JP2016131998A - Spot welding power source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スポット溶接電源に関し、特に、金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a spot welding power source, and is particularly suitable for use in resistance spot welding of overlapping portions of metal plates.
抵抗スポット溶接では、鋼板等の金属板の重ね合わせ部に対し、上下から一対の電極により加圧および通電することによって金属板の重ね合わせ部にジュール熱を発生させ、このジュール熱により金属板の重ね合わせ部を溶解させて接合する。かかる抵抗スポット溶接用の電源装置に関する技術として特許文献1、2、3に記載の技術がある。
In resistance spot welding, Joule heat is generated in the overlapping portion of the metal plate by applying pressure and energization to the overlapping portion of the metal plate such as a steel plate from above and below by a pair of electrodes. The overlapping part is dissolved and joined. There are technologies described in
特許文献1には、直流電力を1[kHz]〜10[kHz]程度の単相交流電力に変換するインバータ回路と溶接変圧器とを用いて、低電圧大電流の高周波電力で抵抗スポット溶接を行うことが記載されている。また、特許文献1では、抵抗スポット溶接後に熱処理を行って溶接部の金属組織を改質するために前記インバータ回路を制御して溶接変圧器に印加する電圧または周波数を変化させることが記載されている。
In
特許文献2には、溶接の目的に応じてインバータ変換回路とコンデンサ放電回路との何れかのみを選択し、選択した回路から溶接トランスに電力を出力することが記載されている。
特許文献3には、周波数が50[Hz]の低周波電源からの電力を溶接電極に印加した後に、周波数が30[kHz]の高周波電源からの電力を溶接電極に印加することが開示されている。
Patent Document 2 describes that only one of an inverter conversion circuit and a capacitor discharge circuit is selected according to the purpose of welding, and electric power is output from the selected circuit to a welding transformer.
Patent Document 3 discloses that power from a low-frequency power source having a frequency of 50 [Hz] is applied to the welding electrode, and then power from a high-frequency power source having a frequency of 30 [kHz] is applied to the welding electrode. Yes.
ここで、特許文献1に記載の技術は、ロボット搭載用に、溶接変圧器の重量を減少させることを目的としてインバータ装置で高周波の電力を出力するものである。しかしながら、被溶接部のインダクタンスと共振する整合回路を有していないことから被溶接部のインダクタンスと共振する一つの高周波の電力しか選択することができず、周波数を変更するとインバータ装置が遮断し溶接が不可能となる。
また、特許文献2、3に記載の技術では、複数の電源が必要になる。このため、装置のサイズが大きくなる。
Here, the technique described in
Further, the techniques described in Patent Documents 2 and 3 require a plurality of power supplies. This increases the size of the device.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、抵抗スポット溶接により金属板を接合するに際し、金属板に与える電力の周波数を、複数の電源を用いることなく所望の周波数に切り替えることができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when joining metal plates by resistance spot welding, the frequency of power applied to the metal plates is set to a desired frequency without using a plurality of power sources. The purpose is to enable switching.
本発明のスポット溶接電源は、金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するための溶接電極に供給される電力を出力するスポット溶接電源であって、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、それぞれが少なくとも1つのコンデンサからなる複数の共振コンデンサと、前記複数の共振コンデンサの何れか1つを選択する選択手段と、を有し、前記インバータ回路は、前記抵抗スポット溶接を含む一連の溶接作業の期間に、出力する前記交流電力の周波数を少なくとも1回変更し、前記選択手段は、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数において、前記インバータ回路よりも負荷側における回路であって前記金属板を含む回路である負荷側回路のインダクタンスと前記共振コンデンサのキャパシタンスとに基づく共振回路が構成されるように、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数の変更に応じて、前記複数の共振コンデンサのうちの何れか1つの共振コンデンサを選択することを特徴とする。 A spot welding power source according to the present invention is a spot welding power source that outputs power supplied to a welding electrode for resistance spot welding of an overlapped portion of metal plates, and is an inverter that converts DC power into AC power and outputs the power. A circuit, a plurality of resonant capacitors each consisting of at least one capacitor, and a selection means for selecting any one of the plurality of resonant capacitors, wherein the inverter circuit includes a series including the resistance spot welding. The frequency of the AC power to be output is changed at least once during the welding operation, and the selection means is a circuit on the load side of the inverter circuit at the frequency of the AC power output from the inverter circuit. Based on the inductance of the load side circuit that is a circuit including the metal plate and the capacitance of the resonant capacitor. As Ku resonance circuit is constituted, in accordance with a change in frequency of the AC power output from the inverter circuit, and selects either one of the resonant capacitor of the plurality of resonant capacitors.
本発明によれば、インバータ回路から出力される交流電力の周波数において共振回路が構成されるように、インバータ回路から出力される交流電力の周波数に応じて、複数の共振コンデンサのうちの何れか1つの共振コンデンサを選択する。したがって、抵抗スポット溶接により金属板を接合するに際し、金属板に与える電力の周波数を、複数の電源を用いることなく所望の周波数に切り替えることができる。 According to the present invention, any one of the plurality of resonance capacitors is selected according to the frequency of the AC power output from the inverter circuit so that the resonance circuit is configured at the frequency of the AC power output from the inverter circuit. Select two resonant capacitors. Therefore, when joining a metal plate by resistance spot welding, the frequency of the electric power given to a metal plate can be switched to a desired frequency, without using a some power supply.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、抵抗スポット溶接機の構成の一例を示す図である。
図1において、抵抗スポット溶接機は、スポット溶接ガン100と、スポット溶接電源200とを有する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a resistance spot welder.
