本發(fā)明總體上涉及一種發(fā)動機驅(qū)動的焊機，并且更具體地講，涉及一種多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機系統(tǒng)。焊接是所有行業(yè)中變得越來越普遍的工藝。焊接就其本質(zhì)而言僅僅是結(jié)合兩件金屬的方法。較大型的焊接系統(tǒng)會產(chǎn)生超過100安培的焊接電流輸出，而微型焊接可采用低于幾安培的微弧。

背景技術：

焊接系統(tǒng)可以耦合至電網(wǎng)，或者使用燃料動力的發(fā)動機來驅(qū)動發(fā)電機，發(fā)電機繼而產(chǎn)生用于特定的焊接操作所需的電流。發(fā)動機和發(fā)電機的大小由焊機的最大焊接電流輸出額定值確定。例如，額定產(chǎn)生300安培、33.3伏特電弧的焊機會需要至少10千瓦的功率來產(chǎn)生這種電弧。實際上，電源通常被配置成輸出比電弧所需的功率更高的功率(例如，大約高出30％)以將例如焊接電纜的電壓降可能引起的功率損失考慮在內(nèi)。因此，這種焊機中的發(fā)動機必須具有足夠的馬力來驅(qū)動發(fā)電機以產(chǎn)生約13千瓦的功率以便在任何給定時間供應焊機的最大焊接電流輸出額定值。

在某些方面，有利的是提供具有多個輸出的焊接系統(tǒng)，通常稱之為多操作員焊接系統(tǒng)。例如，共同享有的美國專利公開No.2014/0238966，題為“多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機系統(tǒng)(Multi-Operator Engine Driven Welder System)”，公開了一種多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機系統(tǒng)。這種多操作員焊接系統(tǒng)能夠產(chǎn)生多個電弧，每個電弧可供單獨的人或機器操作員使用。多操作員焊接系統(tǒng)提供許多優(yōu)點，包括，特別是，通過增大(例如，兩倍、三倍等)單個機器的焊接輸出提高的生產(chǎn)率，與多個單獨的機器相比更低的所有權(quán)總成本，廠址周圍運輸和移動的設備更少，與多個單元相比噪聲減小，與多個單元相比減少的排放，以及減少的維護成本。

然而，現(xiàn)有的多操作員焊接系統(tǒng)會面臨許多缺點，包括，例如，形成輸出波紋和不希望的可聞拍頻。因此，本公開涉及一種多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于控制多操作員焊接系統(tǒng)或設備中的多個焊接輸出以實現(xiàn)成本節(jié)約并且提高電弧/焊接質(zhì)量的系統(tǒng)、方法和設備。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及多操作員焊接系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于控制多操作員焊接系統(tǒng)或設備中的多個焊接輸出以實現(xiàn)成本節(jié)約并且提高電弧/焊接質(zhì)量的系統(tǒng)、方法和設備，基本上由至少一個附圖所示并且/或者結(jié)合至少一個附圖所描述，如權(quán)利要求書中更完整地闡述。

根據(jù)第一方面，一種發(fā)動機驅(qū)動的焊機包括：被配置成提供電輸出的發(fā)電機；與所述發(fā)電機耦合的發(fā)動機，其中所述發(fā)動機驅(qū)動所述發(fā)電機；與所述發(fā)電機耦合的第一功率模塊，所述第一功率模塊提供第一焊接輸出；與所述發(fā)電機耦合的第二功率模塊，所述第二功率模塊提供第二焊接輸出；以及控制器，所述控制器與所述第一功率模塊和所述第二功率模塊耦合，其中所述控制器采用單個處理器。

在某些方面，在獨立模式中，所述第二焊接輸出獨立于所述第一焊接輸出，或者在并聯(lián)模式中，所述第二焊接輸出與所述第一焊接輸出結(jié)合作為結(jié)合的焊接輸出。

根據(jù)第二方面，一種發(fā)動機驅(qū)動的焊機包括：被配置成提供電輸出的發(fā)電機；與所述發(fā)電機耦合的發(fā)動機，其中所述發(fā)動機驅(qū)動所述發(fā)電機；與所述發(fā)電機耦合的第一功率模塊，所述第一功率模塊提供第一焊接輸出；與所述發(fā)電機耦合的第二功率模塊，所述第二功率模塊提供第二焊接輸出；與所述第一功率模塊可操作地耦合的第一控制器，所述第一控制器包括第一處理器；以及與所述第二功率模塊可操作地耦合的第二控制器，所述第二控制器包括第二處理器，其中所述第一處理器和所述第二處理器共享共同時鐘信號。

根據(jù)第三方面，一種焊接設備包括：供電，所述供電被配置成提供電輸出；與所述供電耦合的第一功率模塊，所述第一功率模塊提供第一焊接輸出；與所述供電耦合的第二功率模塊，所述第二功率模塊提供第二焊接輸出；與所述第一功率模塊可操作地耦合的第一控制器，所述第一控制器包括第一處理器；以及與所述第二功率模塊可操作地耦合的第二控制器，所述第二控制器包括第二處理器，其中所述第一處理器和所述第二處理器共享高速總線。

在某些方面，所述第一功率模塊包括控制所述第一焊接輸出的第一控制板，所述第二功率模塊包括控制所述第二焊接輸出的第二控制板，并且所述第一控制板是在所述并聯(lián)模式中控制所述第二控制板的部件。

在某些方面，所述第一功率模塊包括調(diào)節(jié)所述第一焊接輸出的第一操作界面，并且所述第二功率模塊包括調(diào)節(jié)所述第二焊接輸出的第二操作界面。

