CN113857633A - 焊丝剩余量估测方法和估测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊丝剩余量估测方法和估测装置，该估测方法适用于焊接装置，包括以下步骤：获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；根据电机电流值I1、电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及送丝轮的尺寸分别获得正向送丝力F1和反向送丝力F2；根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，送丝力差F为正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；根据获得的送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。本发明的焊丝剩余量估测方法通过送丝电机正向旋转和反向旋转的电流差异估测焊丝剩余量，从而有效地提高焊接的整体质量及防止出现电弧烧坏导电嘴的情形。

Description

焊丝剩余量估测方法和估测装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地说，涉及一种焊丝剩余量估测方法和估测装置。

背景技术

在熔化极气体保护焊工作过程中会不断地从焊枪导电嘴部位送出焊丝，并且在焊丝和母材间形成电弧，产生热量来融化母材和焊丝后将焊丝填充到母材上。

在熔化极气体保护焊中，通常使用电机驱动送丝轮把焊丝送出焊枪进行焊接，在通常使用熔化极气体保护焊的场合，焊丝使用量大，通常一天的焊丝使用量在两至三盘，如果焊接过程中焊丝突然用完，出现由于没有了焊丝，电弧可能烧坏导电嘴，并且降低焊缝的质量的情况。同时，由于焊丝一般是多圈缠绕于焊丝盘，但在焊丝送出使用的过程中，焊丝量的变化不是明确的线性变化，如何估测焊丝剩余量可有效地提高焊接的整体质量及防止出现电弧烧坏导电嘴的情形。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供了一种焊丝剩余量估测方法和估测装置，该焊丝剩余量估测方法通过送丝电机正向旋转和反向旋转的电流差异估测焊丝剩余量，从而有效地提高焊接的整体质量及防止出现电弧烧坏导电嘴的情形。

本发明的实施例提供了一种焊丝剩余量估测方法，适用于焊接装置，所述焊接装置包括焊丝盘、送丝组件和焊枪；

所述焊丝盘的周向上卷绕存储有多层焊丝；

所述送丝组件包括送丝轮、压丝轮以及送丝电机；

所述焊丝盘的焊丝穿设于所述送丝轮与所述压丝轮之间，且焊丝的另一端穿出所述焊枪的送丝管；

所述焊丝剩余量估测方法包括以下步骤：

S100：获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；

S200：根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1；

S300：根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得反向送丝力F2；

S400：根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，所述送丝力差F为所述正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；

S500：根据获得的所述送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。

根据本发明的一些实施例，焊接装置启动焊接前，执行所述S100步骤至所述S500步骤获得启动时对应的焊丝剩余量H1；

启动焊接并获得焊接过程中消耗的焊丝量H2；

获得焊接后焊丝剩余量H，所述焊丝剩余量H等于焊丝剩余量H1与焊丝量H2的差值。

根据本发明的一些实施例，焊接过程中消耗的焊丝量H2＝V*T；

其中，V为单位时间消耗焊丝量，T为焊接时间。

根据本发明的一些实施例，所述时间消耗焊丝量V＝焊丝材料密度*送丝速度*焊丝截面积。

根据本发明的一些实施例，所述焊丝剩余量估测方法还包括如下步骤：

通过采集系列样本进行拟合获得预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系。

根据本发明的一些实施例，通过采集系列样本进行拟合获得多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系；

多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系包括使用不同种类的焊丝时送丝力差与焊丝剩余量的关系以及设定不同的焊丝盘的盘轴的阻力系数时送丝力差与焊丝剩余量的关系。

根据本发明的一些实施例，所述焊丝剩余量估测方法还包括如下步骤：

获取焊接装置参数，所述参数包括焊丝种类和/或者焊丝盘的盘轴设定的阻力系数；

根据所述参数选择从多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系中选择一个送丝力差与焊丝剩余量的关系作为所述S500步骤中预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系。

