TW199872B - - Google Patents

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199872 A 6 Η 6 經濟部中央櫺準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（） 本薛明^持術背暑 發明領域 本發明大致係有關一種高頻焊接条統。尤其，本發明 係有關可對例如藉由在欲形成諸如管體等圓筒形之材料的 兩相對側邊之間焊接以提供封閉作用之一種製造過程加以 控制的一種先進的高頻縫焊条統。 習知持術介紹 習知技術己有一些管體及其他管件之製造条統，其中 傜在管狀成形階段將工作件自一捲金屬片饋送出去，而使 金靥Η之相對側邊相鄰。接著在一接合工作點處施加一股 擾動壓力，以將工作件之二側邊抵接在一起；然後在一値 焊接工作點處供應一股高頻電力給工作件，而將該二相對 側邊表面焊接起來。傳统作法會依製程中由感測器監測到 之各種狀況，控制供予工作件之高頻電力，而調整在接合 點處及其附近産生之焊接熱量的強度。但事實上，要監測 會在此一製程中影饗焊接熱量之眾多狀況的每一個，是很 困難的。 第7圖繪示供一焊接条統用之一種電磁感應型傳導部 分，第8圖繪示用以形成圓筒狀構件之傳統縫焊糸統所用 之接觸型傳導部分。依據該二圖式，供形成管體之材料1 接受一道多階段之處理程序，以使材料1捲起。當材料1 首度捲起接近於圓筒形時，因為材料1偽沿第7與8圖之 箭頭Α之方向捲起，是以沿被捲起之材料]之一側會形成 一値V形間隙或縫2。此V形間隙俗稱V形喉部。依據第 本紙張尺度遑用中家榣準(CNS) T4規格(210x297公*) 81. 7. 20,0〇〇张（II) 199872 Λ 6 Β 6 經濟部屮央楳準局Εζ工消费合作社印製 五、發明説明（） 7圖之電磁感應方法，加熱線圈3a透過一艏電力電路而由 一値高頻電源予以供.電。工作件或材料1在焊接工作點la 焊接時所受之焊接熱量，係由供予加熱線圈3a之電力高低 決定。而依據第8圖之接觸型糸統，高頻電流I乃自電源 或分別透過電極4a與4b連接於V形間隙2之二相對側邊2a 與2b的工作線圈3供應出來。 在上述任一種步驟簧施之後，管材1接著被放置於擠 壓滾子5a與5b之間，由該二滾子循第7或8圖所示箭頭B 與C之方向施以一股擾動壓力，以使相對側邊2a與2b接合 而連缅地形成一條焊接線缝10。 第1 4圖繪示欲藉焊接方式加以接合之一道接缝之端部 2a與2b的剖視圖。該接縫之被加熱部位在圖中傜以陰影線 表示。參照第14(A)圖，欲被接合之接縫10之各側邊2a、 2b之平坦端被加熱。依據此配置，其中焊接電流係施於接 縫10之該等側邊上，故在接縫10相對端部10a、10b間有顯 箸之近接效應。第14(B)圖係為接縫10之端部l〇a與l〇b之 一厚度部分的放大顯示圖；由圖可見，依據此效應，電流 I在端部10a與10b角落部分較強，是以在欲接合之各端部 之各角落處之加熱作用較強。因此，如第14 (C)圖所見， 當擠壓滾子5a與5b施壓接合接缝10之端部l〇a與l〇b時，端 部中央部位即較角落部位受較少加熱作用.如此可能導致 受加熱之金屬在諸端部10a與10b受壓接合時濺落，且更將 導致“針孔”沿接縫形成，而降低焊縫之品質。 為解決上述問題，日本專利申請案第2- 1 39244號即掲 (請先閲讀背而之注意事項#蜞寫紅. 裝. 訂_ 線< 本紙張尺度遑用中明國家榣準(CNS〉Τ4規格（210X297公一 4 81. 7. 20,000張（Η) 199872 Λ 6 It 6 經濟部中央楳準扃只工消费合作社印製 五、發明説明（） 露如第9圖所示者之一種傳統焊縫糸統的變換型態。依據 該種配置，在接縫10接受該裝置之焊缝部分6處理之前， 先在預熱部分7加以預先加熱。此預熱部分包括一個導引 裝置與供應中、低頻電流給接縫10之第二電源9。該導引 裝置偽配於材料1之内與外表面之間，俾供應相當低頻率 之熱量予接縫10之端部l〇a與10b的一値心部或中央部位， 而得以在欲形成接縫10之焊接階段完成大致均勻地對端部 10 a、10 b之心部與角落部分加熱之目的。 依據上述配置，由於裝置上較為複雜，故成本相對提 高，且随箸施加高與低頻電流進行加熱之需要，乃須有高 輸出的電源。但此種高輸出電源是很容易在高頻率時發生 電流變動狀況。 第19圖繪出供此等傳統焊接糸統用之一種感應加熱電 路。此電路包括一値熱陰極電子管40、及其所需之一値振 盪器電路50;而為使電子管40振盪，需要有直流電壓Edc 。一傾三相電壓e i經降壓變壓器TR 1引入，而被限制於閘 流體100之抵抗臨界值；閘流體1 00調節供至放大變壓器 TR2及接著供至三相整流器電路20之輸出，另設有一濾波 器30供平化電流之用。 