ОПТИМИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ОБРАБОТКОЙ МАТЕРИАЛА, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГОРЕЛКИ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ
OPTIMISATION AND CONTROL OF MATERIAL PROCESSING, USING HEAT TREATMENT BURNER

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится в основном к управлению и оптимизации обработки материала, с использованием сигналов, связанных с расходуемыми материалами горелки для термообработки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Горелки для термообработки, такие как дуговые плазменные горелки, широко используются в нагреве, резке, дуговой поверхностной резке и маркировке материалов. Дуговая плазменная горелка обычно включает в себя электрод, сопло, имеющее центральное сопловое отверстие, установленное в корпусе горелки, электрические соединения, каналы для охлаждения и каналы для дугогасительных текучих сред (например, плазменного газа). Для управления режимами текучих сред в плазменной камере, образованной между электродом и соплом, используют не обязательно кольцо завихрения. В некоторых горелках может быть использован колпачок распылителя для поддержания сопла и/или кольца завихрения в дуговой плазменной горелке. При работе горелка производит плазменную дугу, которая представляет собой стянутую струю ионизированного газа, с высокой температурой и достаточным количеством движения для содействия удалению расплавленного металла.
[0003] Как правило, дуговая плазменная горелка включает в себя множественные расходуемые материалы. Каждый расходуемый материал может быть выбран для достижения оптимальной производительности (например, оптимального уровня тока, максимального срока эксплуатации, и т.д.), ввиду конкретных ограничений обработки, таких как тип материала, подвергаемого резке и/или вырезанию желаемой формы. При установлении ненадлежащих расходуемых материалов в горелку можно получить плохое качество резки и пониженную скорость резки. В дополнение, ненадлежащие расходуемые материалы могут снизить срок службы сгораемого материала и привести к преждевременному износу расходуемого материала. Даже когда в горелке установлены надлежащие расходуемые материалы, для оператора может быть трудным вручную сконфигурировать и оптимизировать рабочие параметры горелки, соответствующие выбранному комплекту расходуемых материалов. Более того, для изготовителя компонентов горелок может быть трудным гарантировать его функционирование, если в системе горелки используются расходуемые материалы вторичного рынка.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Таким образом, системы и способы необходимы для выявления несовместимых расходуемых материалов в дуговой плазменной горелке. В дополнение, системы и способы необходимы для автоматической настройки рабочих параметров горелки, для повышения качества резки и продления срока службы расходуемого материала. В частности, системы и способы необходимы для эффективной передачи информации среди различных компонентов системы горелки для облегчения управления и оптимизации работы.
[0005] Согласно одному аспекту обеспечен расходуемый компонент горелки для термообработки. Расходуемый компонент включает в себя корпус расходуемого компонента и сигнальное устройство, расположенное на или внутри корпуса расходуемого компонента для передачи сигнала, связанного с расходуемым компонентом. Сигнал является независимым от выявляемой физической характеристики расходуемого компонента.
[0006] Согласно другому аспекту обеспечен способ для передачи информации о расходуемом компоненте горелки для термообработки, который включает в себя приемник сигналов. Способ включает в себя установку приемника сигналов и расходуемого компонента в горелку. Расходуемый компонент имеет прикрепленный к нему сигнальный компонент. Сигнальный компонент адаптирован для генерирования сигнала, передающего информацию о расходуемом компоненте. Способ также включает в себя пропускание сигнала из сигнального компонента в приемник сигналов.
[0007] Согласно другому аспекту обеспечена система для передачи информации о горелке для термообработки. Система включает в себя детектор сигналов и по меньшей мере один расходуемый материал, выбранный из группы, включающей в себя электрод, сопло, экран, колпачок распылителя, мундштук сварочной горелки и кольцо завихрения. Система также включает в себя по меньшей мере одно сигнальное устройство, прикрепленное к по меньшей мере одному расходуемому материалу, для передачи информации о по меньшей мере одном расходуемом материале на детектор сигналов. Система дополнительно включает в себя контроллер, связанный с детектором сигналов, для i) приема информации от по меньшей мере одного сигнального устройства, и ii) передачи по меньшей части информации на по меньшей мере одно из устройств: процессор, газовую консоль, программное обеспечение для раскроя, контроллер высоты и приводной двигатель. По меньшей мере одно из процессора, газовой консоли, программного обеспечения для раскроя, контроллера высоты и приводного двигателя регулирует работу горелки, исходя из упомянутой информации.
[0008] В других примерах любые из аспектов, приведенные выше, могут включать в себя один или более из следующих признаков. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство представляет собой опознавательную метку идентификации по радиочастотным сигналам (radio-frequency identification, RFID), для хранения информации, относящейся к расходуемому компоненту. В некоторых вариантах воплощения сигнал представляет собой один из радиосигнала, пневматического сигнала, магнитного сигнала, оптического сигнала или гидравлического сигнала. В некоторых вариантах воплощения горелка представляет собой плазменно-дуговую горелку.
