专利名称：用于电弧喷涂的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地说涉及一种用于雾化熔融金属的电弧喷涂的方法和设备，而更具体地说涉及一种电弧喷涂设备中的电流和线材进给速度控制。
电弧喷涂是一种热喷涂工艺，其中相同或不同材料的一个或多个线材被熔化、雾化，并把这些熔化了的粒子推进到一个备好的表面上以形成一个金属覆盖层。熔化线材所需要的热能由一个在线材端部建立起来的电弧产生。用一个高速气流使电弧中的熔融金属雾化并把这些细小的微滴推进到待覆盖表面。电弧喷涂设备可以用来涂敷不同类型的覆盖层，例如防腐蚀覆盖层、耐磨损覆盖层或表面修复覆盖层。
一个电弧喷涂设备一般包括五个主要部件一个线材进给器；一个大电流直流电源；一个过程控制器；一个高速气体源；及一个电弧枪。线材进给器以均匀的速度连续送进一个或多个可熔金属线材。该线材一般由一个线材驱动装置来驱动，然后通过一个绝缘的挠性管道送进到线材导向器之中，并通过电弧枪上的电极前端而进给。电极前端一般把这些线材引导到一个它们相遇的交叉点。
来自直流电源的电流在电极前端提供给可熔线材，并在两个线材相遇处形成一个电弧。控制器使电源供应正角的电能、保证正确的线材进给速度和气流。
一个喷嘴直接位于电弧后边，并且布置成与电弧在一条线上，雾化气流以高速通过该喷嘴。雾化气体一般是压缩空气或者氩气或氮气之类的惰性气体。雾化气体在它离开喷嘴时的速度一般高达数千英尺每秒而且该速度可在很宽的范围内进行调整。雾化气体速度对覆盖层的特性有重要影响。
电弧的温度可高达几万华氏度。由于这种温度，粒子在加速时撞击并粘结于正确净化并糙化的底材的微细突出部，产生对底材的很大的覆盖层附着力和很强的内粒子凝聚强度。除了很强的粘结强度之外，与火焰喷涂相比，电弧喷涂的其他优点在于成本低和使用方便。
最初，随着两个线材向交叉点前进并接触，在电弧里产生离子化等离子体。通过线材施加很高的电流流度，因而在这些线材的接触点处产生极多热量，熔化金属线材接触部分并使周围气体离子化。这些离子化物质即等离子体为电流的流动提供一个电阻较小的通路。流过等离子体的大电流和跨过电弧的电压降提供保持离子化状态的必要的保持功率。阳极线材被离开阴极线材表面之后撞击到阳极线材上的电子所加热。阴极线材表面被正气体离子的撞击所加热。
针对一个具体的应用场合，将需要一个给定的电压、空气速度和电流。为了得到想要的电压，用户往往调整电源电压设定值；用户还选择一种空气速度；而电流则通常靠用户选择一个线材进给速度来选择，因为在大多数工作范围内电流一般与线材进给速度成比例。为了帮助选择近似的线材进给速度，往往提供一些针对具体的材料和工况给出线材进给速度与电流之间的关系的表格。
那些现有技术的控制器一般有开环控制。某些现有技术电弧喷涂设备包括一种闭环驱动进给器速度控制，这种控制监测驱动进给器速度并调整驱动马达的转速以保持恒定的驱动进给器速度。然而，这些控制器并不直接控制电弧中的电流。因此，这些控制器不能补偿工况中的变化，例如线材直径的变化，线材熔点、空气速度的变化，线材对准方面的变化，或者线材的刚度、痕迹或螺旋方面的不规则性等。因此，需要一种补偿这些因素的控制器，它能解决现有技术中的许多问题。
一般来说，在电弧喷涂中，工况可以用工作电压和电流以及气体流量(gas flow rate)来表示。在某些电压和电流工况下可能发生灭弧。在另一些电压和电流工况下可能发生线材短路。在其他一些电压和电流工况下可能平稳地进行该过程，亦即，既不会发生灭弧也不会发生线材短路。在电弧喷涂过程中，线材短路和灭弧会降低涂覆质量。
当线材被推送得过快并接触，从而粘接在一起时，就会发生线材短路。
当电弧被气流所熄灭时即灭弧时会出现爆裂声。
如果电弧喷涂是平稳的(既不发生短路也不发生灭弧)，则得到的金属覆盖层便可具有重复和可接受的质量。爆出火花、劈拍作响和脉动性能意味着得到的覆盖层可能含有缺陷或不可重复，或二者兼而有之。因此，希望探测灭弧和短路的存在。随着一个电弧喷涂的操作者变得熟练，他逐渐获得对该过程的视觉和听觉体验，并获得对何时喷涂火舌正确(平稳运行)或不正确(爆出火花、劈拍作响和脉动)的认识。
