本發(fā)明的主題涉及一種焊接工具和電弧焊接套件，即，用于執(zhí)行手工電弧焊接操作的一組工具。

背景技術(shù)：

已知的電弧焊接套件包括焊接面罩和焊接工具。所述焊接工具包括電極。在焊接操作中，電極與焊接區(qū)域中會(huì)產(chǎn)生電弧。

在第一種類型和第二種類型的電弧焊接即smaw(自動(dòng)保護(hù)金屬極電弧焊)和mig(金屬惰性氣體)中，電極本身會(huì)由于電弧所產(chǎn)生的熱量而熔化，從而成為焊接中的填充材料。

在第三種類型的電弧焊接即tig(鎢極隋性氣體)中，電極是固態(tài)的，并且單獨(dú)提供填充材料。

具體來說，所述套件包括一組傳感器，所述傳感器可檢測焊接工藝的主要操作參數(shù)，即，電壓(v)、電流(a)、焊接速度(w)及其組合，以計(jì)算熱輸入。所述焊接面罩可配備顯示裝置，以便可以向焊工顯示這些參數(shù)，從而為所述焊工提供實(shí)時(shí)更正焊接的可能性。此焊接面罩的實(shí)例如us6242711b1文件中所示。

已知焊接套件的缺點(diǎn)在于，只能向焊工提供焊接參數(shù)。但是，這無法保證焊工能夠調(diào)整并且糾正目前正在不當(dāng)執(zhí)行的焊接。換言之，焊接操作本身仍然嚴(yán)重依賴于焊工的操作技能。這對于焊接電壓而言尤其如此，因?yàn)楹附与妷褐饕Q于電極與焊接區(qū)域之間的距離，因此取決于電極與工件之間的距離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的第一實(shí)施例涉及一種焊接工具。所述焊接工具包括主體。手柄附接到所述主體，并且配置成由焊工握持。還提供了電極，并且確切地說，所述電極插入所述主體中。調(diào)整裝置與所述電極關(guān)聯(lián)，以將其相對于所述主體向前/向后移動(dòng)。控制裝置連接到所述調(diào)整裝置。所述控制裝置配置成作用于所述調(diào)整裝置，以維持所述電極與焊接區(qū)域之間的大體恒定距離。所述電極是可消耗的，用于執(zhí)行smaw或mig焊接。

有利的是，所述焊接工具能夠補(bǔ)償所述電極與所述焊接區(qū)域之間的距離的改變。因此，即便焊工在一定程度上技能有所欠缺，所述焊接仍然能夠適當(dāng)?shù)貓?zhí)行，如測試所示。此外，所述系統(tǒng)能夠補(bǔ)償由于手部的生理性顫抖而引起的微小距離變化，補(bǔ)償效果甚至優(yōu)于熟練的焊工，因而能夠改進(jìn)焊接的整體質(zhì)量。

或者，所述電極是不可消耗的，從而使焊工能夠執(zhí)行tig焊接。換言之，在這種情況下，所述焊接工具是tig焊槍。

本發(fā)明的第二實(shí)施例涉及一種電弧焊接套件，所述電弧焊接套件包括焊接工具。所述套件還包括焊接面罩。焊接速度傳感器附接在所述焊接面罩上。所述焊接速度傳感器配置成檢測焊接速度，并且發(fā)射表示焊接速度值的焊接速度信號。所述控制單元包括處理模塊，所述處理模塊配置成計(jì)算所述焊接速度與焊接速度的目標(biāo)速度值之間的速度差。所述處理模塊還配置成發(fā)射表示所述速度差的結(jié)果的速度差信號。所述焊接面罩包括目視裝置，所述目視裝置配置成采集所述速度差信號，并且向焊工顯示所述速度差的表示以及附帶性熱輸入差的表示。

有利的是，通過這種方式，焊工還可獲得關(guān)于焊接速度的反饋，除了恒定電流和穩(wěn)定電壓之外，所述焊接速度反饋還可以在遵守目標(biāo)熱輸入的同時(shí)極大地提高焊接的整體質(zhì)量。

附圖說明

本發(fā)明的進(jìn)一步詳情和具體實(shí)施例將參考附圖，其中：

-圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電弧焊接套件的示意圖；

-圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的焊接工具的側(cè)視截面圖；

-圖3是圖2中的焊接工具的正視截面圖；

-圖4是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的焊接工具的側(cè)視截面圖；

-圖5是圖1中套件的部件的側(cè)視截面圖；

-圖6是圖5中的部件的俯視截面圖；

-圖6a是圖6中的細(xì)節(jié)的放大圖；

-圖7是圖5和圖6中的部件的正視截面圖；

-圖8是圖1中套件的進(jìn)一步部件的正視圖；以及

-圖9是圖1中套件的工作示意圖。

具體實(shí)施方式

下文將參考附圖對示例性實(shí)施例進(jìn)行說明。不同附圖中的相同參考數(shù)字是指相同或類似的元件。以下詳細(xì)說明并非限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要求書限定。