在某些方面，第一操作界面是調(diào)節(jié)結(jié)合的焊接輸出的部件。

在某些方面，一操作員輸入被提供且被配置成選擇所述獨立模式或所述并聯(lián)模式，其中所述操作員輸入被配置成在所述并聯(lián)模式中使所述第一功率模塊與所述第二功率模塊之間的開關接合，并且在所述獨立模式中使所述開關脫開。

在某些方面，一種輔助功率電路與所述發(fā)電機耦合，其中所述輔助功率電路提供輔助功率輸出。

在某些方面，所述附件包括一個或多個靜態(tài)焊機。

附圖說明

根據(jù)對本發(fā)明以及為了說明的目的選擇的并且在附圖中示出的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述，將最好地理解本發(fā)明的特征，在附圖中：

圖1a和圖1b圖示了根據(jù)本公開的一方面的示例性多操作員的手動電弧焊接系統(tǒng)。

圖2圖示了根據(jù)本公開的一方面的示例性多操作員機器人電弧焊接系統(tǒng)。

圖3圖示了根據(jù)本公開的一方面的示例焊接設備。

圖4圖示了具有控制兩個供電的單個控制器的示例性控制器系統(tǒng)的方框圖。

圖5圖示了具有兩個控制器并且與共同時鐘信號同步的第一示例性控制器系統(tǒng)的方框圖。

圖6圖示了具有經(jīng)由高速總線連接的兩個控制器的第二示例性控制器系統(tǒng)的方框圖。

圖7圖示了具有經(jīng)由高速總線連接并且與共同時鐘信號同步的兩個控制器的第三示例性控制器系統(tǒng)的方框圖。

具體實施方式

本公開涉及一種用于控制多操作員焊接系統(tǒng)或設備中的多個焊接輸出以實現(xiàn)成本節(jié)約并且提高電弧/焊接質(zhì)量的系統(tǒng)、方法和設備。下面將參照附圖中的各個圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。相同的附圖標記在所有附圖中用于表示相同或相似的要素。在以下描述中，未詳細描述熟知的功能或構(gòu)造，因為這些描述會以不必要的細節(jié)使本發(fā)明變得晦澀。

為了促進理解要求保護的技術的原理并且展現(xiàn)其目前理解的最佳操作方式，現(xiàn)在將參照附圖圖示的實施例并且將使用具體語言對其進行描述。然而，將理解，這并非旨在對要求保護的技術的范圍進行限制，圖示的設備的這些變化和進一步修正以及本文所述的要求保護的技術的原理的這種進一步應用被認為是要求保護的技術所屬領域的技術人員通常能夠想到的。

如本文所用的詞語“示例性的”是指“用作示例、實例或說明”。本文所述的實施例并非是限制性的，相反僅僅是示例性的。應當理解，所描述的實施例不一定被解釋為比其他實施例更優(yōu)或更有利。此外，術語“本發(fā)明的實施例”、“實施例”或“本發(fā)明”不要求本發(fā)明的所有實施例都包括所討論的特征、優(yōu)點或操作方式。

如本文所用的術語“電路”和“線路”指的是物理電子器件(即，硬件)以及可以配置硬件、由硬件執(zhí)行和/或以其他方式與硬件關聯(lián)的任何軟件和/或固件(代碼)。如本文所用，例如，特定的處理器和存儲器可以包括在執(zhí)行第一組一行或多行的代碼時的第一“電路”，并且可以包括在執(zhí)行第二組一行或多行的代碼時的第二“電路”。如本文所用，“和/或”的意思是由“和/或”連接的列表中的諸個項目中的任何一個或多個。例如，“x和/或y”的意思是三要素組{(x)、(y)、(x,y)}中的任何要素。換句話講，“x和/或y”的意思是“x和y的一者或兩者”。又如，“x、y和/或z”的意思是七要素組{(x)、(y)、(z)、(x,y)、(x,z)、(y,z)、(x,y,z)}中的任何要素。換句話講，“x、y和/或z”的意思是“x、y和z的一個或多個”。如本文所用，術語“示例性的”是指用作非限制性示例、實例或說明。如本文所用，術語“如”和“例如”引出一個或多個非限制性示例、實例或說明的列表。如本文所用，電路是“可操作的”以在每當電路包括執(zhí)行功能所必需的硬件和代碼(如果需要的話)時執(zhí)行該功能，不管此功能的性能是被禁用的還是未啟用的(例如，操作員可配置的設置、出廠預設等)。

應當理解，根據(jù)本發(fā)明的一方面的多輸出焊接設備可以采用單個控制器(例如，處理器)來控制多個焊接輸出。使用單個控制器得到緊密耦合的焊接系統(tǒng)和供電控制架構(gòu)以允許更好的焊接質(zhì)量、更低的電磁兼容性(EMC)放射和降低的成本。另外，單個控制器對于并聯(lián)供電實現(xiàn)成本節(jié)約以及焊接工藝控制同步以提高電弧/焊接質(zhì)量。雖然采用術語“單個控制器”，但是應當理解，單個控制器可以采用具有單個處理內(nèi)核、多個處理內(nèi)核或協(xié)處理器內(nèi)核的處理器。這種多輸出焊接設備還可以通過控制從單個控制器的切換以使并聯(lián)的供電模塊之間的供電切換同步來消除并聯(lián)的功率模塊的波紋，從而提高電弧/焊接質(zhì)量。另外，多輸出焊接設備通過從單個控制器控制多個功率模塊的切換時序而減小了EMC放射。如同具有多個并聯(lián)開關的單個功率模塊的情況，可以完成從多相交織(即，彼此不同相地切換)到同步切換(即，同相切換)地改變切換方案以滿足第三方的EMC要求。

