焊丝进给系统和装置制造方法

焊丝进给系统和装置制造方法
【专利摘要】提供的系统包括焊丝线轴，其具有芯和围绕所述芯缠绕的焊丝，芯具有芯直径，焊丝具有焊丝直径。焊丝线轴的外直径被限定为芯直径与焊丝直径之和。这些系统还包括传感系统，所述传感系统具有安装于焊丝线轴和/或焊丝线轴毂上的传感器组件。该传感系统适于获取与指示焊丝线轴的外直径的参数对应的数据。
【专利说明】焊丝进给系统和装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请为美国临时专利申请号为61/556，641，标题为“焊丝进给系统和装置”，提交日期为2011年11月7日的非临时专利申请，在此并入作为参考。
【技术领域】
[0003]本发明一般涉及焊丝进给系统(welding wire feed systems),更具体地是涉及焊接操作过程中用于监控焊丝线轴(wire spool)尺寸的传感系统。
【背景技术】
[0004]焊接是在各行各业的许多应用中已变得随处可见的工艺。例如，焊接常常被用于如造船、飞机维修、建筑等应用中。这种焊接操作依赖于多种设备，以确保在期望的时间内为焊接提供适量的焊接耗材(例如，焊丝进给(wire feed)、保护气体等)。例如,熔化极惰性气体保护焊(MIG)通常依赖送丝器(wire feeder)，以确保适量的焊丝被进给到焊炬(welding torch)。通常,焊丝进给操作的参数在焊接操作开始前就已经设定好了。然而,在整个焊接操作过程中，焊丝通常从焊丝进给装置中的焊丝线轴送到焊接设备，而送出的焊丝在焊接过程中被消耗掉。不幸的是，随着焊丝从焊丝线轴上松开且焊丝的供给减少时，操作员可能并不知道焊丝线轴上还剩下多少焊丝。在这种情况下，操作员可能继续进行焊接直至焊丝的供给被耗尽，从而导致焊接操作中断。这些情况会降低整个生产效率并可能导致回烧发生。因此，就需要出现一种克服这些缺陷的送丝器。

【发明内容】

[0005]在一种实施方式中，一种系统，包括焊丝线轴，所述焊丝线轴具有芯和围绕所述芯缠绕的焊丝，所述芯具有芯直径，所述焊丝具有焊丝直径。焊丝线轴的外直径被限定为所述芯的直径与所述焊丝的直径之和。所述系统还包括传感系统，所述传感系统具有安装于所述焊丝线轴和/或焊丝线轴毂(wire spool hub)上的传感器组件。所述传感系统适于获取与指示所述焊丝线轴的外直径的参数对应的数据。
[0006]在另一种实施方式中，焊丝进给系统包括送丝器。所述送丝器包括线轴安装毂(spool mounting hub)和安装在所述线轴安装毂上的焊丝线轴。所述焊丝线轴包括芯和缠绕到芯上的焊丝。所述送丝器还包括速度/位置传感器(例如，转速计)，其耦合到线轴安装毂或焊丝线轴，或它们两者之上，并适于测量当焊丝从芯上松开时的焊丝线轴的旋转速度。送丝器进一步包括控制电路，其适于接收与所述焊丝线轴的旋转速度对应的数据，并基于接收到的数据，确定焊丝线轴的外直径。所述焊丝线轴的外直径被限定为所述芯直径与所述缠绕的焊丝直径的总和。
[0007]在另一种实施方式中，焊丝进给系统包括线轴安装毂和安装于所述线轴安装毂上的焊丝线轴。所述焊丝线轴具有芯和缠绕在所述芯上的焊丝，并且所述焊丝线轴的外直径被限定为所述芯直径与所述缠绕的焊丝直径的总和。所述焊丝进给系统还包括焊丝进给驱动机构，其适于从所述芯上松开所述焊丝，并将所述焊丝提供给焊接操作。所述焊丝进给系统还包括速度/位置传感器(例如，转速计)，其耦合到线轴安装毂、焊丝线轴或它们两者之上，并适于测量当焊丝从芯上松开时的焊丝线轴的旋转速度。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]本发明的上述这些和其他的特征，方面和优点在参照附图阅读了下面的详细描述后将更容易理解，在所有的附图中，相同的标记表示相同的部件，其中:
[0009]图1示出了一种为焊接操作提供动力、进行控制和提供供给的焊接系统的实施方式；
[0010]图2示出了图1的焊机、送丝器和焊炬组件的内部组件的实施方式的框图；
[0011]图3示出了安装在轴(spindle)上的焊丝线轴和传感系统以及轴底座(spindlemount)；
