CN1252332A - 电阻焊接机的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电阻焊接机控制方法,用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间的电压变化以及关于点焊位置上钢板组合顺序的信息计算待焊接部分的温度分布,并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。因而,本发明可以提供一种能够精确地控制焊接质量的电阻焊接机控制方法。点焊位置信息、损耗比较信息等可作为其它信息使用。

Description

电阻焊接机的控制方法

本发明涉及，例如，点焊用的电阻焊接机的控制方法。

电阻焊接，诸如点焊已经用于各种钢板形成的制品。但是，近来电阻焊接过程中的焊接缺陷有增加的趋势。换句话说，在传统上，工件一般都由低碳钢板形成。因此，不适当的焊接较少出现。通过控制焊接条件不变，可以使焊接质量维持相对稳定。但是，镀锌钢板和高抗拉强度钢板已经广泛地用来代替低碳钢板，于是焊接缺陷便比较频繁地出现。

因而，人们期待出现能够精确地控制焊接质量的方法。

为了对付这个问题，开发了各种各样的焊接控制方法。例如，至今已经开发的方法中，有一种是从焊接电流和焊接电压求出电极头之间的电阻，并依据该电阻的变化模式控制焊接电流。这种类型的一个例子公开于日本公开让公众审查的专利申请昭57-127584。另外，开发了另一种方法，其中把电极头之间的电压与随着时间而变化的预设基准电压比较，并依据它们之间的差值是否在允许的数值范围内而进行焊接控制。日本专利公告昭59-40551公开了这种类型的一个例子。另外，按照最近计算机和模拟技术的进展，也开发并实际使用了其它方法，其中利用热传导模型，并用计算机计算熔核的直径。在这些方法中，从热传导模型计算基底金属的温度分布，从该温度分布估计熔核的形成条件，并依据该条件进行焊接控制。日本公开让公众审查的专利申请平9-216072公开了这种类型的一个例子。此外，还开发了一种方法，其中从热传导模型计算基底金属的温度分布，由该温度分布估计熔核的直径，并利用焊接过程中电极的移动量修正该温度分布。这种类型的一个例子公开于日本公开让公众审查的专利申请平7-16791。

在这些方法中，在传统的不使用任何热传导模型的各种焊接控制方法的情况下，必须在焊接现场对每一种焊接材料进行预备试验，以便获得焊接质量与其规范之间的关系。这种控制的结果是不能令人满意的。传统的焊接控制方法中的这个缺点是其控制算法仅仅建立在基本概念和经验公式的基础上而造成的。

另外，利用热传导模型的现代焊接控制方法有可能解决上述问题，因为它包括了通用控制方法。但是，焊接现场的实际焊接条件决定于各种钢板组合(不同厚度、材料和表面处理的钢板的结合)、是否有已焊接点、是否有端点焊接(钢板端部的焊接)和电极头之间的形状上的差异等等的混合。因此，在某些情况下，已经难以仅仅利用热传导模型来提高控制精度并获得高的焊接质量。

例如，当薄钢板和厚钢板形成钢板组合时，以及当三块或更多的钢板重叠焊接时，即使利用随薄钢板和厚钢板的接触界面位置而定的热传导模型估计获得足够的熔融部分，也难以判断与起冷却端作用的焊接电极接触的薄板部分是否熔化了。

因此，本发明准备提供一种能够改进控制精度和焊接质量的电阻焊接机控制方法。

按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间的电压变化以及关于点焊位置上钢板组合顺序的信息计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在电极上的压力的方法。

按照本发明的电阻焊接机控制方法，利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间电压的变化以及关于点焊位置上钢板组合顺序的信息，计算待焊接部分的温度分布。因此，可以精确地计算温度分布。因为这种温度分布用来控制焊接过程中的焊接电流和/或施加在电极上的压力，所以，这种方法在达到待焊接部分上高精度的熔核尺寸特征值，从而在完成焊接质量的控制方面是有效的。