[0009] В некоторых вариантах воплощения сигнал, передаваемый сигнальным устройством, идентифицирует по меньшей мере один признак, уникальный для типа расходуемого компонента. Тип расходуемого компонента может включать в себя сопло, экран, электрод, внутренний колпачок распылителя, внешний колпачок распылителя, кольцо завихрения, мундштук сварочной горелки или сменный корпус горелки. Сигнал, передаваемый сигнальным устройством, может также идентифицировать по меньшей мере один признак, уникальный для расходуемого компонента.
[0010] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство расположено на поверхности корпуса, для минимизации воздействия тепла в ходе эксплуатации горелки. Эта поверхность может находиться рядом с охлаждающим механизмом горелки, удаленным от плазменной дуги горелки, или в канале кольцевого уплотнения горелки, или может иметь место их сочетания. Сигнальное устройство может быть экранировано другим компонентом горелки, для минимизации воздействия сигнального устройства на по меньшей мере одно из тепловой энергии, излучения, вредных газов или высокочастотной энергии.
[0011] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство адаптировано для передачи сигнала до, в ходе или после зажигания плазменной дуги, или их сочетания. В некоторых вариантах воплощения сигнал, передаваемый сигнальным устройством, считывается изнутри горелки после установления в горелке расходуемого компонента. Сигнал, передаваемый сигнальным устройством, также может считываться снаружи горелки, после установления в горелке расходуемого компонента.
[0012] В некоторых вариантах воплощения сигнальный компонент включает в себя датчик для измерения физической модификации расходуемого компонента. Физическая модификация может включать в себя модификацию расходуемого компонента, для ограничения, посредством этого, расхода газа.
[0013] Согласно другому аспекту обеспечен способ для идентификации расходуемых материалов в системе термообработки, включающей в себя горелку. Способ включает в себя обеспечение первого расходуемого материала, обладающего первой характеристикой, и второго расходуемого материала, обладающего второй характеристикой. Вторая характеристика отлична от первой характеристики и по меньшей мере одна из первой или второй характеристик является независимой от измеренного физического свойства соответствующего расходуемого материала. Способ также включает в себя помещение в горелку по меньшей мере одного из первого или второго расходуемых материалов. Способ дополнительно включает в себя передачу информации о по меньшей мере одной из первой характеристики первого расходуемого материала или второй характеристики второго расходуемого материала на контроллер посредством первой методологии.
[0014] В некоторых вариантах воплощения способ включает в себя передачу информации о первой характеристике первого расходуемого материала и о второй характеристике расходуемого материала на контроллер посредством первой методологии.
[0015] В некоторых вариантах воплощения способ дополнительно включает в себя передачу информации о первой характеристике первого расходуемого материала на контроллер посредством первой методологии и передачу информации о второй характеристике второго расходуемого материала на контроллер посредством второй методологии. Вторая методология отлична от первой методологии. Первая методология может включать в себя использование первого сигнального устройства, связанного с первым расходуемым материалом, для передачи первой характеристики в виде первого сигнала. Вторая методология может включать в себя использование второго сигнального устройства, связанного со вторым расходуемым материалом, для передачи второй характеристики в виде второго сигнала. Первый или второй сигнал включает в себя пневматический сигнал, радиосигнал, световой сигнал, магнитный сигнал или гидравлический сигнал.
[0016] В некоторых вариантах воплощения первый расходуемый материал и второй расходуемый материал фактически являются по существу одинаковыми. В некоторых вариантах воплощения первая методология включает в себя использование сигнального устройства, связанного с по меньшей мере одним из первого или второго расходуемых материалов для передачи информации в виде сигнала. Сигнал может представлять собой пневматический сигнал, радиосигнал, световой сигнал, магнитный сигнал или гидравлический сигнал.
[0017] Также следует понимать, что различные аспекты и варианты воплощения изобретения могут быть скомбинированы различными способами. Исходя из раскрытия согласно данному описанию, специалисты в данной области техники легко могут определить, как можно скомбинировать эти различные варианты воплощения. Например, в некоторых вариантах воплощения любой из приведенных выше аспектов может включать в себя один или более из вышеприведенных признаков. Один вариант воплощения изобретения может обеспечить все из вышеприведенных признаков и преимуществ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Преимущества изобретения, описанные выше, наряду с дополнительными преимуществами, могут быть лучше поняты при обращении к следующему описанию, приведенному в сочетании с прилагаемыми чертежами. Чертежи не обязательно приведены в масштабе, в основном вместо этого при иллюстрации принципов изобретение используется резкость очертания.
[0019] На ФИГ. 1 показано поперечное сечение примерной плазменно-дуговой горелки.
[0020] На ФИГ. 2 показана примерная сеть передачи данных.
[0021] На ФИГ. 3 показана измененная геометрия различных расходуемых материалов.
