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。

System and method for monitoring welding quality

Arc welding system and method. The system can according to the waveform monitoring during the welding process and the corresponding variables determining the weights of variables, detection of weld defects, defect diagnosis of possible reasons, quantitative weld the overall quality, the availability and use of said good weld data, improve the automatic welding process yield and quality control, the correct welding technology, identification of the welding process and cost saving for different welding process or application of pre setting optimal welding set.

【技术实现步骤摘要】
用于监控焊接质量的系统和方法本申请是2013年4月23日递交的PCT国际申请PCT/IB2013/000752于2014年12月12日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201380031211.5、专利技术名称为“用于监控焊接质量的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请：PCT国际申请PCT/IB2013/000752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，大大简化了检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于培训学生学习焊接工艺的系统，所述系统包括多个焊接工作台，每个焊接工作台可操作来容纳一个学生并且包括具有监控器的电弧焊机，所述监控器用于通过创建在推进的焊丝和工件之间的用来形成焊缝的实际焊接参数从而在所述学生使用所述电弧焊机执行所述焊接工艺时监控所述电弧焊机，所述焊接工艺由针对所述焊接参数的命令信号的一系列快速重复的波形来限定，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环，其中所述监控器包括：用于将每个所述波形分段成一系列时间分段状态的逻辑；用于选择特定波形状态的逻辑；用于在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率读取在所述特定波形状态中出现的选定的焊接参数以得到针对所述选定的焊接参数的数据集合的逻辑；用于针对每个时间段，自所述数据集合计算针对所述选定的焊接参数的至少一个质量参数的质量值的逻辑；用于将每个质量值与预期质量值相比较，以确定所述质量值和所述预期质量值之差是否超过预定阈值的逻辑；用于如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述质量值的权重，并且基于所述状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述质量值的权重的逻辑；以及用于基于在所述焊接工艺期间得到的所有所述质量值，包括任何加权的质量值，来确定针对所述焊接的质量得分的逻辑。...

【技术特征摘要】
2012.04.23 US 13/453,1241.一种用于培训学生学习焊接工艺的系统，所述系统包括多个焊接工作台，每个焊接工作台可操作来容纳一个学生并且包括具有监控器的电弧焊机，所述监控器用于通过创建在推进的焊丝和工件之间的用来形成焊缝的实际焊接参数从而在所述学生使用所述电弧焊机执行所述焊接工艺时监控所述电弧焊机，所述焊接工艺由针对所述焊接参数的命令信号的一系列快速重复的波形来限定，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环，其中所述监控器包括：用于将每个所述波形分段成一系列时间分段状态的逻辑；用于选择特定波形状态的逻辑；用于在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率读取在所述特定波形状态中出现的选定的焊接参数以得到针对所述选定的焊接参数的数据集合的逻辑；用于针对每个时间段，自所述数据集合计算针对所述选定的焊接参数的至少一个质量参数的质量值的逻辑；用于将每个质量值与预期质量值相比较，以确定所述质量值和所述预期质量值之差是否超过预定阈值的逻辑；用于如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述质量值的权重，并且基于所述状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述质量值的权重的逻辑；以及用于基于在所述焊接工艺期间得到的所有所述质量值，包括任何加权的质量值，来确定针对所述焊接的质量得分的逻辑。2.一种用于培训学生学习焊接工艺的系统，所述系统包括多个焊接工作台，每个焊接工作台可操作来容纳一个学生并且包括具有监控器的电弧焊机，所述监控器用于通过创建在推进的焊丝和工件之间的用来形成焊缝的实际焊接参数从而在所述学生使用所述电弧焊机执行所述焊接工艺时监控所述电弧焊机，所述焊接工艺由针对所述焊接参数的命令信号的一系列快速重复的波形来限定，每个波形构成具有一循环时间的焊接循环，其中所述监控器包括：用于将每个所述波形分段成一系列时间分段状态的逻辑；用于选择特定波形状态的逻辑；用于在所述焊接工艺期间重复的时间段内，以询问速率读取在所述特定波形状态中出现的选定的焊接参数以得到针对所述选定的焊接参数的数据集合的逻辑；用于针对每个时间段，自所述数据集合计算针对所述选定的焊接参数的至少一个质量参数的质量值的逻辑；以及用于基于在所述焊接工艺期间得到的所有所述质量值来确定针对所述焊接的质量得分的逻辑，并且其中所述选定的焊接参数是以下参数中的至少一个：所述时间段内对所述选定的焊接参数采取的测量的计数、所述时间段内的平均电压所述时间段内的均方根电压RMSV、所述时间段内的电压方差Vvar、所述时间段内的平均电流所述时间段内的均方根电流RMSI以及所述时间段内的电流方差Ivar，其中其中其中其中其中其中其中N是所述时间段内焊接循环的总数，其中，voltagei是指所述时间段内针对特定的一个焊接循环的电压测量，并且其中，currenti是指所述时间段内针对特定的一个焊接循环的电流测量。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述监控器还包括：用于将每个质量值与预期质量值相比较，以确定所述质量值和所述预期质量值之差是否超过预定阈值的逻辑；用于如果所述差超过所述阈值，则基于所述差，以大小权重确定所述质量值的权重，并且基于所述状态相对于其波形的时间贡献，以时间贡献权重确定所述质量值的权重的逻辑；以及用于基于在所述焊接工艺期间得到的所有所述质量值，包括任何加权的质量值，来确定针对所述焊接的质量得分的逻辑。4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中...

【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