用於監控焊接質量的系統和方法與流程
2023-06-20 05:44:26 2
本申請是2013年4月23日遞交的pct國際申請pct/ib2013/000752於2014年12月12日進入中國國家階段的中國專利申請號為201380031211.5、發明名稱為「用於監控焊接質量的系統和方法」的發明專利申請的分案申請。
相關申請：pct國際申請pct/ib2013/000752作為部分繼續(cip)專利申請被提交，所述部分繼續專利申請要求2010年5月7日提交的美國專利申請no.12/775,729的優先權和權益，所述美國專利申請no.12/775,729要求2009年11月13日提交的美國臨時專利申請no.61/261,079的優先權和權益，所述專利申請的全部公開內容通過引用被併入本文。
總體發明構思涉及電弧焊接，更具體來講，涉及用於以下目的的系統、方法和裝置：監控焊接工藝期間的變量並且相應地確定變量的權重、量化焊接質量、獲得和使用表示良好焊接的數據、提高自動化焊接工藝的產量和改善自動化焊接工藝的質量控制、教導正確的焊接技術、鑑別(identify)焊接工藝的成本節省以及得到用作不同焊接工藝或應用的預設置的最佳焊接設置。
背景技術：
許多不同條件和參數對最終焊接的整體質量有貢獻。因此，電弧焊機的製造商已嘗試監控焊機的操作，以確定焊接質量和焊機在生產設備中進行操作期間的效率。在授予vaidya的美國專利no.6,051,805(下稱「vaidya」)中闡明了監控電弧焊機的一種嘗試，其中，採用計算機或其他可編程儀器來監控焊接操作的平均電流和效率，焊接操作的效率被表達為執行焊接的時間與工作班次的總時間的比率。根據標準技術，所公開的該監控系統包括第一控制電路，該第一控制電路採用帶有標準附件(如ram和eprom)的中央處理單元的形式。第二控制電路連接到第一電路，以在監控過程期間輸入和輸出信息。監控器在被公開為延續數小時或高達999小時的時間段內收集信息。監控器確定焊接效率並且監控用於確定平均電流的時間以及針對整體效率的累計的電弧焊接時間。
vaidya公開了在焊接過程期間監控電流和焊絲送進速度以及氣流的能力。所有這種信息被儲存在適合的存儲裝置中，以供在焊接工藝期間隨後恢復焊機的操作特性。以此方式，可以測量焊機的產率，以計算成本效率和其他參數。如在vaidya中建議的，其他製造商已嘗試通過監控電弧焊機來測量焊接工藝期間的平均電流。然而，測量焊接工藝期間的平均電流、電壓、焊絲送進速度或其他參數以及使用這樣的數據來記錄焊接操作的性能並不令人滿意。在過去，監控裝置沒有預先了解正被監控的參數。
因此，在過去即使使用vaidya中闡述的技術來監控諸如電流、電壓甚至是焊絲送進速度的參數，在響應上也已經引起混亂並且無法確定電弧的實際穩定性或者無法判定焊接工藝是高於還是低於所需參數值。出於以下目的這樣的信息是必須被知曉的：拒絕接受(reject)一焊接循環和/或確定以所需精度在該焊接循環期間進行的焊接的質量。總之，監控用於各種焊接工藝的電弧焊機的操作並不令人滿意，因為沒有可以用於評價焊接工藝實施期間的焊接工藝的現有知識。
為了克服這些缺點，授予hsu的美國專利no.6,441,342(下稱「hsu」)公開了當焊機執行所選定的電弧焊接工藝創建關於焊機操作的信息時監控電弧焊機的監控器和方法。因此，標準的高功率計算機技術的應用可以基於相同的精度和監控器產生的智能數據來使用。hsu的監控器和監控系統採用焊接工藝期間的已知信息。該信息是固定的，並不變化。監控器集中關注焊接工藝的特定方面，以採用與實際性能相當的先驗知識。因此，在焊接工藝的特定方面期間，確定選定的參數的穩定性和合格大小或水平。在監控之前，用已知的所需參數將焊接工藝分成多個固定的時間段。然後，可以用已知的計算機技術處理該數據，以評價焊接循環的各方面。
hsu公開了通過生成一系列快速重複波形的電弧焊機來執行焊接工藝。每個波形構成具有一循環時間的焊接循環。通過用於控制焊機操作的已知波形發生器來創建每個焊接循環(即，波形)。這些波形被分成多個狀態，如分成脈衝焊接工藝中的多個狀態，即本底(background)電流、上升斜坡、峰值電流、下降斜坡並且隨後回到本底電流的狀態。通過將已知的驅動波形劃分成被定義為所產生的電弧特性的時間段的多個狀態，可以監控這些狀態中選定的任一個狀態。事實上，可以多路復用許多狀態。例如，在脈衝焊接工藝中，可以監控與峰值電流相關的狀態。hsu公開了通過以優選地超過1.0khz的高速率進行讀取而監控焊接工藝的狀態。在脈衝焊接工藝中使用的波形的各峰值電流狀態期間，多次檢測各實際焊接參數，如，電流、電壓或甚至是焊絲送進速度。以此方式，在峰值電流狀態的監控過程期間，忽略了上升斜坡、下降斜坡和本底電流。
因此，將該峰值電流與已知的峰值電流相比較。可以使用峰值電流的函數來檢測自電弧焊機輸出的實際峰值電流的變化。在hsu中，使用命令(command)峰值電流的低側和高側的最小水平和最大水平，以在脈衝焊接波形的各峰值電流狀態期間多次確定峰值電流的水平。無論何時電流超過最大值或者小於最小值，對各波形期間的該事件進行計數。對焊接時間(即，執行焊接工藝或其某個重要部分所持續的時間)的總偏差或事件進行計數。如果該計數值超過每個波形或焊接時間期間的設定數目，則會發出警報，警告該特定焊接工藝經歷了不期望的焊接狀況。事實上，如果計數值超過最大水平，則拒絕(reject)該焊接。這一能力與統計標準差程序一起使用，來在波形的每個峰值電流狀態期間多次讀取峰值電流，以感測標準差的大小。實際上，該標準差是通過電腦程式進行的均方根(rms)差計算。在hsu中，計算平均峰值電流並且記錄該峰值電流以及水平狀況和穩定性特徵。還確定正被監控的各狀態(例如，脈衝波形的峰值電流狀態)的電流或電壓的rms。在監控峰值電流水平或標準增值時，可以通過電流水平和持續時間來監控本底電流階段。
hsu公開了選擇波形中的狀態並且將該狀態所需的和已知的命令信號與受監控狀態期間焊接工藝的實際參數相比較。該選擇基于波形發生器的先驗知識。例如，在特定的焊絲送進速度wfs1下，對波形發生器進行編程，以調節峰值電流來控制電弧長度。然後，當以該焊絲送進速度wfs1進行焊接時，「得到通知的」監控器選擇峰值電流段作為受監控狀態。然而，在另一個焊絲送進速度wfs2下，對波形發生器進行編程，以調節本底時間(backgroundtime)來控制電弧長度(而不是峰值電流)。然後，當以該焊絲送進速度wfs2進行焊接時，「得到通知的」監控器選擇本底時間作為受監控狀態和參數。相比之下，後驗(posteriori)監控器並不知道在不同的焊絲送進速度下，應該監控波形的不同方面來檢測電弧穩定性。在這個實例中，在第一焊絲送進速度wfs1下監控本底時間或者在焊絲送進速度wfs2下監控峰值電流將會是非常低效的。因此，hsu公開了利用所需值的先驗知識用波形的時間段來監控波形的該段。這樣就能實際監控電弧焊接工藝而不只是對總波形求平均。
與只讀取焊接工藝期間經歷的輸出參數的正常過程相比，在hsu中，該監控器的特徵在於使用了先驗知識。因此，當焊機的正常行為在焊接工藝的僅一個方面期間隨時間變化而有所不同時，通過監控，大大簡化了檢測該正常行為的任務。hsu的教導不能應用於在恆定電壓工藝中監控電壓，因為在整個焊接循環期間，所需電壓水平是已知的特徵。然而，在其他焊接工藝中，當在波形的不同段期間電壓和電流這二者都有所變化時，hsu的方法在精確讀取選定的波形段期間受監控的實際參數之前，給出穩定性、rms、標準差、平均值、最低下限和最高上限的精確讀數。
根據hsu，以精確的精度而不用讀取總體輸出信息來監控時變焊接過程，如脈衝焊接和短路焊接。在作為波形的選定的狀態或段的每個波形中的選定時間，啟動監控器。監控器以導向焊機電源的命令信號的形式比較實際參數與所需參數。在hsu中，可以只在波形的一些特定段期間進行監控；然而，在異常事件中，例如，當電弧熄滅時或者當出現短路時，通過電壓感測或電流感測來實現計算機操作的子程序，以重啟電弧和/或糾正短接。這些事件的子程序與監控程序並行運行。因此，這些異常不會影響監控器的整體操作。這些子程序被構造為異常的狀態或時間段。以與如上所述類似的方式，監控這些異常的狀態內的參數或信號。
在hsu中，出於評價焊機的操作或效率的目的，可以累計關於日曆時間、換班甚至是操作者的製造信息。通過監控波形的特定段或狀態來監控每個焊接循環，能夠累計隨時間推移而經歷的不期望事件。這樣還能夠進行趨勢分析，使得在焊接工藝實際產生有缺陷的生產焊縫(productionwelds)之前，操作者可以採取糾錯措施。通過趨勢分析、缺陷分析、累計缺陷、所有這些項目的記入和對電弧焊機的相關實時監控，能夠以即時方式直接進行幹擾，以採取與糾錯措施相對的預防措施。
技術實現要素：
總發明構思設想到用於監控焊接工藝期間的變量並相應地確定所述變量的權重、量化焊接質量、獲得和使用表示良好焊接的數據、檢測焊接缺陷以及診斷焊接缺陷的可能原因的系統、方法和裝置。焊接質量數據考慮到自動化焊接工藝的產量提高和自動化焊接工藝的質量控制、教導正確的焊接技術、鑑別焊接工藝的成本節省以及得到用作不同焊接工藝或應用的預設置的最佳焊接設置。以舉例的方式示出並且在本文中公開總體發明構思的各種方面、多個示例性系統、方法。
根據一個示例性實施方案，公開了一種監控電弧焊機的方法，所述方法通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數從而在電弧焊機執行選定的電弧焊接工藝時監控所述電弧焊機，所述選定的工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括：(a)產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環；(b)將所述波形劃分成多個狀態；(c)在時間段內，以詢問速率測量在一個所述波形狀態中出現的選定的焊接參數，以得到選定的焊接參數的數據集合；(d)針對每個時間段，自所述數據集合計算所述選定的焊接參數的穩定性值；(e)將每個穩定性值與預期穩定性值相比較，以判定所述穩定性值和所述預期穩定性值之差是否超過預定閾值；以及(f)如果所述差超過所述閾值，則基於所述差，以大小權重(magnitudeweight)確定所述穩定性值的權重，並且基于波形狀態相對於其波形的時間貢獻(contribution)，以時間貢獻權重確定所述穩定性值的權重。以此方式，所述方法可以向構成孤立點(outlier)的測得參數(即，數據集合中的項)分派多個權重(例如，基於其狀態的偏差和時間貢獻的程度/大小)。在一個示例性實施方案中，將孤立點定義為落在偏離焊接參數的平均值的三(3)個標準差的限值之外的焊接參數的測量值。還設想到用於執行該示例性方法的與電弧焊機集成的監控器。
根據一個示例性實施方案，公開了一種量化焊接質量的方法，所述方法通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數從而在電弧焊機執行選定的電弧焊接工藝時監控所述電弧焊機來量化焊接質量，所述選定的工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括：(a)產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環；(b)將所述波形劃分成多個狀態；(c)在焊接時間期間重複的時間段內，以詢問速率測量在一個或更多個所述狀態中出現的多個選定的焊接參數；以及(d)基於時間段期間對所述選定的焊接參數的所述測量，計算每個所述狀態的多個質量參數，其中，所述質量參數表徵所述焊接的整體質量測量。還設想到用於執行該示例性方法的與電弧焊機集成的監控器。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(e)將針對每個時間段計算出的每個所述質量參數的值與對應的預期質量參數值相比較，以判定所述計算出的質量參數值和所述預期質量參數值之差是否超過預定閾值；以及(f)如果所述差超過所述閾值，則基於所述差，以大小權重確定所述計算出的質量參數值的權重，並且基於其狀態相對於包括所述狀態的波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定所述計算出的質量參數值的權重。還設想到用於執行該示例性方法的與電弧焊機集成的監控器。
在一個示例性實施方案中，所述詢問速率是120khz。在一個示例性實施方案中，所述時間段大致為250ms。
在一個示例性實施方案中，所述選定的焊接參數包括針對每個所述狀態的所述時間段內對每個所述選定的焊接參數採取的所述測量的計數、所述時間段內的平均電壓voltage、所述時間段內的均方根電壓rmsv、所述時間段內的電壓方差vvar、所述時間段內的平均電流current、所述時間段內的均方根電流rmsi以及所述時間段內的電流方差ivar，其中，voltage＝所述時間段內測得的電壓之和/電壓測量的所述計數，其中
其中，vvar＝rmsv-voltage，其中，current＝所述時間段內測得的電流之和/電流測量的所述計數，其中
並且其中，ivar＝rmsi-current。
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量計數平均值qca，所述質量計數平均值qca被計算為：
