专利名称：用于在接合过程中调节脉冲电弧等离子体的能量输入的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在接合过程中调节脉冲电弧等离子体的能量输入的方法以 及设备。
背景技术：
现有技术尝试借助于仅测量和调节焊接电流和焊接电压来影响脉冲焊接过程中 的能量输入，并且在往下直至0. 7毫米的板材厚度上该尝试都运行得足够好。但是，待接合的板材越薄，迄今为止的焊接过程就运行得越不稳定。氧化部位、材 料应力或者间距误差导致板材频繁被烧穿。一方面，能量输入必须足够高，以便产生紧密的 材料连接，另一方面，该能量输入又不能高得使焊缝或者焊缝金属不合格。为了借助于引入其他影响因素来使能量输入稳定，进行了不同的研究。在这种情 况下，已表明的是，光谱信息可以给过程运转情况提供有益的指示。文献中主要给出的是对 所参与的材料的光谱线的研究，以便得出过程结论。在 Han GuoMing 等人的,Acquisition and pattern recognition of spectrum information of welding metal transfer. Materals & Design, Vol. 24, Issue 8, December 2003，pp. 699-703”中指出一种借助于模式识别方法来研究电弧光谱的技术。正 确的焊接充当训练模式。开发一种最小差距分类器(Minimum-Distanz Klassifikator)，以 便提取不同的特征。^ Li ^ A 白勺 “Precision Sensing of Arc Length in GTAff Based on Arc Light Spectrum. Journal of Manufacturing Science and Engineering. February 2001, Vol. 123，Issue 1，pp. 62-65”中尝试利用光谱方法来确定钨极气体保护电弧焊(Gas Tungsten Arc Welding, GTAff)过程中的电弧长度。在696. 5nm ;+/_15nm的波长上可以将 电弧长度确定在+/-0. 2mm上。在Li 等人的"Spectral Information of Are and Welding Automation, Welding in the World, Vol. 34, (1994) 317-324” 以及在 Li Junyue 等人的 “Basic theory and method of welding arc spectral information, Chinese Journal of Mechanical Engineering 2004/02”中指出由12个方程组成的公式，用于给电弧的光谱特性建立模型。 由此出发，能够给出对电弧状态和状态变化的不同结论。Valensi 等人 ^ "Experimental study of a MIG-MAG welding arc. 13th International Congress on Plasma Physics, ICPP 2006, Kiev, May22-26, 2006" Φ 如下概述能够以何种方式来应用等离子体物理学的现代方法。因此，利用线光谱计来研 究对熔滴转移和保护气体的影响的假设，例如得出如下论断“等离子体温度似乎不应超过 20000开尔文”。Li ^AWAnalysis of an Arc Ligth Mechanism and Its Application in Sensing of the GTAff Process. Welding Research Supplement，S印t. 2000，252-260” 中，利用光谱方法来研究feis-Tungsten Arc-Welding过程(GTAW)。通过滤出氩离子线和金属 原子线，可以得出针对+/-0. 2mm上的电弧长度的内在联系。￠: Ancona ^AW "Optical Sensor for real-time Monitoring of C02Laser Welding Process. Applied Optics, Vol. 40, Issue 33，pp. 6019-60 ” 中，以线光谱分析的 方式确定三种元素的发射线，以便从中获得针对等离子体温度的信息。