一种直接火花对焊电焊机及其焊缝的实时动态诊断和判定帮助的方法

专利名称：一种直接火花对焊电焊机及其焊缝的实时动态诊断和判定帮助的方法
技术领域：
本发明涉及一种新的方法，用于直接火花对焊电焊机及这类设备所获焊缝的实时动态诊断。
本发明还涉及实现这种方法的直接火花对焊电焊机。
这种工艺能够实现圆形、方形、不同外形、管形、带形等的线性接合，还有彼此之间形成某一特定角度(最常见的是90°)的工件组合。
对焊技术所获得的焊缝质量，在许多情况下，是很重要的。实际上，特别是在连续加工过程中，例如滚压过程中，焊缝必须要经受压力。要不然，可以观测到由于焊缝接连断裂而造成的生产率大幅下降及工具损耗。焊缝质量的重要性，显然并不仅局限于连续加工过程；焊缝的质量，对于产品买方来说，也是很重要的。
在钢带的加工过程中，有必要进行对焊；在加工过程中，要不断地从卷绕状态松开钢带，以确保加工处理的不间断性。在此，可以将不间断的酸洗加工处理或不间断的滚压加工处理作为实例。在这些加工处理中，非常重要的是要确保加工处理的连续性，以保证高的产品质量，实现高的生产率，并降低生产成本。在电焊机后面设置一台用来给要加工处理的产品预加载的蓄压器，可以避免在焊接作业中出现加工处理过程的中断。
在这些加工处理过程中，如果焊缝断裂，可以确定有下述缺点·焊缝断裂会造成加工处理过程的中断，从而，导致生产损失；·焊缝断裂会对工具造成损坏；·产品质量下降；·在给钢带攻丝时，有伤害人员的危险；·焊缝的可靠性下降。
如果在焊缝形成之后，对焊缝质量存在任何疑虑的话，电焊机操作人员仅能够对焊缝进行机械加压，以检测焊缝的强度。自然，这种检测是不够的，而且也是非常不可靠的。此外，这种检测还要占用一定的时间，从而，进一步降低生产线的生产率。
目前，现有用来确定焊缝质量的方法是非常原始的，而且不能够在电焊机上实现精密、准确或严密的实时分析。通过调查研究得知，公知的方法仅局限于将一些信号存储在存储器中，最后，再将许多测量值的演变线显示出来。
因此，在直接火花对焊电焊机的情况下，通常测量和评定的电学数值，例如电流或电压，是初级电路的电学数值。有时也测量供电变压器的次级电压，变压器供电的电路可能由以下部分构成供电电缆、铁心段、模具、夹头、产品及其实际焊接面。在任何情况下都不评定次级电流的瞬时测量值，例如在允许焊缝进入电焊机之后的连续加工处理过程之前，不将评定次级电流的瞬时测量值作为自动系统诊断有关直接火花对焊焊缝的有效性的一个组成部分。
当以这种方式工作时，不能够进行详细的分析，原因是在不评定各种次级电流和次级电压瞬时测量值的情况下，不能够区分上述各个组成部分。因此，举例来说，在不评定在初级电路和次级电路不同点上所采集的瞬时电流和电压测量值的情况下，从变压器初级线圈到次级线圈到实际焊接面附近的电能传输的平衡就不能够真正定量确定。在不评定次级电流和电压瞬时测量值的情况下，在变压器初级电路所测得的能量传输量的平衡，不能够用来推断对于次级电路和/或实际焊接面附近的能量分配。如果必要的话，推断也应当是以假设为基础。变压器的特性，变压器的瞬间工作复杂性，线圈、铁心段、模具、夹头和产品的机电状态，由于存在着相关性，因此，会使这种计算非常冒险。的确，在没有瞬时测量次级电流和次级电压并对其进行评定的情况下，不能够足够精确地定量分析从变压器初级电路(原电路)到实际焊接面附近的各种能量损失的分布。此外，由于知道夹头附近的能量确定，是随移动距离和时间而变化，因此，这应当仅仅是近似数值，从而，不能够使用这个数值来诊断可能存在的有关能量的缺陷。这种诊断方法无法对电焊机及所形成焊缝进行精确的诊断。
以前的技术没有提到对所获得信号进行可以使操作人员实现如下操作的任何分析或评定·在将焊缝送往电焊机之后的连续加工处理过程之前，立即对所形成的焊缝采取措施；·在焊接之后，立即对以更为恰当数据为基础的新诊断进行检测，在不需要重做焊缝的情况下，立即从诊断结果中获得益处；·修改控制焊接过程的参数，以使参数能够更好地适应焊接产品的类型；·获知电焊机的机电状态。
最后，由于这种现有系统一方面利用测量值来调整电焊机，而另一方面，又利用测量值来绘制可用于后面分析的演变线，因此，这种现有系统在某种意义上是一种“判断+推测”的系统。由于调整的目的是使一个(或几个)数值遵循所期望的进程，使用相同的电子信号进行控制显然是不足的。
特别是，本发明旨在提出一种新方法，用来对火花对焊电焊机及这类设备所形成焊缝进行实时动态诊断，在火花对焊技术的各种应用场合中，不论是连续加工处理还是非连续加工处理，不论是使用交流电流、脉动电流、准直流电流还是直流电流，即在电能提供给夹头之前通过二极管桥调整次级电压，对于圆形、方形、矩形截面或平带形产品等，这种新方法都适用。
本发明的另一个目的是在不影响常规对焊作业的情况下，在能够使用对焊作业的范围内，解决前面所提到过的各种问题。