第19圖更繪出電子管40所需之一個燈絲電路單相 電源電壓e 2經一値AVR (自動電壓調整器）供至燈絲電路7〇 。來自AVR之穩定輸出被供至燈絲變壓器TR3，而變壓器 TR3之輸出則供至電子管40之燈絲40a以對其加熱。g外， 與電子管40相聯者尚有柵極偏壓電路80、電容器Ctl、Ct2 本紙張尺度边用中國國家楳準(CNS)T4規格（210x297公;«：) - 5 81. 7. 20,0005k (Η) Λ 6 I) 6 199872 五、發明説明（） 、及回授電容器Cgl與Cg2。 上述型態之電路易發生漣波電流，而需設置濾波器。 然為有效平化此等漣波電流，則須加入一値大容量抗流線 圈與一値電容器；如此會使此電路之尺寸、重量與複雜度 增大。 再者，對於低頻漣波，則須有針對較高諧振頻率之濾 波器，致電路之尺寸與成本俱增。此外，設置來作電壓調 整之閘流體100的礬應太慢。以至於難以有效處理此等漣 波電流。 當以諸如上述者之電路作為感應式焊接之加熱電路時 ，例如，此電路内出現之漣波電流會在電子管40發射時産 生之高頻輸出電壓上造成波動，進而引起所作焊接工作之 不均勻。 為監測此等焊接条統 > 傳統上偽採用下列各種方法當 中之任一種·· 0)由条統操作者作目視監視、（2)量測焊接操 作過程發出之溫度、（3)以電子性方式檢測振盪頻率變動來 鑑別施加過度之加熱、⑷監測焊珠之形狀與突起。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 本转明槪沭 因此，本發明之主要目的便是要克服習知技術之諸項 缺點。 本發明之一特別目的是要提供能在抑制漣波電流之同 .時供應足夠加熱作用且焊接動作會連續受監測俥於焊接狀 況偏離最佳值時警告糸統操作員的一種焊接糸統。 此處所提供之焊接糸統偽包含有： 本紙張又；！1进用中《家楳率(CHS)甲4規格(210X297公*)— 6 1 81. 7. Λ 6 η 6 199872 五、發明説明（） (請先閲讀背而之注意事項再填寫太 ) 被饋送至一處焊接工作點而在該處讓其上所出現之V 形喉部被融合成焊縫的一個工作件； 一部配有CCD之攝影機，供連續掃描焊接動作並輸 出表示該動作之一第一信號； 遮罩裝置，介設於該攝影機與該焊接工作點之間，以 提供用以將一攝影機影像區分成多値區域之一視覺參考圖 樣； · 轉換裝置，供接收來自該攝影機之一輸出，並將該輸 出轉換成數位形式，再輸出表示該輸出之一第二信號； 用以依據該數位信號儲存數位式焊接影像資料之第一 記億體裝置； 用以儲存參考影像資料之第二記憶體裝置； 處理裝置，供存取該等第一與第二記憶體裝置、比較 該參考影像資料與該焊接影像資料、及産生代表該比較結 果之一第二信號； 經浒部屮央標準扃EX工消<ϊ·合作社印9i 監測裝置，供接收該第三信號並依據它來監視一脑焊 接狀況’該監測裝置依據該第三信號輸出依序被更新之影 像資料來顯示當時之焊接狀況，並在該焊接狀況超出該等 預定狀況時輸出表示包括上與下熱度值等不希望之焊接狀 況的一個警報信號； 接收該等依序被更新之影像資料的顯示裝置； 接收該窨報信號之警報裝置； 校正調整裝置，接收該第三信號並依該第三信號算出 該焊接条統輸出電力之調整程度，及輸出表示該調整程度 81. 7. 20,000ik(||) 本紙張尺度遑用中鼸《家《毕(CHS)T4規格(210x297公*)- 7 Λ 6 Π 6 199872 五、發明説明（） (請先間讀背而之注意事項#填寫表 ) 之一第四信號； 第二轉換裝置，接收並轉換該第四信號，以輸出對應 於該調整程度之一第五類比信號； 信號調節裝置，接收該第五信號並接收表示一種參考 電力準位之一屆第六信號，該信號調節裝置比較該等第五 與第六信號並輸出表示電力變動值之一第七信號； 電力輸出裝置，接收該第七信號並調整該焊接条統之 一加熟部分之電力準位； 一値傳導構件，位於正被焊接之管狀構件之V形喉部 内’供在該V形喉部處建立起足以對該管狀構件之一焊接 點加熱之一股感應電流，俥依據由該影像處理部分、該監 測部分與該電力控制部分執行之控制動作沿該管狀構件執 行一道接縫之連續焊接工作。 在圖式中： 第1圖偽本發明高頻焊接条統之影像監测與焊接配置 之槪圖； 經濟部屮央櫺準局β工消费合作社印製 第2圖係第1圖之該焊接配置由該影像監測部分予以 監測時所見之平面圖； 第3圖体為本發明之条統所用之焊接部分測量公式的 一値解說圖； _ 第4圖俗一個焊接處之型樣量測圖； 第5圖依顯不本發明条統之品質鑑別動作的一値解説 圖； 81. 7. 20,00〇ik(ll) 本紙張尺來逍用中國家«毕(CNS)甲4規格(210X297公*)_ 8 - 199872

