限于)电动机、驱动轮、卷轴、电力转换电路或其任何组合。装置控制电路48可针对期望焊接应用根据经由操作员接口42或通信电路46接收的输入而控制焊丝从卷轴到焊炬18的送给。在一些实施例中，焊接装置的操作员接口42可使操作员能够选择一个或更多个焊接参数，例如，送丝速度、所利用的焊丝的类型、电流、电压、功率设定等。

在焊接应用期间，来自焊接电力单元12的电力通常通过耦接到焊炬18的电缆束38的焊接电缆54而施加到电极52(例如，焊丝)。类似地，保护气体经由气体线路34可穿过电缆束38而送给到焊炬18。在一些实施例中，在焊接操作期间，焊丝42穿过电缆束38朝向焊炬18推进。当焊炬18上的触发开关56被致动时，焊炬18中的通信电路46可被配置成将信号(例如，有线或无线)提供到焊接电力单元12、焊接装置14或供气系统16或其任何组合，因此使焊接工艺能够由操作员开始和停止。也就是说，在触发开关56的按压之后，气体流动开始，焊丝可被推进，并且电力被施加到焊接电缆54并穿过焊炬16以进行焊接应用。在一些实施例中，焊炬18中的通信电路46可在焊接应用期间促进焊炬18与焊接系统10的其它部件之间的通信。

焊接电力单元12、焊接装置14和供气系统16的组件可设置在相应外壳内。例如，焊接电力单元12的控制电路44、电力转换电路28、通信电路46和气体控制系统36布置在第一外壳58内。操作员接口42可与第一外壳58集成和/或安装到第一外壳58。以类似方式，第二外壳62可至少部分封闭焊接装置14的部件，例如，气体控制系统36、操作员接口42、通信电路46、焊接装置控制电路48以及送丝组件50。第三外壳64可至少部分封闭供气系统16的部件，例如，保护气体源32、气体控制系统36以及通信电路46。如下文详细地论述，相应外壳内的部件可穿过经由端子而耦接到外壳的导管或电缆、延伸穿过外壳的导管或电缆或其任何组合而接收和/或传输信号。例如，耦接到电源30的输入电力电缆60可延伸穿过第一外壳58，并且电缆束20的导管(例如，工作电缆24、焊接电缆54)可与第一外壳58和第二外壳62上的端子耦接。此外或或者，耦接到外壳58、62、64和/或穿过外壳58、62、64的导管可包含(但不限于)电缆束20、38、输入电力电缆60、焊接电缆54、工作电缆24、供气线路34、有线通信线路或其任何组合。

第一外壳58、第二外壳62和/或第三外壳64内的通信电路46部件中的一个或更多个可经由安装到导管的天线66而传达(例如，接收和/或传输)无线信号。例如，天线66可经由机械连接(例如，紧固件、配合几何结构、热缠绕、收缩缠绕)、粘合剂、环氧树脂、树脂、胶带或其任何组合而安装到导管。所安装的天线66可沿着导管的一部分、至少部分围绕导管的圆周或其任何组合而延伸。例如，天线66可至少部分缠绕在导管周围。也就是说，天线66可在周向上围绕导管的至少一部分，以使得天线66围绕导管在周向上延伸大约45度、60度、90度、120度、150度、180度、270度或360度。天线66经由通信线路68而电耦接到通信电路46。天线66可至少部分围绕屏蔽导管或未屏蔽导管而布置。天线66可穿过围绕焊接系统10的自由空间(例如，空气)而传输和/或接收无线信号。天线66不与天线66所安装到的导管电耦接。也就是说，天线66不沿着导管的电缆(例如，焊接电缆54、工作电缆24)传输或接收信号。在一些实施例中，耦接到焊接电力单元12的第一天线70可使第一通信电路72能够经由第二天线76而与第二通信电路74通信，即使在第一通信电路72与第二通信电路74之间视线被阻挡时也是如此。也就是说，第一天线70和第二天线76可沿着相应导管布置以在天线70、76之间实现实质上未被阻挡的视线。

图2图示耦接到与外壳82介接(即，耦接)的导管80的天线66的实施例。外壳82可以是焊接电力单元12的第一外壳58、焊接装置14的第二外壳62和/或供气系统16的第三外壳64。导管80可以是输送一个或更多个电信号(例如，通信、电力)(例如，输入电力电缆60、焊接电缆54、工作电缆24、通信线路、电缆束20或电缆束38)和/或气体的流动(例如，供气线路34)的导管。导管80可以是刚性或柔性导管。导管80可与外壳82内的一个或更多个部件(包含(但不限于)电力转换电路28、通信电路46、气体控制系统36、送丝组件50或其任何组合)介接。

