用于表征焊接输出电路路径的方法和设备的制作方法

专利名称：用于表征焊接输出电路路径的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的某些实施例涉及焊接。更具体来说，本发明的某些实施例 涉及关于真实的能量或功率输入、电感和电阻以及焊接输出波形来表征 焊接电路输出路径的系统和方法。
背景技术：
焊接的冶金属性受到许多变量的影响，比如基材成分、填料材料和 屏蔽(shielding)成分以及焊接工艺变量。通过多种方法、质量控制程 序以及一般制造技术来控制材料的成分。所述焊接工艺变量通常被存 档，并且利用附加的质量控制程序来检查所述焊接工艺变量。但是可能 难以控制大量的焊接工艺变量。这些变量包括一些易于控制的项以及较 难精确控制或测量的其他项。焊接工艺本身可以是恒定电压(CV)或恒 定电流(CC)^t式，或者涉及到更加复杂的波形，比如表面张力过渡 (STT)、脉沖或AC脉沖。随着所述波形变得越来越复杂或者随着所述 焊接工艺由于更加严格的质量控制要求而变得更加精确，用来精确检验 (verify)适当操作的方法也变得越来越复杂。
可能会影响焊接系统的性能但是又难以控制或测量的附加变量是 所述焊接电路的电感。电感随着通常连接到焊接电源的输出端的长电缆 而增大。随着该电感增大，电源焊接性能可能会降低，这是因为其可能 无法在所期望的时间段内达到所期望的输出。所述电源只能产生有限量 的电压，所迷电压限制了该改变速率。V = L * (纖)
需要所有这些变量(所期望的输出电平、改变速率以及可以从所述 电源获得的电压的量)的组合来确定特定的焊接电路电感是否是可接受 的。不能期望操作者知晓这些要求、测量所述电感(以及在高电流电平 下测量所述电感)以及确定可接受的电感。
通过把所提出的传统系统和方法与在本申请的剩余部分中参照附 图阐述的本发明的某些实施例进行比较，本领域技术人员将认识到所迷 传统方法的其他限制和缺点。

发明内容
本发明的实施例包括一种用于表征焊接输出电路路径的方法和设 备。焊接输出电路路径例如可以从焊接电源通过焊接电缆延伸到焊接工
迷焊接电源。可以通过以下各项当中的任一项来表征所述焊接输出电路 路径到所述焊接输出电路路径的真实能量或真实功率输入、所述焊接 输出电路路径的电感以及焊接输出波形。可以把这些表征与预定义的极 限进行比较并且向操作者进行显示，从而表明所述焊接输出电路路径的 可接受性或者不可接受性。
通过下面的描述和附图将可以更加全面地理解本发明的上述和其 他优点及新颖特征以及所示出的本发明的实施例的细节。


图1
统的示例性实施例的示意性方框图。
确定到图i的焊接输:电路路径的真实能量i:或真实功率输入的"程。
图3是根据本发明的各方面的用于根据图2所示的过程确定到图1 的焊接输出电路路径的真实能量和/或真实功率输入的方法的示例性实 施例的流程图。
图4是根据本发明的第一实施例的用于确定图1的焊接输出电路路 径的电阻和电感的过程或方法的图示。
图5是根据本发明的各方面的用于根椐图4所示的过程估计图1的焊接输出电路路径的电阻和电感的方法的第一示例性实施例的流程图。
图6是根据本发明的实施例的图1的焊接输出电路路径的示例性电 路图。
图7用图形的方式示出了根据本发明的实施例的用于更精确地确定 由图6的电路图所表示的焊接输出电路路径的电阻和电感的过程。
图8是示出根椐本发明的实施例的图6中的焊接输出电路路径的总 电感是如何作为流经该电路路径的电流的函数而改变的示例性曲线图。
图9是根据本发明的各方面的用于根椐图7所示的过程确定图和 图6的焊接输出电路路径的电阻和电感的方法的第二示例性实施例的流 程图。
图10用图形的方式示出了根据本发明的实施例的用于关于焊接输 出波形来表征图1的焊接输出电路路径的过程。
图ll是根椐本发明的各方面的用于根据图IO所示的过程关于焊接 输出波形来表征图1的焊接输出电路路径的方法的示例性实施例的流程 图。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的各方面的包括焊接输出电路路径105的焊 接系统100的示例性实施例的示意性方框图。焊接系统100包括焊接电 源110和可操作地连接到该焊接电源110的显示器115。可选地，所述 显示器115可以是所述焊接电源110的组成部件。所述焊接系统100还 包括焊接电缆120、焊接工具130、工件连接器150、绕线轴(spool of wire) 160、送丝器(wire feeder) 170、焊丝(wire) 180以及任选的工件140。 根据本发明的实施例，通过所述送丝器170把所述焊丝180从绕线轴160 馈送到焊接工具130中。根据本发明的另一个实施例，所述焊接系统100 不包括绕线轴160、送丝器170或焊丝180，而相反包括焊接工具，所 述焊接工具包括例如用在粘结焊(stickwelding)中的自耗电极。根据本发 明的各实施例，所述焊接工具130可以包括焊炬、焊枪和焊接耗材的至 少其中之一。
