PL234863B1 - Zgrzewarka do jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego oraz sposób przewidziany do tego celu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest zgrzewarka do jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego oraz sposób zgrzewania przy zastosowaniu tej zgrzewarki. Zgrzewarka posiada płyty zasilająco-dociskowe (1, 2), pomiędzy którymi znajdują się zgrzewane elementy (3.1, 3.2) w celu doprowadzenia zasilania prądowego oraz dociśnięcia zgrzewanych elementów do siebie, przy czym każdy zespół elektrody zgrzewającej osadzony jest na wspólnej płycie zasilająco-dociskowej (1). Natomiast układ sterowania zgrzewarki skonfigurowany jest w ten sposób, że w przypadku wykrycia niezgodność zmierzonych przez czujnik (5) wartości prądu z wartościami zadanymi, mikroprocesor koryguje parametry prądowe procesu zgrzewania do wartości zadanych.

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Wynalazek dotyczy zgrzewarki do jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego. Przedmiotem wynalazku jest również sposób jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego.

Stan techniki

Zgrzewarki wieloelementowe lub wielopunkowe, zgrzewające w jednym cyklu pracy, nie są powszechnie stosowane w praktyczne przemysłowej z uwagi na brak jednoznacznie zdefiniowanego kontaktu pomiędzy zgrzewanymi elementami, co nie pozwala na jednoznaczne określenie prądu zgrzewania we wszystkich punktach jednocześnie. Jednym rozwiązaniem może być zastosowanie siłowników do każdego stanowiska z zespołem elektrody tak, że maszyna wykonuje sekwencję ruchów na tych siłownikach, którymi kolejno dociska każdy ze zgrzewanych elementów i wykonuje osobne zgrzewanie każdego z elementów. Takie rozwiązanie posiada dwie zasadnicze wady - znacznie komplikuje konstrukcję narzędzia, co podnosi również jego koszty, a długie łańcuchy kinematyczne związane z zastosowaniem siłowników obniżają dokładność pozycjonowania detali podczas procesu zgrzewania. Znane są również rozwiązania umożliwiające zgrzewanie dwóch elementów jednocześnie do bazowego detalu, ale wtedy trzeba się liczyć z podwojeniem prądu zgrzewania, co wpływa na parametry maszyny do zgrzewania i znacznie podraża jej koszty. Dodatkowym elementem utrudniającym proces zgrzewania jest trudność w jego kontrolowaniu w trakcie trwania procesu oraz pojawienie się wyprysków materiału w miejscach zgrzewania pod wpływem zbyt dużej siły docisku w końcowej fazie procesu zgrzewania. Problem ten eliminuje zastosowanie precyzyjnego czujnika odległości i zmniejszenie siły docisku w ostatniej fazie procesu zgrzewania. Zastosowanie takiego układu jest jednak dość trudne w przypadku tradycyjnych narzędzi zgrzewających, składających się ze skomplikowanych układów dociskowych.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP0597214 znana jest zgrzewarka wielopunktowa, w której zastosowano osobną pętlę prądową z osobnym transformatorem dla każdego zgrzewanego elementu, lecz jest to bardzo drogie konstrukcyjne rozwiązanie, ponieważ do każdego zespołu elektrody musi być zastosowany osoby sterownik zgrzewania i osobny transformator oraz osobne przewody doprowadzające prąd. W gruncie rzeczy jest to tak naprawdę urządzenie zbudowane z wielu kompletnych zgrzewarek zamkniętych w jednej obudowie.

Znane jest również rozwiązanie zgrzewarki rezystancyjnej ujawnione w dokumencie nr DE20218655U1. Urządzenie to zawiera układ elektroniczny oraz pary kluczujących elementów elektronicznych (w tym traków, tyrystorów lub tranzystorów IGBT lub przekaźników) celem przełączania prądu płynącego w poszczególnych gałęziach urządzenia do wielopunkowego zgrzewania. Rozwiązanie to jednak wymaga zastosowania pary elementów elektronicznych celem eliminacji prądów upływu przez pozostałe gałęzie zgrzewania (niewykonujące zgrzewania w danej chwili), ponieważ wykonuje ono zgrzewanie osobno każdego z elementów - przełączające się pomiędzy poszczególnymi elementami zgrzewanymi po wykonaniu zgrzewu. Takie rozwiązanie powoduje niedokładności przy zgrzewaniu z uwagi na niejednoczesne zgrzewanie, co z kolei wymaga dodatkowej kompensacji niejednoczesnego dociskania do siebie poszczególnych elementów.