喷涂过程的视觉和听觉效果取决于许多因素，其中包括喷涂线材的类型与规格、电弧电压和电流及气体流量。因而，判读或解释喷涂火舌的视觉和听觉特征需要由有经验的操作者训练新操作者，并且可能要花若干年来取得经验。因此，希望一个电弧喷涂产品探测并指示线材短路或灭弧的存在，以便一个没有经验的操作者也能根据需要调整参数，并且还学会判断在许多不同应用中这些工况的特征声响。
为了在一个电弧喷涂系统中引弧，把两个线材凑在一起直到开始电子的金属对金属传导。由于接触电阻很小，通过线材的一个大电流将加热线材端部，直到靠所产生的瓦数把线材熔化为止。当电流和电压工况有利时，即在既不发生灭弧也不发生线材短路的工作范围内，实现喷涂等离子体的平稳起动。
然而，当起动电流和电压处于或接近于线材短路工况时，由于线材进给速度很高，可能造成爆炸性起动。当熔融横截面变得足够小而它造成的电阻很大时，将非常迅速地产生大量的瓦数并发生爆炸，把未熔化线材推离电弧枪并推向待涂覆表面。
处于或接近于灭弧工况下引弧，需要很低的线材进给速度(例如每分钟几英寸)。低进给速度使线材刚轻微接触便瞬间产生大量热量。于是线材端部被烧掉而电弧熄灭。然而随着新的线材端部再次互相接近和轻微接触，又开始整个过程。
由于上述原因，为了克服马达惯性和其他起动困难，处于或接近于线材短路或灭弧工况下引弧是很困难的。因此，当想要在处于或接近于这些工况下工作时，最好一个电弧喷涂机先在正常工况下引弧，然后再转移到困难的工况。
根据本发明的一个方面，一种电弧喷涂一对线材的方法包括以可控制的速度向电弧送进这些线材。通过这些线材向电弧提供电流。监测一个诸如电流、电压或功率之类的电弧参数的量值，并响应于该参数量值控制线材进给速度。
根据本发明的另一个方面，一种电弧喷涂机包括一个驱动线材的进给马达和一个向线材提供电流的电源。一个控制器与电源和进给马达相连接，并包括一个诸如电流、电压和功率传感器之类的电弧参数传感器，以及一个闭环控制电路。该闭环控制电路接收传感器的输出并响应于该参数量值来控制进给马达的转速。
根据本发明的第三个方面，一个用于电弧喷涂机的控制器包括检测诸如电流、电压或功率之类的电弧参数的量值并提供一个指示该量值的输出的传感器。还设置一个设定点选择器，它有一个指示设定点的输出。一个比较器把该参数量值与该设定点进行比较，而一个误差信号发生器响应于该项比较来控制线材进给马达。
根据本发明的又一个方面，一种用于电弧喷涂的方法和设备包括以可控制的速度向电弧送进线材并向电弧提供功率。监测该电弧并向用户显示电弧的工况一究竟有没有短路和灭弧发生。
本发明的另一个方面在于一种电弧喷涂方法，该方法最初以一预定的速度在一个预定的时间段向电弧送进线材。尔后在该预定的时间段结束之后以不同的速度向电弧送进线材。
在纵览以下附图、详细描述和所附权利要求时，本发明的其他主要特征和优点对于本专业的技术人员将变得显而易见。
图1是根据本发明构成的一种电弧喷涂机的方块图；图2是用来实现本发明的几个方面的一种控制器的电路图3A—3E表示与图2的实施例相对应的波形；图4是用来实现本发明的一个方面的一种波峰探测器的电路图；以及图5是用来实现本发明的一个方面的一种波谷探测器的电路图。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前应该指出，本发明的应用并不限于在下面的描述中给出的或附图中画出的结构细节和元件配置。本发明可以有其他实施例或以其他方式实现或进行。此外还应该指出，本文所用的用语和术语是为了描述，不能看成是限制。
本发明涉及电弧喷涂并包括一种用于电弧喷涂的方法和设备。根据本发明的一个方面，如图1中所示，电弧喷涂机100包括一个闭环电流控制。根据本发明的这一方面，响应于电弧和喷涂线材中的电流的量值来控制电弧喷涂机100的线材进给速度。
如图1中所示，电弧喷涂机100包括一个线材进给器102。线材进给器102包括一个驱动一对线材驱动辊104的马达103。马达103可以是任何类型的马达，例如一个直流电机、一个气马达或一个交流电机。驱动辊104驱动一对线材105和106，这些线材在电弧喷涂过程中被消耗并沉积在待覆盖的底材上。线材105和106从一对线材卷轴107和108中放出。
