一种适用于控制脉冲电源电弧焊接过程的方法和装置。一种可训练的系统能识别来自电弧焊接脉冲期间发出的信号所产生的经验转移模式，并能定出脉冲电源的参数组，从而通过控制电源的参数组，在后续脉冲中产生修正转移模式。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
相关申请此项申请要求专利保护在2002年3月27日登记的美国临时专利申请(申请号为60/368,052)的权益，此项临时专利申请的全部内容在此引入作为参考。
技术介绍
气体金属电弧焊接(GMAW)通常用于高工作量生产中金属部件的连接，如在汽车生产组装线上用的自动化焊机就是一例。从一个或多个工作部件与可消耗电极间产生的电弧使电极液化为金属液滴，它们被惰性气体诸如氩气所保护。这些液滴在固化前通过渗透到工作部件的金属中而形成焊接点。有一种称为脉冲式气体金属电弧焊接的方法，它通过脉冲调制焊接电源的电流和/或电压来控制。因为这种焊接方法产生的热量少，从而使产生的溅污少并有好的焊道光洁度，因此特别适合于高工作量的生产。这些特性对比较薄的工作部件避免因焊接而产生热变形和剩余应力是重要的。要在实时实现电源参数最优化从而与材料的改变和工艺变量相适应是复杂的，这是脉冲式气体金属电弧焊接的一个显著局限性。为了克服这一局限性，有一种尝试是用市售的GMAW系统将计算机化的参数控制与记录下来的有关材料和理想的处理条件信息相结合。然而，因为两个理由使这些努力受到了限制。通常这种简单的算法控制方案要涉及对所有过程变量与实时测量和分析这些变量的能力间基本关系的理解。对于GMAW方法，这些基本关系尚不完全清楚。而且即使已知这些关系，若都要实时测出这些基本变量并计算出合适的控制动作仍然是费钱和复杂的。在某些方案中，通过编辑与最优化控制参数相关的所观测变量的数据库，可以使理解的难度降低，并使要测量的变量数减少。然而，对许多商业上重要的GMAW工艺来说，独立的过程变量数目使这种方法成为一项既困难又费时的工作。此外，一项具体的应用可能会引入一种在开发中所不希望有的工艺变量，致使所提出的方案在该应用中不那么有效或是根本无用。有一种用来解决参数复杂性问题的尝试主张只改变一个控制变量，即脉冲周期，这个主张是以电弧光强度作为单一的观察变量为根据的。通常此电弧光强度随时间而变，它与在电弧时金属液滴的形成有关。因为高的焊接质量直接与受控的金属液滴转移有关，所以此方法提议通过截短脉冲周期从而使它与电弧光强度的熄灭相对应来改善焊接的质量。然而，此方法因为存在很多缺点并未获得成功。首先，电弧光强度的变化并不总能给出有关液滴转移的一个确定的指示；第二、许多商业上感兴趣的焊接条件并不产生电弧光强度的足够变化从而能可靠触发熄灭过程，如用混有少于5％二氧化碳的氩气作保护的碳钢焊接；第三、在实时通过改变每一瞬时脉冲来控制GMAW过程会导致电流变化的过度控制，这将导致控制的振荡、金属转移的不稳定和坏的焊接质量。
技术实现思路
在脉冲式GMAW系统中降低控制电源参数的复杂性在本领域是需要的，特别是需要在GMAW过程中产生稳定的金属转移而与焊接材料和工艺条件无关。本专利技术的一个实施方案是一种适用于控制脉冲式电源电弧焊接过程的方法。此方法包括探测在电弧焊接脉冲期间发出的信号这一步骤。用一种可训练的系统来识别由信号产生的经验转移模式，并定出脉冲电源的参数组，从而在后续脉冲中产生修正转移模式。另一步骤是用参数组来控制电源。本专利技术的另一个实施方案是一种用来训练用于控制脉冲电源电弧焊接过程的神经网络的方法。此方法包括为大量的脉冲事例产生训练数据和确认数据这一步骤，其中每一事例包括对在至少一个电弧焊接脉冲期间发出的信号和对该脉冲经验转移模式的表达。另一个步骤是产生一组控制标志，其中每一个标志包括与目标转移模式相关的经验转换模式的分类和对于在脉冲电源参数组中至少一个值的控制动作。再一个步骤是用训练数据、确认数据和标志来训练神经网络，靠它使网络能识别一个或多个电弧焊接脉冲的经验转移模式，并施加控制动作，从而在后续脉冲中产生修正转移模式。本专利技术的另一个实施方案是一种控制脉冲电源电弧焊接的装置，它包含一个传感器和一个控制器。