其中，n是所述時間段內焊接循環的總數，並且其中，counti是指所述時間段內針對特定的一個焊接循環的所述測量的計數。
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量計數標準差qcsd，所述質量計數標準差qcsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量計數標準差qcsd，所述質量計數標準差qcsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電壓平均值qva，所述質量電壓平均值qva被計算為：
其中，n是所述時間段內焊接循環的總數，並且其中，voltagei是指所述時間段內針對特定的一個焊接循環的電壓測量。
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電壓標準差qvsd，所述質量電壓標準差qvsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電壓標準差qvsd，所述質量電壓標準差qvsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電流平均值qia，所述質量電流平均值qia被計算為：
其中，n是所述時間段內焊接循環的總數，並且其中，currenti是指所述時間段內針對特定的一個焊接循環的電流測量。
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電流標準差qisd，所述質量電流標準差qisd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電流標準差qisd，所述質量電流標準差qisd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電壓方差平均值qvva，所述質量電壓方差平均值qvva被計算為：
其中，n是所述時間段內焊接循環的總數。
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電壓方差標準差qvvsd，所述質量電壓方差標準差qvvsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電壓方差標準差qvvsd，所述質量電壓方差標準差qvvsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電流方差平均值qiva，所述質量電流方差平均值qiva被計算為：
其中，n是所述時間段內焊接循環的總數。
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電流方差標準差qivsd，所述質量電流方差標準差qivsd被計算為：
在一個示例性實施方案中，所述質量參數包括每個狀態的質量電流方差標準差qivsd，所述質量電流方差標準差qivsd被計算為：
基於被監控的焊絲送進速度(wfs)的類似的質量參數(如，例如質量焊絲送進速度平均值(qwa)、質量焊絲送進速度標準差(qwsd)、質量焊絲送進速度方差平均值(qwva)以及質量焊絲送進速度方差標準差(qwvsd))也可以類似的方式被計算。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(e)使用以度量標準表示的所述質量參數評價隨後的焊接。還設想到用於執行該示例性方法的與電弧焊機集成的監控器。
根據一個示例性實施方案，公開了一種評價多個焊接的方法，所述方法通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數從而在電弧焊機根據電弧焊接工藝執行焊接時監控所述電弧焊機來評價根據基本相同的電弧焊接工藝、在基本相同的條件下執行的多個焊接，所述選定的工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括在每個焊接期間：(a)產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環；(b)將所述波形劃分成多個狀態；(c)在時間段內，以詢問速率測量在一個所述狀態中出現的選定的焊接參數，來得到所述選定的焊接參數的數據集合；(d)針對每個時間段，自所述數據集合計算所述選定的焊接參數的質量值；(e)將每個質量值與預期質量值相比較，以判定所述質量值和所述預期質量值之差是否超過預定閾值；(f)如果所述差超過所述閾值，則基於所述差，以大小權重確定所述質量值的權重，並且基於所述狀態相對於其波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定所述質量值的權重；以及(g)使用所述焊接時間期間得到的所有所述質量值，包括任何加權的質量值，來確定所述焊接的質量得分。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(h)如果所述焊接的質量得分在質量得分的第一預定範圍內，則拒絕接受所述焊接；以及(i)如果所述焊接的質量得分在質量得分的第二預定範圍內，則接受所述焊接。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(h)使每個焊接與其對應的質量得分永久地相關聯。
在一個示例性實施方案中，所述詢問速率是120khz。在一個示例性實施方案中，所述時間段大致是250ms。
在一個示例性實施方案中，所述選定的焊接參數是電弧電流。在一個示例性實施方案中，所述選定的焊接參數是電弧電壓。
根據一個示例性實施方案，公開了一種向使用包括集成監控器的電弧焊機手動執行電弧焊接工藝的個體(即，操作者)提供指示的方法，所述焊機通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數執行電弧焊接工藝，所述監控器能夠監控實際焊接參數，並且電弧焊接工藝受控於焊機電源的命令信號。所述方法包括：(a)產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環；(b)將所述波形劃分成多個狀態；(c)在時間段內，以詢問速率測量在一個所述狀態中出現的選定的焊接參數，以得到所述選定的焊接參數的數據集合；(d)針對每個時間段，自所述數據集合計算所述選定的焊接參數的質量值；(e)將每個質量值與預期質量值相比較，以判定所述質量值和所述預期質量值之差是否超過預定閾值；(f)如果所述差超過所述閾值，則基於所述差，以大小權重確定所述質量值的權重，並且基於所述狀態相對於其波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定所述質量值的權重；(g)使用包括任何權重的質量值來更新焊接的當前總質量得分；(h)判定當前總質量得分是否在焊接工藝期間的合格質量得分的預定範圍內；以及(i)如果當前總質量得分在合格質量得分的預定範圍之外，則向操作者提供關於糾錯動作的信息。
在一個示例性實施方案中，所述詢問速率是120khz。在一個示例性實施方案中，所述時間段大致是250ms。
在一個示例性實施方案中，在視覺上提供信息。在一個示例性實施方案中，在聽覺上提供信息。
在一個示例性實施方案中，所述信息包括提示的焊絲相對於工件的位置變化。在一個示例性實施方案中，所述信息包括提示的焊絲相對於工件的移動速率的變化。
在一個示例性實施方案中，以預定報告速率向操作者提供信息。在一個示例性實施方案中，所述報告速率小於30秒。在一個示例性實施方案中，所述報告速率大於或等於30秒。
在一個示例性實施方案中，如果當前總質量得分中的最近變化指示當前總質量得分有可能落到合格質量得分的預定範圍之外，則提供所述信息。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(j)如果當前總質量得分在合格質量得分的預定範圍之內，則向操作者提供關於不必進行糾錯動作的確認。
公開了一種評價執行電弧焊接工藝的多個操作者的方法，所述方法通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數從而在每個電弧焊機由其相應操作者用來執行所述電弧焊接工藝時監控與每個操作者相關聯的所述電弧焊機來評價執行所述電弧焊接工藝的多個操作者，所述電弧焊接工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括：對於每個操作者，(a)產生數值得分，所述數值得分指示相對於預定基準焊接的根據所述電弧焊接工藝形成的焊接的質量測量；(b)測量所述操作者執行所述電弧焊接工藝花費的時間量；以及(c)使所述數值得分和所述焊接時間與所述操作者相關聯。
在一個示例性實施方案中，所述數值得分通過以下步驟產生：(a1)產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環；(a2)將所述波形劃分成多個狀態；(a3)在時間段內，以詢問速率測量在一個所述狀態中出現的選定的焊接參數，以得到所述選定的焊接參數的數據集合；(a4)針對每個時間段，自所述數據集合計算所述選定的焊接參數的質量值；(a5)將每個質量值與預期質量值相比較，以判定所述質量值和所述預期質量值之差是否超過預定閾值；(a6)如果所述差超過所述閾值，則基於所述差，以大小權重確定所述質量值的權重，並且基於所述狀態相對於其波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定所述質量值的權重；以及(a7)使用所述電弧焊接工藝期間得到的所有所述質量值，包括任何加權的質量值，以確定所述數值得分。
根據一個示例性實施方案，公開了一種對選定的電弧焊接工藝進行成本效益分析的方法，其中，電弧焊機通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數來執行電弧焊接工藝，所述選定的工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括：(a)確認能夠影響整體焊接質量的多個焊接條件；(b)針對多個焊接變化焊接條件之一併且針對焊接固定所有其餘的焊接條件；(c)針對每個焊接：(i)產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環；(ii)將所述波形劃分成多個狀態；(iii)在時間段內，以詢問速率測量在一個所述狀態中出現的選定的焊接參數，以得到所述選定的焊接參數的數據集合；(iv)針對每個時間段，自所述數據集合計算所述選定的焊接參數的穩定性值；(v)將每個穩定性值與預期穩定性值相比較，以判定所述穩定性值和所述預期穩定性值之差是否超過預定閾值；(vi)如果所述差超過所述閾值，則基於所述差，以大小權重確定所述穩定性值的權重，並且基于波形狀態相對於其波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定所述穩定性值的權重；(vii)使用包括任何加權穩定性值的焊接時間期間得到的穩定性值來計算焊接的整體質量得分；(viii)確定焊接的成本；以及(ix)使質量得分和成本與焊接相關聯。
在一個示例性實施方案中，焊接條件包括焊絲特性、工件特性、保護氣體流速、保護氣體組成以及工件預熱溫度中的一個或更多個。
在一個示例性實施方案中，成本包括與生成焊接相關的貨幣支出。在一個示例性實施方案中，成本包括完成焊接所需的總時間。
在一個示例性實施方案中，所述穩定性值是選定的焊接參數的標準統計偏差。
在一個示例性實施方案中，所述詢問速率是120khz。在一個示例性實施方案中，所述時間段大致是250ms。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(d)輸出與每個焊接相關聯的質量得分和成本(或其相應的平均值)。
根據一個示例性實施方案，公開了一種使用預設置的焊接參數得到具有所需質量的焊接的方法，通過創建推進的焊絲和工件之間的實際焊接參數由執行選定的電弧焊接工藝的電弧焊機產生焊接，所述焊接工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括：(a)向用戶呈現選定的焊接參數的多個集合連同對應於各集合的質量得分，其中，所述質量得分量化之前使用選定的焊接參數的集合得到的焊接的整體質量；(b)從用戶接收關於使用哪個選定的焊接參數的集合來執行焊接工藝的輸入；以及(c)使用對應於輸入的選定的焊接參數的集合來執行焊接工藝。
在一個示例性實施方案中，向用戶呈現與使用選定的焊接參數的各集合執行焊接工藝相關聯的成本。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(d)從用戶接收確認最小合格質量得分的輸入；以及(e)過濾掉與低於最小合格質量得分的相關聯質量得分對應的選定的焊接參數的所有集合。
在一個示例性實施方案中，所述方法還包括：(d)從用戶接收確認合格質量得分範圍的輸入；以及(e)過濾掉與合格焊接質量得分範圍之外的相關聯質量得分對應的選定的焊接參數的所有集合。