整個(gè)說明書中“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的應(yīng)用表示結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，說明書全文中不同地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”并不一定是指相同的實(shí)施例。另外，具體特征、結(jié)構(gòu)或者特性能以任何合適方式組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。

參考附圖，數(shù)字1表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電弧焊接套件。

焊接套件1包括焊接工具2，所述焊接工具配置成由焊工握持。

焊接工具2包括電極3。在用于執(zhí)行smaw(自動(dòng)保護(hù)金屬極電弧焊)和mig(金屬惰性氣體)的第實(shí)施例中，如圖2和圖3中所示，電極3是可消耗的。換言之，在本實(shí)施例中，電極3成為焊接的填充材料?；蛘?，如圖4中所示，電極3是不可消耗的，因此用于執(zhí)行tig(鎢極隋性氣體)焊接。

更詳細(xì)地說，焊接工具2包括主體20，所述主體配置成支撐電極3。主體20優(yōu)選地是軸對稱的，并且主要沿縱軸“a”延伸。焊工的手柄21支撐主體20。

主體20具有底座20a，電極3安裝在所述底座中。如圖2和圖4中所示，焊接工具2設(shè)有軸承22，所述軸承附接到主體并且位于底座20附近，以便它們能夠支撐電極3并且允許其向前和向后移動(dòng)。換言之，電極3可以通過在軸承22上滑動(dòng)而在底座20a內(nèi)向前和向后移動(dòng)。

此外，焊接工具2包括與電極3關(guān)聯(lián)的調(diào)整裝置4，以便相對于主體20向前/向后移動(dòng)電極。調(diào)整裝置4包括輪23，所述輪具有中心軸“c”，所述中心軸相對于電極3的縱軸“a”橫向并且優(yōu)選地垂直設(shè)置，所述縱軸“a”平行于主體20的軸。事實(shí)上，主體20設(shè)有端口25，輪24插入所述端口中。

在操作中，輪23的邊緣與電極3接觸，以便電極3能夠通過輪23沿中心軸“c”的旋轉(zhuǎn)來沿縱軸“a”移動(dòng)。調(diào)整裝置4還包括電動(dòng)機(jī)24。所述電動(dòng)機(jī)24優(yōu)選地是電力電動(dòng)機(jī)，更優(yōu)選地是電磁電動(dòng)機(jī)，并且安裝在輪23上，以便驅(qū)動(dòng)輪23，并且通過它來驅(qū)動(dòng)電極3。

當(dāng)電極3是可消耗的時(shí)，調(diào)整裝置4配置成補(bǔ)償由于電極的消耗以及焊工手部的生理性顫抖而導(dǎo)致的電極3與焊接區(qū)域之間的距離變化。

此雙常數(shù)調(diào)整能夠使電極3與焊接區(qū)域之間維持大體恒定的距離，從而實(shí)現(xiàn)有利的電弧焊接條件并且因此改進(jìn)焊接質(zhì)量。

特別參考圖2中的smaw或mig焊接工具2，請注意，在使用期間，由于電極3在焊接期間被消耗，因此輪23會(huì)隨時(shí)間的推移而前移。因此，電動(dòng)機(jī)24的旋轉(zhuǎn)速度提供電極的整體向前移動(dòng)，并且改變旋轉(zhuǎn)速度以調(diào)整電極3尖端的距離，如本說明書中的下文中所述。

或者，在圖4的tig焊接工具2中，電極3在焊接期間不消耗。因此，輪23移動(dòng)僅調(diào)整電極3的距離。

此外，在圖4中的實(shí)施例中，存在惰性氣體源(圖紙中未圖示)，以避免電極3的尖端和焊接區(qū)域受大氣氧氣的影響。所述惰性氣體源本身是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的，因此不再詳細(xì)描述。

套件1包括電壓傳感器5，所述電壓傳感器配置成檢測電極3與焊接區(qū)域之間的焊接電壓“vw”，所述焊接電壓是電極中面對工件的一端與工件的焊接區(qū)域之間的距離的函數(shù)。電壓傳感器5還配置成發(fā)射電壓信號“vs”，所述電壓信號表示焊接電壓“vw”的值。所述電壓傳感器5可以是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的任何類型的傳感器，因此不再詳細(xì)描述。