[0012]图4是图3的焊丝线轴和传感系统的侧视图；
[0013]图5示出了包括传感器和安装在线轴安装毂上的多个狭缝的传感系统；
[0014]图6示出了包括传感器和安装在线轴安装毂上的多个磁条的传感系统；
[0015]图7示出了安装在轴上的焊丝线轴和传感系统以及轴底座；
[0016]图8示出了包括传感器和安装在焊丝线轴上的齿轮组件的传感系统；
[0017]图9示出了包括传感器和安装在焊丝线轴上的多个狭缝的传感系统；
[0018]图10示出了包括传感器和安装在焊丝线轴上的多个磁条的传感系统；
[0019]图11示出了安装在轴上的焊丝线轴和机械传感系统；
[0020]图12是图11的焊丝线轴和机械传感系统的侧视图；
[0021]图13示出了可以被送丝器的控制电路采用的，根据感测的数据来调整焊丝进给控制参数的方法的实施方式；
[0022]图14示出了可以被控制电路采用的，利用感测的数据来向操作员预警错误的存在的方法的实施方式；以及
[0023]图15示出了可以通过控制电路实现的，利用感测的数据来向操作员警示焊丝滑动错误(wire slip error)的存在的方法的实施方式。
【具体实施方式】
[0024]如下面的详细描述那样，这里提供的是能够直接地或间接地监控焊丝线轴的外直径的焊丝进给系统的实施方式。例如，在一些实施方式中，传感系统可以包括速度/位置传感器(例如，转速计)，其耦合到焊丝线轴和/或焊丝线轴毂上，其中焊丝线轴安装在焊丝线轴毂上。在这些实施方式中，转速计测量当焊丝从焊丝线轴的芯上松开时的焊丝线轴的旋转速度。控制和处理电路可以利用测量到的焊丝线轴的旋转速度来确定在焊接操作过程中的任意时刻焊丝线轴的外直径。并且，所述控制电路可以利用所述外直径来控制和/或监控焊接过程，例如通过跟踪焊丝线轴在不同时间的外直径，利用确定的外直径来控制焊接过程的操作参数，利用外直径来确定错误情况等。与不能在焊接操作中监控焊丝线轴的外直径的系统相比，上述特征可以提供明显的优点。例如，目前公开的实施方式能够在焊丝线轴上的剩余焊丝接近预定的极限，例如当焊丝线轴外直径接近芯直径时警示焊接操作员。这些实施方式可以减少或消除由于操作员没有意识到焊丝线轴上的焊丝缺少而导致的回烧发生的可能性。再进一步举例，在一些实施方式中，通过监测焊丝线轴的外直径，控制系统可以能够确定驱动辊何时发生打滑，并向操作员警示错误。目前公开的焊丝进给系统的实施方式的上述这些和其他优点将在下面进行更详细的描述。
[0025]现在参见附图，图1示出了一种为焊接操作提供动力、进行控制和提供供给的典型焊接系统10。焊接系统10包括具有控制面板14的焊机12，通过该焊接系统10，焊接操作员可以控制向焊炬16供给焊接材料，例如气流、焊丝进给等。控制面板14包括输入或接口设备，例如旋钮18，操作员可以用它来调节焊接参数(例如电压，电流等)。也就是说，焊机12上的操作员接口 14使得操作员能够对数据设定进行选择。操作员接口 14可以允许对例如焊接过程、使用的焊丝类型、电压和电流等的设定进行选择。特别是，该系统被设计为允许使用铝或其他焊丝进行MIG焊接，这些焊丝都向焊炬16推进，并被牵引穿过焊炬16。然而，在其他实施方式中，焊接系统可以设计为允许其他类型的焊丝进给，如仅有牵引或仅有推进的系统。
[0026]在示出的实施方式中，焊机12包括安装在焊机背面的托盘20，其被设置为放置气瓶22，气瓶22用链24保持定位。但是，在其他实施方式中，气瓶22可以不安装在焊机12上，或者在焊接系统10中不使用气瓶，例如在无气焊接操作中。在希望使用气体进行焊接操作的实施方式中，气瓶22是向焊炬16供应气体的源头。此外，焊机12可以通过一组较小的前轮26和一组较大的后轮28而可便于携带。这些轮子使得操作员能够将焊机12移动到焊接位置或者根据操作员的意愿使焊机12保持静止。实际上，示例的焊接系统10仅仅是一个例子，可以对它进行改变以适合焊接或切割操作的执行。
