JP5514505B2 - Resistance welding power supply apparatus, resistance welding apparatus using the power supply, and power supply control method - Google Patents
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Description
この発明は、抵抗溶接用電源装置、及び当該電源を使用した抵抗溶接装置、並びに電源制御方法に関する。 The present invention relates to a resistance welding power supply apparatus, a resistance welding apparatus using the power supply, and a power supply control method.
抵抗溶接の一種であるシーム溶接は、重ね合わせた母材の溶接継手に沿って連続的に行う抵抗溶接のことであり、2つの円盤状の溶接電極を使用し、ワークを挟んで連続的に回転させながら電流を断続させ、溶接を行う溶接方法である。
従来、シーム溶接機は重くかつ大型で、2次元的溶接しかできなかったものであり、溶接ロボットに搭載し3次元的溶接をすることは困難であった。
Seam welding, which is a type of resistance welding, is resistance welding performed continuously along the welded joints of the superposed base metal. It uses two disc-shaped welding electrodes and continuously sandwiches the workpiece. This is a welding method in which electric current is intermittently rotated while welding is performed.
Conventionally, a seam welder is heavy and large, and can only perform two-dimensional welding, and it has been difficult to mount it on a welding robot and perform three-dimensional welding.
しかしながら、本願発明者は、小型化したシーム溶接機を多軸ロボットに搭載し、ワークに対し3次元的なシーム溶接を可能とする技術を開示している(特許文献1)。これにより、大型かつ3次元的曲線を有するワークに対しての溶接効率を大幅に向上することができたものである。 However, the inventor of the present application discloses a technology that enables a three-dimensional seam welding to a workpiece by mounting a miniaturized seam welding machine on a multi-axis robot (Patent Document 1). Thereby, the welding efficiency with respect to the workpiece | work which has a large-sized and three-dimensional curve was able to be improved significantly.
さらには、本願発明者は、溶接トランスコア冷却ケースを発明し開示している(特許文献2)。これは、トランスコアの冷却を効率的に可能としたもので、トランスの大容量化と軽量・小型化を実現し、ロボットの溶接ヘッドに設置することも可能としたものである。 Furthermore, this inventor invented and disclosed the welding transformer core cooling case (patent document 2). This enables the cooling of the transformer core efficiently, realizing a larger capacity, lighter weight and smaller size of the transformer, and can be installed on the welding head of the robot.
一方、溶接速度につき、現在シーム溶接機で実現できる溶接速度は、直線状のワークで、早いものでも鋼板厚1mmで3〜5m/分、曲線部を含む実際の溶接ワークではこれより更に遅いものとなっている。
これらは、アーク溶接(鋼板厚1mmで30〜40cm/分)に比べれば圧倒的に早いものの、近年の製造業における低コスト化及び効率性向上の必要性により、溶接速度についてさらなる速度向上の要求が高まっている。
On the other hand, the welding speed that can be realized with the seam welding machine at present is a linear workpiece, even if it is fast, it is 3-5 m / min with a steel plate thickness of 1 mm, and even slower in actual welding workpieces with curved parts. It has become.
These are overwhelmingly faster than arc welding (30 to 40 cm / min with a steel plate thickness of 1 mm), but due to the need for cost reduction and improved efficiency in the manufacturing industry in recent years, there is a need for further improvement in welding speed. Is growing.
そこで、溶接速度を高速化するには、より高周波とし溶接電流や溶接電圧の応答性を良くし、電源の性能を上げる必要がある。現在、主として使用されている電源装置は、インバータ直流式のものである。これら電源は、高いもので1000Hz程度の周波数を用い、周波数一定で点呼バランスの変化をさせる方式であるため、特に立ち上がりにおいて電流波形が乱れ、かつ無駄が多いものであった。
具体的には、従来電源(1000HZ一定時)の電流変化の概念を示すと(図1参照。)、目標電流値(平均電流値)が高い場合に比べ目標電流値が少ない場合には、高い周波数を維持するために有効に電流を流す時間を減らすことになり、また各時間単位では不必要に大きな電流が流れ無駄が多いものであり、高周波化に一定の限界が生じていたものである。
Therefore, in order to increase the welding speed, it is necessary to increase the response of the welding current and the welding voltage by increasing the frequency and to improve the performance of the power source. At present, the power supply apparatus mainly used is an inverter DC type. Since these power supplies are high and use a frequency of about 1000 Hz and change the call balance at a constant frequency, the current waveform is particularly disturbed and wasteful especially at the start-up.