另一方面，現(xiàn)有的多操作員機器對于每個焊接輸出采用單獨的控制器(和微處理器)。然而，采用單獨的控制器和微處理器面臨許多弊端。例如，當使用單獨控制器并聯(lián)輸出以使焊接輸出翻倍時，并聯(lián)的供電的開關設備不同步，從而導致輸出波紋和不希望的可聞拍頻。本公開通過從單個控制器(例如單個處理器)控制并同步所有的供電開關來解決這個問題，以使得可以在納秒精度下精確地同步開關。

另外，在現(xiàn)有的多操作員機器中，當使用單獨的控制器使輸出并聯(lián)以使焊接輸出翻倍時，各個控制器運行單獨的不同步的焊接工藝控制(如，電弧控制)算法，從而導致可能降低某些焊接工藝的焊接質(zhì)量，因為一個控制器在焊接工藝期間滯后于另一個控制器對改變的電弧條件作出反應。根據(jù)本發(fā)明的一方面的多輸出焊接設備通過從單個控制器運行單個焊接控制程序并且控制多個功率模塊而消除了所有焊接控制算法的同步問題。也就是說，在單個功率模塊中，存在共享電流的并聯(lián)開關。

目前，開關方案(無論單相降壓、多相交織等)是永久設置的并且針對所有焊接條件都是相同的，并且可導致現(xiàn)在或?qū)頃鲆恍┑谌綐O限的在焊接時的EMC放射。另外，在傳統(tǒng)的并聯(lián)供電中，來自并聯(lián)的功率模塊的開關頻率的微小變化所引起的輸出波紋會降低焊接質(zhì)量。對于多個焊接輸出使用單個控制器還允許完全控制單個功率模塊(或并聯(lián)的功率模塊)中每個開關的開關事件的開關方案和時序(以低至納秒的方式)，以便調(diào)節(jié)多個功率模塊中的多個開關間的切換方案和切換時序，從而減少EMC放射并且減小不同步切換引起的輸出波紋。

根據(jù)本發(fā)明的一方面的多輸出焊接設備通過減少控制多個(如，兩個或更多個)焊接電弧所需的硬件器件的數(shù)量而提高了并聯(lián)的功率模塊的電弧質(zhì)量并且節(jié)省了資金和空間。單個控制器采用微處理器，該微處理器被配置成提供足夠的計算能力以適當?shù)乜刂崎_關裝置，該開關裝置用于向兩個或更多個操作員提供焊接輸出，并且針對每個焊接輸出同步和驅(qū)動多個開關裝置，例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，并且調(diào)節(jié)多個功率模塊間的多個開關的切換特性以給予最佳電弧質(zhì)量和最低的EMC放射。

參見圖1a和圖1b，示出了示例的手動多輸出焊接設備110，其中每個操作員102a、102b戴著焊接頭戴品104a、104b，并且使用焊接工具108a、108b(例如，焊炬)來焊接工件106a、106b，多輸出焊接設備110經(jīng)由導管118a、118b將功率傳遞到焊接工具108a、108b(對于電氣焊接，接地導管120a、120b提供返回路)。多輸出焊接設備110可以包括電源(統(tǒng)稱為“供電”)，任選地，包括惰性保護氣體源，并且在焊絲/填料要被自動提供的情況下，包括送絲機。

圖1a的多輸出焊接設備110可以被配置成切割材料(例如，等離子切割機)，或者使用例如電焊接技術(例如，保護氣體金屬極電弧焊(SMAW)、更通常稱之為粘結(jié)焊)、金屬極惰性氣體保護焊(MIG)、藥芯焊絲電弧焊(FCAW)、鎢極惰性氣體保護焊(TIG)和電阻焊形成焊接接頭112a、112b。TIG焊可以不涉及外部填充金屬，或者可以涉及手動、自動或半自動的外部金屬填料。任選地，在任何實施例中，多輸出焊接設備110可以是弧焊設備，該弧焊設備提供直流電(DC)或交流電(AC)到焊接工具108a、108b的可消耗或不可消耗的電極114(例如圖1b中更好地示出)，焊接工具108a、108b可以是TIG焊炬、MIG焊炬、藥芯焊絲焊炬(通常稱為MIG“焊槍”)或電焊條焊鉗(通常稱為“導管架(stinger)”)。

在操作中，電極114輸送電流到工件106a、106b上的焊接點。在多輸出焊接設備110中，操作員102a、102b通過操縱焊炬108a、108b并且經(jīng)由例如位于焊炬108a、108b上的扳機觸發(fā)電流流動的開始和停止來控制電極114的位置和操作。當電流流動時，在電極114與工件106a、106b之間形成電弧116。導管118a、118b和電極114因此輸送足以在電極114與工件106a、106b之間形成電弧116的電流和電壓。電弧116在電極114與工件106a、106b之間的焊接點處局部地熔化工件106a、106b以及被供應到焊接接頭112a、112b的焊絲(或焊條)(在可消耗的電極的情況下是電極114，或者在不可消耗的電極的情況下是單獨的的焊絲或焊條)，從而在金屬冷卻時形成焊接接頭112a、112b。等離子切割機以類似的方式工作。具體地講，從噴嘴128導出惰性或半惰性氣體柱，同時穿過該氣體從噴嘴128到待切割的工件106a、106b形成電弧，從而使一些氣體轉(zhuǎn)變成等離子。等離子足夠熱以熔化待切割的工件106a、106b，并且足夠快速地移動以從切口吹走熔化的材料。

