帶有集成電源、運動控制、氣體控制和焊炬的等離子系統的製作方法

2023-05-12 09:16:36 1

本申請要求2014年3月28日提交的臨時申請61/971,762的優先權，所述申請通過引用以其全文結合在此。發明領域本發明涉及根據權利要求1所述的集成等離子切割系統。與本發明一致的裝置、系統和方法涉及切割，並且更具體地涉及用於等離子切割操作的裝置、系統和方法。技術背景目前，在自動化等離子切割應用中，等離子電源、運動和過程控制器、焊炬高度控制和氣體控制是分開的設備，這些設備用線纜互連以創造用於控制等離子切割過程的系統。此系統的單獨元件各自具有自己的由微處理器執行的電子和軟體/固件。這種分散的方式增加了系統成本和安裝時間以及複雜性。此外，這種系統的部件之間的互連也可以導致對系統性能的顯著限制。通過對比常規的、傳統的和已提出方法與參照附圖在本申請的其餘部分中提出的本發明實施方案，對本領域技術人員來說，常規的、傳統的和已提出方法的其他限制和缺點將變得明顯。說明為了減少成本並且改進系統性能，描述了根據權利要求1的集成等離子切割系統。本發明的優選實施例是從屬權利要求的主題。本發明的示例性實施例是完整的、集成的等離子切割系統，該等離子切割系統將等離子切割電源、運動和過程控制器、焊炬高度控制、氣體控制和用戶界面中的每一者集成到單個單元中。該系統將使用集中式微處理器架構，該架構將對等離子弧進行控制和排序、調整氣體和氣體流(速度和壓力)、提供經協調的多軸線運動控制同時控制等離子焊炬的多高度控制系統。在其他實施例中，用戶界面可以被定位成遠離部件的其餘部分以提供更多的用戶靈活性。這種系統將提供改進的系統層級的過程控制，並且集中式微處理器架構將允許所有系統部件封裝在單個殼體之中。這將使所需的分開的部件的數目最小化並且優化系統性能，同時增加系統可靠性。此外，本發明的實施例將使互連線纜的數目最小化並且改進總體系統性能。附圖簡要說明通過參考附圖來具體描述本發明的示例性實施例，本發明的上述和/或其他方面將會更加清晰，在附圖中：圖1是已知的等離子切割系統的圖示表示；圖2是根據本發明實施例的等離子切割系統的示例性實施例的圖示表示；並且圖3是本發明的示例性實施例的通信樹的圖示表示。詳細說明下面將參考附圖來描述本發明的示例性實施例。所描述的示例性實施例旨在幫助理解本發明、而不旨在以任何方式限制本發明的範圍。類似參考號在所有附圖中表示類似的要素。本發明的實施例可以用於切割許多不同材料的多種形狀和剪切塊，並且不限於任何特定的切割過程。現轉到圖1，描繪了已知的等離子切割系統100。等離子焊炬系統100包括切割工作檯101和等離子焊炬103。切割工作檯和等離子焊炬的構造和操作是本領域技術人員熟知的並且在此不作詳細討論。系統100還可以使用焊炬高度控制器105，該焊炬高度控制器可以安裝至塔架系統107上。系統100還可以包括驅動系統109，該驅動系統用於為焊炬103提供相對於定位在工作檯101中的工件的運動。等離子切割電源111被聯接至焊炬103上，以提供用來創建切割等離子的所希望電流。系統100還可以包括氣體控制臺113，該氣體控制臺可以用來在切割操作期間調節等離子和保護氣體二者的氣體流速和壓力。控制臺113還可以用來根據所執行的切割操作來選擇不同的氣體。也就是，某些氣體可以用於某些切割操作、但不會用於其他的操作。焊炬系統100還包括計算機數字控制器(CNC)115，該計算機數字控制器可以包括用戶輸入/顯示屏幕117。用戶用屏幕117和CNC115來輸入和讀取切割操作參數和數據、並允許系統100被用作自動化的可編程的切割系統。用戶可以經由屏幕117(或其他裝置)將多種輸入參數輸入到CNC中，這些輸入參數包括：焊炬電流、材料類型、材料厚度、切割速度、焊炬高度、等離子和保護氣體組成等等。如上所述，等離子系統100可以具有許多不同的構型，並且實施例不限於圖1中所示出的，該圖僅旨在是示例性的。然而，電源111、控制臺113、驅動系統109、焊炬高度控制器105、以及CNC各自具有分開的且不同的控制器，這些控制器控制他們各自的操作。