图1中还画出作为电弧喷涂机100的部分的直流电源110。直流电源110通过一对导体111和112提供电弧电流。电源110一般是个可选择的恒压直流电源，并且可以是一个单相或三相整流电源，或者任何其他类型的电源。在导体111和112上从电源110向线材进给器102提供功率。线材进给器102内部的导线把通过这些导线的电弧电流提供给布置在一对管道114和115内的导线。管道114和115内的导线是空心的而喷涂线材穿过该中心孔。载流导线和喷涂线材105和106都提供给喷涂枪116。在喷涂枪116内部实现从载流导线到喷涂线材105和105的电气接触。在最佳实施例中，是在喷涂枪116内部实现接触的，因为电弧喷涂线材105和106的电阻比管道114和115大得多。喷涂枪116一般靠拉动一个触发器来起动，但起动也可由其他装置来完成。在喷涂枪116的前端形成一个电弧117。
图1中还画出一个高速气体源120，而来自该气体源的气体供给喷涂枪116。通过喷涂枪16把该高速气体引向电弧117，从而造成一个等离子体火舌118。气源120可提供空气、氩气、氮气或任何其他气体，并且往往以一可控速度提供气体。
如发明的背景部分所述，一个电弧喷涂机在送进喷涂线材105和106的同时通过提供电流而工作。等离子体火舌使喷涂线材105和106的前端熔化而来自气源120的高速气体使熔融金属雾化并把它喷涂到待涂覆的底材的表面上。
控制器122提控闭环电流控制。控制器122接收来自电流传感器123的指示电弧电流量值的信号。电流传感器123设在电弧电流通路上，因而它测量实际电弧电流。电流传感器123可以是个分流器、霍尔效应传感器、电流互感器或任何其他的电流测量装置。在其他实施例中，闭环控制基于电弧的一些其他参数，如电压或功率之类。
电流信号提供给控制器122中的电流放大器125。电流放大器125输出一个具有响应于实际电弧电流的量值的信号。下文将更详细地描述到，电流放大器125还对电流信号上的噪声进行抑制或滤波。电流放大器125的输出提供给比较器126，该比较器还接收来自操作者选择的电流设定点127输出端的输入。比较器126把(来自电流放大器125的)实际电流的量值与(来自电流设定点选择器127的)电流设定点进行比较，并根据哪个输入较大来提供一个输出即逻辑1或逻辑0。该逻辑信号提供给积分器129，该积分器对逻辑1和逻辑0的动态串进行时间积分。积分器129工作以便当实际电流小于电流设定点时提高其输出，而当实际电流大于电流设定点时降低其输出。积分器129的输出作为控制器122的输出来提供。
控制器122的输出提供给马达控制器130。马达控制器130接收来自控制器122的积分输出信号并响应于该信号而向马达103提供功率。马达103的转速响应于由马达控制器130所提供的功率量(信号的量值)。因此，该转速也响应于控制器122的积分输出。
随着线材进给速度的提高，电流量值加大；而随着线材进给速度的降低，电流量值减小。电流量值的变化由电流传感器123检测并被电流放大器125放大。然后比较器126的变化的逻辑状态被时间积分以形成积分器129的不断变化的输出。积分器129的输出就是控制器122的输出。控制器122的输出加到马达控制器130上，该马达控制器决定着驱动马达103的转速和电弧喷涂线材105和106的速度。因此，本发明的这一实施例提供闭环控制，其中响应于实际电弧电流这样地调整线材进给速度，即把电弧电流保持于想要的平均值。
因此，本发明允许用户直接选择电弧电流。不需要回复到表示电弧电流与线材速度的近似关系的表格。也不需要通过调整线材进给速度来对电流值进行“细调”。此外，线材物理性质方面的变化也将被控制器122自动加以补偿。例如，如果线材直径减小，从而减小电流，则控制器122将探测出电流方面的这个变化并调整线材进给速度，直到电流加大到想要的值为止。控制器122将在下文予以描述，但作为本专业的技术人员将会明白，有无数的方法可以实现控制器122。
接下来参见图2，其中画出控制器122的部分的电路图。在该最佳实施例中，电流放大器125包括一对输入线204和205，多个电阻器R1、R2、R3、R4和R5，多个电容器C1、C2、C3、C4和C5，及一对运算放大器A1和A2。
