用于高帶寬數(shù)據(jù)通信的焊接組件的制作方法
【專利說明】用于高帶寬數(shù)據(jù)通信的焊接組件發(fā)明領(lǐng)域
[0001]與本發(fā)明一致的裝置、系統(tǒng)和方法涉及焊接系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信，并且更具體地，涉及通過焊接線纜的高帶寬數(shù)據(jù)通信。
[0002]發(fā)明背景
[0003]由于焊接技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)取得進(jìn)展，對(duì)于電源供應(yīng)器的需求也在增長。這些增長的需求可以要求電源供應(yīng)器幾乎要立刻響應(yīng)于焊接操作狀況下的快速改變。這些改變例如可以包括調(diào)整供應(yīng)給焊絲送進(jìn)器的焊接電流。因此，對(duì)于焊接電源供應(yīng)器和焊絲送進(jìn)器之間的高速通信鏈路存在增長的需要。這樣的高速通信鏈路可以以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸大量的數(shù)據(jù)。為了尺寸上的緊湊，具有直接在連接電源供應(yīng)器和焊絲送進(jìn)器的焊接線纜上建立的高速通信鏈路而不是增加單獨(dú)的線纜將會(huì)是合乎期望的。本公開討論這樣的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施方案包括采用便利焊絲送進(jìn)器和電源供應(yīng)器之間的高速雙向數(shù)據(jù)通信的焊接線纜。包括在焊絲送進(jìn)器和電源供應(yīng)器里面的電路允許這樣的通信隨著焊接功率信號(hào)的傳輸而并發(fā)地發(fā)生。包括在焊絲送進(jìn)器和電源供應(yīng)器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)合高速、高帶寬通信能力允許使用者使用焊絲送進(jìn)器或者電源供應(yīng)器中的任一個(gè)(或二者)作為連接至網(wǎng)絡(luò)(例如，萬維網(wǎng))的單元。進(jìn)一步地，被設(shè)計(jì)為本文所討論的系統(tǒng)排除對(duì)于這樣的電壓和/或電流感測引線的需要，所述電壓和/或電流感測引線用于在焊接操作檢測到的電弧電壓/電流的通信。
_5] 附圖簡要說明
[0006]通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會(huì)更加明顯，在所述附圖中:
[0007]圖1圖示說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的整體焊接系統(tǒng)的圖示表征；
[0008]圖2圖示說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的示例性焊接系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖示表征;
[0009]圖3圖示說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的示例性焊接系統(tǒng)的示例性功率分布的圖不表征；
[0010]圖4圖示說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示出單一載波頻率的對(duì)應(yīng)于OFDM信號(hào)的示例性頻譜的圖示表征；
[0011]圖5圖示說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示出多個(gè)載波頻率的對(duì)應(yīng)于OFDM信號(hào)的示例性頻譜的圖示表征；
[0012]圖6圖示說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的作為焊接操作的一部分、由焊絲送進(jìn)器執(zhí)行的示例性方法步驟的邏輯流程圖；以及
[0013]圖7圖示說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的作為焊接操作的一部分、由焊接邏輯控制器執(zhí)行的示例性方法步驟的邏輯流程圖。
[0014]詳細(xì)描沐
