本申請要求于2015年10月29日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/248,034的優(yōu)先權(quán)，其全部披露內(nèi)容以引用方式全文并入文本。

發(fā)明領(lǐng)域

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，更具體地涉及通過焊接纜線的數(shù)據(jù)通信。

背景技術(shù)：

隨著焊接技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，對電源和焊接系統(tǒng)的需求也越來越高。這些需求隨著更多地在更惡劣的環(huán)境中使用焊接系統(tǒng)而增加。在傳統(tǒng)的焊接系統(tǒng)中，焊接電源經(jīng)由專用通信纜線與焊絲送進(jìn)器通信。然而，這些通信纜線易受損壞，特別是在這些惡劣的環(huán)境中。此外，通信增加了焊接系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，并且可能限制焊絲送進(jìn)器相對于電源的定位。已經(jīng)做出努力以便允許通過電力纜線進(jìn)行系統(tǒng)通信，但是這些努力使用復(fù)雜的通信協(xié)議，可能是復(fù)雜的并且容易受到干擾和其他問題的影響。

通過常規(guī)、傳統(tǒng)和所提出的方法與本申請的其余部分中參照附圖闡述的本發(fā)明的實(shí)施例相比較，這些方法的進(jìn)一步的局限性和缺點(diǎn)對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言將變得明顯。

發(fā)明簡述

本發(fā)明的實(shí)施例包括使用便于在焊絲送進(jìn)器與電源之間的雙向數(shù)據(jù)通信的焊接纜線。包括在焊絲送進(jìn)器和電源內(nèi)部的電路允許這類通信在傳送焊接電力信號之前、之后和/或同時發(fā)生。包括在焊絲送進(jìn)器和電源中的通信模塊允許使用通過焊接信號纜線的電流和電壓脈沖進(jìn)行通信，并且不需要使用復(fù)雜的通信協(xié)議。

在另外的示例性實(shí)施例中，提供了一種方法，包括連續(xù)接收在焊接電極處的電壓的現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)，使用焊接纜線跨電弧(across the arc)傳送現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)，并且將現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)與焊接電源處的焊接輸出電壓進(jìn)行連續(xù)比較以標(biāo)識電壓差。該方法還包括至少部分地基于電壓差使用焊接電源來增加或減少焊接輸出電壓。

附圖的簡要說明

通過參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會更加清晰，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的整體焊接系統(tǒng)的圖示表示；

圖2示出了由本發(fā)明的示例性實(shí)施例使用的示例性電流信號通信波形的圖示表示；

圖3示出了由本發(fā)明的示例性實(shí)施例使用的示例性電壓信號通信波形的圖示表示；

圖4示出了本發(fā)明的示例性焊絲送進(jìn)器中的通信模塊的示例性實(shí)施例的圖示表示；并且

圖5示出了本發(fā)明的示例性焊絲送進(jìn)器中的通信模塊的另一示例性實(shí)施例的圖示表示。

圖6示出了根據(jù)本創(chuàng)新的實(shí)施例的至少圖7的焊接輸出電路路徑的另一個示例性電路表示的圖示表示；

圖7示出了包括焊接輸出電路路徑的焊接系統(tǒng)的另一個示例性實(shí)施例的示意性框圖的圖示表示；

圖8示出了包括焊接輸出電路路徑的焊接系統(tǒng)的另一示例性實(shí)施例的另一個示意性框圖的圖示表示；

圖9示出了包括焊接輸出電路路徑的焊接系統(tǒng)的附加示例性實(shí)施例的示意性框圖的圖示表示；并且

圖10示出了用于控制焊接輸出電特性的方法的示例性實(shí)施例的流程圖的圖示表示。

示例性實(shí)施方式的詳細(xì)說明

現(xiàn)在將詳細(xì)參照多個不同的和可替代的實(shí)施例并參照附圖，其中相似的參考數(shù)字表示基本上相同的結(jié)構(gòu)元件。每個示例是通過說明的方式而不是作為限制來提供的。事實(shí)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，在不脫離本披露內(nèi)容和權(quán)利要求的范圍或精神的情況下可以進(jìn)行各自修改和變化。例如，作為一個實(shí)施方案的一部分所圖示說明或描述的特征可以被用在另一個實(shí)施方案上，以產(chǎn)生更進(jìn)一步的實(shí)施方案。因此，本披露內(nèi)容旨在包括所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)的修改和改變。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到本申請的附圖，圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性焊接系統(tǒng)100。焊接系統(tǒng)100可以是任何已知類型的焊接系統(tǒng)，其采用焊接電源以及聯(lián)接到該電源的焊絲送進(jìn)器。例如，焊接系統(tǒng)可以是MIG型焊接系統(tǒng)。以下討論的實(shí)施例通常被描述為MIG焊接系統(tǒng)，但是這僅僅是示例性的，因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施例可以用于其他類型的焊接系統(tǒng)。由于MIG型焊接系統(tǒng)是公知的，為了清楚起見，未示出系統(tǒng)(例如焊絲送進(jìn)器)與焊炬和工件的聯(lián)接。本發(fā)明的實(shí)施例的那方面不改變，因此不需要在本文中詳細(xì)示出或討論。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以包括利用本文討論的通信方法的遠(yuǎn)程控制和/或懸垂式控制裝置(通常是已知的)。也就是說，例如，遠(yuǎn)程/懸垂式控制可以利用本文所討論的電弧通信協(xié)議，并且以其他方式檢測由焊絲送進(jìn)器或電源中的任何一個發(fā)送的信號并將這些信號傳送給用戶。在其他實(shí)施例中，懸垂式/遠(yuǎn)程控制器代替本文所述的系統(tǒng)中的焊絲送進(jìn)器，并且使用類似本文所述的通信協(xié)議，在焊絲送進(jìn)器中的功能將存在于懸垂式/遠(yuǎn)程控制器中。例如，在棒或TIG焊接系統(tǒng)中，將使用遠(yuǎn)程控制器而不是焊絲送進(jìn)器，并且遠(yuǎn)程控制器將被聯(lián)接到電源并如本文所述的進(jìn)行通信。還應(yīng)當(dāng)注意，雖然本文描述的示例性實(shí)施例被描述為焊接系統(tǒng)，但是本發(fā)明的實(shí)施例也可以用于其他系統(tǒng)，例如等離子切割等，并且作為擴(kuò)展，可以使用其他部件，代替如本文所述的焊絲送進(jìn)器和焊接電源。也就是說，該電源可以是切割電源、具有負(fù)載的發(fā)電機(jī)等。該系統(tǒng)在本文中為了簡化和有效而被描述為焊接系統(tǒng)，但是本文的實(shí)施例不限于此。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可將本文描述的通信電路、系統(tǒng)、方法和協(xié)議合并到這些類型的其他系統(tǒng)中。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)100，典型地，系統(tǒng)100包含經(jīng)由焊接纜線130聯(lián)接到焊絲送進(jìn)器120上的電源110。電源110可以被配置為類似于已知的焊接電源，具有本文所討論的附加特征和屬性。例如，在本發(fā)明的實(shí)施例中，電源110可以被配置為類似于由林肯電氣有限公司(The Lincoln Electric Co.，克里夫蘭，俄亥俄州)制造的焊接系統(tǒng)。此外，焊絲送進(jìn)器120可以配置為類似于已知的焊絲送進(jìn)器，具有本文討論的附件，其示例是由林肯電氣有限公司(The Lincoln Electric Co.，克里夫蘭，俄亥俄州)制造的LN-25系列焊絲送進(jìn)器。當(dāng)然可以使用其他電源和焊絲送進(jìn)器，這些參考文獻(xiàn)僅僅是示例性的。

如通常已知的，電源110經(jīng)由纜線130輸出被引導(dǎo)到焊絲送進(jìn)器120的焊接電流，使得焊絲送進(jìn)器可以將電流繼續(xù)傳送到焊接電極而用于焊接工件。在MIG系統(tǒng)中，電極也是消耗品，并且在例如TIG等其他過程中，電極不是沉積到焊縫中的消耗品。纜線130是將焊接電力/電流從電源110的輸出螺柱111/112傳遞到焊絲送進(jìn)器120的主焊接電力纜線。如同已知的系統(tǒng)，焊絲送進(jìn)器120和電源110可以在焊接之前、之后和期間彼此通信。通常這些通信與焊接參數(shù)、設(shè)定點(diǎn)、反饋等有關(guān)。如先前在已知的系統(tǒng)中所解釋的，焊接系統(tǒng)在電源110與焊絲送進(jìn)器120之間使用專用的通信纜線/線路。本發(fā)明的實(shí)施例消除了對這些附加通信纜線的需要，并且在焊絲送進(jìn)器與電源之間提供穩(wěn)健的通信系統(tǒng)/過程。

