JPH04333381A - インバータ式直流抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバータ回路の出力
電圧を検出し、該出力電圧に基づいて溶接電流を制御す
ることにより、コンバータ回路の平滑用コンデンサを不
要としたインバータ式直流抵抗溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業界においては、種々のワークを溶接
するための溶接機として、インバータ式直流抵抗溶接装
置が広く用いられている。

【０００３】この種の従来のインバータ式直流抵抗溶接
装置を図５に示す。

【０００４】図５において、参照符号１はインバータ式
直流抵抗溶接装置を示し、該インバータ式直流抵抗溶接
装置１は三相交流電源２を直流電源に変換するコンバー
タ回路３と、１次側の電流を検出する第１の電流検出器
４と、複数のスイッチング素子によって構成されるイン
バータ回路５と、トランスおよび整流素子からなる溶接
トランス回路６と、直流を印加することにより被溶接物
（以下、ワークという）Ｗの溶接を行う溶接ガン部７と
、このワークＷに流れる溶接電流を検出する第２の電流
検出器８と、第１の電流検出器４および／または第２の
電流検出器８が検出する電流値に基づいて、インバータ
回路５のスイッチング素子を付勢し、直流を高周波交流
に変換するための制御信号を生成する制御回路９とから
構成される。

【０００５】コンバータ回路３は整流用のダイオード１
０ａ乃至１０ｆと、平滑用の電解コンデンサ１１ａ乃至
１１ｆと、バランス抵抗１２ａおよび１２ｂとを備える
。

【０００６】以上のように構成されるインバータ式直流
抵抗溶接装置１の作用について、図５を参照しながら説
明する。

【０００７】三相交流電源２から出力される三相交流は
コンバータ回路３によって直流に変換される。すなわち
、三相交流はコンバータ回路３のダイオード１０ａ乃至
１０ｆによって全波整流された後に、電解コンデンサ１
１ａ乃至１１ｆによって、全波整流波形の直流に重畳す
るリップルが除去されて平滑される。該平滑された直流
はインバータ回路５において制御回路９から導出された
制御信号に基づき高周波交流に変換される。この高周波
交流は溶接トランス回路６の図示しない溶接トランスに
よって２次側と磁気的に結合され、且つ２次側において
整流されて直流となり、溶接ガン部７のビット１３ａ並
びに１３ｂを経由してワークＷに印加されることにより
、ワークＷは溶接される。

【０００８】このとき、第１電流検出器４および／また
は第２電流検出器８が検出する電流値情報に基づいて、
制御回路９はインバータ回路５を構成するスイッチング
素子を付勢するためのパルス幅を変化させることにより
溶接電流の制御を行う。すなわち、第１電流検出器４お
よび／または第２電流検出器８と、インバータ回路５と
、制御回路９とによってフィードバック制御を行うこと
により、溶接電流の安定化を図っている。

【０００９】この場合、コンバータ回路３が負荷に対し
て大きな電流を供給したとき、電解コンデンサ１１ａ乃
至１１ｆはコンバータ回路３の出力電圧に発生するリッ
プルを抑止する働きがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術におけるインバータ式直流抵抗溶接装置のコン
バータ回路においては、その出力部に配設されている平
滑用の電解コンデンサによって出力電圧に重畳するリッ
プルが抑止されているが、前記コンバータ回路は溶接の
ための大電流、大電圧の直流を供給するために、これら
の出力を安定させるための電解コンデンサの形状が大型
となり、該電解コンデンサを収納する装置も大型となる
。

【００１１】また、電解コンデンサ１１ａ乃至１１ｆは
経年変化等により劣化するため、一定期間毎に電解コン
デンサを新品と交換しなければならず、交換に要する保
守のための労務費および交換部品費等が増大するという
コスト上の問題がある。