[0027]示例的焊接系统10还可包括箱式送丝器30，其向焊炬16提供焊接操作中使用的焊丝。然而，应当注意的是，尽管图1中示出的送丝器30是箱式送丝器，在其他实施方式中，送丝器30可以是任何适合的焊丝进给系统，例如各种推进-牵引式送丝器系统中的任何一种，它们被配置成使用一个或多个电动机来将焊丝进给到焊炬。实际上，本发明的实施方式可与台式(bench style)送丝器和或非台式(non-bench style)的送丝器,例如吊杆式(boommounted style)送丝器和便携的箱式送丝器结合使用。
[0028]在示出的实施方式中，送丝器30包括控制面板32，其允许用户设定一个或多个期望的参数。例如，在一些实施方式中，焊丝进给参数(例如焊丝进给速度，焊丝直径等)可以通过控制面板32得到控制。进一步举例说明，在一些实施方式中，送丝器上的控制面板32可以包括一个或多个与控制面板14相同的控制器，其使得操作员能够改变一个或多个焊接操作的参数。在这些实施方式中，送丝器30可以与焊接电源12进行通信以协调焊接和焊丝进给操作。
[0029]此外，送丝器30可以容纳不同的内部组件，例如焊丝线轴，焊丝进给驱动系统，电动机，传感系统等。例如，一些实施方式可以包括传感系统，其具有安装在焊丝线轴或焊丝线轴毂上，用于测量焊丝被进给到焊炬16进行焊接操作时焊丝线轴的旋转速度的传感组件。传感系统可以包括各种速度和/或位置传感组件的任何一种，例如转速计，霍尔效应(Hall effect)传感器，光学或电子传感器，齿轮齿，磁条，物理缝等，它们能够在焊接操作期间通过协作来测量焊丝线轴的旋转速度，以用于计算外直径，或者能够直接测量外直径或外直径的变化。在外直径不被直接测量的实施方式中，可以通过位于送丝器30或焊机12上的控制器使用旋转速度来监控焊接操作期间焊丝线轴的外直径(例如，焊丝线轴芯直径和缠绕的焊丝直径的总和)，这在下面将有详细描述。
[0030]在一些实施方式中，如果给定的焊接操作需要，从焊机12接收到的焊接功率可以被送丝器30的内部组件利用，来为气流和焊丝进给操作提供动力。这样，送丝器30可被用于任何焊丝进给过程，例如气相操作(气体金属电弧焊接(gas metal arc welding, GMAff)或无气操作(屏蔽金属电弧焊接(shielded metal arc welding, SMAW)。例如,送丝器30可被用于熔化极惰性气体保护焊(MIG)或粘焊(stick welding)。
[0031]可以看出，不同的电缆将焊接系统10的组件耦合在一起，并为向焊炬16供给焊接材料提供便利。第一引导组件34将焊炬16耦合到送丝器30。第一引导组件34为焊炬16提供动力、控制信号和焊接耗材。例如，第一引导组件34可以按照由焊丝进给电动机系统设立的焊丝进给速度为焊炬16供给焊丝，并且听从例如位于焊机12内的焊接控制器的命令为焊炬16进给焊丝。这种焊丝通常在焊丝线轴在送丝器30内以给定速度旋转时，从安装在送丝器30内的焊丝线轴毂上的焊丝线轴上松开。
[0032]第二电缆36将焊机12耦合到工作夹38，该工作夹38连接到工件40，从而在焊接操作过程中形成在焊机12和焊炬16之间的闭合电路。电缆束42将焊机12耦合到送丝器30,并提供在焊接操作中使用的焊接材料。电缆束42包括馈线电源引线(feeder powerlead)44，焊接线46，气体软管48和焊接控制电缆50。根据焊接过程的极性，馈线电源引线44可以如电缆36那样连接到相同的焊接终端。应当注意的是，在一些实施方式中，电缆束42可以不被捆绑在一起。
[0033]应当注意的是，可以根据本发明的各个方面来对图1的示例性焊接系统10作出改进。例如，焊机12可以不带有托盘20，而气瓶22可位于一个辅助的支乘车上或位于远离焊接操作的位置。此外，如前面提到的，尽管所示的实施方式是以MIG焊接过程为背景进行描述，但本发明的一个或多个特征可被用于与各种其它合适的焊接或焊丝进给系统和过程。
[0034]图2是焊机12、送丝器30和焊炬组件16的内部组件的框图。在示出的实施方式中，焊机12包括功率转换电路52，其从交流电源54 (例如交流电网，引擎/发动机组，电池或它们的组合)接收输入功率、调节输入功率，并根据系统的需求，通过引线46向电缆34提供输出功率来驱动一个或多个焊接设备(例如焊炬组件16)。因此，在一些实施方式中，功率转换电路52可以包括如变压器，整流器，开关等能够根据系统10的要求将交流输入功率转换为直流电极正(DCEP)或直流电极负(DCEN)输出的电路元件。端接在夹具38的引线电缆36将功率转换电路52耦合到工件40，并在电源12，工件40和焊炬16之间形成闭合电路。