如以下進(jìn)一步描述的，除了能夠承載焊接電流/電力之外，焊接纜線130 被設(shè)計(jì)為在電源110與焊絲送進(jìn)器120之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(例如控制命令)。本發(fā)明的實(shí)施例支持在焊絲送進(jìn)器120與電源110之間的單向及雙向通信。因此，電源和焊絲送進(jìn)器都通過纜線130相對于彼此發(fā)送/接收信號和/或數(shù)據(jù)。

如一般理解的，電源110接收AC信號作為其輸入(圖1中未示出)。AC信號可以作為3相輸入或單相AC輸入信號而被接收。AC信號可以根據(jù)電源和/或操作國家而在電壓和頻率上變化。例如，AC輸入可以來自公用電網(wǎng)，其可以在50或60Hz下在從100到660伏的范圍內(nèi)，或者可以來自便攜式發(fā)電機(jī)，其也可以具有變化的電壓和頻率。因此，系統(tǒng)100能夠正確地操作并且提供焊接或切割信號，而不管輸入AC電壓幅值、相位類型和頻率如何。電源110被設(shè)計(jì)為以各種模式運(yùn)行，包括恒定電壓(CV)和恒定電流(CC)模式，適合于各種應(yīng)用。因此，電源110可以包括附加的電氣部件，以調(diào)節(jié)接收的原始AC信號并輸出所希望的焊接信號。

在大多數(shù)示例性實(shí)施例中，來自電源110的電力適于焊接，并且經(jīng)由焊接纜線130(為大直徑電導(dǎo)管)被傳送到焊絲送進(jìn)器120。因此，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，焊接信號(即發(fā)送到實(shí)際用于焊接的觸點(diǎn)尖端的電流信號)最初在電源110內(nèi)產(chǎn)生、控制和修改，然后通過焊接纜線130傳送到焊絲送進(jìn)器120。除了送進(jìn)焊接電極之外，焊絲送進(jìn)器120使用纜線(未示出)將接收的焊接信號傳遞到電弧上。

在傳統(tǒng)的焊接系統(tǒng)中，感測引線通常用于感測焊接電弧的電壓，以允許對焊接操作的適當(dāng)控制。感測引線電聯(lián)接到工件和觸點(diǎn)尖端上，以提供關(guān)于該電弧的電壓的反饋。由電源110使用這種反饋，以控制焊接信號的產(chǎn)生和輸出。例如，感測引線將用于檢測短路事件，并且電源110將輸出允許短路被清除的信號。為了清楚起見，圖中未示出感測引線，但是它們的使用是公知的，并且不需要在本文中進(jìn)一步描述。

例如，應(yīng)當(dāng)注意，在一些應(yīng)用中，焊絲送進(jìn)器120位于離電源110相當(dāng)大的距離處，因此需要纜線130和任何其他承載數(shù)據(jù)的纜線或感測引線纜線相當(dāng)長。這通常在焊接操作不利于使電源110接近焊接操作、而是使焊絲送進(jìn)器120靠近地定位以確保正確的焊絲進(jìn)給時發(fā)生。這些長纜線(特別是焊接電力纜線130)可能在焊接操作期間大大增加整體系統(tǒng)電感。這種阻抗的增加可能是對焊接操作的損害，因?yàn)樗赡懿焕赜绊懞附与娫?10的整體響應(yīng)性。這在脈沖焊接操作中尤其成問題。因此，期望盡可能地減小整體系統(tǒng)阻抗。此外，單獨(dú)的控制纜線通常用以連接電源和焊絲送進(jìn)器。因?yàn)樗鼈兊拈L度，這樣容易損壞并受到其他限制。

通過本發(fā)明的實(shí)施例，電源110和焊絲送進(jìn)器120可以彼此分開很大的距離，而使用傳統(tǒng)的焊接系統(tǒng)，在焊接電源和焊絲送進(jìn)器之間存在最大有效距離。例如，傳統(tǒng)的系統(tǒng)在電源與焊絲送進(jìn)器之間不應(yīng)超過100英尺。然而，利用本發(fā)明的實(shí)施例，可以大大超過該距離。實(shí)際上，部件110和120可以彼此分開在100到500英尺范圍內(nèi)的距離。在其他示例性實(shí)施例中，該距離在250到500英尺的范圍內(nèi)。

如上簡要提到的，已經(jīng)做出努力以通過在焊接信號上疊加通信信號來通過電力纜線130通信而解決一些問題。然而，這可能具有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因?yàn)橥ㄐ判盘柨赡芨蓴_焊接信號或以其他方式包括焊接信號，并且可能需要復(fù)雜的通信控制。然而，如以下詳細(xì)解釋的，采用本通信系統(tǒng)的實(shí)施例則不存在這些問題。也就是說，本發(fā)明的實(shí)施例利用受調(diào)節(jié)/受控制的電力引出協(xié)議以在焊絲送進(jìn)器與電源之間進(jìn)行通信，而不是覆蓋通信信號。這將在下面進(jìn)一步解釋。

如圖1所示，電源110包含焊接電力輸出模塊103，其產(chǎn)生焊接電力信號并將該焊接電力信號輸出到該焊絲送進(jìn)器。焊接輸出模塊可以與已知系統(tǒng)一致地構(gòu)造，并且可以包含(例如)整流器、用以產(chǎn)生受調(diào)節(jié)DC總線的降壓、升壓或降壓-升壓電路和輸出電路，例如斬波器、PWM、逆變器等，其用于產(chǎn)生焊接信號。當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，也可以使用其他已知的輸出電路/配置。可以與已知系統(tǒng)一致地控制這個輸出模塊。電源110還包含控制模塊101，其可以用于控制輸出模塊103和電源110的操作?？刂颇K可以包含基于處理器的計(jì)算系統(tǒng)，其包含存儲器、處理器等以與已知系統(tǒng)一致地控制電源110的操作。此外，控制模塊101包含接收器105和發(fā)送器107，以幫助與本文所討論的實(shí)施例一致地與焊絲送進(jìn)器120通信。如圖所示，接收器105通過電流感測引線104聯(lián)接到輸出模塊103的至少一條輸出線上，以感測輸出模塊103的輸出電流。此外，控制模塊101包含發(fā)送器107，其用于幫助將數(shù)據(jù)信號從電源傳輸?shù)胶附z送進(jìn)器120。發(fā)送器107經(jīng)由電壓信號引線106聯(lián)接到輸出功率模塊103上，其使用將在下面進(jìn)一步解釋。當(dāng)然，電源110還包含另加的部件和電子器件，例如輸入控制、輔助電源等，為了清楚起見未示出。然而，由于電源的這些方面是公知的，因此不需要在這里詳細(xì)討論。

此外，如圖所示，焊絲送進(jìn)器120包含控制器模塊121，其用于幫助與電源110的通信?？刂破髂K121包含/聯(lián)接到用戶界面控制板126，該用戶界面控制板允許用戶向焊絲送進(jìn)器120輸入用戶/焊接數(shù)據(jù)以控制系統(tǒng)100的操作。用戶界面126可以被配置為類似任何已知的用戶界面，并且可以包括數(shù)據(jù)屏幕(LED等)用戶控制(旋鈕、按鈕等)和/或觸敏輸入屏幕。可以使用任何已知的用戶界面配置。在一些實(shí)施例中，用戶界面控制126不需要是通信模塊的一部分，但是用戶輸入至少聯(lián)接到通信模塊上以允許如本文所討論的那樣傳送用戶輸入數(shù)據(jù)。控制器模塊121還包括接收器129，該接收器聯(lián)接到焊絲送進(jìn)器螺柱113/114中的一者上，這些接觸尖端螺柱經(jīng)由電壓感測引線128聯(lián)接到焊接電力線130中的一者上。(雖然僅示出了一條感測引線，但是每個螺柱的感測引線都可以用于檢測螺柱處的電壓)。如以下進(jìn)一步解釋的，電壓感測引線128用以感測來自電源110的電壓通信信號?？刂破髂K121還包含具有發(fā)送器125和電流吸收電路127的通信模塊123，其用于改變焊絲送進(jìn)器120中的電流引出以幫助與電源110通信。這將在下面進(jìn)一步解釋。當(dāng)然，焊絲送進(jìn)器120可以具有其他系統(tǒng)和部件，例如電動機(jī)、電動機(jī)控制等，這些是已知的并且為了清楚起見不需要示出或描述?？刂破髂K121還可以具有與已知控制器模塊一致的處理器、存儲器等，以確保焊絲送進(jìn)器120的正確操作。

如上所述，已經(jīng)開發(fā)了利用電力纜線130上的復(fù)雜的通信信號的一些系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例不使用這種想法，而是改變電流/功率引出以幫助通信。下面在示例性通信序列的上下文中討論本發(fā)明的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在以下示例性序列/實(shí)施例中，通信序列在焊絲送進(jìn)器120處開始，但是實(shí)施例不限于這種方式，因?yàn)殡娫?10可以發(fā)起與本文所描述的實(shí)施例一致的通信。

