PL236984B1

PL236984B1 - Method for controlling press welding machine for resistance welding

Info

Publication number: PL236984B1
Application number: PL425968A
Authority: PL
Inventors: Zygmunt Mikno; Michał Niemiec
Original assignee: Inst Spawalnictwa; Niemiec Michal
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2021-03-08
Also published as: PL425968A1

Abstract

Sposób sterowania zgrzewarką do zgrzewania rezystancyjnego z serwomechanicznym dociskiem elektrod z zadaną wartością siły docisku elektrod do sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, w którym do wykonania zadanej siły docisku elektrod ma środki sterujące do realizacji parametrów procesu zgrzewania oraz korekty wartości prędkości silnika serwo, a na podstawie sygnału z pętli sprzężenia zwrotnego, przetworzonego przez układ sterowania (USSS-SZ) w sprzężeniu zwrotnym oraz falownik (FSS) silnika serwo (SS), steruje się prędkością przekładni liniowej silnika serwo (SS) aż do ustalenia zerowej wartości uchybu dla wartości zadanej siły docisku. Odpowiadające zerowej wartości uchybu parametry zgrzewania uzyskuje się w czasie nie dłuższym niż 40 ms, natomiast transmisja parametrów mierzonych odbywa się za pomocą sygnałów dwustanowych.A method of controlling a welding machine for resistance welding with servo-mechanical pressure of electrodes with a set value of the pressure force of the electrodes for feedback control, in which the set pressure force of the electrodes has control means for implementing the welding process parameters and correcting the speed value of the servo motor, and based on the signal from feedback loop, processed by the control system (USSS-SZ) in the feedback and the inverter (FSS) of the servo motor (SS), the speed of the linear gear of the servo motor (SS) is controlled until the zero error value for the set pressure force value is established. The welding parameters corresponding to the zero error value are obtained in no longer than 40 ms, while the transmission of the measured parameters takes place using binary signals.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania zgrzewarką do zgrzewania rezystancyjnego, zwłaszcza punktowego z serwomechanicznym dociskiem elektrod.The subject of the invention is a method of controlling a resistance welding machine, especially a spot welding machine with a servo clamping of electrodes.

Znany jest z opisu patentu EP1428608 B1 sposób sterowania siłą docisku narzędzia do zgrzewania, np. zgrzewarki kleszczowej, którego napęd elektryczny, względnie elektromotoryczny, służy do przemieszczenia elektrody roboczej w kierunku do obrabianego przedmiotu oraz wywierania odpowiedniej siły docisku, przy czym przez określony prąd roboczy napędu elektrycznego (silnika) jest zadawany określony moment obrotowy. W odmianie tego sposobu jednorazowo określa się pożądaną siłę docisku elektrody roboczej, a następnie za pomocą odpowiednich środków wyznacza wymagany prąd roboczy (zadany) napędu elektrycznego. Sterowanie siłą odbywa się przez utrzymywanie stałej prędkości ruchu i wyznaczanie potrzebnej do tego zmiany prądu silnika, przy czym proporcjonalnie do zmiany prądu posuwu zmieniany jest również prąd roboczy. W systemie automatycznie kompensowane są uwarunkowane przykładowo tarciem opory ruchu przez zwiększenie momentu napędowego tak, że zawsze pozostaje stała pożądana efektywna wartość zadanej siły docisku.There is known from the patent description EP1428608 B1 a method of controlling the clamping force of a welding tool, e.g. a forceps welder, the electric or electromotive drive of which is used to move the working electrode towards the workpiece and to exert a suitable clamping force, by a specific operating current of the drive electric (motor) a certain torque is given. In a variant of this method, the desired pressure force of the working electrode is determined once, and then, by appropriate means, the required working (set) current of the electric drive is determined. The force is controlled by maintaining a constant speed of movement and determining the necessary change in the motor current, while the operating current is also changed proportionally to the change in the feed current. The system automatically compensates for the resistance to movement caused by, for example, friction, by increasing the drive torque, so that the desired effective value of the set contact pressure always remains constant.