等离子体-电子温 度的平均值和标准差与焊接质量之间产生相关性。但是，测量系统不是实时地工作。在 Vilarinho 等人的论文"Proposal for a Modified Fowler-Milne Method to Determine the Temperature Profile in TIG Welding. J. of the Braz. Soc. of Mech. Sci. & Eng. January-March 2004，Vol. XXVI，No. 1/35"中提出一种计算原理，以便从光谱以 及从光学信息中得出像电弧长度或者温度那样的参数。针对40安培( 1...2kW)，计算出 的温度高达10000开尔文。但是，该方法不适合实时调节。线光谱分析的方案在文献DE 10 2004 015 553 Al中有所介绍。思路是，借助于 等离子体光的光谱分解来控制焊接过程的能量输入。线光谱计应提供控制焊接器具的调节 信息。在 Mirapeix 等人的论文 “ ^Embedded spectroscopic fiber sensor for on-line arc-welding analysis' Applied Optics，Vol. 46, Issue 16，June 2007，pp. 3215-3220，， 中提出一种类似的方案。将玻璃纤维线路置入保护气体软管中，并且可以非常有效地在不 嵌入烧嘴头(Brermerkopf)中的情况下将电弧的光传输到光谱计。出自相同的作者，在 Mirapeixet 等人的文章“‘Fast algorithm for spectral processing with application to on-line welding quality assurance' Measurement Science and Technology, 17, (10)，洸23_2629，2006” 中介绍 了一种算法，利用该算法， 可以在单线(Einzellinie)的基础上分析焊接过程。在此，在传统PC上用于多线分析 (multiple peak analysis)的处理时间达到20毫秒。对于光谱法，有关最新研究的概况也 在互联网中在网址 http://www. ilib. cn/A-jxgcxb-e200402036. html 下查看。所公知的方法的问题是极高的温度变化。如果将约10千瓦的瞬时功率导入1立方 毫米大的等离子体内，那么产生每秒几百万开尔文的温度变化。如果调节器要实时地关断 焊接脉冲，那么为此仅几微秒可供使用。作为软件执行装置(Software-Implementierimg)， 仅公知具有在毫秒范围内延迟的调节器。因为不能使焊接电源任意快速地进行动作，所以 需要将光谱调节器的延迟尽可能最小化。为了可以产生最短的调节时间，有效利用在某一时间间隔和光谱间隔内可供使用 的数量的光子。噪声和光谱带宽通过如下方式相互紧密关联带宽和传感器面积越小，噪声 就越高。或者相反光电传感器的带宽和大小越高，有限时间间隔内的噪声就越低。温度记录、辐射热测量或者高温测量的公知的方法的另一个问题在于，尝试仅从 一个光谱范围中获取信息。但是，在制造和利用用于焊接机的光谱调节器的过程中，需要注 意各种各样的波动这种调节器在间距波动或者有污物的情况下会显示出不同的数值。因 此，总的来说，更合适的是建议使用差分原理。现在公知的是(参见ISBN 2-8167-6766-4，www. irb. fraunhofer. de，B41 页，或者 http://www. choparc. de/ergebnis_inp. pcK2004 年 9 月 16 日 14 页)或文献 DE 10 2004 015 553 Al(W0/2005/051586))，在脉冲式电弧中，应注意保护气体线和金属线各个发射强 度的相反的特性。红外线内的氩气发射强度迅速下降，而紫外线内的等离子体金属蒸气线的发射则随着电流脉冲时间上升。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于在接合过程中调节脉冲电弧等离子体的能量输 入的方法以及设备，利用所述方法以及设备可以实时地尽可能省时地调节能量输入。