电流放大器125在输入线204和205上接收电流传感器信号。在一个实施例中，从一个50mV的分流器上取得分流器信号。50mV的压降对应着大约200A的电流。输入线20A接到分流器123的比较正端并经1000Ω电阻器R1接入运算放大器A1的同相输入端，经100kΩ电阻器R3接地。为了平滑噪声，设置0.1μF的电容器C1跨在100kΩ电阻器R3两端。
输入线205接到分流器123的比较负端而信号经1000Ω电阻器R2加到运算放大器A1的反相输入端。再者，为了平滑噪声，在运算放大器A1的倒相输入端与地之间设置0.1μF电容器C2。从运算放大器A1的倒相输入端到它的输出端设置100kΩ反馈电阻器R4以建立大约为100的增益。为了阻尼，还在运算放大器A1的倒相输入端与运算放大器A1的输出端之间设置0.001μF反馈电容器C4。
与运算放大器A1配套的元件的电阻和电容的选择是为了提供足够的阻尼以防止电弧电流中的很短的干扰影响控制过程。另一方面，把时间常数选得足够短以便有效地控制电弧喷涂过程。在此实施例中，选择了约0.1ms的时间常数。
因而运算放大器A1的输出是电弧电流的一种放大了的并稍经平滑的变化形式。该放大了的信号经5000Ω电阻器R5供给起电流缓冲器作用的运算放大器A2。1μF电容器C5接在缓冲器A2的同相输入端与地之间。放大器A2可以用不同的元件另行设计，例如采用分立器件而不是运算放大器，或者采用数字器件而不是模拟器件。缓冲器A2的输出作为电流放大器125的输出供给比较器126。
比较器126还接收一个来自操作者设定的电流设定点调整器127的输入。如图2中所示，电流设定点选择器127包括一个+12V电压源，一个电阻器R8，一个电阻器R10和一个电位器P2。电流设定点选择器127的输出取决于3.3kΩ电阻器R8、150Ω电阻器R10和用户可调电位器P2电阻(从0到1000Ω)的电阻组合的分压器。根据该最佳实施例，最大的可选择电流为124A，这对应于3.1V的电压。电流设定点选择器127的输出与实际电流的比率为25mV每A。在其他实施例中可以使用其他电压，并用其他装置来产生设定点电压，例如用数字元件。
如上所述，电流设定点选择器127的输出供入比较器126。比较器126包括一个运算放大器A3，该运算放大器在其倒相输入端接收电流设定点选择器127的输出。运算放大器A3的同相输入端通过1kΩ电阻器R11接收电流放大器125的输出。在运算放大器A3的同相输入端与输出端之间接一个220kΩ反馈电阻器R12。电阻器R12在运算放大器A3的输出中提供一个滞环以防止在一具体电流附近振荡。例如，当实际电流加大到超过电流设定点加上电阻器R12引入的滞环时，比较器126的输出改变状态为逻辑1。相反，当实际电流减小到小于电流设定点减去电阻器R12引入的滞环时，比较器126的输出改变状态为逻辑0。现有技术中已经公知，有许多实现比较器126的方法，其中包括使用数字元件或其他模拟元件。
比较器126的输出供入积分器129，该积分器根据比较器126的状态使一个1.0μF电容器C17充电或放电。积分器129还包括一个倒相与非门A4，多个电阻器R13、R14、R15、R16和R19，一对模拟开关SW1和SW2，一对可变电阻器P3和P4，以及一个缓中器A5。来自聚集在电容器C17上的电荷的电压作为输出经缓冲器A5和限流电阻器R19提供，在该较佳实施例中，限流电阻器R19的电阻为2kΩ。如下文将更详细地解释的，积分器129的输出(电容器C17上的电荷)越高，则图1中的线材进给马达103的转速越高。
通过开关SW1或SW2之一选择性地接通使电容器C17选择性地充电和放电。当实际电流大于设定点加滞环时，比较器126的输出为逻辑1而开关SW1经5.6kΩ电阻器R14接通。当开关SW1接通时，存在着从电容器C17、经开关SW1、56kΩ电阻器R15和1MΩ可变电阻器P3的电流通路。因此，电容器C17放电，降低其上的电压，并降低控制器122的输出和马达103的转速。随着马达103转速的降低，实际电流量值也将减小。开关SW1保持接通而线性进给速度和电弧电流量值继续减小，直到实际电流变成小于设定点减滞环为止。
