CN1154282A

CN1154282A - 逆变器缝接触焊电源设备

Info

Publication number: CN1154282A
Application number: CN96122050A
Authority: CN
Inventors: 岛田博司
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: DE69618121T2; DE69618121D1; US5866866A; JPH0985457A; EP0764495B1; EP0764495A1; KR970014902A; CN1074965C

Abstract

一种逆变器缝接触焊电源设备，包括：监视时间间隔预选装置，把一连续缝焊接时间细分成多个预选时间间隔，其每一个预选时间间隔都作为一个电流监视时间间隔；焊接电流测量装置，在所述每个电流监视时间间隔内测量焊接电流；第一确定装置，把在所述每个电流监视时间间隔内由所述焊接电流测量装置测得的焊接电流值和一预定监视值进行比较，从而确定每个所述电流监视时间间隔的符合要求的焊接或有缺陷的焊接。可提高缝焊质量。

Description

逆变器缝接触焊电源设备

本发明涉及一种用于缝焊(seam welding)的逆变器接触焊电源设备。

缝焊接是这样一种工艺，其中一对相对薄的金属片被持续或断续焊接在一起，以形成一个缝状焊线或多个焊线。缝焊可以被用于缝合干电池的金属箱和半导体器件，燃料箱等等。

为了进行缝焊接，例如，沿其边缘对图7中所示的金属片100和102进行缝焊接，一对缝焊接滚轮106和108沿要缝合的线104，相对于金属片100和102的边缘100a和102a移动，如图7中虚线所示。同时，电流持续或断续地被供给滚轮电极106和108，从而就沿线104对工件100和102进行了缝焊接。

缝焊接也可能被用于封闭或密封一个箱110，例如图8中所示的箱。一对缝焊滚轮118和120沿要缝合的线116相对于帽状箱部件112和114的凸缘或边缘112a和114a移动，见图8中的虚线。同时，焊接电流被连续地或断续地提供给焊接电极118和120，从而产生接缝或焊缝116。

通常，工件100，102通过传送齿轮连续或持续不断地移动，因而缝焊滚轮106，108，118，120就绕它们各自的轴旋转。

如上所述，在缝焊接操作中，接触焊接电源设备通过焊接电极把焊接电流提供给工件。现有技术的逆变器缝接触焊电源设备包括一个反馈恒流控制部件，用来逐个周期地测量焊接电流，并且在焊接操作期间控制电流，使它保持在或接近于所希望的大小。但是，现有技术的设备，不能连续监视或估计焊接电流的值，这个值对确定焊接的结果或缝焊接的质量是有用的。理由如下：

使用恒流控制的现有技术设备对基于逆变器逐个周期地切换的焊接电流进行测量。所测得的逆变器的单个切换周期的焊接电流的值对于缝焊接的焊接性所起的作用是很小的。因此，所测得的这样一个单周期焊接电流值，不能给可靠确定焊接结果带来有用信息。相反的极端情况是，人们可以提出一种逆变器缝焊接触焊电源设备，该设备估计在全部缝焊接时间内的整个焊接电流的平均值。不过，这样一个在所有缝焊接时间内的全电流平均值，显然没有考虑缝焊接的所在位置。因此，由于这个缝焊接时间一般很长(例如几分钟)，比单点焊接时间长得多，就忽略了缝焊接的局部缺陷。

因此本发明的目的是提供一个逆变器缝接触焊电源设备，它能够通过监视焊接电流而确定缝焊接的焊接性，由此提高了缝焊接的质量。

为达到上述目的，本发明的第一种逆变器缝接触焊电源设备连续或断续地对一对工件进行缝焊接，以形成一个或几个线状焊线。该设备包括：监视时间间隔予选装置，用于将连续的缝焊接时间细分为一些予选时间间隔，每个作为一个电流监视时间间隔；

焊接电流测量装置，用于测量上述每个电流监视时间间隔的焊接电流；以及

第一确定装置，把在上述每个电流监视时间间隔内通过上述焊接电流测量装置测量的焊接电流值与一个予定的监视值进行比较，由此确定每个上述电流监视时间间隔的完好的局部焊接或有缺陷的局部焊接。

