使用熱處理炬的材料處理的優化及控制的製作方法
2023-05-25 22:09:41
使用熱處理炬的材料處理的優化及控制的製作方法
【專利摘要】提供一種用於熱處理炬的可消耗部件。所述可消耗部件包括可消耗部件主體以及信號裝置，所述信號裝置位於可消耗部件主體內或其上，用於發送與可消耗部件相關聯的信號。所述信號可不依賴於可消耗部件的可檢測的物理特性。
【專利說明】使用熱處理炬的材料處理的優化及控制
【技術領域】
[0001]本發明大致涉及使用與熱處理炬的可消耗部件相關聯的信號對材料處理進行控制和優化。
【背景技術】
[0002]熱處理炬，諸如等離子弧炬，被廣泛應用於材料的加熱、切割、開槽以及標記。等離子弧炬通常包括電極、具有安裝在炬主體內的中央出口孔的噴嘴、電連接件、冷卻通路以及弧控制流體(例如，等離子氣體)通路。任選地，採用渦流環控制電極和噴嘴之間所形成的等離子室中的流體流動模式。在一些炬中，可使用保持帽保持等離子弧炬中的噴嘴和/或渦流環。在操作中，炬生成等離子弧，其是具有高溫和足夠的動量以協助去除熔融金屬的離子化氣體的壓縮射流。
[0003]典型地，等離子弧炬包括多個可消耗部件。由於特定處理的限制(諸如，切割材料的類型和/或期望切割形狀)，每個可消耗部件可被選擇用於實現最佳性能(例如，最佳的電流等級、最大壽命等)。把錯誤的可消耗部件安裝到炬中可導致切割質量差以及切割速度降低。此外，錯誤的可消耗部件可減少可消耗部件壽命，並導致過早的可消耗部件故障。甚至當正確的可消耗部件被安裝在炬中時，對操作者來說，可能難以手動配置和優化對應於所選擇的可消耗部件組的炬操作參數。此外，對炬部件的製造商來說，如果售後的可消耗部件被用於炬系統，則可能難以保證性能。
【發明內容】
[0004]因此，在等離子弧炬中，需要檢測不兼容可消耗部件的系統和方法。此外，系統和方法都需要自動調整炬的操作參數，以提高切割質量，並且延長可消耗部件的壽命。具體地，系統和方法需要高效地在炬系統的各個部件之間傳送信息，以便於操作控制和優化。
[0005]一方面，提供一種熱處理炬的可消耗部件。所述可消耗部件包括可消耗部件主體以及信號裝置，所述信號裝置位於可消耗部件主體上或內部，用於發送與可消耗部件相關聯的信號。所述信號不依賴於可消耗部件的可檢測的物理特性。
[0006]另一方面，提供一種用於傳送與包括信號接收器的熱處理炬的可消耗部件有關的信息的方法。所述方法包括將信號接收器和可消耗部件安裝到炬中。所述可消耗部件具有與其附連的信號部件。所述信號部件適於產生傳送與可消耗部件有關的信息的信號。所述方法還包括將信號從信號部件傳遞到信號接收器。
[0007]另一方面，提供一種用於傳送與熱處理炬有關的信息的系統。所述系統包括從包括電極、噴嘴、防護罩、保持帽、焊嘴以及渦流環的組中選擇出的至少一個可消耗部件以及信號檢測器。所述系統還包括附連到所述至少一個可消耗部件的至少一個信號裝置，用於將與所述至少一個可消耗部件有關的信息傳送到信號檢測器。所述系統還包括耦合到信號檢測器的控制器，用於i)接收來自所述至少一個信號裝置的信息，以及ii)將所述信息的至少一部分發送到處理器、氣體控制臺、排樣軟體(nesting software)、高度控制器和驅動電機中的至少一個。處理器、氣體控制臺、排樣軟體、高度控制器和驅動電機中的至少一個基於所述信息調整炬操作。
[0008]在其它示例中，以上方面中的任何一個可包括如下特徵中的一個或多個。在一些實施例中，信號裝置為射頻識別(RFID)標籤，用於存儲分配給所述可消耗部件的信息。在一些實施例中，信號為無線電信號、氣動信號、磁信號、光信號或液壓信號中的一個。在一些實施例中，炬為等離子弧炬。
[0009]在一些實施例中，由信號裝置發送的信號標識可消耗部件類型所特有的至少一個特徵。可消耗部件的類型可包括噴嘴、保護罩、電極、內保持帽、外保持帽、渦流環、焊嘴或可更換的炬主體。由信號裝置發送的信號還可標識可消耗部件所特有的至少一個特徵。
[0010]在一些實施例中，信號裝置位於主體的表面，以最小化炬操作期間的熱暴露。這個表面可與炬的冷卻機構相鄰，遠離炬的等離子弧，或在炬的O環形通道中，或它們的組合。所述信號裝置可由另一個炬部件防護，以最小化信號裝置對熱能、輻射、有害氣體、或高頻能量中的至少一個的暴露。