如通常已知的，焊絲送進(jìn)器120可以經(jīng)由纜線110從電源110接收其控制和操作電力。該操作電力的形式可以是來自O(shè)CV電壓為大約60伏(例如)的電源110的輸出電壓以及(例如)大約50瓦的功率。(注意，雖然電力信號被稱為OCV信號，但是由于來自電源110的電力信號正被用于給焊絲送進(jìn)器中的輔助電路供電，存在一些電流流動)。當(dāng)焊絲送進(jìn)器120通電時，其可以經(jīng)由用戶界面控制126接收用戶輸入。這些用戶輸入被傳送到通信模塊123和發(fā)送器125，其使得電流吸收電路從來自電源110的電力信號改變由焊絲送進(jìn)器120引出的電流。也就是說，電流吸收電路127不是使用已知的通信協(xié)議發(fā)送通信信號，而是改變焊絲送進(jìn)器120的電流引出，使得電源110經(jīng)由電流感測引線104和接收器105“看到”或感測到電流引出的變化，并且將電流引出中的這些變化解釋為數(shù)據(jù)通信信號。

在圖2中表示示例性的電流引出通信信號。圖2示出了當(dāng)沒有進(jìn)行通信并且電源110僅僅為焊絲送進(jìn)器120供電時具有低OCV電流引出(低于0.5amp)的電流信號200。然而，當(dāng)焊絲送進(jìn)器120想要與電源110通信以例如傳送用戶輸入設(shè)置時，焊絲送進(jìn)器使用電流吸收電路127從如所示的波形200中的一系列脈沖中的電力信號來改變電流引出。如這個示例性實(shí)施例所示，電流吸收電路127使得從電源的電流引出在一系列脈沖中脈動到大約2.5安的峰值水平，這一系列脈沖作為來自焊絲送進(jìn)器120的數(shù)據(jù)信號由電源110識別(感測電流引出的變化)。焊絲送進(jìn)器120使用這些電流引出脈沖作為傳送數(shù)據(jù)的手段。因此，與已知的通信系統(tǒng)不同，焊絲送進(jìn)器120不產(chǎn)生(使用各種已知的通信協(xié)議)傳送到電源的通信信號，而是以被電源看作數(shù)據(jù)信號的預(yù)定格式/模式改變電流引出。這是一個更穩(wěn)健和穩(wěn)定的通信協(xié)議。

例如，在所示的示例性實(shí)施例中，通信模塊123/電流吸收電路127使得消息起始電流脈沖201被啟動。對于這個脈沖(以及隨后的脈沖)，電流吸收電路127切換以產(chǎn)生電流路徑，該電流路徑使得從電力信號引出所希望的附加電流以產(chǎn)生脈沖201。這個信號起始電流引出脈沖201具有預(yù)定的脈沖寬度和/或峰值電流，電源110已知其為信號起始脈沖。例如，如所示出的，信號起始脈沖201具有3ms的脈沖寬度和大約2.5安的峰值電流。因此，當(dāng)電源110感測到這種電流引出時，電源110控制模塊101識別出數(shù)據(jù)即將從焊絲送進(jìn)器傳送到電源。在信號起始脈沖201之后，由電流吸收電路127產(chǎn)生一系列電流引出脈沖203/205，并由電源110感測。脈沖203/205可以表示由電源110的控制模塊101識別的二進(jìn)制編碼(“1”和“0”)，使得控制模塊101解釋/使用這些電流引出脈沖以接收來自焊絲送進(jìn)器120的數(shù)據(jù)消息。例如，電源110可以使用這個消息來為給定的焊接操作提供所希望的焊接信號。如所示出的，數(shù)據(jù)脈沖203/205可以具有不同的脈沖寬度和/或峰值電流，以便提供所需的二進(jìn)制編碼。在所示的實(shí)施例中，脈沖具有相同的峰值電流，但是它們的脈沖寬度是變化的，其中一個數(shù)據(jù)脈沖203具有大于另一個數(shù)據(jù)脈沖205的脈沖寬度。使用這種二進(jìn)制脈沖方法，可以僅使用在焊絲送進(jìn)器處改變的電流引出而將二進(jìn)制信號從焊絲送進(jìn)器120發(fā)送到電源110。在一些示例性實(shí)施例中，可以由電路127創(chuàng)建信號結(jié)束電流引出脈沖(未示出)，以向該電源發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的信號。例如，信號結(jié)束脈沖可以與信號起始脈沖201相同，但是因?yàn)槭潜坏诙谓邮?，它被識別為信號結(jié)束脈沖。在其他實(shí)施例中，信號結(jié)束脈沖可以具有不同的峰值電流和/或脈沖寬度，其在電源處被識別為信號結(jié)束脈沖。在另一示例性實(shí)施例中，接收器105和/或控制模塊101可以具有用于來自焊絲送進(jìn)器的一個信息包的預(yù)定比特大小，并且當(dāng)從焊絲送進(jìn)器120接收到適當(dāng)量的信息(例如比特)時，控制模塊101確定已經(jīng)發(fā)送了完整的包，然后處理該包，并等待另一信號開始脈沖201。在這類實(shí)施例中，不需要信號結(jié)束脈沖。此外，在另外的實(shí)施例中，信號開始和/或結(jié)束可以不是單個脈沖，而可以是相同類型的兩個或更多個脈沖，其用于用信號通知數(shù)據(jù)包的開始和/或結(jié)束。例如，實(shí)施例可以使用具有某些脈沖特性的兩個完全相同的數(shù)據(jù)脈沖來表示數(shù)據(jù)消息的開始。

本發(fā)明的實(shí)施例所利用的電流引出脈沖201/203/205可以具有任何預(yù)定的脈沖寬度/峰值電流，只要電源110和焊絲送進(jìn)器120中的每一者都識別脈沖數(shù)據(jù)。例如，脈沖可以具有在0.25至5安范圍內(nèi)的峰值電流，并且可以具有在0.05至100ms范圍內(nèi)的脈沖寬度，只要各種脈沖201/203/205彼此可充分地區(qū)分開以便被電源110正確地識別。在另外的示例性實(shí)施例中，脈沖寬度可以在0.5至5ms、1至3ms的范圍內(nèi)。例如，在示例性實(shí)施例中，信號起始脈沖201可以具有3ms的脈沖寬度，而數(shù)據(jù)脈沖203和205可以分別具有2ms和1ms的脈沖寬度。這些脈沖可以具有相同的峰值電流，或者在不同的示例性實(shí)施例中可以具有不同的峰值電流。在示例性實(shí)施例中，各脈沖的峰值電流可以在1至5安的范圍內(nèi)。在另外的示例性實(shí)施例中，脈沖的峰值電流可以在2至4安的范圍內(nèi)。在示例性實(shí)施例中，電流引出信號可以具有在10Hz至10kHz范圍內(nèi)的頻率，而在其他實(shí)施例中，該范圍可以是100Hz至500Hz。當(dāng)然，實(shí)施例不限于這些參數(shù)，并且可以使用其他脈沖寬度、峰值電流和頻率，只要通信協(xié)議可被電源110識別。在其他示例性實(shí)施例中，為了通信的目的，可以改變脈沖的峰值電流的持續(xù)時間以在不同的脈沖之間進(jìn)行區(qū)分。也就是說，在這類實(shí)施例中，每個脈沖的脈沖寬度都是相同的，但是不同脈沖的峰值的持續(xù)時間是不同的，并且電源110使用該差別以識別不同的脈沖?？梢允褂萌魏螖?shù)量的不同脈沖類型來傳送數(shù)據(jù)，其中脈沖具有不同的峰值和/或?qū)挾纫詤^(qū)分脈沖，只要它們可被電源識別。此外，脈沖周期或頻率可以用于區(qū)分用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿}沖。

然而，應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)殡娏魑针娐?27從OCV信號中引出電流，所以需要在焊絲送進(jìn)器120內(nèi)耗散所引出的功率。這可以使用電阻器或類似的熱量/能量耗散部件/技術(shù)來完成。因此，焊絲送進(jìn)器120引出的功率/電流應(yīng)當(dāng)是能夠由焊絲送進(jìn)器120耗散的量。也就是說，在任何給定消息(在消息持續(xù)時間內(nèi)的總電流和電壓)中耗散的電量應(yīng)當(dāng)是能夠耗散而不會使任何部件過熱的量。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)信號的平均功率不超過25瓦。在另外的示例性實(shí)施例中，電流引出數(shù)據(jù)信號的平均功率在5至25瓦的范圍內(nèi)。在另一示例性實(shí)施例中，平均功率在7至20瓦的范圍內(nèi)。當(dāng)然，只要焊絲送進(jìn)器120能夠耗散更多的熱能/功率，電流引出信號的平均功率可以高于以上討論的。