焊接输出电路路径105从焊接电源110通过焊接电缆120延伸到焊 接工具130、延伸通过工件140和/或延伸到工件连接器150并且通过焊 接电缆120回到焊接电源110。在操作期间，在把电压施加到焊接输出输出电路路径105。
根据本发明的实施例，焊接电缆120包括同轴电缆组件。根据本发 明的另一个实施例，焊接电缆120包括从焊接电源110延伸到焊接工具 130的第一电缆长度以及从工件连接器150延伸到焊接电源110的第二 电缆长度。
根据本发明的各实施例，工件140可以作为焊接输出电路路径105 的一部分存在或者可以不作为焊接输出电路路径105的一部分而存在。 如果工件140不存在，则焊接工具130直接连接到工件连接器150。如 果工件140存在，则工件连接器150连接在该工件140与焊接电缆120 之间。焊接工具130可以直接接触工件140，或者例如在焊接操作期间 在焊接工具130与工件140之间可以存在电弧(arc) 190。同样，例如 在焊接操作期间，焊丝180的实际上穿过焊接工具130的部分可以被视 为输出焊接电路路径105的一部分。
图2用图形的方式示出了根据本发明实施例的利用焊接输出波形 200来确定到图1的焊接输出电路路径105的真实能量和/或真实功率输 入的过程。根据本发明的实施例，通过利用如图2中所示的足够小的采 样时间间隔dt 210对电压、电流与时间的乘积进行积分来确定由复杂波 形提供的真实能量。必要的采样间隔210将取决于电压/电流波形的频率 含量和所期望的精度。本发明的各实施例可以处理该信息、计算所迷能 量输入以及给出该值以便启用/增强质量控制程序。本发明的实施例包括 专用电路以用来克服与这种高速采样相关联的问题。大多数商业测量设 备很难在这种条件下操作。可选地或附加地，通过利用足够小的采样时 间间隔dt 210对电压与电流的乘积求平均来确定由所述复杂波形所提供 的真实功率。
对于足够小的时间间隔，焊接电源将计算焦耳能量(采样电压x采 样电流x时间间隔)。随后在适当的时间段内对所述焦耳能量求积分， 并且将其呈现给设备的操作者。 真实能量输入=/V,Iidt
可选地,
真实功率输入-[EVi"i]/N 其中，N是在所述适当的时间段内的电压与电流样本对的数目。
在焊接系统的电源110内完成对瞬时电压和瞬时电流的快速采样，
10从而使得以足够高的速率对复杂波形进行采样，以允许精确地计算焦耳 能量或真实功率。把瞬时电压与电流的样本乘在一起以便生成多个瞬时
热量或能量:而不仅仅是某一平均能量。'所有这些处理都是在焊^系统
的电源110内实时进行的。例如可以在电源U0的显示器115上把结果 显示给焊接系统100的操作者。不必像Hsu专利(U.S. 6,730,875 )中那
计算机。根据本发明的实施例，利用复杂波形对电源110进行控制可以 提供高速采样。
图3是根据本发明的各实施例的用于根据图2所示的过程来确定到
图1的焊接输出电路路径105的真实能量和/或真实功率输入的方法300
的示例性实施例的流程图。在步骤310中，建立一焊接输出电路路径，
碟j￡柚？il .度尨t且、延伸通
缆回到焊接电源。在步骤 320中，在焊接电源内生成焊接输出波形，通过悍接输出电路路径传送 该焊接输出波形，其中所述悍接输出波形包括焊接输出电流分量和焊接 输出电压分量。在步骤330中，以预定义的采样率在焊接电源内对焊接 输出波形的瞬时输出电流电平和瞬时输出电压电平进行连续采样。在步 骤340中，作为实时确定从焊接电源到焊接输出电路路径中的真实能量 输出电平和/或真实功率输出电平的一部分，在焊接电源内不断生成每一 个采样输出电流电平与相应的采样输出电压电平的乘积。
根据本发明的实施例，可以在例如1分钟的滑动时间间隔内提供真 实能量的游程积分值(running integrated value)。这种真实能量值可以 被连续更新并且例如在电源110的显示器或计量表115上显示给操作 者，从而给出在过去的1分钟间隔内的真实能量输入(即真实热量输入)。 相反，根据本发明的各个其他实施例，也可以使用其他时间间隔。
可以把对应于预定义时间间隔的真实能量^T出电平(energy output