[0035]焊接电源12还包括控制电路58，其被配置来接收和处理与系统10的性能和要求相关的多个输入。控制电路58包括处理电路60和存储器62。存储器62可包括易失性或非易失性存储器，如ROM，RAM,磁存储器，光存储器，或它们的组合。此外，各种控制参数连同代码均可被存储在存储器62，其中代码被配置成在操作过程中提供特定的输出(例如，启动焊丝进给，允许气体流动等)。处理电路60也可以从用户接口 14接收一个或多个输入，通过用户接口 14用户可以选择过程并输入期望的参数(例如，电压，电流，特别是脉冲或非脉冲焊接方案等)。
[0036]根据操作员接收到的输入，控制电路58进行工作，来控制应用于焊丝进行所需焊接操作的焊接功率输出的产生，例如通过输送到功率转换电路52的控制信号来进行。在这种控制命令下，功率转换电路52适于产生最终应用于焊炬16处的焊丝的输出功率。为此，可以采用各式各样的功率转换电路，包括断路器、升压电路、降压电路、逆变器、变流器等。另外，在图2的实施方式中，控制电路58还包括接口电路64，其被配置为在操作过程中与送丝器30的电子设备连接。接口电路64耦合到处理电路60以及送丝器30的组件。并且，处理电路60通过耦合到接口电路64的电缆44，向送丝器30提供与焊接操作相关的控制信号。
[0037]如前所述，焊机12和送丝器30通过电缆束42相互耦合，并且焊炬组件16通过电缆束34耦合到送丝器30。在图示的实施方式中，气瓶22和66被配置为分别通过软管48和68来提供用于焊接操作的保护气，例如氩气，氦气，二氧化碳等。在图2的实施方式中，气体进入位于送丝器30中的气体阀70。气体阀70与送丝器30的控制器72进行通信，以确定经由排气管74输出的气体量和流速。
[0038]送丝器30还包括用户接口 32，其允许在电源12或送丝器30或两者中对例如焊丝进给速度、过程、选择的电流、电压或功率水平等的信息进行设定。这样，用户接口 32就耦合到控制装置72，其允许根据操作员的选择来控制焊丝进给速度，并允许这些设定通过接口电路64反馈回电源12。另外，位于送丝器30内的控制电路72可以与接口电路64进行通信，从而将通过位于送丝器30内的传感系统73获得的信息进行传递。如下面详细描述的，传感系统73能够获得与参数(例如焊丝线轴的旋转速度，焊丝进给速度等)相关的数据，该参数指示出焊丝线轴76的外直径。
[0039]送丝器30还包括在控制装置72的控制下，用于将焊丝送到焊炬16、从而进行焊接操作的组件。例如，焊丝78的一个或多个线轴76都置于送丝器30内。焊丝78从线轴76松开，并逐渐进给到焊 16。供给电动机80设置为接合进给辊82，以将焊丝从送丝器30向焊炬16推进。在实践中，辊82中的一个被机械地连接到电动机80，并通过电动机80而产生旋转，以从送丝器30驱动焊丝78,同时,卩齿合棍压住(biased towards)焊丝78以保持两个辊与焊丝的良好接触。一些系统可以包括多个这种类型的辊。
[0040]从电源12输出的功率通常按照常规的方式通过焊接线缆46而施加到焊丝78上。在焊接操作过程中，焊丝通过焊接线缆34向焊炬16前进。在焊炬内，可以提供额外的与驱动辊和电动机控制装置86相关的牵引电动机(pull motor)84。在操作过程中，牵引电动机84使一个或多个驱动辊运转以建立和保持期望的焊丝进给速度，例如由操作员在位于送丝器30上的接口 32进行选择。牵引电动机84的操作可以用任何种类的合适的方式进行控制。例如，电动机控制器86，可以单独控制牵引电动机84的操作，或者可以与控制电路58和/或控制电路72 —同控制牵引电动机84的操作。控制电路可根据一个或多个接收到的输入来控制电动机80和84。例如，可以在焊炬16上设置触发开关以提供信号，该信号通过数据线缆88反馈到焊丝进给装置，随后电源通过电缆44由操作员启动或停止焊接过程。即，按下触发开关时，气流开始，焊丝前进，电力被施加到焊接线缆46上，并且通过焊炬施加到前进中的焊丝上。