Opis istoty wynalazku

Powyższe niedogodności zostały przezwyciężone dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku, które przewiduje zastosowanie dodatkowego układ elektronicznego, który będzie przełączał prąd między poszczególnymi gałęziami narzędzia, które dociska jednocześnie wszystkie elementy zgrzewane. W ten sposób powstają mikrocykle zgrzewania, których częstotliwość wynosi od 10 Hz do 10 kHz w zależności od poszczególnych przypadków. Takie rozwiązanie pozwala na ograniczenie prądu zgrzewania do prądu pojedynczej zgrzeiny, maksymalne uproszczenie narzędzia, ponieważ brak w nim dodatkowych ruchomych elementów, formowanie jednoczesne wszystkich zgrzein (co w przypadku np.: niewłaściwego kontaktu przy wstępnym umieszczeniu detali w narzędzie będzie skorygowane w samym procesie zgrzewania podczas dociskania do siebie detali), wykonywanie wielu zgrzein w jednym cyklu produkcyjnym.

Zgrzewarka do jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego, według wynalazku, posiada:

wiele zespołów elektrod zgrzewających, przy czym każdy zespół elektrody wyposażony jest w tranzystor IGBT;

PL 234 863 B1 układ sterowania wyposażony w mikroprocesor wykonujący program zapisany w pamięci, przy czym program zawiera instrukcje procesu zgrzewania wraz z zadanymi parametrami;

płyty zasilająco-dociskowe, pomiędzy którymi znajdują się zgrzewane elementy w celu doprowadzenia zasilania prądowego oraz dociśnięcia zgrzewanych elementów do siebie, przy czym każdy zespół elektrody zgrzewającej osadzony jest na wspólnej płycie zasilająco-dociskowej i posiada czujnik do pomiaru prądu;

mikroprocesor przystosowany do korygowania zmierzonych wartości prądu procesu zgrzewania do wartości zadanych i stanowiący element układu sterowania połączony jest z każdym czujnikiem do pomiaru prądu.

Korzystnie, mierzone wartości prądowe to natężenia prądu oraz dynamika narostu prądu.

Korzystnie, układ sterowania włącza kolejno tranzystory IGBT z częstotliwością z zakresu 50 do 1000 Hz, przy czym czas jednego cyklu włączenia wynosi 1-20 ms.

Korzystnie, zgrzewarka posiada czujnik odległości mierzący odległość pomiędzy płytami zasilająco-dociskowymi w celu kontroli siły docisku zgrzewanych elementów.

Korzystnie, zgrzewarka posiada układ nadajnika i odbiornika ultradźwięków do kontroli prawidłowości wykonanych zgrzein.

W innym aspekcie przedmiotowy wynalazek dotyczy również sposobu jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego. Sposób według wynalazku obejmuje proces zgrzewana elementów na zgrzewarce posiadającej:

wiele zespołów elektrod zgrzewających, przy czym każdy zespół elektrody wyposażony jest w tranzystor IGBT;

układ sterowania wyposażony w mikroprocesor wykonujący program zapisany w pamięci, przy czym program zawiera instrukcje procesu zgrzewania wraz z zadanymi parametrami;

płyty zasilająco-dociskowe, pomiędzy którymi znajdują się zgrzewane elementy w celu doprowadzenia zasilania prądowego oraz dociśnięcia zgrzewanych elementów do siebie, przy czym każdy zespół elektrody zgrzewającej osadzony jest na wspólnej płycie zasilająco-dociskowej i posiada czujnik do pomiaru prądu.

Dalej zgodnie ze sposobem układ sterowania skonfigurowany jest w ten sposób, że:

uruchamia zasilanie celem doprowadzenia prądu do płyt zasilająco-dociskowych;

po pojawieniu się napięcia zasilania na płytach włącza kolejno wszystkie tranzystory IGBT z częstotliwością z zakresu 50 do 1000 Hz, przy czym czas jednego cyklu włączenia to 1-20 ms;

monitoruje parametry prądowe procesu poprzez porównanie wartości zadanych z wartościami zmierzonymi;

przy czym w przypadku wykrycia niezgodności pomiędzy wartościami prądu zmierzonymi pr zez czujnik a wartościami zadanymi, mikroprocesor koryguje parametry prądowe procesu zgrzewania do wartości zadanych.

Korzystnie, mierzone wartości prądowe to natężenia prądu oraz dynamika narostu prądu.

Korzystnie, mierzy się poprzez czujnik odległości odległość pomiędzy płytami zasilająco-dociskowymi w celu kontroli siły docisku zgrzewanych elementów, przy czym w przypadku niezgodności parametrów zmierzonych z zadanymi, mikroprocesor koryguje siłę docisku.

Korzystnie, po zakończonym procesie zgrzewania w celu oceny prawidłowości wykonanych zgrzein, przepuszcza się przez zgrzane elementy serię ultradźwięków o szerokim paśmie częstotliwości w celu analizy widma częstotliwości rezonansowych, przy czym ultradźwięki emitowane są przez emiter w kierunku odbiornika ultradźwięków.