In FIG. 1, the resistance spot welder includes a
スポット溶接ガン100は、スポット溶接電源200からの電力を受け、金属板Sの重ね合わせ部に対し、抵抗スポット溶接を行う、抵抗スポット溶接機の本体部分である。すなわち、スポット溶接ガン100は、金属板Sの重ね合わせ部に対し、上下から一対の溶接電極110a、110bにより加圧および通電することにより金属板Sの重ね合わせ部にジュール熱を発生させ、当該ジュール熱により金属板Sの重ね合わせ部を溶解させて接合する。
金属板Sの重ね合わせ部は、異なる金属板Sを重ね合わせた部分であってもよいし、同一の金属板Sを(曲げ加工して)重ね合わせた部分であってもよい。また、重ね合わせる金属板Sの枚数は、2枚に限定されず、3枚以上であってもよい。
The
The overlapping portion of the metal plates S may be a portion where different metal plates S are overlapped, or may be a portion where the same metal plate S is overlapped (by bending). Further, the number of metal plates S to be superimposed is not limited to two and may be three or more.
スポット溶接ガン100は、溶接電極110a、110bに加え、スポット溶接ガンとして機能するために必要な不図示の構成を有する。例えば、スポット溶接ガン100は、溶接電極110a、110bをその軸を回動軸として回動自在に保持するシャンクと、シャンクを保持する電極ホルダーと、電極ホルダーを保持するアームとを有する。尚、スポット溶接ガン100の構成は、例えば、特許文献4に記載されている公知の技術で実現されるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
The
(スポット溶接電源200)
スポット溶接電源200は、スポット溶接ガン100(金属板Sが間に配置された溶接電極110a、110b)に電力を供給するためのものである。
スポット溶接電源200は、三相交流電源210と、三相整流回路220と、平滑コンデンサ230と、インバータ回路240と、切替スイッチ250と、共振コンデンサ260a、260bと、溶接トランス270と、制御装置280とを有する。
(Spot welding power source 200)
The spot
The spot
三相交流電源210は、三相交流電力を出力する。三相交流電力の周波数は、例えば、商用周波数である。
三相整流回路220は、三相交流電源210から出力された三相交流電力を整流する。ここでは、三相整流回路220が、三相全波整流回路である場合(三相交流電源210から出力された三相交流電力を全波整流する場合)を例に挙げて示す。
The three-phase
The three-
平滑コンデンサ230は、三相整流回路220で整流された電力を平滑化(リップル(電圧変動)を低減)するためのコンデンサである。
インバータ回路240は、スイッチング素子のオン・オフ動作に基づいて、平滑コンデンサ230により平滑化された電力(直流電力)を交流電力に変換する。インバータ回路240としては、公知のインバータ回路を用いることができるので、その詳細な構成を省略する。
The
The
尚、ここでは三相交流電力を用いる場合を例に挙げて示したが、三相交流電力ではなく単相交流電力を用いてもよい。また、ここでは全波整流を行う場合を例に挙げて示したが、全波整流ではなく半波整流を行うようにしてもよい。 Here, the case where three-phase AC power is used has been described as an example, but single-phase AC power may be used instead of three-phase AC power. Although the case where full-wave rectification is performed is shown as an example here, half-wave rectification may be performed instead of full-wave rectification.
切替スイッチ250は、後述する制御装置280からの指令に基づいて、2つの共振コンデンサ260a、260bのうちの何れか1つを選択する。
共振コンデンサ260a、260bは、異なるキャパシタンスを有する。
共振コンデンサ260a、260bのキャパシタンスの値は、負荷側回路のインダクタンスLと共振コンデンサ260a、260bのキャパシタンスC1、C2の何れかとに基づく共振回路が構成されるように設定される。ここで、負荷側回路とは、インバータ回路240よりも負荷(出力)側の回路であって、金属板Sを含む回路である。尚、金属板Sを含むスポット溶接ガン100の等価回路は、例えば、抵抗とインダクタとが直列に接続された回路となる。この場合、インバータ回路240よりも負荷側(出力側)の回路は直列共振回路になる。
The
The
The value of the capacitance of the
尚、負荷側回路のインダクタンスLは、例えばLCRメータを用いることにより、金属板Sの抵抗スポット溶接を行う前に測定される。この際、溶接対象の金属板Sをスポット溶接ガン100にセット(溶接電極110a、110bを金属板Sに接触)させた状態のインダクタンスLを得ることができる。ただし、(溶接対象の金属板Sそのものではなく)溶接対象の金属板Sと材質・厚み・枚数が同じ金属板をスポット溶接ガン100にセットさせた状態のインダクタンスLを事前に測定しておき、当該インダクタンスLを用いてもよい。このようにする場合、例えば、金属板Sの材質・厚み・枚数とインダクタンスLとの関係を、材質・厚み・枚数の少なくとも1つが異なる複数の金属板Sのそれぞれについて事前に調査して、それら複数の金属板Sの材質・厚み・枚数とインダクタンスLとの関係を示すテーブルを制御装置280に記憶しておき、オペレータにより指定された溶接対象の金属板Sに対応するインダクタンスLを読み出すようにしてもよい。
The inductance L of the load side circuit is measured before resistance spot welding of the metal plate S by using, for example, an LCR meter. At this time, the inductance L in a state where the metal plate S to be welded is set on the spot welding gun 100 (the
溶接トランス270は、インバータ回路240から、切替スイッチ250および共振コンデンサ260aまたは260bを介して入力した交流電圧を降圧し、金属板Sの抵抗スポット溶接に適した大電流をスポット溶接ガン100(金属板Sが間に配置された溶接電極110a、110b)に出力する。例えば、数千A〜数万Aの交流電流が溶接トランス270からスポット溶接ガン100(金属板Sが間に配置された溶接電極110a、110b)に流れる。
