CN100547422C - 电缆监视系统和其监视方法 - Google Patents

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Abstract

一种电缆监视系统和其监视方法，其监视连接电源和焊枪的多个电缆的故障，具有：连接到每个电缆的任意两点的电压检测线；隔离变压器，其一次侧连接到每个电缆的电压检测线；以及故障检测器，其连接到隔离变压器的二次侧，并且基于每个电缆的隔离变压器的二次侧的电压来检测每个电缆的故障。

Description

电缆监视系统和其监视方法
技术领域
本发明涉及一种能不进行高压测量地监视连接电源和焊枪的多个电缆中的每一个的故障(断开和老化)的电缆监视系统，并且涉及其监视方法。
背景技术
当在生产线运转的同时，向电阻焊接设备供给焊接电流的电缆突然断开时，需要在全部生产线停止运转之后更换该电缆。停止运转一般持续长时间，并且大大降低其生产率。为了防止这种问题，已经发明和使用了电缆监视系统。
前述电缆监视系统的其中之一通过焊接电流来监视由于电阻焊接设备的二次导体的断开和老化而引起的阻抗变化(参见日本实公昭54-37780号公报)。
近年来，将分离的焊接变压器和焊枪一体化，并且被用于点焊的焊接机械手作为所谓的带有变压器的枪(transgun)而持有。这种带有变压器的枪不包括连接焊接变压器和焊枪的长二次电缆。因此，断开出现在从设置在电源侧的电阻焊接控制器的可控硅沿机械手臂延伸到与焊枪一体化的焊接变压器的柔性一次电缆中。此一次电缆包括：例如形成往返电路径的两个电源线(缆芯)、地线、以及控制线。这些线覆盖有绝缘材料。将控制线连接到用于对枪加压的伺服电机或者编码器、各种检测器、用于对枪加压的阀等。一次电缆一般具有约20～30mm的直径。在生产线运转期间，此一次电缆由机械手臂的动作重复地弯曲，此外因为用于焊接的通电使自身发热。铜线因此被氧化并且变细导致老化。因此，一次电缆容易断开。
此外，将来自电源的200或者400V的高压直接施加到一次电缆。与施加到二次电缆的低到10～20V的二次电压相比，如上所述施加到一次电缆的电压高。因此，一次电缆的断开比二次电缆的断开更危险。在施加有高压的一次电缆的电阻测量中，将高压施加到用于测量的控制线和检测器。因此，接触控制线是危险的，并且检测器易于损坏。
为了防止一次电缆的断开导致生产线长时间停止运转，已经提出了监视一次电缆的故障的监视系统(参见日本实公平7-53822号公报)。
然而，日本实公平7-53822号公报的监视系统具有如下结构：在连接到用于电阻焊接设备的变压器的一次侧的高压下测量一次电缆的电阻中，检测一次电缆的平行线之间的电阻并判断断开/老化。因此，无法检测每个线，尤其是一次电缆的必需部分的电阻。在提高监视准确性上有改进的空间。此外，因为将高压施加到控制线和检测器，所以与日本实公昭54-37780号公报相同，此监视系统仍然处于接触控制线是危险的和检测器易于损坏的状况。
此外，作为防止前述危险并且消除对外围装置的影响的监视系统，公开了日本特开昭59-159279号公报和特开2001-232481号公报的系统。
发明内容
然而，传统的监视系统不能检测由束起来的多个电缆(连接电源和焊枪并施加有高压的电缆)构成的一次电缆中的每一个的故障。此外，传统的监视系统不用高压测量就不能准确地测量电缆自身的电阻以检测电缆的故障(断开和老化)。
根据传统技术的上述问题提出本发明。本发明的一个目的是提供一种在给焊枪通电的同时，不用高压测量就能够监视连接电源和焊枪的多个电缆中的每一个的故障的电缆监视系统。