控制器进一步包括信号获取模块，靠它获取来自传感器的信号，以及一个神经网络。该神经网络被训练成能识别来自信号的经验转移模式，并控制用于脉冲电源的参数组，靠它在后续脉冲中产生修正转移模式。这种控制器也包含一个控制接口，以使用参数组来控制电源。本专利技术的再一个实施方案是一种计算机程序产品，它包括计算机可读取介质和由此介质所带的指令。这些指令使计算机能识别在电弧焊接过程中发出的信号所产生的经验转移模式，并定出电弧焊接脉冲电源的参数组，从而产生修正转移模式。这些公开的实施方案为自动化的GMAW焊接方法提供了有意义的改进。这些实施方案利用由焊接过程发出的简单信号来保持或获得每个焊接脉冲所需要的金属液滴转移模式。这些实施方案与嘈杂的或给出不确定的液滴转移指示的信号是兼容的。这些实施方案还与各式各样焊接条件兼容，包括与用少于5％二氧化碳混合的氩气作保护的碳钢焊接兼容。此外，这些实施方案还能导致产生没有振荡的稳定的金属转移条件，它能改善焊接质量和均匀性。附图简述如一系列附图所示，本专利技术的上述和其他目的，以及本专利技术的特色和长处可从下面对本专利技术特定实施方案的更具体的描述中明显地表示出来。在这些图中，同样的标记符号在所有不同的图中都代表同样的部分。在此没必要将图按比例绘制，而是将重点放在解释本专利技术的原理方面。附图说明图1A-1C是金属液滴在可消耗电极上形成的顺序图。图2是一种用来控制脉冲式GMAW焊接过程具体装置的方框图。图3是电源产生的矩形脉冲波形图。图4A-4E显示代表各种转移模式的理想化的示意图。图5是每个脉冲周期约产生一个金属液滴的传感器信号与视频信号图像的比较。图6是每个脉冲周期约产生多于一个金属液滴的传感器信号与视频信号图像的比较。图7是每个脉冲周期约产生少于一个金属液滴的传感器信号与视频信号图像的比较。图8显示概率神经网络的一种特定数学模式图。图9是一种带有传感器的具体焊接装置的简图。图10是一种具体的传感器腔体的剖面11是一种具体的信号获取模块中一部分的电路图。图12是一种具体的信号获取模块中模拟-数字处理电路的方框图。图13是一种具体的概率神经网络的结构简图。专利技术详述所公开的实施方案通常与控制电弧焊接过程有关，它用来产生一种稳定的、与焊接的材料和处理条件无关的金属转移条件。本专利技术的具体实施方案包括方法和装置，为的是利用可训练的系统通过识别单一的工艺变量(即由焊接过程发出的信号)来控制GMAW过程。脉冲式的GMAW方法用电源提供与时间有关的电力给工作部件和被置于接近被焊接工作部件区域的可消耗电极。然后在工作部件和可消耗电极间产生电弧，造成金属液滴形成并从可消耗电极的顶端转移到工作部件。图1A-1C是在可消耗电极顶端形成金属液滴的顺序图。图1A显示电极顶端的液化；图1B显示液滴的形成；图1C显示液滴的脱落。图2是用于控制脉冲式GMAW过程的一种具体装置110的方框图。焊接电源112与可消耗金属电极114及一个或更多的工作部件116相连接。在电极114和工作部件116之间产生电弧，导致在电极114的顶端形成金属液滴115，此液滴再转移到工作部件116。传感器118通过从焊接过程发出的信号产生一个模拟的电子学信号。控制器120包含信号获取模块122、普通用途的计算机124、显示器126、可训练系统128和控制接口130。信号获取模块122读取来自传感器的模拟信号，并在传送到计算机124前将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于控制脉冲电源电弧焊接过程的方法，它包括：探测在电弧焊接脉冲期间发出的信号；使用可训练的系统来：识别来自信号的经验转移模式；定出脉冲电源参数组，为后续脉冲产生修正转移模式；用所述参数组来控制电源。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：HC德米兰达，VA费拉雷斯，A斯科蒂，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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