每单位长度的真实能量。利用可以通过焊接电源li:测量的、数字地传 送的或者由操作者手动输入的焊接行进速度信息，可以作为每单位长度 的焦耳数给出焦耳能量。典型的测量量纲是kJ/英寸。可以通过电源110 来控制焊接行进速度，该电源110例如把焊接速度提供给自动化机器人焊接器或者某个其他硬自动(hard automatic)或半自动机制(未示出)。 可选地，可以通过某种其他外部设备来控制焊接行进速度，该设备把焊 接速度提供给电源110。类似地，可以把对应于预定义时间间隔的真实 功率输出电平除以焊接工具130在该预定义时间间隔期间内行经的距 离，以便计算每单位长度的真实功率。典型的测量量纲是瓦特/英寸。
此外，可以把对应于预定义时间间隔的真实能量输出电平除以在该 预定义时间间隔期间内所熔敷(deposit)的焊丝量，以便计算每单位熔 敷焊丝量的真实能量。利用可以由焊接电源U0测量的、数字传送的或 者人工输入的焊丝馈送速度，可以给出每熔敷焊丝量的焦耳能量。典型 的测量量纲是kJ/磅(熔敷焊丝)。根据本发明的实施例，可以通过送 丝器170本身来测量焊丝馈送速度。类似地，可以把对应于预定义时间
丝量，来;算每单位熔敷焊丝量的真实功率。日;型的测量量纲是瓦特/ 磅。
在单个工件上具有多个电源的情况下，可以编辑(compile)组合的 焦耳能量(kJ/英寸或kJ/磅)并且将其呈现给操作者。可以对于每一遍 焊接作为整个焊接的总体给出该信息。出于质量控制的目的，可以进一 步处理在电源与中夬收集点(主电源或者诸如计算机之类的另一个数字 设备)之间数字传送的所迷信息。
根据本发明的实施例，特定的焊接过程所需要的热量输入(真实能 量输入电平)被传送或输入到焊接电源。可以在显示器115上连同真实 能量输出电平的可接受性的指示一起显示该真实能量输出电平。如果通 过本发明的实施例所确定的真实热量输入落在规定的极限之外，则焊接 电源110将警告操作者、记录事件或者停止焊接。结果，焊工可以在任 何时间知道是否正为其提供当前的焊接应用所需的能量。类似地，可以 显示及处理真实功率输入电平。
类似地，可以与可接受性的指示一起显示每单位长度的真实能量或 真实功率和/或每单位熔敷焊丝量的真实能量或真实功率。根据本发明的
实施例，通过所述电源上、送丝器上或者计算机上(通过数字通信)的 显示器或计量表把焦耳能量(kJ/英寸或kJ/磅)呈现给操作者。根据本 发明的实施例，利用具有足够小的采样间隔的相同测量技术，可以按照 与上面对于焦耳能量所描迷的相同方式呈现及传送真实功率(瓦特/英寸或瓦特/磅)。
对于AC处理(即利用AC波形的处理)来说，上面描述的测量技 术表示总能量。根据本发明的实施例，所述总能量的各AC分量作为正 极性部分、负极性部分以及总体来被单独地处理、传送及呈现。对于这 两种极性，电弧效率(到基材(即工件)中的热传递)可能不同。利用 来自正、负极性的已知能量来确定所得到的到基材中的热量输入。
根据本发明的实施例，电源UO知道焊接过程、期望的橾作点以及 电压生成能力。因此，根据本发明的实施例，可以(通过电源)测量焊 接输出电路的电感，并且可以给出可接受性的确定。在更类似DC的焊 接波形(例如CC、 CV应用)的情形下，可以容许更高的电感水平。对 于更为复杂的波形(例如脉沖波形)，这种更高的电感水平可能是不可 接受的。
图4是根据本发明的第一实施例用于确定图1的焊接输出电路路径 105的电阻和电感的过程或方法500的图示400。同样地，根据本发明 的实施例，该焊接电路路径从焊接电源U0通过焊接电缆120延伸到焊 接工具130、延伸通过工件140和/或延伸到工件连接器150并且通过焊 接电缆120回到焊接电源110。可以利用短路到工件140的焊接工具130 来执行测量，或者可以在焊接工具130与工件140之间形成电孤190的 焊接过程期间执行测量。
根据本发明的实施例，在焊接电源110中内置有电感测量技术。参 照图4,首先，把电流调节到已知值410，同时测量电压420。可选地， 可以调节电压并且测量所得到的电流。可以按照下式根据这种电流和电 压来计算焊接电路电阻
R=V/I，其中R是电阻，V是电压，I是电流。 接下来关断电源并且测量电流衰减430。随后通过图4中示出的等 式估计电感，该等式如下所示 L-(R")/(ln[i(ti)/i(t。)])
其中，i(to)是在时间to处测量的电流,i(tO是在时间tj处测量的
电流，并且t-ti-to。 电感L的上述估计仅仅是粗略的估计，这是因为该估计假设电感中 的所有能量都在电阻R中耗散。但是在实际情况下，某些能量也由其他 部件耗散，比如焊接电源内的二极管和开关。根据本发明的各种其他实施例，其他计算方法也是可能的。根据本 发明的实施例，电源能够在不使用外部仪表的情况下检查其输出电路并 且确定电阻和电感。