例如，CNC115控制器與電源111控制器通信並且向電源111控制器提供工作參數，而然後電源控制器控制電源的獨立操作。這種功能性和關係適用於所有其他部件並且可能導致以上總體描述的問題，本發明的實施例避免了這些問題。圖2描繪了本發明的示例性實施例，其中，等離子切割系統200使用了集成等離子切割系統210。確切地，不像現有的系統，系統210包括電源電子器件模塊211，該電源電子器件模塊被用來產生發送至焊炬103的切割信號。也就是說，所有用於產生切割電流信號的電源電子器件與控制器213定位在相同的殼體220中。系統控制器213控制切割操作的所有方面。如所示，控制器213與殼體220內部的電源模塊211的發電部件進行通信。此外，通過與氣體流量控制裝置225通信，控制器213還直接控制氣體流量，該氣體流量控制裝置控制從氣體供應器221穿過氣體管線223至流量控制裝置225的氣體流動。此外，控制器213直接與運動控制裝置209通信並且控制塔架系統107上的運動控制裝置209的操作。除了控制沿著塔架107的運動，控制器213還控制在系統200的操作過程中的焊炬103的高度、和/或用於任何所希望的斜割的焊炬103的角度。此外，在工作檯101具有任何自動的或者運動功能的範圍內，控制器213可以被聯接至工作檯101以控制工作檯的操作。例如，如果該工作檯是水臺(watertable)或者可以移動工件，則控制器213控制這種操作。此外，在示例性實施例中，控制器213可以同時控制多個焊炬進行操作。如所示，集成相同210具有用戶輸入屏幕217和/或用戶輸入裝置218(如鍵盤)以允許用戶輸入並檢查各種操作參數和特徵。還應注意的是，在一些應用中，第二用戶輸入裝置可以被定位成遠離總體系統以允許用戶遠程控制/操作該系統。這種使用者輸入裝置可以是任何類型的裝置，如遠程掛件，該輸入裝置允許對系統的控制並且可以具有任何已知的用戶輸入裝置，如觸控屏幕等等。該遠程用戶輸入裝置(未示出)可以是基於iOS或安卓的任何類型的裝置，或者使用任何已知的或專有的作業系統來控制在此描述的系統的操作。次級用戶輸入裝置可以經由任何已知的有線或無線方法或協議與該系統通信。在進一步的示例性實施例中，在系統210上將沒有用戶界面或輸入屏幕，而是有遠程用戶界面裝置或系統。在這種系統中，用戶界面裝置會具有分開的微控制器以控制該用戶界面裝置的操作，該用戶界面裝置可以是計算機、掛件、或其他能夠將用戶輸入信息通信至系統210的遠程裝置。這種系統的使用消除了使用分開的控制系統來控制電源模塊211的操作、氣體流量、運動控制和/或焊炬的需要。那就是說，單個控制器213作為單個的控制器模塊來控制所有這些操作。這個集中式微處理器架構允許電源模塊211、焊炬高度控制系統、運動和過程控制、以及氣體控制封裝在由單個微處理器系統操作的一個控制器上。這消除了具有彼此通信和互相作用的多個、分立的微處理器控制系統(這可能導致通信問題或者以其他方式妨礙最優的系統功能性)的需要。例如，系統210(該系統全部在單個殼體之中)的使用避免了需要獨立式系統控制器(例如115)來與用於所有分立的系統操作的分開的和不同的(以及遠程定位的)控制器通信。如本領域一般技術人員所理解的那樣，控制器213可以是任何類型的計算機系統，該計算機系統控制系統210(該系統接著控制系統200的總體操作)的總體操作。如普遍已知的，控制器213具有處理器、電子存儲裝置、和用於向等離子弧焊炬系統210提供控制命令的界面。該存儲或存儲器裝置可以是內部的或外部的並且可以包括關於工件中有待切割的部分的數據。在其他實施例中，控制器213可以是手動編程的，並且在一些實施例中，控制器213可以包括計算機可讀產品，該計算機可讀產品包括計算機可讀指令，該計算機可讀指令可以選擇或配置該等離子焊炬系統的操作參數。在進一步的示例性實施例中，計算機可讀指令可以是切割圖、套料(nesting)軟體、或CAD程序。