Znany jest również z opisu patentu EP1745881 (B1), sterowany serwonapęd do zgrzewarki punktowej kleszczowej, którego sekcja sterowania kontroluje siłę docisku elektrod, i jest wyposażona w środki do obliczania wartości różnicy (Fc-F) między równoważną, uzyskaną obliczeniowo przez szacowanie lub symulację, wartością siły docisku F i wymaganą zadaną wartością siły docisku Fc do sterowania sprzężeniem zwrotnym. W odniesieniu do zmian wartości różnicy (Fc-F) siły docisku ma środki sterujące do wydawania polecenia korekty obliczonej lub zapewnionej w oparciu o położenie elektrod lub prędkość serwomechanizmu, a także środki sterujące wyprzedzające z możliwością polecenia korekty. Przy zrównaniu obliczeniowej wartości siły docisku F i zadanej wartości siły docisku Fc uruchamiane są środki przełączeniowe.Also known from the patent description EP1745881 (B1), a controlled servo drive for a pinch spot welder, the control section of which controls the contact force of the electrodes, and is provided with means for calculating the value of the difference (Fc-F) between the equivalent, obtained computationally by estimating or simulating, the clamping force F and the desired clamping force setpoint Fc for feedback control. With respect to the variation of the contact force difference value (Fc-F), it has control means for issuing a correction command calculated or provided based on the electrode position or servo speed, and feedforward control means with the possibility of a correction command. The switching means are actuated when the design value of the contact force F and the set value of the contact force Fc are equal.

Urządzenie do zgrzewania punktowego znane jest z opisu patentu US7868266 B1, z pierwszeństwem ze zgłoszenia JP20070157984 z 14.06.2007 r. Urządzenie jest wyposażone w sterownik, którego układ sterujący zawiera sekcję sterowania ruchem pary elektrod, zgodnie z wartością zadaną prędkości, powiązaną z wartością docelową siły nacisku elektrod. Ponadto ma sekcję regulacji tej wartości zadanej, która posiada moduł pozyskiwania danych siły docisku Fd oraz sekcję obliczeniową do określania odpowiedniej wartości zadanej prędkości na podstawie danych przejściowych siły docisku. Korektę wartości zadanej prędkości określa się automatycznie. W jednym z wariantów rozwiązania urządzenie zawiera czujnik siły docisku mierzący faktyczną siłę wywieraną przez parę elektrod. W tym przypadku, moduł pozyskiwania danych siły docisku lub sekcja regulacji wartości zadanej może otrzymać dane rzeczywistej siły docisku zmierzone przez czujnik, jako dane siły docisku Fd.A spot welding device is known from US7868266 B1, with preference from JP20070157984 of June 14, 2007. The device has a controller, the control system of which includes a section for controlling the movement of the electrode pair according to a speed setpoint associated with a target force value. pressure of the electrodes. In addition, it has a setpoint adjusting section that has a contact force data acquisition module Fd and a computing section for determining a suitable velocity reference value from the contact force transient data. The speed reference correction is determined automatically. In one embodiment, the device comprises a clamping force sensor that measures the actual force exerted by a pair of electrodes. In this case, the contact force data acquisition module or set point adjusting section may obtain the actual contact force data measured by the sensor as the contact force data Fd.

Sposób sterowania zgrzewarką do zgrzewania rezystancyjnego z serwomechanicznym dociskiem elektrod oraz z zadaną wartością siły docisku elektrod do sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, a do wykonania tej zadanej siły docisku elektrod ma środki sterujące do realizacji parametrów procesu zgrzewania oraz korekty wartości prędkości silnika serwo, charakteryzuje się tym, że na podstawie sygnału z pętli sprzężenia zwrotnego, przetworzonego przez układ sterowania w sprzężeniu zwrotnym oraz falownik silnika serwo, steruje się prędkością obrotową silnika serwo aż do ustalenia zerowej wartości uchybu dla wartości zadanej siły docisku, a odpowiadające zerowej wartości uchybu parametry procesowe zgrzewania uzyskuje się w czasie nie dłuższym niż 40 ms.The method of controlling the resistance welding machine with servo electrode clamp and with a preset electrode clamping force value for feedback control, and to perform this preset electrode clamping force, it has control means for implementing the welding process parameters and correcting the servo motor speed value, is characterized by: that, on the basis of the feedback loop signal processed by the feedback control system and the servo motor inverter, the servo motor rotational speed is controlled until the zero error value for the set pressure force value is set, and the welding process parameters corresponding to the zero error value are obtained in time not longer than 40 ms.

Parametry mierzone przesyła się sygnałami dwustanowymi.Measured parameters are sent with binary signals.