级濟部中央楳準局貝工消費合作社印M Λ 6 Β 6 五、發明説明（） 第6圖係供解說本發明之一焊接祺式的平面圖；' 第7圖傜本發明之高頻焊接配置之一引導部分的立體 圖； 第8圖偽一種傳統焊縫配置之立體圖； 第9圖偽第8圖之完整傳統式焊接条統之擴大立體圖 ' 第10圖偽本發明焊接条統之一傳導部分的概圖；. 第11 (A)圖係第10圖所示之該高頻焊接傳導說分幺解 說用立體圖； 第11 (B)圖係本發明之一高頻焊接傳導部分之槪圖， 繪示焊接電流與感應電流間之關傜； 第12圖係依據本發明之一高頻焊接傳導部分之一種替 換結構的概圖； •第13 U)與13(B)圖偽顯示離子化氣流與感應電流間之 關傺的一個解説圖； 第14(A)、14(B)與14(C)圖傜解說一道高頻感應焊接 程序用之概圖； 第15圖傜具漣波電流抑制持性之一高頻電壓輸出電路 的槪圖； 第16圖傜顯示依據本發明抑制高速電壓不規則狀況的 圖表； . 第17圖偽供品質監測焊接與加熱處理所需溫度與燈絲 電壓之全部監測動作的圖表； 第1 8圖偽具漣波電流抑制特性之一高頻電壓輸出電路 _ 9 - 本紙張尺度逡用中國Η家標半（CNS)甲4規格（210χ2ίΠ公*) (請先閲讀背面之注意事項再填寫木页) 裝- 線. 199872 A 6 Η 6 五、發明説明（） 經濟部中央標準局C3C工消f合作社印製 之一種替換結構的概圖；以及 . ... 第19圖傜一種傳統式高頻電壓輸出電路的概圖。 較佯窨掄锎术 雖然以下將就供製造管狀構件之高頻焊摈單元來描述 本發明之焊接条統，但應知，本發明亦可應用於其他型態 之製造程序。 ； 大致上，一値焊接条統係包含三個組成.搏件，亦即一: 個製造監測部分、一値傳導或加熱部分、與一痼用身每應 ： ' 高頻電壓給該傳導部分之輸出部分。 第1圖繪示依據本發明搆成之一個製造監測部分，其 包括有一値影像處理單元。此影像處理單元監測一組焊接 配置210。第2圖繪示由影像處理單元之一部配有C C D 之攝影機55 (見第1圖）拍攝到之此焊接單元210的平面 圖。攝影機55主要傜監視箸工作件1之焊接點la。一値類 比/數位（A/D)轉換器65接收來自攝影機55之類比信 號S1，並將類比信號S1轉換成數位信號S2。一個影像記億 體77儲存經數位信號S2收到之影像資料，並輸出一個影像 信號S3。此處並包括有一個參考記億體85，其含有可用以 與存於影像記憶體77中之影像資料比較的影像型樣資訊（ 例如存於一値R ◦ Μ記億體中）。參考記億體85之影像資 料偽藉由被其輸出之一個信號S.4來傳送。一値C P U 95接 收影像信號S3及參考影像信號S4 >以執行影像資料之鑑別 處理工作，俾檢知當時之焊接狀況。此處，A / D轉換器 65、影像記億體77、參考記憶體85與C Ρ υ 95即共同形成 -10 - (請先閲讀背面之注意事項再埙寫木页) 裝. 訂- 線- MUfc尺度边用中國8]家標準（CNS)甲4規格（210x297公;《:) 199872 經濟部中央楳準局貝工消費合作社印製 Λ 6 Η 6 五、發明説明（） 本發明焊接条統之影像處理部分1〇1。 . .. 影像處理部分101自CPU95傳送一個分析倍號S5給 一値校正部分117。此校正部分117包含一個校正量計算電 路122、一個信號轉換電路130、與一個信號調節電路14〇 Ο 如上所述，校正部分117接收來自影像處理部分101之 一分析信號S5。另外，校正量計算電路接收一値焊接狀況 信號S9 ’以計算出校正量，而信號調節電路則接收一個焊 接狀況參考信號S0。焊接狀況信號可包含表示高頻電力準 位、高頻阻抗、焊接速度、材料（工作件）寬度、材料厚 度、材料電阻、V形喉部邊緣位置變動量、擠壓滾子旋轉 偏差量等等數值之參數，或可據以檢出焊接過程所存缺陷 之任何其他期望之處理資訊。參考信號S0偽代表一種最佳 的或標準的焊接狀況，供作為與焊接狀況信號S9進行比較 之根據。 信號轉換電路130將來自校正量計算電路122之信號S6 轉換成一個轉換信號S7 轉換信號S7偽被輸出到信號調節 電路140。信號調節電路140依據轉換信號S7輸出一画調節 信號S8給一値電力控制部分1 50。此電力控制部分1 50依據 來自信號調節電路140之調節信號S8調節送至傳導部分10 之電力。 . 而且，來自影像處理部分1 0 1之分析信號S5資料也被 輸入到一値推斷部分160。此推斷部分160依據分析信號S5 資料之内容，負責推斷或確定可能出現在焊接點1 a附近之 -11 - 本紙張尺度逍用中國《家螵华(CNS) Τ4規格（210x297公釐) (請先閲讀背面之注意帘項再填寫木页) 裝· 線· 199872 Λ 6 ΙΪ6 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（） 不希望的焊接狀況發生的原因。另外，配合此推斷部分 也設有一個焊接狀況監測部分170來監測焊接狀況。 