Specifically, the concept of current change in the conventional power supply (at a constant 1000 Hz) (see FIG. 1) is high when the target current value is small compared to when the target current value (average current value) is high. This will reduce the time for the current to flow effectively in order to maintain the frequency, and an unnecessary large amount of current flows in each time unit, resulting in a lot of waste, and there has been a certain limit to increasing the frequency. .
したがって、本発明の目的は、より高周波で溶接電流や溶接電圧の応答性を向上した抵抗溶接用電源装置、特にシーム溶接に使用されるインバータ式抵抗溶接電源装置を提供し、さらには当該電源を使用して、溶接速度の高速化を実現したシーム溶接機を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a resistance welding power supply device that improves the response of welding current and welding voltage at a higher frequency, particularly an inverter type resistance welding power supply device used for seam welding, and further It is to provide a seam welding machine that achieves a high welding speed.
前述した課題を解決するために、本発明の電源装置は、2つの円盤状の溶接電極を使用し、ワークを挟んで連続的に回転させながら電流を断続させ、溶接を行うシーム溶接装置において、現実の(実際に流れている)電流値に応じて周波数を可変としたインバータ式抵抗溶接電源装置を用い、8m/分〜30m/分でシーム溶接を行うことからなる。
具体的には、インバータ式抵抗溶接電源装置であって、所定の目標電流値を設定する手段、所定の時間単位で現実の電流値(1次電流及び/又は2次電流)を検出する手段と、現実の電流値と所定の目標電流値とを比較する手段と、比較した結果現実の電流値が目標電流値を超えた場合スイッチング制御して電流を止め、次の電流を立ち上げる手段とを備え、周波数を可変とすることからなる。したがって、例えば1000〜10000Hz、又はそれ以上の高周波に至る範囲で周波数が可変される。目標電流値は、時間の経過に応じて理想の立ち上がりを有する電流値とすべく適宜設定される。
In order to solve the above-described problem, the power supply device of the present invention uses two disc-shaped welding electrodes, and in a seam welding device that performs welding by intermittently rotating a current while sandwiching a workpiece, It consists of performing seam welding at 8 m / min to 30 m / min by using an inverter type resistance welding power supply device having a variable frequency according to the actual (actually flowing) current value.
Specifically, an inverter type resistance welding power supply device, means for setting a predetermined target current value, means for detecting an actual current value (primary current and / or secondary current) in a predetermined time unit, Means for comparing the actual current value with a predetermined target current value, and means for stopping the current by switching control when the actual current value exceeds the target current value as a result of the comparison, and starting the next current Providing a variable frequency. Therefore, for example, the frequency is varied in a range up to 1000 to 10000 Hz or higher. The target current value is appropriately set to be a current value having an ideal rise as time elapses.
すなわち、溶接電流の立ち上がりや立ち下がりにおいては、必要とされる目標電流が低く、目標電流値に達すると電流がオフされすぐにまた立ち上がるため、周波数は高周波化されて高速応答性が確保される。一方、溶接中の定電流溶接時には周波数が下がり無駄な電力分を減少させることとなる。これにより、高周波化が実現し、かつ高速応答性が確保され、鋼板厚1mmで8m/分〜30m/分の高速でのシーム溶接が可能となったものである。
さらに、上記電源を使用した上で、本発明者の発明した前述の溶接トランスコア冷却ケースを使用した場合、さらに大容量の溶接トランスを使用しても、トランスの発熱を十分に抑制することが出来、8m/分〜30m/分又はそれ以上に至るまでの高速でのシーム溶接が可能となったものである。
That is, at the rise and fall of the welding current, the required target current is low, and when the target current value is reached, the current is turned off and immediately rises again, so the frequency is increased and high-speed response is ensured. . On the other hand, during constant current welding during welding, the frequency decreases and the amount of wasted power is reduced. As a result, high frequency is realized and high-speed response is ensured, and seam welding at a high speed of 8 m / min to 30 m / min with a steel plate thickness of 1 mm becomes possible.
Further, when the above-described welding transformer core cooling case invented by the present inventor is used after using the above power source, even if a larger capacity welding transformer is used, the heat generation of the transformer can be sufficiently suppressed. It is possible to perform seam welding at a high speed up to 8 m / min to 30 m / min or more.