除了上述方案外，本发明的第二种逆变器缝接触焊电源设备进一步包括一个电流测量装置，用于在每个逆变器的切换周期内，测量设备的初级或次级电流；及

电流估算装置，用于根据来自上述电流测量装置的测量电流，估算其平均、峰值或有效电流值。

除了第一和第二方案，本发明的第三逆变器缝接触焊电源设备进一步包括第二确定装置，用于在上述第一确定装置在予定数目的电流监视时间间隔的连续时间内已经连续确定了一连串的有缺陷的局部焊接的时候，它确定为有缺陷的缝焊接。

除了第三方案，本发明的第四逆变器缝接触焊接电源设备进一步包含停止控制装置，用于当第二确定装置已经确定有缺陷的缝焊接的时候，停止焊接操作。

本发明的上述和其它的目的，特点和优点，通过下面结合附图的描述将会变得更清楚。

图1是本发明的逆变器缝接触焊电源设备的一个实施例的方块图；

图2是本发明的缝焊接顺序时间表，其中，每个缝焊接时间被细分成予定的电流监视时间间隔；

图3和4是通过图1中CPU执行的一个缝焊接和监视电流例程的流程图，表示本发明的实施例的操作。

图5是表示在一个连续的电流监视时间间隔内焊接确定的结果的图。

图6是按照图5所示监视结果，具有局部缺陷的重叠的局部焊接的原理图；

图7是缝焊接应用的一个透视图；

图8是另一个缝焊接应用的透视图。

现在参看图1至6对本发明的实施例做详细说明。

首先看图1，它示出了本发明的一个逆变器缝接触焊接电源设备。本设备可以应用到图7和8中所示设备中。

在图1中，接收三相AC(交流)市电的一个三相市电AC电源端10被连接到整流电路12的一个输入端。整流电路12在其输出端产生一个被整流的电流或直流电DC。平波(smoothing)电路包括一个线圈14和一个电容16，对DC电流进行平波。平波后的DC电流被加到一个逆变器电路18。逆变器电路18包括切换元件，例如是一个大功率晶体管(GTR)，绝缘栅极双极晶体管(IGBT)等，并把平波后的DC电流转换成高频(如4kHz)AC脉冲电流(方波)。因此，逆变器电路18的切换操作，和其高频AC输出的脉宽，是受控制脉冲CP控制的，CP脉冲经由逆变器驱动电路36由CPU(中央处理器)38提供。

来自逆变器电路18的高频AC输出电压被加在焊接变压器20的初级线圈两端。焊接变压器20的次级线圈在其两端感应出一个降压高频AC电压。来自焊接变压器20的次级线圈的高频AC电流被提供给一个整流电路24，整流电路24具有一对二极管22a和22b。整流电路24把高频AC电流转化成DC次级电流I2，该电流I2通过焊接电极26a和26b流过工件28a和28b。

本电源设备中的控制是由一个电流传感器(例如，霍耳元件电流变换器)30，一个初级电流测量或检测电路32，一个模拟-数字转换器34，一个CPU38，一个逆变器驱动电路36，一个ROM(只读存贮器)40，一个RAM(随机存取存贮器)42，一个操作盘控制器44，一个操作台键46，一个显示器和一个接口电路50构成。

电流传感器30被安排在逆变器电路18的输出和焊接变压器的初级线圈之间的初级电路中，以便包围初级电线，产生表示初级焊接电流I1的波形的信号或其派生的信号。初级电流测量电路32确定或测量来自电流传感器30的输出信号的每半周或每一周的初级电流I₁的有效电流值。以模拟形式从初级电流测量电路32中获得的初级电流的测量值[I₁]，通过模-数转换器34被转换成相应的数字信号。被测电流的数字化信号由CPU38接收。