本发明的第一方面提供一种电缆监视系统，其监视连接电源和二次侧连接到焊枪的焊接变压器的多个一次电缆的故障，电缆监视系统包括：每个一次电缆的两个电压检测线，其连接到每个一次电缆的任意两点；每个一次电缆的隔离变压器，其一次侧连接到每个一次电缆的电压检测线；以及故障检测器，其连接到每个隔离变压器的二次侧，基于每个一次电缆的各自的隔离变压器的二次侧的电压来检测每个一次电缆的故障。
本发明的第二方面提供一种电缆监视方法，其用于监视连接电源和二次侧连接到焊枪的焊接变压器的多个一次电缆的故障，焊枪安装在多轴机械手的臂的工作端，电缆监视方法包括：在通过一次电缆对焊枪通电的同时，通过各自的隔离变压器检测每个一次电缆的各自的两个任意点之间的电压的值；以及基于电压的检测值判断每个一次电缆有无故障。
本发明的第三方面提供一种电缆监视系统，其监视连接电源和焊枪的多个电缆的故障，电缆监视系统包括：电压检测线，其连接到每个电缆的任意两点；隔离变压器，其一次侧连接到每个电缆的电压检测线；以及故障检测装置，其连接到隔离变压器的二次侧，用于基于每个电缆的隔离变压器的二次侧的电压来检测每个电缆的故障。
附图说明
现在参考附图说明本发明，其中：
图1是应用根据本发明的电缆监视系统的电阻点焊设备的示意性构造图；
图2是示出根据本发明的电缆监视系统的构造的框图；
图3是示出为图2所示的电阻焊接控制器设置的运算电路的构造的框图；
图4是示出根据本发明的电缆监视系统的操作的流程图；以及
图5是示出根据本发明的电缆监视系统的电缆故障判断处理的流程图。
具体实施方式
下文中，基于附图给出根据本发明的电缆监视系统和其监视方法的实施例的详细说明。
图1示出应用根据本发明的电缆监视系统的电阻点焊设备的构造。该电阻点焊设备包括作为多轴机械手的焊接机械手R和电阻焊接控制器1。将焊枪G安装在焊接机械手R的臂3的工作端。焊枪G是包括焊接变压器T的带变压器的枪。
将电阻焊接控制器1连接到供给200或者400V电压的焊接电源。电阻焊接控制器1包括用作开关元件的可控硅2。可控硅2控制供给焊接机械手R的焊接电流的大小。
通过两个一次电缆K1和K2连接焊接机械手R的焊接变压器T和电阻焊接控制器1的可控硅2。将中继盒4安装在焊接机械手R的臂3。将每个一次电缆K1和K2的一部分连接到允许在焊接变压器T和可控硅2之间沿着臂3布置一次电缆K1和K2的中继盒4。为了防止由高压引起的损坏，中继盒4包括用于将下述监视系统与焊接电源和一次电缆K1和K2隔离的隔离变压器。
焊枪G包括两端单独安装有移动电极E1和固定电极E2的C形枪臂6。焊枪G包括电机致动器5，并且用滚珠丝杠和球状螺母将电机致动器5的转动力转换为直线运动以竖直地驱动移动电极E1。在焊接时，在移动和固定电极E1和E2的压力下夹持焊接件，然后在两个电极之间施加大电流以焊接该焊接件。
焊接变压器T的二次侧直接连接到移动和固定电极E1和E2，其间介有导体。因此，在二次侧没有二次电缆，从而实现没有二次电缆的结构。一次电缆K1和K2精确地连接焊接变压器T的一次侧和可控硅2的二次侧。
作为例子在图1中示出的电阻焊接控制器是单相交流型。可以将本发明应用到其他三相交流型电阻焊接控制器或者逆变型焊接控制器。此外，图1示出C形焊枪作为例子，但是也可以将本发明应用到X形枪。
图2示出根据本发明的电缆监视系统的构造。根据本发明的电缆监视系统监视连接电源和焊枪的多个电缆的故障。
如附图所示，电阻焊接控制器1包括可控硅2、电流变压器21、以及两个运算电路9和10。中继盒4包括两个隔离变压器7和8，并且焊枪G包括焊接变压器T。