[0022] На ФИГ. 4 показана примерная система термообработки, в которой использована сеть передачи данных согласно ФИГ. 2, для контроля эксплуатации плазменно-дуговой горелки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0023] ФИГ. 1 представляет собой поперечное сечение примерной плазменно-дуговой горелки 100, включающей в себя корпус 102 горелки и мундштук 104 горелки. Мундштук 104 горелки включает в себя несколько расходуемых материалов, например электрод 105, сопло 110, колпачок 115 распылителя, кольцо завихрения 120 и экран 125. Корпус 102 горелки, который имеет в основном цилиндрическую форму, поддерживает электрод 105 и сопло 110. Сопло 110 находится на расстоянии от электрода 105 и имеет центральное выходное отверстие, установленное в корпусе 102 горелки. Кольцо завихрения 120 прикреплено к корпусу 102 горелки и имеет комплект радиально смещенных или скошенных газораспределительных отверстий 127, которые придают тангенциальную составляющую скорости потоку плазменного газа, вызывая завихрение плазменного газа. Экран 125, который также включает в себя выходное отверстие, соединен (например, посредством резьбы) с колпачком 115 распылителя. Колпачок 115 распылителя, как показано, представляет собой внутренний колпачок распылителя, надежно соединенный (например, посредством резьбы) с соплом 110. В некоторых вариантах воплощения внешний колпачок распылителя (не показан) изолирован относительно экрана 125. Горелка 100 может дополнительно включать в себя электрические соединения, каналы для охлаждения, каналы для дугогасительных текучих сред (например, плазменного газа) и источник электропитания. В некоторых вариантах воплощения расходуемые материалы включают в себя мундштук сварочной горелки, который представляет собой сопло для пропускания воспламененного сварочного газа.
[0024] При эксплуатации плазменный газ течет через входную трубу для газа (не показана) и газораспределительные отверстия 127 в кольце завихрения 120. Оттуда плазменный газ втекает в плазменную камеру 128 и вытекает из горелки 100 через выходное отверстие сопла 110 и экрана 125. Сначала между электродом 105 и соплом 110 генерируется вспомогательная дуга. Вспомогательная дуга ионизирует газ, проходящий через выходное отверстие сопла и выходное отверстие экрана. Дуга затем передается от сопла 110 к обрабатываемой заготовке (не показана), для термической обработки (например, резки или сварки) обрабатываемой заготовки. Следует отметить, что проиллюстрированные детали горелки 100, включая расположение компонентов, направление потоков газа и охлаждающей текучей среды, а также электрические соединения, могут принимать различные формы.
[0025] Различные рабочие процессы часто требуют наличия различных экранов и/или скоростей потока плазменного газа, что требует наличия различных комплектов расходуемых материалов. Это приводит к разнообразию расходуемых материалов, используемых в данной области техники. Использование надлежащих расходуемых материалов и надлежащее их соответствие друг другу необходимо для достижения оптимальной производительности резки. Плохой подбор расходуемого материала (например, использование расходуемого материала, изготовленного для эксплуатации при 65 амперах в горелке, которая работает при 105 амперах) может привести к низкому сроку службы расходуемого материала и/или к низкой производительности плазменно-дуговой горелки.
[0026] На ФИГ. 2 показана примерная сеть 200 передачи данных согласно настоящему изобретению. Сеть 200 передачи данных включает в себя одно или более сигнальных устройств 202, каждое из которых связано с расходуемым материалом горелки для термообработки, такой как плазменно-дуговая горелка 100 согласно ФИГ. 1. Примерные расходуемые материалы включают в себя электрод 105, сопло 110, колпачок 115 распылителя, кольцо завихрения 120 и экран 125. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 представляет собой электрически считываемое устройство, сконфигурированное для передачи информации о расходуемом материале в форме одного или более сигналов. Например, сигнальное устройство 202 может представлять собой опознавательную метку идентификации по радиочастотным сигналам (radio-frequency identification, RFID) или карту, метку или знак в виде штрихового кода, плату с интегральными схемами (ИС), и т.п. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 представляет собой детектор (например, датчик) для выявления физической характеристики расходуемого материала и передачи выявленной информации в форме одного или более сигналов. Сеть 200 передачи данных также включает в себя по меньшей мере один приемник 204 для i) приема сигналов, передаваемых сигнальными устройствами 202, ii) извлечения данных, передаваемых в виде сигналов, и iii) подачи извлеченных данных на процессор 206 для анализа и дополнительных действий. Процессор 206 может представлять собой цифровой процессор сигналов (ЦПС), микропроцессор, микроконтроллер, компьютер, металлорежущий станок с числовым программным управлением (ЧПУ), программируемый логический контроллер (ПЛК), специализированную интегральную схему (ASIC), и т.п.
[0027] В некоторых вариантах воплощения каждое сигнальное устройство 202 является закодированным информацией, относящейся к расходуемому материалу, для которого предназначено сигнальное устройство 202. Закодированная информация может представлять собой общую или фиксированную информацию, такую как наименование, товарный знак, изготовитель, серийный номер, и/или тип расходуемого материала. Закодированная информация, например, может включать в себя номер модели для общего указания на то, что расходуемый материал представляет собой сопло. В некоторых вариантах воплощения закодированная информация является уникальной для расходуемого материала, такой как состав металла расходуемого материала, масса расходуемого материала, дата, время и/или место, в котором расходуемый материал был изготовлен, персонал, ответственный за расходуемый материал, и т.п. В качестве примера, закодированная информация может обеспечивать сведения о серийном номере, который является уникальным для каждого изготовленного компонента горелки, чтобы отличить друг от друга, например, сопло типа A, серийный номер 1 и сопло типа A, серийный номер 2.