為了幫助在通信模塊121中(經(jīng)由產(chǎn)生的熱量)耗散功率，焊絲送進(jìn)器120可以利用現(xiàn)有的冷卻風(fēng)扇(未示出)來冷卻用于耗散能量的任何電阻器部件。在其他示例性實(shí)施例中，諸如次級風(fēng)扇、散熱器等(未示出)專用冷卻機(jī)構(gòu)可以用于在通信期間冷卻電流吸收電路127，以適當(dāng)?shù)睾纳⒂捎诠β屎纳⒍a(chǎn)生的任何熱量。在另外的示例性實(shí)施例中，溫度監(jiān)測電路(未示出)可以用于監(jiān)測電路127或其一些部件的溫度。這種溫度監(jiān)測電路/系統(tǒng)是公知的。通過監(jiān)測溫度，系統(tǒng)控制器可以實(shí)施某些協(xié)議以控制電路127的熱量。例如，在一些示例性實(shí)施例中，控制器可以使用檢測到的熱量(與預(yù)定熱閾值水平相比)來使輔助冷卻風(fēng)扇打開以幫助冷卻所希望的部件。在另外的示例性實(shí)施例中，該控制器可以使用檢測到的熱量來停止通信過程，或者改變通信過程以確保不超過熱閾值水平。例如，在一些實(shí)施例中，可以將信息包發(fā)送到電源以指示通信將停止一段時間，然后焊絲送進(jìn)器控制器可以監(jiān)測溫度，直到溫度可接受并且開始再次通信的時間。在其他示例性實(shí)施例中，該控制器可以改變電流引出脈沖以減少所需的能量吸收。例如，該控制器可以使電路127降低脈沖的峰值電流水平，使得吸收更少的能量，直到溫度達(dá)到可接受的水平，然后可以使用原始的脈沖峰值。當(dāng)然，電源110應(yīng)當(dāng)被配置為也識別這些次級脈沖配置。脈沖參數(shù)的改變可以在改變之前從焊絲送進(jìn)器120傳送到電源110，使得電源110被適當(dāng)?shù)嘏渲脼樽R別改變后的脈沖。在另一示例性實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器120的控制器具有至少兩個預(yù)定溫度閾值水平。當(dāng)檢測到第一熱量水平時，該控制器確定必須停止通信，需要額外的冷卻，和/或必須改變通信，以便熱量水平降低。第二水平低于第一水平，并且當(dāng)檢測到第二水平時，控制器則確定可以恢復(fù)正常通信。這樣可以允許在正常操作再次開始之前充分減少熱量?？赡苡欣氖?，使該第二水平足夠低，使得一旦恢復(fù)正常通信就不能快速達(dá)到第一水平。

如上所述，電源110使用電流感測電路104和接收器105來識別電流引出脈沖201、203和205，并使用這些脈沖來控制與來自焊絲送進(jìn)器120的指令一致的電源110的操作。電源110使用這個信息來調(diào)整其波形、輸出設(shè)定等以執(zhí)行所需的焊接操作。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到從電源110到焊絲送進(jìn)器120的通信，因?yàn)槭褂孟嗨频耐ㄐ艆f(xié)議，除了使用電壓脈沖而不是電流脈沖以外。也就是說，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，電源110在所提供的OCV電壓內(nèi)使用電壓脈沖來向焊絲送進(jìn)器120發(fā)送確認(rèn)和/或其他數(shù)據(jù)。例如，在一些實(shí)施例中，控制模塊101可以被配置為向焊絲送進(jìn)器120發(fā)送確認(rèn)信號，以指示已經(jīng)接收到了焊絲送進(jìn)器120發(fā)送的數(shù)據(jù)包。在這個實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器120可以(經(jīng)由電流引出脈沖)發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且當(dāng)被電源110接收時，該電源發(fā)送確認(rèn)脈沖和/或消息，并且當(dāng)焊絲送進(jìn)器110接收到確認(rèn)時可以發(fā)送另一個數(shù)據(jù)包。在一些實(shí)施例中，如果焊絲送進(jìn)器110沒有接收到確認(rèn)，則其再發(fā)送數(shù)據(jù)包。當(dāng)然，也可以通過以下方法將其他數(shù)據(jù)發(fā)送到焊絲送進(jìn)器120。在示例性實(shí)施例中，電源110使用發(fā)送器107向輸出功率模塊103提供電壓脈沖信號。輸出功率模塊103使用電壓脈沖信號來控制其輸出，并且經(jīng)由電力纜線130向焊絲送進(jìn)器120提供與預(yù)定通信協(xié)議一致的電壓脈沖。輸出功率模塊的控制是公知的，本文不需要詳細(xì)描述。

圖3中示出了電壓通信波形300的示例性實(shí)施例。如該圖所示，采用與圖2所描述的類似的通信方法，除了采用電壓脈沖而不是使用電流引出脈沖以外。也就是說，當(dāng)電源110向焊絲送進(jìn)器提供OCV電壓時(例如在焊接之前或之后)，電源110還提供電壓脈沖301、303和305以將信息傳送到焊絲送進(jìn)器。脈沖由電壓感測引線128感測，該電壓感測引線將焊絲送進(jìn)器110螺柱113聯(lián)接到接收器129上。這些電壓脈沖被感測并轉(zhuǎn)換為信息信號，以由焊絲送進(jìn)器的控制器121使用。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，類似于以上討論的協(xié)議，電源110可以輸出消息起始電壓脈沖301，其向焊絲送進(jìn)器110指示有消息跟來。第一脈沖301可以具有特定的一組參數(shù)，例如具有脈沖寬度、電壓水平、電壓水平持續(xù)時間和/或頻率，焊絲送進(jìn)器120將其識別為數(shù)據(jù)消息的開始。與圖2相似，在消息起始電壓脈沖301之后是一系列彼此不同的數(shù)據(jù)電壓脈沖303、305，以便將二進(jìn)制消息傳送到焊絲送進(jìn)器110。

如圖3的示例所示，來自電源110的OCV信號具有60伏的OCV電壓。電壓脈沖301、303、305各自下降到大約20伏，持續(xù)預(yù)定的持續(xù)時間，并且由接收器129檢測這種電壓降，并且控制器121使用接收到的脈沖來與接收到的消息/確認(rèn)一致地控制焊絲送進(jìn)器110的操作。如圖所示，303是具有第一脈沖寬度的第一數(shù)據(jù)脈沖類型，并且脈沖305是具有第二脈沖寬度的第二數(shù)據(jù)脈沖類型。在所示的實(shí)施例中，每種脈沖類型的電壓水平相同(在所示的實(shí)施例中，脈沖電壓約為20伏)。當(dāng)然，在其他示例性實(shí)施例中，不同的脈沖類型可以具有不同的電壓水平和/或頻率。例如，脈沖可以具有相同的脈沖寬度，但是具有不同的電壓水平，例如脈沖303具有20伏的水平且脈沖305具有40伏的水平，而不是改變脈沖的脈沖寬度(如圖3所示)。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，可以改變其他脈沖參數(shù)，只要脈沖303/305彼此可區(qū)分并且可以由焊絲送進(jìn)器120識別為不同的脈沖即可。

如圖3所示，從電源110到焊絲送進(jìn)器120的電壓脈沖在來自電源110的OCV電壓信號中產(chǎn)生，并具有約20伏的電壓，而不同脈沖的脈沖寬度不同。當(dāng)然，這個實(shí)施例旨在是示例性的，并且在其他示例性實(shí)施例中，脈沖的電壓水平可以在1至70伏的范圍內(nèi)，只要脈沖可識別為數(shù)據(jù)脈沖，而在其他實(shí)施例中，電壓可以在10至55伏的范圍內(nèi)。當(dāng)然，當(dāng)沒有進(jìn)行焊接操作時，脈沖301、303和305的電壓水平可以是從電源110提供給焊絲送進(jìn)器120的電力信號的OCV電壓水平的函數(shù)。在一些示例性實(shí)施例中，脈沖的電壓水平在非焊接電力信號的OCV電壓水平的20％至95％的范圍內(nèi)。在其他示例性實(shí)施例中，電壓水平在OCV電壓水平的30％至90％的范圍內(nèi)，并且在進(jìn)一步的實(shí)施例中，電壓水平在OCV電壓水平的33％至75％的范圍內(nèi)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)注意，脈沖的電壓水平可以是適于給定系統(tǒng)的任何水平，只要脈沖的電壓水平能夠由焊絲送進(jìn)器中的接收器充分識別，以便確保發(fā)送的數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確和可靠地接收。在示例性實(shí)施例中，OCV電壓脈沖信號可以具有在100Hz至10KHz范圍內(nèi)的頻率。在另外的示例性實(shí)施例中，信號的頻率可以在1至5KHz的范圍內(nèi)。在其他示例性實(shí)施例中，頻率在100Hz至1KHz的范圍內(nèi)。此外，類似于電流引出信號方法，可以使用任何數(shù)量的不同電壓脈沖類型來傳送數(shù)據(jù)，其中電壓脈沖具有不同的峰值和/或?qū)挾纫詤^(qū)分脈沖，只要它們可由焊絲送進(jìn)器識別。此外，脈沖周期或頻率可以用于區(qū)分用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿}沖。