參照第3圖，推斷部分接收來自影像處理部分101之 資料，以推斷焊接進行中之熔融金屬部分10的軸向長度、 輪廓長度、與傾斜狀況。監測部分17 0可依據推斷部分16 〇 之結果啓動一個審報電路180，針對推斷部分16〇所推出之 不希望的焊接狀況發出警告。自推斷部分輸出之資料更輸 出到一個顯示電路1 90，以形成大致相當於第3圖所示影像 之焊接點la的顯示型樣。 再者，當雜訊準位偏低時•則連小於100 wn之邊緣位 置變動也可檢知，因為推動部分160偽提供影像資料給相 當高解析度之示部分。 以下接著參照諸圖式來解説第1圖所示糸統之動作情 首先，攝影機55監測得到焊接點la附近之影像，如第 6圖所示。攝影機55之C C D所監測得之影像的各個像素 (η X m )排列在稱為影像之寛度X長度的X、Y軸上， 且各像素之亮度被檢出以提供一幅完整亮度分佈圖型。 攝影機55之掃描影像信號S1輸出到A / D轉換器65， 以轉換成數位信號。此A/ D轉換器輸出具有影像資料之 亮度分佈資料之一種數位信號S2、以及數位信號S2之像素 的X、Y座標。數位信號S2含有各像素之數位式亮度值（ 亦即0〜128) 然後，數位信號S2被存於影像記億體部分 77内。來自影像記憶體部分77之影像資料則接箸藉由一個 -12 - (請先閲讀背面之注意事項再艰寫木页) 本紙張尺度边用中國飇家標準（CNS)甲4規格（210x297公釐） 199872 Λ 6 Η 6 經濟部中央櫺準局员工消費合作社印製 五、發明説明（） 數位影像記億體信號S3而被輸入到C P U 95。 .' C P U 95更接收來自參考記億體85之參考影像資料， 並藉由透過一個參考影像資料信號S4比較來自影像記億體 77之亮度圖型與來自參考記億體85之亮度圖型而進行焊接 狀況是否適當的判定。為此，影像資料乃可被區分成多値 N 掃描區域。因此，C P U 95乃分析正進行中之焊接物的v 形喉部與接縫10之邊緣l〇a與10b，以判定焊接熱量是否過 大、不足或適當；且在CPU 95内産生一個分析信號S5 , 並輸出到校正部分117及推斷部分160。 參照第1圖，有一個遮罩21裝在C C I)攝影機55下方 。此遮罩21傜以透明材質製成，且具一値窗口 21a。此窗 口 2 1 a具有與攝影機55之C C D的諸掃描線對應之掃描標 準線 FI — F2、El - E2、VI- V2、V3 - V4、與 V5- V6。參照 第3圖，C C D俱可例如沿線E1 - E2之方向作横向掃描， 而依序向下朝線F1 - F2之方向進行掃描。 在第3圖中，有一個E區被界定於線El - E2與V3- V4 之間。線V3- V4與V5 - V6界定一値V區，而線V5 - V6與F1 -F2界定一個F區。線El - E2係正被焊接之材料1的擠壓 滾子側，而線F1 - F2係正被焊接之材料1的成形滾子或材 料供應側。另有一條線C1 - C2界定出大致與焊接完成後之 接縫10位置相當之一條想像中心線。 影像處理部分101接收來自攝影機之掃描影像資料， 並如上所述地加以處理，以産生分析信號S5。在C P U 95 輸出分析信號S5給推斷部分後，計算工作便以如下所述方 13 本紙張尺度逍用中國Η家標準（CNS) 4規格（210x297公龙) (請先閲讀背面之注意事項再堺寫木S) 裝· 線' Λ 6 Η 6 199872 五、發明説明（） 式進行。 (請先閲讀背面之注意事項#艰寫木页) (0區域（F+V + E)相當於發出高熱量之焊接點la附 近的點El、E2、F1與F2以内的區域。此區域之寬度、中心 、周邊及最高亮度，均依據自影像處理部分101收到之資 料來計算。 ⑵被界定在位於點FI、F2、V5與V6之間的F區域被區g 化，以相對於正被形成之管狀構件之軸線Cl - C2來鑑別線 Bl_ C1與B2- C1及其角度θ 1與Θ 2。焊接點la附近之高熱 部分的寬度A1 - A2亦被決定。 (3) 界定於點V3、V4、V5與V6間之V區域代表影像之重心 ，或高熱部分之中心區域被決定。 (4) 鑑定由點El、E2、V3與V4所界定而代表一個被焊接部 分的E區域。 經濟部中央楳準局貝工消费合作社印製 參照以上所述，⑴寬度、亮度、周邊等傜代表比例性 上升之輸入熱量溫度；⑵以V形喉部2之邊緣1 〇a與1 Ob斜 度為準之角度0 1與0 2，則代表工作件（材料1 )之平衡 狀況以及V形喉部2之入口角度是大或小；⑶對應於焊縫 10之直線的X軸位置代表縱向中心以及焊接紊亂狀況是大 或小；⑷接縫10之鑑定結果決定供加熱用之輸出頻率是杏 適當。 第5圖繪示監測部分17 0運作狀況之—種簡化實例， 其中所呈現的是對受監視之焊接動作之中心線或X軸移動 狀況之監測過程。圖中之虛線C0表示受監視參數之可容許 的變動。線C 1表示焊接動作中發生之實際變動。