电阻焊接控制器1包括用可控硅2来控制焊接电流的大小的功能和用两个运算电路9和10来检测包括一次电缆K1和K2的断开和老化的故障的功能。将两个运算电路9和10连接到隔离变压器7和8各自的二次侧以及电流变压器21。基于为一次电缆K1和K2分离地检测的隔离变压器7和8的一次侧的电压，并基于通过电流变压器21检测的电流，运算电路9和10分别检测一次电缆K1和K2的故障。因此，两个运算电路9和10用作故障检测器。
中继盒4中继形成连接为电阻焊接控制器1设置的可控硅2的一对正负电路径的一次电缆K1和K2，和为焊枪G设置的焊接变压器T。
将可控硅2侧的一次电缆K1和K2的末端通过插头P1连接到可控硅2，并且将焊接变压器T侧的一次电缆K1和K2的末端通过插头P2连接到焊接变压器T。此外，还将位于中继盒4中的一次电缆K1和K2的中继部分(附图中由点线表示的部分)通过插头P3和P4连接。将一次电缆K1的任意两点，或者焊接变压器T的插头P2和设置在中继盒4的焊接变压器T侧的插头P3之间的一次电缆K1的两点，单独连接到电压检测线V1和V2的末端。将一次电缆K2的任意两点，或者焊接变压器T的插头P2和设置在中继盒4的焊接变压器T侧的插头P3之间的一次电缆K2的两点，单独连接到电压检测线V3和V4的末端。对每个一次电缆K1和K2，电压检测线V1和V2、以及V3和V4的另一端分离，并且分别连接到隔离变压器7和8一次侧。将隔离变压器7和8二次侧通过电压测量控制线V5和V6、以及V7和V8分别连接到运算电路9和10。在此实施例中，通过插头连接一次电缆K1和K2、焊接变压器T、中继盒4、以及可控硅2，但是可以通过螺丝接线端连接它们。
隔离变压器7和8使得能够在将测量与一次电缆K1和K2的高压隔离的同时，分别测量焊接变压器T的插头P2和中继盒4的焊接变压器T侧的插头P3之间的一次电缆K1和K2的电阻。
图3是示出为图2所示的电阻焊接控制器1设置的运算电路9和10中的每一个的构造的框图。每个运算电路9和10包括：电流检测单元11、电压检测单元12、电阻计算单元13、参考电阻存储单元14、比较单元15、以及判断单元16。
运算电路9的电流检测单元11基于从电流变压器21输出的检测信号来检测流过一次电缆K1的电流。运算电路10的电流检测单元11基于从电流变压器21输出的检测信号来检测流过一次电缆K2的电流。运算电路9的电压检测单元12，用差动放大电路来检测通过电压检测线V1和V2输入隔离变压器7并且通过电压测量控制线V5和V6输出的一次电缆K1的电压。运算电路10的电压检测单元12，用差动放大电路来检测通过电压检测线V3和V4输入隔离变压器8并且通过电压测量控制线V7和V8输出的一次电缆K2的电压。运算电路9和10的电压检测单元12中的每一个用积分电路除去检测到的电压的感应分量，并且用增益调节电路将除去了感应分量的电压调节为最优电压。运算电路9的电阻计算单元13，通过由电流检测单元11检测的流过一次电缆K1的电流，将由电压检测单元12检测的一次电缆K1的任意两点之间的电压分压，以计算一次电缆K1的任意两点之间的电阻。运算电路10的电阻计算单元13，通过由电流检测单元11检测的流过一次电缆K2的电流，将由电压检测单元12检测的一次电缆K2的任意两点之间的电压分压，以计算一次电缆K2的任意两点之间的电阻。运算电路9的参考电阻存储单元14存储一次电缆K1的任意两点之间的电阻，作为一次电缆K1正常时的参考电阻值。运算电路10的参考电阻存储单元14存储一次电缆K2的任意两点之间的电阻，作为一次电缆K2正常时的参考电阻值。该参考电阻值被设置为略低于当一次电缆K1和K2老化和断开时的各电阻值。然而，通过重复的实验和测试来决定将该参考电阻设置得多低。运算电路9的比较单元15，将由电阻计算单元13计算的一次电缆K1的任意两点之间的电阻，与在参考电阻存储单元14中存储的电缆的参考电阻值进行比较。