当实际电流减小到小于设定点减滞环时，比较器126的输出变成逻辑0。这关断开关SW1。而且，由于逻辑0被与非门A4倒相并经5.6kΩ电阻器R13提供给开关SW2的门，开关SW2被接通。当开关SW2接通时，电容器C17经56kΩ电阻器R16和1MΩ可变电阻器R4充电。因此，当实际电流小于电流设定点减滞环时，电容器C17充电，提高其上的电压并提高马达103的转速。随着马达103转速的提高，实际电流也将加大。以上针对该最佳实施例描述了积分器129，但是可以使用其他电路，包括其他模拟和数字元件来实现这一控制方案，以及也能响应于电流量值来控制线材进给速度的其他控制方案。
于是可以看到，公开了一种闭环电流控制。该闭环控制监测实际电流量值并响应于想要电流与实际电流之间的误差来调整线材进给速度。为了得到所选的电流量值，此一控制将既响应于用户改变的想要电流又响应于工况的变化来调整线材速度。
接下来参见图3A—3E，其中画出表示在控制器122的不同级处出现的信号的波形。图3A代表由分流器123测得的典型的实际电弧电流信号。该信号是比较有噪声有并且包含被本控制方案所平滑的短期扰动。实际信号的噪声可能比所画的大得多。
波形3B表示放大器125的输出。放大器125的输出对应着图3A中的实际电弧电流，但经过平滑和放大。图3B上还画出电流设定点。
图3C针对图3B中的设定点和放大了的实际电流表示比较器126的输出。如上所述，当实际电流大于设定点时，比较器126的输出产生一个逻辑1。当实际电流小于设定点时比较器126的输出为逻辑0。
图3D针对图3C中所示的比较器126的输出表示积分器129的输出。可以看出，当实际电流大于设定点电流时，积分器的输出降低。而且，当实际电流小于设定点时，积分器129的输出升高。
图3E表示接受本发明控制的典型线材速度。可以看到，控制根据被送进线材的条件和被送进线材的类型在整个0.3秒至1.0秒的时间段上变化。
根据本发明的另一个方面，该控制器包括探测灭弧或线材短路的电路。如果控制器探测到这两种工况中的某一种的存在，则通过点亮操作面板上的发光二极管向用户发出关于该工况存在的指示。
回过头参见图1，控制器122包括用来探测线材短路或灭弧的存在的元件。具体地说，波峰探测器132和波谷探测器134各自收到放大器125的输出、经过平滑和放大的电弧电流信号作为输入，波峰探测器132通过监测实际电流量值有无波峰来探测线材短路的存在。波峰的存在表明线材已短路。当探测到波峰时面板上的一个发光二极管点亮，借此通过用户存在线材短路。以类似的方式，波谷探测器134通过监测实际电流量值有无波谷来探测灭弧的存在。波谷的存在表明电弧已被熄灭。当探测到波谷时面板上的一个发光二极管点亮，借此通知用户存在灭弧。
接下来参见图4，画出波峰探测器132的电路图。波峰探测器132包括多个电阻器R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26和R27，一对运算放大器A9和A10，一个二极管D1，一个电容器C20，以及一个发光二极管D2。一般来说，运算放大器A9和A10被配置成比较器。当实际电流上升到一个波峰时，运算放大器A9输出一个逻辑0。这使运算放大器A10也输出一个逻辑0，点亮发光二极管D2。
具体地说，构成分压器的10kΩ电阻器R20和33kΩ电阻器R21把一个+12V的参考电源分压成大约9.2V的参考电压。运算放大器A9在其同相输入端经20kΩ输入电阻器R22接收该9.2V参考信号。运算放大器A9还在其倒相输入端接收实际电流信号。当实际电流信号大于参考信号时，运算放大器A9探测到一个波峰，并提供一个逻辑0的输出。按照标度，9.2V参考信号对应于198A的电弧电流。56kΩ反馈电阻器R23提供滞环，以致运算放大器A9的输出在电弧电流减小到低于139A之后才恢复到逻辑1。
当运算放大器A9的输出为逻辑0时，经二极管D1和610Ω电阻器R26使电容器C20很快地充电，降低运算放大器A10的同时输入端处的电压。当加在该同相输入端的电压下降到经过9.2V时，运算放大器A10的输出变成接近零状。这经2kΩ电阻器R27点亮发光二极管D2，指示存在一个线材短路。