在某些方面，代替人類操作員102a、102b，機器人202a、202b(例如，機械臂)可以控制電極114的位置和操作。圖2中示出了這種配置的示例，圖2示出了根據(jù)本公開的一方面的示例性的多操作員機器人電弧焊接系統(tǒng)200。在多操作員焊接系統(tǒng)200中，機器人202a、202b通過操縱焊接工具108a、108b并且觸發(fā)電流流動的開始和停止來控制電極114的位置和操作。

圖3圖示了與手工焊接一起使用的便攜式發(fā)動機驅(qū)動的多輸出焊接設備110。如圖所示，根據(jù)示例性實施例，便攜式發(fā)動機驅(qū)動的多輸出焊接設備110具有發(fā)電機302，該發(fā)電機驅(qū)動地耦合至單個外殼306中的發(fā)動機304。雖然本主題的發(fā)動機驅(qū)動的多輸出焊接設備110被描述為便攜式的并且被配置在單個外殼306內(nèi)，但是這些主題教導不應當限于便攜式發(fā)動機驅(qū)動的供電，而是可以應用于固定的和/或更大型發(fā)動機驅(qū)動的供電，例如，與多操作員的機器人電弧焊接系統(tǒng)200結(jié)合使用的那些供電。

單個外殼306可以在一個便攜式系統(tǒng)中包括多個功能以提高生產(chǎn)率并且減小空間消耗。具體地講，多輸出焊接設備110被配置成輸出用于各種應用的電功率，所述各種應用包括焊接、切割、電池充電、跨接起動等。此外，多輸出焊接設備110包括智能(例如，軟件和/或硬件形式的邏輯)以基于多輸出焊接設備110以及接收來自供電模塊(例如，發(fā)動機304)的電功率的任何外部設備的各種反饋來調(diào)節(jié)輸出。也就是說，多輸出焊接設備110不隨機地提供用于焊接和/或充電的輸出功率，而是多輸出焊接設備110的控制器分析各種參數(shù)，執(zhí)行各種邏輯，并且攝取所感測的反饋以作出有關輸出的智能決策。然而在一些實施例中，多輸出焊接設備110可在不調(diào)節(jié)或分析任何參數(shù)或反饋的情況下提供輸出功率?？刂破髡{(diào)節(jié)由供電提供到第一功率模塊404a和第二功率模塊404b的電功率，但也可允許將供電用于焊接工藝和/或其他設備或工具的輔助功率?？刂破靼娐?如，微控制器和存儲器)，該電路可操作以處理來自操作界面、發(fā)電機302、一個或多個傳感器、送絲機和/或供氣裝置的數(shù)據(jù)，并且輸出數(shù)據(jù)和/或控制信號到操作界面、發(fā)電機302、送絲機和/或供氣裝置。例如，控制器可以與發(fā)動機(或電動機)速度控制電路和/或變壓器控制電路可操作地耦合。

外殼306可以包括前面板308、后面板310、右側(cè)312和左側(cè)314，它們?nèi)颗c底部316相接合以形成外殼306。外殼306保護(尤其是)供電(例如，耦合至發(fā)動機304的發(fā)電機302、或耦合至電網(wǎng)的變壓器)免受灰塵、碎屑和粗暴操縱的影響。外殼306還減小噪聲，并且通過抽取空氣通過外殼306的內(nèi)部容積而防止經(jīng)由前面板308上的冷空氣入口318的熱空氣循環(huán)而幫助冷卻發(fā)動機304。在某些實施例中，后面板310還可以包括用于空氣吸入和/或廢氣流出的空氣入口。

供電包括電路，該電路用于生成(或者以其他方式提供)要經(jīng)由導管118a、118b輸送到焊接電極的功率。多輸出焊接設備110可以包括，例如，一個或多個發(fā)電機、電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、開關模式供電和/或類似物?？梢酝ㄟ^來自控制電路的控制信號控制由供電輸出的電壓和/或電流。在示例性實施例中，供電包括發(fā)動機304和發(fā)電機302，其中發(fā)動機304提供輸出功率(例如，機械輸出)以驅(qū)動焊接發(fā)電機302。在某些實施例中，來自發(fā)動機304的功率經(jīng)由驅(qū)動軸操作發(fā)電機302。驅(qū)動軸可以直接或間接地耦合至一個或多個被驅(qū)動機構(gòu)。例如，間接耦合可以包括皮帶和皮帶輪系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)或鏈條和鏈條輪系統(tǒng)。在本實施例中，驅(qū)動軸直接耦合至發(fā)電機302。然而，任一布置均可用于發(fā)動機304與發(fā)電機302之間的連接。

實施例可包括耦合至發(fā)動機304的發(fā)電機302，由此發(fā)電機302可以將發(fā)動機304的功率輸出(例如，機械能)轉(zhuǎn)換成電能。一般來講，發(fā)電機302包括被配置成將旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)換成電流的裝置(例如，交流發(fā)電機)。發(fā)電機302包括轉(zhuǎn)子(發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)部分)和定子(發(fā)電機的靜止部分)。例如，發(fā)電機302的轉(zhuǎn)子可以包括布置在單個定子中的發(fā)動機304的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸，該定子被配置成通過磁場的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電流(例如，焊接電流)。在實施例中，發(fā)電機可以包括四極轉(zhuǎn)子以及被配置成提供有益的焊接特性的三相焊接輸出。此外，發(fā)電機302可以包括轉(zhuǎn)子和/或定子中的多個獨立的繞組部分，以使得發(fā)電機302被配置成輸出具有不同特性的多個電輸出。例如，發(fā)電機302可以包括被配置成驅(qū)動焊接電流到焊機的第一部分以及被配置成驅(qū)動用于其他交流輸出的電流的第二部分。在一些實施例中，多個發(fā)電機12可以連接至驅(qū)動軸。在示例的實施方式中，供電可以包括用于測量導管118a、118b(導管118a、118b任一端或兩端)上的電壓和/或電流的電路，以使得報告的電壓和/或電流是實際值而不僅僅是基于校準的期望值。在實施例中，發(fā)動機304可以包括由氣體或柴油、液化石油(LP)燃料、天然氣或其他燃料提供動力并且驅(qū)動一個或多個驅(qū)動軸的內(nèi)燃機。例如，發(fā)動機304可以包括被配置成在任何地點輸出約9馬力(Hp)至約65Hp或更多的工業(yè)汽/柴油發(fā)動機。一般來講，這種發(fā)動機304的重量可以隨著發(fā)動機304的大小和馬力額定值而變化。例如，65馬力的發(fā)動機可以重約1000磅，23馬力的發(fā)動機可以重約100磅，而類似的9馬力的發(fā)動機可以具有小于約50磅的重量。因此，便攜式多輸出焊接設備110可以得益于較小發(fā)動機304的使用。