图5是根据本发明的各方面的用于根据图4所示的过程确定图1的 焊接输出电路路径105的电阻和电感的方法500的第一示例性实施例的 流程图。在步骤510中，接通焊接电源，并且在焊接电源内通过焊接输 出电路路径把焊接输出电流(或电压)调节到已知值。在步骤520中， 在焊接电源内，在经过调节的输出电流(或电压)值下测量所得到的焊 接输出电压(或电流)的值。在步骤530中，在焊接电源内，响应于经 过调节的输出电流(或电压)值以及所测量的输出电压(或电流)值计 算焊接输出电路路径的电阻值。在步骤540中，关断焊接电源，从而使 得焊接输出电流开始衰减。在步骤550中，在第一时间和稍后的第二时 间处测量正在衰减的焊接输出电流。在步骤560中，响应于电阻值以及 在该第一时间和第二时间测量的正在衰减的输出电流来估计焊接输出 电路路径的电感值。
根据本发明的实施例，关于存储在焊接电源内的所期望的输出参数 来分析所计算的电感值和所计算的电阻值的至少其中之一。然后基于该 分析显示焊接输出电路路径的可接受性的指示。
所期望的输出参数包括以下各项的至少其中之一期望的输出电流 或电压设置点、期望的输出电流或电压电平的改变速率以及可以从焊接 电源获得的电压或电流的量。可选地，所期望的输出参数可以包括作为 输出电流和/或输出电压的函数(例如输出功率)的某一其他设置点或斜 升速率(ramprate)。对于所期望的输出电平、改变速率和可以从电源 获得的电压量的要求被存储在该电源中。为所选择的焊接过程和输出电 平找到这些值。基于这些要求和估计的焊接电路电感(和电阻)，例如 在电源的显示器上对操作者给出指示。
所迷电源能够测量输入电压并且为特定的输出电流电平确定可能 的输出电压。所述指示可以具有"可接受"或"不可接受"的电路状况 的形式。可选地，所述指示可以具有刻度计(gauge)的形式，其给出不 同等级的电路状况(例如从1到10的值)或者给出差、可接受和理想 的三级指示。根据本发明的实施例，可以数字传送所述指示用于生产监 控/质量控制的目的。
14如果所述指示上升到可接受等级以上，则可以传送警报和/或所述机 器可以停止操作。除了上面描述的电感验证/功能之外，相同的处理可以 应用于焊接电路电阻。
图6是根据本发明的实施例的图1的焊接输出电路路径105的示例 性电路表示600。电路表示600包括焊接输出电路路径105的焊接电缆 120侧的电感Lc 610和电阻Rc 620。电路表示600还包括焊接输出电路 路径105的焊接电源110侧(机器侧)的电感Lm630、内部电阻R! 640 和二极管D! 650。焊接电缆120在节点660和670处连接到焊接电源110。 当电流I 680流经焊接输出电路路径105时，电阻Rc和Ri以及二极管 Di帮助耗散来自电感器U和Lm的能量。根据本发明的其他实施例，在 电路表示600中还可以存在其他耗散组件，比如开关(未示出)。在尝 试精确地确定焊接输出电路路径105的总电感L产Lm+U时考虑这些能
量耗散部件。^ 、、、，一、 ，、'，、 、
由图6的电路表示600所表示的焊接输出电路路径105的电阻和电感的 过程700。同样地，根据本发明的实施例，焊接输出电路路径从焊接电 源IIO通过焊接电缆120延伸到焊接工具130、延伸通过工件140和/或 延伸到工件连接器150并且通过焊接电缆120回到焊接电源110。可以 利用短路到工件140的焊接工具130来执行测量，或者可以在焊接工具 130与工件140之间形成电弧190的焊接过程期间^l行测量。
根据本发明的实施例，在焊接电源110中内置有电感测量技术。参 照图6和7，首先，把电流I调节到已知值710,同时测量电压V665。 #>据本发明的替换实施例，可以调节电压V 665并且测量电流I。可以 按照下式根椐这些已知的电流和电压来计算焊接电路电阻 RC=V/I
Ri通常非常小从而无关紧要。
接下来，例如通过关断电源而启动电流衰减。随着电流的衰减，在 采样于初始时间To处的初始电流Io与采样于最终时间Tf处的最终电流 If之间的多个时间处测量电流衰减720。对于由该多个样本定义的每一 个采样间隔(例如721 - 724 )计算采样耗散能量Qsample。例如参照图7，
利用采样电流Isa—e(D在采样间隔721 (其具有时间间隔"t")内计算第
一采样耗散能量Qflrst。随着流经电路路径105的电流的衰减，来自电感
15器U和Lm的能量被Re、 Ri、 D!以及例如开关S！(未示出)耗散。
在采样间隔721 (其具有时间间隔"t")内由电阻R。耗散的能量 如下
Qr=I sample(l) X (Rc) X t 其中，已经从上面对电阻Rc的计算中获知了 Rc。
在采样间隔721内由二极管Dt耗散的能量如下