套件1還包括控制單元6。在本說明書中的下文部分中，通過將控制單元6分成多個(gè)模塊來對其進(jìn)行描述。所述細(xì)分僅用于便于說明，不得以任何方式視作反映控制單元6本身的物理結(jié)構(gòu)。相反，每個(gè)模塊可以實(shí)施為適當(dāng)硬件支架上的電子電路，實(shí)施為軟件例程、子例程或庫，或?qū)嵤閮烧?。每個(gè)模塊可以駐留在本地單元上，或者可以分布在網(wǎng)絡(luò)上。此外，所述模塊可以通過適當(dāng)?shù)挠芯€或無線協(xié)議彼此通信。

控制單元6包括數(shù)據(jù)采集模塊7，所述數(shù)據(jù)采集模塊配置成采集上述電壓信號“vw”。

控制單元6還包括存儲模塊16，所述存儲模塊配置成存儲目標(biāo)電壓值“vt”。

控制單元6還包括輸入模塊17，所述輸入模塊配置成在所述存儲模塊16中設(shè)置所述目標(biāo)電壓值“vt”。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，輸入模塊17可以是qr代碼讀出器。通過這種方式，電壓“vt”以及與焊接工藝相關(guān)的其他任何參數(shù)可以通過輸入模塊17在適當(dāng)編碼的qr代碼上讀取。

控制單元6還包括處理模塊8，所述處理模塊配置成輸出至少所述電壓信號“vs”的驅(qū)動(dòng)信號“sa”函數(shù)。此外，處理模塊8配置成檢索目標(biāo)電壓值“vt”并且將其與焊接電壓值“vw”進(jìn)行比較。因此，所述驅(qū)動(dòng)信號“sa”是至少部分與所述比較結(jié)果成正比。更詳細(xì)地說，處理模塊8可以使用pid(比例、積分和導(dǎo)數(shù))邏輯進(jìn)行編程。因此，所述驅(qū)動(dòng)信號“sa”可以是與“vw”與“vt”之差成正比的部分、與所述差的導(dǎo)數(shù)成比例的部分以及與所述差的積分成比例的部分的總和?？梢允褂萌魏慰赡艿慕M合，具體取決于所選的控制策略。處理模塊8還可以配置成提供表示“vw”與“vt”之差的結(jié)果的電壓差信號“dv”。

控制單元6還包括連接到調(diào)整裝置4的驅(qū)動(dòng)模塊14。驅(qū)動(dòng)模塊14配置成根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號“sa”的指示操作調(diào)整裝置4。確切地說，驅(qū)動(dòng)模塊14操作電動(dòng)機(jī)24，所述電動(dòng)機(jī)使輪23旋轉(zhuǎn)?？扇芜x地，所述焊接套件還包括焊接面罩9。所述焊接面罩9配置成作為標(biāo)準(zhǔn)安全面罩由焊工在焊接工藝期間穿戴。確切地說，焊接面罩9包括深色窗口10，焊工可從所述窗口觀察焊接過程，而不至強(qiáng)光致盲。

此外，焊接面罩9設(shè)有焊接速度傳感器11。焊接速度傳感器11配置成檢測焊接速度“wa”，并且發(fā)射表示焊接速度值“wa”的焊接速度信號“ws”。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，焊接速度傳感器11包括第一光學(xué)傳感器12a。所述第一光學(xué)傳感器12a特別布置成使其在焊接操作中面對焊接區(qū)域。如圖8中所示，第一光學(xué)傳感器優(yōu)選地置于焊接面罩9的外表面上，優(yōu)選地在深色窗口10之上。焊接速度傳感器11優(yōu)選地還包括參考系傳感器12b。所述參考系傳感器12b可以是能夠檢測固定參考系內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的任何類型的傳感器。例如，參考系傳感器12b可以是位于焊接面罩9的任何點(diǎn)上的慣性傳感器。

更詳細(xì)地說，在圖8中所示的實(shí)施例中，參考系傳感器12b是第二光學(xué)傳感器。因此，參考系傳感器12b優(yōu)選地布置成面對環(huán)境中的固定參考場景，例如，焊接區(qū)域的工件部分，并且優(yōu)選地置于第一光學(xué)傳感器12a的旁邊。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器12a、12b是成像相機(jī)。

更詳細(xì)地說，第一光學(xué)傳感器12a配置成檢測焊接工具相對于其本身的速度。此外，參考系傳感器12b配置成檢測上述固定參考場景的速度。根據(jù)第一實(shí)施例，焊接速度傳感器11還包括速度計(jì)算模塊13，所述速度計(jì)算模塊配置成根據(jù)第二傳感器12b與第一光學(xué)傳感器12a所檢測的速度之間的差值計(jì)算焊接速度“wa”?；蛘撸谝还鈱W(xué)傳感器12a和參考系傳感器12b均將對應(yīng)的速度傳輸?shù)娇刂茊卧?，確切地說，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊14。