本发明涉及一种数据的采集和计算方法，用来对火花对焊电焊机及其所获得焊缝实现实时动态诊断和判定帮助；电焊机被引入一个最好是连续的钢材加工处理过程，而且电焊机至少含有一个变压器和一个带有模具的夹紧装置，变压器至少有一个初级电路和至少一个次级电路，而且在模具中，一个模具是固定的，一个模具是活动的，以保证至少两个焊接工件能够串联插入变压器的次级电路，次级电路还含有至少一个变压器次级绕组、次级绕组的输入和输出接头、铁芯段、模具和夹头，初级电路和次级电路装有电流和电压传感器；包括以下步骤·在电焊机变压器的初级电路的端子上，测量瞬时交流电压，交流电压最好是正弦波交流电压；·在变压器的次级电路的端子上和在电焊机模具的夹头之间，测量瞬时交流电压；·在变压器的初级电路和次级电路内，测量瞬时电流；·至少在两个点上，测量活动模具的瞬时位移；·在电焊过程中，将测量到的电压、电流和位移存储在存储器中；·计算初级电路所提供的随时间变化的能量；·计算次级电路所提供的随时间变化的能量，最好是提供到夹头的能量；·计算次级电路提供到夹头的、随活动模具位移变化的能量；·计算在打火花期间的、随活动模具位移变化的热能损耗，它也称之为材料能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路/初级电路、夹头/次级电路、夹头/初级电路和夹头/材料的能量产额；·根据测量结果和计算结果，在有操作人员或没有操作人员进行交互式介入的情况下，就电焊机刚刚获得的至少一个焊缝的质量，自动确立实时动态诊断。
本方法最好还包括以下步骤·针对至少一个指定时间间隔，计算初级电路提供的能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路提供的能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路提供到夹头的能量。
直接火花焊接，适用于连续或非连续的钢产品加工处理过程。它能够使用交流电流、脉动电流、准直流电流或直流电流。最后，它最好是用于圆形、方形或矩形截面的产品，还有平带产品或管状产品。特别是，本发明所涉及的技术领域，涉及钢带在一个连续加工处理过程中的直接火花对焊，最好是酸洗或连续滚压的加工处理。
根据本发明的一个最佳实施例，这种方法在一种电焊机上实现，这种电焊机包括一个活动模具，通过液压缸朝着固定模具的方向致动，液压缸由液压控制电路致动；一个压差传感器，设置在液压缸上；一个压力传感器，设置在液压蓄压器的出口；两个线性传感器，偏离设置在夹头之间，最好是下压夹头之间，而且还包括以下步骤·在至少两个点上，瞬时测量活动模具的位移，并计算差动位移；·在液压蓄压器的出口，瞬时测量压力；·瞬时测量施加在位移液压缸上的压差；·在焊接过程中，将位移和压力数据存储在存储器中；·在至少两个点上，计算活动模具随位移变化的偏斜，这种偏斜称之为相对于理论焊接轴线的倾斜度；·在打火花和锻制期间，计算机械焊接力。
在根据本发明的用于测量数据采集和/或计算的方法中，数据便利地显示在一个最好是彩色的计算机屏幕、控制监视器上或处理站上，而且是以质量诊断形式来对数据进行评定。
就一个特别便利的方式来说，数据及其诊断评定的显示，可以让操作人员实时看到和/或分析数据及其诊断评定，并为电焊机操作人员判定刚刚形成的焊缝是否合格提供判定帮助。
此外，紧接在焊接作业之后，电焊机操作人员还有机会以更为恰当的数据为基础来建立一个新的诊断，这些数据最好由操作人员来输入而且最好与焊接产品的几何形状和可焊性有关，在无需重做焊缝的情况下，即可立即获得结果。
随位移变化的能量损耗的曲线，是有益的而且其最好是在尽可能靠近焊缝位置获得，这个曲线可使即刻的数字分析成为可能，从而，可对有关能量做出特别恰当的诊断。
电焊机操作人员能够便利地判定锻制的质量和焊接缺陷的数量，最好是对粘合和微粘合的判定。
依然是根据本发明，在焊接工件没有离开焊接工作台来继续加工处理的情况下，电焊机操作人员能够根据质量来判断焊缝为不合格，并重做焊缝。
数据的显示，最好使电焊机操作人员能够对其进行实时分析，并使电焊机操作人员能够对电焊机的机电状态进行诊断。
此外，还能够在没有电焊机操作人员介入的情况下，自动地实时判定刚刚形成的焊缝是否合格。
特别是，本发明涉及一种方法，用来在锻制之前对粘合缺陷进行探测和定量分析，它包括以下步骤·在由瞬时次级电流测量值所构成的曲线中，寻找曲线的局部最大值，瞬时次级电流测量值是在对应于变压器初级电路电压周期的连续时间间隔内采集到的；·在打火花期间，计算最大电流值超过最大锻制电流的固定百分比的次数；·根据所获得的数值，对缺陷进行判定。
根据本发明，这种引人注目的判定粘合缺陷的方法，既与产品的几何形状无关，也与供给初级电路的正弦电压的特性无关。因此，它构成了本发明的一项主要优点，赋予了本发明通用的特点。
根据本发明，针对每个焊缝及针对电焊机进行的维护，都形成一个数据文件，并将文件存储在存储器中。
质量统计最好是建立在所形成的大量焊缝基础之上，统计结果将显示出来，显示内容含有焊接缺陷的状态及数量。
根据本发明的具体特点，信号的采集速度是当焊接变压器初级电路被供给的是频率为50Hz或60Hz的正弦交流电压时，特征采集时间间隔通常是在0.01毫秒～2毫秒之间，最好是在0.1毫秒～1毫秒之间。因此，能够实现对伴随对焊过程所发生的现象进行详细和精确的分析。
本发明的另一个方面是涉及一种用来显示电子数据的装置，最好是计算机显示器、控制监视器或开发站，所显示的电子数据或是通过根据本发明的方法来获得或是由电焊机操作人员通过键盘输入来获得，这种显示装置的特征在于至少有一个用来显示图形(X、Y)的区域；一个用来显示焊接产品基本数据的区域，它针对的是新的焊接序列，或是自动输入或由电焊机操作人员手动输入；一个诊断区域，用来显示预定焊接参数的数值、电焊机操作人员针对同样参数所选择的数值、以及针对同样参数所实际测量得到的数值。就带头和带尾而言，焊接产品的基本数据是焊接板材的可焊接性、厚度、宽度和截面。