[0041]在不出的实施方式中，送丝器30还包括传感系统73。在?呆作过程中，传感系统73测量焊丝进给操作的一个或多个参数，该(些)参数指示出焊丝线轴76的外直径。为此，在示出的实施方式中，传感系统73包括一个或多个转速计90和92，其在整个焊接操作中测量需要的参数。当传感系统73获取了关于向焊炬16供给焊丝的数据后，该数据被传递到在送丝器30内的控制电路72。
[0042]特别是，图2所示的传感系统73包括转速计92，其耦合到电动机80以感测焊丝进给速度。然而，传感系统73也包括转速计90，其耦合到焊丝线轴76上。在焊丝进给操作过程中，转速计90测量焊丝线轴76的转速。在一种实施方式中，控制电路72可利用转速计90和转速计92的测量值，将焊丝进给速度除以由焊丝线轴76的旋转速度乘以圆周率(π )定义的量，从而计算线轴上剩余的焊丝76的外直径。然后，该外直径可用于控制焊丝进给速度过程，以确定何时焊丝线轴76上的焊丝供给被耗尽或接近耗尽等。应当注意的是，虽然图2的传感系统73包括转速计90和92，其他各种传感系统配置也在目前设想的范围之内，并将在下面作更详细的讨论。事实上，传感系统73会在很大程度上受具体实施配置的影响，因此并不局限于这里图示的实施方式。
[0043]应当注意的是，在一些实施方式中，传感系统73可作为送丝器30的一个组成部分。也就是说，传感系统73例如可以在制造过程中被集成到送丝器30内。然而，在其它实施方式中，传感系统73可以作为改装套件来提供，从而能够允许现有焊丝线轴76和/或焊丝进给系统进行这里所述的焊丝线轴外直径监控。为此目的，这样的改装套件可以被配置为能够与焊接系统的一个或多个控制器进行通信的有线或无线设备。例如，在改装套件的一种实施方式中，传感系统可以被配置为安装到焊丝线轴上并可经编程而与所需的控制器(例如，位于送丝器内的控制器72)进行通信。
[0044]在示出的实施方式中，传感系统73通过有线连接，向控制器72和/或处理电路60提供反馈。然而，应当注意的是，在其它实施方式中，送丝器30的组件(例如，传感系统，焊丝驱动组件等)和/或焊机12的组件之间的通信可以经由无线通信链路进行。实际上，任何一种适于将与指示焊丝线轴外直径的参数对应的数据，传送给一个或多个能够改变焊接参数和/或警示操作员错误存在的方法均可以用于目前设想的实施方式中，而并不仅仅局限于有线的连接。
[0045]图3和图4示出了作为示例的传感系统73的一种实施方式，该传感系统适于获得与指示焊丝线轴76外直径的参数相对应的数据。具体而言，图3是传感系统73和安装在基本静止的轴94上的焊丝线轴76的实施方式的俯视图。如图所示,轴94从基本静止的轴底座96延伸，轴底座96在焊丝进给操作中为焊丝线轴76提供支承结构。如本领域技术人员所理解的，轴底座96通常位于送丝器30内。在示出的实施方式中，轴94套接焊丝线轴毂98，焊丝线轴毂98被配置成在焊丝进给过程中与焊丝线轴76 —起旋转。另外，齿轮组件100被安装在位于焊丝线轴76和轴底座96之间的焊丝线轴毂98上。
[0046]更进一步，在示出的实施方式中，焊丝线轴76被安装在焊丝线轴毂98上。焊丝线轴76包括芯102，其安装在一组板104之间，并具有芯直径106。焊丝78绕芯102缠绕，焊丝直径被限定为距离108和110。因此，焊丝线轴76的外直径112被限定为芯直径106和与焊丝直径108和110的总和。应当注意的是，虽然在目前公开的实施方式中，外直径112被用来确定焊丝进给操作的控制参数，并作为确定何时将错误传递给操作员的基础，但是，任何指示焊丝缠绕量的参数都可以被使用代替外直径。例如，在一些实施方式中，芯和线缠绕在其上的焊丝的半径可以被用来代替外直径使用。实际上，外直径仅仅是根据目前公开的实施方式能够被监控的多种合适的参数之一。[0047]在图3和4中示出的实施方式中，传感系统73包括齿轮组件100和集成在轴底座96的传感器114。在焊丝进给操作过程中，焊丝线轴76旋转以将焊丝78进给给焊炬，而传感系统73测量焊丝线轴76的旋转速度。更具体地，在这种实施方式中，当齿轮组件100随着焊丝线轴76和焊丝线轴毂98旋转时，安装在基本静止的轴底座96上的传感器114检测齿轮齿116的运动。由于齿轮组件100以与焊丝线轴76大致相同的旋转速度旋转，检测到的齿轮组件100的旋转速度可等同于焊丝线轴76的旋转速度。