一方、本願発明の電源装置/方法は、シーム溶接以外の抵抗溶接についても広く適用が可能である。例えばスポット溶接で薄板を溶接する際においても、無駄が無く高速応答性を確保できるため、スパッタの少ない良好な溶接を行うことが可能となる。このように、本願発明の電源装置/方法は、単にシーム溶接のスピードの向上だけでなく、様々な抵抗溶接の品質向上等に利するものである。 On the other hand, the power supply apparatus / method of the present invention can be widely applied to resistance welding other than seam welding. For example, even when a thin plate is welded by spot welding, high-speed response can be ensured without waste, so that it is possible to perform good welding with less spatter. Thus, the power supply apparatus / method of the present invention is useful not only for improving the speed of seam welding but also for improving the quality of various resistance welding.
ここで、溶接トランスコア冷却ケースとは、特開2008−112775に記載の溶接トランスコア冷却ケースであり、固定手段を有する絶縁性の通熱ケース(好ましくは絶縁コーティングされたアルミケース)であって、一端が冷却媒体(好ましくは水)導入部となり他の一端が冷却媒体排出部となる冷却用パイプを当該ケース内部に備えたことを特徴とするものである。 Here, the welding transformer core cooling case is a welding transformer core cooling case described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-112775, and is an insulating heat conduction case (preferably an insulation-coated aluminum case) having fixing means. A cooling pipe having one end serving as a cooling medium (preferably water) introduction portion and the other end serving as a cooling medium discharge portion is provided inside the case.
これにより、軽量・小型かつ低コストで大容量の溶接トランスを使用することができ、より高速での溶接に耐えることができるので、上記電源との相乗効果が非常に高いものとなる。
さらには、シーム溶接用ロボットに溶接トランスを搭載し、上記電源又は上記電源と溶接トランスコア冷却ケースを使用した場合、様々なワークに対して高速でシーム溶接を可能としたものである。
This makes it possible to use a large-capacity welding transformer that is lightweight, small and low-cost, and can withstand welding at a higher speed, so that the synergistic effect with the power source is very high.
Furthermore, when a welding transformer is mounted on a seam welding robot and the power source or the power source and the welding transformer core cooling case are used, seam welding can be performed on various workpieces at high speed.
本発明の以上の構成により、周波数が高周波に至る範囲で変化し、高周波化及び高速応答性が確保された抵抗溶接用電源を提供することが可能になったものである。これにより、シーム溶接の高速化を実現したものである。さらに、電流波形が滑らかなものとなり、2次電流のリップルも少なくなり、加圧力を低くしてチリ発生が少ないなど溶接不良が減少することも可能としたものである。
さらに、大容量の溶接トランスと組み合わせて使用することが可能で、8m/分〜30m/分、又はそれ以上に至る高速化が可能になったものである。
さらには、溶接ロボットと組み合わせて使用することにより、ワーク形状を問わずに高速シーム溶接を可能としたものである。
According to the above configuration of the present invention, it is possible to provide a resistance welding power source in which the frequency changes in a range reaching a high frequency and high frequency and high-speed response are ensured. As a result, high-speed seam welding is realized. Further, the current waveform is smooth, the ripple of the secondary current is reduced, and the welding failure can be reduced by reducing the applied pressure and reducing the generation of dust.
Furthermore, it can be used in combination with a large-capacity welding transformer, and speeding up to 8 m / min to 30 m / min or more is possible.
Furthermore, by using in combination with a welding robot, high-speed seam welding can be performed regardless of the workpiece shape.
本発明の実施の形態の一例を、図を参照して説明する。
図2は、本発明の電源装置を使用した場合の電流と周波数出力変化を示す概念図である。図2中左のグラフは、目標電流値が高い場合である。これに対し、中央及び右のグラフは、目標電流値が左に比して低い場合である。
すなわち、本発明では、所定の目標電流値を設定する手段と、所定の時間単位で現実の電流値(1次電流値及び/又は2次電流値)を検出する手段と、現実の電流値と所定の目標電流値とを比較する手段と、比較した結果現実の電流値が目標電流値を超えた場合スイッチング制御(電流オフ)する手段と、からなるため、目標電流値が低い場合は、電流が立ち上がり後すぐに目標値に達する。そして目標電流値を超えた場合スイッチング制御され出力オフの後すぐに次の出力が立ち上がる。結果として、目標電流値及び現実の電流値に応じて、周波数が変化していることになるものである。
このように、図1に見られるような従来の制御に比して、無駄が少なく、より高周波化が可能であることが明らかである。
An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing changes in current and frequency output when the power supply device of the present invention is used. The graph on the left in FIG. 2 shows the case where the target current value is high. On the other hand, the graphs in the center and the right are cases where the target current value is lower than that on the left.