注意，在一些示例性實(shí)施例中，用于信號脈沖的電壓可以下降到低至0伏。然而，在這類實(shí)施例中，信號持續(xù)時間不應(yīng)當(dāng)太長以至于損害供應(yīng)到焊絲送進(jìn)器110的功率而影響其操作。

上述方法描述了焊絲送進(jìn)器與焊接系統(tǒng)的電源之間的通信的示例性實(shí)施例，其中將從電源到焊絲送進(jìn)器的標(biāo)準(zhǔn)OCV電力信號用作在部件之間通信的手段，而不需要復(fù)雜的通信協(xié)議。也就是說，在示例性實(shí)施例中，該焊絲送進(jìn)器對OCV信號使用變化的電流引出，而電源在OCV信號內(nèi)插入電壓脈沖以幫助通信。如本文所解釋的，本發(fā)明的實(shí)施例可以使用至少兩個不同的電流引出/電壓脈沖來在焊接系統(tǒng)部件之間傳遞數(shù)據(jù)，其中不同的脈沖具有至少一個不同的特性。也就是說，脈沖可以在脈沖寬度、頻率、峰值持續(xù)時間和/或峰值幅度中的至少一個方面是不同的，只要該差異足以允許各個接收器在用于精確數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿}沖之間進(jìn)行區(qū)分即可。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，這些脈沖特性的任何組合也可以用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)脈沖。例如，第一數(shù)據(jù)脈沖可以具有第一脈沖寬度和峰值，并且第二類型的數(shù)據(jù)脈沖可以具有不同的脈沖寬度和峰值。當(dāng)然，在不脫離本文所描述的示例性實(shí)施例的精神和范圍的情況下，可以使用其他組合來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)脈沖。這種通信方法是高度穩(wěn)健和可靠的。

此外，由于通信模式，只要OCV信號的接通時間足夠，對從電源110到焊絲送進(jìn)器120的消息傳遞的持續(xù)時間就沒有實(shí)際限制。然而，在從焊絲送進(jìn)器120到電源110的消息的整體持續(xù)時間方面可能存在限制。由于焊絲送進(jìn)器120從作為消息傳遞協(xié)議的OCV信號中引出電流，所以需要耗散該能量，如上所述，這可以經(jīng)由散熱來完成。因此，來自焊絲送進(jìn)器120的消息應(yīng)具有一定長度，以確保焊絲送進(jìn)器120的適當(dāng)?shù)臒崃?能量耗散。

應(yīng)當(dāng)注意，即使上述實(shí)施例被描述為當(dāng)沒有焊接信號通過纜線130發(fā)送到焊絲送進(jìn)器120時進(jìn)行通信，在本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器120可以在焊接期間使用與上述類似的通信協(xié)議(電流引出脈沖)與電源110通信。當(dāng)然，從焊絲送進(jìn)器120到電源110的電流引出脈沖消息將被配置為不干擾焊接操作和焊接波形，可以在焊接期間進(jìn)行通信。來自焊絲送進(jìn)器電機(jī)(用于送進(jìn)焊絲消耗品)的電流也應(yīng)被考慮為幫助穩(wěn)健的通信，因?yàn)殡姍C(jī)所需的電流可能由于焊絲送進(jìn)的轉(zhuǎn)矩要求的變化而改變。因此，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，其中焊絲送進(jìn)器120在焊接期間與電源通信，電流引出脈沖消息的頻率應(yīng)該相對較低以便不發(fā)生干擾。例如，在示例性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)信號的頻率應(yīng)在20至100Hz的范圍內(nèi)。也就是說，在消息包含多個頻率的情況下(如上所述)，這些頻率中的每一個都應(yīng)當(dāng)在所述范圍內(nèi)。在其他示例性實(shí)施例中，頻率應(yīng)在30至70Hz的范圍內(nèi)。這些相對低的頻率可以用于確保在通信期間不干擾焊接操作。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，可以使用其他頻率，只要不發(fā)生干擾，并且可以由在焊接操作中使用的頻率來規(guī)定。本發(fā)明的實(shí)施例可以在所有類型的焊接(包括CC、CV、脈沖、短弧、STT等)期間使用，只要通信信號能夠與焊接信號充分區(qū)分開并且不會干擾焊接信號即可。

應(yīng)當(dāng)注意，在另外的示例性實(shí)施例中，多于一個焊絲送進(jìn)器(負(fù)載)可以連接到電源上。在這類實(shí)施例中，來自焊絲送進(jìn)器的數(shù)據(jù)信號包括由電源識別的焊絲送進(jìn)器標(biāo)識，并且用于輔助確保電源向適當(dāng)?shù)暮附z送進(jìn)器提供適當(dāng)?shù)妮敵?。因此，在一些?shí)施例中，電源可以使用本文所討論的方法聯(lián)接到多于一個焊絲送進(jìn)器上并且能夠與這些焊絲送進(jìn)器通信。

圖4和圖5提供了關(guān)于電流吸收電路127的示例性實(shí)施例的附加細(xì)節(jié)。所描繪的示例性實(shí)施例包含開關(guān)403和405、電阻器407、409和411以及電流分流調(diào)節(jié)器401以在如上所述的消息傳遞期間調(diào)節(jié)和吸收電流引出脈沖。電流分流調(diào)節(jié)器401可以是任何已知的調(diào)節(jié)器，只要能夠根據(jù)希望執(zhí)行即可。這種調(diào)節(jié)器的一個示例是德州儀器公司(Texas Instruments)的TL431三端子可調(diào)分路調(diào)節(jié)器。當(dāng)然，可以使用其他類似功能的部件。例如，在一些示例性實(shí)施例中，可以使用運(yùn)算放大器、MOSFET組合來代替分路調(diào)節(jié)器401。此外，在另外的實(shí)施例中，可以(使用已知的開關(guān)電路)基于輸入電壓來接通或斷開負(fù)載電阻器409以根據(jù)需要改善性能。在圖4和圖5所示的電路中，在焊絲送進(jìn)器中產(chǎn)生電流引出脈沖的過程中，電阻器409提供了大量的能量耗散。

在圖5的實(shí)施例中，全橋整流器500被添加到電路，以便增加到電源110的輸出螺柱的連接靈活性。也就是說，通過使用整流器500，增加了到電源110的正極端子和負(fù)極端子的連接的靈活性。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他示例性電路來實(shí)現(xiàn)與上述相同的功能，并且可以使用這些電路而不脫離本文所描述的本發(fā)明的精神或范圍。

由于以上討論的屬性和構(gòu)造，本發(fā)明的示例性系統(tǒng)可以提供優(yōu)于已知焊接系統(tǒng)的顯著優(yōu)點(diǎn)。也就是說，使用本發(fā)明的實(shí)施例，焊絲送進(jìn)器和電源可以彼此通信而沒有分開的通信纜線，并且這樣做使焊接系統(tǒng)具有增強(qiáng)的穩(wěn)健性和實(shí)用性。此外，即使通過與焊接信號相同的焊接纜線來傳輸數(shù)據(jù)，也在并未不利地影響焊接信號或焊接操作的情況下發(fā)生這種通信和數(shù)據(jù)傳輸。

如上所述，焊絲送進(jìn)器120和電源110中的每一者使用可以采用計(jì)算機(jī)或微處理器型系統(tǒng)的控制器，該控制器執(zhí)行各種程序以幫助本文所述的通信協(xié)議。計(jì)算機(jī)程序(例如，計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng))可以用任何形式的編程語言來書寫，包括編譯語言或解釋語言，并且它可以按任何形式來部署，包括作為獨(dú)立程序或作為模塊、組件、子例程、或適合用在計(jì)算環(huán)境中的其他單元。計(jì)算機(jī)程序可以被部署成將在一臺計(jì)算機(jī)或一個場所中的或跨多個場所分布且通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的多臺計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向提供包括連續(xù)地接收在焊接電極處的電壓的現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的其他示例性實(shí)施例，其中使用焊接纜線跨越電弧來傳送現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)，并且對現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)與焊接電源處的焊接輸出電壓進(jìn)行連續(xù)比較以標(biāo)識電壓差。通信方法可以是以上描述的那些通信方法。該方法還包括至少部分地基于電壓差使用焊接電源來增加或減少焊接輸出電壓。

進(jìn)一步的實(shí)施例提供了一種焊接系統(tǒng)，包括具有工件引線連接和焊接纜線連接的焊絲送進(jìn)器，該焊接纜線連接被配置為將焊絲送進(jìn)器可操作地連接到電源上，該工件引線連接被配置為完成焊絲送進(jìn)器與工件之間的電路。該系統(tǒng)還包括與焊絲送進(jìn)器可操作地聯(lián)接的現(xiàn)場電壓測量部件，該現(xiàn)場電壓測量部件連續(xù)地確定現(xiàn)場電壓測量值。在這種實(shí)施例中，該焊絲送進(jìn)器被配置為接收現(xiàn)場電壓測量值，并且該焊絲送進(jìn)器被配置為通過焊接纜線連接和工件引線連接中的至少一者來傳送現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)。