【００１２】本発明はこのような従来の問題を解決する
ためになされたものであって、インバータ式直流抵抗溶
接装置において、コンバータ回路の出力電圧を検出する
電圧検出器と、この電圧検出器の出力によって溶接電流
を制御する制御回路を配設することにより、コンバータ
回路の出力電圧に重畳するリップルに影響されない安定
した溶接電流を供給することが可能となり、コンバータ
回路に配設される平滑用の電解コンデンサを不要とする
ことにより、装置の小型化を実現するとともに、電解コ
ンデンサの交換に要する保守のための労務費および交換
部品費を削減することが可能なインバータ式直流抵抗溶
接装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の整流器からなり交流を全波整流す
るコンバータ回路と、前記全波整流された直流を高周波
交流に変換するスイッチング素子からなるインバータ回
路と、前記高周波交流を整流する溶接トランス／整流回
路と、前記溶接トランス／整流回路から出力される直流
によって被溶接物の溶接を行う溶接手段とを備えたイン
バータ式直流抵抗溶接装置において、前記コンバータ回
路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出
手段が検出する電圧情報と予め設定された電圧情報とを
比較することによって溶接電流を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明に係るインバータ式直流抵抗溶接装置で
は、コンバータ回路の出力電圧を電圧検出手段が検出し
、該検出した電圧情報を制御手段が読み取る。制御手段
は検出した電圧情報が予め設定された基準となる電圧値
と異なるとき、この差異に応じてインバータ回路を付勢
するパルス幅を変更することにより、溶接電流を増減す
る制御を行う。

【００１５】従って、コンバータ回路の出力電圧に重畳
するリップル量に応じて、インバータ回路のスイッチン
グ素子の導通時間を増減することにより、溶接電流の安
定化を図ることができ、一定期間毎に交換等の保守が必
要な電解コンデンサを不要とすることができる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明に係るインバータ式直流抵抗溶
接装置について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照
しながら以下詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施例の全体構成を示す
ブロック図であり、図中、参照符号２０はインバータ式
直流抵抗溶接装置を示す。

【００１８】インバータ式直流抵抗溶接装置２０は三相
交流電源２１から出力される三相交流を全波整流するコ
ンバータ回路２２と、全波整流された直流を高周波交流
に変換するインバータ回路２４と、高周波交流を整流す
る溶接トランス回路２６と、被溶接物であるワークＷに
通電することにより溶接を行う溶接ガン部２８と、イン
バータ回路２４を制御することにより溶接電流の制御を
する制御回路３０とを備える。

【００１９】さらに、インバータ式直流抵抗溶接装置２
０は、コンバータ回路２２の出力電流である１次側の電
流を検出するトロイダルコイル等からなる電流検出回路
３２と、溶接トランス回路２６と溶接ガン部２８とに接
続されて２次側の電流を検出する電流検出回路３４と、
制御回路３０に溶接条件等を入力するキーボード３６と
、入力された溶接条件等を表示するためのディスプレイ
装置であるＣＲＴ３８とを備える。

【００２０】溶接ガン部２８はワークＷを挟持する可動
ガンアーム４０、４２と、この可動ガンアーム４０、４
２を駆動するシリンダ４４とからなり、該シリンダ４４
には電磁切替弁４６を介して空圧源４８が接続される。

【００２１】コンバータ回路２２の入力端子は三相交流
電源２１に接続され、コンバータ回路２２の出力端子は
制御回路３０に接続されるとともに、電流検出回路３２
を介してインバータ回路２４の一方の入力端子に接続さ
れる。溶接トランス回路２６の入力端子はインバータ回
路２４の出力端子に接続され、溶接トランス回路２６の
出力端子は電流検出回路３４を経由して溶接ガン部２８
に接続される。

【００２２】制御回路３０は電磁切替弁４６と、インバ
ータ回路２４の他方の入力端子と接続されるとともに、
ロボットコントローラ５０と接続される。

【００２３】図２は制御回路３０の構成を示すブロック
図である。

【００２４】制御回路３０は、増幅回路であって、且つ
入力側と出力側が絶縁される、いわゆる絶縁増幅器（以
下、ＡＭＰという）５２と、これに接続されるアナログ
／デジタル（以下、Ａ／Ｄという）変換回路５４と、前
記電流検出回路３２から出力されるアナログ値である一
次側の電流値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路５
６と、電流検出回路３２の出力と過電流設定器５８との
出力を比較する比較回路６０と、この比較回路６０から
出力される比較結果を一時的に記憶するラッチ回路６２
とを備える。