然而，线材短路所经历的时间往往很短，以致用户难以看清发光二极管D2已被点亮，因而电容器C20的放电速度比充电速度慢些。当电弧重新建立且电弧电流减小到小于139A时，运算放大器A9的输出恢复到逻辑1而电容器C20开始放电。该放电通路仅包括200kΩ的可变电阻器R25，因为二极管D1阻断电阻器R26。于是，该发光二极管将保持点亮外加的0.1s。此点亮时间一般来说长得足以让人眼看到发光二极管点亮。
波谷探测器134以相似的方式工作，只是其逻辑是相反的，因为要探测的是波谷。接下来参见图5，波谷探测器134包括多个电阻器R28、R29、R30、R31、R33、R34和R36，一对运算放大器A11和A12，一个二极管D3，一个电容器C21，以及一个发光二极管D4。运算放大器A11和A12被配置成比较器。当实际电流下降到一个波谷时，运算放大器A11输出一个逻辑1。这使运算放大器A12也输出一个逻辑1，点亮发光二极管D4。
具体地说，构成分压器的1.2kΩ电阻器R29和22kΩ电阻器R28指一个+12V的参考电源分压成大约0.6V的参考电压。运算放大器A11在其同相输入端经33kΩ输入电阻器R30接收该0.6V参考信号。运算放大器A11还在其倒相输入端接收实际电流信号。当实际电流信号小于参考信号时，运算放大器A11探测到一个波谷，并提供一个逻辑1的输出。按照标度，0.6V参考信号对应于11A的电弧电流。240kΩ反馈电阻器R31提供滞环，以致运算放大器A11的输出在电弧电流加大到超过39A时才恢复到逻辑0。
当运算放大器A11的输出为逻辑1时，经二极管D3和12kΩ电阻器R33使电容器C21很快地充电，提高运算放大器A12的同相输入端处的电压。当该电压上升到经过加在倒相输入端上的0.6V时，运算放大器A12的输出变成逻辑1。这经2kΩ电阻器R36点亮发光二极管D4，指示存在一个灭弧。像对波峰探测器一样，通过在电容器C21的放电通路中使用200kΩ电阻器R34来延长发光二极管D4的点亮时间。
于是，波峰探测器132和波谷探测器134分别探测线材短路和灭弧的存在。此外，它们还提供要被点亮的指示灯，以致用户可以调整工作参数和/或掌握这些工况的特征声响。当然，灭弧和短路探测可以用其他电路，包括模拟和数字器件来进行。
本发明的另一个特征涉及电弧喷涂的起动条件。更确切地说，有时也许想要在或接近于可能引起线材短路和灭弧的电压和电流工况下工作。虽然在这些区域中持续工作是可能的，但在这些工况下很难起动电弧喷涂过程。在图1上以方块形式画出一个软起动电路136，该电路迫使最初的电弧电流处于一个比较容易起动的值。
软起动电路136与积分器129一起，连接于决定线材进给马达转速的控制器122输出端。当用户通过最初按压喷涂枪116上的触发器而开始电弧喷涂过程时，软起动电路136把控制器122的输出和线材进给马达转速暂时限制于工作和起动比较容易的值。在初始化期过后该限制解除而积分器129控制电流和线材进给速度值。
接下来参见图2，软起动电路136被示意地画出并包括多个电阻器R40、R41、R42、R43和R44，一对与非门A15和A16，一个电容器C40及一对开关SW3和SW4。
与非门A15的输入端接于喷涂枪116的触发器。当触发器未被拉动时，即机器接通但尚未使用时，至与非门A15的输入为逻辑1。在此工况下与非门A15的输出为逻辑0，它被施加于与非门A16的输入端。于是，与非门A16的输出为逻辑1。该逻辑1经2kΩ的电阻器R42和R44供入开关SW3和SW4的门，接通开关SW3和SW4。这使得包括+12V电压源、10kΩ电阻器R43和0—10kΩ可变电阻器R41在内的分压器跨接于(积分器129的)电容器C17，借此把电容器C17上的电压和控制器122的输出限制成分压器电平。分压器被选成提供相当于工作范围中点处电流的电压，而不接近灭弧或线材短路区。
当操作者拉动喷涂枪116的触发器时，至与非门A15的输入变低，使输出变高。至与非门A16的输入在经22kΩ电阻器R40给4.7μF电容器C40充电之前将一直保持为低。在此实施例中这大约用0.1秒，但在其他实施例中可能不同。在此延时期间，线材进给器以由该分压器所设定的速度向电弧送进线材。