在一個示例性實施方案中，一種診斷電弧焊接工藝的方法被公開，所述方法通過創建在推進的焊絲和工件之間的用於創建焊縫的實際焊接參數從而在電弧焊機執行電弧焊接工藝時監控所述電弧焊機。所述焊接工藝受控於所述焊機的電源的命令信號。所述方法包括產生一系列快速重複的波形，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環，以及將所述波形劃分成多個狀態。所述方法進一步包括在所述焊接工藝期間重複的時間段內，以詢問速率測量在一個或更多個所述狀態中出現的多個焊接參數。所述方法還包括基於所述焊接工藝期間對所述焊接參數的所述測量，計算每個所述一個或更多個狀態的多個質量參數。所述方法進一步包括分析所述多個質量參數和所述多個焊接參數中的至少一個，以通過判定所述焊縫的一個或更多個局部的(localized)或連續的(continuous)缺陷的一個或更多個可能的原因來診斷所述電弧焊接工藝。
所述方法可以進一步包括將針對每個時間段計算出的每個所述質量參數的值與對應的預期質量參數值相比較，以判定所述計算出的質量參數值和所述預期質量參數值之差是否超過預定閾值。如果所述差超過所述閾值，所述方法還包括基於所述差，以大小權重確定所述計算出的質量參數值的權重，並且基於其狀態相對於包括所述狀態的所述波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定所述計算出的質量參數值的權重。
在一些實施方案中，針對一個或更多個所述狀態，所述多個焊接參數包括以下中的兩個或更多個：電弧電流、電弧電壓、焊絲送進速度、所述工件的溫度、保護氣體的水平、保護氣體的組成、所述工件附近的風速、所述工件附近的溼度水平以及操作者位置。
在一些實施方案中，針對一個或更多個所述狀態，所述多個焊接參數包括以下中的兩個或更多個：焊炬位置，由所述電弧焊接工藝產生的聲音的水平、由所述電弧焊接工藝產生的至少一種聲音的頻率、由所述電弧焊接工藝產生的聲音的脈動率、由所述電弧焊接工藝產生的可見光的水平、由所述電弧焊接工藝產生的至少一種可見光的頻率、由所述電弧焊接工藝產生的可見光的脈動率、由所述電弧焊接工藝產生的紅外光的水平、由所述電弧焊接工藝產生的至少一種紅外光的頻率、由所述電弧焊接工藝產生的紅外光的脈動率以及焊絲送進馬達電流水平。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括以下中的兩個或更多個：質量計數平均值(qca)、質量計數標準差(qcsd)、質量電壓平均值(qva)、質量電壓標準差(qvsd)、質量電流平均值(qia)、質量電流標準差(qisd)、質量電壓方差平均值(qvva)、質量電壓方差標準差(qvvsd)、質量電流方差平均值(qiva)以及質量電流方差標準差(qivsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量焊絲送進速度平均值(qwa)、質量焊絲送進速度標準差(qwsd)、質量焊絲送進速度方差平均值(qwva)以及質量焊絲送進速度方差標準差(qwvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量聲音水平平均值(qsla)、質量聲音水平標準差(qslsd)、質量聲音水平方差平均值(qslva)以及質量聲音水平方差標準差(qslvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量聲音頻率平均值(qsfa)、質量聲音頻率標準差(qsfsd)、質量聲音頻率方差平均值(qsfva)以及質量聲音頻率方差標準差(qsfvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量聲音脈動率平均值(qspra)、質量聲音脈動率標準差(qsprsd)、質量聲音脈動率方差平均值(qsprva)以及質量聲音脈動率方差標準差(qsprvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量可見光水平平均值(qvlla)、質量可見光水平標準差(qvllsd)、質量可見光水平方差平均值(qvllva)以及質量可見光水平方差標準差(qvllvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量可見光頻率平均值(qvlfa)、質量可見光頻率標準差(qvlfsd)、質量可見光頻率方差平均值(qvlfva)以及質量可見光頻率方差標準差(qvlfvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量可見光脈動率平均值(qvlpra)、質量可見光脈動率標準差(qvlprsd)、質量可見光脈動率方差平均值(qvlprva)以及質量可見光脈動率方差標準差(qvlprvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量紅外光水平平均值(qirlla)、質量紅外光水平標準差(qirllsd)、質量紅外光水平方差平均值(qirllva)以及質量紅外光水平方差標準差(qirllvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量紅外光頻率平均值(qirlfa)、質量紅外光頻率標準差(qirlfsd)、質量紅外光頻率方差平均值(qirlfva)以及質量紅外光頻率方差標準差(qirlfvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量紅外光脈動率平均值(qirlpra)、質量紅外光脈動率標準差(qirlprsd)、質量紅外光脈動率方差平均值(qirlprva)以及質量紅外光脈動率方差標準差(qirlprvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量焊絲送進馬達電流平均值(qwfmia)、質量焊絲送進馬達電流標準差(qwfmisd)、質量焊絲送進馬達電流方差平均值(qwfmiva)以及質量焊絲送進馬達電流方差標準差(qwfmivsd)。
在一些實施方案中，所述一個或更多個缺陷包括以下中的一個或更多個：所述焊縫中的氣體夾雜(多孔、吹孔、管孔)、所述工件的燒穿、進入所述工件的熔深不足、飛濺、未被填充完的接頭、咬邊、所述焊縫的裂化、所述焊縫中的空隙以及熔合不足。
在一些實施方案中，所述一個或更多個可能的原因包括以下中的一個或更多個：保護氣體不足、導電嘴到工件距離短、導電嘴到工件距離長、被阻塞的噴嘴、工件表面汙染、行進速度太慢、行進速度太快、焊絲送進速度太慢、焊絲送進速度太快、所述工件或焊條中的硫含量、來自所述焊條和工件的過多水分以及太小的焊條角度。
在一個示例性實施方案中，一種用於診斷電弧焊接工藝的系統被公開，所述系統通過創建在推進的焊絲和工件之間的用於創建焊縫的實際焊接參數從而在電弧焊機執行電弧焊接工藝時監控所述電弧焊機。所述焊接工藝由一系列快速重複的波形來限定，所述一系列快速重複的波形受控於所述焊機的電源的命令信號。所述系統包括邏輯狀態控制器，所述邏輯狀態控制器用於將所述波形分段成一系列時間分段狀態，以及用於選擇特定波形狀態的電路。系統進一步包括監控裝置，所述監控裝置用於監控在所述焊接工藝期間重複的時間段內，以詢問速率測量在一個或更多個所述狀態中出現的多個焊接參數，以獲得針對所述多個焊接參數設置的數據。所述系統還包括用於基於所述被監控的多個焊接參數計算針對每個所述狀態的多個質量參數的電路。所述系統進一步包括診斷邏輯電路，所述診斷邏輯電路用於分析所述多個質量參數和所述多個焊接參數中的至少一個，以通過判定所述焊縫的一個或更多個局部的或連續的缺陷的一個或更多個可能的原因來診斷所述電弧焊接工藝。
所述系統可以進一步包括用於將針對每個時間段計算出的每個所述質量參數的值與對應的預期質量參數值相比較以判定所述計算出的質量參數值和所述預期質量參數值之差是否超過預定閾值的電路。所述系統還可以包括用於如果所述差超過所述閾值則基於所述差以大小權重確定所述計算出的質量參數值的權重並且基於其狀態相對於包括所述狀態的所述波形的時間貢獻以時間貢獻權重確定所述計算出的質量參數值的權重的電路。
在一些實施方案中，針對一個或更多個所述狀態，所述多個焊接參數包括以下中的兩個或更多個：電弧電流、電弧電壓、焊絲送進速度、所述工件的溫度、保護氣體的水平、保護氣體的組成、所述工件附近的風速、所述工件附近的溼度水平以及操作者位置；和/或其中針對一個或更多個所述狀態，所述多個焊接參數包括以下中的兩個或更多個：焊炬位置，由所述焊接工藝產生的聲音的水平、由電弧焊接工藝產生的聲音的頻率、由所述電弧焊接工藝產生的聲音的脈動率、由所述電弧焊接工藝產生的可見光的水平、由所述電弧焊接工藝產生的可見光的頻率、由所述電弧焊接工藝產生的可見光的脈動率、由所述電弧焊接工藝產生的紅外光的水平、由所述電弧焊接工藝產生的紅外光的頻率、由所述電弧焊接工藝產生的紅外光的脈動率以及焊絲送進馬達電流水平；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括以下中的兩個或更多個：質量計數平均值(qca)、質量計數標準差(qcsd)、質量電壓平均值(qva)、質量電壓標準差(qvsd)、質量電流平均值(qia)、質量電流標準差(qisd)、質量電壓方差平均值(qvva)、質量電壓方差標準差(qvvsd)、質量電流方差平均值(qiva)以及質量電流方差標準差(qivsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量焊絲送進速度平均值(qwa)、質量焊絲送進速度標準差(qwsd)、質量焊絲送進速度方差平均值(qwva)以及質量焊絲送進速度方差標準差(qwvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量聲音水平平均值(qsla)、質量聲音水平標準差(qslsd)、質量聲音水平方差平均值(qslva)以及質量聲音水平方差標準差(qslvsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量聲音頻率平均值(qsfa)、質量聲音頻率標準差(qsfsd)、質量聲音頻率方差平均值(qsfva)以及質量聲音頻率方差標準差(qsfvsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量聲音脈動率平均值(qspra)、質量聲音脈動率標準差(qsprsd)、質量聲音脈動率方差平均值(qsprva)以及質量聲音脈動率方差標準差(qsprvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量可見光水平平均值(qvlla)、質量可見光水平標準差(qvllsd)、質量可見光水平方差平均值(qvllva)以及質量可見光水平方差標準差(qvllvsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量可見光頻率平均值(qvlfa)、質量可見光頻率標準差(qvlfsd)、質量可見光頻率方差平均值(qvlfva)以及質量可見光頻率方差標準差(qvlfvsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量可見光脈動率平均值(qvlpra)、質量可見光脈動率標準差(qvlprsd)、質量可見光脈動率方差平均值(qvlprva)以及質量可見光脈動率方差標準差(qvlprvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量紅外光水平平均值(qirlla)、質量紅外光水平標準差(qirllsd)、質量紅外光水平方差平均值(qirllva)以及質量紅外光水平方差標準差(qirllvsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量紅外光頻率平均值(qirlfa)、質量紅外光頻率標準差(qirlfsd)、質量紅外光頻率方差平均值(qirlfva)以及質量紅外光頻率方差標準差(qirlfvsd)；和/或其中針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量紅外光脈動率平均值(qirlpra)、質量紅外光脈動率標準差(qirlprsd)、質量紅外光脈動率方差平均值(qirlprva)以及質量紅外光脈動率方差標準差(qirlprvsd)。
在一些實施方案中，針對在所述時間段內的一個或更多個所述狀態，所述多個質量參數包括：質量焊絲送進馬達電流平均值(qwfmia)、質量焊絲送進馬達電流標準差(qwfmisd)、質量焊絲送進馬達電流方差平均值(qwfmiva)以及質量焊絲送進馬達電流方差標準差(qwfmivsd)。
在一些實施方案中，所述一個或更多個缺陷包括以下中的一個或更多個：所述焊縫中的氣體夾雜、所述工件的燒穿、進入所述工件的熔深不足、飛濺、未被填充完的接頭、咬邊、所述焊縫的裂化、所述焊縫中的空隙以及熔合不足。
在一些實施方案中，所述一個或更多個可能的原因包括以下中的一個或更多個：保護氣體不足、導電嘴到工件距離短、導電嘴到工件距離長、被阻塞的噴嘴、工件表面汙染、行進速度太慢、行進速度太快、焊絲送進速度太慢、焊絲送進速度太快、所述工件或焊條中的硫含量、來自所述焊條和工件的過多水分以及太小的焊條角度。