第一天线84经由第一通信线路88而电耦接到第一无线电模块86。第一天线84至少部分围绕第一导管90而设置。第二天线92经由第二通信线路96而电耦接到第二无线电模块94。第二天线92至少部分围绕第二导管98而设置。在一些实施例中，第一天线84和/或第二天线92被配置成实质上环绕相应导管90、98。第一无线电模块86和第二无线电模块94可以是焊接电力单元12、焊接装置14、供气系统16或焊炬18的通信电路46的部件。在一些实施例中，固定天线100(例如，鞭状天线、偶极天线、橡皮鸭天线)可安装到外壳82并电耦接到外壳82内的通信电路46。此外或或者，固定天线100可设置在外壳82内并耦接到第二无线电模块94。例如，外壳82可至少部分由穿过外壳82经由天线100而实现无线通信的材料(例如，塑料)形成。

第一天线84可相对于第二天线92在第一距离102处和/或相对于固定天线100在第二距离104处围绕第一导管90而定位。第二天线92相对于固定天线100在第三距离106处围绕第二导管98而定位。如可了解的是，关于电磁辐射发射的法规可指定两个或更多个天线之间的最小距离108，而未对法规的遵守进行认证。例如，法规可指定两个天线之间的最小距离108大于约5cm、10cm、15cm、20cm、30cm或50cm。因此，第一通信线路88的第一长度110可使第一天线84围绕第一导管90的布置能够就相对于第二天线92的第一距离102来说遵守法规。此外或或者，第一通信线路88的第一长度110可使第一天线84的布置能够就相对于固定天线100的第二距离104来说遵守法规。

以类似方式，第二通信线路96的第二长度112可使第二天线92围绕第二导管98的布置能够就相对于固定天线100的第三距离106来说遵守法规。如可了解的是，柔性第一导管90和第一通信线路88可使制造商和/或操作员能够将第一距离102和/或第二距离104调整为大于最小距离108以遵守电磁干扰法规。第一天线84围绕第一导管90的布置可使第一无线电模块86和第二无线电模块94在外壳82内间隔开第四距离114，其中第四距离114小于最小距离108。因此，围绕第一导管90布置的第一天线84使围绕第一无线电模块86和第二无线电模块94的外壳82能够小于第一无线电模块86与第二无线电模块94两者利用与外壳82介接或布置在外壳82内的固定天线100的状况。也就是说，虽然耦接到第一无线电模块86和第二无线电模块94的固定天线100可具有尺寸(例如，长度、宽度、高度)大于最小距离108的外壳82，但本文所述的天线66使外壳82能够具有小于最小距离108的每一尺寸。

耦接到天线66的通信线路68可包含(但不限于)同轴电缆、双绞线或屏蔽电缆。通信线路68可与导管80分开，如第一天线84以及与第一导管90分开的第一无线电模块86之间的第一通信线路88所图示。在一些实施例中，第一通信线路88延伸穿过外壳82以与第一无线电模块86直接耦接，因此将第一天线84直接耦接到第一无线电模块86。或者，第一通信线路88经由通信端口116而与第一无线电模块86耦接。图2所图示的通信端口116与第一端子118集成，其中第一端子118与第一导管90介接；然而，在一些实施例中，通信端口116可与第一端子118分开，其中第一端子118与第一导管90介接。通信端口116可使第一天线84和第一通信线路88能够附接到(例如，改装)到现有第一导管90(例如，焊接电缆54)。

在一些实施例中，通信线路68至少部分与导管80集成，如第二天线92与第二无线电模块94之间的第二通信线路96所图示。例如，第二通信线路96可与焊接电缆54集成以使得第二通信线路96处于第二导管98的套管120(例如，绝缘层、屏蔽层)内。套管120可部分或完全封闭(例如，围绕)外壳82与第二天线92之间的第二通信线路96的外部部分(例如，第二长度112)。在一些实施例中，套管120与第二天线92整体形成。此外或或者，套管120可与第二导管98(例如，焊接电缆54、工作电缆24、电缆束20、电缆束38等)整体形成。套管120可使第二导管98和第二天线92能够在将第二导管98围绕工地移动时较不可能勾在或卡在电缆、角落、钩和其它物品上。在一些实施例中，套管120和第二天线92与第二导管98整体形成或围绕第二导管98而改装，以使得将第二导管98耦接到外壳82的相应第二端子118将第二导管98电耦接到外壳内的部件并经由上文所论述的相应通信端口116而将第二天线92电耦接到第二无线电模块94。套管120可包含(但不限于)将第二通信线路96紧固到第二导管98的包裹物或胶带。