CPU38从初级电流测量电路32读出每周期的测量电流值[I₁]，并把它和储存(寄存)的予定电流值[I₁]进行比较，从而计算出测量电流值的偏差。根据这个偏差，CPU38确定下一个脉冲宽度W_i+1以便抵消这个偏差。在下一个周期，CPU38产生一个控制脉冲CP_i+1，它具有这样确定的脉冲宽度W_i+1。

电流传感器30，初级电流测量电路32，模拟-数字转换器34，CPU38和逆变器驱动电路36结合在一起，形成一个具有反馈环的脉冲宽度调制(PWM)恒流控制电路，它控制逆变器电路18的切换，使初级电流I₁总是维持在予选电流值(Is)附近。

ROM40存储控制CPU38的程序。该存储程序包括一个提供上述恒流控制的控制程序，一个在控制操作台上提供人-机接口的显示程序，一个键输入例程，一个通过接口电路50与外部设备进行数据通讯的通讯程序，等等。

RAM42存储各种予选值作为寄存数据。进而RAM42还暂时存储焊接操作的测量结果，及来自CPU38的中间数据和最后数据。RAM42的存储信息可以由备用电池保存。操作台控制器44从CPU38接收信号或发送信号到CPU38中去，键46和显示器48设置在控制操作台中(它包括，例如，液晶平板显示器和LED发光二极管指示器)。

接口电路50通过一个内部总线被连到CPU38。接口电路50还通过一个通信电缆52连到外部设备，例如一个焊接机器人控制器，焊接起动开关和/或焊接工艺编程设备。

在本实施例中，一个输入设备，例如操作台键46，被用于输入所希望的缝焊接所要求的数据，例如，缝焊接时间，选择电流，电流监视时间间隔，电流监视值，判据数据等等。

缝焊接或者是按连续缝焊接顺序进行，其中焊接是连续进行的，没有间歇或中断，如图2(a)所示；或者是按断续焊接顺序执行，其中焊接是断续进行的，有间歇P，如图2(b)所示。对于一个连续的缝焊接顺序，一个单一的完整的缝焊接时间t_s被预先选定，而对于断续的缝焊接顺序，相应的缝焊接时间t_i和相应的间歇时间P_i被预先选定。

且不说连续缝焊接顺序的缝焊接时间，一个断续缝焊接顺序的缝焊接时间是很长的，例如是1000周，比一个点焊接时间长得多，点焊接时间很短，例如只有10周。按照本发明，缝焊接时间被细分成多个恒定的或可变的时间间隔t_c(例如，20周的一段时间)。每个细分区形成一个电流监视时间间隔，T_i，T_i+1，T_i+2，等等。当CPU38已经接收到来自输入设备的一个缝焊接顺序的选择数据的时候，CPU38进行这个电流监视时间间隔T的确定。这个电流监视时间间隔数据和所选择数据被寄存到RAM42的存储器中。

图3和图4是缝焊接和监视电流例程的流程图，该例程通过CPU38来执行，表示本发明实施例的操作。当CPU38通过接口电路50已经接收到一个来自外部设备的焊接开始信号，或当间歇时间t_i在断续缝焊接顺序中已经过去的时候，这个例程就被启动。

首先，CPU38对于缝焊接时间t_i设置一个计时器(步骤S1)，并且对于第一电流监视时间间隔T设置另一个计时器(步骤S2)。然后CPU38从RAM42的存储器中读出初始脉冲宽度W_s和予选电流值，并产生具有初始脉宽W_s的控制脉冲CP₁(步骤S3)。因此，在第一周内，逆变器电路18中的切换元件在控制脉冲CP₁的脉宽W_s规定的时间内被置于接通状态，从而AC初级电流I₁，和次级DC电流，或焊接电流I₂就产生了。

第一周的初级电流I₁被电流传感器30检测并由初级电流测量电路32测量，由此该测量电路32提供第一周初级电流I₁的有效电流值。在适当的定时处CPU38把测量电流值，即第一周初级电流的有效电流值[I₁]读到存储器中(步骤S6)。然后CPU38把测量电流值[I₁]和予定电流值[I_s]进行比较，以确定测量电流值的偏差(步骤S7)，并且由该偏差决定或最佳化下一个脉冲宽度W₂，这个脉冲宽度将使偏差消失(步骤S8)。