根據以下對示例性實施方案的詳細說明、權利要求書以及附圖，總體發明構思的多個方面以及其他實施方案將容易變得清楚。
附圖說明
以下，參照附圖，以舉例的方式更詳細地描述總體發明構思及其實施方案和優點，在附圖中：
圖1是圖示說明根據一個示例性實施方案的電弧焊機的監控器的組合框圖和計算機流程圖或程序；
圖2是來自波形發生器的電流命令曲線圖，該曲線圖示出根據一個示例性實施方案的被劃分成具有固定持續時間和可變持續時間這二者的時間段或狀態的命令波形；
圖3是根據一個示例性實施方案的電弧電流的實際命令信號與以虛線添加的實際電弧電流參數的電流曲線圖；
圖4是根據一個示例性實施方案的用於監控焊機的內部信號而不是如圖2和圖3所圖示說明的焊接參數的本發明的一個方面的框圖；
圖5是圖示說明如在圖4所示的示例性實施方案中經歷的波形、焊絲送進器命令信號和實際焊絲送進器命令信號的時基曲線圖；
圖6是圖示說明根據一個示例性實施方案的水平監控特徵的參數曲線的一部分；
圖7是圖示說明根據一個示例性實施方案的在圖2和圖3所示波形的所選狀態期間的穩定性處理的框圖和計算機流程圖或程序；
圖8是用於處理來自圖1所示的示例性實施方案的水平監控階段的信息的框圖和計算機流程圖或程序；
圖9是圖示說明根據一個示例性實施方案的加權取樣的焊接數據參數的加權方法的流程圖；
圖10是根據一個示例性實施方案的概念性生產線的示圖；
圖11是圖示說明根據一個示例性實施方案的指導方法的流程圖；
圖12是圖示說明根據一個示例性實施方案的用於監控學生的系統的框圖。
圖13是圖示說明根據一個示例性實施方案的監控學生的方法的流程圖。
圖14a和圖14b是示出根據一個示例性實施方案的用於焊接工藝的成本分析中的示例性數據的表格；
圖15是示出根據一個示例性實施方案的與焊接條件、焊機和焊接工藝相關聯的預設數據的表格；
圖16圖示說明用於診斷電弧焊接工藝的系統的實施方案的示意框圖；以及
圖17是使用圖16的系統診斷電弧焊接工藝的方法的流程圖，所述方法通過創建在推進的焊絲和工件之間的用於創建焊縫的實際焊接參數從而在電弧焊機執行電弧焊接工藝時監控電弧焊機。
具體實施方式
雖然總體發明構思容許存在許多不同形式的實施方案，但是這些構思在附圖中示出並且本文中將在其具體實施方案中對其進行描述，此時要理解本公開將只被視為總體發明構思的原理的舉例。因此，總體發明構思不旨在限於本文所圖示說明的具體實施方案。此外，美國專利no.5,278,390和no.6,441,342的公開內容以引用方式全文併入本文，因為這些公開內容可以提供有助於更好理解總體發明構思的具體方面和/或進步的背景。
以下是整個公開內容中使用的示例性術語的定義。所有術語的單數形式和複數形式都落入各含義內：
如本文中使用的與「電路」同義的「邏輯」包括(但不限於)用於執行功能(一種或多種)或動作(一個或多個)的硬體、固件、軟體和/或其組合。例如，基於所需的應用或需要，邏輯可以包括受軟體控制的微處理器、離散邏輯(如，專用集成電路(asic))或其他可編程邏輯器件。在一些情形下，邏輯還可以被完全實施為軟體。
如本文中使用的「軟體」或「電腦程式」包括(但不限於)一個或更多個計算機可讀和/或可執行指令，這些指令致使計算機或其他電子裝置以所需方式執行功能、動作和/或行為。這些指令可以實現為各種形式，如，包括得自動態連結庫的單獨應用程式或代碼的子程序、算法、模塊或程序。軟體還可以實現為各種形式，如，獨立程序、函數調用、小服務程序(servlet)、小應用程式(applet)、儲存在存儲器、作業系統的一部分中的指令或其他類型的可執行指令。本領域的普通技術人員將會理解，軟體的形式取決於(例如)對所需應用的要求、對軟體的運行環境的要求和/或設計者/編程者的需要等。
如本文中使用的「計算機」或「處理單元」包括(但不限於)任何可以儲存、取回(retrieve)和處理數據的經編程或可編程電子裝置。
現在，參照附圖，這些附圖圖示說明總體發明構思的各種示例性實施方案和採用該總體發明構思的應用，圖1示出電弧焊機10中的標準機載計算機實現的框圖和流程圖或程序。例如，焊機10可以是lincolnelectric公司(克利夫蘭市，俄亥俄洲)銷售的基於逆變器(inverter)的電弧焊機powerwave。根據標準技術，焊機10包括將電流導向電源12的三相電輸入l1、l2、l3。機載用計算機操作的控制器操作基於逆變器的電源，以在端子14創建正電勢並且在端子16創建負電勢。
通過將之前確定的選定波形導向實際焊接電路來執行選定的電弧焊接工藝，該實際焊接電路被示出具有標準的平滑電感器18。焊機10對自捲筒22推進的焊絲20執行電弧焊接工藝，該捲筒22由送進器24以所需速率驅動，該送進器24以馬達26的速度運行。電弧的熱量熔融焊絲20和工件30，以將得自焊絲的熔融金屬沉積到工件上。為了監控焊接工藝的實際參數，分流器32(監控裝置)在線路34a上提供來自塊34的輸出信號ia。該信號代表任何給定時間的實際電弧電流。以類似的方式，用塊36(監控裝置)感測焊絲20和工件30之間的電壓，所以線路36a上的輸出va是構成第二焊接參數的瞬時電弧電壓。圖1所圖示說明的焊接參數是實際電弧電流ia和實際電弧電壓va。
受控來實踐本發明的另一個參數是絲送進速度(wfs)，該速度是由馬達26的轉動造成的。因此，如稍後所說明的，焊接工藝的三個外部可讀焊接參數是線路34a中的電弧電流ia、線路36a中的電弧電壓va和線路46b中可讀的焊絲送進速度wfs。由轉速計或編碼器46c(監控裝置)讀取線路46b中的wfs，該轉速計或編碼器46c連接於送進器齒輪箱的驅動輥24或者可供選擇地連接到焊絲所附接的被動輪上。在圖1中，示出由送進輥驅動轉速計。例如，還可以由馬達26的輸出軸驅動轉速計。
powerwave電弧焊機包括用於創建一系列快速重複波形的波形發生器，每個波形(例如，單序列的電壓/電流波形)構成具有一循環時間的焊接循環。在焊接工藝期間重複這些焊接循環，以限定焊接時間。在授予blankenship的美國專利no.5,278,390中示出powerwave焊機10的一個實施方案，其中，焊機通過命令線路42控制電源12要輸出的各個波形並且通過命令線路44控制馬達26的速度。命令線路44具有被馬達26的焊絲驅動控制項46上的微處理器識別的信號，以在線路46a中輸出馬達電壓驅動pwm脈衝。實際上，線路44上的信息是數字的並且線路46a上的命令信號是模擬的。波形發生器40在線路42、44中創建數位訊號，以控制焊機10要執行的所需焊接工藝。可以由適合的監控裝置讀取外部參數ia、va和wfs。
波形發生器40將每個輸出波形劃分成或分段成一系列的時間分段部分或狀態。在一個示例性實施方案中，監控器m是加載到焊機10的計算機中的程序，(除了別的目的之外)，其用於讀取波形的一個選定的段期間的參數。在不脫離總體發明構思的精神和範圍的情況下，可以使用軟體、硬體及其組合實現監控器m。由波形發生器40確定波形正受監控的部分。事實上，監控器m監控發生器40輸出的波形的各種時間段或狀態。實際上，波形發生器40選擇形成波形的多個時間段並且將各種狀態輸出到命令接口70。因此，命令接口70致使測量發生器輸出的各波形的選定的時間段期間的參數。命令接口70上的信息或數據包括正受監控的一個或多個狀態以及各種參數ia、va和/或wfs的特定值或水平。
監控器m的接口70包含識別正處理的特定狀態的數據連同正讀取的焊接參數的值。水平階段81分析接口70中的數據，以基於水平確定參數的關係。將實際參數與得自發生器40的波形的選定狀態期間練習或測得的參數進行比較。在波形的特定段或狀態期間，水平監控階段81讀取線路34a、36a和46b中的實際參數。將這些實際參數的瞬時值儲存在內部存儲器(認定為報告邏輯82)中。如振蕩器84所表示的，快速進行實際參數的讀數。在一個示例性實施方案中，以脈衝焊接的120khz的速率進行實際參數的讀數。可以調節該速率；然而，速率越高，水平測量的敏感度越高。水平監控81還確定實際焊接參數與最小水平或最大水平的偏差。以此方式，不僅可以儲存實際值，還儲存代表給定狀態的參數的實際讀數與最小水平或最大水平相比的偏差的數據。報告存儲器或邏輯82在波形的給定狀態期間記錄與設定水平的偏差以及在波形的選定狀態期間的實際水平。對於整個焊接循環，對這些讀數進行累計、計數或者說是處理，以確定焊接質量和任何趨向於焊接缺陷的趨勢。
在一個示例性實施方案中，基於多個標準確定這些讀數(例如，周期性累計的讀數集合)的權重。例如，可以每250ms累計讀數。在一個示例性實施方案中，確定集合的權重是基於其與預期值(例如，預定閾值、平均值)偏差的大小和其時間段相對於對應波形的時間貢獻。例如，可以在水平監控階段81或任何類似或相關的數據處理階段中實現這樣的加權方法(例如，圖9中示出並在以下描述的加權方法900)。
穩定性監控階段91以振蕩器94確定的快速速率讀取線路34a、36a和46b上的實際焊接參數。在一個示例性實施方案中，以脈衝焊接的120khz的速率進行實際參數的讀數。穩定性監控階段91分析正輸出的波形的狀態期間實際焊接參數的標準偏差或絕對偏差。報告存儲器或邏輯92記錄波形的給定狀態期間的該偏差以及波形的選定階段期間的實際值。對於整個焊接循環，對這些讀數進行累計、計數或者說是處理，以確定焊接質量和任何趨向於焊接缺陷的趨勢。
在一個示例性實施方案中，基於多個標準確定這些讀數(例如，周期性累計的讀數集合)的權重。例如，可以每250ms累計讀數。在一個示例性實施方案中，確定集合的權重是基於其與預期值(例如，預定閾值、平均值)偏差的大小和其時間段相對於對應波形的時間貢獻。例如，可以在穩定性監控階段91或任何類似或相關的數據處理階段中實現這樣的加權方法(例如，圖9中示出並在以下描述的加權方法900)。
當使用監控階段81或監控階段91時，會略過(skip)幾個波形。在一個示例性實施方案中，在起始序列之後，監控所有波形，以分析波形的各種選定狀態期間的實際焊接參數。監控焊接工藝中給定波形的多個狀態，並且單獨針對各狀態記錄結果，以供分析水平一致性、趨勢和穩定性。當測量穩定性時，在監控器m中使用標準差算法，以評價ia、va和/或wfs。該信息可用於分析形成具有給定循環時間的整個焊接循環的波形的各種段中的每個段。實際上，監控某些狀態(如，脈衝波形期間的峰值電流)，以確定脈衝焊接工藝的穩定性和水平偏差。在stt焊接工藝中，監控器m記錄每個波形的短路時間，因為這些段根據焊接工藝的外部條件及時變化。短路時間的變化通知焊接工程師來實現調節。
如圖2和圖3中所示，標準的波形發生器40產生的一系列快速重複波形被劃分成時間狀態。輸出電流命令波形是具有峰值電流102和本底電流104的脈衝波形100，峰值電流102具有圖3所示的時間段a的固定持續時間，本底電流104具有圖3所示的時間段b的可變持續時間。波形在時刻t1-t4被劃分成時間段，使得命令接口70接收在任何給定時間發生器40正處理的特定狀態。如圖3中通過虛線110所示，得自圖1中的分流器33的實際電弧電流偏離波形100的命令電流信號。
在選定的功能狀態(如，狀態a或狀態b)期間，以振蕩器84或振蕩器94確定的速率讀取實際電弧電流ia。實際上，這是單個軟體振蕩器。水平監控階段81記錄實際參數110和波形100的命令水平之間沿著坐標方向的偏差。在選定的狀態期間，穩定性監控階段91讀取實際參數的統計標準差。通常，監控脈衝焊接過程的狀態a和b。然而，可以監控t1-t2之間的上升狀態和/或t3-t4期間的下降狀態，以控制或至少讀取波形的這些狀態期間的實際參數的活動。如圖所圖示說明的，本底時間段b具有可變時間，如用時刻t1的可變時間位置示出的。因此，正受監控的狀態可以具有固定的持續時間或可變持續時間。當處於可變持續時間時，監控該狀態，直到持續時間結束。報告邏輯82感測其作為從一個時刻(即，t4)到隨後時刻(即，t1)的水平。當時刻t1相對於時刻t4變化時，將每個波形的該時間記錄為與已知時間相比的水平，通過選擇發生器40的焊接模式從接口70得到所述已知時間。
監控器m監控波形的特定選定狀態期間的實際焊接參數；然而，監控器還進行編程，以操作計算機來確定內部信號(如，線路46a上對馬達26的實際輸入)的穩定性和/或水平特性。利用圖5所示的信號，在圖4所示的流程圖中闡明了對線路46a上信號的這樣的內部監控。
焊絲送進器中的微處理器包括子程序，該子程序是類似於誤差放大器的pid比較網絡。在圖4中，將該pid比較器示意性地圖示說明為塊152，其具有第一輸入46b(即，焊絲送進速度wfs)和線路44上的命令信號。由轉速計或編碼器讀取線路46b上的實際wfs，以讀取wfs，該轉速計或編碼器連接於送進器齒輪箱的驅動輥24或者可供選擇地連接到焊絲所附接的被動輪上。pid的輸出156是脈寬調製器158的輸入端的電壓電平，其在送進器的微處理器中被數位化。脈寬調製器的輸出是線路46上針對馬達26的命令信號，用於控制送進器24的焊絲送進速度。
根據一個示例性實施方案，監控器m包括如圖4中示意性地圖示說明的處理程序，其中，由處理塊160讀取線路156上的信號並且讀取結果在線路162上輸出到如之前相對於圖1所示實施方案所討論的水平監控階段81和/或穩定性監控階段91的輸入。因此，快速(超過1khz)讀取線路156上的內部信號，以檢查該內部信號的水平和/或該信號的穩定性。