本发明的实施例还提供了一种焊丝剩余量估测装置，用于实现所述焊丝剩余量估测方法的步骤，包括数据模块、计算模块和估测模块，其中：

所述数据模块用于获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；

所述计算模块用于根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1；以及

用于根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得反向送丝力F2；

所述计算模块还用于根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，所述送丝力差F为所述正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；

所述估测模块用于根据获得的所述送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。

本发明的焊丝剩余量估测方法通过送丝电机正向旋转和反向旋转的电流差异估测焊丝剩余量，在每次焊机启动时，先估测焊丝剩余量，在焊减去焊接过程中使用的焊丝量，获得每次焊接结束后的焊丝剩余量，从而有效地提高焊接的整体质量及防止出现电弧烧坏导电嘴的情形。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一实施例的焊接装置正向送丝时的受力示意图；

图2示出本发明一实施例的焊接装置反向送丝时的受力示意图；

图3示出本发明一实施例的焊丝剩余量估测方法的流程图；

图4示出本发明一实施例的焊丝剩余量估测装置的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本发明的实施例提供了一种焊丝剩余量估测方法，适用于焊接装置，所述焊接装置包括焊丝盘、送丝组件和焊枪；

所述焊丝盘的周向上卷绕存储有多层焊丝；焊丝盘一般是具有旋转轴的盘体，焊丝在焊丝盘外周面上由内向外缠绕多层，每层上一般又具有多圈焊丝；

所述送丝组件包括送丝轮、压丝轮以及送丝电机；

所述焊丝盘的焊丝穿设于所述送丝轮与所述压丝轮之间，且焊丝的另一端穿出所述焊枪的送丝管，所述焊接装置的结构示意图可见图1或图2。

焊接装置焊接过程中，焊丝盘绕盘轴旋转，焊丝一圈圈放出，焊丝使用会使焊丝盘上焊丝量减小，焊丝剩余量相当于电机的负载，焊丝剩余量较多时，送丝电机负载大，需较大的送丝电机的电流才能产生较大的送丝力将焊丝送至焊枪的送丝管进行焊接；焊丝剩余量较少时，送丝电机负载小，较小的送丝电机的电流即可产生的送丝力将焊丝送至焊枪的送丝管进行焊接。

当焊接装置使用相同规格的焊丝焊接时，由于焊丝密度基本是一致的，因此可以直接通过送丝电机的电流来估算焊丝剩余量。在实际工作场合，焊枪的送丝管可能会进入尘土等因素，导致不同此焊接过程中送丝阻力的变化，进而影响直接利用送丝电机的电流来估测焊丝剩余量的准确性。鉴于上述原因，本发明的焊丝剩余量估测方法提出了通过送丝电机正向旋转和反向旋转的电流差异估测焊丝剩余量。

图1和图2分别示出了本发明一实施例的焊接装置正向送丝时和反向送丝时的受力示意图；如图1所示，当送丝电机正向转动时，驱动焊接装置的送丝轮正向送丝，送丝电机负载等于拉动焊丝剩余量的力Fw和焊丝在焊枪的送丝管内的阻力Fz1之和；当送丝电机反时，驱动焊接装置的送丝轮反向送丝，送丝电机负载为焊丝在焊枪的送丝管内的阻力Fz2。由于正向送丝和反向送丝时，可以认为焊枪的送丝管内对焊丝的阻力Fz1和Fz2是相同的，因此，可以通过正向送丝和反向送丝时的送丝电机的电流差异，即正向送丝和反向送丝时负载的差异等于拉动焊丝剩余量的力Fw，而拉动焊丝剩余量的力Fw与焊丝剩余量的多少相关联，进而可以通过拉动焊丝剩余量的力Fw估测焊丝剩余量。

图3示出本发明一实施例的焊丝剩余量估测方法的流程图；所述焊丝剩余量估测方法包括以下步骤：

S100：获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；

S200：根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1；

S300：根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得反向送丝力F2；

S400：根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，所述送丝力差F为所述正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；