Stosuje się czujnik siły docisku umieszczony w osi działania śruby przekładni liniowej silnika serwo, który mierzy w czasie rzeczywistym siłę docisku elektrod.A clamping force sensor is used, located in the axis of operation of the screw of a linear servo motor, which measures the clamping force of the electrodes in real time.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia dostosowanie wartości siły docisku w trakcie procesu do aktualnie wymaganej w czasie nie dłuższym niż 40 ms oraz stabilne jej utrzymywanie. Ponadto sposób sterowania zgrzewarką eliminuje wpływ zmiany temperatury na rzeczywistą siłę docisku.The solution according to the invention makes it possible to adjust the pressure force during the process to the currently required value in the time not exceeding 40 ms and to maintain it in a stable manner. In addition, the method of controlling the welding machine eliminates the influence of temperature changes on the actual pressing force.

Sposób sterowania zgrzewarką objaśniono na przykładzie rozwiązania pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia, fig. 2 przedstawia schemat blokowy połączenia silnika serwo z przekładnią liniową.The method of controlling the welding machine is explained on the example of the solution shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of the device, Fig. 2 shows a block diagram of a servo motor connection with a linear gear.

Zgrzewarka do zgrzewania rezystancyjnego wyposażona jest w silnik serwomechaniczny SS (dalej serwo), a sterowanie przebiegiem procesu zgrzewania prowadzi się za pośrednictwem urządzenia komputerowego PC lub panelu sterującego PS z którego przesyłane są parametry zadane cyklu zgrzewania do układu sterowania USSS silnikiem serwo SS. Panel sterujący PS steruje falownikiem FSS silnika serwo SS, a także wysyła sygnał startu do układu sterowania USPZ prądem zgrzewania, któryThe resistance welding machine is equipped with an SS servo motor (hereinafter servo), and the welding process is controlled by means of a PC computer device or a PS control panel from which the parameters set for the welding cycle are sent to the USSS control system of the SS servo motor. The PS control panel controls the FSS inverter of the SS servo motor, and also sends a start signal to the USPZ control system with the welding current, which

PL 236 984 B1 steruje prądem zgrzewania za pośrednictwem transformatora zgrzewarki TZ. Sygnał startu zgrzewania SZ doprowadzony jest z panelu sterującego PS do układu sterowania USSS silnikiem serwo SS, i w takim przypadku realizowana jest praca w trybie automatycznym. Natomiast praca w trybie ręcznym realizowana jest również z panelu sterującego PS, jednak sterowanie silnikiem serwo SS odbywa się bezpośrednio przez falownik FSS z pominięciem układu USSS za pomocą sygnału trybu ręcznego do przełącznika PTP. W zgrzewarce falownik FSS pełni rolę układu sterowania pracą silnika serwo SS i wysyła określone sygnały sterujące.The control of the fusion current via the transformer of the TZ fusion machine. The welding start signal SZ is supplied from the control panel PS to the control system USSS of the servo motor SS, and in this case the operation in automatic mode is performed. On the other hand, operation in manual mode is also carried out from the PS control panel, however, the SS servo motor is controlled directly by the FSS inverter, bypassing the USSS system using the manual mode signal to the PTP switch. In the welding machine, the FSS inverter acts as an SS servo motor control system and sends specific control signals.

Z urządzenia komputerowego PC lub panelu sterującego PS wysyłane są parametry zadane cyklu zgrzewania do układu sterowania USSS silnikiem serwo SS. Zwrotnie do urządzenia komputerowego PC przesyłane są dane dotyczące stanu pracy silnika serwo, tj. przemieszczenie, prąd silnika serwo, uchyb UWZ-R, jako różnica pomiędzy wartością zadaną a rzeczywistą siły docisku elektrod oraz parametry procesu zgrzewania tj. prąd i napięcie zgrzewania.From the PC computer device or the PS control panel, the set parameters of the welding cycle are sent to the USSS control system of the SS servo motor. Data on the servo motor operating status, i.e. displacement, servo motor current, UWZ-R error, as the difference between the set value and the actual electrode clamping force, as well as welding process parameters, i.e. welding current and voltage, are sent back to the PC device.