在其他實施例中，變壓器式供電可以代替前述發(fā)電機式供電使用。變壓器式供電將來自市電(例如，230V或115V交流電)的中等電壓和中等電流供應轉(zhuǎn)換成高電流和低電壓供應，通常17V至45V(開路)并且55A至590A。在某些配置中，可以提供整流器以將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。變壓器式設計通常允許操作員選擇輸出電流，這是例如通過下列步驟實現(xiàn)的：選擇性地靠近或遠離次級繞組地移動初級繞組，移動磁分路到變壓器鐵心之中和之外，使用與二次電流輸出串聯(lián)的具有可變飽和技術的一系列飽和電抗器，或者僅僅通過允許操作員從變壓器的次級繞組上的一組抽頭選擇輸出電壓。純變壓器式機器通常不太貴，但是通常更大且更笨重，因為它們在50Hz或60Hz的市電頻率工作。因此，這種低頻變壓器必須具有高磁化電感以避免無用的分流。

不論供電的類型如何，供電還可以包括用于向控制器報告焊接電流輸出的當前電流和/或電壓的電路。在示例的實施方式中，供電可以包括用于測量導管118a、118b(導管118a、118b任一端或兩端)上的電壓和/或電流的電路，以使得報告的電壓和/或電流是實際值而不僅僅是基于校準的期望值。

前面板308可以提供操作界面，該操作界面可以包括機電界面部件(例如，屏幕、揚聲器、麥克風、按鈕/開關、觸摸屏、照相機、語音識別或手勢識別輸入設備、工業(yè)個人計算機(IPC)或可編程邏輯控制器(PLC)、條形碼掃描器等)和相關的驅(qū)動電路。操作界面可以響應于操作員輸入(如，屏幕觸摸、按鈕/開關按壓、聲音命令、遠程傳感器輸入等)產(chǎn)生電信號。操作界面的驅(qū)動電路可以調(diào)節(jié)(如，放大、數(shù)字化等)信號并且將其通信到控制電路。操作界面可以響應于來自控制電路的信號生成可聞的、視覺的和/或觸覺的輸出(如，通過揚聲器、顯示器和/或電動機/致動器/伺服機構(gòu)/等)。在某些方面，操作界面的一個或多個部件可以被定位在焊接工具上，和/或由此來自一個或多個部件的控制信號經(jīng)由導管218或經(jīng)由網(wǎng)絡被通信到控制電路。

供氣裝置經(jīng)由導管118a、118b提供氣體(如，保護氣體)以供焊接或切割工藝期間使用。保護氣體通常是在若干焊接工藝(最值得注意的是，氣體保護金屬極弧焊和氣體保護鎢極弧焊(例如，MIG和TIG))中使用的惰性或半惰性氣體。保護氣體的目的是保護焊接區(qū)域免受氧氣和水蒸汽的影響。根據(jù)被焊接的材料，這些大氣氣體會降低焊接質(zhì)量或者使焊接變得更困難。供氣裝置可以包括用于控制氣流速率的電控閥。電控閥可以由來自控制器的控制信號(可以路由通過送絲機，或者直接來自控制器)控制。供氣裝置還可以包括用于向控制器報告當前氣流速率的電路。就等離子切割機而言，供氣裝置可以被配置成提供用于切割目的的氣體。在示例的實施方式中，供氣裝置可以包括用于測量氣流速率的電路和/或機械部件，以使得所報告的氣流速率是實際氣流值而不僅僅是基于校準的期望氣流值，從而提供增加的可靠性和精度。雖然圖示了供氣裝置，但是某些焊接工藝可以使用保護焊接免受大氣影響的其他方法。例如，保護氣體金屬極弧焊使用包裹在焊藥中的電極，焊藥在消耗時產(chǎn)生二氧化碳，這是用于焊接鋼可接受的保護氣體的半惰性氣體。因此，該供氣裝置不需要用于所有焊接技術，并且在這種情況下，不需要存在于焊接設備110中。

送絲機可以被配置成輸送可消耗的焊絲電極到焊接接頭112a、112b。送絲機模塊可以包括，例如，用于保持焊絲的線軸，用于從線軸抽取焊絲以輸送到焊接接頭112a、112b的致動器，以及用于控制致動器輸送焊絲的速率的電路?？梢曰趤碜钥刂齐娐返目刂菩盘柨刂浦聞悠鳌Ｋ徒z機模塊還可以包括用于向控制電路報告當前的送絲速度和/或剩余的焊絲量的電路。在示例的實施方式中，送絲機模塊可以包括用于測量送絲速度的電路和/或機械部件，以使得所報告的速度是實際速度而不僅僅是基于校準的期望值，從而提供增加的可靠性。針對TIG焊或粘結(jié)焊，可以不使用送絲機模塊(或甚至可以不存在于多輸出焊接設備110中)。