如圖5中所圖示說明的，脈衝焊接的波形100延伸成為得自發生器40的波形的繼續。至於焊絲送進速度，線路44上得自發生器40的命令信號採用圖5所示的形式。其包括起始上升部分170和最後下降部分172。這兩部分造成線路44上的命令信號驟升或驟降。在線路44上信號的這些異常命令部分之間，存在一般水平的焊絲送進速度命令，採用該命令來測試線路156上的該內部信號的穩定性和/或水平偏差。在圖5中，一直保持焊絲加速部分170，直到速度被穩定化。也監控該時間。可以使用與圖4和圖5中所示的相同的構思來監控其他內部信號。水平監控階段判定線路156上的信號是否長時間超過最小值或最大值。對於焊絲送進器而言，這通常表示送進器系統中出現堵塞。
圖6示出水平監控階段的構思，其中，閾值180是最大參數水平並且閾值182是最小參數水平。當被圖示說明為電弧電流的參數超過閾值180(如瞬態184所表示的)時，記錄過電流事件。以類似方式，當電流小於最小水平182(如瞬態186所表示的)時，記錄低電流事件。另外，可以基於多個標準確定這些事件的權重。在一個示例性實施方案中，確定每個事件的權重是基於其偏離預期值(例如，預定閾值、平均值)的大小和其時間段相對於對應波形的時間貢獻。例如，可以在水平監控階段81、穩定性監控階段91或任何類似或相關的數據處理階段中實現這樣的加權方法(例如，圖9中示出並在以下描述的加權方法900)。
周期性對加權事件進行計數或者說是累計，以提供如圖1所示的水平監控階段81的輸出。例如，可以每250ms累計加權事件。因此，水平監控階段81檢測高於預設閾值的偏差值184和低於預設水平的偏差值186。在接口70中，通過特定狀態設置這些水平。波形的這些狀態採用具有閾值的水平監控階段81，並且同一波形的其他狀態可以使用穩定性監控階段91。優選地，並且實際上，這兩個監控階段都用於監控器m正詢問的波形的選定的一個或多個狀態。
如根據圖4和圖5中的公開內容所說明的，圖1中示出的實施方案監控得自發生器40的波形的選定狀態期間或整個焊接期間內部控制信號的實際參數的水平和/或穩定性。如之前說明的，圖1中的監控器m提供了用於分析工作時間段內焊機的焊接循環或整個操作的加權數據。在已確定並儲存數據之後，使用各種分析程序來處理數據。根據一個示例性實施方案，通過如圖7中所示的兩個程序來分析得自監控階段91的加權穩定性數據。本領域的技術人員能夠用各種電腦程式分析穩定性數據，以記錄、顯示並處理幹擾或評價。
如圖7中所示，分析程序200使用監控器m的監控階段91的結果(即，加權穩定性值)。作為實施例，在監控時刻t2-t3之間的時間狀態(即，如圖2和圖3所示波形的電流峰值部分)期間，運行程序200。示出分析程序200為計算機流程，該流程示出用於分析峰值電流狀態期間穩定性階段91的結果的兩個系統，在該峰值電流狀態中，計算線路34a中的實際電流的統計標準差。實際上，在監控階段91計算得到偏差之前，稍有延遲。在狀態t2-t3期間讀取ia但在其他情況下忽略ia的取樣選擇特徵件被圖示說明為取樣選擇器或濾波器90a。併入濾波器90a中的時間段t2-t3開始時的這種程序延遲使得監控器能忽略電流中的波動，這些波動是在輸出波形的各種階段中的每個水平變化期間經歷的。
在圖7所示的經編程流程中，由示出為塊210的電腦程式讀取得自監控階段91的穩定性輸出，如在時刻t3時確定的每個波形末尾處的線路210a上的邏輯所指示地預設該塊210。因此，由塊210捕獲(capture)每個波形的穩定性。根據兩個單獨的分析程序來處理這一捕獲的穩定性數據。
第一程序包括超過分析子程序(passanalysisroutine)212。如果給定波形的穩定性超過塊212中設置的所需閾值，則在線路214上輸出該信息。如果特定波形的穩定性低於所需閾值，則在線路216中出現邏輯信號。在每個焊接循環期間，由線路224上的邏輯啟動計數器220、222。因此，在計數器220或計數器222中，對焊接循環期間每個波形的穩定性超過信號進行計數。當然，忽略每個狀態t2-t3的第一部分，以使得ia穩定。如讀取塊220a、222a分別表示的，讀取、儲存或者說是保持這兩個計數器的結果。在一個示例性實施方案中，如果計數器階段222累計的不穩定性超過預期數目，則如塊226所表示的，拒絕接受該焊接循環。
圖7所示的電腦程式200的第二分析實現方式被圖示說明為塊230。這是在焊接循環期間啟動的程序。將所有波形期間累計的焊接循環的總不穩定性分析作為總數，其中，100是最穩定的電弧。如塊236所表示的，讀取、儲存或者說是保持這種穩定性累計器和分析階段的輸出。如果讀取階段234低於設定的穩定性，則如塊238所表示的，拒絕接受該焊接循環。本領域的技術人員可以設計其他程序來分析得自穩定性階段91的監控器m的結果。電腦程式200表現出用於分析所得到的加權穩定性數據的兩種實現方式。根據監控器被構造用於檢測的電弧穩定性的性質或焊接質量問題，可以選擇性地啟動這兩種實現方式(啟動一種方式或另一種方式或同時啟動這兩種方式)。有利的是，只讀取波形的選定狀態中的穩定性，因為可變脈衝內的穩定性是不可得的。
根據另一個示例性實施方案，圖8中示出用於分析監控器m的水平監控階段81的結果(即，加權讀取值)的電腦程式。在該圖示說明的實施方案中，水平分析(levelanalysis)程序250以兩個單獨的子程序來處理來自監控水平階段81的輸出，這兩個單獨的子程序被確定為利用濾波器80c的最小監控階段81a和利用濾波器80d的最大監控階段81b。可以單獨使用這些階段中的任一個，或者實際上，組合這些階段。子部分81a涉及確定圖6所示的轉換186，即，實際參數低於閾值最小值182的事件。當程序步驟252選擇階段81a時，使用得自發生器40的線路202a上的最小水平。如所表示的，塊254對每個焊接循環的這些事件進行計數。由線路254a上的邏輯在焊接循環期間啟動計數器。計數器254針對的是焊接循環中使用的波形的總數。如線路258所表示的，通過對來自發生器40的輸出的時刻t3的出現進行計數，得到波形的數目。如之前所表示的，通常忽略狀態的第一部分，以去除任何特定狀態開始時的異常不一致。塊260是電腦程式流程子程序，用於將得自監控階段81a的累計最小事件186除以得自計數器256的數n。這樣提供了焊接循環期間最小轉換的平均值，該平均值被提供到子程序262。如塊262a所表示的，讀取、儲存或者說是輸出平均最小轉換。如果該平均值高於由波形發生器或程序步驟264提供的特定閾值數，則程序子程序266判定焊接循環是不合格的。如果是合格的，則不採取行動。然而，如果合格子程序266判定該平均值只是接近數264，則由塊266a提供警報信號。總的不合格性通過子程序266b提供一焊接拒絕接受信號。本領域的技術人員可以設想到用其他電腦程式來實施對實際參數的最小電流偏差或轉換的分析(當該分析涉及設定閾值時)。
在圖8中，最大監控階段81b結合最小階段81a來操作。最大水平處於源自發生器40的線路202b上，並且當程序270選擇階段81b時使用該最大水平。類似的數據信息和編程保持相同的數量。計數器272對狀態t2-t3期間的事件184的數量進行計數。子程序280提供在焊接循環過程中形成的各種波形期間事件184的平均值。如塊282a所表示的，讀取、儲存或者說是使用塊282中的該平均值。在塊286中，處理合格子程序，其中，將發生器40輸出的由塊284表示的或者說由電腦程式實現的數目與得自塊282的平均值進行比較，以當平均值接近由塊284表示的設定數目時，如塊286a表示的，提供警報信號。如塊286所指示的，如果達到這個數目，則執行拒絕接受子程序。
實際上，一起實現階段81a和階段81b，並且通過讀取的合格數目分析得自塊262和282的這兩個轉換的平均值，以發出警報和/或拒絕接受一給定焊接循環。因此，實際上，分析最小水平偏差、分析最大水平偏差並且分析總水平偏差。如圖8中示意性圖示說明的，由電腦程式實現所有這些分析。水平階段81a、81b輸出利用報告邏輯82(如所討論地)儲存和/或顯示的水平條件。如本文所討論的，可以確定水平階段81a、81b輸出的水平條件的加權。
鑑於以上內容，使用大小和時間貢獻權重能夠更精確地測量參數穩定性進而測量整體焊接質量。以此方式，可以計算理解數值或得分的容易度，以量化焊接的整體質量。在一個示例性實施方案中，基於受監控的焊接條件或參數(如，圖1所示的示例性實施方案監控的那些條件或參數)，計算焊接的0-100間或0％-100％的焊接得分。例如，可以在水平監控階段81、穩定性監控階段91或任何類似或相關的數據處理階段中實現這樣的加權方法(例如，圖9中示出並在以下描述的加權方法900)。
在圖9中示出根據一個示例性實施方案的加權方法900。例如，可以在監控器m中實現加權方法。在加權方法90的初始步驟902中，焊接循環的波形被劃分成一系列時間分段部分或狀態。然後，在步驟904中，以給定速率，對與至少一個狀態對應的焊接參數(例如，電壓、電流強度)進行取樣。在一個示例性實施方案中，取樣速率大於或等於120khz。在一個示例性實施方案中，可以使用取樣速率來產生中斷服務程序(isr)處理的中斷。
使用取樣的焊接參數來計算焊接數據。在示例性的加權方法900中，焊接數據包括執行計數、電壓和、電壓平方和、電流強度和以及電流強度平方和。執行計數開始於0並且每個取樣周期(例如，每120khz)增加1。電壓和與電流強度和開始於0並且每個取樣周期分別增加取樣電壓和取樣電流強度。類似地，電壓平方和與電流強度平方和開始於0並且每個取樣周期分別增加取樣電壓的平方與取樣電流強度的平方。
在預定的取樣周期之後，在步驟906中，傳遞取樣焊接數據，以供進一步處理(如下所述的)，焊接數據值被重置為0並且重複取樣處理(即，步驟904)。在一個示例性實施方案中，取樣周期是250ms。取樣焊接數據的每個集合形成分析數據包。在對分析數據包進行進一步處理(例如，每250ms)之後，可得到表徵對應狀態的當前焊接質量等級的額外焊接數據。可以對該額外焊接數據進行繪圖和/或求平均。焊接長度(即，焊接循環)內這些等級的平均值為焊接提供了整體質量指示。
通過針對每個取樣狀態對步驟906中出現的每個分析數據包的焊接數據進行進一步處理，導致計算出額外焊接數據。額外焊接數據包括執行計數、電壓平均值、電壓均方根(rms)、電壓方差、電流強度平均值、電流強度rms以及電流強度方差。從焊接數據的執行計數的值複製額外焊接數據的執行計數的值。電壓平均值被計算為電壓和(得自焊接數據)除以執行計數。電壓rms被計算為通過將電壓平方和(得自焊接數據)除以執行計數得到的商的平方根。電壓方差被計算為電壓rms減去電壓平均值。電流強度平均值被計算為電流強度和(得自焊接數據)除以執行計數。電流強度rms被計算為通過將電流強度平方和(得自焊接數據)除以執行計數得到的商的平方根。電流強度方差被計算為電流強度rms減去電流強度平均值。
在步驟906之後，隨後的處理取決於當前焊接是用於確定焊接質量參數的練習焊接(trainingweld)還是要依據這種焊接質量參數評價的正常焊接。因此，在步驟908中，判定當前焊接是練習焊接還是正常焊接。在一個示例性實施方案中，默認條件是除非另外指示(例如，通過用戶輸入)，否則焊接是正常焊接。
如果在步驟908中判定當前焊接是練習焊接，則對於練習焊接的大部分(例如，20-30秒)而言，保存下面的額外焊接數據值：執行計數、電壓平均值、電壓方差、電流強度平均值以及電流強度方差，而可以忽略其他的焊接數據值和額外焊接數據值。練習焊接的大部分是練習時間段。在一個示例性實施方案中，練習時間段對應於至少80個連續分析數據包(即，取樣時間段)。
此後，在步驟910中，使用練習時間段期間保存的額外焊接數據值來計算焊接質量參數。例如，計算每個取樣狀態的以下焊接質量參數：質量執行計數平均值、質量執行計數標準差、質量電壓平均值、質量電壓標準差、質量電流強度平均值、質量電流強度標準差、質量電壓方差平均值、質量電壓方差標準差、質量電流強度方差平均值以及質量電流強度方差標準差。
質量執行計數平均值被計算為練習時間段期間處理的所有分析數據包的執行計數的平均值。執行計數可以被圓整為整數。質量執行計數標準差被計算為練習時間段期間處理的每個分析數據包的執行計數相對於質量執行計數平均值的標準差。質量電壓平均值被計算為練習時間段期間處理的所有分析數據包的電壓平均值的平均值。質量電壓標準差被計算為練習時間段期間處理的每個分析數據包的電壓平均值相對於質量電壓平均值的標準差。質量電流強度平均值被計算為練習時間段期間處理的所有分析數據包的電流強度平均值的平均值。質量電流強度標準差被計算為練習時間段期間處理的每個分析數據包的電流強度平均值相對於質量電流強度平均值的標準差。質量電壓方差平均值被計算為練習時間段期間處理的所有分析數據包的電壓方差的平均值。質量電壓方差標準差被計算為練習時間段期間處理的每個分析數據包的電壓方差相對於質量電壓方差的標準差。質量電流強度方差平均值被計算為練習時間段期間處理的所有分析數據包的電流強度方差的平均值。質量電流強度方差標準差被計算為練習時間段期間處理的每個分析數據包的電流強度方差相對於質量電流強度方差的標準差。如上所述，基於被確認良好或者說合格的焊接的傳遞時的這些質量參數可以用作對隨後焊接進行測量或者說是定級的基準。
如果在步驟908中確定當前焊接是與練習焊接形成對照的評價焊接(即，要求評價其質量的焊接)，則焊接數據或額外焊接數據都不需要保存。取而代之的是，得到並保存各種質量計算的結果。這些質量計算包括在步驟914中初始檢測各種孤立點的存在。孤立點是數據點或值，其與通過該數據點或值得到的平均值相距超過閾值距離。在一個示例性實施方案中，孤立點是落在距離平均值三個標準差的極限之外的值。
