具有可配置的个人计算机用户界面的焊接系统及设备的制作方法

本申请是申请日为2013年9月6日、国际申请号为pct/us2013/058592、国家申请号为201380042395.5、发明名称为“具有可配置的个人计算机用户界面的焊接系统及设备”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的参见引用

本申请主张于2012年9月7日提交的标题为“weldingsystemsanddeviceshavingaconfigurablepersonalcomputeruserinterface(具有可配置的个人计算机用户界面的焊接系统及设备)”的美国临时申请序列号61/698,364以及于2013年8月16日提交的标题为“weldingsystemsanddeviceshavingaconfigurablepersonalcomputeruserinterface(具有可配置的个人计算机用户界面的焊接系统及设备)”的美国非临时申请序列号13/969,043的优先权，其内容通过引用并入本申请。

背景技术：

本发明总体上涉及焊接系统，并且尤其涉及具有设置在个人计算机上的可配置用户界面的焊接系统。

焊接是在许多行业中已越来越普遍存在的一种工艺。虽然这种工艺在某些情况下可以自动化，但是由熟练的焊接技术人员执行的手动焊接操作的很多应用继续存在。传统工艺的焊接系统支持各种工艺，例如金属惰性气体(mig)保护焊、钨极惰性气体(tig)保护焊、粘结焊等，其可以在例如恒定电流或恒定电压的不同模式下操作。这些电源为焊接应用提供调制电力，并且这个所提供的电力的特性由焊接操作员输入的一个或多个设置控制。

许多焊接应用，例如航空部件的焊接，都需要操作员利用典型的用于更精细或更复杂焊接的tig工艺。这种复杂的焊接所希望的部件的方式可能对各种焊接条件和参数是敏感的，并且因此，对操作员来说，在焊接操作之前指定很多参数可能是必要的。在一些情况下，每次焊接操作员执行指定的焊接，焊接操作员都必须重复设置用于焊接电源的工艺，因此降低焊接工艺的效率和准确度，尤其在要执行的焊接与之前执行的焊接类似的情况下。进一步地，在一些情况下，焊接操作员为了单个部件的焊接可能需要几个不同的设置，尤其在给定的程序具有多个步骤的情况下。因此，需要一种系统，该系统能使操作员采用更有效的设置程序，而给焊接操作员带来最小的不便，尤其在焊接操作复杂的环境中。

技术实现要素：

在实施例中，焊接系统包括焊接电源，该焊接电源具有设置在其上的用户界面和设置在其中的焊接控制器，以适于产生用于焊接操作的焊接电力输出。焊接系统还包括具有经由对接机构与焊接电源可移除地接合的控制电路的计算机。当计算机对接在对接机构内时，用户界面被禁用，计算机能够用于接收操作员的输入，并且控制电路与焊接控制器通信以根据操作员输入协调焊接操作的控制。

在另一实施例中，用于焊接系统的改装套件包括适于联接到个人计算机上的通用串行总线端口以接收来自个人计算机的通用串行总线数据流的通用串行总线集线器。该改装套件还包括适于联接到通用串行总线集线器和设置在焊接电源内通用串行总线至rs485的转换器，以将通用串行总线数据流转换成rs485数据流。通用串行总线至rs485的转换器适于联接到焊接电源内的控制电路以将rs485数据流传送至控制电路。改装套件中还提供了供电套件，供电套件适于将个人计算机联接到在焊接电源的电源开关的上游位置处的焊接电源的输入电力电路。

在另一实施例中，焊接系统包括焊接电源，该焊接电源包括焊接控制器和具有多个设置在其上的可激活界面元件的第一用户界面。焊接电源适于产生用于焊接操作的焊接电力输出。焊接系统还包括与焊接电源集成并具有设置在其中的控制电路和第二用户界面的个人计算机。个人计算机内的控制电路适于接收操作员的输入，与焊接控制器通信以基于所接收的操作员输入选择性地激活第一用户界面上的一个或多个可激活界面元件，以及与焊接控制器通信以基于经由第二用户界面和第一用户界面上的可激活界面元件所接收的输入协调焊接操作的控制。

附图

在结合附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面以及优点将变得更好理解，在整个附图中相同的标记表示相同的构件，其中：