[0011]在一些實施例中，信號裝置適於在等離子弧點燃之前、期間或之後，或它們的組合時發送信號。在一些實施例中，在可消耗部件安裝在炬中之後，信號裝置發送的信號可從炬內部讀取。在可消耗部件安裝在炬中之後，信號裝置發送的信號也可從炬外部讀取。
[0012]在一些實施例中，信號部件包括用於測量可消耗部件的物理修改的傳感器。物理修改可包括用於限制從中通過的氣體流量的可消耗部件的修改。
[0013]另一方面，提供一種用於識別包括炬的熱處理系統中的可消耗部件的方法。所述方法包括提供具有第一特性的第一可消耗部件和具有第二特性的第二可消耗部件。第二特性與第一特性不同，且第一或第二特性中的至少一個不依賴於所測量的對應可消耗部件的物理性質。所述方法還包括將第一和第二可消耗部件中的至少一個安裝到炬中。所述方法進一步包括通過第一方法將關於第一可消耗部件的第一特性或第二可消耗部件的第二特性中至少一個的信息傳送到控制器。
[0014]在一些實施例中，所述方法包括通過第一方法將關於第一可消耗部件的第一特性以及所述消耗部件的第二特性的信息傳送到控制器。
[0015]在一些實施例中，所述方法進一步包括通過第一方法將關於第一可消耗部件的第一特性的信息傳送到控制器，以及通過第二方法將關於第二可消耗部件的第二特性的信息傳送到控制器。第二方法與第一方法不同。第一方法可包括使用耦合至第一可消耗部件的第一信號裝置將第一特性作為第一信號發送。第二方法可包括使用耦合至第二可消耗部件的第二信號裝置將第二特性作為第二信號發送。所述第一或第二信號包括氣動信號、無線電信號、光信號、磁信號或液壓信號。
[0016]在一些實施例中，第一可消耗部件和第二可消耗部件基本上是相同的。在一些實施例中，第一方法包括使用耦合到第一可消耗部件或第二可消耗部件中的至少一個的信號裝置將信息作為信號傳送。所述信號可為氣動信號、無線電信號、光信號、磁信號或液壓信號。
[0017]還應當理解的是，本發明的各個方面和實施例能夠以各種方式進行組合。基於本說明書的教導，本領域的普通技術人員可以容易地確定如何將這些不同的實施例組合。例如，在一些實施例中，以上方面中的任何一個可包括一個或多個上述的特徵。本發明的一個實施例可以提供全部上述特徵和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]通過參照以下結合附圖的描述，可以更好地理解如上所述的本發明的優點以及進一步的優點。附圖未必按比例繪製，而是重點通常放在說明本發明的原理上。
[0019]圖1示出了示例性的等離子弧炬的橫截面視圖。
[0020]圖2示出了示例性的通信網絡。
[0021]圖3示出了各種可消耗部件的改變的幾何形狀。
[0022]圖4示出了使用圖2的通信網絡控制等離子弧炬操作的示例性熱處理系統。
【具體實施方式】
[0023]圖1是示例性的等離子弧炬100的橫截面視圖，所述等離子弧炬100包括炬主體102和炬尖端104。炬尖端104包括多個可消耗部件，例如，電極105、噴嘴110、保持帽115、渦流環120以及防護罩125。炬主體102大致為圓柱形，支撐電極105和噴嘴110。噴嘴110與電極105隔開，並具有安裝在炬主體102內的中央出口孔。渦流環120安裝到炬主體102，並具有一組徑向偏移或傾斜的氣體分配孔127，其賦予等離子氣流切向速度分量，促使等離子氣流形成渦流。防護罩125(還包括出口孔)被連接(例如，螺紋連接)到保持帽115。所示的保持帽115為牢固連接(例如，螺紋連接)到噴嘴110的內保持帽。在一些實施例中，外保持帽(未示出)相對於防護罩125被固定。炬100還可以包括電氣連接件、冷卻通道、弧控制流體(例如，等離子氣體)通道以及電源。在一些實施例中，可消耗部件包括焊嘴，其是用於傳遞點燃的焊接氣體的噴嘴。