Qdiode=(VdiodeXlsample(l)) X t 其中，Vdi。de是在Isampie(D的当前值下二极管D！两端的电压降。 在采样间隔721内由例如开关S!耗散的能量如下 Qswitch—(VswitchXlsample (i)) x t
其中，Vswitch是在 丄sample(l) 的当前值下开关s,两端的电压降。
电压Vdi。de和Vswit。h可以随着Isamp,e的改变而改变。因此，根据本发 明的实施例，基于对于一定数目的电流样本所测量的Vdl。de和Vswltch的
值提前形成查找表(LUT)。结果，随着过程700继续，可以在测量电
流样本Isampk之后在LUT内查找(或者如果Isampe落在LUT的两个值之
间的话则在必要时内插)vdl。de和/或vswitch,从而可以为特定的采样间隔
计算所耗散的能量QcU。de和Qswltch。
例如，存储在LUT中的Isam一值可以是具有相应的电压值的1安培、
25安培、50安培、100安培以及200安培。可以通过内插技术来确定对
应于落在任何所存储的Umpk值之间的任何所测量的Isamp!e值的电压值。 接下来，通过把QR、 Qdi。de和Qsw她相加得到第一耗散能量Qfirst。
随着电流衰减，对于后续的采样间隔(例如722-724)重复该过程，直 到Tf处的If。根据本发明的实施例，该后续的采样间隔也具有时间间隔 "t"。 一旦对于每一个采样间隔得到采样耗散能量之后，就把各釆样耗 散能量相加以便形成间隔To到Tf内的总耗散能量QTOT。
根据总电感LT,对于任何给定样本所存储的能量Qsample为
Qsample-1/2 L丁 I sample
因此，可以按照总电感L产Lm+U把时间间隔To到Tf内的总耗散能 量表示为下式
QTOT=(l/2LTI20)-(l/2 LT I2f)
通过求解Lr得到
LT=2QTOT/(I20-I2f)，可以求解Lt。 一旦知道焊接输出电 路路径105 (以及因此相应的代表性电路600)的总电感之后，如前面 所描述的那样，关于存储在焊接电源内的所期望的输出参数分析所计算 的电感值lt和所计算的电阻值Rt的至少其中之一。随后基于该分析显 示焊接输出电路路径的可接受性的指示。
图8是示出根椐本发明的实施例的图6中所表示的焊接输出电路路 径的总电感LT如何作为流经该电路路径的电流I的函数改变的示例性曲 线图800。对于相对较长的焊接电缆，示出了电感(L)对电流(I)的 第一曲线810,并且对于相对较短的焊接电缆示出了电感(L)对电流(I) 的第二曲线820。这两条曲线从大约150安培到300安培都相对比较平 坦，正如曲线图800中所示出的那样。结果，通常在该平坦区域830 (例 如在150到300安培之间)内实施确定总电感LT和总电阻RT的过程700。
图9是根据本发明的各方面的用于根据图7所示的过程确定图1和 图6的焊接输出电路路径的电阻和电感的方法900的第二示例性实施例 的流程图。在步骤910中，把施加到焊接输出电路路径的焊接输出电流 (或电压)调节到已知值。在步骤920中，在经过调节的输出电流(或 电压)值下测量焊接输出电压(或电流)的值。在步骤930中，响应于 经过调节的输出电流(或电压)值和所测量的输出电压(或电流)值计 算焊接输出电路路径的电阻值。在步骤940中启动坪接输出电流的衰减。 在步骤950中，随着焊接输出电流的衰减，在从采样于初始时间To处的 初始电流Io到采样于最终时间Tf处的最终电流If之间的多个时间处采样 正在衰减的焊接输出电流，从而形成多个采样间隔。
在步骤960中，响应于初始电流Io与最终电流If之间的焊接输出电 流的每 一 个采样间隔以及响应于所计算的电阻值计算焊接输出电路路 径内的采样耗散能量。在步骤970中，响应于所计算的各采样耗散能量 计算焊接输出电路路径的总耗散能量。在步骤980中，响应于总耗散能
量、初始电流Io和最终电流If计算焊接输出电路路径的电感值。根据本
发明的实施例，在焊接电源110内执行步骤910 -980。
图10是根据本发明的实施例的用于关于焊接输出波形表征图1的 焊接输出电路路径105的过程或方法1100的图示1000。这里使用的术 语"饱和"意味着焊接输出当前参数(例如电流、电压或者电流和/或电 压的任意函数)不会在所期望的时间量内达到所期望的参数设置点。焊
17接输出参数最终可以达到所期望的参数设置点，但是不够快。在这种饱 和条件下，无法适当地生成所期望的焊接输出波形。
焊接电源UO只能向焊接输出电路路径105提供这么多的电压。可 以从焊接电源获得的电压越多，电流可以斜升的速度就越快。为了生成 所期望的焊接输出波形的一部分，系统IOO应当在一定的时间段内达到 一定的安培数，其中该时间段是焊接电源所能产生的电压量以及焊接输 出电路路径105中的电感量的函数。结果，低电压和/或高电感可能造成 饱和。当饱和发生时，焊接电源不控制输出电流。