在加權方法900中，在步驟914中找到的孤立點包括執行孤立點、電壓孤立點、電壓方差孤立點、電流強度孤立點以及電流強度方差孤立點。對於每個受監控狀態，評價每個分析數據包，以檢測這些孤立點中的任一個的存在。
如果分析數據包滿足以下關係，則視為執行孤立點：(執行計數-質量執行計數平均值)的絕對值>(3×質量執行計數標準差)。如果分析數據包滿足以下關係，則視為電壓孤立點：(電壓平均值-質量電壓平均值)的絕對值>(3×質量電壓標準差)。如果分析數據包滿足以下關係，則視為電壓方差孤立點：(電壓方差-質量電壓方差平均值)的絕對值>(3×質量電壓方差標準差)。如果分析數據包滿足以下關係，則視為電流強度孤立點：(電流強度平均值-質量電流強度平均值)的絕對值>(3×質量電流強度標準差)。如果分析數據包滿足以下關係，則視為電流強度方差孤立點：(電流強度方差-質量電流強度方差平均值)的絕對值>(3×質量電流強度方差標準差)。
在檢測這些孤立點之後，使用每個孤立點的兩步加權求和(即，在步驟916和918中)來計算對應分析數據包的質量指示。
通過每個孤立點相對於三標準差極限的大小確定為該孤立點確定權重的第一步驟(即，步驟916)。通常，接近0.3％的數據點或值會落到三標準差極限之外，進而被視為孤立點。當孤立點的值增大至超過三標準差的極限時，該孤立點的權重增加。在四標準差下孤立點的滿權重為100％並且在五標準差下孤立點的最大權重為200％。通常，在正常數據集合中出現滿(即，100％)權重的孤立點的可能性是15,787中有1個。
因此，在步驟916中，根據這樣的方法來確定每個孤立點的權重。要應用於每個執行孤立點的權重被計算為(超過三標準差極限的量/質量執行計數標準差)的絕對值，並且最大權重值為2.0。要應用於每個電壓孤立點的權重被計算為(超過三標準差極限的量/質量電壓標準差)的絕對值，並且最大權重值為2.0。要應用於每個電壓方差孤立點的權重被計算為(超過三標準差極限的量/質量電壓方差標準差)的絕對值，並且最大權重值為2.0。要應用於每個電流強度孤立點的權重被計算為(超過三標準差極限的量/質量電流強度標準差)的絕對值，並且最大權重值為2.0。要應用於每個電流強度方差孤立點的權重被計算為(超過三標準差極限的量/質量電流強度方差標準差)的絕對值，並且最大權重值為2.0。
通過每個孤立點狀態的執行計數確定為該孤立點確定權重的第二步驟(即，步驟918)。具體來講，將每個孤立點的值乘以該孤立點狀態的執行計數，由此說明該狀態相對於整體波形的時間貢獻。以此方式，具有較大執行計數(即，執行時間)的狀態產生具有相應較大權重的孤立點。因此，隨著特定孤立點的執行時間增加，該孤立點的權重也將增大。
步驟916和918中的孤立點的權重產生最終加權孤立點的集合，包括最終加權執行孤立點、最終加權電壓孤立點、最終加權電壓方差孤立點、最終加權電流強度孤立點以及最終加權電流強度方差孤立點。在步驟920中對這些最終加權孤立點進行求和，以產生每個分析數據包的最終加權孤立點和。此後，在步驟922中，每個分析數據包的質量指示的確定被計算為通過將完美質量值減去最終加權孤立點和、再除以完美質量值得到的商。該完美質量值等於分析數據包的執行計數乘以孤立點種類的數量(即，在這種情況下，是5)。
因此，即時質量指示(即，對於當前完整的分析數據包)可以在焊接過程期間被確定並且與焊機通信或者以其他方式被利用。以此方式，當(即)焊接過程期間出現潛在問題時，就能檢測到這些潛在問題，這與只在完成焊接之後進行檢測、有可能太遲以致不能採取任何糾錯動作的情況形成對照。
此外，可以對合計直至焊接過程期間的任一時間點的質量指示平均值求平均，以確定直至該時間點的焊接質量指示。例如，在完成焊接過程之後，可以對所有各個質量指示求平均，以得到整個焊接的整體質量指示、得分、等級、分級等。可以將焊接的整體質量指示與預定質量指示(例如，源自練習焊接)相比較，所述預定質量指示反映了合格焊接的最低質量指示值。
以此方式，可以實時地或近乎實時地，精確、有效、一致和/或自動地確定焊接質量。這是尤其有利的，因為對焊接的目測不是總足以判斷焊接質量並且因為操作者可能不會檢測到或者說意識到焊接過程期間會影響整體焊接質量的偏差或其他問題。
在一些示例性實施方案中，焊接的質量指示(即，焊接得分)是評價在基本相同的條件下並且根據基本相同的電弧焊接工藝(如，在自動(例如，機器人)焊接過程期間)重複形成的焊接的有效工具。通過計算每次焊接的瞬時、周期性和/或整體的焊接得分，自動化質量控制處理可以適於電弧焊接過程。具體來講，根據焊接條件和電弧焊接過程，最開始將最低合格焊接得分或合格焊接得分範圍確定為閾值。此後，將每次焊接(瞬時、周期性和/或整體的)的焊接得分與閾值相比較，以快速並精確地判定應該接受焊接還是拒絕接受焊接。另外，通過評價生產運作或成套運作的焊接得分的趨勢，可以更容易確定生產過程中的問題，和/或可以更容易優化生產過程。
在圖10中示出概念性生產線1000，其中，第一焊接得分s11002、第二焊接得分s21004以及第三焊接得分s31006與包括集成監控器m1016的焊機或焊接工作檯1014分別對第一工件wp11008、第二工件wp21010以及第三工件wp31012執行的焊接相關聯。本領域的普通技術人員將理解，可以對同一工件執行不同的焊接。
然後，將焊接得分與預定合格焊接得分閾值相比較，以判定應該接受還是拒絕接受每次焊接。可以通過焊機/焊接工作檯或者通過單獨裝置或在單獨位置(例如，評價工作檯1018)來進行這個比較。在一個示例性實施方案中，手動執行焊接得分和閾值之間的比較。在一個示例性實施方案中，執行自動化和手動比較。在一個示例性實施方案中，使用焊接得分判定對應焊接的手動檢查是否得到保證。在一個示例性實施方案中，至少部分使用焊接得分確定生產線的整體效率。
在一個示例性實施方案中，沿著生產線1000設置一個或更多個評價工作檯1018，以測量在生產過程的特定階段的焊接。如果評價工作檯1018判定焊接的焊接得分滿足或超過預定合格焊接得分閾值，則評價工作檯1018通過發出接受焊接命令1020來接受焊接。響應於接受焊接命令1020，允許包括合格焊接的工件沿著生產線1000繼續前進，以進行進一步處理。
相反，如果評價工作檯1018判定焊接的焊接得分降為低於預定合格焊接得分閾值，則評價工作檯1018通過發出拒絕接受焊接命令1022來拒絕接受焊接。響應於拒絕接受焊接命令1022，包括不合格焊接的工件離開生產線1000或者說從生產線1000被移除(例如，手動移除)。此後，具有被拒絕接受的焊接的工件可以經受進一步處理，例如，改造或者以其他方式修復被拒絕接受的焊接或者完全回收該工件。
在一個示例性實施方案中，登記或者說儲存每個接受焊接命令1020和/或拒絕接受焊接命令1022，以供隨後查閱和分析。以此方式，可以更容易確定關於焊接處理和/或生產過程的趨勢，進而，這樣可以使得更易於提高利用焊接過程的生產線的整體效率。
在一些示例性實施方案中，計算出的焊接質量指示(即，焊接得分)可以用在創新方法中，用於提供指示或者說教導操作者手動執行電弧焊接工藝。具體來講，當操作者正使用焊機(例如，電弧焊機10)來生成焊接時，由焊機(例如，藉助焊機的監控器m)確定焊接的瞬時和/或周期性焊接得分，並且該得分用於向操作者提供關於當前焊接質量的直接反饋。如上所述，這些焊接得分是基於與只目測焊接相比更精確反映焊接質量的加權統計測量。具體來講，將焊接得分與預定合格焊接得分或合格焊接得分範圍相比較，以判定操作者的任何糾錯動作是否是必須的。另外，評價各個時間的焊接得分，以判定是否存在背離合格焊接得分的任何趨勢(例如，表現為焊接得分的連續降低)。
在圖11中示出根據一個示例性實施方案的指導方法1100。在方法1100的開始，操作者開始在步驟1102中執行焊接工藝。
在焊接工藝期間，在步驟1104中，周期性計算焊接得分(基於一個或更多個取樣或者說測得的參數)，以反映當前焊接狀態。焊接得分可以被計算為反映當前焊接狀態的瞬時測量值，或者反映焊接工藝期間一定時間段(對應於多次測量)內的焊接狀態的多次測量的平均值。在一個示例性實施方案中，通過對自焊接工藝開始所取得的所有測量值求平均來計算焊接得分，這反映了當前焊接的整體狀態。
接著，在步驟1106中，將焊接得分與預定閾值焊接得分相比較。閾值焊接得分是良好或者說合格的焊接狀態的最低焊接得分。如果焊接得分高於或等於閾值焊接得分，則在步驟1108中判定當前焊接狀態為良好。否則，在步驟1108中判定當前焊接狀態為差。
如果當前焊接狀態良好，則在步驟1110中向操作者提供指示，表明焊接良好，這提示正在正確地執行焊接工藝。此後，在步驟1112中登記當前焊接狀態，以供後續查閱、分析和/或其他用途。然後，指導方法1100繼續進行，以如上所述地監控操作者正執行的焊接處理。
如果當前焊接狀態差，則在步驟1114中向操作者提供指示，表明焊接差，這提示正在不正確地執行焊接工藝。此後，在步驟1118中登記當前焊接狀態，以供後續查閱、分析和/或其他用途。然後，指導方法1100繼續進行，以如上所述地監控操作者正執行的焊接處理。
可以用足以在焊接工藝期間通知操作者的任何方式向操作者提供上述指示。在一個示例性實施方案中，在視覺上向操作者提供指示，如在與焊機集成或者緊鄰焊機的顯示裝置上提供。在一個示例性實施方案中，在操作者配戴的保護性面盔(visor)或頭盔上以視覺方式顯示指示。在一個示例性實施方案中，在聽覺上向操作者提供指示，如通過與焊機集成或者緊鄰焊機的揚聲器提供。在一個示例性實施方案中，在操作者配戴的保護性頭盔中以聽覺方式顯示指示。
在一個示例性實施方案中，如果當前焊接狀態差，則在步驟1116中操作者接收關於應該採取什麼樣的一個或多個糾錯動作的指示。在一個示例性實施方案中，在焊接工藝期間，實時提供指示。例如，該指示可以涉及建議的焊條(即，焊絲)相對於工件的位置變化或者建議的焊絲相對於工件的移動速率變化。
可以使用各種裝置和技術來確定可能要採取的糾錯動作，如，將導致經驗證為良好焊接的焊接工藝期間操作者和/或焊接條件建立模型，並且使用所得的模型數據來評價在類似條件下執行類似焊接處理的其他操作者。還可以使用人工智慧和相關仿真來建立這種模型。此外，可以使用傳感器建立這種模型。
在一個示例性實施方案中，使用一個或更多個傳感器來確定焊接工藝的一些方面，例如，工件的當前溫度、正遞送的保護氣體的水平和/或保護氣的組成。在一個示例性實施方案中，使用一個或更多個傳感器來確定可能影響焊接工藝的環境條件，例如，風力條件和/或溼度條件。在一個示例性實施方案中，使用一個或更多個傳感器來確定可能影響焊接工藝的操作者條件，例如，操作者手部離工件的距離和/或操作者手部與工件形成的角度。將得自這些或其他傳感器的數據與模型數據相比較，以確認操作者應該採取什麼樣的一個或多個糾錯動作的指示。
在一個示例性實施方案中，在視覺上向操作者提供糾錯動作指示，如在與焊機集成或者緊鄰焊機的顯示裝置上提供。在一個示例性實施方案中，在操作者配戴的保護性面盔或頭盔上以視覺方式顯示指示。在一個示例性實施方案中，在聽覺上向操作者提供指示，如通過與焊機集成或者緊鄰焊機的揚聲器提供。在一個示例性實施方案中，在操作者配戴的保護性頭盔中以聽覺方式顯示指示。
因此，指導方法1100在焊接工藝期間向操作者提供實時反饋，使得操作者容易知道何時焊接從良好條件轉向差條件以及何時焊接從差條件轉向良好條件。此外，指導方法1100可以提示意圖改善當前(進而整體)焊接條件的糾錯動作。由於焊接條件的變化常常是由操作者的動作引起的，因此指導方法1100提供的反饋(包括任何提示的糾錯動作)教導操作者良好的焊接技術。此外，通過繼續確認良好的焊接狀態來增強操作者的良好焊接技術。
指導方法1100或其一些方面還可以容易適於或者說應用於仿真的焊接工藝。在一個示例性實施方案中，指導方法1100應用於利用虛擬實境技術的焊接仿真器。
在一些示例性實施方案中，計算出的操作者所執行焊接的質量指示(即，焊接得分)可以用在創新方法中，用於針對特定焊機、焊接工藝或焊接過程來驗證操作者，這類似於普通教育中使用年級的情況。例如，根據指導方法1100或其一些方面計算出的焊接得分(例如，整體焊接得分)為驗證操作者提供了方便的平臺。操作者必須得到超過針對焊機、焊接工藝或焊接過程為驗證通過的預定閾值焊接得分的一個或多個焊接得分。如果操作者沒有通過驗證，則指導方法1100會指明操作者需要改進的地方。如本文所描述的，可以使用額外功能(例如，由焊機內部或外部運行的軟體提供的)測量可以用於驗證操作者的其他參數。例如，可以修改指導方法1100，使其包括追蹤在焊接工藝或焊接過程期間操作者實際焊接所花費的時間。作為另一個實施例，可以修改指導方法1100，使其包括追蹤在焊接工藝或焊接過程期間操作者使用的消耗品(例如，焊絲)的量。
除了用於驗證操作者之外，焊接得分(和其他參數)還可以用於區分不同的操作者。例如，儘管兩個操作者都實現了通過(passing)得分並且針對特定焊機、焊接工藝或焊接過程進行了驗證，但這兩個操作者的得分可能大不相同。因此，與得分較低的經驗證操作者相比，可以選擇得分高得多的另一個經驗證操作者。
在一些示例性實施方案中，計算出的焊接質量指示(即，焊接得分)和其他相關參數與信息可以用於輔助指導者教導多個學生焊接技術、工藝、程序、過程等。焊接課程常常包括理論部分和實踐部分。理論部分通常是以在教室或類似環境中進行講課、討論或示範的形式教導的。通常，課程中教導學生實踐部分的焊接學校或其他環境將包括類似於工廠中的焊接工作檯的各個地點(如，工作間)。將每個學生分配到他或她自己的工作間，以執行課程的實踐部分。