[0048]图5和图6不出了传感系统73的替代实施方式的侧视图，该传感系统可被用于获得指示焊丝线轴76旋转速度的数据。特别是，在图5所示的实施方式中，传感系统包括集成在基本静止的轴底座96上的传感器118和多个安装在毂98上的狭缝120。随着焊丝线轴毂98与焊丝线轴76 一起旋转，狭缝120的旋转运动被传感器118检测到，传感器118可以是编码器类型的传感器。类似地，在图6的实施方式中，传感系统73包括集成在基本静止的轴底座96上的传感器122和多个安装在毂98上的磁条124。如前所述，随着焊丝线轴毂98与焊丝线轴76 一起旋转，磁条124的旋转运动被传感器122检测，在一些实施方式中传感器122可以是霍尔效应(Hall effect)传感器。
[0049]图7和图8示出了图3和图4中所示传感系统73的替代配置。如前所述，传感系统73包括传感器114和齿轮组件100。然而，在本实施方式中，齿轮组件100安装在焊丝线轴76的侧板104上，而不是如前图那样安装在线轴毂98上。同样地，在焊丝进给操作期间，当齿轮组件100随着焊丝线轴76旋转时，传感器114也检测齿轮齿116的运动。由于齿轮组件100被安装在焊丝线轴76上，检测到的齿轮组件100的旋转速度可等同于焊丝线轴76的旋转速度。
[0050]图9和图10示出了图5和图6中所示传感系统73的替代配置。特别是，在图9所示的实施方式中，传感系统包括集成在基本静止的轴底座96上的传感器118和多个狭缝120。然而，在本实施方式中，多个狭缝120被安装在焊丝线轴76上，而不是在前面描述的实施例那样，在线轴毂98上。与如前所述，当焊丝线轴76旋转时，狭缝120的旋转运动被传感器118检测到。类似地，在图10的实施方式中，传感系统73包括集成在基本静止的轴底座96上的传感器122和多个安装在焊丝线轴76上的磁条124，其不是如前面图6中描述的实施方式那样，设置在线轴毂98上。如前所述，当传感器122检测到磁条124的旋转运动时，就获得了对焊丝线轴76的旋转速度的测量。
[0051]图11和图12示出了感应系统73的一种替代实施方式，感应系统73使用机械传感系统126来检测指示焊丝线轴76的外直径112的参数。如图所示，机械传感系统126包括枢轴臂128,终止于棍132的延伸件(extension) 130和位置传感器134。在焊丝进给操作期间，随着焊丝78从焊丝线轴76上松开并在焊接操作中被消耗，焊丝78的外直径112如线138所示，减少到焊丝直径136。随着外直径112减小到直径136，辊132与仍缠绕在芯102上的焊丝保持接触，延伸件130相对于枢转臂128的角度的变化则由传感器134检测到的。此角度变化可被传递到控制系统，控制系统利用所感测到的参数来确定在焊接操作期间焊丝线轴的外直径。
[0052]图3-12示出了各种传感系统的实施方式，这些传感系统可被用于获取与指示焊丝线轴外直径的参数相对应的数据。然而，应当注意的是，传感系统并不局限于图示的配置。此外，目前设想的是，一旦经由传感系统获得了数据，该感测到的数据可被用于焊接或焊丝进给过程的控制或被用来警告操作员错误或接近错误。为此，图13示出了一种方法140，其可以通过，例如控制电路72和/或控制电路58来实施。方法140包括确定置于焊丝线轴的芯上的焊丝的外直径(框142)。例如，如果传感系统检测到焊丝线轴的转速，控制电路可以将由驱动辊决定的焊丝进给速度除以检测到的旋转速度与圆周率(η)的乘积来计算外径。
[0053]图示的方法140继续检查当前双电动机焊丝供给设置是否与确定的外直径一致(框144)，如果不一致，则调整一个或多个控制参数(框146)。例如，在传统的推进-牵引(push-pull)焊丝进给系统中，这种系统例如可用于进给铝焊丝，可预先设定好推进电动机和牵引电动机的电动机设置，使得这些设置适合于焊接操作过程中焊丝被消耗前刚插入送丝器时的焊丝线轴的初始外直径，并且，这些预设值可在焊丝进给操作过程中保持不变。然而，在目前设想的实施例中，随着外直径减小并且参数如电动机加速，制动系统参数等的最佳值发生变化，这些参数将由控制系统来调整。因此，在整个焊丝进给操作中，随着焊接操作中焊丝被消耗，焊丝线轴的整体尺寸和重量会发生变化，双电动机和制动系统的参数可以被调整以优化性能。