预定的焊接参数，最好是从含有下述参数的参数组中选择高压百分比、焊接时间、锻制行程、变压器所用的接头、位移曲线的凸轮或凸出、最终间隙、间隙杆及锻制电流的周期数量。
根据本发明的这种装置的一个具体实施例，这种装置有一个用来表明焊缝质量状态的显示区域。在焊缝质量不能够满足要求的情况下，这种装置有一个显示区域，指出造成焊缝质量不能够满足要求的原因。
图形(X、Y)便利地含有瞬时数值，绝对值或差动值、测量值或计算值，而且这些瞬时数值是从含有下述数据的组数中选择电压、电流、损耗能量、与焊接和模具位移有关的能量产额、以及在电焊机上不同点所测量到的数据。有关大量焊缝的统计结果，以各种图表形式显示出来例如圆饼型扇区统计图表(

图10a)、柱状统计图表(图10b)、帕累托型图表。
本发明的另一个目的是提议一种实现前面所述方法的火花对焊电焊机。
这种火花对焊电焊机，最好带有一个用于显示根据本发明的电子数据的显示装置。
图2为本发明的直接火花对焊电焊机的示意图，它表明了液压示意图，其中包括压力传感器和位置传感器。图2特别表明了活动模具在位移指定点上的倾斜度。
图3为电路示意图，表明了根据本发明的一个具体实施例，其中含有电流传感器，电流传感器提供与瞬时测量电流值有关的信号。
图4a为次级电流和次级电压随时间变化的一个实例，对应测量采集频率为2000Hz、焊接变压器初级电路被供给频率为50Hz的正弦交流电压。
图4b为次级电路所提供能量的计算结果随时间变化的一个实例，对应次级电压和电流的测量采集频率为2000Hz、焊接变压器初级电路被供给频率为50Hz的正弦交流电压。
图5a为一个诊断屏的实例，它能够在焊缝形成之后显示，表明了图2所示的活动模具在两个不同点上的位移及差动位移随时间的变化。
图5b为一个“机械”诊断屏的实例，它能够在焊缝形成之后显示，表明了在焊接过程中活动模具的倾斜度随其位移的变化。
图6为一个诊断屏的实例，它在焊缝形成之前和之后显示，而且能够在无需重做焊缝的情况下，通过改变基本数据，对诊断进行检测。
图7为一个诊断屏的实例，它在焊缝形成之后显示，情况是必需对焊缝进行检查。
图8为一个诊断屏的实例，与图7所示的相同，它在焊缝形成之后显示，但涉及的是高质量焊缝。
图9a为在整个焊缝形成期间次级电路所提供能量的计算结果随时间变化的一个实例，在整个焊缝形成期间，没有出现焊接缺陷。
图9b为在整个焊缝形成期间次级电路所提供能量的计算结果随时间变化的一个实例。在图中所示的情况下，诊断出在整个时间的前半段中对应于轻微的能量变化的缺陷。
图9c为在整个焊缝形成期间次级电路所提供能量的计算结果随位移变化的一个实例。这使系统诊断出在整个焊缝形成期间缺陷与活动模具位移(移动的间隙)的调整方式无关。
图10a和10b是以在每个焊缝之后形成的概述文件为基础的开发站上所获得的统计结果，内容包含在表3中。统计结果以扇形图表或圆饼型扇区统计图表(图10a)和柱状统计图表(图10b)的形式显示出来。
为了易于理解本发明提供的新颖的问题解决方法，在钢带的连续加工过程中，例如酸洗和连续滚压，将通过实例来说明钢带的直接火花对焊。但显然，在本发明范围内所描述和实现的新颖问题解决方法，也是能够适用于前面所提到过的各种工业领域。
初级电路由初级绕组11构成，它由电力网经过端子C、D来供给正弦交流电流(50Hz或60Hz)。初级电路至少配有一个开关20和一个断路器15。
次级电路的构成是次级绕组12；可能存在的从次级绕组12引出的输电电缆；连接点A和B；铁心段22、14、13、8、7、21、23；下压模3、4；下压夹头5、6；产品1、2；及产品的实际焊接面。次级电路的路径是连接点B；22；分流器14；13；8；下压模4；下压夹头6；产品2；1；下压夹头5、下压模3；7；21；23；连接点A。电压测量值19、16、18，分别是在变压器的初级电路和次级电路的端子和在下压具的夹头5、6之间来进行测量的。电流传感器24、17，分别设置在初级电路和次级电路之中，用来测量相应的电流。
为了理解所涉及到的概念，下面假设设备中仅含有一台变压器，这个变压器有一个初级电路和一个次级电路。而实际的工作台，如果需要的话，含有几个变压器，每个变压器都有一个或多个初级电路和/或次级电路。
工件1、2夹紧在夹头5、6之间，夹紧的程度应当足以确保在工件和夹头之间低接触电阻，焊接电流的良好的传导并当在工件上施加反向力时，避免工件在夹头之间出现任何滑动。
左侧夹紧装置3是固定在一个固定工作台7上，工作台7牢固地连接在机器的支撑结构上；而右侧夹紧装置4是固定在一个活动工作台8上，工作台8平行于焊接工件的位移轴线9位移。
图2是一个具体实施例中的电焊机的机械和液压示意图，它不受本发明范围的限制。活动模具4在液压缸281的作用下，朝着固定模具3的方向进行运动。这些液压缸的液压控制电路27中含有一个伺服阀273；一个电子锻制阀272；液压蓄压器271；以及一个压力传感器274，用来提供有关工作压力的电信号。一个附加的压差传感器28，设置在液压缸281上。两个线性传感器26，提供有关其连接点到模具之间距离的电信号。这些传感器能够测出模具之间的距离和活动模具的偏移。