[0024]在操作中，等離子氣體流過渦流環120中的氣體分配孔127和氣體入口管(未示出)。從那裡，等離子氣體流入等離子腔室128並穿過噴嘴110和防護罩125的出口孔流出炬100。電極105和噴嘴110之間首先產生引導弧。引導弧使穿過噴嘴出口孔和防護罩出口孔的氣體離子化。弧然後從噴嘴110傳送到工件(未示出)，用於熱處理(例如，切割或焊接)所述工件。注意的是，圖示的炬100的細節(包括部件的布置、氣體和冷卻流體流動的方向及電連接件)可採取各種形式。
[0025]不同的操作過程通常需要不同的防護和/或等離子氣體的流量，其需要不同的可消耗部件組。這導致各種可消耗部件在本領域被使用。為達到最佳的切割性能，使用正確的可消耗部件並適當地匹配它們是必要的。可消耗部件不匹配(例如，將被製造用於在65安培操作的可消耗部件用於在105安培進行操作的炬中)可導致消耗部件壽命短和/或等離子弧炬的性能差。
[0026]圖2示出了本發明的示例性通信網絡200。通信網絡200包括一個或多個信號裝置202，均被分配給熱處理炬(諸如，圖1的等離子弧炬100)的可消耗部件。示例性的可消耗部件包括電極105、噴嘴110、保持帽115、渦流環120以及防護罩125。在一些實施例中，信號裝置202是電可寫裝置，其被配置為以一個或多個信號的形式發送與可消耗部件有關的信息。例如，信號裝置202可為射頻識別(RFID)標籤或卡、條形碼標記或標籤、集成電路(IC)板等。在一些實施例中，信號裝置202為檢測器(例如，傳感器)，用於檢測可消耗部件的物理特性和以一個或多個信號的形式發送所檢測的信息。通信網絡200還包括至少一個接收器204，用於i)接收由信號裝置202發送的信號，ii)提取由所述信號傳送的數據，以及iii)將提取的數據提供給處理器206用於分析和進一步的動作。所述處理器206可以是數位訊號處理器(DSP)、微處理器、微控制器、計算機、計算機數字控制(CNC)工具機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路(ASIC)等。
[0027]在一些實施例中，每個信號裝置202採用與所述信號裝置202所被分配到的可消耗部件相關的信息編碼。編碼的信息可為通用的或固定的信息，諸如可消耗部件的名稱、商標、製造商、序列號、和/或類型。編碼的信息例如可包括通常指示所述可消耗部件是噴嘴的型號。在一些實施例中，編碼的信息是可消耗部件所特有的，諸如可消耗部件的金屬成分；可消耗部件的重量；可消耗部件被製造的日期、時間和/或地點；可消耗部件的負責人員等。例如，編碼的信息可提供每個製造的炬部件所特有的序列號，以區分例如噴嘴類型A，序列#1與噴嘴類型A，序列#2。
[0028]在一些實施例中，在製造對應的可消耗部件時信息被編碼到信號裝置202。信息也可在可消耗部件的壽命期間被編碼到信號裝置202，諸如在每個可消耗部件使用後。這種信息可包括可消耗部件使用的日期、時間和地點；在使用期間檢測到的任何異常；和/或使用後可消耗部件的狀況，使得可創建日誌用於預測與可消耗部件相關聯的故障事件或壽命終止事件。
[0029]被編碼到信號裝置202的信息也可指定操作參數。例如，對於與防護罩125相關聯的信號裝置202，編碼到信號裝置202的數據可指示防護氣體的類型和/或適當的氣體流量以用於防護罩125。在一些實施例中，信號裝置202的編碼的數據提供關於其它相關炬部件的信息。例如，編碼的數據可標識其它的炬部件，所述炬部件與所分配的可消耗部件兼容，協助炬中整個可消耗部件組的安裝以達到某種性能指標。
[0030]在一些實施例中，信號裝置202包括與對應的可消耗部件有關的信息，所述信息不依賴於可消耗部件的可檢測的物理特性。可消耗部件的可檢測的物理特性的示例包括磁性質、表面反射率、密度、聲學性質以及由安裝在炬中的檢測器所測量的可消耗部件的其它觸覺特徵。因此，不依賴於可消耗部件的可檢測的物理特性的可消耗部件的數據的示例可包括可消耗部件的名稱、類型、製造商、製造日期、製造地點、序列號，或可消耗部件的其它非觸覺特徵。在一些實施例中，在它被安裝到炬中之前，信號裝置202存儲預先收集的可消耗部件的信息(包括物理特性)，但信號裝置202未被配置為有源測量或檢測物理特性。然而，信號裝置202可存儲關於可消耗部件的由另一裝置(諸如，由傳感器)測量或檢測到的物理特性。通常，信號裝置202主要用於數據存儲目的。