Korzystne skutki wynalazku

Rozwiązanie zgrzewarki według wynalazku pozwala wykonywać wszystkie zgrzeiny w sposób jednoczesny oraz minimalizuje wpływ prądów upływu, co nie wymaga zastosowania dodatkowych elementów elektronicznych jak pary elementów kluczujących a jedynie pojedynczych elementów, co dodatkowo upraszcza konstrukcję i obniża koszty narzędzia.

Zastosowanie dwóch płyt dociskowych zamocowanych bezpośrednio do głównego siłownika zgrzewarki pozwala na łatwe i tanie wykorzystanie środków kontrolujących proces zgrzewania w postaci czujnika odległości.

PL 234 863 B1

Krótki opis rysunku

Wynalazek zostanie poniżej przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania, z odniesieniem do załączonego rysunku, na którym:

Fig. 1 - przedstawia układ sterowania zgrzewarki.

Szczegółowy opis korzystnego przykładu wykonania wynalazku

W jednym z korzystnych przykładów realizacji wynalazek dotyczy zgrzewarki rezystancyjnej składającej się z wielu zespołów elektrod zgrzewających w celu jednoczesnego zgrzewania wielu elementów lub zgrzewania wielopunktowego w jednym procesie. Każdy zespół elektrody zgrzewającej wyposażony jest w tranzystor IGBT 6 oraz umieszczony za nim czujnik natężenia płynącego prądu 5. Ponadto, zgrzewarka wyposażona jest w dwie płyty zasilająco-dociskające umieszczone po obu stronach zgrzewanych elementów. Wszystkie zespoły elektrod zasilających zamocowane są do wspólnej płyty zasilająco-dociskowej 1 i izolowane elektrycznie od siebie za pomocą izolatorów 7. Zgrzewane elementy mocowane są do zespołu elektrody zgrzewającej za pomocą uchwytów pozycjonujących 4.

Dodatkowo zgrzewarka wyposażona jest w laserowy miernik odległości o wysokiej precyzji pomiaru 8 oraz opcjonalnie układ nadajnika 9.1 i odbiornika 9.2 ultradźwięków.

Układ sterowania wyposażony jest w mikroprocesor wykonujący program zapisany w pamięci. W programie zapisane są instrukcje procesu zgrzewania wraz z zadanymi parametrami. Układ sterowania może mieć postać dowolnego systemu komputerowego, który jest zdolny do przetwarzania danych oraz wykonywania rozkazów, np. programowalnego sterownika logicznego, komputera ogólnego przeznaczenia czy innego mikroprocesorowego urządzenia cyfrowego.

Po pojawieniu się napięcia zgrzewania na płytach zasilających 1 i 2 układ sterowania rozpoczyna proces szybkiego włączania kolejno wszystkich tranzystorów IGBT 6 z częstotliwością z zakresu 50 do 1000 Hz, przy czym czas jednego cyklu włączenia to 1 -20 ms. W czasie włączenia jednego z zespołów elektrody zgrzewającej, która zgrzewa jeden element 3.2 z drugim elementem 3.1, czujnik pomiaru prądu 5 mierzy wartość natężenia prądu oraz dynamikę narostu prądu. Jeśli wartość prądu lub jego czas narostu są inne od zadanych parametrów zapisanych w pamięci, układ automatycznie wydłuża lub skraca czas przepływu prądu przez dany zespół elektrody, tak aby wszystkie garby na elementach zgrzewanych 3.2 nagrzewały się równomiernie, powodując równomierne zgrzewanie wszystkich elementów. Mikroprocesor jednocześnie monitoruje odległość pomiędzy płytami zasilająco-dociskowymi 1 i 2 przy pomocy precyzyjnego czujnika odległości 8. Jeśli odległość zmniejszy się o więcej niż 5% wysokości garbu na elementach zgrzewanych 3.2 to automatycznie układ zmniejsza siłę docisku pomiędzy płytami 1 i 2, aby uniknąć gwałtownego zgniecenia uplastycznionych pod wpływem temperatury garbów, a tym samym uniknąć tzw. wyprysków spoiny. Po osiągnięci zadanej odległości mierzonej przez czujnik odległości 8 zakańczany jest proces zgrzewania i następuje rozsunięcie płyt zasilająco-dociskowych 1 i 2. Opcjonalnie w kolejnym kroku wykonywany jest proces kontroli polegający na przepuszczeniu przez zgrzany detal serii ultradźwięków o szerokim paśmie częstotliwości dostosowanym do gabarytów detalu. Ultradźwięki emitowane są przez emiter 9.1 dotykający zgrzany już detal. Po analizie widma częstotliwości rezonansowych docierających do odbiornika ultradźwięków 9.2 można ocenić czy wszystkie elementy zostały ze sobą odpowiednio zgrzane i zasygnalizować operatorowi maszyny potencjalny błąd procesu zgrzewania.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zgrzewarka do jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego, posiadająca:

   wiele zespołów elektrod zgrzewających, przy czym każdy zespół elektrody wyposażony jest w tranzystor IGBT (6);

   układ sterowania wyposażony w mikroprocesor wykonujący program zapisany w pamięci, przy czym program zawiera instrukcje procesu zgrzewania wraz z zadanymi parametrami;

   płyty zasilająco-dociskowe (1, 2), pomiędzy którymi znajdują się zgrzewane elementy (3.1, 3.2) w celu doprowadzenia zasilania prądowego oraz dociśnięcia zgrzewanych elementów do siebie, znamienna tym, że każdy zespół elektrody zgrzewającej osadzony jest na wspólnej płycie zasilająco-dociskowej (1) i posiada czujnik do pomiaru prądu (5),

   PL 234 863 B1 przy czym mikroprocesor przystosowany do korygowania zmierzonych wartości prądu procesu zgrzewania do wartości zadanych i stanowiący element układu sterowania połączony jest z każdym czujnikiem do pomiaru prądu (5).
2. 2. Zgrzewarka według zastrz. 1, znamienna tym, że mierzone wartości prądowe to natężenia prądu oraz dynamika narostu prądu.
3. 3. Zgrzewarka według zastrz. 1, znamienna tym, że układ sterowania włącza kolejno tranzystory IGBT (6) z częstotliwością z zakresu 50 do 1000 Hz, przy czym czas jednego cyklu włączenia wynosi 1-20 ms.
4. 4. Zgrzewarka według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada czujnik odległości (8) mierzący odległość pomiędzy płytami zasilająco-dociskowymi w celu kontroli siły docisku zgrzewanych elementów (3.1,3.2).
5. 5. Zgrzewarka według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada układ nadajnika (9.1) i odbiornika (9.2) ultradźwięków do kontroli prawidłowości wykonanych zgrzein.
6. 6. Sposób jednoczesnego wieloelementowego lub wielopunkowego zgrzewania rezystancyjnego, obejmujący proces zgrzewana elementów na zgrzewarce posiadającej:

   wiele zespołów elektrod zgrzewających, przy czym każdy zespół elektrody wyposażony jest w tranzystor IGBT (6) oraz czujnik do pomiaru prądu (5);

   układ sterowania wyposażony w mikroprocesor wykonujący program zapisany w pamięci, przy czym program zawiera instrukcje procesu zgrzewania wraz z zadanymi parametrami;

   płyty zasilająco-dociskowe (1, 2), pomiędzy którymi znajdują się zgrzewane elementy (3.1, 3.2) w celu doprowadzenia zasilania prądowego oraz dociśnięcia zgrzewanych elementów do siebie, przy czym każdy zespół elektrody zgrzewającej osadzony jest na wspólnej płycie zasilająco-dociskowej (1), znamienny tym, że układ sterowania skonfigurowany jest w ten sposób, że:

   uruchamia zasilanie celem doprowadzenia prądu do płyt zasilająco-dociskowych (1, 2);

   po pojawieniu się napięcia zasilania na płytach (1, 2) włącza kolejno wszystkie tranzystory IGBT (6) z częstotliwością z zakresu 50 do 1000 Hz, przy czym czas jednego cyklu włączenia to 1-20 ms;

   monitoruje parametry prądowe procesu poprzez porównanie wartości zadanych z wartościami zmierzonymi;

   przy czym w przypadku wykrycia niezgodność pomiędzy wartościami prądu zmierzonymi przez czujnik (5) a wartościami zadanymi, mikroprocesor koryguje parametry prądowe procesu zgrzewania do wartości zadanych.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że mierzone wartości prądowe to natężenia prądu oraz dynamika narostu prądu.
8. 8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że mierzy się poprzez czujnik odległości (8) odległość pomiędzy płytami zasilająco-dociskowymi (1,2) w celu kontroli siły docisku zgrzewanych elementów (3.1, 3.2), przy czym w przypadku niezgodności parametrów zmierzonych z zadanymi, mikroprocesor koryguje siłę docisku.
9. 9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że po zakończonym procesie zgrzewania w celu oceny prawidłowości wykonanych zgrzein, przepuszcza się przez zgrzane elementy serię ultradźwięków o szerokim paśmie częstotliwości w celu analizy widma częstotliwości rezonansowych, przy czym ultradźwięki emitowane są przez emiter (9.1) w kierunku odbiornika ultradźwięków (9.2).