在下一个或第二个周期CPU38产生一个第二控制脉冲CP₂，它具有脉冲宽度W₂(步骤S3)。因此，在控制脉冲CP₂的脉冲宽度W₂所规定的时间内，逆变器电路18中的切换元件被接通。因此，与第一周期的电流相比，第二周期的第二电流I₂和初级电流I₁增加或减少了。

再者，第二周期的初级电流I₁被测量为由CPU38读出的测量电流值(步骤S6)，并和予选电流值[I_s]进行比较，以确定来测量电流与予选电流的偏差(步骤S7)。下一个脉冲宽度W3由该偏差来确定或最好佳化(步骤S8)。然后在第三周期，CPU产生一个第三控制脉冲CP₃，它具有用于电流传导的脉冲宽度W₃(步骤S3)。CPU38在以后的周期内，重复PWM恒流控制过程(S3，S6，S8)，直到缝焊接时间结束为止(步骤S4)。

按照本发明，本实施例执行一个与PWM恒流控制过程同时进行的监视电流例程。现在描述该监视电流程序或工序。在开始焊接以后，当第一电流监视时间间隔T₁已经过去的时候(步骤S5)，CPU38从RAM42的存储器中收集在第一电流监视时间间隔内获得的测量电流值[I₁]，[I₂]，等等，并根据平均方法例如算术平均值方法来计算第一电流监视时间间隔T₁的平均电流值[I_M1](步骤S9)。

然后CPU把平均电流值[I_M1]和监视数据，如上限值[I_U]和下限值[I_L]的进行比较。如果表示第一电流监视时间间隔的焊接电流的量或大小的平均电流值[I_M1]，落在上、下限值[I_U]和[I_L]之间的正常范围内，CPU就确定为合适的局部焊接，而如果值[I_M1]脱离正常范围(步骤S10)，则确定为有缺陷的局部焊接。在这种确定以后，CPU将定时器设置成第二电流监视时间间隔T₂(步骤S2)。

如果步骤S9的电流平均过程和步骤S10的局部焊接情况确定过程消耗可观的时间，如超出了单个周期时间，则在步骤S9和S10的过程执行以前，步骤S2的电流监视时间间隔更新过程可先被执行。或者是可在本电流监视时间间隔的最后周期执行步骤S9和S10的过程。在这种情况下，该时间间隔的最后周期的测量电流值被排除，不用来计算平均值。但是，这种排除对局部焊接确定的结果不会产生明显影响。

按照这种方式，CUP逐个电流监视时间间隔地执行步骤S9的电流平均操作，以估计每个电流监视时间间隔T₁，T₂，T₃等的焊接电流的量或大小，同时也执行步骤S10的局部焊接确定操作。如果在多至预定数目的电流监视时间间隔(例如3个)内，在局部焊接确定处理中确定了一连串的有缺陷的局部焊接，则CPU38就将其确定为有缺陷的缝焊接(步骤S12)。确定有缺陷的缝焊接后，CPU38立即停止或中断缝焊接操作(步骤S13)。

关于在出现缺陷缝焊接情况下停止缝焊接操作时，CPU38可以通过显示器48提供一个警告信息和/或通过接口电路50和通信电缆52提供一个信号给一个外部设备，例如是一个移动或传送工件28a和28b以进行缝焊接的焊接机器人，以便停止操作。按照这种做法，已经由CPU38确定出有缺陷的工件上的一个局部点可以被立即识别出来，并且可以采取适当的行动，例如重焊有缺陷的点。

或者是，当在步骤S12已经确定有缺陷缝焊接的时候，CPU38可以确定在工件上的缺陷点的物理位置，例如与有缺陷点有关的识别码或电流监视时间间隔的数目，并把它记录到RAM42的存储器中。在缝焊接以后，CPU按照例如图5示出的格式，通过显示器48提供整个缝焊接时间上的监测结果，或通过外部打印机打印出结果(未示出)。