例如，通過追蹤每個學生在關於理論部分的討論期間的課堂出勤率和/或參與度，指導者很容易估計每個學生在課程的理論部分花費了多長時間。然而，指導者難以量計每個學生在課程的實踐部分實際花費了多長時間，因為指導者不能一直待在所有工作間中。例如，可以構造和/或布置工作間，使得指導者的視線每次只延伸到單個工作間，即，指導者目前所處的工作間。其他工作間的學生可能正在做並非焊接的一些事情(例如，吃東西、睡覺、講電話)，而指導者並不知道。指導者還難以容易地確定在任何給定時間哪個學生將會最可能受益於指導者的親自過問。因此，指導者最終會在一個學生身上花費時間，儘管另一個學生更需要指導者的親自過問。
在圖12中示出根據一個示例性實施方案的用於監控學生學習焊接技術、工藝、程序、過程等(如，電弧焊接工藝)的系統1200。系統1200包括指導區域1202，如教室或車間(shop)，在指導區域1202中設置八個工作間1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216和1218。每個工作間都包括焊機。具體來講，第一焊機w11220位於第一工作間1204中，第二焊機w21222位於第二工作間1206中，第三焊機w31224位於第三工作間1208中，第四焊機w41226位於第四工作間1210中，第五焊機w51228位於第五工作間1212中，第六焊機w61230位於第六工作間1214中，第七焊機w71232位於第七工作間1216中，並且第八焊機w81234位於第八工作間1218中。此外，將學生分配到各工作間。具體來講，將第一個學生s11236分配到第一工作間1204中工作，將第二個學生s21238分配到第二工作間1206中工作，將第三個學生s31240分配到第三工作間1208中工作，將第四個學生s41242分配到第四工作間1210中工作，將第五個學生s51244分配到第五工作間1212中工作，將第六個學生s61246分配到第六工作間1214中工作，將第七個學生s71248分配到第七工作間1216中工作，並且將第八個學生s81250分配到第八工作間1218中工作。
設置指導區域1202，使得指導者1252可以自由地從一個工作間移動到另一個工作間與學生互動。
在一個示例性實施方案中，焊機w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每個包括集成的監控器m，如同圖1所示的焊機10一樣。當學生正使用焊機生成焊接時，由焊機(藉助監控器m)確定焊接的瞬時和/或周期性焊接得分，並且使用焊接得分向學生提供關於當前焊接質量的直接反饋。如本文中描述的，這些焊接得分是基於與只目測焊接相比更精確反映焊接質量的加權統計測量。具體來講，將焊接得分與預定合格焊接得分或合格焊接得分範圍(例如，根據之前的基準焊接確定的)相比較，以判定學生是否必須進行任何糾錯動作。另外，在各個時間評價焊接得分，以判定是否存在背離合格焊接得分的任何趨勢(例如，表現為焊接得分的連續降低)。
焊機w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每個通過網絡1256與生產監控系統(pms)1254進行通信。網絡1256可以是有線或無線網絡。在一個示例性實施方案中，網絡1256是乙太網網絡。
在不脫離總體發明構思的精神和範圍的情況下，可以使用軟體、硬體及其組合來實現pms1254。在一個示例性實施方案中，將pms1254實現為在連接有外圍裝置(如，顯示裝置1258和數據儲存器1260)的通用計算機(例如，pc)上運行的軟體。在一個示例性實施方案中，pms1254可以包括與每個焊機集成的邏輯，如在監控器m的情況中一樣。如上所述，pms1254通過網絡1256與焊機w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8進行數據通信。
pms1254是焊接數據收集和監控工具，其可操作地(例如)用於收集備有每次所記錄焊接的統計值的短期和長期焊接記錄。pms1254還可以追蹤其他生產相關參數和條件，如，線路消耗。在系統1200中，pms1254從焊機w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每個收集數據，以確定在生成焊接的過程中各個學生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8花費的時間量。pms1254可以將學生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8中的每個學生花費的時間量(即，焊接時間)保存到數據儲存器1260，以供後續取回(retrieval)和使用。另外，pms1254通過網絡1256從焊機w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7和w8中的每個接收焊接得分，然後pms1254可以將這些焊接得分保存到數據儲存器1260，以供後續取回和使用。因此，pms1254能夠在多個評價時間段內產生並儲存多個學生的焊接時間和焊接得分的記錄，這些記錄會是指導者1252在教導和評估學生時的豐富資源。
另外，pms1254可以在顯示裝置1258上實時顯示學生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8中的每個學生的當前焊接時間結合學生s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8中的每個學生的當前焊接得分。以此方式，通過觀察顯示裝置1258，指導者1252可以得到每個學生及其相應的焊接的當前狀態的瞬時和精確評估。這允許指導者1252更好地針對表現出需求最高的那些學生分配他或她的時間。
在系統1200中，可以採用任何方式，將焊接時間和焊接得分顯示為數值數據和/或圖形數據。在一個示例性實施方案中，pms1254提供基於網頁的用戶界面，該用戶界面支持藉助網頁瀏覽器存取數據、查閱數據、生成報告等。
系統1200容易改變規模，以容納任何數量的學生以及多個指導者。
在圖13中示出根據一個示例性實施方案的監控學生學習焊接技術、工藝、程序、過程等(如，電弧焊接工藝)的方法1300。方法1300涉及在步驟1302中執行電弧焊接工藝的多個學生。在一個示例性實施方案中，學生在基本相同的條件下且在基本相同的時間執行基本相同的電弧焊接工藝。
在電弧焊接工藝期間，在步驟1304中，周期性計算每個學生的焊接得分(基於一個或更多個取樣或者說測得的參數)，以反映當前學生的焊接狀態。焊接得分可以被計算為反映當前學生的焊接狀態的瞬時測量，或者反映電弧焊接工藝期間一定時間段(對應於多次測量)內的學生的焊接狀態的多次測量的平均值。在一個示例性實施方案中，通過對自電弧焊接工藝開始所取得的所有測量值求平均來計算學生的焊接得分，這反映了當前學生的整體焊接狀態。
在方法1300的評價時間段期間，在步驟1306中確定每個學生執行電弧焊接工藝(即，實際焊接)花費的時間量。可以使用從每個學生的焊機收集的可操作數據來確定學生的焊接時間。
在步驟1308中，使每個焊接得分與其對應的學生相關聯。類似地，在步驟1308中，使每個焊接時間與其對應的學生相關聯。可以使用分配給每個學生的焊機的識別信息(例如，序列號)使從焊機收集和/或焊機產生的數據(例如，焊接得分、焊接時間)與相應學生相關聯。
一旦使焊接得分和焊接時間與相應學生相關聯，就可以在步驟1310中以任何方式輸出該信息。例如，可以將所有學生及其相應的焊接得分和焊接時間的報告輸出到顯示裝置，如，監視器。作為另一個實施例，可以將關於學生及其相應的焊接得分和焊接時間的信息登記並儲存在數據儲存器(如，磁碟驅動器或快閃記憶體驅動器)中，以供後續取回和使用。在一個示例性實施例中，周期性地輸出信息。在一個示例性實施方案中，在評價時間段結束時輸出信息。
還可以使用焊接得分和/或焊接時間來產生學生的額外識別信息。例如，可以將學生的焊接得分和/或焊接時間與預定閾值相比較。以此方式，基於學生的焊接得分和/或焊接時間，可以判定學生的焊接是合格還是不合格。
在一些示例性實施方案中，計算出的焊接的焊接得分可以用於創新方法中，以鑑別焊接工藝的潛在成本節省。在一個示例性實施方案中，基於根據焊接工藝執行的一系列焊接，進行焊接工藝的成本分析(例如，成本效率分析、成本效益分析)。如圖14a至圖14b中所示，可以使用對應於示例性焊接的數據1400來執行成本分析。
首先，選擇影響整體焊接質量的多個焊接條件1402。例如，在圖14a和圖14b中，焊接條件1402包括焊絲特性(例如，焊絲組成1404、焊絲直徑、塗層)、工件特性(例如，工件組成(composition)1406、工件厚度)、保護氣體流速1408、保護氣體組成1410和/或工件預熱溫度1412。接著，如1414所表示的，對於一系列的焊接，這些焊接條件1402中的一個焊接條件發生變化，同時如1414所表示的，對於一系列的焊接，剩餘的所有焊接條件1402是固定的。
對於一系列焊接中的每個焊接，還基於當前焊接條件1402、1414計算焊接得分1416。焊接得分1416表徵在焊接條件下生成的焊接的整體質量的測量。如上所述，這些焊接得分是基於與只目測焊接相比更精確反映焊接質量的加權統計測量。
另外，對於一系列焊接中的每個焊接，確定生成焊接的成本。在一個示例性實施方案中，成本包括與生成焊接相關的貨幣支出，該貨幣支出被表徵為焊接的貨幣成本1418。在一個示例性實施方案中，成本包括完成焊接所需的總時間，該成本被表徵為焊接的時間成本1420。使一系列焊接中的每個焊接與其對應的焊接得分和成本相關聯。
圖14a和圖14b分別包括一系列焊接中的兩個焊接的數據1400，其中，對於一系列焊接，在焊接條件1402之中，如1414所示的，焊絲組成1404、工件組成1406、保護氣體組成1410和工件預熱溫度1412是固定的，同時對於一系列焊接，如1414所示的，保護氣體流速1408發生變化(例如，遞增或遞減)。
對於對應於圖14a的焊接，計算或者說確定貨幣成本1418a、時間成本1420b和焊接得分1416c。對於對應於圖14b的焊接，計算或者說確定貨幣成本1418d、時間成本1420e和焊接得分1416f。因此，如果判定a＜d，b＜e且c＝f，則可以推導出圖14a的保護氣體流速1408高於圖14b的保護氣體流速1408，因為與圖14b的保護氣體流速1408相比，通過圖14a的保護氣體流速1408同時實現了成本和時間節省而整體焊接質量沒有任何降低。如果相對地，判定a＜d，b＞＞e且c＝f，則可以推導出與圖14b的保護氣體流速1408相比，圖14a的保護氣體流速1408節省了成本，而整體焊接質量沒有任何降低，但是時間成本顯著增加。
以此方式，用戶將能夠容易地驗證變化的焊接條件對一系列(進而在對應焊接工藝中)整體焊接質量的影響。以此方式，用戶可以判定改變焊接條件(以及以何種方式)是否將使用戶能得到更期望的焊接質量、更期望的成本或同時得到這兩者。因此，當執行更多焊接並且分析對應的數據時，可以容易地確定並評價任何一個或更多個焊接條件對整體焊接工藝的影響，使得可以做出更多明智的成本節省決定(例如，相對於錢、時間和質量的權衡)。
可以擴展成本分析，使其包括額外的一系列焊接，其中，在不同系列的焊接中，不同的焊接條件發生變化。以此方式，用戶可以驗證多個焊接條件的所需值或設定值，以實現所需結果(例如，合格的焊接質量和合格的成本)。然後，可以將這些焊接條件的所需值或設定值保存在與焊機和焊接工藝相關聯的簡介(profile)中，以供後續相同的焊機和焊接工藝取回和使用，由此增加了用戶將再次實現所需結果的可能性。
在一個示例性實施方案中，將多個這種簡介(即，選定的焊接參數和/或焊接條件的集合)保存為(即)預設置，使得開始焊接工藝的用戶可以訪問這些簡介。在一個示例性實施方案中，向用戶呈現多個預設置連同對應於每個預設置的焊接得分。每個焊接得分量化之前使用與預設置相關聯的焊接參數和焊接條件得到的整體焊接質量。如上所述，這些焊接得分是基於與只目測焊接相比更精確影響焊接質量的加權統計測量。然後，用戶可以選擇預設置之一來執行焊接工藝，由此增加用戶將實現與之前使用預設置相關聯的焊接參數和焊接條件形成的焊接相同或基本類似的焊接。在一個示例性實施方案中，提供用戶界面，以使用戶能過濾出沒有匹配用戶輸入標準的預設置，例如，過濾出具有低於輸入閾值的相關聯焊接得分的那些預設置。
圖15示出根據一個示例性實施方案的預設置1500。每個預設置1500包括驗證預設置序號1502、焊接條件集合1504、焊機信息1506、焊接工藝信息1508、貨幣成本1510、時間成本1512以及相關聯的焊接得分1514。使具有預設置序號01的第一預置1516與具有值a、b、c、d和e的焊接條件1504和焊機m相關聯。第一預設置1516對應於焊接工藝o。如果用戶選擇第一預設置1516(即，預設置01)在焊接條件a、b、c、d和e下利用焊機m執行焊接工藝o，則用戶可以期望通過焊接工藝o得到的焊接具有大致為t的貨幣成本、大致為v的時間成本和大致為x的焊接得分。預設置1500可以包括額外的預設置，如，與焊接條件1504、焊機1506和/或焊接工藝1508的不同組合相關聯的第二預設置1518。