经该延时之后，与非门A16的输出变低，切断开关SW3和SW4。这使得积分器可以按照上面描述的闭环控制来控制线材进给马达的转速。于是，设置了初始化电路，它使电弧喷涂过程容易起动，不受用户所选择的设定值的影响。当然，这种软起动可以用其他电路来实现，包括用其他模拟和数字器件。
于是应该明白，按照本发明提供了一种完全达到上面所宣布的目的和优点的电弧喷涂方法和设备，虽然已经结合其具体实施例描述了该发明，但是很显然许多抉择、修改和变动对于本专业的技术人员将是显而易见的。因此，本申请企图包含所有这些抉择、修改和变动，它们落在所附权利要求的精神和宽阔范围之内。
权利要求
1.一种用一对线材作电弧喷涂的方法，该方法包括以一可控速度向一个电弧送进这些线材；通过这些线材向该电弧提供电流；监测该电弧的一个参数；以及响应于该参数来控制线材送进的速度。
2.如权利要求1所述的方法，其中该监测步骤包括监测向该电弧提供的电流量值的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中该监测步骤包括监测该电弧的电压量值的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中该监测步骤包括监测向该电弧提供的功率量值的步骤。
5.如权利要求2所述的方法，其中该监测步骤包括提供一个指示电弧电流量值的信号的步骤，而该控制步骤包括选择一个电流设定点并把该指示电弧电流量值的信号与该电流设定点相比较的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其中该控制步骤包括提供一个响应于该项比较的信号的步骤，并且其中响应于该信号来控制进给马达的转速。
7.如权利要求6所述的方法，其中该控制步骤还包括探测该电弧的有无并提供一个指示该电弧的有无的输出的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，其中该控制步骤还包括探测有无线材短路并提供一个指示有无线材短路的输出的步骤。
9.一种用来用一对线材作电弧喷涂的电弧喷涂机，该电弧喷涂机包括一个包括一个可操作以驱动线材的进给马达的线材进给器；一个可操作以向这些线材提供电流的电源；以及一个可操作地接于该电源和该进给马达的控制器；其中该控制器包括一个布置成测量该电弧的一个参数的传感器和一个闭环控制电路，而且其中该闭环控制电路可操作地接于该传感器和该进给马达，此外其中该进给马达的转速响应于该闭环控制电路。
10.如权利要求9所述的电弧喷涂机，其中该传感器是一个电流传感器。
11.如权利要求9所述的电弧喷涂机，其中该传感器是一个电压传感器。
12.如权利要求9所述的电弧喷涂机，其中该传感器是一个功率传感器。
13.如权利要求10所述的电弧喷涂机，其中该电流传感器能提供一个指示该电弧电流的输出，而且该控制器还包括一个电流设定点选择器和一个比较器，该比较器的输入有指示该电弧电流的该输出和该电流设定点。
14.如权利要求13所述的电弧喷涂机，其中该控制器还包括一个具有响应于该比较器的输出的一个信号输出的电路，其中该进给马达的转速响应于该信号输出。
15.如权利要求10所述的电弧喷涂机，其中该控制器还包括一个灭弧探测电路，该电路可操作地接于该电流传感器，并具有一个指示该电弧的有无的输出。
16.如权利要求10所述的电弧喷涂机，其中该控制器还包括一个线材短路探测电路，该电路可操作地接于该电流传感器，并具有一个指示有无线材短路的输出。
17.如权利要求10所述的电弧喷涂机，该电弧喷涂机还包括一个布置成把气体引向该电弧的气体源。
18.一种用于电弧喷涂机的控制器，其中该电弧喷涂机包括一个线材进给马达和一个电源，该控制器包括一个布置成测量该电弧的一个参数的电弧参数传感器，该传感器能提供一个指示该参数的输出；一个设定点选择器，该设定点选择器具有一个指示一个设定点的输出；一个比较器，该比较器的输入有指示该参数和该设定点的那些输出，借此该比较器的输出有一个指示那些输入的相对量值的信号；以及一个信号发生器，该信号发生器布置成接收该比较器的输出作为一个输入并向该进给马达提供一个输出。
19.如权利要求18所述的控制器，其中该参数传感器是一个电流传感器。
20.如权利要求18所述的控制器，其中该参数传感器是一个电压传感器。