所述 方法应既能够用于焊接或者钎焊器具的最简单的能量源，又能够用于具有内部计时器的市 场上常见的器具。此外，所述设备应支持具有尽可能小的空间需求的结构型式并且以轻便 的方式进行支持。依据本发明，该目的通过一种按独立权利要求1所述的用于在接合过程中调节脉 冲电弧等离子体的能量输入的方法以及一种按独立权利要求13所述的设备得以实现。本 发明的具有优点的构造方式是从属权利要求的主题。本发明包括用于在接合过程中，尤其是在焊接或者钎焊过程中，调节脉冲电弧等 离子体的能量输入的方法的思想，其中，该方法包括以下步骤在第一光谱范围内检测针对 由接合过程的电弧等离子体发出的发射光的第一时间分布(kitverlauf)的第一测量信 号，在至少部分地不同于第一光谱范围的第二光谱范围内检测针对由接合过程的电弧等离 子体发出的发射光的第二时间分布的第二测量信号，通过在评估装置内比较第一测量信号 和第二测量信号来产生控制信号，以及调节被配置成脉冲式地为电弧等离子体提供能量的 能量源。在本发明中，利用在第一波长时具有灵敏度最大值的第一光电二极管来检测第一 测量信号，并且利用在不同于第一波长的第二波长时具有灵敏度最大值的第二光电二极管 来检测第二测量信号。由此使用分离的探测器装置。利用光电二极管来检测测量信号的优 点是，使用廉价并且以不同实施方式可供使用的元件，利用这些元件可以检测具有某一光 谱宽度的光学信号。此外，光电二极管的使用支持实时调节，因为可以实现快速的应答时 间。 此外，本发明包括用于在接合过程中，尤其是在焊接或者钎焊过程中，调节脉冲电 弧等离子体的能量输入的设备的思想，所述设备包括测量装置，该测量装置配置成利用在 第一波长时具有灵敏度最大值的第一光电二极管在第一光谱范围内检测针对由接合过程 的电弧等离子体发出的发射光的第一时间分布的第一测量信号，以及利用在不同于第一波 长的第二波长时具有灵敏度最大值的第二光电二极管在至少部分地不同于第一光谱范围 的第二光谱范围内检测针对由接合过程的电弧等离子体发出的发射光的第二时间分布的 第二测量信号，并且所述设备包括评估装置，该评估装置配置成通过比较第一测量信号和 第二测量信号来产生控制信号，并且提供控制信号，用于调节电弧等离子体用的脉冲式能 量的能量源。借助于本发明，可以实现在接合过程中实时调节脉冲电弧等离子体的能量输入的 可能性，其中可以在最短的时间内关断或者启动常用的电流脉冲。优选地，这一点在几微秒 的时间范围内进行。当在脉冲电弧等离子体内达到确定的温度或者确定的金属蒸气浓度 时，可以在最短的时间内作出反应。为了产生控制信号而在评估装置内对第一测量信号和第二测量信号进行的比较 可以包括将一个或者多个阈值包括在内，在达到或者未达到所述阈值的情况下产生确定的 控制信号。这些阈值可以由使用者来预置并且与相应的应用相适应。
在检测第一测量信号和第二测量信号时，第一光谱范围和第二光谱范围可以部分 重叠。可供选择地可以设置第一光谱范围与第二光谱范围之间完全不存在重叠。光谱范 围例如可以是紫外线范围和红外线范围中的区段。本发明在一种构造方式中利用如下认识时间特性不一定非得受限定的光学线组 约束。可行性的实施方式的统计分析表明，点云(Pimktwolken)的发散度越高，光电二极管 的平均最大值在约600nm处的中心点左右就分离得越远。因此，在一种构造方式中，与一对 紫外线/红外线(UV/IR)相比，蓝/红光电二极管对呈现出更低的点云发散度。在质上相 同的信号参量(Signalaussage)中，可以在量上类似的参量的情况下利用UV/1R对来获得 较高的电压差。可以有选择地利用光学滤波器，以便光谱式地对测量光进行过滤。本发明的一种优选的改进方案设置对能量源的调节包括对电弧等离子体的温度 的调节。在这种情况下，从第一测量信号和第二测量信号中测定电弧等离子体的温度，然 后可以有选择地将该温度与用于接合过程的预先给定的温度阈值进行比较，以便从该比较 出发地产生控制信号，所述控制信号就这点而言用于在接合过程中调节电弧等离子体的温 度。在本发明的一种依据目的的构造方式中可以设置针对第一测量信号，测量上升 的信号分布，并且针对第二测量信号，测量下降的信号分布。