【００２５】さらに、制御回路３０は２次側の電流を検
出する電流検出回路３４の出力を積分する積分回路６４
と、この積分回路６４のアナログ出力をデジタル値に変
換するＡ／Ｄ変換回路６６と、Ａ／Ｄ変換回路５４、５
６、６６の入出力端子およびラッチ回路６２の入力端子
が接続されるＣＰＵ６８と、当該ＣＰＵ６８の出力端子
に接続されるデジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａという
）変換回路７０と、このＤ／Ａ変換回路７０の出力とパ
ルス発生回路７２から三角波発生回路７４を介して入力
される三角波とを比較する比較回路７６と、この比較回
路７６と前記ラッチ回路６２との論理和演算を行うＡＮ
Ｄゲート７８と、パルス発生回路７２から出力される同
期パルスに同期してＡＮＤゲート７８から出力されるパ
ルス列のパルス幅を制御するパルス幅制御回路８０とを
含む。

【００２６】前記パルス幅制御回路８０から出力される
パルス信号によってトランジスタドライブ回路８２、８
４、８６および８８は、インバータ回路２４を構成する
図示しないトランジスタのベースを付勢する。

【００２７】ＣＰＵ６８は予備通電制御、本通電遅延制
御、スローアップ制御、本通電制御並びに擬似溶接中止
制御等を行うためのプログラムを格納するＲＯＭ９０と
、コンバータ回路２２の標準的な出力電圧値、および電
流検出回路３４が検出する溶接電流の標準的な値を予め
格納するＲＡＭ９２と、キーボード３６、ＣＲＴ３８、
電磁切替弁４６およびロボットコントローラ５０のイン
タフェース（以下、Ｉ／Ｆという）９４と接続される。

【００２８】この場合、ＡＭＰ５２とＡ／Ｄ変換回路５
４は電圧検出手段を構成する。

【００２９】上記のように構成されるインバータ式直流
抵抗溶接装置２０の作用効果について、図１乃至図４を
参照しながら説明する。

【００３０】先ず、ワークＷを溶接するために必要な溶
接電流の標準値Ｉを示す情報と、コンバータ回路２２の
出力電圧の標準値Ｖを示す情報と、溶接電流の制御を、
例えば、１次側の電流値ＩＭ１に基づいて行うことを示
す情報とがキーボード３６からオペレータによって入力
されると、これらの情報はＩ／Ｆ９４、ＣＰＵ６８を経
由してＲＡＭ９２に格納されて、準備ステップが終了す
る。

【００３１】次いで、溶接工程が開始されると、予めＲ
ＯＭ９０に格納されるプログラムに従って制御回路３０
のＣＰＵ６８は、予備通電制御、本通電遅延制御および
スローアップ制御等のプログラムの実行を経て、本通電
制御のプログラムを実行する。この本通電制御の工程に
おいて、Ａ／Ｄ変換回路５６はＣＰＵ６８から出力され
るサンプリングパルスＰ１に同期して、電流検出回路３
２から１次側の電流値ＩＭ１を読み取り（図４、■参照
）、ＣＰＵ６８に出力する（ステップＳ１）。

【００３２】一方、Ａ／Ｄ変換回路５４はＣＰＵ６８か
ら出力されるサンプリングパルスＰ２によって、ＡＭＰ
５２を介し、コンバータ回路２２の出力電圧ＶＭ　を読
み取り（図４、■参照）、この出力電圧ＶＭ　をＣＰＵ
６８に対して出力する（ステップＳ２）。