C 2表示下 14 本紙張尺度遑用中Η國家標準（CNS)甲4規格(210x297公*) 199872 Λ 6 Β6 五、發明説明（） 限監測之轚報信號，而C3表示上限監測之警報信號。線L'l 表示像素下亮度值，例如80.0;而L2表示像素上亮度值， 例如100.0。線L1與L1界定出一個下滯後區。依據本實施 例，線L3像為一橱上滞後區之下亮度值，表示例如350.0 的值；而線L4則為此上滯後區之上亮度值，表示400.0的 準位值。在線L1下方與在線L2上方之值即代表不希望的焊 接狀況。 更且*在時間t0與t3間的時間增量代表一個影像處理 周期Ts。由圖可見，當受監視重心在時間t2時到達監測下 限之際，推斷部分160便發送一痼下限警報信號給警報電 路180。類似地，當此重心在時間t5時到逹上滯後區之際 ，推斷部分160便發送一傾上限警報信號給警報電路180。 監測部分有一與顯示出諸如第4圖所示者之影像的顯示電 路190相聯結之顯示装置，影像會依序被更新來顯示目前 狀態或焊接狀況。依此，操作人員便可監看影像，來作焊 接狀況之評估決定。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背而之注意事項再蜞寫木页) 進一步言之，上與下滞後區之範圍可隨意或依試驗結 果等等來決定，或是也可以根本不設置滞後區。甚者，諸 滯後區可與一値警報或0N/0FF信號相聯結，以便提供不希 望之焊接狀況的警告。雖然*在依據上述實施例決定焊接 狀況是好或壞的方法中，俗監測工作件之X軸移動動作， 但Y軸位置、高熱部分總面積、高熱區域之軸向長度、高 熱區域之軸向寬度、周長、或是其他參數亦可用於依據本 發明實施的影像處理當中。 -15 - 本紙張尺度遑用中國B家標準(CNS)肀4規格(210x297公 199872 A 6 η 6 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（） 本發明能有效分析有熔融金屬部分發生於界定V形喉 部之諸邊緣附近的焊接狀況。詳言之，以C C D掃描所作 觀察僳將含有V形喉部之二邊緣發生合併之點的上游與下 游區域區分開來。C CD掃描線被用來將高溫部分區分成 許多掃描區。在對來自攝影機之影像的照明狀態作數位式 影像處理時，各像素具有一個被量測之亮度值。测得之亮 度值被數位化•然後轉換成單色影像，且此單色影像之持 徵數值被決定。於此狀況中，影像偽包含具有合併成單一 影像之分離倒邊緣的一値V形喉部、或焊缝。遮罩動作傜 從合併點之上游側完成，且影像之數位化也完成，而影像 更被區分成多®區域，另亦可決定V形喉部各邊緣之亮度 分佈。接箸決定各値影像之待擻數值，且進行計算以得到 E區域與F區域之平均值。對F區域之區域待徵數值執行 減法運算，所得餘數即代表界定V形喉部之諸邊緣的加熱 狀態之均衡值。 因此，校正部分122接收來自影像處理部分101之分析 信號S5、以及焊接狀況信號S9，以算出校正數值。然後， 校正數值信號S6被輸入到信號轉換電路130。接箸，轉換 信號S7被輸出到信號調節電路140。此信號諝節電路140便 比較轉換信號S7 (亦即一脑類比信號）之準位與電力設定 信號S0，而産生電力調節信號S_8 *以輸出到電力控制部分 150。此電力控制部分150則對工作線圈設定一個電力準位 ，俾調節焊接熱量。 此處由於可對影像之每一侧邊採用100個以上的像素 (請先閲讀背而之注意事項孙埸寫九 裝- 訂- 線- 本紙ft尺A遑用中家«毕(CHS)T4規格(210x297公*)_ lb _ 81. 7. 20,000ik (II) Λ 6 Π 6 199872 五、發明説明（） 先 閲 讀 背 而 之 注 意 事 項 再 填 % ，故乃可觀察到小至100卿之位置變動。為讓本条統有最 佳性能，應持別注意要把受監測區域遮蔽起來，以隔絶外 來光線。 更且，影像處理部分101偽採用參考記億體85作為分 析來自CCD攝影機55之影像資料用的標準，因此，依據 上述配置，即可完成高準確度之焊接熱量調節工作。除提 供參考記億值的方式以外，亦可採用一値線性化器。 因此，本發明之焊接糸統的製造監測部分可以適度監 測各種焊接狀況，諸如溫度、形狀、操作高度等等，以為 焊接動作建立起最佳狀況；且更可用連绩性方式為糸統操 作員提供視覺性訊息，並在受監測之焊接狀況超出預定範 圍時讓操作員聽到警報磬。 經濟部+央標準局貝工消费合作社印製 現在請參閲第10圖，接著將就本焊接条統之一傳導部 分10，來詳述依據本發明構成之高頻焊接条統的電氣持性 。於第10圖中偽繪示一値材料1，其偽為例如正被成形為 管體之一種金羼板材。材料1之相對縱向邊緣在此材料一 端處互相接觸，而形成一値圓筒狀構件。材料1 一端之二 側邊接觸的結果，乃形成一個具有第一側邊2a與第二侧邊 2b的V形喉部2。 