在火花焊接期间，依次进行下面的操作·将焊接工件1、2(图1)夹紧在模具3、4的夹头5、6之间。这时，要组合的端面或是处于非接触状态或是处于没有压力的不完全接触状态；·给变压器加上电压，从而，给焊接工件加上电压；·慢慢地移动活动工作台8，当焊接面在轻微压力之下接触时，产生火花现象；·在一段位移之后，施反向力或锻制。
在活动工作台8的运动中，焊接工件的表面在轻微的压力下变为接触。于是，通过这几个少量的接触点，次级电路闭合，在这些接触点上，电流密度非常高。在这些点上，有强烈的热量释放，使接触点迅速熔化。这种现象的特征是粒子射出或火花射出，此后，将其称之为打火花。这种现象在活动工作台推进的整个时间中持续，随着材料的排出，保持工件之间的持续接触。
当打火花行程完成时，要组合的端面已经达到了焊接温度，而且通过活动工作台的快速运动，要组合的端面相互之间受到强烈挤压。这是反向阶段或锻制阶段。在这个阶段中，保持焊接电流、全部切断或部分切断或有时延长到超过机械锻制的结束之后。松动夹紧模具，能够取下焊接好的工件。变压器初级电路中的开关20(图1)，可用带有可变触发角的电子可控硅开关30(图3)来取而代之。
图3通过另一个具体实施例，给出了各个电流传感器和电压传感器的位置，这个实施例含有两个变压器31、32，这两个变压器通过铁心段401连接到模具和夹头。在初级电路中，测量至少一个总电压33(Up)和一个总电流34(Ip)。在次级电路中，在每个次级绕组和夹头39(Um)之间，测量电压35、36(Us1、Us2)和39(Um)。同样，也测量对应于每个次级绕组的电流37、38(Is1、Is2)。
为直接火花对焊电焊机及其焊缝40提供判定帮助的实时动态诊断，是本发明的目的，其独特的特点是对相关的电学数值33、34、35、36、37、38、39(图3)进行分析和评定，分析和评定不仅在电焊机变压器的初级电路进行，也在电焊机变压器的次级电路进行，还在用来夹紧焊接产品的夹头5和6附近进行(图3)。此外，这些电学数值，例如电压和电流，其测量采集频率至少是提供给焊接变压器初级电路的正弦交流电压频率的20倍。
图4表明了当测量采集频率为2000Hz、焊接变压器初级电路被供给频率为50Hz的正弦交流电压时，次级电流和次级电压测量值随时间变化的一个实例。为了便于理解，对应于固定测量采集频率的持续时间(周期)用符号Δt(s)或Δt来表示。
根据这些数值，计算出在确定时间间隔内所提供的能量E(J)(图4b)。这个确定的时间间隔显然是Δt整数倍，而且瞬时电压和电流的测量采集对应于每个时间间隔Δt。在这些条件下，能量E(J)等于瞬时电流和瞬时电压的乘积再乘以Δt的总和。
在图3的情况下，针对一个确定时间间隔·Ep＝Up×Ip×Δt的和(＝在一个确定时间间隔内，初级电路提供的能量)；·Es1＝Us1×Is1×Δt的和(＝在一确定时间间隔内，次级电路1提供的能量)；·Es2＝Us2×Is2×Δt的和(＝在一确定时间间隔内，次级电路2提供的能量)；·Es＝Es1+Es2(＝在一个确定时间间隔内，次级电路所提供的能量)；·Em＝Um×(Is1+Is2)×Δt的和(＝在一个确定时间间隔内，提供给夹头5、6的能量＝在一个确定时间间隔内的焊接能量)。
图9表明了次级电路所提供的计算能量90、94分别随时间的变化(图9a和图9b)和随位移的变化(图9c)的变化。参考数字91和93确定了在锻制之前的打火花周期的界限(图9a和9b)。在图9c中，参考数字95把打火花阶段和锻制开始分开。
根据能量计算的结果，例如能够诊断出在打火花期间随时间而变化的能量90出现分配失衡，从而推测是被焊接产品具有差的几何外形(图9b)。例如，还能够诊断出随工作台相对于产品几何外形和打火花期间所测燃烧长度的位移而变化(图9c)的能量出现不足，从而推测是被焊接产品出现搭接。搭接的特征是在锻制之前，焊接产品部分或全部重叠；与锻制之前的正确打火花相比，能量吸收较低而且不同。由于知道能量94是随着尽可能接近焊缝的位移(图9c)而变化，因此，能够在这种特性曲线的数据分析基础上，做出恰当的诊断。的确，在打火花期间，在没有损耗的情况下，燃烧的材料数量应当是与位移成正比。
对于确定的时间间隔，还能够计算出初级/次级(Es/Ep)、次级/夹头(Em/Es)、初级/夹头(Em/Ep)、夹头/材料(Emat/Em)的能量产额。在打火花期间，材料能量是提高材料温度和熔化材料所需要的热能。它与产品性质、产品几何形状等有关，而且能够计算出来。在诊断根据本发明的电焊机及其所形成焊缝时，这就使得能够获知在从电焊机变压器的初级电路到焊缝附近的各种能量输出中是否出现了异常的能量损失。因此，能够做出恰当的诊断，例如在铁心段22、14、13、8、7、21、23(图1)之间的次级电流，遇到异常电阻；或在为次级焊接电路供电(图9a)的两个焊接变压器之间，出现能量输出失衡。
此外，信号的采集速度要能够实现对伴随对焊过程所发生的现象进行详细分析，当焊接变压器初级电路被供给的是频率为50Hz或60Hz的正弦交流电压时，特征时间间隔通常是在0.1毫秒～1毫秒之间(图4a)。