【００３３】次いで、ＣＰＵ６８は予めＲＡＭ９２に格
納されている溶接電流の標準値Ｉを読み取って、この標
準値ＩからステップＳ１において読み取った１次側の電
流値ＩＭ１を減算し、この電流差Ｉ１　を求める（Ｉ−
ＩＭ１＝Ｉ１　）（ステップＳ３）。同様にＣＰＵ６８
はＲＡＭ９２から読み取ったコンバータ回路２２の出力
電圧の標準値Ｖと、ステップＳ２で読み取ったコンバー
タ回路２２の出力電圧ＶＭ　とによって減算を行い、こ
の電圧差Ｖ１　を求める（Ｖ−ＶＭ　＝Ｖ１　）（ステ
ップＳ４）。

【００３４】前記ステップＳ３における演算で求めた電
流差Ｉ１　およびステップＳ４で求めた電圧差Ｖ１　か
らＣＰＵ６８は、インバータ回路２４のスイッチング素
子を付勢するためのパルス幅ＰＷ　を、下式に基づいた
演算によって求める（ステップＳ５）。

【００３５】すなわち、パルス幅ＰＷ　は、ＰＷ　＝Ｉ
１　×Ｋ１　＋ＰＷＢ＋（Ｖ１　×Ｋ２　）で求めるこ
とができ、この場合、Ｋ１　、Ｋ２　はインバータ式直
流抵抗溶接装置２０における固有の定数であり、ＰＷＢ
は１回前のパルス幅である。

【００３６】ステップＳ５によって求められた補正され
たパルス幅ＰＷ　の情報はＣＰＵ６８からＤ／Ａ変換回
路７０に出力され（ステップＳ６）、このＤ／Ａ変換回
路７０によってアナログ電圧に変換されて比較回路７６
の一方の入力端子に入力される（図４、■参照）。

【００３７】一方、三角波発生回路７４はパルス発生回
路７２から出力されるパルスに同期して三角波を生成し
、この三角波は比較回路７６の他方の入力端子に入力さ
れる（図４、■参照）。この三角波の電圧と、前記Ｄ／
Ａ変換回路７０から出力されるアナログ電圧とを比較回
路７６は比較し（図４（ｆ）参照）、三角波の電圧より
もＤ／Ａ変換回路７０から出力される電圧が大であると
き、出力端子にＨＩＧＨ（以下、「Ｈ」という）レベル
の信号を出力する（図４（ｇ）参照）。

【００３８】この場合、比較回路７６から出力されるパ
ルス幅はＤ／Ａ変換回路７０から出力されるアナログ電
圧の大きさに依存することが図４（ｆ）から了解されよ
う。すなわち、Ｄ／Ａ変換回路７０の出力電圧がそれぞ
れ異なる電圧値Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１のとき、比較回路７６
から出力されるパルス幅は、それぞれＤ／Ａ変換回路７
０の出力電圧に応じた値Ｘ、Ｙ、Ｚとなる。この比較回
路７６から出力された値Ｘ、Ｙ、Ｚのパルス幅を有する
パルス列は、パルス幅制御回路８０によって分配されて
、トランジスタドライブ回路８２、８４、８６、８８に
出力され（図４（ｈ）、（ｉ）参照）、これらのトラン
ジスタドライブ回路８２、８４、８６、８８がインバー
タ回路２４のスイッチング素子であるトランジスタのベ
ースを駆動することにより、インバータ回路２４から出
力される溶接電流の値を補正する。補正された溶接電流
は溶接トランス回路２６、溶接ガン部２８の可動ガンア
ーム４０、４２を介してワークＷに通電されて、溶接を
行う。

【００３９】このとき、１次側の電流が過電流となった
とき（図４、■参照）、この１次側の電流値と、過電流
設定器５８に予め設定された過電流値のしきい値ＩＳ　
とを比較することにより１次側の電流を監視している比
較回路６０は、電流検出回路３２が検出した電流値ＩＭ
１がＩＭ１＞ＩＳ　であることを検出し、ラッチ回路６
２にＬＯＷ（以下、「Ｌ」という）レベルの信号を出力
し、該ラッチ回路６２は「Ｌ」をＡＮＤゲート７８に対
して出力することにより、ＡＮＤゲート７８を閉じて（
図４、■参照）、パルス幅制御回路８０によるコンバー
タ回路２２の駆動を停止する。