[0028] В некоторых вариантах воплощения информация кодируется для сигнального устройства 202 в момент изготовления соответствующего расходного материала. Информация также может быть закодирована для сигнального устройства 202 в течение срока службы расходуемого материала, например, после использования каждого расходуемого материала. Такая информация может включать в себя дату, время и место использования расходуемого материала, любые аномалии, выявленные в ходе использования, и/или состояния расходуемого материала после использования, таким образом, чтобы можно было создать журнал регистрации, для предсказания случая отказа или события конца срока службы, связанного с расходуемым материалом.
[0029] Информация, закодированная в сигнальном устройстве 202, также может указывать рабочие параметры. Например, для сигнального устройства 202, связанного с экраном 125, данные, закодированные в сигнальном устройстве 202, могут указывать тип газа, текущего через экран, и/или подходящий расход газа для экрана 125. В некоторых вариантах воплощения закодированные данные сигнального устройства 202 обеспечивают информацию о других связанных компонентах горелки. Например, закодированные данные могут идентифицировать другие компоненты горелки, совместимые с заданным расходуемым материалом, сопутствующие установке всего комплекта расходуемого материала в горелке, для достижения некоторых показателей производительности.
[0030] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 включает в себя информацию о соответствующем расходуемом материале, независимо от выявляемой физической характеристики расходуемого материала. Примеры выявляемых физических характеристик расходуемого материала включают в себя магнитные свойства, коэффициент поверхностного отражения, плотность, акустические свойства и другие осязательные признаки расходуемого материала, измеренные детектором, установленным в горелке. Поэтому примеры данных по расходуемому материалу, независимых от выявляемой физической характеристики расходуемого материала, могут включать в себя наименование расходуемого материала, тип, изготовителя, данные по изготовлению, место изготовления, серийный номер, или другие неосязаемые признаки расходуемого материала. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 сохраняет предварительно собранную информацию о расходуемом материале, включая физические характеристики, перед его помещением в горелку, но сигнальное устройство 202 не сконфигурировано для активного измерения или выявления физических характеристик. Однако сигнальное устройство 202 может хранить данные о физических характеристиках расходуемого материала, измеренных или выявленных другим устройством, таким как датчик. Как правило, сигнальное устройство 202 используют главным образом в целях хранения данных.
[0031] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 расположено внутри горелки 100 или на ней. Например, сигнальное устройство 202 может быть прикреплено к поверхности расходуемого материала, то есть, в конечном счете, установлено внутри мундштука 104 горелки. Сигнальное устройство 202 также может быть прикреплено к компоненту внутри горелки 100, отличному от соответствующего расходуемого материала. Например, тогда как сигнальное устройство 202 предназначено для хранения данных об электроде 105, сигнальное устройство 202 может быть прикреплено к поверхности колпачка 115 распылителя. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 связано с внешним источником, которое физически не связано с горелкой 100. Например, сигнальное устройство 202 может быть прикреплено к упаковке, используемой для сохранения расходуемого материала и удаленной от расходуемого материала, сразу после его установки в горелке 100. Если сигнальное устройство 202 расположено внутри горелки 100, можно выбрать поверхность, к которой прикрепляют сигнальное устройство 202, для снижения или иной минимизации воздействия тепла в ходе эксплуатации горелки 100. Например, сигнальное устройство 202 может быть расположено вблизи охлаждающего механизма, на удалении от плазменной дуги, и/или в канале кольцевого уплотнения горелки 100, для снижения или минимизации воздействия тепла. В дополнение, сигнальное устройство 202 может быть покрыто теплозащитным материалом для предохранения устройства от перегрева в ходе эксплуатации горелки. Как правило, сигнальное устройство 202 может быть расположено таким образом, чтобы оно было экранировано другим компонентом горелки, для минимизации воздействия на тепловую энергию, излучение, вредные газы (например, озон), и/или высокочастотную энергию.
[0032] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 сконструировано таким образом, чтобы оно было долговечным, т.е. чтобы оно было функциональным во время и после одного или более зажиганий горелки. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 снимают после каждого использования горелки или после нескольких использований. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 перезаписывается, например, для кодирования информации о расходуемом материале, как только расходуемый материал был изготовлен. В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 перезаписывается множество раз, например, на протяжении срока эксплуатации соответствующего расходного материала.
[0033] В сети 200 передачи данных сигнальное устройство 202 может беспроводным образом передавать свою сохраненную информацию на приемник 204 в форме одного или более сигналов. Приемник 204 является адаптированным для обработки этих сигналов для извлечения подходящих данных о расходуемом материале и направления этих данных на процессор 206 для анализа. В некоторых вариантах воплощения приемник 204 расположен внутри или на плазменно-дуговой горелке 100. Например, приемник 204 может быть расположен в корпусе 102 горелки. В некоторых вариантах воплощения приемник 204 находится в местоположении снаружи горелки 100, например, будучи прикрепленным к модулю источника электропитания, газовой консоли, процессору 206, и т.д.