[0015]現(xiàn)在將在下面通過參照所附的附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。所描述的示例性實(shí)施方案意圖幫助理解本發(fā)明，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相似的參考編號(hào)在通篇中涉及相似的要素。
[0016]現(xiàn)轉(zhuǎn)到本申請(qǐng)的附圖，圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示例性MIG焊接系統(tǒng)100。如典型的，系統(tǒng)100包含經(jīng)由焊接線纜130耦合到焊絲送進(jìn)器120的電源供應(yīng)器110。電源供應(yīng)器110輸出焊接電流，所述焊接電流被引導(dǎo)到焊絲送進(jìn)器120，以使焊絲送進(jìn)器可以將電流傳送到電極E用于焊接工件W。焊絲送進(jìn)線纜140將電極E遞送到導(dǎo)電嘴150，所述導(dǎo)電嘴150經(jīng)由焊接線纜170將焊接電流傳到電極E中。盡管線纜170被示出為與線纜140分開，已知的是，線纜170可以在線纜140的殼體的內(nèi)部。接地線纜160也被耦合到工件W。電力線纜170和160中的每個(gè)經(jīng)由電力接線柱180被連接到焊絲送進(jìn)器120。從電源供應(yīng)器110接收到的焊接信號(hào)經(jīng)由輸出接線柱180被提供給線纜160/170。就是說，在接線柱180檢測到的焊接電流和電壓表征存在于電極E和工件W之間的實(shí)際焊接電弧的電壓和電流。這是因?yàn)楹附z送進(jìn)器120被典型地設(shè)置為靠近焊接操作，并且如此一來，在接線柱180檢測到的電流和電壓表征電弧的電壓和電流。因此，在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，系統(tǒng)100的示例性實(shí)施方案沒有使用任何耦合到工件W以及焊絲送進(jìn)器120或電源供應(yīng)器110的單獨(dú)的電弧功率感測引線，這將在下面被更詳細(xì)地討論。進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施方案在焊絲送進(jìn)器120和電源供應(yīng)器110之間沒有使用任何單獨(dú)的通信線或?qū)Ч堋?br>[0017]如稍后所描述的，焊接線纜130被設(shè)計(jì)來在電源供應(yīng)器110和焊絲送進(jìn)器120之間承載除了焊接功率信號(hào)之外的高速數(shù)據(jù)通信(例如，控制命令)。本發(fā)明的實(shí)施方案在焊絲送進(jìn)器120和電源供應(yīng)器110之間支持單向以及雙向高速通信。從而，電源供應(yīng)器和焊絲送進(jìn)器均通過線纜130相對(duì)于彼此傳輸/接收信號(hào)和/或數(shù)據(jù)。
[0018]如一般所理解的，電源供應(yīng)器110接收AC信號(hào)作為它的輸入(在圖1中未示出)。AC信號(hào)可以以3相輸入或單相AC輸入信號(hào)被接收。AC信號(hào)可以在電壓和頻率方面變化，取決于電源和/或操作的國家。例如，AC輸入可以來自公共電網(wǎng)(其可以在50Hz或60Hz具有從100伏特至660伏特的范圍)，或者可以來自便攜式發(fā)電機(jī)，所述便攜式發(fā)電機(jī)可以同樣具有變化的電壓和頻率。因此，系統(tǒng)100能夠適當(dāng)?shù)夭僮鞑⑶姨峁┖附踊蚯懈钚盘?hào)，不管輸入AC電壓量值、相型和頻率。電源供應(yīng)器110被設(shè)計(jì)來以各種模式運(yùn)行，所述模式包括如適合于各種應(yīng)用的恒壓(CV)和恒流(CC)模式。因此，電源供應(yīng)器110可以包括附加的電氣部件以調(diào)適接收到的原始AC信號(hào)并且輸出期望的焊接信號(hào)。
[0019]在大多數(shù)示例性實(shí)施方案中，來自電源供應(yīng)器110的功率適合于焊接并且經(jīng)由焊接線纜130(其為大口徑電導(dǎo)管)被傳輸?shù)胶附z送進(jìn)器120。因此，在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，焊接信號(hào)(即，被發(fā)送到導(dǎo)電嘴150的電流信號(hào)，其實(shí)際上被用于焊接)最初在電源供應(yīng)器110內(nèi)被生成、控制和更改，并且隨后經(jīng)由焊接線纜130被傳遞到焊絲送進(jìn)器120。除了送進(jìn)電極E之外，焊絲送進(jìn)器120使用線纜160和170將接收到的焊接信號(hào)傳送給電弧。