图6原理性地示出缝焊接的每个电流监视时间间隔的局部焊接性(是符合要求的还是有缺陷的)。在图例中，局部焊点或焊区N₅至N₇用封闭点划线指示，它们与第五到第七电流监视时间间隔T₅至T₇对应，通过本实施例的设备相继发现它们是有缺陷的。那些用封闭实线标示的局部点或区被认为是符合要求的。因此，区域D没有被符合要求的局部焊点所覆盖，而这个区域D被认为是通过缝焊接而产生的沿缝合线的有缺陷的点。

有缺陷的缝焊接的判断标准可以随工件的作用和规格，以及其它焊接条件，例如工件的传送速度变化而变化。如果需要的话，电流传感器30可以被提供在次级电路中以测量次级电流I₂，而不是初级电流I₁。

在上述实施例中，每个电流监视时间间隔的测量的或监视的焊接电流已经在平均值中表示或估计。其它估价，例如电流峰值或有效电流值可以被用于评估焊接电流，以检查缝焊接的局部焊接性。CPU38可以包括一个电流计算或估算功能，以便计算每个监视时间间隔的焊接电流的平均值、峰值或有效电流值。

鉴于上述实施例的电源设备具有脉冲宽度调制器(PWM)恒流控制特性，本发明可以被应用于任何其它的合适的电流控制特性，例如使用电流峰值或限幅器控制原理的恒流峰值控制。按照电流峰值或限幅器控制原理，电流传感器被用于检测焊接电流的瞬时值或波形。峰值或限幅控制对于逆变器的逐个周期或逐个半周检测电流的瞬时值已经达到予选参照值的时间，根据这样的检测，峰值或限幅器控制切断逆变器电路，从而在焊接操作期间维持电流峰值。根据负载变化和/或所加电压的变化，有效电流值也可经历变化。本发明的电流监视技术可以成功地应用于恒流峰值控制，从而改变缝焊接的质量。

按照本发明，本发明的缝焊接质量可以提高是由于：本发明的设备把包括多个逆变器周期和覆盖局部缝焊接的焊点的每个电流监视时间间隔的焊接电流的值与一个电流监视值进行比较，从而可靠确定缝焊接的局部焊接性。并且本发明的设备分析了对每个电流监视时间间隔确定的结果的图案，以便确定缝焊接的焊接性，进一步提高了缝焊接的质量。

Claims

1、一种逆变器缝接触焊电源设备，用于连续或断续缝焊接一对工件，以形成一个或多个缝状焊接部分，该设备包括：

监视时间间隔预选装置，用于把一个连续缝焊接时间细分成多个预选时间间隔，其每一个预选时间间隔都作为一个电流监视时间间隔；

焊接电流测量装置，用于在所述每个电流监视时间间隔内测量焊接电流；

第一确定装置，用于把在所述每个电流监视时间间隔内由所述焊接电流测量装置测得的焊接电流值和一个预定监视值进行比较，从而确定每个所述电流监视器时间间隔的符合要求的焊接或有缺陷的焊接。

2、如权利要求1的逆变器缝接触焊电源设备，其中所述焊接电流测量装置包括：

电流测量装置，用于测量逆变器的每个切换周期中该设备的初级或次级电流；和

电流估算装置，用于从在所述每个电流监视时间间隔内从所述电流测量装置获得的测量电流值估算其平均值、峰值或有效电流值。

3、如权利要求1或2的逆变器缝接触焊电源设备，进一步包括第二确定装置，当所述第一确定装置在一系列的预定数量的电流监视时间间隔中已相继确定一连串的有缺陷的焊接的时候，将其确定为有缺陷的缝焊接。

4、如权利要求3的逆变器缝接触焊电源设备，进一步包括停止控制装置，当所述第二确定装置已确定有缺陷缝焊接的时候，停止焊接操作。