运算电路10的比较单元15，将由电阻计算单元13计算的一次电缆K2的任意两点之间的电阻，与在参考电阻存储单元14中存储的电缆的参考电阻值进行比较。当一次电缆K1的两个任意点之间的电阻相对于参考电阻值在预定范围内时，运算电路9的判断单元16判断为一次电缆K1正常。当一次电缆K2的两个任意点之间的电阻相对于参考电阻值在预定范围内时，运算电路10的判断单元16判断为一次电缆K2正常。当一次电缆K1的两个任意点之间的电阻相对于一次电缆K1的参考电阻值不在预定范围内时，运算电路9的判断单元16判断为一次电缆K1异常并且发出警告。当一次电缆K2的两个任意点之间的电阻相对于一次电缆K2的参考电阻不在预定范围内时，运算电路10的判断单元16判断为一次电缆K2异常并且发出警告。电阻计算单元13、比较单元15、以及判断单元16中的每一个可以由在CPU中执行的程序构成。
如此构成的电缆监视系统如下工作。图4是根据本发明的电缆检测系统的工作流程图，其示出判断一次电缆K1和K2的老化/断开的处理。图5是电缆故障判断处理的流程图，其示出图4的流程图的步骤S4～S6的细节。
步骤S1
当指示用于焊接的通电开始时，电阻点焊设备基于有关焊接件的工作信息来决定焊枪G的压力、焊接电流的大小、以及通电时间。在焊接机械手R中，由未示出的伺服电机驱动并转动臂轴3a以使臂3移动到预定位置。焊枪G因此移动到点焊所需的最佳位置和方向。当焊枪G的移动和固定电极E1和E2被设置在焊点时，由电机致动器5将移动电极E1向固定电极E2驱动以将焊接件以预定的压力夹在中间。在这种状态下，允许预定大小的焊接电流从电阻焊接控制器1通过一次电缆K1和K2在移动和固定电极E1和E2之间流动所确定的通电时间。以此焊接电流焊接该焊接件。
步骤S2
在此焊接工作中，在焊接电流流过一次电缆K1和K2的同时，将连接到一次电缆K1的电压检测线V1和V2之间的电压，通过隔离变压器7和电压测量控制线V5和V6输入运算电路9的电压检测单元12。此外，将连接到一次电缆K2的电压检测线V3和V4之间的电压，通过隔离变压器8和电压测量控制线V7和V8输入运算电路10的电压检测单元12。隔离变压器7和8分别将在一次电缆K1和K2的电压降低到适合运算电路9和10中的操作的电压，以保护运算电路9和10免受一次电缆K1和K2侧的高压。另一方面，由为电阻焊接控制器1设置的电流变压器21分别检测流过一次电缆K1和K2的电流，并将该电流输入运算电路9和10。
步骤S3
当通电时间已经过去时，电阻焊接控制器1停止供给焊接电流。在通电期间，加热并熔化焊接件中的焊点以形成预定尺寸的熔核(nugget)，从而完成焊接件的焊接。
步骤S4
当一个焊点的焊接完成时，由电机致动器5驱动焊枪G的移动电极E 1，使其离开固定电极E2，并且同时，焊接机械手R开始为下一个焊点定位焊枪G。如图5所示，使用以下公式(1)，运算电路9的电阻计算单元13从检测到的电压和电流的值Ei和I1计算一次电缆K1中的电压检测线V1和V2之间的电阻值Rc，并且运算电路10的电阻计算单元13从检测到的电压和电流的值Ei和I1计算一次电缆K2中的电压检测线V3和V4之间的电阻值Rc。
电阻值(Rc)＝检测到的电压值(Ei)/检测到的电流值(I1)公式(1)
步骤S5和S6
运算电路9的比较单元15将由电阻计算单元13计算的电阻值Rc与在参考电阻存储单元14中存储的参考电阻值Rx进行比较。同时，运算电路10的比较单元15将由电阻计算单元13计算的电阻值Rc与在参考电阻存储单元14中存储的参考电阻值Rx进行比较。当运算电路9或者10的判断单元16判断该比较的结果为计算的电阻值Rc比参考电阻值Rx大(在电阻参考范围外)时，判断为一次电缆K1或者K2老化或者断开，因此向外部发出警告以通知到更换一次电缆K1或者K2的时间了。另一方面，当运算电路9或者10的判断单元16判断该比较的结果为计算的电阻值Rc不大于参考电阻值Rx(在电阻参考范围内)时，不需要更换一次电缆K1和K2，并且不发出警告。