如上所述，在系統(tǒng)部件之間可以發(fā)生各種類型的通信，包括與焊接操作相關(guān)的中繼信息，例如跨電弧的電壓和電流檢測，以及焊接操作的其他方面，包括纜線阻抗變化等。

如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例可以用于“跨電弧”焊接安排。與以上描述的實(shí)施例類似，跨電弧安排使得一對纜線從電源延伸到工件以提供功率和通信兩者，其中一條纜線連接到工件，并且另一條纜線未附接而等待焊絲送進(jìn)器。插入焊絲送進(jìn)器，其自身的引線夾緊到工件上，并且在不使用另加的控制纜線的情況下通過工作引線與遠(yuǎn)離的電源通信。跨越這些電弧安排降低了焊接系統(tǒng)的復(fù)雜性、重量、附件費(fèi)用以及可能的故障點(diǎn)。

焊接系統(tǒng)的各種實(shí)際特性可以影響焊接系統(tǒng)的性能以及這些特性和數(shù)據(jù)，并且可以經(jīng)由本文描述的通信協(xié)議來發(fā)送。當(dāng)尋求以特定方式焊接或改善焊接質(zhì)量時，可以選擇和傳送與特定焊接波形相關(guān)聯(lián)的焊接設(shè)定。根據(jù)這類波形以及其他焊接參數(shù)，焊接電源為焊接操作供電。然而，這些參數(shù)是基于預(yù)期的或理想的條件。

在某些情況下，在“跨電弧”和其他焊接系統(tǒng)安排中與預(yù)期的或理想的條件的偏差是，纜線阻抗可能導(dǎo)致電源與焊絲送進(jìn)器之間的電壓降，使得電源輸出電壓被設(shè)定為焊絲送進(jìn)器的要求，但是焊絲送進(jìn)器功率輸入實(shí)際上沒有接收到規(guī)定的電壓。由于阻抗引起的電壓降取決于這條或這些條纜線的長度和組成、纜線的幾何形狀(卷繞的對展開的)、供應(yīng)的焊接電流、焊接波形和焊接參數(shù)以及其他因素而變化。因此，電源處的簡單電壓偏移將并不一致地補(bǔ)償焊接工具處的與預(yù)期輸出的偏差，因?yàn)檫@種偏差在本質(zhì)上可以是動態(tài)的。

為了監(jiān)測這種變量差異，可以將電測量裝置(包括但不限于電壓表、萬用表或其他裝置或部件)放置在焊絲送進(jìn)器處或集成到焊絲送進(jìn)器中，以確定焊絲送進(jìn)器處的電壓?？梢詫⒋穗妷嚎珉娀魉突仉娫?或與電源通信的另一個設(shè)備)，并且與預(yù)期/焊接電壓或經(jīng)由本文所述的通信協(xié)議進(jìn)行比較。這種比較可以連續(xù)地并實(shí)時地進(jìn)行。然后可以調(diào)整電源操作參數(shù)以確保向焊絲送進(jìn)器提供精確的適當(dāng)電壓(或其他參數(shù))。在一些實(shí)施例中，這是一種反復(fù)的反饋過程，其確定在一段時間內(nèi)的平均電壓降，直到平均下降是基于充足的數(shù)據(jù)以基本上(在幅度上)等于平均電壓降，而不是根據(jù)瞬時或最近檢測到的電壓降進(jìn)行連續(xù)調(diào)整。

本文披露的實(shí)施例中的通信可以經(jīng)由本文描述的方法發(fā)生。這提供了簡單的通信，因?yàn)楦郊拥目刂凭€在許多環(huán)境中可能是麻煩的，并且無線通信并不總是可行的(例如在視線成問題的造船廠中，或者可能存在需要在使用之前在不同的無線裝置之間配對的多個電源)。這種安排使有線連接的數(shù)量減到最少，同時為焊絲送進(jìn)器提供即插即用的能力。

圖6是根據(jù)本創(chuàng)新的實(shí)施例的焊接輸出電路路徑的示例電路表示1100，如圖7及其他附圖的1205處所示的焊接輸出電路路徑。電路表示1100包括焊接輸出電路路徑1205的焊接纜線1220側(cè)的電感Lc 1110和電阻Rc 1120。這些值可以(但無需排他地)由焊接纜線1220的特性限定。電路表示1100還包括焊接輸出電路路徑1205的焊接電源1210側(cè)的電感Lm 1130、內(nèi)部電阻Ri 1140和二極管D1 1150。這些值可以(但無需排他地)由焊接電源1210的特性單獨(dú)地限定或者與焊絲送進(jìn)器1270(例如機(jī)器側(cè))結(jié)合來限定。焊接纜線1220在具有電節(jié)點(diǎn)1160和1170的焊接輸出1212處連接到焊接電源1210上，并且工件可以位于焊接輸出端子1191和1192的附近。

當(dāng)電流(I)1180流過焊接輸出電路路徑1205時，在節(jié)點(diǎn)1160和1170之間產(chǎn)生輸出電壓(V)1165。來自電源的阻抗可以是預(yù)定的(例如由于機(jī)器輸出扼流器并且取決于電流)，但是在所有情況下在電源處都不能知道或預(yù)測來自電源外部的外部阻抗(或其他外部效應(yīng))。因?yàn)橹辽俸附永|線1220的特性不是靜態(tài)的，焊接纜線1220的取向和/或可維修性隨時間改變，并且此外，(具有不同的例如長度、直徑、磨損和撕裂以及其他質(zhì)量的)不同的纜線與相同的焊接電源1210一起使用。因此，系統(tǒng)的總阻抗基于纜線隨時間而變化。

變化的阻抗可以導(dǎo)致該系統(tǒng)中各點(diǎn)處的電壓差異，以包括該焊接電極或工件處的預(yù)期電壓與實(shí)際電壓之間的差異。本文描述了確定電壓差異的各種技術(shù)。在一些(但不一定是所有)實(shí)施例中，電源、焊絲送進(jìn)器、工具或獨(dú)立的電反饋裝置可以基于電源設(shè)定和整體焊接系統(tǒng)來確定實(shí)際電特性與預(yù)期特性之間的差異。在一個或多個具體實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器包括電壓反饋能力，用于確定由焊接纜線阻抗引起的電壓誤差或差異，確定測量位置處的預(yù)期電壓(例如在工件處、來自電源的其他值)與測量位置處的實(shí)際電壓(例如工件處的實(shí)際電壓、焊接工具中的實(shí)際電壓、焊絲送進(jìn)器檢測的實(shí)際電壓等)之間的差異。

電測量(例如焊絲送進(jìn)器或焊接工具處的電壓測量)可以跨電弧發(fā)送，由此消除對分開的控制線或復(fù)雜的無線通信技術(shù)的需要。將焊接纜線連接到系統(tǒng)中將使得能夠使用這種焊接纜線進(jìn)行通信并且實(shí)現(xiàn)至少與電測量相關(guān)的反饋。這在許多焊接安排中是有利的，包括那些除了焊接纜線之外可以可選地使用分開的傳感器和/或控制引線的焊接安排(例如表面張力轉(zhuǎn)移)?？珉娀〖夹g(shù)允許性能的改進(jìn)，同時降低總系統(tǒng)復(fù)雜性以及消除誤差源和故障點(diǎn)。

轉(zhuǎn)到這種實(shí)施例，圖7示出了根據(jù)本創(chuàng)新的各個方面的包括焊接輸出電路路徑1205的焊接系統(tǒng)1200的示例實(shí)施例的示意性框圖。焊接系統(tǒng)1200包括具有焊接輸出1212的焊接電源1210、比較器部件1216以及可選的顯示器1214。焊接輸出電路路徑1205在焊接輸出1212處連接到焊接電源1210。

根據(jù)一個實(shí)施例，焊接輸出電路路徑1205包括焊接纜線1220、焊接工具1230、工件連接器1250、焊絲卷軸1260、焊絲送進(jìn)器1270、焊絲1280、焊接電測量部件1290以及可選工件1240。焊接纜線1220包括用于連接到焊接工具和/或可選工件1240上的引線。

在操作期間，根據(jù)一個實(shí)施例，焊絲1280從焊絲卷軸1260經(jīng)由焊絲送進(jìn)器1270送進(jìn)到焊接工具1230中。根據(jù)另一實(shí)施例，焊接系統(tǒng)1200不包括焊絲卷軸1260、焊絲送進(jìn)器1270或者焊絲1280，而取而代之的是，包括焊接工具，該焊接工具包括可消耗的電極，例如被用在例如焊條焊接中。根據(jù)本創(chuàng)新的各種實(shí)施例，焊接工具1230可以包括焊炬、焊槍、電極保持器以及焊接消耗品中的至少一者。