在一個實施例中，前面板308可以包括各種指示器320以向用戶提供反饋。例如，指示器320可以包括LCD以顯示電壓、安培數(shù)、氣壓等。此外，在一些實施例中，操作界面322可以包括被配置成用于操作模式、輸出水平或類型等的觸摸屏、旋鈕和/或按鈕。例如，操作界面322可以包括可旋轉(zhuǎn)以選擇操作模式的撥盤，所述操作模式例如為，直流焊接、交流焊接、電池充電或工具操作。前面板308的實施例包括任意數(shù)量的輸入和輸出，例如，焊接方法、油壓、油溫和系統(tǒng)功率。

如圖3所示，外殼306可以包括各種通達面板以允許維護、維修等。例如，側(cè)面通達面板324可以被配置成附連在外殼306的相反側(cè)上。外殼306的頂部可以包括通達面板或艙口326，其可以在供電模塊304的部件上方的打開位置和關閉位置之間旋轉(zhuǎn)。頂部艙口326可以旋轉(zhuǎn)打開以允許對發(fā)動機304的通達。類似地，側(cè)面通達面板324可以旋轉(zhuǎn)打開以允許在使用發(fā)電機式供電時通達到發(fā)動機304、油過濾器、火花塞等。

圖示的多輸出焊接設備110還包括多個外部連接328。因此，多輸出焊接設備110可以包括耦合至發(fā)電機的輔助功率電路。輔助功率電路可以提供輔助功率輸出以便向(特別是)一個或多個附件供電，例如，固定焊機、送絲機(例如，傻瓜送絲機和智能送絲機)以及其他設備和工具。外部連接328可以包括各種出口和耦合器，其被配置成提供對供電模塊304產(chǎn)生的電功率的接入。例如，外部連接328可以包括可以耦合至各種附件的交流功率輸出和直流功率輸出。例如，交流功率輸出可以提供輔助功率到各種設備或工具，它們被集成在供電模塊304內(nèi)或與供電模塊304耦合。直流功率輸出可以耦合至多個焊接及切割工具，例如，兩個或更多個焊炬。焊接設備可以經(jīng)由外部連接328接收來自發(fā)電機302的電流。對于與用于轉(zhuǎn)換焊接設備中的電流以便給附件供電的技術的相關的額外信息，參見例如于2011年5月26日提交的共同享有的題為“模塊化直流電源(Modular Direct Current Power Source)”的美國專利公開No.20110309054。

將理解，焊炬可以包括各種焊接設備，例如，TIG(鎢極惰性氣體)焊炬、MIG(金屬極惰性氣體)焊槍、等離子切割炬等。多輸出焊接設備110還可以包括使焊炬連接到外部連接328的焊接電纜。另外，多輸出焊接設備110可以包括焊接設備操作所需的其他部件，例如，送絲機、保護氣體供氣裝置和/或任何其他部件或它們的組合。多輸出焊接設備110還包括燃料槽，該燃料槽容納將被提供給發(fā)動機304的燃料。燃料槽包括用于向燃料槽添加燃料的開口。燃料蓋330用于覆蓋燃料槽的開口并且可以用于排出燃料蒸氣。例如，燃料蓋330可以包括泄壓閥，該泄壓閥用于當燃料槽內(nèi)的壓力超過閾值壓力時釋放燃料蒸氣。燃料蓋可以進一步包括止回閥以當燃料槽內(nèi)的壓力為負時允許空氣進入燃料槽。

圖4示出了具有單個控制器402的示例性控制器系統(tǒng)的方框圖400，該單個控制器控制多個功率模塊404a、404b。盡管僅圖示了兩個功率模塊404a、404b，但是本領域技術人員將認識到可以增加額外的功率模塊。如圖所示，通過多個開關器件406可以控制功率模塊404a、404b中的每一個。合適的開關器件406包括，例如，IGBT和MOSFET。例如，控制器402可以被配置成針對每個焊接輸出同步并驅(qū)動開關器件406，并且調(diào)節(jié)跨功率模塊404a、404b的多個開關的切換特性以得到最佳的電弧質(zhì)量和最低的EMC放射。在一個方面，單個控制器402可以包括同步的多個分立的多處理器并且控制多個功率模塊404a、404b。在另一方面，單個控制器402可以完全由同步的模擬電路組成，以使得針對并聯(lián)的功率模塊404a、404b并且在每個功率模塊404a、404b的開關之間緊密地控制功率模塊切換的時序和/或電弧控制狀態(tài)。在再一個方面，單個處理器可以在單個控制器中采用多內(nèi)核，該控制器控制多個功率模塊404a、404b和多個電弧。最后，單個處理器可以在單個控制器中采用內(nèi)部或外部協(xié)處理器以控制多個功率模塊404a、404b和多個電弧。示例的外部協(xié)處理器包括微控制器、數(shù)字信號處理(DSP)裝置、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或復雜可編程邏輯器件(CPLD)。