步骤S7
当这样完成步骤S1～S6的处理时，判断一次电缆K1和K2老化/断开的处理结束。
根据本发明的电缆监视系统如上所述工作，并且可以在焊接工作期间在每个点监视一次电缆K1和K2的老化/断开。具体地，虽然在焊接工作期间将高压施加到电缆，但是隔离变压器可以将从隔离变压器到故障检测器的线和故障检测器自身与施加到电缆的电压隔离，从而保证监视中的安全。此外，可以针对每个电缆来监视电缆的故障，从而提高检测故障的准确性。因此，可以在生产线运转的同时，准确地预测电缆的断开/老化，并且提高生产线的运转率。此外，焊接电缆由多个集成的细导线构成以使其柔软。因此，当在焊接工作中转动多轴机械手的臂轴而拉并且弯曲电缆时，即使在焊接机械手待机而不进行焊接的同时细导线没有断开，细导线也受到力，因此某些线可能在某些情况下断开。在本发明中，针对这种情况，在多轴机械手的臂移动并且焊枪正将焊接电流施加到焊接件的同时，通过隔离变压器检测沿多轴机械手的臂排列的每个电缆的任意两点之间的电压。这允许在保证焊接工作中的安全的同时进行监视。此外，可以在电缆最可能断开的严重状况中，对每个电缆监视由机械手臂沿其拉伸的电缆的故障。因此，提高了检测故障的准确性，并且在生产线运转的同时可以准确地预测电缆的断开/老化，从而提高生产线的运转率。
在前述实施例中，在中继盒4内设置隔离变压器。这是因为可以保护隔离变压器免受焊接期间产生的溅射或者包括一次电缆K1和K2三维工作的撞击和干扰的外力。此外，在焊枪G和焊接控制器之间的中间例如在机械手臂侧的预定位置放置中继盒4，可以将被迫移动得最严重的电缆部分末端到中继盒4的长度减到最少。被耗损和更换的一次电缆K1和K2因此可以更短，从而允许降低成本。此外，一次电缆K1和K2可以充分地响应焊枪G的复合移动，从而延长一次电缆K1和K2的寿命。
此外，在电压检测线V1和V2与运算电路9之间设置隔离变压器7，在电压检测线V3和V4与运算电路10之间设置隔离变压器8，以将隔离变压器7和8的二次侧与高压隔离。因此，输入运算电路9和10的电压可以是约5V。可以避免例如检测器被高压影响和损坏的传统的问题，并且可以显著提高测量的准确性。
在前述实施例中，基于检测到的电阻是否大于参考电阻值Rx来判断一次电缆K1和K2的老化和断开，但是可以基于该电阻是否在参考电阻值Rx附近的某一范围内来进行该判断。此外，可以不针对一个焊点，而是针对每个任意焊点来进行一次电缆K1和K2的老化和断开的判断。
本发明可应用于控制诸如具有C形枪、X形枪等的电阻点焊设备、凸焊设备、或者缝焊设备的焊接设备的控制器中的电缆故障监视。
于2005年6月28日提交的日本专利申请第2005-188985号的全部内容在此引入作为参考。
虽然以上通过参考本发明的特定实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述实施例，在这里的教导下，变形例对本领域技术人员来说是明显的。本发明的范围根据所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种电缆监视系统，其监视连接电源和二次侧连接到焊枪(G)的焊接变压器(T)的多个一次电缆(K1，K2)的故障，所述电缆监视系统包括：
每个所述一次电缆(K1，K2)的两个电压检测线(V1，V2，V3，V4)，其连接到每个所述一次电缆(K1，K2)的任意两点；