That is, in the present invention, a means for setting a predetermined target current value, a means for detecting an actual current value (primary current value and / or secondary current value) in a predetermined time unit, an actual current value, Since a means for comparing with a predetermined target current value and a means for switching control (current off) when the actual current value exceeds the target current value as a result of the comparison, the current is reduced when the target current value is low. Reaches the target value immediately after rising. When the target current value is exceeded, switching control is performed and the next output rises immediately after the output is turned off. As a result, the frequency changes according to the target current value and the actual current value.
Thus, it is clear that there is less waste and higher frequency is possible compared to the conventional control as seen in FIG.
ここで、具体的な電源構成の一例を図3に示す。
三相の商用交流電源端子1に整流回路2の入力端子が接続され、整流回路2の出力端子に直流が得られる。この直流は、コンデンサ3等からなる平滑回路で平滑されてからインバータ制御回路4に入力される。インバータ制御回路4は、GTR(Giant Transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等からなるスイッチング素子5を有し、入力した直流を高周波のスイッチング動作によってパルス状の高周波交流に変換する。スイッチング制御は、PWM制御等を行う制御回路6を介して行われる。
An example of a specific power supply configuration is shown in FIG.
The input terminal of the
インバータ制御回路4より出力された高周波交流は溶接トランス7の一次側コイルに供給され(1次電流)、その二次側コイルには降圧された高周波交流が得られる。この高周波交流は一対のダイオード8からなる整流回路により直流に変換され、直流(2次電流)がシーム溶接用溶接電極9に供給される。
1次電流のセンサ位置は、適宜の位置で設置可能だが、インバータ制御回路4の前で直流値として検出可能である。電流センサ10は、1次電流を検出し、その電流値を制御回路6に送る。一方、電流センサ11は、2次電流を検出し、その電流値を制御回路6に送る。この際、必要であれば積分回路15やA−D変換器16が用いられ、また電圧の検出17を行っても良い。
The high-frequency alternating current output from the
The sensor position of the primary current can be installed at an appropriate position, but can be detected as a DC value in front of the
制御回路6には、ディスプレイ12及びパネルスイッチ13等からなる入力部が接続され、また目標とされる電流値変化が時間変化とともに記録されている。また、インターフェース回路14を介して外部と相互に各種データ送達が行われる。
The
制御回路6は、検出された1次電流値及び/又は2次電流値が、目標電流値に達すると即座にスイッチング制御し次の電流を立ち上げる。この作業の繰り返しにより、出力周波数が1次電流値及び/又は2次電流値に応じて可変される。
When the detected primary current value and / or secondary current value reaches the target current value, the
図4,5は、従来の電源(M社電源)を使用した電流波形(5KA, 12KA)であり、図6,7は、本発明に係る電源を使用した電流波形(5KA,12KA)の図である。
従来の電源を使用した場合、明らかに波形が荒く応答性が悪く、リップルが多く、立ち上がりに大きな1次電流が流れてしまい、無駄が多いものとなっている。これに対し、本発明の電源では、1次電流波形が理想的に滑らかになっている結果、2次電流波形も理想的に滑らかでリップルの少ない波形となっている。また、溶接中の抵抗変化に対するフィードバックも、周波数が高い分早く、従来に比べ3倍から10倍早いレスポンスで行われるため、チリ発生なども少なくすることが出来たものである。
4 and 5 are current waveforms (5KA, 12KA) using a conventional power supply (Company M power supply), and FIGS. 6 and 7 are current waveforms (5KA, 12KA) using the power supply according to the present invention. It is.
When a conventional power source is used, the waveform is clearly rough and the response is poor, there are many ripples, a large primary current flows at the rise, and this is wasteful. On the other hand, in the power supply of the present invention, the primary current waveform is ideally smooth, and as a result, the secondary current waveform is also ideally smooth and has few ripples. In addition, the feedback to the resistance change during welding is also performed with a response that is 3 to 10 times faster than the conventional one because the frequency is high, so that the generation of dust and the like can be reduced.