此外，按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化以及点焊位置的焊接位置信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在该电极上的压力的方法。

按照本发明的电阻焊接机控制方法，利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间电压的变化以及点焊位置上的焊接位置信息，计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流和/或施加在电极上的压力。因此，焊接质量较少受点焊位置的影响。结果，这种方法在达到待焊接部分的高精度的熔核尺寸特征值，从而在完成焊接质量的控制方面是有效的。

此外，按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化以及关于该两焊接电极之间的损耗的比较信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在电极上的压力的方法。

按照本发明的电阻焊接机控制方法，利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间电压的变化和该两电极之间损耗的比较信息，计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布控制焊接电流和/或施加在电极上的压力。因此，当两电极之间损耗状态不同时，和当两个焊接电极之间电极头的直径不同时，焊接质量较少受影响。结果，这种方法在达到待焊接部分上高精度的熔核尺寸特征值，从而在完成焊接质量的控制方面是有效的。

此外，按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化以及关于点焊位置的钢板组合顺序信息和焊接位置信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在电极上的压力的方法。

此外，按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化、关于点焊位置的钢板组合顺序信息和焊接位置信息、以及关于该两焊接电极之间损耗的比较信息，来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在电极上的压力的方法。

另外，按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化、关于点焊位置上钢板组合顺序的信息以及关于该两焊接电极之间损耗的比较信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在电极上的压力的方法。

另外，按照本发明的电阻焊接机控制方法是一种利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化、关于点焊位置的焊接位置信息以及关于该两焊接电极之间损耗的比较信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制焊接电流或施加在电极上的压力的方法。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，点焊位置上的钢板组合顺序包括构成待焊接的钢板组合的钢板的重叠顺序的信息。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，点焊位置上的钢板组合顺序包括构成待焊接的钢板组合的钢板材料的信息。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，点焊位置上的钢板组合顺序包括构成待焊接的钢板组合的钢板表面处理的信息。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，点焊位置上的焊接位置信息包括到焊接点的距离的信息。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，点焊位置上的焊接位置信息包括到工件端点的距离的信息。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，关于两焊接电极之间损耗的比较的信息包括关于焊接电极头接触直径的比较的信息。

在上述按照本发明的电阻焊接机控制方法中，关于两焊接电极之间损耗的比较的信息包括关于焊接电极头形状的信息。

图1是表示按照本发明实施例的电阻焊接机控制方法的例子的视图；

图2是表示待焊接的包括各种不同厚度的钢板的钢板组合的视图；

图3a和3b是表示在焊接电极之一已被损耗的情况下随钢板组合顺序而定的焊接条件的视图；

图4是表示在工件端点处焊接的例子的视图；

图5a和5b是表示有已焊接点因而出现分流时焊接条件的视图；

图6是表示在使用热传导模型时厚度有很大差别的钢板的情况下的修正方法的视图；以及

图7是表示已焊接点靠近点焊位置的情况下焊接条件的视图。

下面将参照图1至7描述按照本发明的实施例。

参照图1，通过压力气缸3向焊接电极1施加压力，以便把工件17夹紧在各焊接电极之间。焊接电极1通过次级导体2连接到焊接电源16。机械部分18具有与焊接电极1电绝缘的运动机构，并按照来自点焊位置控制部分12的指令由驱动部分6驱动，把焊接电极1移动到工件17上的任何位置。

电压检测线7连接到焊接电极1，焊接电压信号处理部分8检测焊接电压。同时，焊接电流检测部分9的信号由焊接电流处理部分10处理，并输入到焊接部分温度估计部分11。

另外，工件17的点焊位置、点焊位置的钢板重叠顺序、点焊位置信息和两焊接电极之间损耗比较信息已经预先输入到点焊位置控制部分12。点焊位置控制部分12把焊接电极1移动到点焊位置，并把移动信息传输到焊接条件输入部分13。