图1是包括焊接电源和对接在具有用户界面的焊接电源的个人计算机的焊接系统的实施例的立体图；

图2是包括焊接电源和对接在焊接电源的个人计算机的焊接系统的实施例的立体图；

图3是示出了具有对接在其中的个人计算机的焊接电源的实施例的示例性内部结构的示意图；

图4是具有一个或多个设置在其中的转换器的图1和图2的焊接电源的实施例的立体图；以及

图5是示出了适合于改装现有的焊接系统的个人计算机改装套件的实施例的示意图。

具体实施方式

如下详述，焊接系统的实施例包括焊接电源和外置计算机，例如个人计算机。在一些实施例中，计算机可以例如在设置在焊接电源中的对接机构中与焊接电源可移除地接合。例如，在一个实施例中，计算机可以对接在焊接电源，并且，当对接时，焊接电源上的接口可以被锁定或禁用。相反地，在这种情况下，计算机可被用作操作员界面。然而，在其他实施例中，计算机可配置成与设置在焊接电源上的用户界面结合使用。前述实施例可以使计算机用作可配置的用户界面，例如通过存储多个自定义用户预置文件或设置程序，如下面更详细的描述的。

现在参见附图，图1是包括焊接电源12的焊接系统10的立体图，该焊接电源12配置成给钨极惰性气体(tig)保护焊操作(或粘结焊操作)提供电力输出。然而，应该注意的是，在其他实施例中，焊接电源可以配置成为焊接操作的任何所希望的类型(例如金属惰性气体(mig)保护焊)提供电力。在某些实施例中，电源12可以根据所希望的应用向焊炬提供直流电(dc)或交流电(ac)。例如，ac电流可适于焊接铝或镁，以及dc电流可适于焊接不锈钢、镍或钛。除了使电流与材料选择相匹配之外，还可以改变电源12的输出以获得所希望的焊接特性。例如，低交流频率(例如约56赫兹)的电流可以产生具有工件的浅穿透的宽弧，而高交流频率(例如约200赫兹)的电流可以产生具有进入到工件内的更深穿透的聚焦弧。

在示出的实施例中，焊接电源12包括前板14、侧板16、顶板18和设置在其中的焊接控制器20。在图1示出的实施例中，前板14包括具有多个电子可激活界面元件24的控制板22和通/断开关26。在示出的实施例中，电子可激活界面元件24是旋钮。然而，在其他实施例中，元件24可以是能使用户将所希望的参数或特征输入到电源12内的任何合适的的电子可激活元件，例如旋钮、开关、显示器、按钮等。在某些实施例中，操作员可以例如经由与焊接控制器20的协调通过使用控制板22，至少部分地控制焊接操作的一个或多个参数。

如图所示，具有控制电路30的外置计算机28被示出对接在焊接电源12的对接机构32内。该外置计算机可以包括任何合适的格式并采用任何所希望的软件、操作系统、联通性能和数据交换协议等。例如，该外置计算机可以包括个人计算机、手提计算机、手持式计算机(例如平板计算机、智能电话等)。上述设备在这里有时用术语“个人计算机”统称。在示出的实施例中，对接机构32以在焊接电源12的顶板18中形成的凹部34的形式提供。然而，在其他实施例中，对接机构32可以以任何合适的形式提供，例如以联接到焊接电源12的上表面18的支架的形式，以容纳个人计算机28并联接到焊接电源12的面的安装设备的形式等。

然而，不管对接机构32的形式如何，在某些实施例中，当个人计算机28对接时，用户界面22可以被禁用，并且个人计算机28可以用于接收操作员的输入。在这样的实施例中，控制电路30此时可以与焊接控制器20通信以根据经由个人计算机28接收的来自操作员的输入协调焊接操作的控制。进一步地，为了便于接收操作员输入的过程，个人计算机28可以包括屏幕36和键盘38。在一些实施例中，屏幕36可以配置成触摸屏幕界面，操作员可以通过该触摸屏幕界面输入所希望的焊接参数。

在其他实施例中，当个人计算机28对接在对接机构32内时，可激活界面元件24中的一些或全部可以由焊接控制器20或控制电路30选择性地激活，并且焊接操作员可以经由接口22上的被激活的元件和/或经由个人计算机28输入所希望的焊接参数。例如，在一些实施例中，终端用户可以购买用于个人计算机28的各种软件包，每个软件包均对应于购买的功能的不同设置。为了启用购买的功能，接口22的一部分或全部可被激活以供使用。进一步地，在一些情况下，个人计算机28上的接口的特征可以与接口22上的特征相互协作以提供可以被操作员利用的完整接口。

示出的焊接系统10的前述特征可以启用在焊接环境中可能是所希望的各种功能。例如，通过提供作为焊接系统10的集成部分的个人计算机28，一个或多个终端用户可以在焊接操作的过程中配置和定制用户界面以供使用。在一些情况下，用户可以在个人计算机28上存储定制的文件、参数选择、焊接程序等。为此，个人计算机28和/或焊接电源12可以包括存储上述信息的存储设备。再例如，在焊接之前或焊接过程中可能对用户有用的附加数据(比如用户手册、培训协议、技术支持问题和答案等)都可以存储在计算机上并在需要时获取。