[0031]在一些實施例中，信號裝置202位於炬100內部或其上。例如，信號裝置202可附連到可消耗部件的表面，所述可消耗部件最終安裝在炬尖端104的內部。信號裝置202也可附連到炬100內部的部件，而不是所分配的可消耗部件。例如，當信號裝置202被分配用於存儲關於電極105的數據時，信號裝置202可附著到保持帽115的表面。在一些實施例中，信號裝置202被耦合到未物理地關聯於炬100的外部源。例如，信號裝置202可附連到用於存儲可消耗部件的封裝，並且一旦信號裝置被安裝在炬100中，則遠離所述可消耗部件。如果信號裝置202位於炬100內部，信號裝置202所附連的表面可被選擇用於減少或以其它方式最小化炬100操作期間的熱暴露。例如，信號裝置202可位於冷卻機構附近，遠離等離子弧，和/或在炬100的ο環形通道中，以減少或最小化熱暴露。此外，信號裝置202可塗覆有熱保護材料，以防止裝置在炬操作期間過熱。通常，信號裝置202可處於諸如由另一炬部件防護，以最小化對熱能、輻射、有害氣體(例如，臭氧)，和/或高頻能量的暴露。
[0032]在一些實施例中，信號裝置202被設計為耐用的，即在一個或多個炬點燃期間或之後可操作。在一些實施例中，在每次炬使用之後或數次使用之後，信號裝置202用完即可丟棄。在一些實施例中，例如，當可消耗部件被首次製造時，信號裝置202可寫入一次以編碼與可消耗部件有關的信息。在一些實施例中，信號裝置202可多次寫入，諸如，貫穿對應的可消耗部件的壽命。
[0033]在通信網絡200中，信號裝置202可採用一個或多個信號的形式將其存儲的信息無線發送給接收器204。接收器204適於處理這些信號，以提取與可消耗部件有關的數據，並將數據轉發給處理器206用於分析。在一些實施例中，接收器204位於等離子弧炬100中或其上。例如，接收器204可位於炬主體102中。在一些實施例中，接收器204位於炬100外部，諸如，附連到電源模塊、氣體控制臺、處理器206等。
[0034]在一些實施例中，至少一個信號裝置202為RFID標籤，並且接收器204為用於詢問RFID標籤的讀取器。在這種實施例中，RFID標籤包括用於存儲信息的微型晶片，和用於接收和發送RF信號的天線。讀取器可包括:1)用於發送RF信號至RFID標籤以詢問所述標籤的天線，以及2)用於在將由RFID標籤發送的響應轉發至處理器206之前解碼所述響應的部件。RFID標籤可以是有源或無源的。有源RFID標籤包括電池，用於產生更強的電磁返回信號給讀寫器，從而增加了 RFID標籤和讀取器之間的可能發送距離。RFID標籤和讀取器之間的距離可以從少於I英寸到100英尺或更大，取決於功率輸出、所使用的射頻以及RF信號需要傳輸通過的材料的類型。在一個示例中，RFID標籤和對應讀取器的天線之間的距離可約為2-4cm。讀取器天線和其餘的讀取器部件不需要在同一封裝中。例如，讀取器天線可位於炬主體102上或其內部，而其餘的讀取器部件位於炬100的外部。使用RFID標籤是有利的，因為它不需要與讀取器直接接觸(例如，經由導線)，或直接視線(例如，經由光信號)，並且非常適合於在惡劣環境中使用。
[0035]在一些實施例中，信號裝置202是檢測器(例如，傳感器)，用於檢測可消耗部件的至少一個物理標記，以通過其類型唯一地或個別地識別可消耗部件。例如，物理標記可以是可消耗部件的物理改變。如圖3所示，消耗部件的識別通過改變可消耗部件的幾何形狀來實現，使得當它被安裝在炬100中時，其影響相鄰的冷卻劑通道402的壁，這進而改變流過其中的冷卻劑的速率。具體而言，冷卻通道402的改變部分可限制冷卻劑的流量。信號裝置202可用於測量根據冷卻劑流量的壓力變化。因此，所測量的冷卻劑的壓力變化用作可消耗部件的識別。如圖3所示的另一個示例中，與閥門和流量計連接的輔助通氣管線404被附連到噴嘴110，以識別噴嘴110。閥門在等離子弧點燃之前開啟，並且輔助通氣管線流量在淨化循環期間根據等離子壓力由信號裝置202測量。因此，所測量的流量用作噴嘴110的識別。在另一個示例中，可在外保持帽中鑽一個或多個唯一大小的計量孔(未示出)，從而一旦其被安裝在炬100中，識別所述帽。每個計量孔的尺寸被配置為唯一地影響截止閥的壓力和/或防護氣體的流量。因此，在引導弧點燃前，信號裝置202以預流程序所採取的這些測量，用於識別外保持帽。