焊接輸出電路路徑1205從焊接電源1210的焊接輸出1212穿過焊接纜線1220延伸到焊接工具1230，穿過工件1240和/或到工件連接器1250，并且穿過焊接纜線1220回到焊接電源1210。在操作期間，焊接電源1210可以向焊接輸出電路路徑1205施加焊接輸出波形，導(dǎo)致時變電流流過焊接輸出電路路徑1205，并且在焊絲(或電極)與工件1240之間產(chǎn)生電弧。根據(jù)本創(chuàng)新的實(shí)施例，焊接纜線1220包括同軸纜線組件。根據(jù)本創(chuàng)新的另一個實(shí)施例，焊接纜線1220包括從焊接電源1210延伸到焊接工具1230的第一纜線長度、以及從工件連接器1250延伸到焊接電源1210的第二纜線長度。

能夠通過焊接纜線1220發(fā)送的數(shù)據(jù)的一部分是來自電測量部件1290的電測量值。電測量部件1290可以在焊絲送進(jìn)器1270處或附近或其他地方現(xiàn)場測量可選工件1240處或可選工件1240上的電變量值。在一個實(shí)施例中，電測量部件1290進(jìn)行一次或多次電壓測量(例如在工件處、在另一位置處)，并通過由焊接纜線1220傳送而將電壓值傳送回焊接電源1210。雖然電測量部件1290被示出為在焊接工具1230附近，但是電測量部件1290可以是獨(dú)立的或集成到各種其他部件中(例如在焊絲送進(jìn)器1270內(nèi))。

比較器部件1216(或焊接電源1210的其他部件)可以將由電測量部件1290測量的值與基于焊接輸出1212處的輸出的預(yù)期值進(jìn)行比較?；谶@種比較，比較器部件1216可以計(jì)算預(yù)期電測量值與實(shí)際電測量值之間的電信號差異。在一個實(shí)施例中，該差異是電壓差?；陔妷翰睿附与娫?210可以增加或減少焊接輸出電壓，以補(bǔ)償由于例如纜線電感和其他系統(tǒng)特性導(dǎo)致的電壓差。

圖8描繪了使用本文所描述的技術(shù)的焊接系統(tǒng)1500的替代實(shí)施例。焊接系統(tǒng)1500包括焊絲送進(jìn)器1570、焊接纜線1520、焊接工具引線1521以及工件引線1522。焊接系統(tǒng)1500也可以可選地包括焊接電源1530、焊接工具1510和/或焊接工件1540。電源1530包括比較器部件1516，并且至少經(jīng)由焊接纜線1520與電測量部件1590通信地聯(lián)接。在這方面，通信可以跨電弧發(fā)生。

電測量部件1590記錄焊接電路內(nèi)的實(shí)際電測量值，并將電測量值傳送回比較器部件1516，該比較器部件鑒于期望的電值來分析實(shí)際電測量值。基于實(shí)際值與期望值的差異，可以修改焊接參數(shù)。這可以包括向電源1530發(fā)送信號，以基于電壓差異增加或減少通過焊絲送進(jìn)器1570提供的焊接電壓。

盡管焊接系統(tǒng)1500將焊絲送進(jìn)器1570描繪為系統(tǒng)的中心部件而其他元件是可選的，但是在不脫離本創(chuàng)新的范圍或精神的情況下，可以利用所描繪的元件的各種組合。例如，焊接焊絲送進(jìn)器1570和焊接電源1530可以是組合單元。此外，盡管比較器部件1516被示出為集成在焊絲送進(jìn)器內(nèi)，但是在替代實(shí)施例中這個部件可以存在于其他元件中，包括電源1530、焊接工具1510或電測量部件1590。在至少一個實(shí)施例中，使用焊接纜線1520發(fā)送預(yù)期電壓值，以允許比較器部件1516在焊絲送進(jìn)器1570(和/或焊接電源1530)之外的位置處完成測量值的比較。此外，焊絲送進(jìn)器和/或電源中的每一者可以具有用戶界面，以允許用戶與系統(tǒng)和部件交互，并且輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)以及讀取信息和參數(shù)。

圖9示出了類似于圖8的另一個實(shí)施例，其中焊接系統(tǒng)1600包括電特性信號處理器1692。在實(shí)施例中，電特性信號處理器1692可以是電壓信號處理器。電特性信號處理器1692可以將測量的電特性(例如來自電測量部件1590)轉(zhuǎn)換為另一種格式。在實(shí)施例中，電特性信號處理器1692將測量的電特性轉(zhuǎn)換成壓縮尺寸信號，以減少其傳輸所需的帶寬。在一個實(shí)施例中，電特性信號處理器1692創(chuàng)建壓縮尺寸的電壓數(shù)據(jù)以傳送用于比較的電壓值。在替代或補(bǔ)充實(shí)施例中，電特性信號處理器1692可以改變測量的電特性的格式，以包括編碼、加密或重新格式化。

測量的電特性的修改可以使跨電弧通信的擴(kuò)展使用成為可能。在一個示例中，表面張力傳遞和其他短弧焊接過程可以包括感測引線，以將信息提供回電源以執(zhí)行用于這些操作的控制的快速計(jì)算。依賴焊接纜線1520以代替感測引線有時可能導(dǎo)致帶寬不足以提供控制復(fù)雜過程所需的實(shí)時反饋。用于在例如焊絲送進(jìn)器1570(和/或其他部件)處測量參數(shù)并執(zhí)行計(jì)算的附加電路的結(jié)合可以允許在其中接收、處理和分析較大的數(shù)據(jù)部分，其中符合使用焊接纜線1520的可用帶寬的較小的控制信號被發(fā)送回根據(jù)這些較小信號進(jìn)行調(diào)整的電源1530(和/或其他部件)。這允許在每個決策或控制步驟的較低帶寬下執(zhí)行更多的決策或控制步驟，從而增加控制的速度。這可以包括在使用電力纜線提供給電源之前將諸如電壓的模擬參數(shù)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

在具體實(shí)施例中，可以在焊絲送進(jìn)器1570處實(shí)時測量電壓隨時間的變化。焊絲送進(jìn)器可以包括比較器部件1516，并且包括或可操作地聯(lián)接于電測量部件1590和電特性信號處理器1692。這些部件中的一者或多者可以執(zhí)行計(jì)算，以產(chǎn)生包括壓縮尺寸信號的觸發(fā)，該壓縮尺寸信號包括比在焊絲送進(jìn)器1570或(可選的)工件1540處測量所有參數(shù)本將需要的更小的信息部分。觸發(fā)被發(fā)送到電源1530而用于計(jì)算或調(diào)整。在實(shí)施例中，該觸發(fā)可以被發(fā)送到用于計(jì)算或調(diào)整的替代的或附加的部件(例如焊絲送進(jìn)器1570、比較器部件1516等)。在另一個這樣的實(shí)施例中，瞬時電壓或電壓差通過焊接纜線1520被實(shí)時提供給焊絲送進(jìn)器1570和/或電源1530。在諸如上述那些的實(shí)施例中，在焊絲送進(jìn)器中具有比較器可以允許焊絲送進(jìn)器進(jìn)行焊接信號的比較，然后將設(shè)定點(diǎn)(經(jīng)由本文所述的通信)發(fā)送回焊絲送進(jìn)器。例如，該比較器可以用于將檢測到的焊接電壓與(先前傳送到焊絲送進(jìn)器或在焊絲送進(jìn)器處設(shè)定的)所希望的電壓設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，并且隨后焊絲送進(jìn)器進(jìn)行比較并發(fā)送電源的新的電壓設(shè)定點(diǎn)，而不是將檢測到的電壓發(fā)送到電源。然后電源基于新的設(shè)定點(diǎn)改變其輸出功率。當(dāng)然，也可以用這種方式改變?nèi)珉娏鞯绕渌附訁?shù)。

在一個實(shí)施例中，控制可以二分成“內(nèi)環(huán)”和“外環(huán)”，其中內(nèi)環(huán)控制在焊絲送進(jìn)器1570處發(fā)生，并且外環(huán)控制在電源1530處發(fā)生。對于必須實(shí)時執(zhí)行的控制，例如控制表面張力傳遞過程的定時，通過焊絲送進(jìn)器1570完成高速控制。時間重要性較低的過程控制將由電源1530完成。電源控制利用參數(shù)，并且其他數(shù)據(jù)被發(fā)送回電源1530，電源1530使用板載控制電路來處理和響應(yīng)其中的數(shù)據(jù)。在這類實(shí)施例中，可以經(jīng)由焊接纜線1520發(fā)送焊絲送進(jìn)器1570與電源1530之間的信息。

在一個實(shí)施例中，用于電源的控制電路的至少一部分被移到焊絲送進(jìn)器，并且通過電力纜線與電源通信。在替代或補(bǔ)充實(shí)施例中，可以包括另一個高速通信鏈路。例如，焊絲送進(jìn)器和電源可以使用纜線進(jìn)行配對，并且此后至少部分地進(jìn)行無線通信。也可以使用替代的高速通信鏈路。