S500：根据获得的所述送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。

本发明的焊丝剩余量估测方法通过步骤S 100分别获得送丝电机正向旋转和反向旋转的电流值，在获得送丝电机正向旋转和反向旋转的电流值后，再通过S200步骤或S300步骤根据送丝电机的电流/扭矩特性曲线和送丝轮的直径获得正向送丝力F1或反向送丝力F2。上述S200步骤和S300步骤不分先后。上述S200步骤和S300步骤不分先后。

在S200步骤或S300步骤中，送丝电机的电流/扭矩特性曲线一般表现为：

转矩∝转矩常数*送丝电机电流值；

送丝力∝转矩/作用半径∝转矩常数*送丝电机电流值/作用半径；作用半径可以根据实施例中焊接装置的具体结构获得。

在实际的使用场景中，本发明的焊丝剩余量估测方法使用如下，在每次焊接装置启动焊接前，执行所述S100步骤至所述S500步骤获得启动时对应的焊丝剩余量H1。

具体的，在每次焊接装置启动焊接前，首先送丝电机正向转动并持续一段时间稳定后(通常1秒以内可以完成)，譬如送丝电机正向转动的速度稳定后，读取正向送丝时的电机电流值I1；根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1。

在获得电机电流值I1后，送丝电机反向转动并持续一段时间稳定后(通常1秒以内可以完成)，譬如送丝电机反向转动的速度稳定后，读取反向送丝时的电机电流值I2；根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F2。再执行S400至S500步骤，获得该次焊接前的焊丝剩余量H1。

在此基础上，启动焊接并获得焊接过程中消耗的焊丝量H2；

获得焊接后焊丝剩余量H，所述焊丝剩余量H等于焊丝剩余量H1与焊丝量H2的差值。其中，焊接过程中消耗的焊丝量H2＝V*T；V为单位时间消耗焊丝量。所述时间消耗焊丝量V＝焊丝材料密度*送丝速度*焊丝截面积。T为焊接时间。当然，上述V*T可以是微积分的模式。通过上述步骤，可以获得焊接装置每次焊接前后的焊丝剩余量H，从而有效地避免出现电弧烧坏导电嘴等情形，提高焊接的整体质量的同时降低设备成本。

S500步骤中的预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系可以通过采集系列样本进行拟合获得。对于不同的焊接设备，采集系列样本进行拟合获得预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系不相同。即使是同一设备，由于焊丝种类(焊丝材料、焊丝尺寸等)、以及焊丝盘的盘轴设定的阻力系数等不同，获得的送丝力差与焊丝剩余量的关系也不相同。送丝力差与焊丝剩余量的关系可以为函数，通过模拟不同的实际场景，拟合获得不同场景对应的一系列近似的函数。

因此，在其他一些可替代的实施例中，所述焊丝剩余量估测方法还可以包括如下步骤：

S600：通过采集系列样本进行拟合获得多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系；

多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系包括使用不同种类的焊丝时送丝力差与焊丝剩余量的关系以及设定不同的焊丝盘的盘轴的阻力系数时送丝力差与焊丝剩余量的关系。

进一步的，所述焊丝剩余量估测方法还包括如下步骤：

S700：获取焊接装置参数，所述参数包括焊丝种类和/或者焊丝盘的盘轴设定的阻力系数；

S800：根据所述参数选择从多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系中选择一个送丝力差与焊丝剩余量的关系作为所述S500步骤中预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系。

通过上述S600步骤，建立不同焊接条件下的送丝力差与焊丝剩余量的关系函数，在焊接装置每次焊接前，通过S700步骤和S800步骤，获得所述S500步骤中预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系，实现焊丝剩余量估测方法的适用范围。

本发明的实施例还提供了一种焊丝剩余量估测装置，用于实现所述焊丝剩余量估测方法的步骤，图4示出本发明一实施例的焊丝剩余量估测装置的结构示意图，具体地，该估测装置包括数据模块M100、计算模块M200和估测模块M300，其中：