[0036]在又一示例中，可通過測量可消耗部件相對於參考炬基準的長度識別防護罩125。在示例性的測量過程中，炬高度控制器用於確定已知的炬在其處點燃並開始切割工件的高度。這個高度可以用作參考炬基準。然後，在未識別的可消耗部件被安裝到炬中之後，確定相對於參考基準的高度。因此，涉及兩種高度的簡單計算可用來確定未識別可消耗部件的相對長度。進而，通過例如參考將相對的可消耗部件長度與可消耗零件相關的查找表，相對可消耗部件長度可被用於識別可消耗部件。
[0037]在一些實施例中，信號裝置202為條形碼，其提供與對應的可消耗部件有關的數據的光學機器表示。條形碼可由接收器204以條形碼讀取器的形式讀取。通常，信號裝置202可採用任何機器可讀信號的形式傳送與可消耗部件有關的數據，包括無線電信號、光學或其它基於光的信號(例如，紅外信號或紫外信號)、磁信號、氣動信號，或液壓信號。
[0038]在一些實施例中，單個信號裝置202被分配給炬的每個可消耗部件，以發送與對應可消耗部件有關的相干信息。在一些實施例中，兩個或多個信號裝置202被分配給相同的可消耗部件，以發送與所述可消耗部件有關的不同信息。例如，一個信號裝置202可發送可消耗部件類型所特有的信息，諸如，所述可消耗部件類型的型號和操作參數，而另一信號裝置202可發送可消耗部件自身所特有的信息，諸如，可消耗部件的重量和使用歷史。在一些實施例中，通信網絡200中的信號裝置202使用不同的數據發送模式。例如，當一個信號裝置202發送作為RF信號的數據時，另一個信號裝置202發送作為光信號的數據。在一些實施例中，網絡200包括多個接收器204。每個接收器204被配置(例如，調諧)成從一個或多個信號裝置202讀取信號，並將提取的數據發送給處理器206。在一些實施例中，單個接收器204用於讀取來自通信網絡200中所有信號裝置202的信號。處理器206從而可同時處理與多個可消耗部件相關聯的數據。
[0039]圖4是使用圖2的通信網絡來控制熱處理炬(諸如，圖1的等離子弧炬100)的操作的示例性熱處理系統300。等離子弧炬100可包括一個或多個可消耗部件，其包括噴嘴110、電極105、防護罩125、內保持帽115以及外保持帽302。至少一個信號裝置202被分配給至少一個可消耗部件，用於經由接收器204將關於對應可消耗部件的信息發送給處理器206。系統300還包括電源304，用於提供在炬100中產生等離子弧所需的電流。從信號裝置202收集的關於相應可消耗部件的數據可被處理器206用於控制和優化等離子電源304、電機和驅動器306、氣體控制臺308、高度控制器310和排樣軟體312中的至少一個的操作。
[0040]處理器206可位於等離子弧炬100的內部或外部。在一些實施例中，處理器206容納在電源304中。在一些實施例中，等離子電源304、電機和驅動器306、氣體控制臺308、高度控制器310和排樣軟體312中的每一個容納至少一個處理器，用於處理來自信號裝置202的數據，以控制相應模塊304、306、308或310的功能。
[0041]基於從信號裝置202收集的信息，處理器206可同時或基本同時並且實時或基本實時地調節許多等離子系統的功能。這些系統功能包括，但不限於，啟動序列、CNC接口功能、氣體和操作參數，以及關斷序列。在一些實施例中，處理器206使用可消耗部件信息來自動設置系統300的各種參數。在一些實施例中，處理器206使用可消耗部件信息來驗證系統300的某些預置參數是否與炬100內部的可消耗部件兼容。例如，基於所收集的關於炬100的多個可消耗部件的數據，處理器206可以控制和驗證以下系統部件的一個或多個:i)用於調節炬100供電的電源304的設置，ii)用於處理工件的排樣軟體312的設置，iii)用於控制提供給炬100的防護和/或等離子氣體的氣體控制臺308的設置，iv)用於調整炬100和工件之間高度的高度控制器310的設置，以及V)各種電機和驅動器306的設置。