The
尚、図1に示すように、共振コンデンサ260a、260bの一端は相互に接続され、当該接続された部分は、溶接トランス270の1次側の一端に接続される。溶接トランス270の1次側の他端は、インバータ回路240の出力端子の一端に接続される。切替スイッチ250の一端は、共振コンデンサ260a、260bの他端の何れかと接触することが可能であり、切替スイッチ250の他端は、インバータ回路240の出力端子の他端に接続される。
As shown in FIG. 1, one ends of the
制御装置280は、インバータ回路240の動作と切替スイッチ250の動作を制御する。制御装置280のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを備える情報処理装置(パーソナルコンピュータ等)、PLC(Programmable Logic Controller)、または専用のハードウェアを用いることにより実現することができる。
The control device 280 controls the operation of the
以下に、制御装置280が有する機能の一例を説明する。
<通電パターン記憶部281>
通電パターン記憶部281は、溶接電極110a、110bに通電する電流である電極電流と時間との関係を示す通電パターンを記憶する。
図2は、通電パターンの一例を概念的に示す図である。
図2に示す通電パターンでは、まず、溶接電極110a、110bを金属板Sに接触させた状態にし、時間t1で抵抗スポット溶接(通電)を開始し、時間t1から時間t2まで、周波数f1、実効値I1の正弦波交流電流を溶接電極110a、110bに流す。その後、時間t2から時間t3まで溶接電極110a、110bへの通電を停止し(電極電流を0(ゼロ)にし)、時間t3から時間t4まで、周波数f2(<f1)、実効値I2(<I1)の正弦波交流電流を溶接電極110a、110bに流す。そして、時間t4で通電を終了し(電極電流を0(ゼロ)にし)、一連の溶接作業を終了する。尚、時間t4で通電を終了した後、予め設定された時間が経過してから、溶接電極110a、110bを金属板Sから離し、一連の溶接作業を終了するようにしてもよい。
Below, an example of the function which the control apparatus 280 has is demonstrated.
<Energization pattern storage unit 281>
The energization pattern storage unit 281 stores an energization pattern indicating a relationship between an electrode current, which is a current that is energized to the
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating an example of an energization pattern.
The energization pattern shown in FIG. 2, initially, the
図2に示す通電パターンでは、1回目の通電期間(時間t1から時間t2の期間)における電極電流の実効値I1は、2回目の通電期間(時間t3から時間t4の期間)における電極電流の実効値I2よりも大きい。また、1回目の通電期間における電極電流の周波数f1は、2回目の通電期間における電極電流の周波数f2よりも高い。このような通電パターンとすれば、例えば、1回目の通電期間において、金属板Sの加熱および溶融が行われ、1回目の通電期間と2回目の通電期間との間の無通電期間において金属板Sの溶融部分の凝固が開始され、2回の通電期間において、金属板Sの凝固過程において再加熱が行われるようにすることができる。1回目の通電期間は、過去の実績に基づき、適切に設定する。2回目の通電は、組織制御のため行うが、通電期間は、溶接の品質を考慮して、適切に設定する。 In the energization pattern shown in FIG. 2, the effective value I 1 of the electrode current in the first energization period (period from time t 1 to time t 2 ) is the second energization period (period from time t 3 to time t 4 ). Is larger than the effective value I 2 of the electrode current. Further, the frequency f 1 of the electrode current in the first energization period is higher than the frequency f 2 of the electrode current in the second energization period. With such an energization pattern, for example, the metal plate S is heated and melted in the first energization period, and the metal plate is in the non-energization period between the first energization period and the second energization period. Solidification of the molten portion of S is started, and reheating can be performed in the solidification process of the metal plate S in the two energization periods. The first energization period is appropriately set based on past results. The second energization is performed for structure control, but the energization period is appropriately set in consideration of the quality of welding.
図3は、図2に示す通電パターンの具体例を示す図である。
図3に示す時間t1、t2、t3、t4は、図2に示す時間t1、t2、t3、t4に対応する。図3に示す通電パターンでは、1回目の通電期間における周波数f1は1[kHz]であり、2回目の通電期間における周波数f2は0.1[kHz]である。また、時間t2から時間t3の期間(無通電期間)としては、例えば、0.1[s]〜0.2[s]の時間を採用することができる。無通電期間は、再凝固しない期間を、適切に設定する。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the energization pattern shown in FIG.