由第11圈可見*有一道高頻焊接電流I被施加於V形 喉部2，以形成一個交變磁場？磁通量自此交變磁場跨越 到置於V形喉部έ内之一個楔形傳導部分1 〇上。如此造成 一股循環感應電流丨。當感應電流i靠近焊接電流I時， 感應電流即出現於傳導部分10之外绨l〇a與l〇b處，且鄰近 本紙張尺摩遑用+鷗國家猱準(CNS)T4規格(210x297公釐）· 17 - 81. 7. 20 000¾ (I!) 19987¾ Λ 6 Π 6 五、發明説明（） 之焊接電流I的分佈發生波動。在傳導部分10之相對邊緣 10a與10b及V形喉部2之邊緣2a與2b的中央區域處，電流 分佈偏高；而在此等相對邊緣l〇a、10b及2a、2b的角落區 域處，則偏低。沿V形喉部2之邊緣23與2b在材料1厚度 方向的電流分佈大致平均，而使此等邊緣2a與2b提供大致 相等之加熱恃性。因此，沿著V形喉部之遴緣2a與2b，即 建立起比較低頻率之加熱作用，這對焊接裝置而言是最佳 的0 由於傳導部分10偽以諸如銅等帶有例如較低電阻之金 靥製成，故乃避免掉傳導部分逐漸加熱之情形，且因而宜 於以冷卻裝置來防止由熔融等等因素引起之損壞。此冷卻 裝置可包含例如用以使冷媒循璟通過傳導部分10之裝置， 其包括與傳導部分10之内部相通之供應/排放管11。氣態 及液態冷卻裝置均可用作為此處之冷媒。再者*若欲防止 傳導部分10發生腐蝕，則應採用一種惰性還原氣髏供冷卻 之用。 經濟部十央榣準局β工消费合作社印製 第12圖繪示依據本發明構成之高頻焊接条統之傳導部 分的一種替換結構。依據此配置，供射出一股離子化氣體 之輸出噴嘴12被設置於V形喉部2内。為此，可運用一種 可燃氣體或電漿氣體。於焊接動'作進行中，離子化氣體自 噴嘴12射入V形喉部2，而造成與前述第-·個實施例大致 相同之結果。亦即，焊接電流I會造成交變磁場與磁通量 ，而如第13 U)與13 (B)圖所示地在焊接氣體内引發感應電 流i。準此，在V形喉部2之邊綠2a與2b處的離子化氣體 81. 7 . 20,000¾ (II) ih 先 閲 讀 背 而 之 注 意 事 項 jp h、 寫 本 頁 卜《•張尺度遑用中B困家《毕(CNS)T4規格(210X297公Λ>_ 18 199872 五、發明説明（） 與焊接電流I之間即産生一股羅侖茲力（Lorentz Force) ，而有效封閉邊緣2a與2b。 當以可燃氣體或電漿氣體作為離子化氣體時*氣體溫 度宜相當高，以增強V形喉部2邊緣2a與2b的加熱作用。 亦即，對於電漿氣體，宜有為燃燒溫度（ 2300K)數倍大 的溫度。再者關於電漿氣體，為免促進被焊接之金屬的氧 化現象，應採用惰性及/或還原性氣體。 因此，依據本發明，為可燃氣體或是還原性氣體的離 子化氣髏可根據本發明而被採用，且因而在高的氣體溫度 下，可對V形喉部2邊緣部分2a與2b達成最佳之封閉作用 0 為提供實施依據本發明構成之該焊接条統所需之合適 高頻電流，乃進一步提供一組高頻振盪器。第15圖即繪示 依據本發明構成之一種高頻振盪器的概圖。此處為求簡要 ，與先前針對第19圖所示之前述習知技術電路所作之描述 相當的部分，將略去而不再赘述。 經濟部屮央橾準局员工消费合作社印31 (請先閱讀背而之注意事項#瑱寫太) 此處所示之一個較高諧波頻率産生器電路111包括有 一個全波整流器電路110,用以與主電壓相連，且透過接 在整流器電路110—次側之一第一變壓器TR3而與電子管40 之燈絲40a相連。一値第二變壓器TR5接在全波整流器電路 110之二次側 > 以經由柵極電阻器Rg提供二次電壓給電子 管40所需之柵極偏壓電路80。g有一値dc濾波器120用來 隔除送往第二變壓器TR5之dc (直流）電壓成份。 以下接著參照第16與17圖來解說上述電路之機能。 本紙張疋本遑用中家«準(CNS)T4規格(210X297公«)- 19 - 81. 7. 20,000ifc (II) Λ 6 Β6 經濟部屮央標準局员工消费合作杜印製 五、發明説明（） 請先參閲第16圖，全波整流器電路110透過變壓器TR3 接收主電壓ei (第16圖上圖）。此主電壓在整流器電路110 内産生一個输出電壓efd (第16圖中圖）。第二變壓器TR5 透過dc濾波器120接收此電壓，其中之直流成份會被去 除，而専生具有較主電壓e,為高之諧波頻率的二次電壓eff (第16圖下圖）。 當二次電壓e〃經棚極偏壓電路80之柵極電阻Rg供至 燈絲40a時，若所供電壓發生大波動，柵極偏壓電壓便在 負側振盪，並重叠於所供電壓上，以抑制該波動。 當電子管被交流電流加熱之作用發生時，平均而言， 達到某一特定熱度值所需之燈絲充電時間可定為（j/sec = W)。