分析并不局限于电信号，而且还包括活动模具在几个位置41、42上(图5a)所测得的位移和差动位移43(图5a)。此外，计算偏差292、293(图2)，还显示在44、45上(图5b)。这些偏斜代表了在两个确定点上，实际轴线位置与理论轴线位置之间的差异。理论轴线291(图2)垂直于电焊机的理论轴线9，而实际轴线29通过活动模具上位置传感器的连接点294、295(图2)。信号46(图5b)表示开始焊接(数值从0变为1)。这样确定的偏差提供了有关活动模具在位移期间倾斜度的信息。
机械诊断将建立在上述测量结果和计算结果的基础之上。另外，还将进行上述测量结果的漂移监视。因此，能够诊断各种机械问题活动模具的倾斜度；模具的偏移；机械强度等。这些测量结果将作为开发在每个焊缝形成之后可供操作人员使用的计算机诊断屏的基础。例如，这种监视(诊断)屏带有操作人员可以使用的按钮，或直接操作或通过鼠标操作。例如，它可以是触摸屏。
电子分析和机械分析具有互补性，它们能够赋予诊断相当高的可靠性，而且它们的一些具体特点能够增加以焊缝可靠性为特征的适当标准的选择。因此，例如，打火花能量的不平衡分配，通常跟随的是低质量的锻制，打火花能量可以根据焊接变压器(图4b)次级电路的电子测量结果计算出来，锻制可以根据活动模具位移传感器26(图2)的测量结果来进行定量分析。此外，在打火花期间，粘合的定量分析是以次级电路瞬时测量值中的局部最大值为基础来进行，瞬时测量的连续时间间隔等于初级电路的供电电压周期。这些最大电流超过最大锻制电流临界百分比(75％)的次数，将被计数。然后，以所获得的数值为基础，可对缺陷进行定量分析。以一个实质上公知的方式，粘合提高了在焊缝内存在氧化材料的危险。因此，需要指出的是这种缺陷定量分析方法既与产品的几何形状无关，也与供给初级电路的正弦电压的特性无关，既然如此，它构成了本发明的一个主要优点，赋予了本发明通用特性。在火花焊接过程中，由于打火阶段是在锻制阶段之前，因此，仅能够在焊缝形成时发现粘缺陷。本发明的描述中所使用的“实时”这个词，应当理解为对应于一个持续时间或时间间隔，例如它至少包括形成一个焊缝所需要的时间间隔而且不超过这个时间间隔5秒。前面已经提到过，诊断结果将在焊缝形成之后获知，而且将在焊缝离开对焊工作台之前，立即以操作人员便利的方式提交出来。例如，在存在粘合缺陷的情况下，显示在79或80(图7)的文本是“在锻制之前明显粘合”；显示在68(图7)的文本是“焊缝需要检查”，而且盒子74变为红色。
活动模具的最初位置、中间位置和最终位置的监视，锻制长度的监视，还有液压的监视，是以一种绝对方式来进行。中间位置的监视和锻制长度的监视，受编码错误的影响或受焊接产品基本数据错误自动发送的影响，基本数据有每个产品的厚度、宽度、焊接截面及可焊性。但是，操作人员能够在焊接之后，基于可能是更为恰当的数据，立即对诊断进行检测，而且能够在无需重作焊缝的情况下，立即从结果中获得益处。
图6给出了一个诊断屏的实例，它能够在焊缝形成之前和之后显示内容。因此，能够在无需重做所有焊接操作的情况下，通过改变基本数据(可焊性62、厚度63、宽度64和焊接截面65)，即对诊断进行检测。从按钮49开始，根据每一个新的序列51，操作人员都能够修改带头(52)和带尾(53)的上述基本数据。然后，操作人员能够通过按动按钮50，返回图7或图8的屏幕，图7或图8的屏幕称之为“处理幕”。针对新输入的基本数据及其参数，诊断结果显示在78、74(图7或图8)，显示形式是文本说明(78)和可见指示灯(74)，指示灯能够是绿色(Ok)或红色(NOk)。
图6中的屏幕还使操作人员能够在焊接之前，在称之为参数选择部分48的中间部分，通过两个箭头键99(↑和↓)，对自动推荐值47(“10”、“26”、“19”等)进行修改。在这种情况下，诊断将以这些修改过的参数而不是以在第一行47(“10”、“26”、“19”等)中所推荐的焊接参数54、55、56、57、58、59、60、61为基础。在本发明的这个最佳实施例中，焊接参数分别是高电压百分比54、焊接时间55、锻制行程56、接触57(次级电压的选择值)、凸轮58(位移曲线的凸出)、最后间隔59、间隔杆60和周期数61，这是本领域技术人员所公知的。
粘合(微粘合)的分析及打火花能量失衡的分布的分析，是以一个相关方式来进行，因此，能够避免受编码错误的影响或受焊接产品基本数据(每个产品的厚度、宽度、焊接截面和可焊接性)错误自动发送的影响。
焊缝的分析直接在焊缝的末端进行，而且分析结果立即可得，在焊缝离开对焊工作台之前，即以操作人员便利的方式提交出来(图7或图8)。
当手动或自动输入基本数据62、63、64、65时，焊接参数54、55、56、57、58、59、60、61的数值即产生并显示出来(见图6)。在这里所考察的实例中，在焊缝形成之后，“过程”诊断屏(图7或图8)可以根据要求显现或自动显现。这个诊断屏实际上是被划分为3个区域。正如图6中所示，下部区域显示的是数字序列51的特点，带有基本数据62、63、64、65。这部分区域还含有所形成焊缝66的总数、最新焊缝68的情况(“焊缝需要检查”或“焊缝可疑”或“焊缝OK)、最新记录焊缝67的号码及存储数据69的文件说明。正如图6中所示，诊断屏的中部区域也含有针对“建议表格”47和“选择”48的过程54、55、56、57、58、59、60、61(图7或图8)的参数值。此外，还显示实际测量到的参数(“测量结果”75)。必要时，这个屏幕还允许操作人员利用按钮来实现一定的介入“输入下一个焊缝的数据，如果需要------点击这里”70；“在焊接后确认------等待后面的焊缝”71、“增速锻制”72。诊断屏的上部区域显示的是次级电路分别随时间76、77而变化的电压和电流的各自包络曲线，在焊接过程开始时和在锻造之前(图中未示出)，可能还带有一个有关焊接周期数量的注解；以及模具81、82的位移特性。在这种情况下或在其他情况下，造成任何焊缝不佳的原因，也以注解78的形式呈现出来(例如“在锻制之前的明显粘合＞0.12s提高焊接时间+6”)。