[0034] В некоторых вариантах воплощения по меньшей мере одно из сигнальных устройств 202 представляет собой метку RFID, а приемник 204 представляет собой считывающее устройство, используемое для запрашивания метки RFID. В таких вариантах воплощения метка RFID включает в себя микросхему для сохранения информации и антенну для приема и передачи радиочастотных сигналов. Считывающее устройство может включать в себя 1) антенну для передачи радиочастотных сигналов для метки RFID, для запрашивания метки и 2) компоненты для декодирования отклика, передаваемого меткой RFID, перед передачей отклика на процессор 206. Метка RFID может быть активной или пассивной. Активная метка RFID включает в себя батарею для получения более сильного электромагнитного возвратного сигнала для считывающего устройства, с повышением, таким образом, возможной дальности передачи между меткой RFID и считывающим устройством. Расстояние между меткой RFID и считывающим устройством может составлять от менее одного дюйма (2,54 см) до 100 футов (304,5 см) или более, в зависимости от выходной мощности, используемой радиочастоты и типа материала, через который должны проходить радиочастотные сигналы. В одном примере расстояние между меткой RFID и антенной соответствующего считывающего устройства может составлять примерно 2-4 см. Антенна считывающего устройства и остальные компоненты считывающего устройства не должны находиться в одном корпусе. Например, антенна считывающего устройства может быть расположена на или внутри корпуса 102 горелки, тогда как остальные компоненты считывающего устройства расположены снаружи от горелки 100. Использование метки RFID является предпочтительным, поскольку оно не требует наличия прямого контакта (например, через провода) или линию прямой видимости (например, через оптические сигналы) со считывающим устройством, и хорошо подходит для использования в жестких атмосферных условиях.
[0035] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 представляет собой детектор (например, датчик) для выявления по меньшей мере одного физического маркера расходуемого материала для уникальной идентификации расходуемого материала по его типу или индивидуально. Физический маркер может представлять собой, например, физическое изменение расходуемого материала. Как показано на ФИГ. 3, идентификация расходуемого материала достигается за счет изменения геометрии расходуемого материала, вследствие чего, при его помещении в горелку 100, он воздействует на стенку соседнего канала 402 для охладителя, что, в свою очередь, изменяет скорость текущего по нему охладителя. В частности, измененное поперечное сечение канала 402 для охладителя может ограничить скорость потока охладителя. Сигнальное устройство 202 может быть использовано для измерения изменения давления в зависимости от расхода охладителя. Следовательно, измеренное изменение давления охладителя служит в качестве идентификации расходуемого материала. В другом примере, как показано на ФИГ. 3, для идентификации сопла 110 к соплу 110 прикреплен вспомогательный продувочный 404 трубопровод, который соединен с клапаном и расходомером. Клапан открывается перед зажиганием плазменной дуги, а расход во вспомогательном продувочном трубопроводе измеряется посредством сигнального устройства 202 как функция давления плазмы в ходе цикла продувки. Поэтому измеренный расход служит в качестве идентификации сопла 110. В другом примере во внешнем удерживающем колпачке может быть просверлено одно или более калибровочных отверстий (не показаны) с уникальными размерами для идентификации колпачка сразу после его установки в горелке 100. Размер каждого калибровочного отверстия сконфигурирован для уникального воздействия на давление вне клапана и/или расход газа через экран. Поэтому эти измерения, проведенные сигнальным устройством 202 в предпотоковом режиме для зажигания вспомогательной дуги, служат для идентификации внешнего колпачка распылителя.
[0036] В еще одном примере экран 125 может быть идентифицирован путем измерения длины расходуемого материала относительно справочных данных для горелки. В примерном способе измерения для определения высоты, на которой известная горелка загорается и начинает разрезать заготовку, используют контроллер высоты горелки. Эта высота может служить в качестве опорных данных для горелки. Затем, после помещения не идентифицированного расходуемого материала в горелку, определяют высоту относительно опорной величины. Поэтому для определения относительной длины не идентифицированного расходуемого материала можно использовать простые расчеты, в которых задействованы две высоты. В свою очередь, относительная длина расходуемого материала может быть использована для идентификации расходуемого материала, например, путем обращения к справочной таблице, в которой относительные длины расходуемого материала коррелируют с частями расходуемого материала.
[0037] В некоторых вариантах воплощения сигнальное устройство 202 представляет собой штриховой код, который обеспечивает оптическое машинное представление данных о соответствующем расходуемом материале. Штриховой код может быть считан приемником 204 в форме штрих-кодового считывающего устройства. Как правило, сигнальное устройство 202 может передавать данные о расходуемом материале в форме любых машиночитаемых сигналов, включая радиосигналы, оптические или другие световые сигналы (например, инфракрасные сигналы или ультрафиолетовые сигналы), магнитные сигналы, пневматические сигналы или гидравлические сигналы.