Time t 1, t 2, t 3 , t 4 shown in FIG. 3, corresponds to a time t 1, t 2, t 3 , t 4 shown in FIG. In the energization pattern shown in FIG. 3, the frequency f 1 in the first energization period is 1 [kHz], and the frequency f 2 in the second energization period is 0.1 [kHz]. As the period (deenergization period) from the time t 2 time t 3, for example, may be employed time 0.1 [s] ~0.2 [s] . In the non-energization period, a period in which re-coagulation does not occur is appropriately set.
通電パターン記憶部281は、以上のような通電パターンを示す情報を取得して記憶する。通電パターンを示す情報の取得形態としては、例えば、オペレータによるユーザインターフェースの操作、外部装置からの送信、および可搬型記憶媒体からの読み取りが挙げられる。通電パターン記憶部281は、複数種類の通電パターンを示す情報を記憶することができる。 The energization pattern storage unit 281 acquires and stores information indicating the energization pattern as described above. As an acquisition form of information indicating an energization pattern, for example, an operation of a user interface by an operator, transmission from an external device, and reading from a portable storage medium can be cited. The energization pattern storage unit 281 can store information indicating a plurality of types of energization patterns.
ここで、前記負荷側回路(インバータ回路240よりも負荷側(出力側)の回路であって金属板Sを含む回路)の1[kHz]、0.1[KHz]におけるインダクタンスLがそれぞれ、130[μH]、140[μH]であるものとする。この場合、1[kHz]、0.1[KHz]が直列共振周波数f0となるときのキャパシタンスCは、f0=1/(2π√LC)より、それぞれ195[μF]、18111[μF]になる。前述したように、図3に示した通電パターンでは、1回目の通電期間における周波数f1は1[kHz]であり、2回目の通電期間における周波数f2は0.1[kHz]である。よって、図1に示した例では、共振コンデンサ260a、260bのキャパシタンスC1、C2として、195[μF]、18111[μF]が選択される。以下では、共振コンデンサ260aのキャパシタンスC1として、195[μF]が選択され、共振コンデンサ260bのキャパシタンスC2として、18111[μF]が選択されているものとして具体例の説明を行う。
Here, the inductance L at 1 [kHz] and 0.1 [KHz] of the load side circuit (the circuit on the load side (output side) than the
<制御部282>
制御部282は、例えばオペレータによるユーザインターフェースの操作に基づいて、通電パターン記憶部281に記憶された通電パターンを示す情報を1つ読み出し、当該読み出した通電パターンを示す情報に基づいて、インバータ回路240と切替スイッチ250に対して動作指令を出力する。
制御部282は、インバータ回路240の動作を制御するインバータ制御部282aと、切替スイッチ250の動作を制御する切替スイッチ制御部282bとを有する。
<Control unit 282>
The control unit 282 reads one piece of information indicating the energization pattern stored in the energization pattern storage unit 281 based on, for example, an operation of the user interface by the operator, and based on the information indicating the read energization pattern, the
The control unit 282 includes an inverter control unit 282 a that controls the operation of the
[インバータ制御部282a]
インバータ制御部282aは、前記読み出した通電パターンを示す情報から、インバータ回路240に備わるスイッチング素子のスイッチングパターン(各スイッチング素子をオン・オフするタイミング)を決定する。そして、インバータ制御部282aは、前記決定したスイッチングパターンに基づいて、インバータ回路240のスイッチング素子に対して動作指令を出力する。これにより、インバータ回路240の各スイッチング素子は、通電パターンで示される電極電流が溶接電極110a、110bに流れるように動作する。
[Inverter control unit 282a]
The inverter control unit 282a determines a switching pattern (timing for turning on / off each switching element) of the switching element included in the
図2および図3に示す通電パターンでは、1回目の通電期間の開始のタイミングである時間t1になると、インバータ制御部282aは、1回目の通電期間におけるスイッチングパターンに従ってインバータ回路240の各スイッチング素子を動作させる動作指令を出力する。1回目の通電期間におけるスイッチングパターンは、周波数f1(=1[kHz])、実効値I1の正弦波交流電流が溶接電極110a、110bに流れるようにするためのスイッチングパターンである。
その後、1回目の通電期間の終了のタイミングである時間t2になると、インバータ制御部282aは、インバータ回路240の全てのスイッチング素子をオフさせる動作指令を出力する。これにより溶接電極110a、110bは、無通電状態になる。
In the energization pattern shown in FIG. 2 and FIG. 3, when the time t 1 that is the start timing of the first energization period is reached, the inverter control unit 282 a switches each switching element of the
Thereafter, when the first time t 2 is the timing of the end of the conduction period of the inverter control unit 282a outputs an operation command to turn off all the switching elements of the
その後、2回目の通電期間の開始のタイミングである時間t3になると、インバータ制御部282aは、2回目の通電期間におけるスイッチングパターンに従ってインバータ回路240の各スイッチング素子を動作させる動作指令を出力する。2回目の通電期間におけるスイッチングパターンは、周波数f2(=0.1[kHz])、実効値I2の正弦波交流電流が溶接電極110a、110bに流れるようにするためのスイッチングパターンである。図2および図3に示す例では、例えば、インバータ回路240から出力される交流電流・交流電圧の周波数と実効値を、1回目の通電期間におけるものよりも小さくすることになる。
その後、2回目の通電期間の終了のタイミングである時間t4になると、インバータ制御部282aは、インバータ回路240の全てのスイッチング素子をオフさせる動作指令を出力する。これにより溶接電極110a、110bは、無通電状態になる。
Thereafter, when the second is a timing of the start of the energizing period time t 3, the inverter control unit 282a outputs an operation command for operating the respective switching elements of the
