用于焊接控制中的電感現(xiàn)象補償?shù)牟ㄐ窝a償系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于焊接控制中的電感現(xiàn)象補償?shù)牟ㄐ窝a償系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及焊接系統(tǒng)，更具體地講，涉及用于補償焊接系統(tǒng)的輔助元件中 的誤差的系統(tǒng)和方法。
[0002] 焊接是在例如建筑、造船等各個行業(yè)和應(yīng)用中已普遍存在的一種工藝。焊接系統(tǒng) 通常包括各種輔助元件，這些輔助元件可以包括輔助布線以及輔助設(shè)備。這些輔助元件可 以包括焊炬、焊接夾具、焊接電纜等，并且這些輔助元件的某些參數(shù)可以影響焊接操作中獲 得的焊接的質(zhì)量。例如，焊接電纜一般具有相關(guān)的電阻值和電感值。由于與典型的焊接工 藝相關(guān)的高電流電平，這些電感和電阻值常常導(dǎo)致電壓誤差。在許多情況下，這些電壓誤差 會導(dǎo)致焊接質(zhì)量降低，因為電壓用于控制焊弧的參數(shù)。
[0003] -些此前的系統(tǒng)已經(jīng)嘗試解決上述問題，以減少或消除由于輔助布線的特征造成 的經(jīng)歷前述焊接質(zhì)量下降的可能性。例如，一些系統(tǒng)可以采用從焊接電源延伸到焊接電纜 的端部的非載流電壓感測引線。這些電壓感測引線可以用于在不受焊接電纜產(chǎn)生的電壓誤 差的影響的情況下在焊接處感測電壓。然而，許多焊接環(huán)境已經(jīng)充斥著各種電纜和其他結(jié) 構(gòu)，增加額外的電纜可能不可取。因此，需要用于補償由例如焊接布線的輔助元件引入到焊 接操作中的誤差的改進的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一個實施例中，一種方法包括接收與焊接操作期間產(chǎn)生的第一焊接波形對應(yīng)的 第一數(shù)據(jù)，其中所述第一焊接波形與螺柱電壓電平隨時間的變化對應(yīng)。所述方法還包括接 收與所述焊接操作期間產(chǎn)生的第二焊接波形對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)，其中所述第二焊接波形與電 流電平隨時間的變化對應(yīng)。所述方法進一步包括：基于所述第一數(shù)據(jù)確定與相對于所述第 一焊接波形中的峰值的螺柱電壓斜升百分比或螺柱電壓下降沿百分比對應(yīng)的第一百分比； 基于所述第二數(shù)據(jù)確定與相對于所述第二焊接波形中的峰值的電流斜升百分比或電流下 降沿百分比對應(yīng)的第二百分比。所述方法還包括基于所述第一百分比與所述第二百分比之 間的比較結(jié)果確定用于所述焊接操作的螺柱電壓，所述螺柱電壓補償與所述焊接操作有關(guān) 的一個或多個輔助元件中存在的電感電平。
[0005] 在另一實施例中，一種方法包括：接收與焊接操作期間產(chǎn)生的第一焊接波形對應(yīng) 的第一數(shù)據(jù)，其中所述第一焊接波形與螺柱電壓電平隨時間的變化對應(yīng)；接收與所述焊接 操作期間產(chǎn)生的第二焊接波形對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)，其中所述第二焊接波形與電流電平隨時間 的變化對應(yīng)。所述方法還包括：基于所述第一數(shù)據(jù)確定與相對于所述第一焊接波形中的峰 值的螺柱電壓斜升百分比或螺柱電壓下降沿百分比對應(yīng)的第一百分比；基于所述第二數(shù)據(jù) 確定與相對于所述第二焊接波形中的峰值的電流斜升百分比或電流下降沿百分比對應(yīng)的 第二百分比。所述方法進一步包括基于所述第一百分比與所述第二百分比之間的比較結(jié)果 確定是否增大、減小或維持與所述焊接操作相關(guān)的一個或多個輔助元件中存在的估計的電 感對應(yīng)的電感補償估計值。
[0006] 在另一實施例中，一種焊接系統(tǒng)包括：焊接電源，其為焊接操作供應(yīng)電力；焊炬， 其通過焊炬電纜與所述焊接電源連接；夾具，其使工件固定在焊接位置；接地電纜，其與所 述夾具和所述工件的至少一個及所述焊接電源連接。所述焊接系統(tǒng)還包括控制電路，所述 控制電路在工作時監(jiān)測測量的螺柱電壓，在整個焊接操作中周期性地確定是否增大、減小 或維持與所述焊接操作相關(guān)的一個或多個輔助元件中存在的估計的電感對應(yīng)的電感補償 估計值，并且利用所述電感補償估計值在整個所述焊接操作期間周期性地確定補償?shù)穆葜?電壓。
【附圖說明】
[0007] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下詳細說明時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得 更好理解，在整個附圖中相同的標(biāo)記代表相同的部件，其中：
[0008] 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的焊接系統(tǒng)的示意圖；
[0009] 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的焊接電源的示例性元件的框圖；