[0038] В некоторых вариантах воплощения одиночное сигнальное устройство 202 назначается каждому расходуемому материалу горелки для передачи подходящей информации о соответствующем расходуемом материале. В некоторых вариантах воплощения два или более сигнальных устройства 202 назначаются одному и тому же расходуемому материалу для передачи различной информации об этом расходуемом материале. Например, одно сигнальное устройство 202 может передавать информацию, уникальную для типа расходуемого материала, такую как номер модели и рабочие параметры для данного типа расходуемого материала, тогда как другое сигнальное устройство 202 может передавать информацию, уникальную для самого расходуемого материала, такую как масса и история применения расходуемого материала. В некоторых вариантах воплощения сигнальные устройства 202 в сети 200 передачи данных используют различные режимы передачи данных. Например, тогда как одно сигнальное устройство 202 передает данные в виде радиочастотных сигналов, другое сигнальное устройство 202 передает данные в виде оптических сигналов. В некоторых вариантах воплощения сеть 200 включает в себя множество приемников 204. Каждый приемник 204 сконфигурирован (например, настроен) на считывание сигналов с одного или более сигнальных устройств 202 и передачу извлеченных данных на процессор 206. В некоторых вариантах воплощения для считывания сигналов со всех сигнальных устройств 202 в сети 200 передачи данных используется одиночный приемник 204. Таким образом, процессор 206 может одновременно обрабатывать данные, связанные с несколькими расходуемыми материалами.
[0039] ФИГ. 4 представляет собой примерную систему термообработки 300, в которой использована сеть передачи данных согласно ФИГ. 2, для управления работой горелки для термообработки, такой как плазменно-дуговая горелка 100 согласно ФИГ. 1. Плазменно-дуговая горелка 100 может включать в себя один или более расходуемых материалов, включающих в себя сопло 110, электрод 105, экран 125, внутренний 115 колпачок распылителя и внешний 302 колпачок распылителя. По меньшей мере, одно сигнальное устройство 202 назначается на по меньшей мере один из расходуемых материалов, для передачи информации о соответствующем расходуемом материале на процессор 206 через приемник 204. Система 300 также включает в себя источник электропитания 304 для обеспечения электрического тока, необходимого для генерирования плазменной дуги в горелке 100. Данные, собранные с сигнальных устройств 202 о соответствующих расходуемых материалах, могут быть использованы процессором 206 для управления и оптимизации работы по меньшей мере одного из плазменного источника питания 304, двигателей и приводов 306, газовой консоли 308, контроллера высоты 310 и программного обеспечения 312 для раскроя.
[0040] Процессор 206 может быть расположен внутри или снаружи плазменно-дуговой горелки 100. В некоторых вариантах воплощения процессор 206 вмонтирован в источник электропитания 304. В некоторых вариантах воплощения каждое из плазменного источника питания 304, двигателей и приводов 306, газовой консоли 308, контроллера высоты 310 и программного обеспечения 312 для раскроя вмещает в себя по меньшей мере один процессор для обработки данных, поступающих с сигнальных устройств 202, для управления функциями соответствующего модуля 304, 306, 308 или 310.
[0041] Исходя из информации, собранной с сигнальных устройств 202, процессор 206 может регулировать многие функции плазменной системы одновременно или почти одновременно и в режиме реального времени или в режиме, приближенном к режиму реального времени. Эти функции системы включают в себя, но не ограничены, последовательность запуска, функции ЧПУ-интерфейса, параметры газа и рабочие параметры и последовательность отключения. В некоторых вариантах воплощения в процессоре 206 использована информация о расходуемом материале для автоматического установления различных параметров системы 300. В некоторых вариантах воплощения в процессоре 206 использована информация о расходуемом материале для выявления того, совместимы ли определенные предварительно заданные параметры системы 300 с расходуемыми материалами внутри горелки 100. В качестве примера, исходя из полученных данных о нескольких расходуемых материалах горелки 100, процессор 206 может управлять и проверять один или более из следующих компонентов системы: i) параметров настройки источника электропитания 304 для регулирования мощности, подаваемой к горелке 100, ii) параметров настройки программного обеспечения 312 для раскроя, для обработки заготовки, iii) параметров настройки газовой консоли 308, для регулирования экрана и/или плазменных газов, подаваемых к горелке 100, iv) параметров настройки контроллера высоты 310 для регулирования высоты между горелкой 100 и заготовкой, и v) параметров настройки различных двигателей и приводов 306.
[0042] В некоторых вариантах воплощения, исходя из данных, собранных с одного или более сигнальных устройств 202, процессор 206 взаимодействует с программным обеспечением 312 для раскроя, для автоматического подбора программы резки, которая задает параметры для обработки заготовки, такие как скорость резания, направление, дорожки, последовательности раскроя, и т.д. Эта программа резки также может задавать типы газов, давление газа и/или параметры настройки потока и настройки регулирования высоты для горелки, с учетом собранных данных о расходуемом материале. Как правило, при сборке комплекта расходуемых материалов в горелку, оператору приходится вручную конфигурировать программное обеспечение 312 для раскроя, для создания программы резки для горелки, путем ввода информации в программу, включая тип и толщину обрабатываемого материала заготовки, тип используемого газа и требования по номинальному току для комплекта расходуемых материалов. В частности, оператору приходится вручную вводить в процессор 206 данные по номинальному току для комплекта расходуемых материалов. В настоящем изобретении, поскольку информация о номинальном токе для каждого расходуемого материала хранится в по меньшей мере одном сигнальном устройстве 202, процессор 206 может осуществлять электронный сбор такой информации с одного или более сигнальных устройств 202 и может автоматически определять подходящие настройки тока без вмешательства пользователя.