利用焊接电压信号处理部分8和焊接电流检测部分9的信号，焊接部分温度估计部分11估计工件17焊接部分内的温度。利用该估计结果，焊接控制部分14产生控制量。控制输出部分15通过焊接电源16和电动气动比例阀控制部分5向电动气动比例阀4发送控制输出信号，以此控制焊接条件，而至少控制焊接电流和焊接压力之一。

下面将描述焊接部分温度估计部分11的操作。待焊接的工件17的厚度、重叠的钢板数、各钢板材料、取决于钢板材料的各物理常数、电极形状和类型以及取决于电极材料的各物理常数已经预先输入到焊接部分温度估计部分11。焊接部分温度估计部分11根据给定的数值设置热传导模型的边界条件。这种热传导模型是由待焊接的部分的几何形状和物理常数形成的，并且是用于基于待焊接部分处的电压和焊接电流的数值分析的数学模型。数值分析是利用基于流过待焊接部分的焊接电流和施加于其上的电压的热传导模型进行的，用以计算待焊接部分处的用作载流通道的载流直径、电位分布和电流密度分布。然后根据每一个待焊接的部分的电流密度和固有电阻计算加热量和热传导，以此可以估计待焊接部分的温度分布。这种估计用来控制待焊接部分处的焊接质量(熔核尺寸特征值)。与焊接部分温度估计部分11这种操作类似的例子详细地列于日本专利公告平7-16791中。

但是，在实际焊接现场，会碰到具有不同厚度的钢板混合，“三块或更多钢板重叠”、“频繁出现端点焊接”、“也频繁出现分流焊接”、“在某些情况下形状彼此不同的电极配对使用”和其它困难情况。因此，在某些情况下，当只使用工件厚度信息、其钢板重叠数和钢板材料信息时，难以控制待焊接部分处的熔核尺寸特征值。

图2表示一个例子，其中工件17由薄钢板和厚钢板混合形成，而且钢板在厚度上有明显差别，因此出现焊接缺陷，给焊接质量控制造成困难。

此外，在某些情况下焊接电极1中一个的损耗状态可能明显地不同于另一个，而且会在不同的位置上产生熔核。即使使用相同的钢板组合，控制熔核尺寸特征值也会变得困难，除非考虑钢板相对于电极的重叠顺序。另外，在某些情况下，电极头随待焊接部分而定形成特殊的形状。这种情况的例子示于图3a和3b。

此外，在点焊位置处于端点的情况下，或者当出现明显的分流时，在某些情况下可能难以利用热传导模型本身。图4表示一个例子，其中焊接在工件17的端点17a进行。图5表示一个例子，其中点焊位置离开已焊接点21距离H，在出现向已焊接点21的分流20。

在本实施例中，关于钢板重叠顺序的信息和工件17点焊位置上的焊接位置信息以及两焊接电极之间损耗比较信息已经预先从点焊位置控制部分12按照表1指出的内容输入到焊接条件输入部分13。

可以把多达4层钢板的厚度值、材料和重叠顺序写入表1中。另外，可以输入点焊位置的干扰因素，亦即端点焊接等级和分流出现等级。另外，还可以输入关于两焊接电极之间比较的信息，亦即电极头直径之间的差值，等等。

[表1]

<焊接条件传输表例子>

焊接条件传输表
			项目	设置范围	备注
施加的压力	00～80	0.0～8.0kgf
			初始压力施加时间	00～99	周期
焊接时间	00～99	周期(注1)
			焊接电流	00～99	周期(注1)
钢板厚度1	1～U	0(0.0mm)～9(0.9mm)～A(1.0mm)～U(3.0mm)
			材料1	1～5	1→光钢板2→镀锌钢板3至5→按其类型分类的高抗拉强度钢板
钢板厚度2	1～U	与钢板厚度1备注相同
			材料2	1～5	与材料1备注相同
钢板厚度3	1～U	与钢板厚度1备注相同
			材料3	1～5	与材料1备注相同
钢板厚度4	1～U	与钢板厚度1备注相同
			材料4	1～5	与材料1备注相同
保持时间	00～99	周期
			到端点的距离	50～99	5.0～9.9mm(在9.9mm或更大的情况下是普通焊接)
分流等级	0～5	0→无分流，5→距离5mm或更小