Thereafter, at time t 4 , which is the end timing of the second energization period, the inverter control unit 282 a outputs an operation command for turning off all the switching elements of the
[切替スイッチ制御部282b]
切替スイッチ制御部282bは、1回目の通電期間の開始のタイミングになる前に、共振コンデンサ260a、260bのうち、1回目の通電期間における電極電流の周波数において前述した共振回路が構成される共振コンデンサ260aまたは260bを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ250に出力する。これにより、切替スイッチ250は、前記動作指令に示されている共振コンデンサ260aまたは260bに接続される。
[
The changeover
前述したように、図3に示した通電パターンでは、1回目の通電期間における周波数f1は1[kHz]である。また、1[kHz]が直列共振周波数f0となるときのキャパシタンスCは195[μF]であり、且つ、共振コンデンサ260aのキャパシタンスC1が195[μF]である。したがって、切替スイッチ制御部282bは、1回目の通電期間の開始のタイミングである時間t1になる前に、共振コンデンサ260aを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ250に出力する。
As described above, in the energization pattern shown in FIG. 3, the frequency f 1 in the first energization period is 1 [kHz]. Further, the capacitance C when 1 [kHz] becomes the series resonance frequency f 0 is 195 [μF], and the capacitance C 1 of the
その後、切替スイッチ制御部282bは、1回目の通電期間の終了のタイミングから2回目の通電期間の開始のタイミングまでの間に、共振コンデンサ260a、260bのうち、2回目の通電期間における電極電流の周波数において前述した共振回路が構成される共振コンデンサ260aまたは260bを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ250に出力する。これにより、切替スイッチ250は、前記動作指令に示されている共振コンデンサ260aまたは260bに接続される。
Thereafter, the changeover
前述したように、図3に示した通電パターンでは、2回目の通電期間における周波数f2は0.1[kHz]である。また、0.1[kHz]が直列共振周波数f0となるときのキャパシタンスCは18111[μF]であり、且つ、共振コンデンサ260bのキャパシタンスC2が18111[μF]である。したがって、切替スイッチ制御部282bは、1回目の通電期間の終了のタイミングである時間t2から2回目の通電期間の開始のタイミングである時間t3までの間に、共振コンデンサ260bを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ250に出力する。
As described above, in the energization pattern shown in FIG. 3, the frequency f 2 in the second energization period is 0.1 [kHz]. The capacitance C when 0.1 [kHz] is the series resonance frequency f 0 is 18111 [μF], and the capacitance C 2 of the
(動作フローチャート)
次に、図4のフローチャートを参照しながら、制御装置280の動作の一例を説明する。ここでは、通電パターン記憶部281に所望の通電パターンを示す情報が既に記憶されているものとして説明を行う。
まず、ステップS401において、制御部282は、オペレータによるユーザインターフェースの操作等に基づいて、通電パターンの読み出し指示があるまで待機する。複数種類の通電パターンを示す情報が通電パターン記憶部281に記憶される場合には、通電パターンの読み出し指示に、読み出し対象の通電パターンを特定する情報が含まれるようにする。
(Operation flowchart)
Next, an example of the operation of the control device 280 will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, the description will be made assuming that information indicating a desired energization pattern is already stored in the energization pattern storage unit 281.
First, in step S401, the control unit 282 stands by until an energization pattern read instruction is issued based on an operation of a user interface by an operator or the like. When information indicating a plurality of types of energization patterns is stored in the energization pattern storage unit 281, information for specifying an energization pattern to be read is included in the energization pattern read instruction.
通電パターンの読み出し指示があると、ステップS402に進む。ステップS402に進むと、制御部282は、読み出し指示のあった通電パターンを示す情報を通電パターン記憶部281から読み出す。
次に、ステップS403において、インバータ制御部282aは、ステップS402で読み出された通電パターンを示す情報から、インバータ回路240に備わるスイッチング素子のスイッチングパターン(各スイッチング素子をオン・オフするタイミング)を決定する。
If there is an instruction to read the energization pattern, the process proceeds to step S402. In step S <b> 402, the control unit 282 reads information indicating the energization pattern for which a read instruction has been issued from the energization pattern storage unit 281.
Next, in step S403, the inverter control unit 282a determines a switching pattern (timing for turning on / off each switching element) of the switching element included in the
次に、ステップS404において、制御部282は、通電期間の回数を識別する変数nに「1」を設定する。
次に、ステップS405において、切替スイッチ制御部282bは、共振コンデンサ260a、260bのうち、n回目の通電期間に対応する共振コンデンサ260aまたは260bを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ250に出力する。すなわち、切替スイッチ制御部282bは、共振コンデンサ260a、260bのうち、n回目の通電期間における電極電流の周波数において前述した共振回路が構成される共振コンデンサ260aまたは260bを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ250に出力する。
Next, in step S404, the control unit 282 sets “1” to a variable n that identifies the number of energization periods.