[0020]在傳統(tǒng)的焊接系統(tǒng)中，感測引線被通常用來感測焊接電弧的電壓和/或電流，以允許焊接操作的適當(dāng)控制。感測引線被電性耦合到工件和導(dǎo)電嘴，以提供關(guān)于電弧的電壓和電流的反饋。該反饋被電源供應(yīng)器100用來控制焊接信號(hào)的創(chuàng)建和輸出。例如，感測引線將會(huì)被用來檢測短路事件，并且電源供應(yīng)器110將會(huì)輸出允許清除短路的信號(hào)。然而，因?yàn)楦袦y引線是小于主焊接電力線纜130的線纜，感測線纜沒有焊接線纜耐用，并且如此一來，易于形成典型地與工業(yè)場所相關(guān)聯(lián)的裂痕和障礙。
[0021]例如，注意到的是，在一些應(yīng)用中，焊絲送進(jìn)器120被安置為離開電源供應(yīng)器110顯著的距離，因此要求線纜130以及任何其他數(shù)據(jù)承載或者感測引線線纜要相當(dāng)長。這通常出現(xiàn)在這樣的時(shí)候:焊接操作不利于讓電源供應(yīng)器110靠近焊接操作，但焊絲送進(jìn)器120被安置于附近以確保適當(dāng)?shù)暮附z送進(jìn)。在這樣的應(yīng)用中，用于感測焊接操作的電壓和/或電流的感測引線也可以非常長。正是在這些應(yīng)用中，挑戰(zhàn)隨著焊接系統(tǒng)100的發(fā)展而顯現(xiàn)。具體地，長的線纜和感測引線是昂貴的并且可能時(shí)常折斷。進(jìn)一步地，這些長的線纜可以在焊接操作期間在很大程度上增加整體系統(tǒng)電感。在電感方面的這種增加可以損害焊接操作，因?yàn)樗焕赜绊懞附与娫垂?yīng)器110的整體響應(yīng)。這在脈沖焊接操作中尤其是有問題的。因此，盡可能多的降低整體系統(tǒng)電感是合乎期望的。因此，對(duì)比于這樣的焊接系統(tǒng)，本公開的實(shí)施方案，如下面所說明的，沒有采用感測引線來感測焊接操作的電壓和/或電流。進(jìn)一步地，單獨(dú)的控制線纜被典型地用來連接電源供應(yīng)器和焊絲送進(jìn)器。這些線纜由于它們的長度也易于導(dǎo)致?lián)p壞和其他限制。
[0022]利用本發(fā)明的實(shí)施方案，電源供應(yīng)器110和焊絲送進(jìn)器120可以被放置為彼此間隔非常長的距離，而利用傳統(tǒng)的焊接系統(tǒng)，在焊接電源供應(yīng)器和焊絲送進(jìn)器之間存在最大有效距離。例如，傳統(tǒng)的系統(tǒng)在電源供應(yīng)器和焊絲送進(jìn)器之間不應(yīng)多于100英尺。然而，利用本發(fā)明的實(shí)施方案，該距離可以在很大程度上被超出而以任何方式都不影響焊接操作的執(zhí)行。事實(shí)上，部件110和120可以彼此分開100英尺至500英尺范圍內(nèi)的距離。在其他示例性實(shí)施方案中，距離是在250英尺至500英尺的范圍內(nèi)。
[0023]圖2示出圖1所示的焊接系統(tǒng)100的示例性內(nèi)部結(jié)構(gòu)200。示出的是，焊絲送進(jìn)器120經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)焊接線纜130被連接到電源供應(yīng)器110，所述一個(gè)或更多個(gè)焊接線纜130承載從電源供應(yīng)器110到焊絲送進(jìn)器120的焊接信號(hào)。將理解的是，可以使得包括在焊絲送進(jìn)器120中的焊絲送進(jìn)器電子器件和控件與已知的焊絲送進(jìn)器機(jī)構(gòu)相一致，并且焊絲送進(jìn)器還可以接收來自焊接線纜130的電力來對(duì)它的部件以及操作供電。在示例性實(shí)施方案中，焊絲送進(jìn)器120包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器210、電力線通信電路230、存儲(chǔ)器模塊242以及網(wǎng)絡(luò)模塊240。電力線通信電路230的實(shí)施方案的操作的細(xì)節(jié)將結(jié)合圖6來更詳細(xì)地說明。如上面所說明的，輸出接線柱180被焊絲送進(jìn)器120用來監(jiān)測電弧電壓和電流，并且因此電弧電壓/電流檢測電路被耦合到