除了焊接电源12上提供的用户界面之外，焊接电源12还包括与一个或多个焊接设备和/或配件接口的各种插口。例如，在示出的实施例中，插口38和40分别接收将焊接电源12连接到焊炬46的电缆42和44。可以提供附加的插口以将电源12联接到其他设备，比如接收止于工件夹具的电缆的插口。在典型的焊接操作的过程中，工件夹具连接到工件以闭合在焊接电源12、工件和焊炬46之间的电路。即，通常，焊接系统10可以提供经由工件流至电源12的电流。

在操作过程中，除了电流的频率之外，电源12可以改变输出到焊炬46的电流的安培数。用于由电源12输出的安培数的设置可以由电源12的控制板22上的旋钮或按钮或其他输入元件调制，在个人计算机38上提供的界面上调整，或者可以经由无线接收器48与焊接电源12通信的遥控器设定。例如，在某些实施例中，焊接系统10可以包括脚踏板遥控器，其能使操作员在焊接过程中通过按下脚踏板或轻触脚踏板遥控器进行电流调节以改变安培数。遥控器还可以包括按钮控制、可听指令或其他将信号输入到电源12的形式以输出相应的电流。在这样的实施例中，焊接控制器20可以接收来自遥控设备、用户界面22、控制电路30或者其组合的输入，并且为焊接电源12确定合适的控制方案。

此外，虽然图1中没有描绘出来，但是焊炬46可以由来自气源的保护气供应。通常，保护气可以供应到焊炬46并在焊接的位置从焊炬排出。保护气可以在引焊弧之前、整个焊接期间和/或直到焊弧熄灭不久之后立刻排出。保护气保护焊接区域不接触可以导致熔合缺陷、多孔性和焊接金属脆化的大气气体，例如氮气和氧气。保护气还可以将热量从焊条传递到金属并且可有助于开始和维持稳定电弧。

图1中描绘的焊接系统包括设置在其上的用户界面22。然而，应该注意的是，在其他实施例中，个人计算机28可以配置成在所有模式的操作过程中与电源12保持对接并且可以向用户提供可用于系统控制的唯一的用户界面。例如，在图2中示出的焊接系统10的实施例中，焊接电源12不包括用户界面22。因此，当用户设置用于焊接的系统或想要改变焊接参数时，用户利用由个人计算机28提供的界面。

进一步地，应该注意的是，焊接电源12易受这里没有示出的各种特定实施的变型的影响。例如，在一些情况下，焊接电源12可以配置成与各种焊接配件或设备交互。为此，例如，如图2所示，焊接电源12可以包括能使其他设备联接到电源12的特征，例如支架50。

图3是示出了焊接电源12的实施例的实例内部结构和一种方式的示意图，电源12可以以该方式与个人计算机28的电子设备交互。包括在与一个本发明公开的实施例一致的焊接电源12中的合适的内部组件的实例被示出。然而，应该注意的是，包括在示出的焊接系统10的焊接电源12和个人计算机28中的特定构件可以进行在本发明公开的实施例的范围内的各种特定实施的变型。也就是说，根据所给定的应用的特征，在其他实施例中可包括更多或更少的构件。

在示出的实施例中，焊接电源12包括经由电源开关56接收来自例如交流电源54(例如ac电力网、发动机/发电机组、电池或者上述组合)的主电源的输入电力的功率转换电路52。虽然也可以使用其他电源，例如由发动机驱动的发电机、电池、燃料电池单元或其他替代源产生的电力，但是施加到功率转换电路52的电力可以来源于电力网。接收输入电力以后，功率转换电路52调节输入电力，并根据系统10的需要提供输出功率以驱动一个或多个焊接设备(例如焊炬组件46)。因此，在一些实施例中，功率转换电路52可以包括根据系统10的需要能够将ac输入电力转换成直流正接(dcep)或直流反接(dcen)输出的电路元件，例如变压器、整流器、开关等。

为了个人计算机28操作切断用于电源12的供应电力，在图3的实施例中，交流转直流(ac/dc)电源供应器58在ac供电源54和电源开关56之间的位置处接合到用于焊接电源12的功率输入电路中。ac/dc转换器的前述位置可以使个人计算机28即使在焊接电源12被切断电源的情况下也能利用初级电源54。例如，在一些实施例中，个人计算机28可以包括能量存储设备，并且例如当电源12被关闭时能量存储设备可以利用初级电源54充电。然而，应该注意的是，在其他实施例中，个人计算机28可以接收来自其联接到的单独的初级电力源、内置电池或其他任何电力源。