Next, in step S405, the changeover
次に、ステップS406において、インバータ制御部282aは、n回目の通電期間におけるスイッチングパターンに従ってインバータ回路240の各スイッチング素子を動作させる動作指令を出力する。
次に、ステップS407において、制御部282は、n回目の通電期間が終了するタイミングになるまで待機する。
Next, in step S406, the inverter control unit 282a outputs an operation command to operate each switching element of the
Next, in step S407, the control unit 282 waits until the n-th energization period ends.
n回目の通電期間が終了するタイミングになると、ステップS408に進む。ステップS408に進むと、インバータ制御部282aは、インバータ回路240の全てのスイッチング素子をオフさせる動作指令を出力する。これにより溶接電極110a、110bは無通電状態になる。
次に、ステップS409において、制御部282は、通電期間の回数を識別する変数nが、ステップS402で読み出した通電パターンに含まれる通電期間の数Nであるか否かを判定する。図2および図3に示す通電パターンでは、通電パターンに含まれる通電期間の数Nは「2」である。
When the n-th energization period ends, the process proceeds to step S408. In step S408, the inverter control unit 282a outputs an operation command for turning off all the switching elements of the
Next, in step S409, the control unit 282 determines whether or not the variable n that identifies the number of energization periods is the number N of energization periods included in the energization pattern read in step S402. In the energization pattern shown in FIGS. 2 and 3, the number N of energization periods included in the energization pattern is “2”.
この判定の結果、通電期間の回数を識別する変数nが、ステップS402で読み出した通電パターンに含まれる通電期間の数Nでない場合には、ステップS410に進む。
ステップS410に進むと、制御部282は、通電期間の回数を識別する変数nに「1」を加算する。そして、ステップS405に戻り、更新後のn回目の通電期間における動作を前述したようにして行う。
As a result of the determination, if the variable n for identifying the number of energization periods is not the number N of energization periods included in the energization pattern read out in step S402, the process proceeds to step S410.
In step S410, the control unit 282 adds “1” to the variable n that identifies the number of energization periods. Then, the process returns to step S405, and the operation in the n-th energization period after the update is performed as described above.
以上のようにして、ステップS402で読み出した通電パターンに含まれる全ての通電期間における動作が終了し、ステップS409において、通電期間の回数を識別する変数nが、ステップS402で読み出した通電パターンに含まれる通電期間の数Nであると判定されると、図4のフローチャートによる処理を終了する。 As described above, the operation in all the energization periods included in the energization pattern read out in step S402 is completed. In step S409, the variable n for identifying the number of energization periods is included in the energization pattern read out in step S402. If it is determined that the number N of energization periods is determined, the process according to the flowchart of FIG. 4 is terminated.
(まとめ)
以上のように本実施形態では、インバータ回路240よりも負荷側の回路であって金属板Sを含む回路である負荷側回路のインダクタンスLと共振コンデンサ260a、260bのキャパシタンスC1、C2の何れかとに基づく共振回路が構成されるようにキャパシタンスが設定された共振コンデンサ260a、260bの何れかを、インバータ回路240から出力される交流電力の周波数に合わせて切り替えることを1回の溶接作業中に行う。したがって、共振コンデンサ260a、260bのキャパシタンスC1、C2は、所望の周波数で共振するように設定することにより、1回の溶接作業において、1つの電源(図1に示す例ではインバータ回路240)により、金属板Sに与える電力の周波数を、所望の周波数に切り替えることができる。
(Summary)
As described above, in the present embodiment, any one of the inductance L of the load side circuit that is a circuit on the load side of the
また、本実施形態では、無通電期間を設定し、共振コンデンサ260a、260bの切り替えを無通電期間に行う。したがって、例えば、金属板Sの溶融部分を凝固させる期間を利用して共振コンデンサ260a、260bの切り替えを行うことができる。よって、溶接部の品質を落とすことなく、且つ、安全に共振コンデンサ260a、260bの切り替えを行うことが可能になる。
また、本実施形態では、インバータ回路240から出力される交流電力の周波数を変更する際に、電極電流の実効値を変更するようにした。したがって、溶接部に要求される品質に応じて、より一層多くのバリエーションの通電パターンを構成することができる。
In this embodiment, a non-energization period is set, and the
In the present embodiment, the effective value of the electrode current is changed when the frequency of the AC power output from the
(変形例)
<変形例1>
本実施形態では、溶接トランス270の1次巻線に対して直列に接続されるように共振コンデンサ260a、260bを配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、インバータ回路240よりも負荷側(出力側)において前述した共振回路が構成されるようにしていれば、共振コンデンサ260a、260bを配置する場所は、図1に示した場所に限定されない。
図5は、抵抗スポット溶接機の構成の変形例を示す図である。図5に示す抵抗スポット溶接機は、スポット溶接電源500における共振コンデンサおよび切替スイッチ510が配置される場所が、図1に示した抵抗スポット溶接機と異なる。したがって、図5において図1に示した構成と同じ構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
(Modification)
<
In this embodiment, the case where the
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the configuration of the resistance spot welder. The resistance spot welder shown in FIG. 5 is different from the resistance spot welder shown in FIG. 1 in that the resonant capacitor and the
図5において、共振コンデンサ260c、260dは、図1に示した共振コンデンサ260a、260bと同じ役割を果たす。すなわち、共振コンデンサ260c、260dは、負荷側回路のインダクタンスLと共振コンデンサ260c、260dのキャパシタンスC3、C4の何れかとに基づく共振回路が構成されるように、共振コンデンサ260c、260dのキャパシタンスの値が設定される。ここで、前記負荷側回路は、インバータ回路240よりも負荷側(出力側)の回路であって金属板Sを含む回路である。
切替スイッチ510は、後述する制御装置280からの指令に基づいて、2つの共振コンデンサ260c、260dのうちの何れか1つを選択する。
In FIG. 5, the
The
図5に示すように、共振コンデンサ260c、260dの一端は相互に接続され、当該接続された部分は、溶接トランス270の2次側の一端に接続される。切替スイッチ510の一端は、共振コンデンサ260c、260dの他端の何れかと接触することが可能であり、切替スイッチ510の他端は、溶接トランス270の2次側の他端に接続される。
このように、溶接トランス270の2次巻線に対して並列に接続されるように共振コンデンサ260c、260dを配置してもよい。
As shown in FIG. 5, one ends of the
In this way, the