[0042]在一些實施例中，基於從一個或多個信號裝置202收集的數據，處理器206與排樣軟體312進行交互，以自動選擇設置處理工件參數的切割程序，諸如，切割速度、方向、路徑、排樣序列等。切割程序還可根據所收集的可消耗部件數據為炬定義氣體種類、氣體壓力和/或流量設置和高度控制設置。傳統上，當一組可消耗部件裝配到炬中時，操作者需要手動配置排樣軟體312，以通過給軟體提供信息來為炬創建切割程序，所述信息包括所處理的工件材料的類型和厚度、所使用的氣體的類型，以及所述可消耗部件組的電流額定值。特別是，操作者需要給處理器206手動輸入可消耗部件組的電流額定值。在本發明中，因為每個可消耗部件的電流額定值信息被存儲在至少一個信號裝置202中，處理器206可從一個或多個信號裝置202電氣收集這種信息，並自動確定適當的當前設置，而沒有用戶輸入。
[0043]在一些實施例中，基於所收集的可消耗部件的數據，通過考慮到來自信號裝置202的可消耗部件的數據和用戶輸入的操作參數(包括所切割工件的特性以及期望的切割形狀)，處理器206從排樣軟體312中選擇合適的切割程序。例如，操作者可首先發送通用的程序文件到排樣軟體312。所述通用程序文件指定隨著不同的可消耗零件而變化的每個工件厚度、可變切割速度、氣體流量、切縫補償，炬高度等。因此，在使用信號裝置202識別可消耗部件之後，處理器206與通用程序文件進行交互以配置炬的切割程序。在一些實施例中，在創建切割程序之後，處理器206使用從信號裝置202收集的可消耗部件的數據來驗證適合所述程序的炬中是否安裝了正確的可消耗部件。此外，處理器206可指示排樣軟體312自動設置或更正程序的參數，以增強與加載到炬中的可消耗部件的兼容性。例如，與需要130A電流的可消耗部件相比，需要400A電流的可消耗部件具有較大的切縫和引入線。因此，如果炬中加載了 400A的可消耗部件，排樣軟體312可以選擇較少的零件以適合於一套程序。
[0044]在一些實施例中，基於從一個或多個信號裝置202收集的數據，通過驗證和調整氣體控制臺設置，處理器206可操縱氣體控制臺308以控制到炬100的等離子和防護氣體的流量。氣體控制臺308容納用於等離子和防護氣體流量控制的電磁閥、流量計、壓力表和開關。例如，流量計用於為等離子和防護氣體設置預流量以及削減流量。氣體控制臺308還可以具有多入口氣體供應區域，其中等離子和防護氣體連通。撥動開關可用來選擇期望氣體。等離子和屏蔽氣體通過氣體壓力表監控。在一個示例中，與等離子弧炬100的防護罩125相關聯的信號裝置202可存儲與適於與所述防護罩125—起使用的一種或多種防護氣體的種類和成分有關的信息，連同防護氣體的最佳流量設置。基於這個數據，處理器206可與氣體控制臺308交互，從而給等離子弧炬100提供處於最佳流量的合適的防護氣體。
[0045]在一些實施例中，基於從一個或多個信號裝置202收集的數據,處理器206操縱炬高度控制器310，所述炬高度控制器310設置炬100相對於工件的高度。炬高度控制器310可包括控制模塊以通過調整間隔(即，炬100和工件之間的距離)在切割期間控制弧電壓，從而維持預定的弧電壓值。炬高度控制器310還可包括用於控制間隔的外部控制模塊。炬高度控制器310還可包括升降機，其由控制模塊通過電機或驅動器306控制，以相對於工件在垂直方向滑動炬100，從而在切割期間維持期望的電壓。在一個示例中，基於從炬的可消耗部件收集的數據，炬高度控制器310可自動確定高度而將炬相對於工件頂部定位。因此，開始弧電壓控制之前，炬高度控制器310無需為了設置合適的穿孔高度及切割高度而執行高度感測。
[0046]在一些實施例中，處理器206被配置為如果其確定安裝在炬100中的可消耗部件彼此不匹配、與熱處理系統300不兼容或與其它由操作者輸入的預先選擇的操作參數不一致，則防止熱處理系統300在工件上開始操作。如果做出這種確定，處理器206可觸發音頻或視覺警報，其向操作者指示一個或多個所連接的可消耗部件不支持、以及所述可消耗部件應被更換或操作者的輸入應被修改。另外，如果觸發了警報，處理器206能夠防止操作的開始。例如，如果由分配給防護罩125的信號裝置202傳送到處理器206的防護罩125的當前設置，與由對應於噴嘴110的不同或相同的信號裝置202傳送到處理器206的噴嘴110的當前設置不同，則處理器206可停止炬操作。