Układ sterowania USSS zawiera blok zabezpieczeń programowych BZP nadzorujący między innymi maksymalny prąd silnika serwo, maksymalną prędkość silnika, graniczną pozycję dolnej śruby silnika - determinującą położenie elektrody ERZ. Ponadto układ sterowania USSS zawiera blok parametrów cyklu zgrzewania BPCZ tj. zero geometryczne ZG, pozycja otwarcia elektrod OE, pozycja zamknięcia elektrod ZE, parametry docisku elektrod PDE. Wyposażenie zgrzewarki w czujnik CSD siły docisku elektrod, determinuje również zero geometryczne ZG elektrod, odpowiadające ich położeniu dla zerowej wartości siły docisku elektrod, co z kolei ustala wartości otwarcia OE i zamknięcia ZE elektrod w odniesieniu do zera geometrycznego ZG.The USSS control system includes the BZP software protection block supervising, among other things, the maximum servo motor current, the maximum motor speed, the limit position of the lower motor screw - determining the position of the EWC electrode. In addition, the USSS control system includes a parameter block of the BPCZ welding cycle, i.e. geometric zero ZG, opening position of the OE electrodes, closing position of the ZE electrodes, parameters of the PDE electrode clamping. Equipping the welding machine with a CSD sensor of the electrode clamping force also determines the geometric zero ZG of the electrodes, corresponding to their position for the zero value of the electrode clamping force, which in turn determines the values of opening OE and closing ZE of the electrodes in relation to the geometric zero ZG.

Układ sterowania USSS połączony jest dwukierunkowo z układem sterowania prądem zgrzewania i dociskiem elektrod USPZiDE a sterowanie prądem zgrzewania odbywa się za pośrednictwem układu sterowania prądem zgrzewania USPZ i dalej transformatora zgrzewarki TZ. Wielkość siły docisku zależy od prądu silnika serwo SS.The USSS control system is bidirectionally connected with the welding current control system and the USPZiDE electrode clamp, and the welding current is controlled by the USPZ welding current control system and then the TZ welding transformer. The amount of contact force depends on the current of the SS servo motor.

Sterowanie ruchem elektrod ERZ zgrzewarki odbywa się w wyniku sterowania prędkością przemieszczenia elektrod ERZ za pomocą silnika serwo SS, który jest połączony z przekładnią liniową PL (silnikiem liniowym), której śruba SSL połączona jest osiowo z czujnikiem CSD siły docisku.The movement of the electrodes of the welding machine ERZ is controlled by the speed of displacement of the electrodes of the ERZ by means of an SS servo motor, which is connected to the linear gear PL (linear motor), the SSL screw of which is axially connected with the CSD sensor of the clamping force.

Zadana wartość siły docisku uzyskiwana jest w wyniku sterowania przemieszczeniem elektrody sygnałem będącym różnicą wartości siły zadanej i rzeczywistej docisku.The set value of the clamping force is obtained by controlling the electrode displacement with a signal being the difference between the value of the set force and the actual pressure.

Sterowanie dociskiem elektrod realizowane jest w układzie sterowania silnikiem serwo w sprzężeniu zwrotnym USSS-SZ, będącego częścią składową układu sterowania prądem zgrzewania i docisku elektrod USPZiDE, za pośrednictwem falownika FSS, który steruje bezpośrednio pracą silnika serwo SS.Control of the electrode clamp is carried out in the servo motor control system in the USSS-SZ feedback loop, which is a component of the welding current control system and the USPZiDE electrode clamping system, via the FSS inverter, which directly controls the operation of the SS servo motor.

Sterowanie silnika serwo SS i uzyskanie zadanej wartości siły docisku, odbywa się w sprzężeniu zwrotnym od czujnika CSD siły docisku, zamontowanego w osi przemieszczania elektrody ERZ ruchomej zgrzewarki. Sygnałem sprzężenia zwrotnego, tj. aktualną wartością siły docisku mierzoną za pomocą czujnika CSD siły docisku, sterowana jest w czasie prędkość przekładni liniowej silnika serwo SS, czyli sterowane jest przemieszczenie elektrod.The control of the SS servo motor and obtaining the set value of the clamping force takes place in the feedback from the CSD sensor of the clamping force, mounted in the axis of displacement of the ERZ electrode of the moving welding machine. With the feedback signal, i.e. the current value of the clamping force measured by the CSD clamping force sensor, the speed of the linear gear of the SS servo motor is controlled in time, i.e. the displacement of the electrodes is controlled.