在操作中，第一功率模塊404a可以處理來自供電的電輸出的第一部分以向多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的第一組端子(其繼而可以耦合至導管118a)提供第一焊接輸出。類似地，第二功率模塊404b可以處理來自供電的電輸出的第二部分以提供多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的第二組端子(其繼而可以耦合至導管118b)。第一功率模塊404a和第二功率模塊404b允許操作員執(zhí)行來自同一組端子(如，第一組端子、第二組端子)的多種類型的焊接應用。在一些實施例中，第一功率模塊404a和/或第二功率模塊404b可以將直流電輸入轉(zhuǎn)換成具有受控波形的焊接輸出，例如，脈沖焊接工藝或短路焊接工藝(例如，受調(diào)節(jié)的金屬沉積(RMD_TM))。在一些實施例中，第一焊接輸出和第二焊接輸出可以是恒電流(CC)或恒電壓(CV)焊接輸出。在一些實施例中，第一焊接輸出或第二焊接輸出可以是交流焊接輸出。

通過使多個焊炬經(jīng)由導管118a、118b耦合至多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110可以利于多個焊接系統(tǒng)，例如圖1a和圖2中圖示的那些焊接系統(tǒng)。第一功率模塊404a和第二功率模塊404b可以單獨連接至供電，從而允許多個操作員執(zhí)行來自同一個多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的焊接應用。因此，第一功率模塊404a和第二功率模塊404b可以彼此電絕緣以成為獨立的。在一些實施例中，第一功率模塊404a可以獨立于從第二功率模塊404b供應第二焊接輸出到第二組端子地供應第一焊接輸出到第一組端子。因此，第一操作員可以使用與第一組端子連接的第一焊炬執(zhí)行第一焊接(例如，TIG焊接)應用，而第二操作員使用與第二組端子連接的第二焊炬執(zhí)行第二焊接(例如，脈沖MIG)應用。換句話講，第一功率模塊404a和第二功率模塊404b可以同時提供獨立的焊接輸出，從而允許多個操作員同時執(zhí)行焊接應用。第一功率模塊404a和第二功率模塊404b還可以在互不相同的時間提供焊接輸出。

多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的第一功率模塊404a和第二功率模塊404b可配置成獨立模式或結(jié)合(例如，并聯(lián))模式。模式輸入裝置(如，控制桿、撥盤、按鈕等)可以被定位在操作界面上以控制多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的模式。在獨立模式中，第一焊接輸出受到控制并且獨立于供應到第二組端子的第二焊接輸出被供應到第一組端子。也就是說，利用第一功率模塊404a的第一操作員可以使用具有與利用第二功率模塊404b的第二操作員不同的電氣輸出參數(shù)(如，電壓、安培數(shù)、CC、CV、受控波形)的不同工藝(如，粘結(jié)焊、TIG、MIG、電弧拋削)。在結(jié)合模式中，來自第二功率模塊404b的第二焊接輸出與來自第一功率模塊404a的第一焊接輸出結(jié)合(例如，匯總)成結(jié)合的焊接輸出。可以基于開關的位置將結(jié)合輸出提供給第一組端子或第二組端子。結(jié)合輸出可以針對相同的工藝(例如，粘結(jié)焊、TIG、MIG、電弧拋削)使用以及被用作具有更大功率的第一或第二焊接輸出?？晒┙Y(jié)合模式下的焊接應用使用的功率可以大約是單獨的焊接系統(tǒng)可用的功率的總和。

第一功率模塊404a通常包括控制第一焊接輸出的第一控制板408a，而第二功率模塊404b包括控制第二焊接輸出的第二控制板408b。第一控制板408a控制第一轉(zhuǎn)換電路以將電氣輸出的第一部分轉(zhuǎn)換成第一焊接輸出。相應地，第二控制板408b控制第二轉(zhuǎn)換電路以將電氣輸出的第二部分轉(zhuǎn)換成第二焊接輸出。第一和第二轉(zhuǎn)換電路可以通過一個或多個開關器件406、供電、開關、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、整流器或它們的任意組合轉(zhuǎn)換來自電氣輸出的各個焊接輸出。在一些實施例中，第一轉(zhuǎn)換電路利用一個或多個開關器件406，并且第二轉(zhuǎn)換電路利用一個或多個開關器件406。在一些實施例中，第一和第二焊接電路可以具有散熱器以耗散來自各個轉(zhuǎn)換電路的熱量。

控制器402至少部分地基于一個或多個所需焊接輸出(例如，第一焊接輸出、第二焊接輸出、結(jié)合的焊接輸出)的工藝類型和電氣輸出參數(shù)向第一控制板408a和第二控制板408b提供指令。在獨立模式中，控制器402指示第一控制板408a以獨立于第二控制板408b來控制第一轉(zhuǎn)換電路從而產(chǎn)生第一焊接輸出，所述第二控制板408b控制第二轉(zhuǎn)換電路以產(chǎn)生第二焊接輸出。在具有或沒有控制器402的一些實施例中，第一控制板408a被配置成主控制板以便向被配置為從屬控制板的第二控制板408b提供指令。因此，第一控制板408a(例如，主控制板)可以直接控制第一轉(zhuǎn)換電路，并且通過第二控制板408b(例如，從屬控制板)間接地控制第二轉(zhuǎn)換電路。在控制板之間沒有主從關系的一些實施例中，結(jié)合模式中的控制器402可以指示第一控制板408a以控制第一轉(zhuǎn)換電路，并且控制器402指示第二控制板408b以控制第二轉(zhuǎn)換電路。在一些實施例中，第一控制板和第二控制板408b可以直接地接收來自操作界面322的焊接輸出和工藝設置，并且在沒有來自控制器402的指令的情況下控制第一和第二轉(zhuǎn)換電路。