【００４０】以上説明したように、本実施例によれば、
コンバータ回路２２の出力電圧を検出して、この出力電
圧と予め設定されたコンバータ回路の標準電圧値とから
、インバータ回路２４を付勢するパルス幅の補正値を求
める。該補正されたパルス幅によって、インバータ回路
２４のスイッチング素子を付勢することにより、コンバ
ータ回路２２の出力電圧に重畳されるリップル電圧に応
じて溶接電流を制御することができる。このため、大型
であって、且つ定期的に交換等の保守を必要とする平滑
用の電解コンデンサを不要とすることができるので、イ
ンバータ式直流抵抗溶接装置２０の小型化を遂行するこ
とができるとともに、交換等の保守を行うこともない。

【００４１】また、上記実施例においては、コンバータ
回路２２の出力電圧を検出して、インバータ回路２４の
トランジスタを駆動するためのパルス幅を補正する制御
を、数ヘルツ毎に行ったが、ワークＷの種類等によって
は１ヘルツ毎にパルス幅の制御を行うことも可能である
ことはいうまでもない。

【００４２】さらに、上記実施例において、溶接電流の
制御はコンバータ回路２２の出力電圧値および１次側の
電流検出回路３２が検出する電流値ＩＭ１に基づいて行
ったが、前記１次側の電流値ＩＭ１の代わりに電流検出
回路３４が検出する２次側の電流値ＩＭ２の情報に基づ
いて溶接電流の制御を行うことも可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係るインバータ式直流抵抗溶接
装置では、コンバータ回路の出力電圧によって、インバ
ータ回路を付勢するパルス幅を変更する制御を行うこと
により、溶接電流の制御を行う。

【００４４】従って、コンバータ回路の出力電圧に重畳
するリップル電圧が大であっても、適正な溶接電流に制
御することができるために、コンバータ回路に配設され
る平滑用の電解コンデンサが不要となり、インバータ式
直流抵抗溶接装置の小型化を遂行することができるとと
もに、電解コンデンサを一定期間毎に交換する等の保守
も不要となり、このための労務費および交換部品費を削
減できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ式直流抵抗溶接装置に係る
一実施例の全体構成を示すブロック図である。

【図２】図１における制御回路の構成を示すブロック図
である。

【図３】図１に示す一実施例の動作を示すフローチャト
である。

【図４】図１に示す一実施例の動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図５】従来例に係るインバータ式直流抵抗溶接装置の
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２０…インバータ式直流抵抗溶接装置 ２２…コンバータ回路 ２４…インバータ回路 ２６…溶接トランス回路 ２８…溶接ガン部 ３０…制御回路 ３２、３４…電流検出回路 ５２…絶縁増幅器（ＡＭＰ） ５４、５６、６６…Ａ／Ｄ変換回路 ６８…ＣＰＵ ７０…Ｄ／Ａ変換回路 ７４…三角波発生回路 ７６…比較回路 ８０…パルス幅制御回路 ８２、８４、８６、８８…トランジスタドライブ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の整流器からなり交流を全波整流する
   コンバータ回路と、前記全波整流された直流を高周波交
   流に変換するスイッチング素子からなるインバータ回路
   と、前記高周波交流を整流する溶接トランス／整流回路
   と、前記溶接トランス／整流回路から出力される直流に
   よって被溶接物の溶接を行う溶接手段とを備えたインバ
   ータ式直流抵抗溶接装置において、前記コンバータ回路
   の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手
   段が検出する電圧情報と予め設定された電圧情報とを比
   較することによって溶接電流を制御する制御手段と、を
   備えることを特徴とするインバータ式直流抵抗溶接装置
   。