如果这证明需要，这种进行方式使操作人员能够重做焊缝，从而能够避免在对焊(图7)之后的处理过程中出现中断现象。
图8中所示的诊断屏，与图7(粘合)中所示的诊断屏相同，但涉及到了一个高质量的焊缝。状态68是“焊缝OK”。在78，不再有注解。
这种诊断特别是以传感器信号的分析为基础，传感器信号不被用来调整电焊机。这仅使诊断更为准确。
信号的分析并不仅仅局限于焊缝的分析；它还能够使工具机电状态的分析成为可能。为了记录，将对图5a中的图形制作基准，图5a表明了活动模具在两个不同位置41、42和差动位移43上的位移随时间的变化。也将对图5b中的图形制作基准，图5b表明了活动模具的倾斜度随其后端每次位移位置的变化。此外，操作人员还能够拥有一个供自己使用的显示屏，用来显示工程技术人员在过去更换模具和调整蓄压器压力时所进行的各项调整。这些数值的后面能够跟随注解(见表1中的实例)。它是测量位置的选择和这些测量(图1、图2和图3)的不同评定，这些测量能够实现数据的延伸处理并以诊断工具各个组成部分的诊断结束变压器、铁心段、模具和位移机构。另外，还能够实现精确的和实时的计算和能量均衡变压器初级电路和次级电路的能量；提供给夹头的能量等。
通过开发焊接参数的提议，还能够提供焊接控制帮助，下面给出了其中一些参数，但并不是全部·焊接时间，如果这项选择有用；·电流值或初级能量和/或次级能量，如果这些选择有用；·锻打行程；·过冲值；
·次级电压的选择，如果这项选择有用；·位移曲线及其凸出的选择，如果这项选择有用；·在打火花期间相对于低压时间来说的高压时间，如果这项选择有用；·在锻制开始之后维持电压期间的电压周期量；·在各个焊接阶段，硅可控整流器的触发角；·打火花行程，如果这项选择有用，等。
在每个焊缝之后(见表3中的实例)，诊断系统还能够形成一个有关焊缝分析的概述性文件，并将文件存储在存储器中。每个焊缝的数据，也存储在存储器中，而且允许电焊机操作人员重新配置自己以前设置的“诊断屏”和在“开发站”型IT设备上进行这项工作。这种存储能够对每个焊缝进行更高层次的研究，因此，可提高诊断的精确性。就开发站而言，根据所形成的大量焊缝，进行统计分析，从而，开发有关对焊操作的规程，特别是针对根据推测是难以焊接的各种钢材。此外，还可以制作一个概括屏，借助不同类型的图表，例如圆饼型扇区统计图表(图10a)、柱状统计图表(图10b)、帕累托型图表等，来显示这些统计结果。焊接缺陷的具体情况，也能够显示在同一个屏幕上(见表2中的实例)。
在维护和机械调整期间，根据本发明的方法而进行的过程是非常有用的，原因是这种方法能够将维护和机械调整存储在存储器中，而且能够将维护和机械调整用于校准，特别是校准进行诊断所需要的位置传感器。因此，能够分析各种调整参数对所形成焊缝质量的影响。还可进行磨损部件的监视，例如模具等的监视，以及机械介入的监视(表1)。因此，特别需要指出的是，表1所示的屏幕是操作人员可以使用的“诊断屏”的一个组成部分。
最后，这种设备还能够将对机器进行的所有介入的操作存储在存储器中，并能够将两次作业之间(表1)的漂移分析考虑进去。


表1

表2 表权利要求
1.一种测量数据的采集和计算方法，用来对火花对焊电焊机及其所获得焊缝实现实时动态诊断和判定帮助；所述电焊机被引入一个最好是连续的钢材加工处理过程，而且所述电焊机至少含有一个变压器和一个带有模具(3、4)的夹紧装置，所述变压器至少有一个初级电路和至少一个次级电路，而且在所述模具中，模具(3)是固定的，模具(4)是活动的，以保证至少两个焊接工件(1、2)能够串联插入变压器(10)的次级电路，所述次级电路还含有至少一个变压器(10)次级绕组(12)、次级绕组的输入和输出接头(A、B)、铁芯段(22、14、13、8、7、21、23)、所述模具(3、4)和夹头(5、6)，初级电路和次级电路装有电流和电压传感器；包括以下步骤·在电焊机变压器的初级电路的端子上，测量瞬时交流电压(19、33)，交流电压最好是正弦波交流电压；·在变压器的次级电路的端子上(16、35、36)和在电焊机模具的夹头之间(18、39)，测量瞬时交流电压；·在变压器的初级电路内(24、34)和次级电路内(17、37、38)，测量瞬时电流；·至少在两个点上(294、295)，测量活动模具(4)的瞬时位移(41、42)·在电焊过程中，将测量到的所述电压、电流和位移存储在存储器中；·计算初级电路所提供的随时间变化的能量；·计算次级电路所提供的随时间变化的能量，最好是提供到夹头的能量；·计算次级电路提供到夹头的、随活动模具位移变化的能量；·计算在打火花期间的、随活动模具位移变化的热能损耗，它也称之为材料能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路/初级电路、夹头/次级电路、夹头/初级电路和