[0054]图14示出了另一种替代方法148的实施方式，该方法可以被控制电路使用，利用感测到的数据来控制焊接系统。如前所述，该方法148包括确定焊丝线轴上的焊丝的外直径(框150)。该方法148继续确定外直径是否落入焊丝线轴的芯直径的预设容许范围内(框152)，如果不是，则进一步监控外直径。但是，如果外直径落入给定的容许范围，则向操作员警告出错情况(框154)。上述特征可以降低或消除在操作员没有意识到焊丝线轴上即将缺少焊丝时发生回烧的可能性。在某些实施方式中，方法148可以在出错情况被传达给操作员的同时终止进行。
[0055]然而，在其它的实施方式中，方法148可以通过计算出操作员可用的到焊丝线轴上的焊丝供给耗尽(框156)大致剩余的焊接时间，并向操作员警告计算出的时间(框158)而继续进行。进一步，一旦操作员已经警觉到错误的存在，方法148可包括检查外直径和芯直径之差是否低于允许的极限的步骤(框160)，如果是这样，则向操作员警告错误(框162)，并且停止焊接操作(框164)。这种情况在操作员几乎用尽可用焊丝供给，且回烧即将发生时可能发生。
[0056]图15示出了一种方法166，其例如可以通过控制电路72和/或控制电路58来实现。方法166包括确定焊丝线轴的芯上剩余焊丝的外直径(框168)。例如，如果该传感系统感测到焊丝线轴的转速，控制电路可以将驱动辊确定的焊丝进给速度除以感测到的转速与圆周率(η)的乘积，从而计算出外直径。所示的方法166继续检查当前确定的直径是否处于之前确定的直径附近的具体范围内(框170)，如果不是，则调节一个或多个控制参数(框172)来促使当前确定的直径处于期望的范围内。方法166继续确定残留在焊丝线轴上的焊丝的外直径(框174)并再次检查线残留在绕线盘的外径(方框174)，并再次检查当前确定的直径是否处于之前确定的直径附近的具体范围内(框176)。
[0057]当前确定的直径不是处于之前确定的直径附近的具体范围内，则向操作员警告存在焊丝滑动错误(框178)。目前公开的实施方式的前述特征具有在焊接过程中监控焊丝滑动错误的优点。即，通过间接的或直接的监控焊丝线轴上剩余的焊丝的量，可以检测到焊丝滑动错误，发生这种错误时，驱动辊速度不约等于焊丝线轴速度。并且，这些焊丝滑动错误可以在焊接操作中被传达到焊接操作员。
[0058]虽然在这里仅对本发明的一些特征进行了说明和描述，但本领域技术人员可以做出许多改变和变化。因此，应理解的是后面的权利要求旨在覆盖所有的落入本发明真实精神内的这些改变和变化。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 焊丝线轴，其具有芯和围绕所述芯缠绕的焊丝，所述芯具有芯直径，所述焊丝具有焊丝直径，其中所述焊丝线轴的外直径被限定为所述芯直径与所述焊丝直径之和；和 传感系统，其具有安装于所述焊丝线轴和/或焊丝线轴毂上的传感器组件，其中所述传感系统被配置成获取与指示所述焊丝线轴的外直径的参数对应的数据。
2.根据权利要求1所述的系统，包括控制系统，其被配置为接收来自所述传感系统的数据，并基于接收到的数据，确定焊丝线轴的外直径。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制系统被配置成比较所述外直径和所述芯直径，以确定所述外直径何时将处于所述芯直径的预设的允许范围内，并且在所述外直径处于所述芯直径的预设的允许范围内时，向操作员发出警告。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制系统被配置成利用接收的数据来确定双电动机焊丝进给系统的一个或多个操作参数调节。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器组件包括安装在焊丝线轴或焊丝线轴毂上的槽，并且所述传感系统包括编码器传感器，所述编码器传感器被配置成感测所述槽的旋转。