這種指令一般包括切割信息，切割信息包括考慮到孔/輪廓以及被切割的材料的尺寸和形狀的情況下在切割不同的孔、輪廓、形狀等時用於系統210的指令。如一般所理解的，控制器213可以允許用戶在工件中切割數個連續的孔、輪廓、形狀或者孔、輪廓、形狀的組合。例如，操作者可以選擇切割程序，該切割程序包括孔和輪廓切割指令兩者，並且控制器213將基於用戶輸入信息來確定切割的順序和定位、以及切割的各種參數。聯接至控制器213的用戶界面/屏幕217(和/或輸入裝置218)展示了一種可能的硬體構型來支持在這裡所描述的系統和方法，即系統210的控制器。當然，也可以使用類似的控制器型系統來控制和/或操作本文描述的系統。為了針對本發明的多種不同方面提供額外的背景，下面的討論是旨在提供針對其中可以實施本發明這些不同方面的適合的計算環境的簡要總體描述。本領域的技術人員應認識到，本發明還可以與其他程序模塊相組合地實施和/或被實施為硬體和軟體的組合。一般地，程序模塊包括執行具體任務或實現具體的抽象數據類型的例程、程序、組件、數據結構等。此外，本領域的技術人員應理解的是，本發明的方法可以用其他計算機系統配置來實踐，這些計算機系統配置包括單處理器或者多處理器計算機系統、微型計算機、主機計算機、以及個人計算機、手持計算設備、基於微處理器的或可編程的消費性電子產品等，它們各自可以操作性地聯結到一個或多個相關聯的設備。本發明的這些展示出的方面還可以在其中由通過通信網絡來連結的遠程處理設備來執行某些任務的分布式計算環境中進行實踐。在分布式計算環境中，程序模塊可以位於本地和遠程存儲器存儲設備二者中。系統210的控制器213可以利用包括計算機的示例性環境來實施本發明的多種方面，其中，計算機包括處理單元、系統存儲器和系統總線。該系統總線將系統部件(包括但不限於系統存儲器)聯接至處理單元。該處理單元可以是多種不同可商購處理器中的任一種。雙微處理器和其他多處理器架構也可以被用作處理單元。系統總線可以是若干總線結構類型中的任一種，包括使用各種各樣的可商購的總線架構中的任一種的存儲器總線或存儲器控制器、外圍總線和局部總線。系統存儲器可以包括只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)。在ROM中存儲了基本輸入/輸出系統(BIOS)，其含有例如在啟動期間幫助在計算機內的元件之間傳送信息的基本例程。控制器213可以進一步包括硬碟驅動器、磁碟驅動器(例如，用於從可移除磁碟讀取或寫入到其中)、以及光碟驅動器(例如，用於讀取CD-ROM盤或從其他光介質讀取或寫入到其中)。該控制器可以包括至少某些形式的計算機可讀介質。計算機可讀介質可以是能夠被計算機訪問的任何可用介質。以舉例而非限制的方式，計算機可讀介質可以包括計算機存儲介質和通信介質。計算機存儲介質包括以存儲信息(例如，計算機可讀指令、數據結構、程序模塊或其他數據)的任何方法或技術實施的易失性和非易失性、可移動和非可移動的介質。計算機存儲介質包括但不限於：RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體或其他存儲器技術、CD-ROM、數字通用盤(DVD)或其他磁存儲設備，或者是可以被用來存儲所需信息並且可以被聯接控制器的用戶界面訪問的任何其他介質。通信介質典型地將計算機可讀指令、數據結構、程序模塊或其他數據表達為調製的數據信號，例如載波或其他傳輸機制的，並且包括任何信息傳遞介質。術語「調製的數據信號」是指一種以將信息編碼在信號中的方式設定或改變了其一個或多個特徵的信號。以舉例而非限制的方式，通信介質包括有線介質(例如有線網絡或直接有線連接)以及無線介質(例如聲學的、RF、紅外的以及其他無線介質)。上述任何內容的組合也應該包括在計算機可讀介質的範圍內。可以在驅動器和RAM中存儲許多程序模塊，包括作業系統、一個或多個應用程式、其他程序模塊、以及程序數據。計算機或用戶界面中的作業系統可以是許多可商購的作業系統中的任一種，或者可以使用專有的作業系統。