夹头/材料的能量产额；·根据所述测量结果和所述计算结果，在有操作人员或没有操作人员进行交互式介入的情况下，就电焊机刚刚获得的至少一个焊缝的质量，自动确立实时动态诊断(68、74、78、79、80)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括以下步骤·针对至少一个指定时间间隔，计算初级电路提供的能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路提供的能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路提供到夹头的能量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述电焊机的活动模具(4)，通过液压缸(281)朝着固定模具(3)的方向致动，液压缸本身由液压控制电路(27)致动；一个压差传感器(28)，设置在液压缸(281)上；一个压力传感器(274)，设置在液压蓄压器(271)的出口；两个线性传感器(26)，偏离设置在夹头(5、6)之间，最好是下压夹头之间；而且还包括以下步骤·在至少两个点上，瞬时测量活动模具(4)的位移(41、42)，并计算差动位移(43)；·在液压蓄压器(271)的出口，瞬时测量压力(274)·瞬时测量施加在位移液压缸(281)上的压差(28)；·在焊接过程中，将所述位移和所述压力数据存储在存储器中；·在至少两个点上(294、295)，计算活动模具(4)随位移变化的偏斜(44、45)，这种偏斜称之为相对于理论轴线(291)的倾斜度，理论轴线(291)垂直于电焊机的理论轴线(9)·在打火花和锻制期间，计算机械焊接力。
4.根据权利要求1～3中任何一个所述的测量数据的采集和/或计算方法，其特征在于所述数据是显示在一个最好是彩色的计算机屏幕、控制监视器上或处理站上，而且是以自动诊断(68、74、78、79、80)形式来对数据进行评定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述数据及其诊断(68、74、78、79、80)评定的显示，可以让操作人员实时看到和/或分析所述数据及其诊断评定，并为电焊机操作人员判定刚刚形成的焊缝是否合格提供判定帮助。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于紧接在焊接作业之后，所述电焊机操作人员还有机会以更为恰当的数据为基础来建立一个新的诊断，这些数据最好由所述操作人员来输入而且最好与几何形状(63、64、65)和可焊性(62)有关，在无需重做焊缝的情况下，即可立即获得结果。
7.根据权利要求1～6中任何一个所述的方法，其特征在于随位移(94)变化的能量损耗的曲线，是有益的而且最好是在尽可能靠近焊缝位置获得，所述曲线可以在焊接后立即使用和/或随后用于数字分析，从而，对有关能量做出特别恰当的诊断。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于电焊机操作人员能够判定锻制的质量和焊接缺陷的数量，最好是粘合和微粘合。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在焊接工件没有离开焊接工作台来继续加工处理的情况下，电焊机操作人员能够根据质量来判断焊缝为不合格，并重做焊缝。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于数据的显示，使电焊机操作人员能够对其进行实时分析，并使电焊机操作人员能够对电焊机的机电状态进行诊断。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于在没有电焊机操作人员介入的情况下，自动地实时判定刚刚形成的焊缝是否合格。
12.根据权利要求1～11中任何一个所述的、用来在锻制之前对粘合缺陷进行探测和定量分析的方法，其特征在于它包括以下步骤·在由瞬时次级电流测量值所构成的曲线(77)中，寻找所述曲线的局部最大值，瞬时次级电流测量值是在对应于变压器初级电路电压周期的连续时间间隔内采集到的；·在打火花期间，计算最大电流值超过最大锻制电流的固定百分比的次数；·根据所获得的数值，对所述缺陷进行判定。
13.根据权利要求1～12中任何一个所述的方法，其特征在于针对每个所形成的焊缝，都形成一个所述数据的文件，并将文件存储在存储器中。
14.根据权利要求1～13中任何一个所述的方法，其特征在于质量统计是建立在所形成的大量焊缝基础之上，所述统计结果将显示出来，显示内容记录着焊接缺陷的状态及数量。
15.根据权利要求1～14中任何一个所述的方法，其特征在于信号的采集速度是当焊接变压器初级电路被供给的是频率为50Hz或60Hz的正弦交流电压时，特征采集时间间隔通常是在0.01毫秒～2毫秒之间，最好是在0.1毫秒～1毫秒之间。
16.根据权利要求1～15中任何一个所述的方法，其特征在于针对电焊机进行的维护，形成一个数据文件，并将文件存储在存储器中。
17.根据权利要求1～16中任何一个所述的方法，其特征在于直接火花对焊电焊机适用于连续或非连续的钢材加工处理过程。