作为饱和的一个例子，参照图10，其中示出了所期望的输出焊接波 形的一部分1010，并且示出了实际实现的输出焊接波形的一部分1020。 为所期望波形的该部分1010预先定义电流设置点1030。电流设置点 1030例如可以是300安培。期望输出焊接波形的电流从较低电平1040 (例如100安培)开始在一定时间段(t广to) 1050 (例如50毫秒)内提 高到设置点电平1030。在实际情况中，输出焊接波形的电流在时间to 处开始提高，但是直到时间t2才达到所期望的设置点1030。也就是说， 电流到达设置点1030的实际时间是(t2-t0)(例如200毫秒)。因此， 实际输出焊接波形1020的该部分饱和的时间量近似为时间1070 (例如 175毫秒)。饱和状态通常开始于to与t!之间的某一时间。饱和状态可 能是由于所建立的焊接输出电路路径105的电感过高，或者是由于焊接 电源110不能提供足够的电压。根据本发明的实施例，监控输出电流以 便确定是否正发生饱和。
图11是根据本发明的各方面的用于根据图10所示的过程1000关 于焊接输出波形表征图1的焊接输出电路路径105的方法1100的示例 性实施例的流程图。在步骤1110中，定义或选择将由焊接电源生成的 焊接输出波形，其中焊接输出波形包括作为焊接输出电流分量和/或焊接 输出电压分量的函数的焊接输出参数分量。在步骤1120中建立焊接输 出电路路径，该路径从焊接电源通过焊接电缆延伸到焊接工具、延伸通 过工件和/或工件连接器并且通过焊接电缆回到焊接电源。在步骤1130
中，命令至少一个预定义的输出参数设置点以及到该至少一个设置点的 至少一个相应的预定义的输出参数斜升速率，其中所述设置点和斜升速 率表征焊接输出波形的至少一部分。在步骤1140中，尝试在焊接电源 内生成焊接输出波形的该至少 一部分，并且把焊接输出波形的该至少一部分施加到焊接输出电路路径。在步骤1150中，在焊接电源内监控所 生成的焊接输出波形的该至少 一部分的焊接输出参数分量。在步骤1160 中，响应于所述监控，确定所生成的焊接输出波形是否处在饱和状态下。 根据本发明的实施例，焊接电源110包括控制电路。该控制电路查 看输出电流与设置点的关系，并且确定是否应当提高焊接电源内的占空 比，以便为该部分波形实现所期望的电流斜升速率。焊接电源利用控制 电路简单地尝试增加输出电流，以便达到所期望的电流输出电平(例如 设置点)。不一定要知道焊接输出电路路径的电感，并且焊接电源不涉 及实现任何特定的输出电压电平。相反，焊接电源涉及按照需要提高输 出电压电平，以便在所期望的时间间隔内达到所期望的电流设置点，从 而避免饱和。
根据本发明的实施例，可以对焊接输出波形的不同部分周期性地重 复方法1100的步骤1130- 1160。结果，焊接电源110可以计算饱和发 生的时间百分比。可选地，焊接电源UO可以计算饱和发生的频率。例 如，对于给定的焊接输出波形和特定的焊接输出电路路径，系统100在 每500毫秒当中可能有100毫秒处在饱和中(也就是说，饱和发生的时 间百分比是20%，或者说饱和发生的频率是五分之一)。
根据本发明的实施例，例如，如果所计算的饱和发生的时间百分比 处在预定义的可接受性范围内(例如低于预定义的阈值)，则可以在显 示器115上显示一指示，该指示表明焊接输出电路路径105对于当前所 使用的焊接输出波形是可接受的。此外，如果所计算的饱和发生的时间 百分比处在预定义的可接受性范围之外(例如高于预定义的阈值)，则 可以在显示器U5上显示一指示，该指示表明焊接输出电路路径105对 于当前所使用的焊接输出波形是不可接受的。
类似地，根据本发明的另一个实施例，如果所计算的饱和发生的频 率处在预定义的可接受性范围内(例如低于预定义的阈值)，则可以在 显示器115上显示一指示，该指示表明焊接输出电路路径105对于当前 所使用的焊接输出波形是可接受的。此外，如果所计算的饱和发生的频 率处在预定义的可接受性范围之外(例如高于预定义的阈值)，则可以 在显示器115上显示一指示，该指示表明焊接输出电路路径105对于当 前所使用的焊接输出波形是不可接受的。
根据本发明的实施例，可以周期性地重复方法步骤1130- 1160，并且可以生成表征在焊接输出波形的至少 一段上发生的任何饱和的统计 数据。例如，关于焊接输出波形的该段，可以计算波形处于饱和的平均
时间和/或可以计算饱和时间的方差(variance)。
