用于监控焊接质量的系统和方法技术方案

一种电弧焊接系统和方法。系统能够根据波形状态监控焊接工艺期间的变量并相应地确定所述变量的权重、检测焊缝的缺陷、诊断缺陷的可能的原因、量化焊缝的整体质量、获得和使用表示良好焊缝的数据、提高自动焊接工艺的产量和质量控制、教导正确的焊接技术、鉴别焊接工艺的成本节省以及得到用作不同焊接工艺或应用的预设置的最佳焊接设置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监控焊接质量的系统和方法相关申请：本申请作为部分继续(CIP)专利申请被提交，所述部分继续专利申请要求2010年5月7日提交的美国专利申请No.12/775,729的优先权和权益，所述美国专利申请No.12/775,729要求2009年11月13日提交的美国临时专利申请No.61/261,079的优先权和权益，所述专利申请的全部公开内容通过引用被并入本文。
总体专利技术构思涉及电弧焊接，更具体来讲，涉及用于以下目的的系统、方法和装置：监控焊接工艺期间的变量并且相应地确定变量的权重、量化焊接质量、获得和使用表示良好焊接的数据、提高自动化焊接工艺的产量和改善自动化焊接工艺的质量控制、教导正确的焊接技术、鉴别(identify)焊接工艺的成本节省以及得到用作不同焊接工艺或应用的预设置的最佳焊接设置。
技术介绍
许多不同条件和参数对最终焊接的整体质量有贡献。因此，电弧焊机的制造商已尝试监控焊机的操作，以确定焊接质量和焊机在生产设备中进行操作期间的效率。在授予Vaidya的美国专利No.6,051,805(下称“Vaidya”)中阐明了监控电弧焊机的一种尝试，其中，采用计算机或其他可编程仪器来监控焊接操作的平均电流和效率，焊接操作的效率被表达为执行焊接的时间与工作班次的总时间的比率。根据标准技术，所公开的该监控系统包括第一控制电路，该第一控制电路采用带有标准附件(如RAM和EPROM)的中央处理单元的形式。第二控制电路连接到第一电路，以在监控过程期间输入和输出信息。监控器在被公开为延续数小时或高达999小时的时间段内收集信息。监控器确定焊接效率并且监控用于确定平均电流的时间以及针对整体效率的累计的电弧焊接时间。Vaidya公开了在焊接过程期间监控电流和焊丝送进速度以及气流的能力。所有这种信息被储存在适合的存储装置中，以供在焊接工艺期间随后恢复焊机的操作特性。以此方式，可以测量焊机的产率，以计算成本效率和其他参数。如在Vaidya中建议的，其他制造商已尝试通过监控电弧焊机来测量焊接工艺期间的平均电流。然而，测量焊接工艺期间的平均电流、电压、焊丝送进速度或其他参数以及使用这样的数据来记录焊接操作的性能并不令人满意。在过去，监控装置没有预先了解正被监控的参数。因此，在过去即使使用Vaidya中阐述的技术来监控诸如电流、电压甚至是焊丝送进速度的参数，在响应上也已经引起混乱并且无法确定电弧的实际稳定性或者无法判定焊接工艺是高于还是低于所需参数值。出于以下目的这样的信息是必须被知晓的：拒绝接受(reject)一焊接循环和/或确定以所需精度在该焊接循环期间进行的焊接的质量。总之，监控用于各种焊接工艺的电弧焊机的操作并不令人满意，因为没有可以用于评价焊接工艺实施期间的焊接工艺的现有知识。为了克服这些缺点，授予Hsu的美国专利No.6,441,342(下称“Hsu”)公开了当焊机执行所选定的电弧焊接工艺创建关于焊机操作的信息时监控电弧焊机的监控器和方法。因此，标准的高功率计算机技术的应用可以基于相同的精度和监控器产生的智能数据来使用。Hsu的监控器和监控系统采用焊接工艺期间的已知信息。该信息是固定的，并不变化。监控器集中关注焊接工艺的特定方面，以采用与实际性能相当的先验知识。因此，在焊接工艺的特定方面期间，确定选定的参数的稳定性和合格大小或水平。在监控之前，用已知的所需参数将焊接工艺分成多个固定的时间段。然后，可以用已知的计算机技术处理该数据，以评价焊接循环的各方面。Hsu公开了通过生成一系列快速重复波形的电弧焊机来执行焊接工艺。每个波形构成具有一循环时间的焊接循环。通过用于控制焊机操作的已知波形发生器来创建每个焊接循环(即，波形)。这些波形被分成多个状态，如分成脉冲焊接工艺中的多个状态，即本底(background)电流、上升斜坡、峰值电流、下降斜坡并且随后回到本底电流的状态。通过将已知的驱动波形划分成被定义为所产生的电弧特性的时间段的多个状态，可以监控这些状态中选定的任一个状态。事实上，可以多路复用许多状态。例如，在脉冲焊接工艺中，可以监控与峰值电流相关的状态。Hsu公开了通过以优选地超过1.0kHz的高速率进行读取而监控焊接工艺的状态。在脉冲焊接工艺中使用的波形的各峰值电流状态期间，多次检测各实际焊接参数，如，电流、电压或甚至是焊丝送进速度。以此方式，在峰值电流状态的监控过程期间，忽略了上升斜坡、下降斜坡和本底电流。因此，将该峰值电流与已知的峰值电流相比较。可以使用峰值电流的函数来检测自电弧焊机输出的实际峰值电流的变化。在Hsu中，使用命令(command)峰值电流的低侧和高侧的最小水平和最大水平，以在脉冲焊接波形的各峰值电流状态期间多次确定峰值电流的水平。无论何时电流超过最大值或者小于最小值，对各波形期间的该事件进行计数。对焊接时间(即，执行焊接工艺或其某个重要部分所持续的时间)的总偏差或事件进行计数。如果该计数值超过每个波形或焊接时间期间的设定数目，则会发出警报，警告该特定焊接工艺经历了不期望的焊接状况。事实上，如果计数值超过最大水平，则拒绝(reject)该焊接。