[0047]在一些實施例中，處理器206被配置為如果其確定炬100中安裝的可消耗部件中至少一個不是由所接受的製造商製造或以其它方式支持的，則防止熱處理系統300操作。例如，如果它未識別由可消耗部件的信號裝置傳送的製造商標識、序列號和/或零件編號，則處理器206可停止炬操作。因此，熱處理系統300可用於檢測和防止使用劣質或假冒的可消耗部件。
[0048]在一些實施例中，處理器206給操作員推薦一個或多個解決報警情況的補救動作。例如，處理器206可建議一個或多個可消耗部件安裝在炬100中以避免與熱處理系統300的其它部件的潛在的不匹配。處理器206可基於所安裝可消耗部件組的額定值建議用於處理的工件的適合類型。處理器206可推薦切割序列，其調和所安裝的可消耗部件的設置與操作者提供的設置。
[0049]通常，信號裝置204可存儲關於炬部件而非可消耗部件的信息。例如，信號裝置204可存儲關於炬主體102或關於一個或多個引線的信息。因此，如本領域技術人員將充分認識到的，圖2的示例性通信網絡200以及圖3的結構可以容易地適用於存儲關於任何炬部件的信息。
[0050]此外，如本領域技術人員將充分認識到的，在此所描述的本發明不僅適用於等離子切割裝置，而且同樣適用於焊接類型系統和其它熱處理系統。在一些實施例中，在此所描述的發明被配置成採用多種切割技術進行操作，所述切割技術包括，但不限於，等離子弧、雷射、氧燃料和/或水射流技術。例如，信號裝置202可耦合到被配置為採用一種或多種切割技術進行操作的一個或多個可消耗部件。使用由信號裝置202發送的信息，處理器206可以確定安裝在炬中的可消耗部件是否與特定的切割技術兼容。在一些實施方式中，基於所選擇的切割技術和可消耗部件的信息，處理器206可相應地設置或調整操作參數，諸如，可依據切割技術和可消耗部件而變化的工件上方切割頭的高度。
[0051]例如，使用產生高壓、高速水射流的水射流系統切割各種材料是已知。這些系統典型地通過將水或另一種適合的流體加壓到高壓力(例如，高達90，000磅每平方英寸或更大)並迫使流體以高速通過小噴嘴孔從而在小區域上集中大量的能量而起作用。磨料射流是一種類型的水射流，其可將磨料材料包括在流體射流內以用於切割較硬的材料。在一些實施例中，信號裝置202被附連到水射流系統的可消耗部件，諸如，附連到水射流噴嘴、磨料射流噴嘴、用於混合磨料顆粒與流體的混合管，和/或一個或多個閥門和過濾器。與磨料射流噴嘴相關聯的信號裝置202可識別，例如，適於與噴嘴一起使用的磨料的類型、可被輸送到噴嘴的加壓流體的壓力量，以及還可指示適於與特定的噴嘴一起使用的其它可消耗部件。用於給定水射流系統的特定可消耗部件組的組合的識別也可以被執行以驗證與給定系統的兼容性，或限制操作條件和參數，諸如，最大壓力或流量設置，或磨料的類型或量。
[0052]還應當理解的是，本發明的各個方面和實施例可採用各種方式進行組合。基於本說明書的教導，本領域普通技術人員能夠容易確定如何將這些不同的實施例進行組合。此夕卜，對本領域技術人員來說，在閱讀本說明書的基礎上修改可以出現。本申請包括這種修改,並且僅由權利要求的範圍來限定。
【權利要求】
1.一種熱處理炬的可消耗部件，包括: 可消耗部件主體；以及 信號裝置，所述信號裝置位於可消耗部件主體內或其上，用於發送與可消耗部件相關聯的信號，所述信號不依賴於可消耗部件的可檢測的物理特性。
2.如權利要求1所述的可消耗部件，其中信號裝置包括射頻識別(即瓜)標籤。
3.如權利要求1所述的可消耗部件，其中由信號裝置發送的信號標識可消耗部件類型所特有的至少一個特徵。
4.如權利要求3所述的可消耗部件，其中可消耗部件的類型包括噴嘴、防護罩、電極、內保持帽、外保持帽、渦流環或焊嘴。
5.如權利要求1所述的可消耗部件，其中由信號裝置發送的信號標識可消耗部件所特有的至少一個特徵。
6.如權利要求1所述的可消耗部件，其中信號裝置位於所述主體的表面，以使炬操作期間的熱暴露最小化。