理論上，偽有依據下列方程式産生之熱能Q被供至燈 絲： Q = Q1 a 〇 〇 + Vf sin(o>t-^) dt - ω rad είηΐω t-φ ) dw (1) 其中： Wf =每單位時間之熱量（焦耳/秒） Q""=所需熱量 必=相移 藉此，即可逹到1 900 K之燈絲溫度。 若充電熱量為R i f 2 ( R =燈絲電阻，i f =燈絲電流），加 (請先閲讀背而之注意事項#填寫4. 裝- '訂. 線· 本紙張尺Λ遑用中Β β家樣準(CNS)T4規格(210X297公*) 81. 7. 20,000^ (||) -20 - 19981? 2 五、發明説明（） (請先閲讀背而之注意事項#填寫氣) 於燈絲單相電壓ef上，則燈絲溫度T之頻率即加倍。 因此，參照第17圖，燈絲溫度基於該單相交流電流之 高頻輸出電壓脈動而生之波動，便可減至最少，此乃傜由 於該電壓e 〃會與基於一種對消性或補償性高頻輸出電壓 脈動作用的該偏壓電壓相重叠之故。而且，在直流電源電 路之整流器内由於在諧波脈動作用下之高頻輸出電壓而生 之漣波，亦可減至最小。再者，對於變壓器TR5之電壓* 則可加入一個可變電位電阻器或類似元件•來調整柵極電 阻。 以下接著參照第1δ圖描述依據本發明構成之一高頻振 盪器的替換性結構。其中與前述振盪器電路之元件相當之 各元件將不再予以赘述。 由第18圖可見，設置有為燈絲40a供應主電壓的電 壓諏節器130。此電壓調節器130之二次側接於一艏全波整 流器110。其中之柵極電阻Rg俗由柵極電阻器Rgl、Rg2提 供。棚極電阻器Rb由該單相全波整流器Π0在其兩端供以 一道電流«< ’。 經濟部屮央標準局员工消f合作社印製 依據此配置•由於柵極偏壓電壓會調整供應電壓至燈 絲40a的加倍頻率，故輸出電内的高頻波動現象即可有 效減少。 以上雖已利用本發明之幾個較佳實施例來描述本發明 之内容•以促使吾人對本發明有更佳之瞭解，但應知，本 發明亦可在不偏離其主旨之情形下，以多種其他方式來實 施。因此當知，本發明之範圍應涵蓋，可在不偏離後附申 本紙張尺度遍用中家樣率(CHS)甲4規格(210 X 297公一 81. 7. 20(000i|t (II) 199872 Λ 6η 6 五、發明説明（） 請專利範圍所描述之本發明主旨之情形下實施的所有可行 實施例、以及對已述實施例所作之所有可行之修改與變化 (請先閲讀背而之注意事項#填寫太 裝· 訂· 經濟部+央榣準局员工消费合作社印製 本《張尺度遑用中國國家《毕(CNS) T 4規格(210X297公*) -22 81. 7. 20,000^(11)

Claims (1)

1. A7 B7 C7 £7_ 六、申請專利範園 1. 一種焊接糸統，包含有： 被饋送至一處焊接工作點而在該處讓其上所出現 之一個V形喉部被融合成焊縫的一値工作件； 一部配有C CD之攝影機，供連缠掃描一値焊接 動作並輸出表示該動作之一第一信號； 遮罩裝置，介設於該攝影機與該焊接工作點之間 *以提供用以將一攝影機影像區分成多値區域之一視 覺參考圖樣； 轉換装置，供接收來自該攝影機之一輸出，並將 該輸出轉換成數位形式，再輸出表示該輸出之一第二 信號； 用以依據該數位信號儲存數位式焊接影像資料之 第一記億體裝置； 用以儲存參考影像資料之第二記億髏裝置； 處理裝置|供存取該等第一與第二記憶體裝置、 比較該參考影像資料與該焊接影像資料、及産生代表 該比較結果之一第三信號； 經濟部屮央標準局貝工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填·"本頁) 監測裝置，供接收該第三信號並依據它來監視一 個焊接狀況，該監測裝置依據該第三信號輸出依序被 更新之影像資料來顯示當時之焊接狀況，並在該焊接 狀況超出該等預定狀況時輸出表示包括上與下熱度值 等不希望之焊接狀況的一個警報信號； 接收該等依序被更新之影像資料的顯示裝置； 接收該警報信號之警報裝置； -23 - 本纸張尺度適用中國B家櫺準(CNS)甲4規格(210x297公釐） A7 B7 C7 D7 經濟部屮央標準局A工消贽合作社印製 199872 六、申請專刊範® 校正調整裝置，接收該第三信號並依該第三信號 。算出該焊接条統輸出電力之調整程度，及輸出表示該 調整程度之一第四信號； 第二轉換裝置，接收並轉換該第四信號，以輸出 對應於該調整程度之一第五類比信號； 信號調節裝置，接收該第五信號並接收表示一種 參考電力準位之一個第六信號，該信號調節裝置比較 該等第五與第六信號並輸出表示電力變動值之一第七 信號； 電力輸出裝置，接收該第七信號並調整該焊接条 統之一加熱部分之電力準位； 一個傳導構件，位於正被焊接之一管狀構件之一 V形喉部内，供在該V形喉部處建立起足以對該管狀 構件之一焊接點加熱之一股感應電流，俾依據由該影 像處理部分、該監測部分與該電力控制部分所執行之 控制動作沿該管狀構件執行一道接缝之連續焊接工作 〇 2 ·丨农據申謓專利範圍第i項所述之焊接条統，其中該第 六信號之諸參數至少表示高頻電力準位、高頻阻抗、 焊接速度、材料寛度、材料厚度、材料電阻、V形喉 部邊緣位置變動量、及擠壓滾子旋轉偏差量等等數值 當中的一種。 3 .依據申請專利範圍第1項所述之焊接条統，其中各像 素之亮度被該攝影機檢出以提供該影像資料内之一幅