[0043] В некоторых вариантах воплощения, исходя из собранных данных о расходуемом материале, процессор 206 выбирает подходящую программу резки из программного обеспечения 312 для раскроя, с учетом данных по расходуемому материалу из сигнальных устройств 202 и рабочих параметров, введенных пользователем, включая характеристики разрезаемой заготовки и желаемой формы разреза. Например, оператор может сначала отправить общий программный файл в программное обеспечение 312 для раскроя. Общий программный файл определяет для каждой толщины заготовки переменные скорости резки, скорости потока газа, коррекции на ширину прорези, высоту горелки, и т.д., которые различны для различных частей расходуемого материала. Таким образом, после идентификации расходуемых материалов, в которых использованы сигнальные устройства 202, процессор 206 взаимодействует с общим программным файлом для конфигурирования программы резки для горелки. В некоторых вариантах воплощения после создания программы резки процессор 206 использует данные о расходуемом материале, собранные с сигнальных устройств 202, для проверки того, были ли надлежащим образом установлены в горелку расходуемые материалы, пригодные для данной программы. В дополнение процессор 206 может давать команды программе 312 для раскроя для автоматического определения или корректирования параметров программы для повышения совместимости с расходуемыми материалами, загруженными в горелку. Например, расходуемый материал, для которого требуется ток 400A, имеет большие режущие кромки и подводящие провода по сравнению с расходуемым материалом, для которого требуется ток 130A. Следовательно, программное обеспечение 312 для раскроя может выбрать меньше деталей для ввода в программу, если в горелку был загружен расходуемый материал, требующий наличия тока 400A.
[0044] В некоторых вариантах воплощения, исходя из данных, собранных с одного или более сигнальных устройств 202, процессор 206 может управлять газовой консолью 308 для регулирования потока плазмы и газа через экраны к горелке 100, путем проверки и регулирования параметров настройки газовой консоли. Газовая консоль 308 вмещает в себя соленоидные клапаны, расходомеры, манометры и переключатели, используемые для управления плазмой и потоком газа через экран. Например, расходомеры используются для установления предварительных скоростей потока и расходов потока при резке для плазмы и газа, текущих через экраны. Газовая консоль 308 также может иметь область с несколькими входами для подачи газа, где плазма и газ, проходящие через экраны, соединяются. Для выбора желаемых газов может быть использован тумблер. Посредством датчиков давления газа осуществляют мониторинг течения плазмы и газа через экраны. В одном примере сигнальное устройство 202, связанное с экраном 125 плазменно-дуговой горелки 100, может хранить информацию о типе и составе одного или более из газов, текущих через экраны, пригодных для использования с экраном 125, наряду с оптимальным набором скоростей потока газов, текущих через экран, исходя из этих данных, процессор 206 может взаимодействовать с газовой консолью 308 для снабжения плазменно-дуговой горелки 100 подходящим газом через экран при оптимальном расходе.
[0045] В некоторых вариантах воплощения, исходя из данных, полученных с одного или более сигнальных устройств 202, процессор 206 управляет контроллером 310 высоты горелки 310, который задает высоту горелки 100 относительно заготовки. Контроллер 310 высоты горелки может включать в себя блок управления, для управления напряжением дуги в ходе резания, за счет регулировки величины отклонения (т.е. расстояния между горелкой 100 и заготовкой), для поддержания заданного значения напряжения дуги. Контроллер 310 высоты горелки также может включать в себя внешний модуль управления для управления величины отклонения. Контроллер 310 высоты горелки может дополнительно включать в себя подъемное устройство, которое регулируется модулем управления через двигатель или привод 306, для осуществления скольжения горелки 100 в вертикальном направлении относительно заготовки, для поддержания желаемого напряжения в ходе резания. В одном примере, исходя из данных, полученных от расходуемых материалов горелки, контроллер 310 высоты горелки может автоматически определять высоту до местоположения горелки относительно верха заготовки. Поэтому контроллеру 310 высоты горелки не нужно измерять высоту для установления подходящей высоты точки врезки и высоты резания перед началом осуществления управления напряжением дуги.
[0046] В некоторых вариантах воплощения процессор 206 сконфигурирован для предохранения системы термообработки 300 от начала работы с заготовкой, если она определит, что расходуемые материалы, установленные в горелке 100, не соответствуют друг другу, несовместимы с системой термообработки 300 или несовместимы с другими предварительно выбранными рабочими параметрами, вводимыми оператором. Если сделано такое определение, процессор 206 может включать звуковой или видеосигнал тревоги, указывающий оператору на то, что один или более соединенных расходуемых материалов являются непригодными, и что расходуемые материалы следует заменить, или данные, введенные оператором, должны быть пересмотрены. Дополнительно, процессор 206 может предотвратить начало работы, если был включен сигнал тревоги. Например, процессор 206 может остановить работу горелки, если параметры тока экрана 125, подаваемые к процессору 206 сигнальным устройством 202, назначенным экрану 125, отличны от параметров тока сопла 110, который подается к процессору 206 другим или тем же самым сигнальным устройством 202, соответствующим соплу 110.