21.如权利要求18所述的控制器，其中该参数传感器是一个功率传感器。
22.如权利要求19所述的控制器，其中该信号发生器包括一个积分电路。
23.如权利要求19所述的控制器，该控制器还包括一个灭弧探测电路，该电路可操作地接于该电流传感器，并具有一个指示该电弧的有无的输出。
24.如权利要求23所述的控制器，其中该灭弧探测电路包括一个波谷探测器。
25.如权利要求19所述的控制器，该控制器还包括一个线材短路探测电路，该电路可操作地接于该电流传感器，并具有一个指示有无线材短路的输出。
26.如权利要求25所述的控制器，其中该线材短路探测电路包括一个波峰探测器。
27.一种用来用一对线材作电弧喷涂的电弧喷涂机，该电弧喷涂机包括一个线材进给器，该线材进给器包括一个用来以一可控速度向一个电弧送进这些线材的马达；一个用来通过这些线材向该电弧提供电流的电源；一个布置成测量一个电弧参数的传感器；以及用来响应于该所测量的参数在一个非零速度的范围内控制该进给速度的装置。
28.如权利要求27所述的电弧喷涂机，其中该传感器是一个电流传感器。
29.如权利要求28所述的电弧喷涂机，该电弧喷涂机还包括接于该电流传感器的、用来提供一个指示该电弧电流量值的信号的装置；用来选择一个电流设定点的装置；以及用来提供一个指示该电弧电流相对于该电流设定点的量值的信号输出的装置。
30.如权利要求29所述的电弧喷涂机，该电弧喷涂机还包括用来提供一个响应于指示该量值的信号的信号的装置；以及用来响应于该信号输出在一个非零速度的范围内控制该速度的装置。
31.如权利要求30所述的电弧喷涂机，该电弧喷涂机还包括用来探测该电弧的有无并提供一个指示该电弧的有无的输出的装置。
32.如权利要求30所述的电弧喷涂机，该电弧喷涂机还包括用来探测有无线材短路并提供一个指示有无线材短路的输出的装置。
33.一种用一对线材作电弧喷涂的方法，该方法包括通过这些线材向该电弧提供电功率；探测该电弧的有无；以及提供一个指示该电弧的有无的输出。
34.如权利要求33所述的方法，该方法包括监测该电弧电流量值的步骤。
35.一种用一对线材作电弧喷涂的方法，该方法包括以一可控制速度向一个电弧送进这些线材；通过这些线材向该电弧提供电流；监测向该电弧提供的电流量值；探测有无线材短路；以及提供一个指示有无该短路的输出。
36.如权利要求35所述的方法，该方法包括监测该电弧电流量值的步骤。
37.一种用来用一对线材作电弧喷涂的电弧喷涂机设备，包括一个包括一个可操作以驱动线材的进给马达的线材进给器；一个可操作以向这些线材提供电流的电源；以及一个可操作地接于该电源和该进给马达的控制器，其中该控制器包括一个灭弧探测电路，该电路可操作地接于一个电弧传感器，并具有一个指示该电弧的有无的输出。
38.如权利要求37所述的设备，其中该电弧传感器包括一个电流传感器。
39.一种用来用一对线材作电弧喷涂的电弧喷涂机设备，包括一个包括一个可操作以驱动线材的进给马达的线材进给器；一个可操作以向这些线材提供电流的电源；以及一个可操作地接于该电源和该进给马达的控制器，其中该控制器包括一个线材短路探测电路，该电路可操作地接于一个电弧传感器，并具有一个指示有无线材短路的输出。
40，如权利要求39所述的设备，其中该电弧传感器包括一个电流传感器。
41.一种用来用一对线材作电弧喷涂的电弧喷涂机设备，包括一个线材进给器，该线材进给器包括一个用来以一可控速度向一个电弧送进这些线材的马达；一个用来通过这些线材向该电弧提供电流的电源；一个布置成测量该电弧的电弧传感器；以及接于该电弧传感器的、用来探测并指示该电弧的工况的装置。
42.如权利要求41所述的设备，其中该电弧传感器包括一个电流传感器。
全文摘要
一种用来用一对线材作电弧喷涂的方法和设备。该发明包括以一可控速度向一个电弧送进这些线材，这里响应于该电弧的电流量值或某个其他参数来控制该速度。还监测该电弧并向用户指示该电弧的工况—是否有线材短路或灭弧。
文档编号B05B7/22GK1123715SQ9510636
公开日1996年6月5日 申请日期1995年5月19日 优先权日1994年5月20日
发明者沃伦·E·赫维希, 约翰·沃拉斯 申请人:米勒集团有限公司