每个所述一次电缆(K1，K2)的隔离变压器(7，8)，其一次侧连接到每个一次电缆(K1，K2)的所述电压检测线(V1，V2，V3，V4)；以及
故障检测器(9，10)，其连接到每个所述隔离变压器(7，8)的二次侧，基于每个一次电缆(K1，K2)的各自的所述隔离变压器(7，8)的二次侧的电压来检测每个一次电缆(K1，K2)的故障。
2.根据权利要求1所述的电缆监视系统，其特征在于，
所述隔离变压器(7，8)将所述二次侧的电压设置为比所述一次侧的电压低的电压，以将所述故障检测器(9，10)与处于高压的所述电源隔离。
3.根据权利要求1所述的电缆监视系统，其特征在于，
所述故障检测器(9，10)包括：
电流检测单元(11)，其检测流过每个电缆(K1，K2)的电流的值；
电压检测单元(12)，其检测所述隔离变压器(7，8)的所述二次侧的电压的值；
电阻计算单元(13)，其从所述电流和电压的检测值计算每个电缆(K1，K2)的任意两点之间的电阻值；
参考电阻存储单元(14)，其存储每个电缆(K1，K2)的任意两点之间的电阻的正常值作为参考电阻值；
比较单元(15)，其将所述电阻值与所述参考电阻值进行比较；以及
判断单元(16)，其当每个电缆(K1，K2)的任意两点之间的电阻值相对于所述参考电阻值在预定范围内时，判断为所述电缆(K1，K2)正常，当每个电缆(K1，K2)的任意两点之间的电阻值不在所述预定范围内时，判断为所述电缆(K1，K2)异常。
4.根据权利要求1所述的电缆监视系统，其特征在于，
在所述电源和所述焊枪(G)之间设置控制焊接电流的焊接控制器(1)，
所述焊枪(G)包含焊接变压器(T)，
所述多个电缆(K1，K2)连接为所述焊接控制器(1)设置的开关元件(2)的二次侧和所述焊接变压器(T)的一次侧，以及
所述故障检测器(9，10)包含在所述焊接控制器(1)中。
5.根据权利要求1所述的电缆监视系统，其特征在于，
所述焊枪(G)安装在机械手(R)的工作端，以及
所述隔离变压器(7，8)包含在中继盒(4)中，该中继盒(4)位于所述机械手(R)的臂处并连接到所述电缆(K1，K2)。
6.根据权利要求1所述的电缆监视系统，其特征在于，
所述焊枪(G)包括由电机致动器(5)驱动的移动电极(E1)。
7.一种电缆监视方法，其用于监视连接电源和二次侧连接到焊枪(G)的焊接变压器(T)的多个一次电缆(K1，K2)的故障，所述焊枪(G)安装在多轴机械手(R)的臂的工作端，所述电缆监视方法包括：
在通过所述一次电缆(K1，K2)对所述焊枪(G)通电的同时，通过各自的隔离变压器(7，8)检测每个所述一次电缆(K1，K2)的各自的两个任意点之间的电压的值；以及
基于所述电压的检测值判断每个一次电缆(K1，K2)有无故障。
8.根据权利要求7所述的电缆监视方法，其特征在于，
在所述多轴机械手(R)的臂轴转动以使所述臂移动到预定位置之后对所述焊枪(G)通电以进行焊接的同时，检测所述电压的值。
9.根据权利要求7所述的电缆监视方法，其特征在于，
所述判断还包括：
从每个电缆(K1，K2)的所述电压的检测值和电流的值计算每个电缆(K1，K2)的任意两点之间的电阻值；
将所述电阻值与预先存储的每个电缆(K1，K2)的参考电阻值进行比较；以及
当所计算的电阻值相对于所述参考电阻值在预定范围内时，判断为所述电缆(K1，K2)正常，当所计算的电阻值不在所述预定范围内时，判断为所述电缆(K1，K2)异常。
10.根据权利要求7所述的电缆监视方法，其特征在于，
所述隔离变压器(7，8)包含在中继盒(4)中，该中继盒(4)位于所述机械手(R)的臂处并连接到所述电缆(K1，K2)。
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