根据本发明的实施例，用于选择焊接输出波形的装置例如可以包括 焊接电源上的开关或者可操作地连接到焊接电源的输入小键盘。类似 地，用于命令至少一个预定义的焊接输出参数设置点和至少一个相应的 预定义的焊接输出参数斜升速率的装置例如可以包括焊接电源上的开 关或者可操作地连接到焊接电源的输入小键盘。
根据本发明的实施例，用于尝试生成焊接输出波形的至少 一部分以 及把焊接输出波形的该部分施加到焊接输出电路路径的装置包括焊接 电源。此外，用于监控所生成的焊接输出波形的该部分的焊接输出参数 分量的装置可以包括焊接电源内的高速采样电路。此外，用于响应于所 述监控确定所生成的焊接输出波形是否处于饱和状态的装置例如可以 包括焊接电源内的处理器。类似地，用于执行各种计算以及生成各种数 据的装置可以包括焊接电源内的处理器。
虽然参照特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理
同物。此外，在不偏离本发明的:范围;情况下可以做出许多i改以便使
特定情况或材料适应于本发明的教导。因此，本发明不打算受限于所公 开的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的 所有实施例。
权利要求
1、一种关于到焊接输出电路路径的真实能量或真实功率输入实时表征所述焊接输出电路路径的方法，所述方法包括建立焊接输出电路路径，该焊接输出电路路径从焊接电源通过焊接电缆延伸到焊接工具、延伸通过工件和/或延伸到工件连接器并且通过所述焊接电缆回到所述焊接电源；在所述焊接电源内生成焊接输出波形，通过所述焊接输出电路路径传送所述焊接输出波形，其中所述焊接输出波形包括焊接输出电流分量和焊接输出电压分量；以预定义的采样率在所述焊接电源内对所述焊接输出波形的瞬时输出电流电平和瞬时输出电压电平进行连续采样；以及作为实时确定从所述焊接电源到所述焊接输出电路路径中的真实能量输出电平和/或真实功率输出电平的一部分，在所述焊接电源内连续生成每个所述采样输出电流电平与所述相应的采样输出电压电平的乘积。
2、 权利要求1的方法，其中所述焊接工具包括焊炬、焊枪和焊接 耗材的至少其中之一。
3、 权利要求l的方法，其中所述真实能量输出电平和/或所述真实 功率输出电平是在滑动时间间隔内生成的。
4、 权利要求1的方法，还包括把预定义时间间隔内的所述真实 能量输出电平和/或所述真实功率输出电平除以所述焊接工具在所述预 定义时间间隔期间内行经的距离，来计算每单位长度的真实能量和/或每 单位长度的真实功率。
5、 权利要求1的方法，还包括把预定义时间间隔内的所述真实内熔敷的焊丝量，^计^每单位熔敷焊丝量的真实能量和/或每单位熔敷 焊丝量的真实功率。
6、 权利要求1的方法，还包括在显示器上连同所述真实能量输 出电平和/或所述真实功率输出电平的可接受性的指示一起显示所述真 实能量输出电平和/或所述真实功率输出电平。
7、 权利要求4的方法，还包括在显示器上连同所述每单位长度 的真实能量和/或所述每单位长度的真实功率的可接受性的指示显示所述每单位长度的真实能量和/或所述每单位长度的真实功率。
8、 权利要求5的方法，还包括在显示器上连同所迷每单位熔敷焊丝量的真实能量和/或所述每单位熔敷焊丝量的真实功率的可接受性 的指示显示所述每单位熔敷焊丝量的真实能量和/或所述每单位熔敷焊丝量的真实功率。
9、 一种用来关于焊接输出电路路径的电感表征所述焊接输出电路 路径的设备，所述设备包括能够执行以下操作的焊接电源(a) 调节施加到焊接输出电路路径的焊接输出电流(或电压)；(b) 在所述经过调节的输出电流(或电压)值下测量所得到的焊接 输出电压(或电流)的值；(c) 响应于所述经过调节的输出电流(或电压)值和所述测量的输 出电压(或电流)值计算所述焊接输出电路路径的电阻值；(d) 启动所迷焊接输出电流从所述输出电流值的衰减；(e) 随着所述焊接输出电流的衰减，在从采样于初始时间To处的初 始电流Io到采样于最终时间Tf处的最终电流If之间的多个时间处采样所 述正在衰减的焊接输出电流，从而形成多个采样间隔；(f) 响应于从所述初始电流Io到所述最终电流If之间的焊接输出电 流的每一个所述采样间隔以及响应于所述电阻值计算所述焊接输出电 路路径内的耗散能量；(g) 响应于为所述初始电流Io与所迷最终电流If之间的焊接输出电 流的每一个所述样本计算的所迷耗散能量计算所述焊接输出电路路径 的总耗散能量；以及(h) 响应于所述总耗散能量、所述初始电流Io和所述最终电流If计 算所述焊接输出电路路径的电感值。
10、 权利要求9的设备，其中所述焊接输出电路路径从所述焊接电 源通过焊接电缆延伸到焊接工具、延伸通过工件和/或延伸到工件连接器 并且通过所述焊接电缆回到所述焊接电源。