Sygnał z czujnika CSD siły docisku doprowadzany jest zwrotnie do układu sterowania USSS-SZ silnikiem serwo w sprzężeniu zwrotnym. W przypadku gdy przy porównaniu wartości zadanej z rzeczywistą wartością siły docisku elektrod stwierdzi się uchyb, to ustalony w układzie sterowania silnikiem serwo USSS-SZ sygnał uchybu UWZ-R wysyłany jest do falownika FSS silnika serwo SS, i na tej podstawie wypracowywana zostaje nowa wartość sterowania dla silnika serwo SS, co przekłada się na korekcyjną wartość wysterowania siły docisku przez silnik. W momencie osiągnięcia wartości zadanej siły docisku w czasie poniżej 40 ms, czyli dla zerowej wartości uchybu UWZ-R, wyłączane jest dalsze sterowanie prędkości, a zadaną wartość siły docisku lub inny równoważny parametr utrzymuje się przez okres wynikający z warunków procesowych zgrzewania.The signal from the CSD pressure sensor is fed back to the USSS-SZ servo motor control system in a feedback loop. If, when comparing the set value with the actual value of the electrode clamping force, an error is found, the error signal UWZ-R determined in the servo motor control system USSS-SZ is sent to the FSS servo SS inverter, and on this basis a new control value is generated. for an SS servo motor, which translates into a corrective value of the contact pressure control by the motor. When the set pressure force value is reached in the time below 40 ms, i.e. for a zero value of the UWZ-R error, further speed control is turned off, and the set pressure force value or another equivalent parameter is maintained for the period resulting from the welding process conditions.

Przesyłanie parametrów mierzonych z układów pomiarowych odbywa się w trybie sygnałów dwustanowych (linie drobnokropkowane na fig. 1), co zapewnia odpowiednią szybkość transmisji oraz stałe mierzalne opóźnienie, gwarantujące powtarzalność. Transmisja za pomocą sieci jest wolniejsza ze względu na wymogi protokołów komunikacyjnych (ramka wiadomości) oraz niemożliwe do przewidzenia zmienne w czasie i zależne od obciążenia sieci opóźnienia w transmisji.The parameters measured from the measurement systems are transmitted in the binary signal mode (fine dotted lines in Fig. 1), which ensures an appropriate transmission speed and a constant measurable delay, guaranteeing repeatability. Transmission over the network is slower due to the requirements of communication protocols (message frame) and unpredictable time-varying and network load-dependent transmission delays.

PL 236 984 B1PL 236 984 B1

Lista skrótów i oznaczeń: List of abbreviations and markings: PC PC — - urządzenie komputerowe computer device CSD CSD — - czujnik siły docisku pressure sensor USSS USSS — - układ sterowania silnikiem serwo servo motor control system UWZ-R UWZ-R — - uchyb offense FSS FSS — - falownik systemu serwo servo system inverter SZ SZ — - start zgrzewania start of welding PS PS — - panel sterujący Control Panel PTP PTP — - przełącznik trybu pracy mode switch BZP BZP — - blok zabezpieczeń programowych software security block BPCZ BPCZ — - blok parametrów cyklu zgrzewania welding cycle parameters block ZG Z G — - zero geometryczne geometric zero OE OE — - pozycja otwarcia elektrod electrode opening position ZE THAT — - pozycja zamknięcia elektrod electrode closed position PDE PDE — - parametry docisku elektrod electrode clamping parameters USPZiDE USPZiDE — - układ sterowania prądem zgrzewania i docisku elektrod welding current and electrode clamping control system USPZ USPZ — - układu sterowania prądem zgrzewania welding current control system TZ TZ — - transformator zgrzewarki welding machine transformer USSS-SZ USSS-SZ — - układ sterowania silnikiem serwo w sprzężeniu zwrotnym feedback servo motor control system SS SS — - silnik serwo servo motor PL PL — - przekładnia liniowa (silnik liniowy) linear gear (linear motor) ERZ EWC — - elektroda ruchoma zgrzewarki moving electrode of the welding machine SSL SSL — - śruba silnika liniowego linear motor screw

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

Patent claims

The method of controlling the welding machine for resistance welding with servo-mechanical electrode clamp and with a preset electrode clamping force value for feedback control, and to perform this preset electrode clamping force, it has control means to implement the welding process parameters and to correct the servo motor speed value, characterized by that on the basis of the feedback loop signal processed by the USSS-SZ control system in the feedback loop and the FSS inverter of the SS servo motor, the speed of the linear gear PL of the SS servo motor is controlled until the error value UWZ-R is set to zero for the set value of the clamping force , and the welding parameters corresponding to the zero value of the error UWZ-R are obtained in the time not longer than 40 ms.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the measured parameters are sent by digital signals.

3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the CSD sensor of the clamping force is arranged in the axis of the screw operation SSL of the linear gear PL of the SS servo motor, which measures the clamping force of the electrodes of the EWC in real time.