这一能力与统计标准差程序一起使用，来在波形的每个峰值电流状态期间多次读取峰值电流，以感测标准差的大小。实际上，该标准差是通过计算机程序进行的均方根(RMS)差计算。在Hsu中，计算平均峰值电流并且记录该峰值电流以及水平状况和稳定性特征。还确定正被监控的各状态(例如，脉冲波形的峰值电流状态)的电流或电压的RMS。在监控峰值电流水平或标准增值时，可以通过电流水平和持续时间来监控本底电流阶段。Hsu公开了选择波形中的状态并且将该状态所需的和已知的命令信号与受监控状态期间焊接工艺的实际参数相比较。该选择基于波形发生器的先验知识。例如，在特定的焊丝送进速度WFS1下，对波形发生器进行编程，以调节峰值电流来控制电弧长度。然后，当以该焊丝送进速度WFS1进行焊接时，“得到通知的”监控器选择峰值电流段作为受监控状态。然而，在另一个焊丝送进速度WFS2下，对波形发生器进行编程，以调节本底时间(backgroundtime)来控制电弧长度(而不是峰值电流)。然后，当以该焊丝送进速度WFS2进行焊接时，“得到通知的”监控器选择本底时间作为受监控状态和参数。相比之下，后验(posteriori)监控器并不知道在不同的焊丝送进速度下，应该监控波形的不同方面来检测电弧稳定性。在这个实例中，在第一焊丝送进速度WFS1下监控本底时间或者在焊丝送进速度WFS2下监控峰值电流将会是非常低效的。因此，Hsu公开了利用所需值的先验知识用波形的时间段来监控波形的该段。这样就能实际监控电弧焊接工艺而不只是对总波形求平均。与只读取焊接工艺期间经历的输出参数的正常过程相比，在Hsu中，该监控器的特征在于使用了先验知识。因此，当焊机的正常行为在焊接工艺的仅一个方面期间随时间变化而有所不同时，通过监控，大大简化了检测该正常行为的任务。Hsu的教导不能应用于在恒定电压工艺中监控电压，因为在整个焊接循环期间，所需电压水平是已知的特征。然而，在其他焊接工艺中，当在波形的不同段期间电压和电流这二者都有所变化时，Hsu的方法在精确读取选定的波形段期间受监控的实际参数之前，给出稳定性、RMS、标准差、平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种诊断电弧焊接工艺的方法，所述方法通过创建在推进的焊丝(20)和工件(30)之间的用于创建焊缝的实际焊接参数从而在电弧焊机(10)执行电弧焊接工艺时监控所述电弧焊机(10)，所述焊接工艺受控于所述焊机(10)的电源(12)的命令信号，所述方法包括：产生一系列快速重复的波形(100)，每个波形(100)构成具有一循环时间的焊接循环；将所述波形划分成多个状态；在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率测量在一个或更多个所述状态中出现的多个焊接参数；基于所述焊接工艺期间对所述焊接参数的所述测量，计算每个所述一个或更多个状态的多个质量参数；以及分析所述多个质量参数和所述多个焊接参数中的至少一个，以通过判定所述焊缝的一个或更多个局部的或连续的缺陷的一个或更多个可能的原因来诊断所述电弧焊接工艺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.23 US 13/453,1241.一种诊断电弧焊接工艺的方法，所述方法通过创建在推进的焊丝(20)和工件(30)之间的用于创建焊缝的实际焊接参数从而在电弧焊机(10)执行电弧焊接工艺时监控所述电弧焊机(10)，所述焊接工艺受控于所述电弧焊机(10)的电源(12)的命令信号，所述方法包括：产生一系列快速重复的波形(100)，所述波形(100)中的每个构成具有一循环时间的焊接循环；将所述波形划分成多个状态；在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率测量在一个或更多个所述波形划分成的状态中出现的多个焊接参数；基于所述焊接工艺期间对所述焊接参数的所述测量，计算每个所述一个或更多个波形划分成的状态的多个质量参数；以及分析所述多个质量参数和所述多个焊接参数中的至少一个，以通过判定所述焊缝的一个或更多个局部的或连续的缺陷的一个或更多个可能的原因来诊断所述电弧焊接工艺。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将针对每个时间段计算出的每个质量参数值与对应的预期质量参数值相比较，以判定计算出的所述质量参数值和所述预期质量参数值之差是否超过预定阈值；以及如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定计算出的所述质量参数值的权重，并且基于所述波形划分成的状态相对于包括所述波形划分成的状态的所述波形的时间贡献，以时间贡献权重确定计算出的所述质量参数值的权重。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中针对一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个焊接参数包括以下中的两个或更多个：电弧电流、电弧电压、焊丝送进速度、所述工件的温度、保护气体的水平、保护气体的组成、所述工件附近的风速、所述工件附近的湿度水平以及操作者位置。4.