此外，使用者可以通過鍵盤和點擊設備(例如，滑鼠)將命令和信息錄入到計算機中。其他輸入設備可以包括麥克風、IR遙控器、軌跡球、筆輸入設備、操縱杆、遊戲板、數位化書寫板、碟狀衛星信號接收器(satellitedish)、掃描儀等。這些和其他錄入設備通常是通過聯接到系統總線上的串行埠接口來連接處理單元的、但是也可以通過其他接口進行連接，例如並行埠、遊戲埠、通用串行總線(「USB」)、IR接口和/或多種不同無線技術。也可以將監視器或其他類型的顯示設備通過接口(例如，視頻適配器)連接系統總線。視覺輸出也可以通過遠程顯示器網絡協議如遠程桌面協議、VNC、X-Windows系統等等來完成。除了視覺輸出之外，計算機通常包括其他外圍輸出裝置，諸如揚聲器、印表機等等。顯示器可以與聯接至控制器195的用戶界面一起用於呈現從處理單元電子地接收的數據。例如，顯示器可以是液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器、陰極射線管(CRT)型顯示器、發光二極體(LED)型顯示器、或者電子地展示數據的另一種類型的監控器或顯示器。替代於此或附加於此，這種顯示可以以硬拷貝格式(例如，印表機、傳真、繪圖機等)來呈現所接收到的數據。顯示器可以用任何顏色呈現數據並且可以經由任何無線或硬線協議和/或標準來從用戶界面接收數據。計算機可以在使用到一個或更多個遠程計算機(例如遠程計算機(一個或多個))的邏輯和/或物理連接的網絡環境中操作。該(這些)遠程計算機可以是工作站、伺服器計算機、路由器、個人計算機、基於娛樂器具的微處理器、對等(peer)裝置或其他普通網絡節點，並且典型地包括相對於該計算機所描述的元件中的許多元件或所有元件。所描繪的邏輯連接包括區域網路(LAN)和廣域網絡(WAN)。這樣的聯網環境在辦公室中、企業級計算機網絡、內部網和網際網路中是司空見慣的。當在LAN聯網環境下使用時，計算機通過網絡接口或適配器連接本地網絡。當在WAN聯網環境下使用時，計算機典型地包括數據機、或連接到在LAN上的通信伺服器、或者具有用於在WAN(例如網際網路)上建立通信的其他器件。在聯網的環境下，關於計算機所描繪的程序模塊或者其部分可以是存儲在遠程存儲器存儲裝置中的。應理解的是，本文描述的網絡連接是示例性的，並且可以使用在計算機之間建立通信連結的其他手段。圖3描繪了本發明的系統的控制/通信的圖示性表示。如所示的，中央微處理器213控制電源電子器具211、焊炬和塔架運動裝置209、焊炬高度裝置301、流量控制裝置225中每一者的操作。當然，應當理解的是，本發明的實施例不會從外圍裝置(例如，209、301、225)除去所有的電子器件，因為這些裝置仍然會具有如馬達、伺服機的電子裝置以及簡單的控制電子器件。然而，中央微處理器213為所有的外圍裝置和電源電子器件提供控制和操作信號，並且控制這些部件的操作。那就是說，沒有幹預性微處理控制器來充當在控制器213與這些外圍裝置的多種運動或操作部件之間的媒介。應當注意的是，在一些示例性實施例中，用戶界面可以具有其自己的微處理器，該微處理器與控制切割部件的操作的系統微處理器分開。雖然已參照某些實施例描述了本申請的主題，但是本領域技術人員將理解，在不脫離主題的範圍的情況下，可以進行各種改變，並且可以替換等效形式。此外，可以進行許多修改以使具體的情況或材料適應主題的傳授內容而不脫離其範圍。因此，意圖在於使該主題不限於所公開的具體實施例，而是該主題將包括其他實施例。參考號100系統101切割工作檯103等離子焊炬105控制器107塔架系統109驅動系統111電源113氣體控制臺115計算機數控(CNC)117屏幕200等離子切割系統209運動控制裝置210集成等離子切割系統/弧焊炬系統211模塊213控制器217屏幕218用戶輸入裝置220殼體221氣體供應器223氣體管線225控制裝置當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp