帶具有速度傳感器的焊接面罩的焊接輔助裝置的制作方法

本公開的主題涉及焊接面罩，和弧焊接套件，即用于執行手動弧焊接操作的一組工具。

背景技術：

已知的弧焊接套件包括焊接面罩和焊接工具。焊接工具包括電極。在焊接操作期間，電弧在電極與焊接區域之間產生。

在第一類型的弧焊接，smaw(手工電弧焊)中，電極其自身由于由電弧產生的熱而熔化，因此變成焊接中的填充材料。在第二類型的弧焊接，tig(鎢惰性氣體)中，電極為固體，并且填充材料分開地提供。

關于更多的細節，套件包括一組傳感器，其可檢測焊接過程的主要操作參數(即，電壓(v)、電流(a)、焊接速度(w)以及它們的組合)，以計算熱輸入。焊接面罩可設有顯示裝置，以使這些參數可向焊工示出，由此向他提供實時校正焊接的可能性。該焊接面罩的實例為文獻us6242711b1中示出中的焊接面罩。

已知的焊接套件的缺點在于其僅向焊工提供焊接參數。然而，這并未保證焊工能夠適應和糾正不適當地執行的焊接。換句話說，焊接操作其自身仍在很大程度上依賴于操作者的手工技能。這關于焊接電壓尤其如此，因為其主要由電極與焊接區域的距離確定。

技術實現要素：

本發明的第一實施例因此涉及一種焊接輔助裝置。此類裝置包括焊接面罩和附接在焊接面罩上的焊接速度傳感器。焊接速度傳感器構造成檢測焊接速度。可視化裝置附接于焊接面罩，并且布置成示出焊接速度的代表和隨之發生的至焊工的熱輸入的代表。

有利地，以該方式，焊工具有對焊接速度的反饋，除了恒定電流和穩定的電壓之外，這極大地改進了焊接的整體質量，允許考慮目標熱輸入。

可選地，焊接輔助裝置還包括具有處理模塊的控制單元，該處理模塊構造成計算焊接速度與用于焊接速度的目標速度值之間的速度差。處理模塊還可構造成發出代表速度差的結果的速度差信號。可視化裝置接著構造成獲取速度差信號并且示出至焊工的速度差的代表。

本發明的第二實施例涉及一種弧焊接套件，其包括以上描述的焊接輔助裝置。套件還包括構造成由焊工保持的焊接工具。焊接工具包括電極。焊接工具還包括電壓傳感器，其構造成檢測電極與焊接區域之間的焊接電壓并且發出代表所述焊接電壓的值的電壓信號。

可選地，處理模塊構造成計算焊接電壓與目標電壓之間的電壓差。處理模塊還構造成發出代表此類電壓差的結果的電壓差信號。焊接面罩上的可視化裝置還可構造成獲取電壓差信號并且示出至焊工的電壓差的代表。

可選地，電極對于執行smaw焊接而言為可消耗的。

作為備選，電極為不可消耗的，由此使得焊工能夠執行tig焊接。換句話說，在該情況下，焊接工具為tig焊炬。

附圖說明

另外的細節和具體實施例將參照附圖，在該附圖中：

圖1為根據本發明的實施例的弧焊接套件的示意圖；

圖2為圖1的套件的構件的側視截面視圖；

圖3為圖2的構件的正視截面視圖；

圖4為根據不同實施例的圖1的套件的構件的側視截面視圖；

圖5為圖1的套件的第二構件的側視截面視圖；

圖6為圖5的構件的俯視截面視圖；

圖6a為圖6的細節的放大視圖；

圖7為圖5和圖6的構件的正視截面視圖；

圖8為根據本發明的實施例的焊接輔助裝置的正視圖；以及

圖9為圖1的套件的功能的示意圖。

具體實施方式

示例性實施例的以下描述參考附圖。不同附圖中相同的附圖標記識別相同或相似的元件。以下詳細的描述不限制本發明。相反，本發明的范圍由所附權利要求限定。

遍及說明書提及“一個實施例”或“實施例”意味著結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，在遍及說明書的各個地方的詞組“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現不一定是指相同的實施例。此外，特定特征、結構或特性可在一個或更多個實施例中以任何適合的方式組合。

參照附圖，其中標記1指示根據本發明的實施例的弧焊接套件。

焊接套件1包括焊接工具2，其構造成由焊工保持。

焊接工具2包括電極3。在圖2和3中示出的用于執行smaw(手工電弧焊)的第一實施例中，電極3為可消耗的。換句話說，在該實施例中，電極3變為焊接的填充材料。在圖4中示出的第二實施例中，電極3為不可消耗的，因此其用于執行tig(鎢惰性氣體)焊接。

關于附加的細節，焊接工具2包括構造成支承電極3的主體20。主體20優選為軸對稱的，并且主要沿著縱向軸線“a”發展。用于焊工的手柄21支承主體20。

主體20具有座位20a，電極3安裝在座位20a中。如圖2和圖4中示出的，焊接工具2設有軸承22，其附接于主體并且位于座位20附近，以使它們可支承電極3并且允許其向前和向后移動。換句話說，電極3可通過在軸承22上滑動而在座位20a內向前和向后移動。

此外，焊接工具2包括與電極3相關聯的調節裝置4，以便使電極相對于主體20向前/向后移動。調節裝置4包括輪23，輪23具有橫向于并且優選垂直于電極3的縱向軸線“a”設置的中心軸線“c”，該縱向軸線“a”平行于主體20的軸線。實際上，主體20設有端口25，輪24插入在端口25中。

在操作中，輪23的邊沿與電極3接觸，以使電極3可通過輪23沿著中心軸線“c”的旋轉而沿著縱向軸線“a”移動。調節裝置4還包括馬達24。此類馬達24優選為電動的，更優選為電磁馬達，并且安裝在輪23上，以便促動輪23并且通過其促動電極3。

特別參照圖2的smaw焊接工具2，請注意，在使用中，輪23由于電極3在焊接期間被消耗而前進超時。因此，馬達24的旋轉速度向電極提供整體向前的移動，并且改變旋轉速度，以便調節電極3的末端的距離，如將在本公開的以下部分中說明的。

在另一方面，在圖4的tig焊接工具2中，電極3在焊接過程中不消耗。因此，輪23僅移動成調節電極3的距離。

此外，在圖4的實施例中，存在惰性氣體源(附圖中未示出)，以便屏蔽電極3的末端和焊接區域免受大氣氧。該惰性氣體源其自身為本領域技術人員已知的，因此將不詳細地描述。

套件1包括電壓傳感器5，電壓傳感器5構造成檢測電極3與焊接區域之間的焊接電壓“vw”，其隨面向工件的電極的端部與工件的焊接區域之間的距離而變化。電壓傳感器5還構造成發出電壓信號“vs”，其表示焊接電壓“vw”的值。此類電壓傳感器5可為本領域技術人員已知的任何類型，并且因此將不詳細地描述。

套件1還包括控制單元6。在本公開的以下部分中，控制單元6將通過使其細分成多個模塊來描述。此類細分僅為了便于描述而進行，并且決不應當認為是反映控制單元6其自身的物理結構。相反，各個模塊可作為電子電路實施在適合的硬件支承件上，作為軟件例行程序、子程序或庫，或者作為兩者。各個模塊可駐留在本地單元上，或者可分布在網絡之上。此外，模塊可經由適合的有線或無線協議與彼此通信。

控制單元6包括數據采集模塊7，其構造成獲取以上提到的電壓信號“vw”。

控制單元6還包括存儲器模塊16，其構造成儲存目標電壓值“vt”。

控制單元6還包括輸入模塊17，其構造成設定所述存儲器模塊16中的所述目標電壓值“vt”。在本發明的特定實施例中，輸入模塊17可為qr碼閱讀器。以該方式，電壓“vt”以及關于焊接過程的任何其它參數可由輸入模塊17關于適合地編碼的qr碼讀取。

控制單元6還包括處理模塊8，其構造成輸出隨至少電壓信號“vs”變化的促動信號“sa”。此外，處理模塊8構造成取回目標電壓值“vt”，并且將其與焊接電壓值“vw”比較。促動信號“sa”因此與此類比較的結果至少部分成正比。關于附加的細節，處理模塊8可利用pid(比例、積分以及微分)邏輯來編程。因此，促動信號“sa”可為與“vw”與“vt”之間的差成正比的部分、與此類差的導數成比例的部分，以及與此類差的積分成比例的部分的總和。取決于選擇的控制策略，可使用任何可能的組合。處理模塊8還可構造成供應代表“vw”與“vt”之間的差的結果的電壓差信號“dv”。

控制單元6還包括連接于調節裝置4的促動模塊14。促動模塊14構造成操作調節裝置4，如由促動信號“sa”指導的。具體而言，促動模塊14操作使輪23旋轉的馬達24。可選地，焊接套件還包括焊接面罩9。此類焊接面罩9構造成在焊接過程期間由焊工佩戴，作為標準安全面罩。具體而言，焊接面罩9包括變暗窗口10，焊工可從變暗窗口10觀察焊接過程，而不由強光變失明。