控制器402可以監(jiān)測供電的負載。在一些實施例中，例如，當使用發(fā)動機驅(qū)動的供電時，可以基于負載調(diào)節(jié)發(fā)動機的發(fā)動機速度。例如，控制器402可以指示發(fā)動機在高負載期間增大發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，并且在空載期間減小發(fā)動機轉(zhuǎn)速?？刂破?02可以通過減小被提供給第一和第二焊接系統(tǒng)的電氣輸出和/或使壓縮機或輔助系統(tǒng)與傳動軸脫離來指示發(fā)動機減小發(fā)動機上的負載。在一些實施例中，壓縮機或輔助系統(tǒng)可以通過離合器從傳動軸脫離。

控制器402至少部分地基于通過操作界面322的操作員輸入提供的設置而向第一控制板408a和第二控制板408b提供指令。通過操作員輸入，操作員可以調(diào)節(jié)焊接工藝類型(例如，粘結(jié)焊、MIG、TIG)、電氣輸出參數(shù)(例如，安培數(shù)、電壓)以及氣動輸出和輔助輸出的參數(shù)。操作員可以在獨立模式與結(jié)合模式之間調(diào)節(jié)模式輸入以控制供電端子(例如，第一組端子和/或第二組端子)的數(shù)量。調(diào)節(jié)模式輸入切換多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的開關的接觸。模式輸入可以是操作桿，該操作桿旋轉(zhuǎn)以在獨立模式與結(jié)合模式之間改變模式。在獨立模式中，接觸引導將第二焊接輸出從第二轉(zhuǎn)換電路引導到第二組端子以及與第二組端子連接的第二焊炬。在結(jié)合模式中，接觸使第二轉(zhuǎn)換電路連接至第一組端子以將第二焊接輸出和第一焊接輸出引導到與第一組端子連接的第一焊炬。

在一些實施例中，第一功率模塊404a和第二功率模塊404b具有相同的獨立模式輸出范圍(例如，最大電壓、最大安培數(shù))。例如，第一功率模塊404a和第二功率模塊404b可以提供高達大約400A的焊接輸出；由第一焊接輸出和第二焊接輸出形成的結(jié)合焊接輸出可以具有高達大約800A的結(jié)合焊接輸出范圍。在一些實施例中，第一功率模塊404a和第二功率模塊404b具有不同的獨立模式輸出范圍，這些輸出范圍可以被結(jié)合以提供結(jié)合的模式輸出范圍。結(jié)合的模式輸出范圍由此可以大于多操作員發(fā)動機驅(qū)動的焊機110的第一功率模塊404a和第二功率模塊404b的單獨的獨立模式輸出范圍。

圖4的系統(tǒng)提供許多優(yōu)點。第一，當通過使用單工藝控制算法或?qū)⒂懻摰挠餐娇刂扑惴ㄊ姑總€功率模塊對變化的電弧條件的響應同步來并聯(lián)功率模塊時，電弧質(zhì)量得到提高。第二，并聯(lián)模式中供電的同步切換能夠：消除由于開關頻率的非共同時鐘引起的令人不愉快的可聞拍頻；通過將單獨的供電視為單個供電(現(xiàn)在通過雙倍的柵極晶體管)允許多相開關以減小輸出波紋——導致更高的焊接質(zhì)量；通過調(diào)節(jié)每個功率模塊內(nèi)的切換方案并且使多個功率模塊之間的時序同步來減小EMC放射；更低成本的控制器，因為硬件會更少，即，一個外殼(如，庫室)、更少的連接器、鎧裝線、PC板等；還實現(xiàn)了空間節(jié)省，因為不需要封裝多個控制器；減小了重量，因為更少的零件的緣故；以及簡化的系統(tǒng)架構(gòu)，因為避免了兩個控制器之間的協(xié)調(diào)設置和同步操作的需要。因此，多輸出系統(tǒng)通過減少控制多個焊接電弧所需的硬件部件的數(shù)量而改善了并聯(lián)功率模塊的電弧質(zhì)量并且節(jié)省了資金和空間。

圖5圖示了具有兩個控制器502a、502b的第一示例性控制器系統(tǒng)的方框圖500。在某些情形中，維修單獨的控制器可以是優(yōu)選的。例如，當只有低性能控制器可用時。如上所述，這種布置會面臨許多缺點。然而，為了減少這些缺點，各個控制器可以共享共同時鐘信號。也就是說，可通過外部設備或從多個控制器的系統(tǒng)中的主控制器產(chǎn)生單個時鐘同步信號，并且在多個控制器502a、502b之間共享以同步功率模塊切換并且消除波紋、可聞的拍頻，改善EMC覆蓋面積。

圖6圖示了具有兩個控制器602a、602b的第二示例性控制器系統(tǒng)的方框圖600。不是共享共同的時鐘信號，高速總線或并聯(lián)晶體管-晶體管邏輯(TTL)信號可以利于多個控制器602a、602b之間的通信以使電弧控制狀態(tài)同步。

最后，圖7圖示了具有兩個控制器702a、702b的第三示例性控制器系統(tǒng)的方框圖700。第三示例性控制器系統(tǒng)共享用于功率模塊同步切換的共同時鐘信號，并且在多個控制器702a、702b之間采用高速總線或并聯(lián)TTL信號通信以使電弧控制狀態(tài)同步。

前述描述和附圖圖示了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實施例和操作模式。然而，本發(fā)明不應當被理解成限于以上討論的特定實施例。本領域的技術人員將認識到以上討論的實施例的額外變型。因此，以上描述的實施例應當被視為說明性的而不是限制性的。因此，應當理解，本領域的技術人員在不脫離以下權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以對這些實施例作出變化。

本文中引用的所有文獻，包括期刊文章或摘要，公布或?qū)拿绹蛲鈬鴮＠暾?，公告的或外國專利，或任何其他文獻，均通過引用的方式全部并入本文中，包括引用的文獻中出現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)、表格、附圖和文字。