図8は、トランスコア冷却ケース102,103を溶接用トランス101に装着させた状態を示す図である。本願発明の電源装置/方法と併用することにより、最大の相乗効果を発揮することが出来、30m/分又はそれ以上の高速化を可能としたものである。
図8に従い具体的な一例を述べると、溶接用トランス101の二次側コイル102は、コイル冷却用パイプ13に冷却媒体を流すことにより冷却される。2つのトランスコア冷却ケース102,103が一対として使用される。即ち、トランスコア104を挟むようにトランスコア冷却ケース102、103が設置されている。一対のトランスコア冷却ケース102,103はネジ又はボルト105を利用して互いに接近するように力を加えることで、トランスコア4に押しつけられ固着されている。
FIG. 8 is a view showing a state in which the transformer
A specific example will be described with reference to FIG. 8. The
図9はトランスコア冷却ケース102,103を正面から見た図である。トランスコア冷却ケース102,103内には冷却用パイプ106が内蔵されている。冷却用パイプ106の端部は、一方の端が冷却媒体導入部107となり、他方の端が冷却媒体排出部108となる。また接続・流量調節用に端部にバルブ109が設けられている。
FIG. 9 is a front view of the transformer
この冷却用パイプ106に水等の冷却媒体が流れることにより、トランスコア冷却ケース102,103はトランスコア4より低い温度に保たれる。そのトランスコア冷却ケース102,103がトランスコア104に接触していることによりトランスコア104の冷却をすることができるもので、この構造により、トランスの大容量化と小型・軽量化を達することが出来、本願発明の電源と併用することで、シーム溶接機の高周波化・応答性の高速化・大電流化・小型化及び軽量化を全て実現することができ、高速シーム溶接を可能としたものである。
When a cooling medium such as water flows through the
また、例えば溶接ヘッドに溶接トランスが装着された多軸のロボットシーム溶接機に本願発明の電源及び溶接トランスコア冷却ケースを使用することにより、高速でありながら多様なワークに対応することができるものである。なお、本願発明の電源装置/方法は、シーム溶接に限らず様々な抵抗溶接装置として使用することが可能である。 Also, for example, by using the power supply and welding transformer core cooling case of the present invention in a multi-axis robot seam welding machine with a welding transformer attached to the welding head, it is possible to handle various workpieces at high speed. It is. The power supply apparatus / method of the present invention can be used not only for seam welding but also for various resistance welding apparatuses.
1 商用交流電源端子
2 整流回路
3 コンデンサ
4 インバータ制御回路
5 スイッチング素子
6 制御回路
7 溶接トランス
8 ダイオード
9 溶接電極
10 電流センサ
11 電流センサ
12 ディスプレイ
13 パネルスイッチ
14 インターフェース回路
15 積分回路
16 A−D変換器
17 電圧の検出
101 溶接用トランス
102,103 トランスコア冷却ケース
104 トランスコア
105 ネジ又はボルト
106 冷却用パイプ
107 冷却媒体導入部
108 冷却媒体排出部
109 バルブ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記インバータ直流式抵抗溶接電源装置が、所定の目標電流値を設定する手段と、所定の時間単位で現実の電流値を検出する手段と、現実の電流値と所定の目標電流値とを比較する手段と、比較した結果現実の電流値が目標電流値を超えた場合スイッチング制御し、次の電流を立ち上げる手段と、を備えたシーム溶接方法。 Inverter direct current with variable frequency according to the actual current value in a seam welding device that uses two disk-shaped welding electrodes, and continuously welds the workpiece while rotating it with the workpiece sandwiched between them. shea over beam welding using a resistance welding power supply apparatus a row bovine chromatography beam welding method,
The inverter DC resistance welding power supply apparatus compares a means for setting a predetermined target current value, a means for detecting an actual current value in a predetermined time unit, and the actual current value and the predetermined target current value. A seam welding method comprising: switching means for switching control when an actual current value exceeds a target current value as a result of comparison, and raising a next current.
前記インバータ直流式抵抗溶接電源装置が、所定の目標電流値を設定する手段と、所定の時間単位で現実の電流値を検出する手段と、現実の電流値と所定の目標電流値とを比較する手段と、比較した結果現実の電流値が目標電流値を超えた場合スイッチング制御し、次の電流を立ち上げる手段と、を備えたシーム溶接機。 This is a seam welding device that uses two disk-shaped welding electrodes and continuously turns the workpiece while rotating it across the workpiece to perform welding. The inverter has a variable frequency according to the actual current value. a sheet over beam welder capable of welding using the equation dc resistance welding power supply apparatus,
The inverter DC resistance welding power supply apparatus compares a means for setting a predetermined target current value, a means for detecting an actual current value in a predetermined time unit, and the actual current value and the predetermined target current value. A seam welding machine comprising: a means for switching control when an actual current value exceeds a target current value as a result of comparison;
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