在一些实施例中，多个天线66可沿着导管80而布置。例如，第三天线122可定位在第一导管90上，其中第三天线122电耦接到第二无线电模块94或焊接系统10的另一部件(例如，焊接电力单元12、焊接装置14、供气系统16、焊炬18)的通信电路46。第三天线122与第一天线84间隔开第五距离124，其中第五距离124大于最小距离108。例如，第一天线84可围绕焊接电缆54而布置，并耦接到送丝机内的通信电路46。第三天线122可围绕焊接电缆54而布置，并耦接到焊炬18或焊接系统10的另一部件内的通信电路46。应了解，任何量的天线66可耦接到外壳82内的相应无线电模块。例如，焊接系统10可具有外壳82，其中外壳82与1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个天线66通信并具有相应无线电模块，其中每一天线66至少部分围绕相应导管80而布置，并与其它天线66或固定天线106间隔开至少最小距离108。

图3图示沿着图2的线3-3截取的围绕导管80而布置(例如，安装)的天线66的实施例的横截面图。焊接电缆54布置在导管80内，并且通信线路68穿过导管80的壁130而与天线66耦接。在一些实施例中，空气和/或绝缘物可填充壁130、焊接电缆54和通信线路68之间的空间。此外或或者，通信线路68可耦接到焊接电缆54的壁130，而无介入空间。焊接电缆54可以是绝缘层134内的实心或编织导体132。天线66围绕导管80的壁130围绕导管80而设置。在一些实施例中，天线66围绕导管80呈环形。天线66可以是虚线136所示的开口环，因此使天线66能够从径向方向138围绕导管80而设置。例如，开口环天线66可从径向方向138附接到耦接到焊接系统10的部件(例如，焊接电力单元12)的导管80(例如，焊接电缆54)，而不将导管80与相应部件解耦，因此使开口环天线66能够容易耦接到导管80。

通信线路68耦接到天线66的天线元件140，其中天线66穿过围绕天线66的环境142而接收或传输电磁信号。天线元件140是导电材料(例如，铝、铜、银)。天线元件140可耦接到邻近于天线元件140的柔性介质144，例如，柔性印刷电路板。在一些实施例中，天线元件140是箔片。此外或或者，天线元件140可形成(例如，蚀刻、沉积)在柔性衬底上，例如，聚酰亚胺、聚醚醚酮(peek)或透明导电聚酯膜或其任何组合。天线元件140和柔性介质144可用绝缘和/或保护材料146层压和/或封装。

图4图示围绕导管80而布置的天线66的实施例。天线元件140可至少部分基于将经由天线66而传达的无线传输的波长和特性而以各种图案布置在柔性介质144上。图4图示以分支图案148布置的天线元件140。天线元件140的当前预期的布置可包含(但不限于)螺旋图案、圆形图案、方形图案或长方形图案或其任何组合。柔性介质144上的连接器150被配置成将天线元件140电耦接到通信线路68(例如，在某些实施例中，是同轴电缆)。柔性介质144使天线66能够如箭头152所示围绕导管80而塑形，以使得当天线66围绕导管80而设置时，第一边缘154可邻近于柔性介质144的相对边缘156，如图3所图示。

虽然仅在本文中说明和描述本发明的某些特征，但对于本领域的技术人员来说，将清楚许多修改和改变。因此，应理解，随附权利要求书希望涵盖落入本发明的真实精神内的所有这些修改和改变。

元件列表

10焊接系统

12焊接电力单元

14焊接装置

16供气系统

18焊炬

20电缆束

22工件

24工作电缆

26线夹

28电力转换电路

30电源

32保护气体源

34气体线路

36气体控制系统

38电缆束

40电弧

42操作员接口

44控制电路

46通信电路

48装置控制电路

50送丝组件

52电极

54焊接电缆

56触发开关

58第一外壳

62第二外壳

64第三外壳

60输入电力电缆

66天线

68通信线路

80导管

82外壳

84第一天线

86第一无线电模块

88第一通信线路

90第一导管

92第二天线

94第二无线电模块

96第二通信线路

98第二导管

100固定天线

102第一距离

104第二距离

106第三距离

108最小距离

110第一长度

112第二长度

114第四距离

116通信端口

118第一端子

120套管

122第三天线

124第五距离

130壁

132编织导体

134绝缘层

136虚线

140天线元件

142环境

144柔性介质

146保护材料

148分支图案

150连接器

152箭头

154第一边缘

156相对边缘