电极损耗等级	1～9	5→无差别，小头侧损耗等级：直至4，大头侧损耗等级：直至9
			电极头之间形状上的差异	1～9	5→无差别，小头侧形状等级：直至4，大头侧形状等级：直至9

(注1)当到端点的距离为50时，而且分流等级是5，在这些焊接条件下进行恒定电流焊接。

此外，还设置了随干扰状态而变的焊接方法的焊接条件。表1中，周期代表交流电流的周期。在60赫的区域一周期约：16ms(一周期)，并代表交流载流时间。1至U代表用数字和字母表示的厚度值，使得3mm以下的数值可以由信号字符表示。55到99范围的到端点的距离代表焊接电极头的中心与端部之间的距离在5mm到9.9mm的范围内。依据点焊位置到邻近的已焊接点的距离来判断分流等级。等级0代表无分流出现，而等级5代表距离是5mm或更短。另外，表面处理状态依据“材料”分类。例如，1代表光钢板，2代表镀锌钢板，3代表光的高抗拉强度钢板，4代表镀锌高抗拉强度钢板等等。

根据这些信息，焊接部分温度估计部分11根据钢板重叠顺序和具有不同厚度值的钢板材料作出判断，以便确定往往引起焊接缺陷的界面。根据界面处的温度分布来控制熔核尺寸特征值。

换句话说，当输入表1中表示的点焊位置的钢板重叠顺序时，焊接部分温度估计部分11作出判断以便确定是否有必要修正热传导模型用的数值分析方法。

在本实施例中，判断是利用与作为具有温度T＝Tr的冷端1a的电极接触的钢板的厚度与其它钢板的总厚度之比作出的。在这种情况下，当这个比率小时，就是说，与电板1接触的钢板是薄钢板，而且其厚度远远小于其它钢板的总厚度时，进行修正的数值计算。

图6是表示在这种情况下进行的数值分析方法的示意图。它也指出这样一种热传导模型，后者假定相对于待焊接部分处具有半径d/2的电极的中心轴线是对称的，并且相对于工件17的中心轴线在其总厚度的方向上也是对称的。在实际的数值计算中，因为计算时间的限制，只有图6的右上部分，亦即该模型的1/4用于计算。J代表电极的中心轴线，而i代表焊接电流。

图6表示这一部分被分成计算网格。网格的间距为Δr×Δz，工件17的厚度的一半为h。另外，图中轴线r以下的部分表示实心部分和用来解释数值分析的结果的熔化部分。在这种情况下，熔化部分的半径(熔核半径)为dn/2，待焊接部分的厚度的一半为pn/2。按照实际的实施例的数值计算是在把Δr×Δz设置为约0.1mm的情况下进行的。

下面将描述构成工件17的钢板在厚度上差异很大的情况下的修正方法。如图中所示地计算出待焊接部分内部的温度分布之后，检验图6的对应于与电极接触的钢板与其它钢板之间的界面的部分a的温度分布。向焊接控制部分14发出改变焊接条件命令，使得该部分的温度在焊接时间内达到熔化温度，然后改变焊接条件。

在这种情况下，可通过控制电动气动比例控制阀5来控制施加在电极上的压力。另外，两电极损耗进展状态或电极头形状的比较是预先已知的。在薄钢板与明显损耗的电极接触，亦即与具有较大的电极头的电极接触的情况下，进行修正。在这种情况下，数值计算用的电极和钢板之间的界面条件变成具有较大电极头的电极的界面条件，然后求出温度分布。