[0047] В некоторых вариантах воплощения процессор 206 сконфигурирован для предохранения системы термообработки 300 от функционирования, если она определит, что по меньшей мере один из расходуемых материалов, установленных в горелку 100, не изготовлен, или иным образом не поддерживается приемлемым изготовителем. Например, процессор 206 может прекратить работу горелки, если он не распознает идентификацию изготовителя, серийный номер и/или номера деталей, подаваемые сигнальным устройством расходуемого материала. Следовательно, система термообработки 300 может быть использована для выявления и предотвращения использования ненадлежащих или контрафактных расходуемых материалов.
[0048] В некоторых вариантах воплощения процессор 206 рекомендует одну или более мер по исправлению недостатков для оператора, к которым он может обратиться в аварийных ситуациях. Например, процессор 206 может предложить установить один или более расходуемых материалов в горелку 100, во избежание потенциального несоответствия с другими компонентами системы термообработки 300. Процессор 206 может предложить подходящие типы заготовки для обработки, исходя из допустимых количественных значений набора установленных расходуемых материалов. Процессор 206 может рекомендовать последовательность технологических переходов обработки детали резанием, которая совмещает настройки установленных расходуемых материалов с настройками, обеспечиваемыми оператором.
[0049] Как правило, сигнальные устройства 204 могут сохранять информацию о компонентах горелки, отличных от расходуемых материалов. Например, сигнальные устройства 204 могут сохранять информацию о корпусе 102 горелки или об одном или более проводных выводов. Поэтому, как должно быть полностью учтено в данной области техники, примерная сеть 200 передачи данных согласно ФИГ. 2 и конфигурация согласно ФИГ. 3 могут быть легко адаптированы для хранения информации о любом компоненте горелки.
[0050] В дополнение, как должно быть полностью учтено в данной области техники, изобретение, описанное в данной области техники, применимо не только для плазменных режущих устройств, но также и для систем сварочного типа и других систем термообработки. В некоторых вариантах воплощения изобретение, описанное в настоящей работе, сконфигурировано для функционирования с различными технологиями резания, включающими в себя, но не ограниченными, плазменно-дуговую, лазерную, кислородно-топливную и/или водоструйную технологии. Например, сигнальные устройства 202 могут быть связаны с одним или более расходуемыми материалами, сконфигурированными для функционирования с одной или более технологиями резания. Процессор 206, используя информацию, передаваемую сигнальными устройствами 202, может определить, совместимы ли расходуемые материалы, установленные в горелке, с определенной технологией резания. В некоторых вариантах воплощения, исходя из выбранной технологии резания и информации о расходуемом материале, процессор 206 может устанавливать или настраивать рабочие параметры, в частности, такие как высота режущей головки выше заготовки, которая может меняться, в зависимости от технологии резания и расходуемых материалов.
[0051] В качестве примера известно использование водоструйных систем, которые создают высокое давление, где высокоскоростные водные струи используются для резания различных материалов. Эти системы обычно функционируют за счет нагнетания воды или другой подходящей текучей среды, до достижения высокого давления (например, вплоть до 90000 фунтов на квадратный дюйм или более) и продавливания текучей среды через небольшое сопловое отверстие при высокой скорости, для концентрирования большого количества энергии на небольшой поверхности. Абразивная струя представляет собой тип водяной струи, которая может включать в себя абразивные материалы в струе текучей среды для резания более твердых материалов. В некоторых вариантах воплощения сигнальные устройства 202 прикреплены к расходуемым материалам водоструйной системы, например к водоструйному соплу, соплу для абразивной струи, смесительной трубе, используемой для смешивания частиц абразива с текучей средой, и/или к одному или более клапанов и фильтров. Сигнальное устройство 202, связанное с соплом для абразивной струи, может идентифицировать, например, типы абразивов, подходящих для использования с соплом, величины давления в сжатой текучей среде, которая может быть подана к соплу, а также может выявлять другие расходуемые материалы, пригодные для использования с конкретным соплом. Также может выполняться идентификация конкретных сочетаний комплектов расходуемых материалов для данной водоструйной системы, для проверки совместимости с данной системой, или для ограничения режимов работы и параметров, таких как максимальное давление или настройки потока, или типы или количества абразива.
[0052] Также следует понимать, что различные аспекты и варианты воплощения изобретения могут быть скомбинированы различными способами, исходя из учений согласно данному описанию, причем специалисты в данной области техники могут легко определить, как можно скомбинировать эти различные варианты воплощения. В дополнение, при прочтении настоящего описания, в него могут быть внесены изменения специалистами в данной области техники. Настоящая заявка включает в себя такие изменения, и она ограничена только объемом формулы изобретения.