18.根据权利要求1～17中任何一个所述的方法，其特征在于直接火花对焊电焊机可使用交流电流、脉动电流、准直流电流或直流电流。
19.根据权利要求1～18中任何一个所述的方法，其特征在于直接火花对焊电焊机适用于圆形、方形或矩形截面的产品，还有平带产品或管状产品。
20.一种用来显示电子数据的装置，最好是计算机显示器、控制监视器或处理站，所显示的电子数据或是通过前面权利要求中任何一个权利要求所述的方法来获得或是由电焊机操作人员通过键盘输入来获得，这种显示装置的特征在于至少有·一个用来显示图形(X、Y)的区域；·一个用来显示焊接产品基本数据(62、63、64、65)的区域，它针对的是新的焊接序列(51、52、53)，或是自动输入或由所述电焊机操作人员手动输入，就带头(52)和带尾(53)而言，焊接产品的所述基本数据是焊接板材的可焊性(62)、厚度(63)、宽度(64)和截面(65)；以及·一个诊断区域，含有预定焊接参数(54、55、56、57、58、59、60、61)的数值(47)、电焊机操作人员在必要时针对同样参数所选择的数值(48)、以及针对同样参数所实际测量得到的数值(75)。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于预定的焊接参数，是从含有下述参数的参数组中选择高电压百分比(54)、焊接时间(55)、锻制行程(56)、变压器所用的接触(57)、凸轮(58)、最终间隙(59)、间隙杆(60)及锻制电流的周期数量(61)。
22.根据权利要求20或21所述的装置，其特征在于它有一个用来表明焊缝质量状态的显示区域(68、74)。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于在焊缝质量不能够满足要求的情况下，这种装置有一个显示区域(78、79、80)，指出造成焊缝质量不能够满足要求的原因。
24.根据权利要求20～23中任何一个所述的装置，其特征在于有关大量已形成焊缝的统计结果，以图表形式显示出来。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于所述图表是圆饼型扇区统计图表(图10a)、柱状统计图表(图10b)、帕累托型图表。
26.一种根据权利要求1～权利要求19中任何一个权利要求所述、实现了可以对火花对焊电焊机及其所获得焊缝实现实时动态诊断和判定帮助的测量数据采集和计算方法的装置，其特征在于包括用于下述措施的部件·在电焊机变压器的初级电路的端子上，测量瞬时交流电压(19、33)，交流电压最好是正弦波交流电压；·在变压器的次级电路的端子上(16、35、36)和在电焊机模具的夹头之间(18、39)，测量瞬时交流电压，；·在变压器的初级电路内(24、34)和次级电路内(17、37、38)，测量瞬时电流；·至少在两个点上(294、295)，测量活动模具(4)的瞬时位移(41、42)；·在电焊过程中，将测量到的所述电压、电流和位移存储在存储器中；·计算初级电路所提供的随时间变化的能量；·计算次级电路所提供的随时间变化的能量，最好是提供到夹头的能量；·计算次级电路提供到夹头的、随活动模具位移变化的能量；·计算在打火花期间的、随活动模具位移变化的热能损耗，它也称之为材料能量；·针对至少一个指定时间间隔，计算次级电路/初级电路、夹头/次级电路、夹头/初级电路和夹头/材料的能量产额；·根据所述测量结果和所述计算结果，在有操作人员或没有操作人员进行交互式介入的情况下，自动对所述电焊机刚刚形成的至少一个焊缝的质量和/或所述电焊机的机电状态来确立实时动态诊断(68、74、78、79、80)。
27.一种直接火花对焊电焊机，实现了权利要求1～权利要求19中任何一个权利要求所述的方法。
28.一种直接火花对焊电焊机，含有根据权利要求20～权利要求25中任何一个权利要求所述的电子数据显示装置。
29.一种使用根据权利要求27或权利要求28的电焊机，在连续加工处理过程中，最好是酸洗和连续滚压加工处理过程中，对钢带进行直接火花对焊。
全文摘要
一种测量数据的采集和计算方法，用来对直接火花对焊电焊机及其所获得焊缝实现实时动态诊断和判定帮助，它包括下述有关步骤在电焊机变压器的初级电路的端子上(19、33)，测量瞬时交流电压，交流电压最好是正弦波交流电压；在变压器的次级电路的端子上(16、35、36)和在电焊机模具的夹头之间(18、39)，测量瞬时交流电压；在变压器的初级电路内(24、34)和次级电路内(17、37、38)，测量瞬时电流；测量活动模具(4)的瞬时位移(41、42)在电焊过程中，将测量到的所述电压、电流和位移存储在存储器中；计算初级电路所提供的随时间变化的能量，计算次级电路所提供的随时间变化的能量，最好是提供到夹头的能量；计算次级电路提供到夹头的、随活动模具位移变化的能量；计算能量产额；根据所述测量结果和所述计算结果，在有操作人员或没有操作人员进行交互式介入的情况下，就所述电焊机刚刚获得的至少一个焊缝的质量，自动确立实时动态诊断(68、74、78、79、80)。
文档编号B23K11/24GK1462218SQ01816091
公开日2003年12月17日 申请日期2001年9月25日 优先权日2000年9月26日
发明者让－玛丽·德普拉, 欧仁·比唐科, 吉尔贝·罗热恩 申请人:科科里尔桑比里研究发展集团