[0010] 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的理想電流波形和理想螺柱電壓波形的示意 圖；
[0011] 圖4是示出了根據(jù)實施例的疊加在歸一化螺柱電流波形上的歸一化螺柱電壓波 形的示意圖；
[0012] 圖5是示出了根據(jù)實施例的受焊接電纜電感影響的螺柱電流波形和螺柱電壓波 形的示意圖；以及
[0013] 圖6A和圖6B是示出了一種方法的實施例的流程圖，該方法通過考慮焊接波形的 斜坡部分可以由焊接控制器用于補償由輔助焊接元件引入的輔助元件誤差。
【具體實施方式】
[0014] 如以下所詳細描述的，提供了系統(tǒng)和方法的實施例，這些系統(tǒng)和方法可以用于補 償與例如焊接布線的輔助焊接元件有關(guān)的用于控制焊接操作的焊接電壓的誤差。例如，這 些系統(tǒng)和方法可以能夠識別以由焊接布線引起的電感或電阻誤差形式的輔助焊接誤差。也 就是說，在某些情況下，盡管焊接布線可以表現(xiàn)出相對小的電感和電阻，但是由于焊接操作 中通常使用的電流大小，引入到焊接系統(tǒng)中的電壓誤差會很大。在一些情況下，電壓誤差會 隨著焊接布線的長度（例如，大約1〇〇英尺或更長）增加而進一步增加。
[0015] 因此，在本文公開的一些實施例中，焊接控制電路可以設(shè)置成使得獲得的有關(guān)焊 接操作的信息可以用于補償由一個或多個輔助元件引入到系統(tǒng)中的電壓誤差。例如，在一 些實施例中，控制器可以利用有關(guān)焊接布線的信息來確定用于給定焊接設(shè)置的合適的電壓 誤差補償程序。作為進一步的實例，在某些實施例中，控制回路可以用于基于電壓誤差的最 小化來周期性地調(diào)節(jié)用于控制焊接操作的焊接電壓。以下更加詳細地描述了提供的焊接控 制器和方法的這些和附加特征。
[0016] 在與傳統(tǒng)技術(shù)相比時，本文公開的補償系統(tǒng)和方法可以提供各種明顯的優(yōu)點。例 如，提供的實施例能夠在不需要電壓感測引線的情況下補償焊接電弧用于輔助響應(yīng)，例如 焊接電纜的電感和電阻。也就是說，鑒于一些現(xiàn)有的系統(tǒng)利用非載流引線以繞過焊接電纜 中產(chǎn)生的電壓誤差的方式來感測焊接位置處的電壓，目前公開的實施例可以能夠減少或消 除這種額外的布線。再者，通過將一個或多個焊接波形與一個或多個所需的焊接波形進行 比較，本文公開的控制器的某些實施例可以能夠以自適應(yīng)方式控制電焊機，使得產(chǎn)生的焊 接命令考慮給定的電焊機的性能以及例如與焊接電纜有關(guān)的輔助響應(yīng)。
[0017] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1示出了焊接系統(tǒng)10,該焊接系統(tǒng)10包括焊接電源12、送絲機 14、焊炬16和工件18,該工件18位于具有旋轉(zhuǎn)底座22的夾具20上。在圖示的實施例中， 正極焊接引線24將焊接電源12的正極端子26連接到送絲機14。另外，電纜30將送絲機 連接到焊炬16。另外，負極焊接引線32將焊接電源12的負極端子34連接到旋轉(zhuǎn)底座22。
[0018] 在操作期間，焊接電源12通過送絲機14提供電力給焊炬16,該送絲機14提供用 于焊接操作的焊絲。另外，在使用期間，焊接操作員利用焊炬16來焊接工件18。在焊接時， 與焊接過程有關(guān)的高電流電平會使輔助布線和/或設(shè)備降級，并且在多個焊接循環(huán)之后， 輔助布線和/或設(shè)備的降級會影響焊接的質(zhì)量。照此，本發(fā)明的某些實施例提供可能由例 如焊接布線的焊接輔助元件引入的電感和/或電阻誤差引起的電壓誤差的補償。這種電壓 誤差可以由焊接控制器用于產(chǎn)生焊接命令，該焊接命令補償給定焊接系統(tǒng)中的輔助響應(yīng)。
[0019] 圖2示出了圖1的焊接電源12的示例性元件。在圖示的實施例中，焊接電源12 包括用戶界面46、控制器48、處理器50、存儲器52、接口電路54和電力轉(zhuǎn)換電路56。在使 用期間，電力轉(zhuǎn)換電路56接收來自例如壁式插座、電力網(wǎng)等的主電源的主電力，并將這種 電力轉(zhuǎn)換成合適的焊接輸出，用于傳輸?shù)胶妇?6。處理器50被配置成接收有關(guān)送絲機操 作、用戶選擇、電壓反饋、電流反饋、電力反饋、電阻反饋、電感反饋等的各種輸入，以處理這 些輸入，并且產(chǎn)生引導(dǎo)焊接電源12的操作的各種合適的輸出。例如，接口電路54可以接收 來自一個或多個外部設(shè)備（例如，送絲機14、輔助設(shè)備等）的反饋，將這些反饋通信到處理 器50,接收來自處理器50的輸出信號，并且將這種信號通信到一個或多個外部設(shè)備。
[0020] 再者，處理器50可以接收來自用戶界面46的有關(guān)焊接操作的用戶輸入。例如，處 理器50可以接收有關(guān)選定的焊接工藝、焊接工藝的參數(shù)（例如，電流電平、電壓電平等）等 的命令，并且處理這些輸入。處理器50也可以接收來自控制器48的一個或多個輸入，該控 制器48可以被配置成執(zhí)行用于引導(dǎo)焊接過程和/或焊接電源12的任何其他功能的一個或 多個算法。例如，在一個實施例中，控制器48可以執(zhí)行一系列命令以確定由輔助焊接布線 和/或設(shè)備引入的電壓誤差的幅值。然后獲得的測量數(shù)據(jù)可以通過接口電路54通信到處 理器，該處理器可以處理接收的信息以確定例如合適的焊接命令，該焊接