   (請先Μ讀背面之注意事Jfi再堪寫本頁) k· •打· A7 B7 C7 D7 199872 六、申請專利範® 完整亮度分佈圖型。 4.依據申請專利範圍第1項所述之焊接糸統，其中來自 該攝影機之該第一信號偽輸出到該轉換裝置，以轉換 成數位信號，該轉換裝置輸出包括有自該第一信號引 出之亮度分佈資料、及該影像資料之X、Y座標的該 第二信號。 5 ·依據申請專利範圍第4項所述之焊接糸統，其中該處 理裝置藉由比較來自該第一記億體裝置之亮度圖型與 來自該第二記億體裝置之亮度圖型而進行焊接狀況是 否適當的判定；該影像資料被區分成多個掃描區域， 且該處理装置分析正進行中之焊接物的V形喉部與其 二邊緣，並判定焊接熱量是否過大、不足或適當，且 輸出表示該判定結果之該第三信號到該校正部分及該 監測部分。 6 .依據申請專利範圍第1項所述之焊接糸統，其中該遮 罩偽以透明材質製成，且具有一膪窗口貫穿之；該窗 口具有標示於其上而與該攝影機之C C D的諸掃描線 對應之掃描線。 7.依據申請專利範圍第1項所述之焊接条統，其中該等 區域包含：在一焊接點上游之一第一區域，其中該V 形喉部之二邊緣尚呈分離狀，且該等邊緣之一加熱狀 況被判定；對應於該V形喉部之該等邊緣已合併之該 焊接點的一個第二區域，其中一値焊珠之狀況正被判 定；以及在其中一個己焊接部分之狀況被判定的該焊 -25 - 本纸張尺度適用中國國家«準(CNS) T4規格(210x297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 經濟部屮央標準局貝工消费合作社印製 199872 A7 B7 C7 D7_ 六'申請專利範園 接點下游之一個第三區域。 8.依據申請專利範圍第1項所述之焊接糸統，其中設置 有上與下熱量範圍值之滞後區。 9 ·依據申請專利範圍第1項所述之焊接糸統，其中被該 攝影機掃描之一區域係受遮蔽而隔絶外來光線。 10 .依據申請專利範圍第1項所述之焊接条統，其中該傳 導部分偽以帶有低電阻之一種金屬製成，且更包含有 冷卻裝置，該冷卻装置内之一種冷媒經由與該傳導部 分之内部相通之一條供應/排放管循環通過該傳導部 分。 11 ·依據申請專利範圍第10項所述之焊接条統，其中係用 一種惰性還原氣體供冷卻之用。 12 ·依據申請專利範圍第1項所述之焊接糸統，其中該傳 導裝置包含供射出一股離子化氣體之輸出噴嘴，且被 設置於該工作件之該V形喉部内；該離子化氣體傜自 該噴嘴射入該工作件之該V形喉部，使一道焊接電流 I形成一個交變磁場，而由此産生之磁通量則造成該 離子化氣體内引發産生一道感應電流ί 。 13 .依據申請專利範圍第12項所述之焊接条統，其中該傳 導裝置傜蓮用一種惰性可燃氣體。 1 4 .依據申請專利範圍第1 2項所述之焊接糸統，其中該傳 導裝置偽運用一種惰性電漿氣體。 15 ·依據申請專利範圍第14項所述之焊接糸統，其中該電 漿氣體被預先加熱達燃燒溫度數倍大的一値溫度。 -26 - 本紙張尺度適用中Β國家橾毕（CNS) Τ4規格(210x297公;Jt) {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 經濟部屮央標準局貝工消贽合作社印製 A7 B7 C7 D7 199872 六'申請專利範团 16. 依據申請專利範圍第丨項所述之焊接条統，其中該電 力輸出裝置包含一種較高諧波頻率産生器電路•該較 高諧波頻率産生器電路包括有與一主電壓連接之一個 全波整流器、透過接在該整流器電路一値一次側之一 第一變壓器而供應加熱作用之一電子管的一條燈絲、 接在該全波整流器電路之一値二次側以經由一値栅極 電阻器提供一股二次電壓給該電子管之一柵極偏壓電 路的一値第二變壓器、以及用來隔除送往該第二變壓 器之dc電壓成份的一個dc濾波器。 17. 依據申請專利範圍第1項所述之焊接糸統，其中該電 力輸出裝置包含有為一電子管之一條燈絲供應主電壓 俥對該工作件提供加熱作用之一電壓調節器，該電壓 調節器之一値二次側偽接於一傾全波整流器；另有二 柵極電阻器被連接成用以提供一柵極電阻，以使該等 柵極電阻器中之一電阻器偽由該單相全波整流器在其 兩端供以一道電流。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部十央標準局員工消费合作社印皱 -27 - 本紙》尺度適用中國國家搮準(CNS)甲4規格(210x297公