另外，因为根据点焊位置信息输入端点和分流状态，所以端点焊接范围和到已焊接点21的距离是预先知道的。根据这些状态进行修正，并估计待焊接部分的温度分布。

在图4所示的端点焊接的情况下，工件17在焊接过程中明显变形，而构成工件17的钢板总厚度明显变化。因此，根据端点焊接的范围准备钢板厚度修正系数，并用于钢板厚度修正。在这种情况下，当到已焊接点21的距离H如图5所示较小时，根据该距离准备分流比值，并用来修正焊接电流。这项修正之后，求出待焊接部分的温度分布，然后改变焊接条件。

此外，在图7点A的情况下，其中到已焊接点21的距离非常小，因而认定熔核重叠，还认定难以使用热传导模型，选择恒定电流焊接，并在表1设置的焊接条件下进行焊接，从而防止向电极和工件的输入过量。

按照本发明的本实施例，有可能知道点焊位置处的钢板组合信息，就是说，构成工件的钢板的厚度值、材料、表面处理状态和重叠顺序。因此，当根据焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间电压的变化估计待焊接部分的温度分布时，也可以从待焊接部分的温度分布估计与焊接电极接触的钢板的熔化状态。另外，通过获得焊接位置信息可以修正焊接电流的分流比值，或者可以进行端点焊接时的修正。此外，当从两焊接电极之间损耗比较的信息估计温度分布时，也可以修正界面条件，从而能够以较高的精度完成焊接控制。

如上所述，通过利用焊接电流、电极间的电压、点焊位置处的钢板重叠顺序、点焊位置处的点焊位置信息和两电极之间损耗比较信息，可以从焊接过程中焊接电流和电极间的电压变化来计算待焊接部分的温度分布。利用计算出来的温度分布，可以控制焊接电流和/或对电极的压力。此外，还可以利用点焊位置处的点焊位置信息。结果，有可能精确地控制熔核尺寸特征值。

但是，本发明完全不限于本实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种各样的修改。另外，尽管按照本发明的热传导模型是一个简化了的一维模型，其中待焊接的部分在水平和垂直方向上是对称的，但是，不用说，该热传导模型可以应用于更接近于实际焊接条件的的非对称的和三维的模型。

Claims (14)

1.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极之间的电压变化以及关于点焊位置上钢板组合顺序的信息计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

2.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化以及关于点焊位置的焊接位置信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

3.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化以及关于所述两电极之间的损耗的比较信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

4.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化以及点焊位置的钢板组合顺序信息和焊接位置信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

5.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化、点焊位置的钢板组合顺序信息和焊接位置信息，以及所述两焊接电极之间损耗的比较信息，来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

6.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化、点焊位置上钢板组合顺序的信息和所述两焊接电极之间损耗的比较信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

7.一种电阻焊接机控制方法，用来利用焊接过程中焊接电流和两焊接电极间电压的变化、点焊位置的焊接位置信息和所述两焊接电极之间损耗的比较信息来计算待焊接部分的温度分布，并利用计算出来的温度分布至少控制所述焊接电流或施加在所述电极上的压力。

8.按照权利要求1，4，5和6中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述点焊位置上的所述钢板组合顺序包括构成待焊接的钢板组合的钢板的重叠顺序的信息。

9.按照权利要求1，4，5和6中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述点焊位置上的所述钢板组合顺序包括构成待焊接的钢板组合的钢板材料的信息。

10.按照权利要求1，4，5和6中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述点焊位置上的所述钢板组合顺序包括构成待焊接的钢板组合的钢板表面处理的信息。

11.按照权利要求2，4，5和7中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述点焊位置上的所述焊接位置信息包括到已焊接点的距离的信息。

12.按照权利要求2，4，5和7中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述点焊位置上的所述焊接位置信息包括到工件端点的距离的信息。

13.按照权利要求3，5，6和7中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述两焊接电极之间损耗比较的所述信息包括所述焊接电极头接触直径比较的信息。

14.按照权利要求1，4，5和6中的一个的电阻焊接机控制方法，其特征在于：所述两焊接电极之间损耗比较的所述信息包括关于所述焊接电极头形状的信息。

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