所述数据模块M100用于获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；

所述计算模块M200用于根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1；以及

用于根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得反向送丝力F2；

所述计算模块M200还用于根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，所述送丝力差F为所述正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；

所述估测模块M300用于根据获得的所述送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。

实施例的焊丝剩余量估测装置中的各个功能模块的功能实现方式均可以采用上述焊丝剩余量估测方法中各个步骤的具体实施方式来实现。例如，数据模块M100、计算模块M200和估测模块M300可以分别采用上述步骤S100至S500的具体实施方式实现其功能，此处不予赘述。当焊接装置包括有焊丝剩余量估测装置是，每次焊机启动时，通过焊丝剩余量估测装置先估测焊丝剩余量，在焊减去焊接过程中使用的焊丝量，获得每次焊接结束后的焊丝剩余量，从而有效地提高焊接的整体质量及防止出现电弧烧坏导电嘴的情形。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (8)

1.一种焊丝剩余量估测方法，适用于焊接装置，所述焊接装置包括焊丝盘、送丝组件和焊枪；

所述焊丝盘的周向上卷绕存储有多层焊丝；

所述送丝组件包括送丝轮、压丝轮以及送丝电机；

所述焊丝盘的焊丝穿设于所述送丝轮与所述压丝轮之间，且焊丝的另一端穿出所述焊枪的送丝管；

其特征在于，所述焊丝剩余量估测方法包括以下步骤：

S100：获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；

S200：根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1；

S300：根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得反向送丝力F2；

S400：根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，所述送丝力差F为所述正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；

S500：根据获得的所述送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。

2.根据权利要求1所述的焊丝剩余量估测方法，其特征在于，焊接装置启动焊接前，执行所述S100步骤至所述S500步骤获得启动时对应的焊丝剩余量H1；

启动焊接并获得焊接过程中消耗的焊丝量H2；

获得焊接后焊丝剩余量H，所述焊丝剩余量H等于焊丝剩余量H1与焊丝量H2的差值。

3.根据权利要求2所述的焊丝剩余量估测方法，其特征在于，焊接过程中消耗的焊丝量H2＝V*T；

其中，V为单位时间消耗焊丝量，T为焊接时间。

4.根据权利要求3所述的焊丝剩余量估测方法，其特征在于，所述时间消耗焊丝量V＝焊丝材料密度*送丝速度*焊丝截面积。

5.根据权利要求1所述的焊丝剩余量估测方法，其特征在于，通过采集系列样本进行拟合获得预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系。

6.根据权利要求5所述的焊丝剩余量估测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

通过采集系列样本进行拟合获得多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系；

多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系包括使用不同种类的焊丝时送丝力差与焊丝剩余量的关系以及设定不同的焊丝盘的盘轴的阻力系数时送丝力差与焊丝剩余量的关系。

7.根据权利要求6所述的焊丝剩余量估测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

获取焊接装置参数，所述参数包括焊丝种类和/或者焊丝盘的盘轴设定的阻力系数；

根据所述参数选择从多个的送丝力差与焊丝剩余量的关系中选择一个送丝力差与焊丝剩余量的关系作为所述S500步骤中预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系。

8.一种焊丝剩余量估测装置，用于实现权利要求1至7任意一项所述焊丝剩余量估测方法的步骤，其特征在于，包括数据模块、计算模块和估测模块，其中：

所述数据模块用于获取送丝电机的一正向送丝时的电机电流值I1和一反向送丝时的电机电流值I2；

所述计算模块用于根据所述电机电流值I1、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得正向送丝力F1；以及

用于根据所述电机电流值I2、送丝电机的电流/扭矩特性曲线以及所述送丝轮的尺寸获得反向送丝力F2；

所述计算模块还用于根据正向送丝力F1和反向送丝力F2获得送丝过程中送丝力差F，所述送丝力差F为所述正向送丝力F1和反向送丝力F2的差值；

所述估测模块用于根据获得的所述送丝力差F通过预设的送丝力差与焊丝剩余量的关系获得对应的焊丝剩余量H1。

Images