處理模塊8還配置成計(jì)算焊接速度“wa”與目標(biāo)速度“wt”值之間的速度差，所述處理單元配置成發(fā)射表示所述速度差結(jié)果的速度差信號“dw”。

可任選地，焊接面罩9包括目視裝置15。所述目視裝置15布置成便于焊工在焊接過程中輕松地查看。如圖1和圖8所示，目視裝置15優(yōu)選地設(shè)置在焊接面罩9內(nèi)，優(yōu)選地設(shè)置在深色窗口10的一側(cè)上。

更詳細(xì)地說，目視裝置15配置成采集上述速度差信號“dw”，從而向焊工顯示速度差的表示。類似地，目視裝置15可以配置成采集上述電壓差信號“dv”，從而向焊工顯示電壓差的表示。

優(yōu)選地，目視裝置15可以配置成分別顯示焊接過程的操作參數(shù)，例如電極與焊接區(qū)域之間的電壓(v)、電流(a)、焊接速度(w)，或者其組合。如圖8中所示，目視裝置包括多個(gè)led26。這些led優(yōu)選地布置成十字形，并且配置成以照明方式指示焊工是否應(yīng)加快或減慢速度，或者是否應(yīng)當(dāng)靠近或遠(yuǎn)離焊接區(qū)域。

特別參見圖5和圖6，套件1還可以包括用于焊條“r”的操縱設(shè)備18。操縱設(shè)備18包括進(jìn)料裝置19，所述進(jìn)料裝置配置成在焊接期間推進(jìn)所述焊條“r”。

更詳細(xì)地說，操縱設(shè)備18包括主體27，所述主體配置成支撐焊條“r”。主體27優(yōu)選地是軸對稱的，并且主要沿縱軸“b”延伸。焊工的手柄28附接到主體27。優(yōu)選地，手柄28圍繞操縱設(shè)備18的主體27。

主體27具有中央底座27a，焊條“r”設(shè)置在所述中央底座中。如圖5中所示，操縱設(shè)備18設(shè)有軸承29，所述軸承附接到主體27并且位于底座27a附近，以便支撐焊條“r”并且允許其向前和向后移動(dòng)。換言之，焊條“r”可以通過在軸承29上滑動(dòng)而在底座27a內(nèi)向前/向后移動(dòng)。

進(jìn)料裝置19包括輪30，所述輪具有中心軸“d”，所述中心軸相對于主體27的縱軸“b”橫向并且優(yōu)選地垂直設(shè)置。

在操作中，輪30的邊緣與焊條“r”接觸，以便其能夠通過輪30沿中心軸“d”的旋轉(zhuǎn)來沿縱軸“b”移動(dòng)。進(jìn)料裝置19還包括電動(dòng)機(jī)31。所述電動(dòng)機(jī)31優(yōu)選地是電力電動(dòng)機(jī)，更有選地，是線性電磁電動(dòng)機(jī)，并且安裝在輪30上，以便驅(qū)動(dòng)焊條“r”。

在附圖中未示出的一個(gè)替代實(shí)施例中，進(jìn)料裝置19包括用于焊條“r”而不是輪30和電動(dòng)機(jī)31的電磁驅(qū)動(dòng)裝置。

如果使用操縱設(shè)備18，則處理模塊8可以配置成向驅(qū)動(dòng)模塊14發(fā)射進(jìn)料速度信號“sv”。進(jìn)料速度信號“sv”優(yōu)選地與進(jìn)料速度值“fv”成比例。因此，驅(qū)動(dòng)模塊14配置成根據(jù)進(jìn)料速度信號“sv”的指示操作操縱設(shè)備18的進(jìn)料裝置19。

此外，如圖6a中所示，操縱設(shè)備18包括與處理模塊8關(guān)聯(lián)的控制接口32?？刂平涌?2配置成向處理模塊8發(fā)射命令信號“cv”，以便焊工能夠提高或減小進(jìn)料速度信號“sa”。

更詳細(xì)地說，控制接口32包括設(shè)置在手柄28上的按鈕33。確切地說，按鈕33使所述焊工能夠持續(xù)調(diào)整進(jìn)料速度；但是，按鈕33設(shè)計(jì)成以預(yù)定時(shí)間間隔提供“單擊”形式的觸覺反饋，以便焊工能夠知曉正在手動(dòng)提高或降低的進(jìn)料速度量的特定精度。