その他、溶接トランス270の1次巻線に対して並列に接続されるように共振コンデンサを配置してもよいし、溶接トランス270の2次巻線に対して直列に接続されるように共振コンデンサを配置してもよい。
In addition, a resonance capacitor may be arranged so as to be connected in parallel to the primary winding of the
<変形例2>
本実施形態では、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数が2つ(図3に示す例では1[kHz]および0.1[kHz])である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数の数は2つ以上であれば幾つであってもよい。通常の抵抗スポット溶接の一連の作業時間を考慮すると、電極電流の(通電時の)周波数の数を3つにすることができる。この場合、これら3つの周波数において前述した共振回路が構成されるように、3つのコンデンサを用いる。図1に示す例では、共振コンデンサ260a、260bと並列に共振コンデンサを1つ追加することになる。さらに、必要に応じて、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数の数を4つ以上にしてもよい。
<Modification 2>
In the present embodiment, the case where there are two frequencies (at the time of energization) of the electrode current (1 [kHz] and 0.1 [kHz] in the example shown in FIG. 3) included in one energization pattern is taken as an example. I gave it as an explanation. However, the number of frequencies (at the time of energization) of the electrode current included in one energization pattern may be any number as long as it is two or more. Considering a series of working time of normal resistance spot welding, the number of frequencies (when energized) of the electrode current can be made three. In this case, three capacitors are used so that the above-described resonant circuit is configured at these three frequencies. In the example shown in FIG. 1, one resonance capacitor is added in parallel with the
このように、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数の数が3つ以上である場合には、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数の変更回数が2回以上になる。電極電流の(通電時の)周波数の変更回数を2回以上にする場合には、通電期間が3回以上になる。このようにする場合であっても、図2および図3を参照しながら説明したように各通電期間の間に無通電期間を設ける。 As described above, when the number of frequencies of the electrode current (when energized) included in one energization pattern is three or more, the frequency of the electrode current (when energized) included in one energization pattern. The number of changes will be 2 or more. When the frequency of changing the frequency of the electrode current (during energization) is set to 2 times or more, the energization period is 3 times or more. Even in this case, a non-energization period is provided between the energization periods as described with reference to FIGS.
<変形例3>
また、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数の変更回数を2回以上にするに際し、同一の周波数を選択してもよい。例えば、1つの通電パターンに含まれる、電極電流の(通電時の)周波数が2つであり、且つ、電極電流の(通電時の)周波数の変更回数が2回(通電期間の数が3つ)である通電パターンにすることができる。この場合、1回目の通電期間における周波数をf1(図3に示す例では1[kHz])、2回目の通電期間における周波数をf2(図3に示す例では0.1[kHz])、3回目の通電期間における周波数をf1(図3に示す例では1[kHz])にすることができる。さらに、連続する2つ以上の通電期間における周波数を同じにしてもよい。例えば、1回目および2回目の通電期間における周波数をf1(図3に示す例では1[kHz])、3回目の通電期間における周波数をf2(図3に示す例では0.1[kHz])にすることができる。
<Modification 3>
Further, the same frequency may be selected when the frequency of changing the frequency of the electrode current (during energization) included in one energization pattern is set to two times or more. For example, the frequency of electrode current (at the time of energization) included in one energization pattern is two, and the frequency of frequency change (at the time of energization) of the electrode current is two (the number of energization periods is three). ). In this case, the frequency in the first energization period is f 1 (1 [kHz] in the example shown in FIG. 3), and the frequency in the second energization period is f 2 (0.1 [kHz] in the example shown in FIG. 3). The frequency in the third energization period can be set to f 1 (1 [kHz] in the example shown in FIG. 3). Furthermore, the frequencies in two or more consecutive energization periods may be the same. For example, the frequency in the first and second energization periods is f 1 (1 [kHz] in the example shown in FIG. 3), and the frequency in the third energization period is f 2 (0.1 [kHz in the example shown in FIG. 3). ]).
<変形例4>
また、図2および図3に示す例では、1回目の通電期間における電極電流の実効値I1が、2回目の通電期間(時間t2から時間t3の期間)における電極電流の実効値I2よりも大きい場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、1回目の通電期間における電極電流の実効値が、2回目の通電期間における電極電流の実効値よりも小さくなるようにしてもよい。また、少なくとも2つの通電期間において電極電流の実効値を同じにしてもよい。
<Modification 4>
In the example shown in FIGS. 2 and 3, the effective value I 1 of the electrode current in the first energization period is equal to the effective value I of the electrode current in the second energization period (period from time t 2 to time t 3 ). The case where it is larger than 2 has been described as an example. However, this is not always necessary, and the effective value of the electrode current in the first energization period may be smaller than the effective value of the electrode current in the second energization period. Further, the effective value of the electrode current may be the same in at least two energization periods.