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感系统包括霍尔效应(Halleffect)传感器，所述霍尔效应传感器被配置成可选择地检测磁条的旋转。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器组件包括齿轮组件，所述齿轮组件包括齿轮齿并安装于焊丝线轴或焊丝线轴毂上，并且所述传感系统包括配置成感测所述齿轮齿旋转的传感器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感系统包括终止于辊的延伸件和位置传感器，所述辊被配置成与所述焊丝接触，所述位置传感器被配置成确定所述延伸件相对于静止枢转臂的角度。
9.根据权利要求8所述的系统，包括控制电路，其被配置成利用所述确定的角度来确定所述焊丝线轴的所述外直径。
10.一种焊接焊丝进给系统，包括: 送丝器，包括: 线轴安装毂； 安装在所述线轴安装毂上的焊丝线轴，其中所述焊丝线轴包括芯和围绕所述芯缠绕的焊丝；以及 耦合到所述线轴安装毂、焊丝线轴或两者上的速度和/或位置传感器，所述速度和/或位置传感器被配置成在所述焊丝从所述芯上松开时，测量所述焊丝线轴的旋转速度；以及 控制电路，其被配置为接收与所述焊丝线轴的旋转速度对应的数据，并基于接收到的数据，确定所述焊丝线轴的外直径，其中所述焊丝线轴的外直径包括所述芯直径与所述缠绕的焊丝直径的总和。
11.根据权利要求10所述的焊丝进给系统，其中所述控制电路被配置成将焊丝进给速度除以所述接收到的数据与圆周率(H)的乘积来计算所述外径。
12.根据权利要求10所述的焊丝进给系统，其中所述控制电路被配置成当所述外直径大约等于所述芯直径时向所述操作员发出错误警告。
13.根据权利要求10所述的焊丝进给系统，其中所述控制电路被配置成基于所述接收到的数据，调节双电动机焊丝进给系统的控制参数。
14.根据权利要求13所述的焊丝进给系统，其中所述控制参数包括对施加到驱动电动机上的制动压力进行控制的控制信号。
15.根据权利要求10所述的焊丝进给系统，其中所述控制电路被配置成基于所述焊丝线轴的所述外直径来计算大致剩余的焊接时间。
16.一种焊接焊丝进给系统，包括: 线轴安装毂； 安装在所述线轴安装毂上的焊丝线轴，其中所述焊丝线轴包括芯和围绕所述芯缠绕的焊丝，并且其中所述焊丝线轴的外直径包括所述芯直径与所述缠绕的焊丝直径的总和； 焊丝进给驱动机构，其被配置成从所述芯上松开所述焊丝，并将所述焊丝供给到焊接操作；以及 耦合到所述线轴安装毂、所述焊丝线轴或两者上的速度和/或位置传感器，所述速度和/或位置传感器被配置成在所述焊丝从所述芯上松开时，测量所述焊丝线轴的旋转速度。
17.根据权利要 求16所述的焊接焊丝进给系统，包括控制电路，其被配置为从所述速度和/或位置传感器接收与所述旋转速度对应的数据，并利用所述接收到的数据计算所述焊丝线轴的外直径。
18.根据权利要求16所述的焊接焊丝进给系统，其中所述焊丝进给驱动机构包括一组驱动辊和被配置成为所述一组驱动辊提供并驱动功率的电动机。
19.根据权利要求16所述的焊接焊丝进给系统，其中所述焊丝进给驱动机构包括双电动机驱动系统，其包括推进电动机和牵引电动机，所述推进电动机和牵引电动机被配置成通过协作来向所述焊接操作提供所述焊丝。
20.根据权利要求19所述的焊接焊丝进给系统，包括控制电路，其被配置为从所述速度和/或位置传感器接收与所述旋转速度对应的数据，并利用所述接收到的数据计算所述焊丝线轴的外直径，以及利用所述计算的外直径调节所述双电动机驱动系统的一项或多项控制参数。
【文档编号】B65H63/08GK104010756SQ201280064289
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月7日
【发明者】马克·R.·克里斯托弗, 迈克尔·P.·范登堡, 布莱恩·李·奥特 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司