根據(jù)其他可替換的實(shí)施方案，確定焊接輸出電路路徑的電特性和基于電特性選擇焊接輸出波形的各種功能方面可以以各種方式分布于焊接電源和焊接輸出分析器之間，這取決于穩(wěn)健的設(shè)計(jì)判斷、成本限制和/或其他考慮因素和權(quán)衡。

圖10是用于修改焊接電源處的輸出電特性的方法1700的示例實(shí)施例的流程圖。方法1700在1710開始并進(jìn)行到1720，其中(通過例如焊絲送進(jìn)器、電源或包括用于處理信息的部件的其他部件)接收焊接電極(或附近部件)處的現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)。方法1700然后進(jìn)行到1730，以將現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)與焊接電源處的焊接輸出電壓進(jìn)行比較，以標(biāo)識電壓差。此后，在1740，使用焊接電源至少部分地基于電壓差來施加焊接輸出電壓的增加或減少。

在本發(fā)明的另外的示例性實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器能夠響應(yīng)于在送進(jìn)器處檢測到事件而向電源發(fā)送觸發(fā)信號(例如使用以上討論的通信協(xié)議)。該觸發(fā)是在電源饋線處識別為指示已發(fā)生這種預(yù)定事件的快速/短信號。例如，在諸如STT的某些焊接應(yīng)用中，期望在短路中檢測到電壓的導(dǎo)數(shù)或變化率(dv/dt)何時超過預(yù)定值。這個預(yù)定值可以表示焊接波形中的關(guān)鍵事件，需要來自電源對焊接波形的響應(yīng)。在已知的系統(tǒng)中，為了檢測這種類型的電壓變化，需要遠(yuǎn)程感測引線。然而，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，去除了遠(yuǎn)程感測引線。也就是說，在示例性實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器包含檢測電路(如已知的電壓導(dǎo)數(shù)檢測電路)，其檢測要監(jiān)視的預(yù)定事件的類型(例如以上討論的電壓導(dǎo)數(shù))。這類檢測電路是已知的。當(dāng)經(jīng)由檢測電路檢測到事件時，經(jīng)由通過焊接纜線的“觸發(fā)”信號傳送對該事件的檢測。在示例性實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器使用上述電流引出調(diào)制技術(shù)。觸發(fā)事件在電源處被識別為指示該事件已經(jīng)發(fā)生，并且在示例性實(shí)施例中，電源不向回發(fā)送響應(yīng)，而是基于正在傳送的觸發(fā)事件來響應(yīng)或以其他方式改變其輸出信號/功率。因此，與本文所描述的一些其他實(shí)施例不同，不是經(jīng)由電流引出脈沖發(fā)送全數(shù)字信號，而是經(jīng)由觸發(fā)通信來發(fā)信號通知單個預(yù)定事件，并且電源對該觸發(fā)信號作出反應(yīng)。在示例性實(shí)施例中，觸發(fā)信號是具有預(yù)定特性的單個電流脈沖，其看起來像到電源的電流的階躍變化。例如，在一些示例性實(shí)施例中，觸發(fā)電流引出脈沖可以具有在2至10安范圍內(nèi)的峰值電流，并且在其他實(shí)施例中可以具有在3至7安范圍內(nèi)的峰值電流。此外，電流脈沖可以具有在0.25至3ms范圍內(nèi)的脈沖寬度，并且在其他實(shí)施例中，脈沖寬度在0.5至1.5ms的范圍內(nèi)。在這類實(shí)施例中，電源識別觸發(fā)電流脈沖(而不是例如等待看到導(dǎo)數(shù)電壓的變化)以改變其輸出。在其他示例性實(shí)施例中，可以使用多個脈沖而不是單個脈沖，但是整體信號也是短的，以便通過電源使反應(yīng)時間減到最少。

在示例性實(shí)施例中，觸發(fā)脈沖可以根據(jù)正在執(zhí)行的焊接操作來指示不同的事件。也就是說，當(dāng)選擇特定類型的焊接操作(例如STT)時，電源就識別表示特定類型的dv/dt檢測的觸發(fā)事件。然而，在其他焊接操作中，觸發(fā)事件可以表示不同類型的事件，諸如測量的電壓超過峰值等。因此，當(dāng)在焊絲送進(jìn)器處檢測到觸發(fā)事件時，觸發(fā)脈沖被發(fā)送到被識別并且與預(yù)定協(xié)議一致地反應(yīng)的電源。當(dāng)然，在這類實(shí)施例中，焊絲送進(jìn)器包括如比較器等檢測電路，其能夠?qū)ζ谕臋z測事件所需的電壓、電壓導(dǎo)數(shù)、電流和/或電流導(dǎo)數(shù)進(jìn)行檢測和比較。這種檢測和比較電路是已知的，并且在這里不需要詳細(xì)描述。

總之，披露了用于在焊接輸出電路路徑中基于測量的電特性選擇焊接輸出的系統(tǒng)和方法?？梢钥珉娀∽R別和傳送在預(yù)期的和測量的電氣值之間的差異或差別，以允許至少調(diào)整焊接電源以補(bǔ)償該差異或差別。

方法步驟可以由一個或多個可編程處理器來執(zhí)行，該處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序從而通過在輸入數(shù)據(jù)時運(yùn)行并產(chǎn)生輸出而執(zhí)行本發(fā)明的功能。方法步驟也可以通過專用邏輯電路來執(zhí)行，并且設(shè)備可以被實(shí)施為專用邏輯電路，例如FPGA(場可編程門陣列)或ASIC(應(yīng)用專用集成電路)。模塊可以是指計(jì)算機(jī)程序的一部分和/或處理器/實(shí)施該功能性的特殊電路。

適合執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器，包括本文討論的通信協(xié)議，舉例而言可以包括通用和專用微處理器、以及任何數(shù)字計(jì)算機(jī)種類的任何一個或多個處理器?？傮w上，處理器將從只讀存儲器或隨機(jī)存取存儲器或二者接收指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的必要元件是用于執(zhí)行指令的處理器以及用于存儲指令和數(shù)據(jù)的一個或多個存儲器裝置?？傮w上，計(jì)算機(jī)還將包括用于存儲指令的一個或多個大容量存儲裝置(例如，磁盤、磁光盤、或光盤)、或操作性聯(lián)接到其上以便從其接收數(shù)據(jù)或向其傳遞數(shù)據(jù)、或二者。數(shù)據(jù)傳輸和指令也可以在通信網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行。適合于實(shí)施計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的信息載體包括所有形式的非易失性存儲器，舉例而言包括半導(dǎo)體存儲器裝置，例如EPROM、EEPROM、以及閃存裝置；磁盤，例如內(nèi)部硬盤或可移動硬盤；磁光盤；以及CD-ROM和DVD-ROM盤。處理器和存儲器可以用特殊用途邏輯電路來補(bǔ)充或被結(jié)合在其中。

為了在焊絲送進(jìn)器和/或電源上提供與用戶的交互，以上描述的技術(shù)可以在CNC或具有用于向用戶顯示信息的顯示裝置例如CRT(陰極射線管)或LCD(液晶顯示器)監(jiān)視器、以及鍵盤和指點(diǎn)裝置(例如鼠標(biāo)或軌跡球)的計(jì)算機(jī)上實(shí)施，用戶可以通過該鍵盤和指點(diǎn)裝置來向計(jì)算機(jī)提供輸入(例如，與用戶界面元件交互)。也可以使用其他種類的裝置來提供與用戶的交互；例如，提供給用戶的反饋可以是任何形式的感知反饋，例如視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋；并且來自用戶的輸入可以以任何形式接收，包括聲音、語音、或觸覺輸入。

以上描述的技術(shù)可以在包括后端部件(例如作為數(shù)據(jù)服務(wù)器)、和/或中間部件(例如應(yīng)用服務(wù)器)、和/或前端部件(例如，具有圖形用戶界面和/或Web瀏覽器的客戶端計(jì)算機(jī)，用戶可以通過其來與示例性實(shí)施方式進(jìn)行交互)、和/或此類后端、中間或前端部件的任意組合的分布式計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)施。該系統(tǒng)的這些部件可以通過任何形式或介質(zhì)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信(例如通信網(wǎng)絡(luò))來互聯(lián)。通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例包括局域網(wǎng)(“LAN”)和廣域網(wǎng)(“WAN”)，例如英特網(wǎng)，并且包括有線和無線網(wǎng)絡(luò)二者。

包括、包含和/或各自的復(fù)數(shù)形式是開放式的并且包括所列的部分并且可以包括未列出的額外部分。和/或是開放式的并且包括所列部分中的一個或多個以及所列部分的組合。

如上所述，雖然在焊接電源和焊絲送進(jìn)器的上下文中已經(jīng)討論了本申請中的大多數(shù)討論，但是這些討論是示例性的。換言之，盡管已參考本發(fā)明示例性實(shí)施例具體地展示并描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以做出形式上和細(xì)節(jié)上的多種不同改變而并不背離本文所限定的本發(fā)明的精神和范圍。