<変形例5>
また、図2および図3に示す例では、1回目の通電期間における電極電流の周波数f1が、2回目の通電期間における電極電流の周波数f2よりも高い場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、1回目の通電期間における電極電流の周波数が、2回目の通電期間における電極電流の周波数よりも低くなるようにしてもよい。
以上の変形例3〜5に示すように、各通電期間における電極電流の大きさと周波数の大小関係は溶接部に要求される品質等に応じて適宜決定することができる。
<
Further, in the example shown in FIGS. 2 and 3, the case where the frequency f 1 of the electrode current in the first energization period is higher than the frequency f 2 of the electrode current in the second energization period has been described as an example. However, this is not always necessary, and the frequency of the electrode current in the first energization period may be lower than the frequency of the electrode current in the second energization period.
As shown in Modifications 3 to 5 above, the magnitude relationship between the magnitude of the electrode current and the frequency during each energization period can be appropriately determined according to the quality required for the welded portion.
<変形例6>
本実施形態では、共振コンデンサが1つのコンデンサからなる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、前述した共振回路を構成するためのキャパシタンスを得るために複数のコンデンサを組み合わせる(直列接続および並列接続の少なくとも何れかの接続を行う)必要がある場合には、当該複数のコンデンサにより1つの共振コンデンサを構成し、切替スイッチ250、510により、当該複数のコンデンサが選択されるようにしてもよい。
<Modification 6>
In the present embodiment, the case where the resonance capacitor is composed of one capacitor has been described as an example. However, when it is necessary to combine a plurality of capacitors (at least one of a series connection and a parallel connection) in order to obtain the capacitance for configuring the above-described resonant circuit, one capacitor is used to A resonance capacitor may be configured, and the plurality of capacitors may be selected by the changeover switches 250 and 510.
<その他の変形例>
尚、以上説明した本発明の実施形態のうち、制御装置280で行う処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
<Other variations>
Of the embodiments of the present invention described above, the processing performed by the control device 280 can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium in which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
100:スポット溶接ガン、110a〜110b:溶接電極、200:スポット溶接電源、210:三相交流電源、220:三相整流回路、230:平滑コンデンサ、240:インバータ回路、250:切替スイッチ、260a〜260d:共振コンデンサ、270:溶接トランス、280:制御装置、281:通電パターン記憶部、282:制御部、282a:インバータ制御部、282b:切換スイッチ制御部、500:スポット溶接電源、510:切替スイッチ 100: spot welding gun, 110a to 110b: welding electrode, 200: spot welding power source, 210: three-phase AC power source, 220: three-phase rectifier circuit, 230: smoothing capacitor, 240: inverter circuit, 250: changeover switch, 260a- 260d: resonance capacitor, 270: welding transformer, 280: control device, 281: energization pattern storage unit, 282: control unit, 282a: inverter control unit, 282b: changeover switch control unit, 500: spot welding power source, 510: changeover switch
Claims (3)
直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
それぞれが少なくとも1つのコンデンサからなる複数の共振コンデンサと、
前記複数の共振コンデンサの何れか1つを選択する選択手段と、を有し、
前記インバータ回路は、前記抵抗スポット溶接を含む一連の溶接作業の期間に、出力する前記交流電力の周波数を少なくとも1回変更し、
前記選択手段は、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数において、前記インバータ回路よりも負荷側における回路であって前記金属板を含む回路である負荷側回路のインダクタンスと前記共振コンデンサのキャパシタンスとに基づく共振回路が構成されるように、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数の変更に応じて、前記複数の共振コンデンサのうちの何れか1つの共振コンデンサを選択することを特徴とするスポット溶接電源。 A spot welding power source that outputs electric power supplied to a welding electrode for resistance spot welding of an overlapped portion of metal plates,
An inverter circuit that converts DC power into AC power and outputs the power;
A plurality of resonant capacitors each consisting of at least one capacitor;
Selecting means for selecting any one of the plurality of resonant capacitors;
The inverter circuit changes the frequency of the AC power to be output at least once during a series of welding operations including the resistance spot welding,
The selection means includes an inductance of a load side circuit that is a circuit on the load side of the inverter circuit and includes the metal plate, and a capacitance of the resonance capacitor at a frequency of the AC power output from the inverter circuit. And selecting one of the plurality of resonance capacitors in accordance with a change in the frequency of the AC power output from the inverter circuit, so that a resonance circuit based on the above is configured. Spot welding power supply.
前記選択手段は、前記インバータ回路により前記交流電力の出力が停止されている期間に、変更後の周波数において前記共振回路が構成されるように、前記複数の共振コンデンサのうちの何れか1つの共振コンデンサを選択することを特徴とする請求項1に記載のスポット溶接電源。 The inverter circuit stops the output of the AC power for a preset period before changing the frequency of the AC power to be output,
The selection means is configured to resonate any one of the plurality of resonance capacitors so that the resonance circuit is configured at a changed frequency during a period in which the output of the AC power is stopped by the inverter circuit. The spot welding power source according to claim 1, wherein a capacitor is selected.
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