示出的焊接电源12还包括焊接控制器20，其配置成接收和处理关于系统10的性能和需求的多个输入。焊接控制器20可以包括各种合适的构件，例如处理电路和存储器。存储器可以包括易失存储器或非易失存储器，例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁存储器、光学存储器或者其组合。此外，各种控制参数可以与配置成在操作过程中提供特定输出(例如启动送丝、启用气流等)的代码一起存储在存储器。

在操作过程中，焊接控制器20可以接收来自操作员界面22和/或个人计算机28的有关关于所希望的焊接工艺和所希望的参数(例如电压、电流、特定脉冲或非脉冲焊接机制等)的用户参数选择的一个或多个输入。虽然图3中未示出，在某些实施例中，焊接控制器20还可以联接到气体控制阀，其在保护气是所希望的应用中调节从气缸到焊炬46的保护气的流量。通常，这种气体在焊接的时候提供，并且可以在焊接之前立即打开和焊接之后的短时间内打开。

基于从操作员接收的上述输入，焊接控制器20操作以例如经由传送到功率转换电路52的控制信号来控制用于实施所希望的焊接操作的焊接电力输出的产生。基于上述控制命令，功率转换电路52配置成产生最终将施加到焊炬46处的焊条的输出功率。为此，如上所述，可以采用各种功率转换电路，包括截波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器等。

各种内部构件设置在焊接电源12以使个人计算机28与电源12和一个或多个焊接配件设备交互。例如，设置通用串联总线(usb)集线器60以使电源12经由集中连接点连接到个人计算机28。usb集线器60易受各种特定实施的配置影响。例如，usb集线器60可以包括任何所希望的数量的端口，配置成自供电设备，配置成操作切断焊接电力输入等。

进一步地，可以设置rs485至usb的转换器62，以当与焊接控制器20通信时，使个人计算机28的软件通过个人计算机的com端口之一模拟操作员界面22。以这种方式，个人计算机28可以用来将设定参数通信到焊接控制器20。应该注意的是，如下面更详细的讨论，转换器62可以用来与其他构件结合以改装现有的电源12，从而将个人计算机28用作用户界面。

更进一步地，应该注意的是，电源12可以配置成与一个或多个焊接配件设备交互，例如焊接面罩64和条形码阅读器66。条形码阅读器66可以用来例如扫描与一个或多个焊接材料或构件有关联的部件编号。当系统处于操作时焊接操作员可以戴上焊接面罩64以便于焊接过程。在某些实施例中，焊接面罩64可以包括平视显示器，其可以位于例如操作员视野的周围，以向操作员显示对应于一个或多个焊接变量的信息。进一步地，在一些实施例中，个人计算机28可以与焊接面罩64通信，例如当焊接操作开始和结束时，指示何时将镜头变暗或变亮。为了使数据从个人计算机28传送到焊接面罩64，设置视频转换器68。在操作过程中，视频转换器68将来自个人计算机28的视频图形阵列(vga)视频转换成焊接面罩64能够显示的复合信号。在示出的实施例中，视频转换器68是usb集线器60关闭电源的情况。

图4是具有侧盖的焊接电源12的实施例的立体图，侧盖被移除以露出内部构件的实例配置。在示出的实施例中，外罩70围绕转换器62和68并联接到电源12的前板的内表面72。在控制板22完全由作为唯一用户界面的个人计算机28代替的实施例中，外罩70可以代替控制板电子设备。进一步地，第一安装支架74支撑usb集线器60，并且第二安装支架76支撑无线接收器48。然而，应该注意的是，示出的配置仅是实例，并且前述构件可以以任何所希望的特定实施的方式集成。

此外，应该注意的是，在某些实施例中，已经存在的焊接系统可以改动成包括作为适合的用户界面的个人计算机28。为此，如图5所示，在一些实施例中，前述构件中的一些或全部可被提供作为改装套件80的一部分，该改装套件80设计来使操作员将基于焊接系统的非个人计算机转换成基于焊接系统的个人计算机。例如，改装套件80可以包括例如但不限于以下组件：内置安装支架74、usb集线器60、视频转换器68、外置安装支架50、rs485至usb的转换器62和/或无线接收器48。

虽然本文仅示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将想到很多修改和变化。因此，应当理解所附权利要求旨在覆盖所有落入本发明的真正精神内的这些修改和变化。