11、 权利要求9的设备，其中所述焊接电源还能够关于存储在所述 焊接电源内的期望的输出参数来分析所述估计的电感值和所述计算的 电阻值的至少其中之一 ，以及显示所述焊接输出电路路径的可接受性的 指示。
12、 权利要求11的设备，其中所述期望的输出参数包括以下各项的至少其中之一期望的输出电流设置点、期望的输出电流电平的改变 速率以及可以从焊接电源获得的电压量。
13、 一种用来关于焊接输出电路路径的电感表征所述焊接输出电路 路径的方法，所述方法包括把施加到焊接输出电路路径的焊接输出电流(或电压)调节到已知值；在所述经过调节的输出电流(或电压)值下测量所得到的焊接输出 电压(或电流)的值；响应于所述经过调节的输出电流(或电压)值和所述测量的输出电 压(或电流)值计算所述焊接输出电路路径的电阻值；启动所述焊接输出电流的衰减；在从采样于初始时间To处的初始电流Io到采样于最终时间Tf处的 最终电流If的多个时间处采样所述正在衰减的焊接输出电流，从而形成 多个采样间隔；响应于所述初始电流Io与所述最终电流If之间的焊接输出电流的每一个所述采样间隔以及响应于所述电阻值计算所述焊接输出电路路径 内的耗散能量；响应于为所述初始电流I0与所述最终电流If之间的焊接输出电流的每一个所述样本计算的所述耗散能量计算所述焊接输出电路路径的总 耗散能量；以及响应于所述总耗散能量、所述初始电流Io和所迷最终电流If计算所述焊接输出电路路径的电感值。
14、 权利要求13的方法，其中所述焊接输出电路路径从焊接电源 通过焊接电缆延伸到焊接工具、延伸通过工件和/或延伸到工件连接器并 且通过所述焊接电缆回到所述焊接电源。
15、 权利要求13的方法，还包括关于预定义的存储的输出参数 来分析所述计算的电感值和所述计算的电阻值的至少其中之一 ，以及显 示所述焊接输出电路路径的可接受性的指示。
16、 权利要求15的方法，其中所述存储的输出参数包括以下各项 的至少其中之一期望的输出电流设置点、期望的输出电流电平的改变 速率以及可以从焊接电源获得的电压量。
17、 一种用来关于焊接输出波形表征焊接输出电路路径的设备，所述设备包括(a) 用于选择将要生成的焊接输出波形的装置，其中所述焊接输出 波形包括作为焊接输出电流分量和/或焊接输出电压分量的函数的焊接 输出参数分量；(b) 用于建立焊接输出电路路径的装置；(c) 用于命令至少一个预定义的焊接输出参数设置点以及到所述至 少一个设置点的至少一个相应的预定义的焊接输出参数斜升速率的装 置，其中所述设置点和所述斜升速率表征所述选择的焊接输出波形的至 少一部分；(d) 用于尝试生成所述焊接输出波形的所述至少一部分并且把所述 焊接输出波形的所述至少一部分施加到所述焊接输出电路路径的装置；(e) 用于监控所述生成的焊接输出波形的所述至少一部分的所述焊 接输出参数分量，装置；i以及，， 、、''，j ^曰、和状态的装置。
18、 权利要求17的设备，还包括用于计算所述饱和状态发生的时 间百分比的装置。
19、 权利要求17的设备，还包括用于计算所述饱和状态发生的频 率的装置。
20、 权利要求18的设备，还包括用于显示表明所述焊接输出电路 路径具有以下属性的指示的装置如果所述计算的时间百分比处在预定义的可接受性范围内，则所迷 焊接输出电路路径关于所述焊接输出波形是可接受的；以及如果所述计算的时间百分比处在所述预定义的可接受性范围之外， 则所述焊接输出电路路径关于所述焊接输出波形是不可接受的。
21、 权利要求19的设备，还包括用于显示表明所述焊接输出电路 路径具有以下属性的指示的装置如果所述计算的发生频率处在预定义的可接受性范围内，则所述焊 接输出电路路径关于所述焊接输出波形是可接受的；以及如果所述计算的发生频率处在所述预定义的可接受性范围之外，则 所述焊接输出电路路径关于所述焊接输出波形是不可接受的。
22、 权利要求17的设备，还包括用于生成表征在所述焊接输出波形的至少 一段上的任何所述饱和状态的统计数据的装置。
全文摘要
用于表征焊接输出电路路径(105)的方法和设备。关于到焊接输出电路路径(105)的真实能量和/或真实功率输入来实时表征所述焊接输出电路路径(105)。还关于焊接输出电路路径(105)的电感(610，630)来表征所述焊接输出电路路径(105)。此外还关于焊接输出波形(1010)来表征焊接输出电路路径(105)。
文档编号B23K9/095GK101448597SQ200780017341
公开日2009年6月3日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年5月12日
发明者J·丹尼尔, T·马修斯 申请人:林肯环球公司