本发明的具有优点的实施方式设置在产生控制信号之前，至少将第一测量信号 或者至少将第二测量信号转换到相应的比较测量信号电平上。在将测量信号转换到相应的 比较测量信号电平上时，可以使信号电平衰减和/或放大。借助于测量信号转换，尤其可以 使第一测量信号和第二测量信号处于相似或者相同的信号电平上。优选地，本发明的发展方案设置在比较第一测量信号和第二测量信号时，在第一 测量信号与第二测量信号之间形成差。可以将在形成差时所测定的差值与一个或者多个阈 值比较，从而控制信号的产生依赖于差值与阈值之间的比较来进行。在本发明的具有优点的构造方式中可以设置控制信号以包括用于能量源的关断 信号的方式产生。本发明的改进方案可以设置如果能量源给出脉冲起点，那么借助于保持环节针 对所述关断信号产生脉冲延长信号。在本发明的依据目的的构造方式中可以设置控制信号以包括用于能量源的启动 信号的方式产生。本发明的优选的改进方案设置控制信号以包括用于能量源的反向调节信号的方 式产生，利用所述反向调节信号，以不关断的方式反向地调节能量源的电流水平。本发明的具有优点的实施方式设置借助于低通滤波器对控制信号进行滤波。低 通滤波器例如可以是可调的数字滤波器。优选地，本发明的发展方案设置在至少部分地既不同于第一光谱范围又不同于 第二光谱范围的至少一个另外的光谱范围内，检测针对由接合过程的电弧等离子体发出的 发射光的另外的时间分布的另外的测量信号，并且将所述另外的测量信号用于产生控制信 号。按照这种方式，可以评估另外的光谱范围。为了检测测量值，优选使用另外的光电二极管。
本发明的改进方案可以设置至少检测针对包括发射光多个光谱线的第一光谱范 围的第一测量信号，或者至少检测针对包括发射光多个光谱线的第二光谱范围的第二测量信号。结合用于在接合过程中调节脉冲电弧等离子体的能量输入的设备的优选实施方 式，相应地适用前面结合用于调节能量输入的方法的相同实施方式所作的说明。可以设置第一光电二极管和第二光电二极管布置在烧嘴头上。在这种情况下，可 以布置在烧嘴头的外侧或者内侧上。在另一种构造方式中，光信号通过例如玻璃纤维线缆 形式的光导线缆接入，该光导线缆将光引导至光学探测器，所述光学探测器也可以与烧嘴 头分离地布置，例如布置在焊接器具内。可以借助于插塞连接将第一光电二极管和第二光电二极管以能更换的方式布置 在前置放大器板上。 在一种优选的构造方式中，第一光电二极管和第二光电二极管以及前置放大器装 置和测量信号准备装置整合在结构单元内，成为光谱调节器。在一种实施方式中，第一光电二极管和第二光电二极管与模拟-数字转换器联 接，从而可以将测量信号转换成模拟信号。下面详细介绍其他实施方式。在一种构造方式中，用于调节能量输入的方法利用两个光电二极管来实施，这两 个光电二极管的灵敏度最大值都处于不同波长Ll和L2上，其中，利用这两个光电二极管来 观察光谱测量信号Fl*和F2*的两个彼此相反的时间函数或者时间分布。在这种情况下， 在一种构造方式中，第一最大值处于如下光谱范围内的波长Ll上，在该光谱范围内主要是 待焊接的金属在发射。第二最大值L2处于所利用的保护气体(例如氩气或者氦气)和/ 或者活性气体如CO2的范围内。具有时间函数Fl*的最大值Ll优选处于紫外线范围(UV) 内，具有时间函数F2*的最大值L2例如处于红外线(IR)的范围内。如果所测量的测量信号F1*、F2*以被放大Gl倍和G2倍的方式记录为Fl =GlFl*, F2 = G2F2*，那么得出大致相应于单线(Einzellinie)发射的时间特性。(UV范围内的)时 间函数Fl随着脉冲开始缓慢上升并且在脉冲结束时才达到其最大值，而(IR范围内的)时 间函数F2则在脉冲开始后立即获得其最大值并且然后缓慢下降。为了确保污物或者阴影不影响开关结果，在一种实施方式中选择差形式。为此形 成另一时间函数F3 = F2-F1 = G2F2*-G1F1*。该差信号F3随着脉冲开始陡然上升，后来缓 慢下降到最小值。为此，时间函数之一，这里为F1，可以具有优点地利用反相器INV取反，以 便随后可以利用加法器SUM形成差F3 = F2+(-Fl) = F2-F1。如果光电二极管的时间函数是Fl*和F2*并且前置放大器的所调整的增益是Gl 和G2，那么开关条件通过F2/F1 = (F2’ G2)/(F1’ Gl)可以导出两种方案。在商形式中，通 过Gl和G2可以以F2/F1 == 1 ？的形式查询开关条件。微电子学上更加简单地实现的是 以差形式F2-F1 == 0 ？进行查询。为此，在达到理想的开关阈值S = 0时也适用F2/F1 =1。然而现实中S应略微为负，以满足简单地实现开关函数。关断阈值在这两种形式中优 选通过所调整的和待校准的增益Gl和G2的关系来确定。这些方案有利于特定的应用。因 此，商形式适用于以分析的方式通过温度函数T(F2，Fl)来估计等离子体温度。相反，差形 式则特别适用于这里所介绍的方法以作为快速调节器。
为了获得可再现的条件，具有优点的是，在一种构造方式中，在导出开关信号之 前，对差信号F3 = F2-F1在电平方面进行校正。背景是如下可能性，即商形式可以在分子 和分母中利用相同系数k来进行扩展，而不改变开关阈值。对此，利用自动的放大调节装置 AGC将差信号F3的振幅调整到限定的电压值上。由此保证很小的间距波动或者污物对后 来在比较器内所需的、不可忽略地小的阈值S没有影响。F3转变的点现在可以通过略低于零的阈值S来表征地形成限定的开关阈值，在该 开关阈值的情况下，等离子体内的温度或者金属蒸气浓度已达到临界值。如果F3低于S的 数值，那么利用比较器产生跳到逻辑‘高(high)’上的数字信号“比较”(COMP)。如果高于 S，那么COMP跳到‘低(low)，上。在此，COMP的关断条件能够以F3 = F2-F1 < S ？的形式
来表不。为了确保噪声或者短闪光(散粒噪声(shot noise))不会无意地使焊接脉冲过早 关断，可以在一种实施方式中将数字低通滤波器SC作为脉冲形成环节连接在信号COMP与 信号“停止”(STOP)之间。数字低通滤波器必然引起很小的延迟时间TD。电弧温度的预定值利用增益Gl和G2来调整并且针对特殊的过程和材料通过处理 器，例如保存在焊机内。该预定值在需要时可以重新从存储器中载入。按照这种方式，通过 载入针对Gl和G2的相应的数值，能够以不同的等离子体温度对不同材料进行焊接。为了获得至焊机的简单接口，可能具有优点的是，设置有可接入的保持环节W，该 保持环节还将‘高’关断电平一直保持住，直至焊机主动切断脉冲。该保持环节尤其在焊机 要以如下两种运行模式工作时具有优点在第一种运行模式A (脉冲运行)中，保持环节W起作用并且把STOP信号延长时 间TW。在此，焊机WM启动每个脉冲，并且光谱调节器SR又将脉冲关断。第二种运行模式B，即持续运行或者间歇性地脉冲运行，相反可以不带有保持环节 W地实施。在这里，向焊机既传送启动信号又传送关断信号当等离子体超过临界温度时 (“关”(OFF))，将停止信号STOP置于‘高’并且关断焊机电源。当等离子体然后又低于临 界温度时(“开”(0N))，ST0P跳到‘低’上并且光谱调节器又将焊接电源接通。按照这种方 式，将等离子体温度长期地保持在限定的温度范围内，该温度范围的变化仅通过所有过程 延迟的总和来限定。为了使熔滴分离(TropfenabHisung )更好地同步，也可以利用运行模式B进行
间歇性的运行，其中焊机的计时器给出一个通过光谱调节器切分成几部分的长脉冲。为了获得与焊机的无干扰的通信，具有优点地将信号STOP通过差分接口 RS (例如 RS485，某些情况下也以绝缘的方式)提供给焊机WM。因为光电二极管的信号有时可以被放大至千倍并且存在不对称的信号形状， 所以所有级的电耦合不可或缺。为了实现增益Gl和G2，使用专门开发的斩波放大器 (Chopperverstarker)。为了对其进行偏置补偿，具有优点的是，利用组件AUT0SYNC从信 号Fl、F2和/或者F3中产生可以用于斩波放大器的同步信号SYNC，该同步信号分别在脉 冲间隔内负责进行偏置补偿。为了可以保存标定出的、可调整的数值例如Gl和G2并且以依赖于过程的方式重 新载入这些数值，可以设置有微处理器μ P，该微处理器通过接口 SER从焊机和向焊机传输 调整数据、测试数据和校准数据。
该方法的另一变型方案在于，通过模拟-数字转换器进行时间函数F1、F2的固定 的前置放大，以便通过焊机的本来就存在的信号处理器内的硬件或者软件来模拟光谱调节 器。这具有的优点是，不必为了光谱调节器与焊机之间的参数交换而实现附加的接口 SER 并且取消了微处理器μ P。在一种构造方式中，用于调节脉冲电弧等离子体的能量输入的设备是加到焊机上 的、被称为光谱调节器的附加组件，该附加组件配属于焊机，并且该附加组件从等离子体光 中导出用于焊机的控制信号STOP。在一种实施方式中，脉冲焊机的电流“焊接”(WELD)通过该光谱调节器来关断并且 根据运行模式A或者B再重新被接通。光谱调节器借助于两个对不同波长Ll和L2光谱敏 感的光电二极管来接收等离子体光并且将其放大，并且像在所述方法中所述的那样将其处 理成用于焊接电源的控制信号STOP。在一种改进方案中，光谱调节器由示例性地在附图中说明的组件组成。所述组件 是任务是进行电压-电流转换和可调地进行信号放大的用于两个光电二极管的具有增益 Gl和G2的两个放大器、信号反向装置INV、加法电路SUM、自动放大调节装置AGC、比较器 C0MP、作为延迟环节SC的可调数字低通滤波器、可开关的保持环节W、差分或者光学接口电 路RS以及用于自动同步的电路AUTSYNC、用于产生内部工作电压的电路PWR、操作件BED、电 源PWR和用于与焊机交换调整数据、测试数据和校准数据的微处理器μ P。如果光谱调节器以表面贴装器件(SMD)技术来实现，从而该光谱调节器处于烧嘴 头内，那么该光谱调节器通过烧嘴头内透光的开口来接收光，或者通过如下方式来接收光， 即，该光谱调节器以布置在烧嘴头的底侧上的方式直接看到电弧。相反地，如果光谱调节器安置在焊机内，那么可以具有优点地在烧嘴头与焊机之 间设置光导线缆，该光导线缆将等离子体的光传输到光电二极管。依赖于所选择的光电二极管光谱范围，可能需要的是，针对每个光电二极管使用 合适的光谱特性的光导线缆。另一设备涉及可更换的滤波器。此外，可能具有优点的是，利用宽带的光电二极管 并且设置有具有长通特性(Longpass-Charakteristik)、短通特性或者带通特性的相应的 滤光玻璃，这些滤光玻璃依赖于应用情况地插入到光电二极管前面的光谱调节器内。另一设备涉及可更换的光电二极管。因此，可以将光电二极管具有优点地布置在 可插接的印制电路板上，以便在焊接过程或者焊接材料差别很大的情况下可以迅速地进行 更换。
下面参照附图借助实施例对本发明进行详细说明。其中图1示出典型脉冲电弧等离子体的发射光谱的图解图，该发射光谱具有依赖于波 长的光谱线；图2示出依赖于时间的时间函数f(t)的图解图；图3示出具有光电二极管的光谱调节器的方框图；图4示出用于两种运行模式的时间函数f(t)的图解图；以及图5示出光谱调节器与脉冲焊机组合的示意图。
具体实施例方式图1示出待焊接或者待钎焊的金属ME以及保护气体氩气AR的带有其相对发射EM 的光谱线的典型图案。在确定的范围内，圈出了在发射中突显的线的组，这些突显的组可以被配属于金 属或者保护气体(或者活性气体)。这些组的相对宽度提供了以相对宽带的方式利用光电 二极管的机会。已表明，在波长LX(约600nm)左右的范围内需要进行分离，以便在左侧获得 金属线的典型的时间分布而在右侧获得氩气线的典型的时间分布。两个光电二极管的灵敏 度的最大值在这里可以针对金属选择在波长Ll (在这里为420nm)上和针对保护气体(氩 气)选择在波长L2 (在这里为780nm)上。图2借助时间函数f (t)来解释光谱调节器的功能性原理。配属于金属的时间函数Fl在电流脉冲期间随着时间t上升，配属于保护气体或者 活性气体的时间函数F2在电流脉冲期间下降。将由两个光电二极管提供的并且经放大的 时间函数Fl和F2相减。如果Fl大于F2，那么差时间函数F3 = F2-F1为负。如果F3穿过 略微为负的开关阈值S，那么从中形成比较器信号C0MP。只要F3低于阈值S，信号COMP = “高”就保持不变。在此，Fl大于F2并且等离子体在该时间内能量过剩。利用前置放大器 调整的放大比率G2/G1确定关断温度或者启动温度。二进制的低通滤波器负责抑制毛刺并 且引起一般情况下可以忽略的附加延迟TD，在该附加延迟之后触发信号STOP(OFF)。如果 温度下降，那么差时间函数F3 = F2-F1重新上升，信号COMP和STOP回到‘低’ (ON)。图3示出光谱调节器SR的方框图，该光谱调节器具有波长灵敏度最大值 (Wellenlangen- Sensitivitatsmaxima)Ll 和 L2 的光电二极管、可调的放大装置 Gl 和 G2、 两个时间函数Fl和F2、将时间函数Fl取反到-Fl的反相器INV、输出差F3 = (F2-F1)的 加法器SUM、自动放大调节装置AGC、用于获取同步脉冲的电路AUT0SYNC、与阈值S进行比 较的比较器C0MP、信号调理单元SC(由带有可调延迟的数字低通滤波器组成)、具有用于脉 冲运行的开关位置A和用于准连续运行的开关位置B的可开关的保持环节W以及数字接口 RS，通过该数字接口将信号STOP传送到焊机丽上。工作电压VDD来自焊机丽，并且在供电 单元PWR内被准备好。微处理器μ P与焊机丽通过接口 SER通信。操作接口 BED例如包 括发光二极管或者按钮，用于与光谱调节器产生直接互联EW以便调整或显示数值。图4借助时间函数f(t)示出两种运行模式的图示。在脉冲运行㈧中，焊机的内部计时器通过信号“脉冲”(PULS)启动电流脉冲。当 时间函数Fl超过F2时，光谱调节器通过STOP信号断开焊接电流WELD，采用‘OFF’来标注。 为了防止重新接通焊机，STOP电平由可开关的保持环节仍保持足够长的时间TW，直至焊机 的内部计时器到期并且PULS安全地回落。在准连续运行(B)中，焊机的电流通过STOP信 号接通(ON)以及断开(OFF)。焊机的内部计时器在这种情况下关断，信号PULS在此处于 ‘高’电位。光谱调节器在这种情况下控制焊机。为了使熔滴分离更好地同步，也可以利用 运行模式B进行间歇性的运行，其中焊机的计时器给出一个通过光谱调节器切分成多个部 分的长脉冲。图5示出光谱调节器SR与脉冲焊机丽组合的原理。为了使焊机扩展出用于信号STOP的输入端，在最简单的情况下，中断内部脉冲发生器PUGE与焊接电源SSQ的连接。将信号STOP取反地利用“与”门电路(AND-Gatter)编 入“与”(AND)运算TOLD = PULS&/ST0P。为了实现电离，在这里除脉冲电流外，基本电流 (Grundstrom)不受影响地流动。 本发明的在前面的说明书、权利要求和附图中所公开的特征，无论是单独地还是 以任意组合，对在本发明的不同的实施方式中实现本发明来说都具有重要意义。
权利要求
1.用于在接合过程中，尤其是在焊接或者钎焊过程中，调节脉冲电弧等离子体的能量 输入的方法，其中，所述方法包括以下步骤-利用在第一波长时具有灵敏度最大值的第一光电二极管在第一光谱范围内检测针对 由所述接合过程的电弧等离子体发出的发射光的第一时间分布的第一测量信号，-利用在不同于所述第一波长的第二波长时具有灵敏度最大值的第二光电二极管在至 少部分地不同于所述第一光谱范围的第二光谱范围内检测针对由所述接合过程的所述电 弧等离子体发出的所述发射光的第二时间分布的第二测量信号，-通过在评估装置内比较所述第一测量信号和所述第二测量信号来产生控制信号，以及-依据所述控制信号来调节被配置成脉冲式地为所述电弧等离子体提供能量的能量源。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述能量源的调节包括对所述电弧等离 子体的温度的调节。
3.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，针对所述第一测量信号，测量上 升的信号分布，并且针对所述第二测量信号，测量下降的信号分布。
4.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在产生控制信号之前，至少将所 述第一测量信号或者至少将所述第二测量信号转换到相应的比较测量信号电平上。
5.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在比较所述第一测量信号和所 述第二测量信号时，在所述第一测量信号与所述第二测量信号之间形成差。
6.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述控制信号以包括用于所述 能量源的关断信号的方式产生。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述能量源给出脉冲起点，那么借助于 保持环节针对所述关断信号产生脉冲延长信号。
8.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述控制信号以包括用于所述 能量源的启动信号的方式产生。
9.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述控制信号以包括用于所述 能量源的反向调节信号的方式产生，利用所述反向调节信号，以不关断的方式反向地调节 所述能量源的电流水平。
10.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，借助于低通滤波器对所述控制 信号进行滤波。
11.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在至少部分地既不同于所述第 一光谱范围又不同于所述第二光谱范围的至少一个另外的光谱范围内，检测针对由所述接 合过程的所述电弧等离子体发出的所述发射光的另外的时间分布的另外的测量信号，并且 将所述另外的测量信号用于产生所述控制信号。
12.按前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，至少检测针对包括所述发射光 的多个光谱线的第一光谱范围的所述第一测量信号，或者至少检测针对包括所述发射光的 多个光谱线的第二光谱范围的所述第二测量信号。
13.用于在接合过程中，尤其是在焊接或者钎焊过程中，调节脉冲电弧等离子体的能量 输入的设备，具有-测量装置，所述测量装置配置成利用在第一波长时具有灵敏度最大值的第一光电二 极管在第一光谱范围内检测针对由接合过程的电弧等离子体发出的发射光的第一时间分 布的第一测量信号，以及利用在不同于所述第一波长的第二波长时具有灵敏度最大值的第 二光电二极管在至少部分地不同于所述第一光谱范围的第二光谱范围内检测针对由所述 接合过程的所述电弧等离子体发出的所述发射光的第二时间分布的第二测量信号，以及-评估装置，所述评估装置配置成通过比较所述第一测量信号和所述第二测量信号来 产生控制信号，并且提供控制信号用于调节所述电弧等离子体的脉冲式能量的能量源。
14.按权利要求13所述的设备，其特征在于，所述第一光电二极管和所述第二光电二 极管布置在烧嘴头上。
15.按权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述第一光电二极管和所述第二光 电二极管以及前置放大器装置和测量信号准备装置整合在结构单元内，成为光谱调节器。
16.按权利要求13至15至少之一所述的设备，其特征在于，所述第一光电二极管和所 述第二光电二极管借助于插塞连接以能更换的方式布置在前置放大器板上。
17.按权利要求13至16至少之一所述的设备，其特征在于，所述第一光电二极管和所 述第二光电二极管与模拟-数字转换器联接。
18.按权利要求13至17至少之一所述的设备，其特征在于，所述测量装置配置成在至 少部分地不同于所述第一光谱范围和所述第二光谱范围的另外的光谱范围内检测针对由 所述接合过程的所述电弧等离子体发出的发射光的另外的时间分布的另外的测量信号。
19.按权利要求18所述的设备，其特征在于，所述测量装置为了检测所述另外的测量 信号而具有另外的光电二极管，所述另外的光电二极管在不同于所述第一波长和所述第二 波长的另外的波长时具有灵敏度最大值。
全文摘要
本发明涉及一种用于在接合过程中，尤其是在焊接或者钎焊过程中，调节脉冲电弧等离子体的能量输入的方法以及用于调节能量输入的设备，其中，该方法包括以下步骤利用在第一波长时具有灵敏度最大值的第一光电二极管在第一光谱范围内检测针对由接合过程的电弧等离子体发出的发射光的第一时间分布的第一测量信号，利用在不同于第一波长的第二波长时具有灵敏度最大值的第二光电二极管在至少部分地不同于第一光谱范围的第二光谱范围内检测针对由接合过程的电弧等离子体发出的发射光的第二时间分布的第二测量信号，通过在评估装置内比较第一测量信号和第二测量信号来产生控制信号，以及依据控制信号来调节被配置成脉冲式地为电弧等离子体提供能量的能量源。
文档编号B23K9/095GK102143822SQ200980134545
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者弗兰克·霍夫曼, 格尔德·海因茨, 格雷戈尔·格特, 海因茨·舍普 申请人:Ipal有限责任公司, 柏林工业大学