7.如權利要求6所述的可消耗部件，其中所述表面與炬的冷卻機構相鄰，遠離炬的等離子弧，或在炬的0環形通道中，或它們的組合。
8.如權利要求6所述的可消耗部件，其中信號裝置由另一個炬部件防護，以最小化信號裝置對熱能、輻射、有害氣體、或高頻能量中的至少一個的暴露。
9.如權利要求1所述的可消耗部件，其中信號裝置適於在等離子弧點燃之前、期間或之後，或它們的組合時發送信號。
10.如權利要求1所述的可消耗部件，其中在可消耗部件安裝在炬中之後，信號裝置發送的信號可從所述炬內部讀取。
11.如權利要求1所述的可消耗部件，其中在可消耗部件安裝在炬中之後，信號裝置發送的信號可從所述炬外部讀取。
12.如權利要求1所述的可消耗部件，其中所述炬包括等離子弧炬。
13.一種用於傳送與熱處理炬的可消耗部件有關的信息的方法，所述熱處理炬包括信號接收器，所述方法包括: 將信號接收器和可消耗部件安裝到炬中，其中所述可消耗部件具有與其附連的信號部件，所述信號部件適於產生傳送與可消耗部件有關的信息的信號；以及 將信號從信號部件傳遞到信號接收器。
14.如權利要求13所述的方法，其中可消耗部件包括電極、噴嘴、防護罩、渦流環、保持帽或可更換的炬主體中的一個。
15.如權利要求13所述的方法，其中信號部件包括即10標籤，用於存儲分配給所述可消耗部件的信息。
16.如權利要求13所述的方法，其中信號部件包括用於測量可消耗部件的物理修改的傳感器，所述物理修改包括可消耗部件的用於限制從其中通過的氣體的流量的修改。
17.如權利要求13所述的方法，其中信號包括無線電信號、氣動信號、磁信號、光信號或液壓信號中的一個。
18.一種用於傳送與熱處理炬有關的信息的系統，所述系統包括: 信號檢測器； 至少一個可消耗部件，其從包括電極、噴嘴、防護罩、保持帽、焊嘴以及渦流環的組中選擇； 至少一個信號裝置，其附連到所述至少一個可消耗部件，用於將與所述至少一個可消耗部件有關的信息傳送至信號檢測器； 控制器，耦合到信號檢測器，用於1)接收來自所述至少一個信號裝置的信息；以及11)將所述信息的至少一部分發送到處理器、氣體控制臺、排樣軟體、高度控制器和驅動電機中的至少一個，其中，處理器、氣體控制臺、排樣軟體、高度控制器和驅動電機中的至少一個基於所述信息調整炬的操作。
19.一種用於識別包括炬的熱處理系統中的可消耗部件的方法，所述方法包括: 提供具有第一特性的第一可消耗部件和具有第二特性的第二可消耗部件，其中第二特性與第一特性不同，且第一或第二特性中的至少一個不依賴於所測量的對應可消耗部件的物理性質； 將第一和第二可消耗部件安裝到炬中；以及 通過第一方法將關於第一可消耗部件的第一特性或第二可消耗部件的第二特性中至少一個的信息傳送到控制器。
20.如權利要求19所述的方法，其中第一方法包括使用耦合到第一可消耗部件或第二可消耗部件中的至少一個的信號裝置將所述信息作為信號傳送，所述信號為氣動信號、無線電信號、光信號、磁信號或液壓信號。
21.如權利要求19所述的方法，進一步包括 通過第一方法將關於第一可消耗部件的第一特性的信息傳送到控制器；以及 通過第二方法將關於第二可消耗部件的第二特性的信息傳送到控制器，其中第二方法與第一方法不同。
22.如權利要求21所述的方法，其中第一方法包括使用耦合至第一可消耗部件的第一信號裝置將第一特性作為第一信號發送，第二方法包括使用耦合至第二可消耗部件的第二信號裝置將第二特性作為第二信號發送，所述第一或第二信號包括氣動信號、無線電信號、光信號、磁信號或液壓信號。
23.如權利要求19所述的方法，進一步包括: 通過第一方法將關於第一可消耗部件的第一特性以及所述可消耗部件的第二特性的信息傳送到控制器。
【文檔編號】H05H1/34GK104322152SQ201380018721
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年1月14日 優先權日:2012年4月4日
【發明者】E·M·施普爾斯基, R·安德森, P·布拉漢, W·錢, S·利博爾德, G·貝斯特, J·林賽 申請人:海別得公司