除了本文已經描述的被監控的焊接參數之外，附加焊接參數可以針對波形的一個或更多個狀態被監控，並且附加質量參數可以從所述附加焊接參數被計算，以更精確地檢測並且鑑別焊接缺陷。附加焊接參數可以包括焊炬或焊槍位置、由電弧焊接工藝產生的聲音的水平、由電弧焊接工藝產生的至少一種聲音的頻率以及由電弧焊接工藝產生的聲音的脈動率(pulsingrate)。更多的附加焊接參數包括由電弧焊接工藝產生的可見光的水平、由電弧焊接工藝產生的至少一種可見光的頻率以及由電弧焊接工藝產生的可見光的脈動率。進一步的附加焊接參數包括由電弧焊接工藝產生的紅外光的水平、由電弧焊接工藝產生的至少一種紅外光的頻率、由電弧焊接工藝產生的紅外光的脈動率以及焊絲送進馬達電流水平。
依據實施方案，附加焊接參數通過適合於檢測這樣的焊接參數的感測器或監控裝置來感測。例如，聲音可以通過麥克風來感測，可見光可以通過光檢測器來感測，紅外光可以通過紅外檢測器來感測，焊絲送進馬達電流可以通過分流器來感測。焊炬位置可以使用一種或更多種類型的感測技術(包括，例如成像感測器或磁性感測器)來感測。感測器可以被設置在各種位置，包括，例如在焊炬上、在焊接頭盔上或者在一般的焊接區域。附加地被感測的焊接參數可以這樣的方式被輸入到監控器m並且由監控器m處理，所述方式類似於如本文之前所描述的其他焊接參數如何被輸入並且被處理的方式。其他可以被監控並且被處理的焊接參數包括工件的溫度、保護氣體的水平、保護氣體的組成、工件附近的風速、工件附近的溼度水平以及操作者位置。
監控器m可以被配置(例如，如在圖16中所示出的升級的監控器m')來基於附加地被監控的焊接參數計算多個質量參數統計值。針對波形的一個或更多個狀態的各種附加焊接參數，各種質量參數統計值「平均值」、「標準差」、「方差平均值」以及「方差標準差」可以這樣的方式被計算，所述方式類似於如本文之前所描述的針對電壓和電流的那些質量參數統計值如何被計算的方式。就是說，基於附加被監控的焊接參數的質量參數可以這樣的方式被計算，所述方式類似於針對被監控的電壓的qva、qvsd、qwa和qwsd如何被計算以及針對被監控的電流的qia、qisd、qiva和qivsd如何被計算的方式。
例如，監控器m可以被配置來在焊接工藝期間在一時間段內針對一個或更多個狀態計算聲音水平質量參數，例如質量聲音水平平均值(qsla)、質量聲音水平標準差(qslsd)、質量聲音水平方差平均值(qslva)以及質量聲音水平方差標準差(qslvsd)。監控器m還可以被配置來在一時間段內針對一個或更多個狀態計算聲音頻率質量參數，例如質量聲音頻率平均值(qsfa)、質量聲音頻率標準差(qsfsd)、質量聲音頻率方差平均值(qsfva)以及質量聲音頻率方差標準差(qsfvsd)。另外，監控器m還可以被配置來在一時間段內針對一個或更多個狀態計算聲音脈動率質量參數，例如質量聲音脈動率(pulserate)平均值(qspra)、質量聲音脈動率標準差(qsprsd)、質量聲音脈動率方差平均值(qsprva)以及質量聲音脈動率方差標準差(qsprvsd)。焊接工藝的聲音是由焊絲電極(wireelectrode)和工件之間的電弧產生。特定的聲音特性趨向於出現在焊接波形的特定狀態。
監控器m可以被配置來在焊接工藝期間在一時間段內針對一個或更多個狀態計算可見光水平質量參數，例如質量可見光水平平均值(qvlla)、質量可見光水平標準差(qvllsd)、質量可見光水平方差平均值(qvllva)以及質量可見光水平方差標準差(qvllvsd)。監控器m還可以被配置來在一時間段內針對一個或更多個狀態計算可見光頻率質量參數，例如質量可見光頻率平均值(qvlfa)、質量可見光頻率標準差(qvlfsd)、質量可見光頻率方差平均值(qvlfva)以及質量可見光頻率方差標準差(qvlfvsd)。另外，監控器m還可以被配置來在一時間段內針對一個或更多個狀態計算可見光脈動率質量參數，例如質量可見光脈動率平均值(qvlpra)、質量可見光脈動率標準差(qvlprsd)、質量可見光脈動率方差平均值(qvlprva)以及質量可見光脈動率方差標準差(qvlprvsd)。焊接工藝的可見光是由焊絲電極和工件之間的電弧產生。
監控器m可以被配置來在焊接工藝期間在一時間段內針對一個或更多個狀態計算紅外光水平質量參數，例如質量紅外光水平平均值(qirlla)、質量紅外光水平標準差(qirllsd)、質量紅外光水平方差平均值(qirllva)以及質量紅外光水平方差標準差(qirllvsd)。監控器m還可以被配置來在一時間段內針對一個或更多個狀態計算紅外光頻率質量參數，例如質量紅外光頻率平均值(qirlfa)、質量紅外光頻率標準差(qirlfsd)、質量紅外光頻率方差平均值(qirlfva)以及質量紅外光頻率方差標準差(qirlfvsd)。另外，監控器m還可以被配置來在一時間段內針對一個或更多個狀態計算紅外光脈動率質量參數，例如質量紅外光脈動率平均值(qirlpra)、質量紅外光脈動率標準差(qirlprsd)、質量紅外光脈動率方差平均值(qirlprva)以及質量紅外光脈動率方差標準差(qirlprvsd)。焊接工藝的紅外光是由焊絲電極和工件之間的電弧產生。
監控器m可以被配置來在焊接工藝期間在一時間段內針對一個或更多個狀態計算焊絲送進馬達電流質量參數，例如質量焊絲送進馬達電流平均值(qwfmia)、質量焊絲送進馬達電流標準差(qwfmisd)、質量焊絲送進馬達電流方差平均值(qwfmiva)以及質量焊絲送進馬達電流方差標準差(qwfmivsd)。焊絲送進馬達電流在焊接工藝期間由焊絲送進器的馬達產生。當導電嘴變得磨損或者錯誤的導電嘴被使用時，馬達電流中的移位(shift)或尖峰(spike)可能在某些狀態期間被觀察到。
再次，各種質量參數統計值「平均值」、「標準差」、「方差平均值」以及「方差標準差」可以這樣的方式針對各種附加焊接參數被計算，所述方式類似於如本文之前所描述的針對電壓和電流的那些質量參數統計值如何被計算的方式。另外，依據實施方案，針對每個時間段計算出的每個質量參數的值可以與對應的預期質量參數值相比較，以判定計算出的質量參數值和預期質量參數值之差是否超過預定閾值。如果差超過閾值，可以基於所述差，以大小權重確定計算出的質量參數值的權重，和/或基於其狀態相對於包括所述狀態的波形的時間貢獻，以時間貢獻權重確定計算出的質量參數值的權重。
依據本發明的實施方案，質量參數(被確定權重的或未被確定權重的)和/或焊接參數可以被用來診斷電弧焊接工藝。圖16圖示說明用於診斷電弧焊接工藝的系統1600的實施方案的示意框圖。系統1600對應於電弧焊接系統的一部分並且包括升級的監控器m'1610，所述升級的監控器m'類似於監控器m但被配置來進一步監控本文所討論的附加焊接參數並且進一步計算對應的附加質量參數。系統1600還包括與升級的監控器m'1610操作通信的診斷邏輯電路(dlc)1620。
如圖16所圖示說明的，計算出的質量參數和/或監控到的焊接參數或者它們的一些子集被傳遞到dlc1620，所述dlc1620基於所述參數操作來產生邏輯結果。依據實施方案，dlc1620首先通過分析質量參數鑑別焊縫的局部的或連續的缺陷。局部的缺陷是出現在焊接工藝期間的相對短的時間段(例如，2秒)內的缺陷。連續的缺陷是出現在基本上為焊接工藝的整個時間(例如，20秒)內的缺陷。缺陷的一些實例包括焊縫中的氣體夾雜(多孔(porosity)、吹孔(blowhole)、管孔(wormhole))、工件的燒穿、進入工件的熔深不足、飛濺、未被填充完的接頭、咬邊、焊縫的裂化、焊縫中的空隙以及熔合(fusion)不足。這樣類型的缺陷在本領域是眾所周知的。其他類型的缺陷也可以是可能的。
缺陷的可能的原因的一些實例包括保護氣體不足、導電嘴到工件距離短、導電嘴到工件距離長、被阻塞的噴嘴、工件表面汙染、行進速度太慢、行進速度太快、焊絲送進速度太慢、焊絲送進速度太快、工件或焊條中的硫含量、來自焊條和工件的過多水分以及太小的焊條角度。其他類型的缺陷的原因也是可能的。
在練習焊接過程期間，缺陷與缺陷的原因相關並且dlc1620被相應地編程來將缺陷與一個或更多個可能的原因正確地相關聯。因此，在正常(非練習)焊接過程期間，dlc1620能夠建議一個或更多個被檢測到的缺陷的一個或更多個可能的原因。缺陷以及一個或更多個原因可以被告知操作者，以允許操作者糾正問題。dlc1620可以例如被編成為決策樹來對缺陷的原因進行隔離。
作為實施例，系統1600可以通過分析質量參數來檢測作為出現在焊接工藝期間的兩個連續的缺陷的多孔(出現在某些狀態)和飛濺(出現在某些其他狀態)。dlc1620可以貫穿焊接工藝將在各自狀態中的兩個連續的缺陷的出現與保護氣體不足相關。操作者可能隨後發現氣體罐的閥在焊接工藝期間是被關閉的。
圖17是使用圖16的系統1600診斷電弧焊接工藝的方法1700的流程圖，所述方法通過創建在推進的焊絲和工件之間的用於創建焊縫的實際焊接參數從而在電弧焊機執行電弧焊接工藝時監控電弧焊機。焊接工藝受控於焊機的電源的命令信號。在方法1700的步驟1710，一系列快速重複的波形被產生，每個波形構成具有一循環時間的焊接循環。在步驟1720，波形被劃分成多個狀態。在步驟1730，在一個或更多個狀態中出現的多個焊接參數在焊接工藝期間重複的時間段內以詢問速率被測量。
在方法1700的步驟1740，基於焊接工藝期間對焊接參數的測量，多個質量參數針對每個狀態被計算。在步驟1750，多個質量參數和多個焊接參數中的至少一個被分析，以通過判定焊縫的一個或更多個局部的或連續的缺陷的一個或更多個可能的原因來診斷電弧焊接工藝。
總之，電弧焊接系統和方法被公開。系統能夠根據波形狀態監控焊接工藝期間的變量並相應地確定變量的權重、檢測焊縫的缺陷、診斷缺陷的可能的原因、量化焊縫的整體質量、獲得和使用表示良好焊縫的數據、提高自動焊接工藝的產量和質量控制、教導正確的焊接技術、鑑別焊接工藝的成本節省以及得到用作不同焊接工藝或應用的預設置的最佳焊接設置。
已通過舉例的方式給出以上對具體實施方案的說明。在給出的公開內容中，本領域的技術人員將不僅理解總體發明構思和附帶優點，而且還將發現對所公開結構和方法的明顯的各種變化和修改。例如，總體發明構思通常不限於手動焊接工藝或自動化(例如，機器人)焊接工藝中的一個，而是相反地容易適用於任一者。此外，總體發明構思容易適用於不同的焊接工藝和技術(例如，電弧焊接的所有變形，如，stick(手工焊)和tic焊接)。因此，尋求的是，涵蓋落入如所附權利要求書及其等同形式限定的總體發明構思的精神和範圍內的所有這類變化和修改。
參考標號
10電弧焊機81a子部分
12電源供應器81b階段
14端子82邏輯
16端子84振蕩器
18電感器90a濾波器
20焊絲91階段
22捲筒92邏輯
24送進器94振蕩器
26馬達100波形
30工件102峰值電流
32分流器104本底電流
34塊110線
34a線路152塊
36塊156輸出
36a線路158調製器
40發生器160塊
42線路162線路
44線路170上升部分
46驅動控制172下降部分
46a線路180閾值
46b線路182最小水平
46c編碼器184瞬態
70界面186瞬態
80c濾波器200分析程序
80d濾波器202a線路
81階段202b線路
210塊270程序
210a線路272計數器
212子程序280子程序
214線路282塊
216線路282a塊
220計數器284塊
220a塊286塊
222計數器286a塊
222a塊286b塊
224線路900方法
226塊902初始步驟
230塊904步驟
234階段906步驟
236塊908步驟
238塊910步驟
250分析程序914步驟
252程序步驟916步驟
254塊918步驟
254a線路920步驟
256計數器1000生產線
258線路1002焊接得分s1
260塊1004焊接得分s2
262子程序1006焊接得分s3
262a塊1010wp2
264程序步驟1012wp3
266子程序1014焊接工作檯
266a塊1016監控器
266b子程序1018評價工作檯
1020焊接命令1232w7
1022焊接命令1234w8
1100方法1236s1
1102步驟1238s2
1104步驟1240s3
1106步驟1242s4
1108步驟1244s5
1110步驟1246s6
1112步驟1248s7
1114步驟1250s8
1116步驟1252指導者
1118步驟1254pms
1200系統1256網絡
1202指導區域1258顯示裝置
1204工作間1260數據儲存器
1206工作間1300方法
1208工作間1302步驟
1210工作間1304步驟
1212工作間1306步驟
1214工作間1308步驟
1216工作間1310步驟
1218工作間1400數據
1220w11402焊接條件
1222w21404焊絲組成
1224w31406工件組成
1226w41408氣體流速
1228w51410氣體組成
1230w61412溫度
1414被表示的1514焊接得分
1416焊接得分1516預設置
1418貨幣成本1600系統
1420時間成本1610升級的監控器
1500預設置1620dlc
1502預設置序號1700方法
1504焊接條件1710步驟
1506焊機信息1720步驟
1508工藝信息1730步驟
1510貨幣成本1740步驟
1512時間成本