此外，焊接面罩9設有焊接速度傳感器11。焊接速度傳感器11構造成檢測焊接速度“wa”并且發出代表焊接速度“wa”的值的焊接速度信號“ws”。

根據本發明的優選實施例，焊接速度傳感器11包括第一光學傳感器12a。第一光學傳感器12a特別地布置成以使在焊接操作期間，其面向焊接區域。如圖8中示出的，第一光學傳感器優選地放置在焊接面罩9的外表面上，優選在變暗的窗口10之上。焊接速度傳感器11優選地還包括基準幀傳感器12b。該基準幀傳感器12b可為任何種類的傳感器，其能夠檢測固定基準幀內的運動。例如，基準幀傳感器12b可為位于焊接面罩9的任何點上的慣性傳感器。

關于更多的細節，在圖8中示出的實施例中，基準幀傳感器12b為第二光學傳感器。基準幀傳感器12b因此優選地布置成面向環境中的固定基準場景，如例如來自焊接區域的工件部分，并且優選地放置在第一光學傳感器12a旁邊。在本發明的優選實施例中，傳感器12a,12b為攝像機。

關于附加的細節，第一光學傳感器12a構造成檢測焊接熔池相對于其自身的速度。此外，基準幀傳感器12b構造成檢測以上提到的固定基準場景的速度。根據第一實施例，焊接速度傳感器11還包括速度計算模塊13，其構造成將焊接速度“wa”計算為由第二光學傳感器12b和第一光學傳感器12a檢測的速度之間的差。作為備選，第一光學傳感器12a和基準幀傳感器12b兩者將相應的速度傳送至控制單元6，特別是至數據采集模塊14。

處理模塊8還構造成計算焊接速度“wa”與目標速度“wt”值之間的速度差，所述處理單元構造成發出代表所述速度差的結果的速度差信號“dw”。

可選地，焊接面罩9包括可視化裝置15。此類可視化裝置15布置成在焊接過程期間能夠由焊工容易地看見。如圖1和圖8中示出的，可視化裝置15優選地放置在焊接面罩9內，優選地在變暗的窗口10的一側上。

關于更多的細節，可視化裝置15構造成獲取以上提到的速度差信號“dw”，因此示出了至焊工的速度差的代表。類似地，可視化裝置15可構造成獲取以上提到的電壓差信號“dv”并且示出至焊工的電壓差的代表。如圖8中示意性地示出的，可視化裝置包括多個led26。這些led優選地布置成十字形，并且構造成以如下方式發光，以便指示焊工是否應當更快或更慢，或者他是否應當離焊接區域更近或更遠。

具體參照圖5和圖6，套件1還可包括用于填充條“r”的操縱設備18。操縱設備18包括構造成在焊接期間使填充條“r”前進的供給裝置19。

關于附加的細節，操縱設備18包括構造成支承填充條“r”的主體27。主體27優選為軸對稱的，并且主要沿著縱向軸線“b”發展。用于焊工的手柄28附接于主體27。優選地，手柄28包繞操縱設備18的主體27。

主體27具有中心座位27a，填充條“r”放置在中心座位27a中。如圖5中示出的，操縱設備18設有軸承29，其附接于主體27并且位于中心座位27a附近，以支承填充條“r”并且允許其向前/向后移動。換句話說，填充條“r”可通過在軸承29上滑動而在座位27a內前/向后移動。

供給裝置19包括輪30，其具有橫向于并且優選垂直于主體27的縱向軸線“b”設置的中心軸線“d”。

在操作中，輪30的邊沿與填充條“r”接觸，以使其可通過輪30沿著中心軸線“d”的旋轉而沿著縱向軸線“b”移動。供給裝置19還包括馬達31。此類馬達31優選為電動的，更優選為電磁的，并且安裝在輪30上，以便促動填充條“r”。

在附圖中未示出的備選實施例中，供給裝置19包括用于填充條“r”，而不是輪30和馬達31的電磁促動裝置。

如果使用操縱設備18，則處理模塊8可構造成將供給速度信號“sv”發出至促動模塊14。供給速度信號“sv”優選地與供給速度值“fv”成比例。促動模塊14因此還構造成操作操縱設備18的供給裝置19，如由供給速度信號“sv”指導的。

此外，如圖6a中示出的，操縱設備18包括與處理模塊8相關聯的控制接合部32。控制接合部32構造成將命令信號“cv”發出至處理模塊8，以使焊工可增大或減小供給速度信號“sa”。

關于附加的細節，控制接合部32包括放置在手柄28上的按鈕33。具體而言，按鈕33允許焊工連續地調節供給速度；然而，按鈕33設計為以預定時間間隔給出呈“咔嗒”形式的觸覺反饋，以使焊工可關于一定的精度意識到手動增大或減小供給速度的量。