根据权利要求1所述的方法，其中针对一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个焊接参数包括以下中的两个或更多个：焊炬位置，由所述电弧焊接工艺产生的声音的水平、由所述电弧焊接工艺产生的至少一种声音的频率、由所述电弧焊接工艺产生的声音的脉动率、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的水平、由所述电弧焊接工艺产生的至少一种可见光的频率、由所述电弧焊接工艺产生的可见光的脉动率、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的水平、由所述电弧焊接工艺产生的至少一种红外光的频率、由所述电弧焊接工艺产生的红外光的脉动率以及焊丝送进马达电流水平。5.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括以下中的两个或更多个：质量计数平均值(QCA)、质量计数标准差(QCSD)、质量电压平均值(QVA)、质量电压标准差(QVSD)、质量电流平均值(QIA)、质量电流标准差(QISD)、质量电压方差平均值(QVVA)、质量电压方差标准差(QVVSD)、质量电流方差平均值(QIVA)以及质量电流方差标准差(QIVSD)。6.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量焊丝送进速度平均值(QWA)、质量焊丝送进速度标准差(QWSD)、质量焊丝送进速度方差平均值(QWVA)以及质量焊丝送进速度方差标准差(QWVSD)。7.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量声音水平平均值(QSLA)、质量声音水平标准差(QSLSD)、质量声音水平方差平均值(QSLVA)以及质量声音水平方差标准差(QSLVSD)。8.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量声音频率平均值(QSFA)、质量声音频率标准差(QSFSD)、质量声音频率方差平均值(QSFVA)以及质量声音频率方差标准差(QSFVSD)。9.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量声音脉动率平均值(QSPRA)、质量声音脉动率标准差(QSPRSD)、质量声音脉动率方差平均值(QSPRVA)以及质量声音脉动率方差标准差(QSPRVSD)。10.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量可见光水平平均值(QVLLA)、质量可见光水平标准差(QVLLSD)、质量可见光水平方差平均值(QVLLVA)以及质量可见光水平方差标准差(QVLLVSD)。11.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量可见光频率平均值(QVLFA)、质量可见光频率标准差(QVLFSD)、质量可见光频率方差平均值(QVLFVA)以及质量可见光频率方差标准差(QVLFVSD)。12.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量可见光脉动率平均值(QVLPRA)、质量可见光脉动率标准差(QVLPRSD)、质量可见光脉动率方差平均值(QVLPRVA)以及质量可见光脉动率方差标准差(QVLPRVSD)。13.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量红外光水平平均值(QIRLLA)、质量红外光水平标准差(QIRLLSD)、质量红外光水平方差平均值(QIRLLVA)以及质量红外光水平方差标准差(QIRLLVSD)。14.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量红外光频率平均值(QIRLFA)、质量红外光频率标准差(QIRLFSD)、质量红外光频率方差平均值(QIRLFVA)以及质量红外光频率方差标准差(QIRLFVSD)。15.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量红外光脉动率平均值(QIRLPRA)、质量红外光脉动率标准差(QIRLPRSD)、质量红外光脉动率方差平均值(QIRLPRVA)以及质量红外光脉动率方差标准差(QIRLPRVSD)。16.根据权利要求1所述的方法，其中针对在所述时间段内的一个或更多个所述波形划分成的状态，所述多个质量参数包括：质量焊丝送进马达电流平均值(QWFMIA)、质量焊丝送进马达电流标准差(QWFMISD)、质量焊丝送进马达电流方差平均值(QWFMIVA)以及质量焊丝送进马达电流方差标准差(QWFMIVSD)。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个缺陷包括以下中的一个或更多个：所述焊缝中的气体夹杂、所述工件的烧穿、进入所述工件的熔深不足、飞溅、未被填充完的接头、咬边、所述焊缝的裂化、所述焊缝中的空隙以及熔合不足。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个可能的原因包括以下中的一个或更多个：保护气体不足、导电嘴到工件距离短、导电嘴到工件距离长、被阻塞的喷嘴、工件...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·丹尼尔，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US