CN1276277A

CN1276277A - 电阻焊控制方法及装置

Info

Publication number: CN1276277A
Application number: CN00104375A
Authority: CN
Inventors: 石川荣; 本吉敏幸; 日色重之; 矢野贵洋
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2000-12-13
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: CN1158158C; KR20010007133A; KR100650611B1; JP3507843B2; JP2000343234A

Abstract

电阻焊控制方法及装置,无需引导通电,从第1周期起即流过与设定电流值大体一致的焊接电流,能够可靠得到良好的焊接品质。在初始化中,将触发角初始值、周期数、基准电流值等从存储器中读出,设定到寄存器或计数器。开始测试通电,在第1周期中,用初始值来触发可控硅,在第2以后的周期中,在恒流控制下决定触发角。对各周期得到电流测定值及功率因数角测定值。由电流测定值近似于基准电流值的周期中的参数来求最大电流。

Description

电阻焊控制方法及装置

本发明涉及交流式电阻焊机中用于进行恒流控制的电阻焊控制方法及装置。

在一般的交流式电阻焊机中，经一对可控硅(サイリスタ)构成的接触器将市电频率的交流电源电压提供给焊接变压器的初级线圈，使焊接电流从其次级线圈流至次级电路，通过焦耳发热使一对被焊材料熔融，将这些被焊材料冶金性接合。

在这种电阻焊机中，可以通过改变焊接通电的每个单位周期(市电频率的半个周期或一个周期)中使可控硅触发的定时、即触发角，来控制焊接电流的大小。因此，在进行恒流控制的情况下，控制可控硅触发角，使得在各周期中焊接电流与设定电流值一致即可。

一般在恒流控制方式中，在焊接变压器的初级电路或次级电路上设置电流检测部件，进行反馈控制，使得测定电流值与设定电流值一致，可控硅触发角根据前一周期的测定电流值和设定电流值之间的比较误差来决定。然而，由于在最初的(第1个)周期中这种反馈环尚未工作，所以可控硅触发角使用作为初始值而设定的值。

用于决定焊接通电中可控硅触发角的初始值的现有技法已知有下述方法：在正规的焊接通电(正式通电)之前，以适当选择的触发角至少进行半个周期的引导通电，由此时流动的试验电流的测定值(有效值)和滞后角来计算功率因数角和最佳触发角(与设定电流值对应的触发角)，在紧后的正式通电中，将该最佳触发角作为可控硅触发角的初始值。

在上述引导通电方式中，在正式通电紧前，试验电流流过被焊材料。在机动车的车体焊接等被焊材料的板厚比较大、而且周期数多的焊接中，引导通电的影响不怎么成问题。然而，在精密电子部件等被焊材料的板厚薄的小件的焊接或异种金属的焊接等中，有时由于引导通电而使被焊材料发生物理变化，在正式通电中不能进行期望的控制，或者不能得到期望的焊接品质。例如，有时由于引导通电，被焊材料异常熔化而不能焊接，或者需要扩大校正焊接电流或通电时间，或者生产节拍延长，或者焊痕变脏，或者被焊材料和电极粘住等。

此外，在现有这种电阻焊机中，在作业场设置焊机主体，在设定焊接电源部至控制部的时刻，由于该焊机的最大电流还未定(因为最大电流由现场的次级导体或电缆和焊接电极等左右)，所以将预想的最大电流设定为适当值。然而，由于这种最大电流预想值不基于任何测定，所以正确性欠佳，有时与实际的最大电流值出入很大。因此，有时在使用最大电流值的各种参数和条件下的运算中产生误差，或者通电控制的精度和焊接品质降低。

本发明就是鉴于此问题而提出的，其目的是提供一种电阻焊控制方法及装置，在各焊接通电中无需引导通电，从第1个周期起即流过与设定电流值大体一致的焊接电流，能够可靠地得到良好的焊接品质。

为了实现上述目的，本发明的电阻焊控制方法在具有以功率因数角为参数的一定的可控硅触发角-电流相对值特性的交流式电阻焊机中，在焊接通电的各半个周期或一个周期中控制可控硅触发角，使得与设定电流值大体一致的交流电流流过，其特征在于，具有：第1步骤，进行与正规的焊接通电独立的测试通电，由上述测试通电中的触发角、电流值和功率因数角来求上述电阻焊机中的最大电流；第2步骤，存储上述最大电流的运算值；第3步骤，对所给的焊接通电中的上述设定电流值，由上述最大电流运算值和上述可控硅触发角-电流相对值特性来求可控硅触发角初始值；以及第4步骤，在上述所给的焊接通电中，用上述可控硅触发角初始值使最初的半个周期或一个周期通电，用与上次半个周期或一个周期中流过的电流测定值和上述设定电流值之间的比较误差对应的可控硅触发角使以后的各半个周期或一个周期通电。

在本发明的电阻焊控制方法中，最好，上述第1步骤具有：第5步骤，设定用于上述测试通电的基准电流值；第6步骤，用预先设定的测试通电用的可控硅触发角初始值使上述测试通电中的第1个周期通电；第7步骤，在上述测试通电中，比较上次备周期中流过的电流的测定值和上述基准电流值并求误差；第8步骤，用与上述比较误差对应的可控硅触发角使上述测试通电中的第2个各周期通电；以及第9步骤，由上述比较误差小于预先设定的阈值时的前一周期中的触发角、电流值和功率因数角来求上述最大电流运算值。

在此情况下，通过在上述比较误差小于上述阈值的最初的周期中结束上述测试通电，能够将通电周期及运算处理抑制到最小所需限度。

本发明的电阻焊控制装置的特征在于，包括：表部件，将相应交流式电阻焊机的可控硅触发角-焊接电流相对值特性作为数据来保持；最大电流运算部件，由与正规的焊接通电独立的测试通电中的触发角、电流值和功率因数角来计算上述电阻焊机中的最大电流；存储部件，存储上述最大电流的运算值；第1可控硅触发角决定部件，对所给的焊接通电中的上述设定电流值，由上述最大电流运算值和上述可控硅触发角-电流相对值特性来决定可控硅触发角初始值；第1可控硅触发角决定部件，在上述所给的焊接通电中，根据上次各半个周期或一个周期中流过的电流测定值和上述基准电流值之间的比较误差，来决定下一半个周期或一个周期的可控硅触发角；以及通电控制部件，在上述所给的焊接通电中，用上述第1可控硅触发角决定部件决定的上述可控硅触发角初始值使最初的半个周期或一个周期通电，用上述第2可控硅触发角决定部件决定的可控硅触发角使以后的半个周期或一个周期通电。

附图的简单说明

图1是采用本发明一实施例的电阻焊控制装置的交流式电阻焊机的结构的电路图；

图2是实施例的电阻焊控制装置使用的可控硅触发角-焊接电流相对值特性的特性曲线图；

图3是实施例的测试通电中微处理器的处理过程的流程图；

图4是实施例的测试通电中触发定时和电流的波形图；

图5是实施例的测试通电中微处理器的处理过程的流程图；

图6是实施例中用于对所给的焊接通电来求可控硅触发角初始值的微处理器的处理过程的流程图；

图7是实施例的焊接通电中微处理器的处理过程的流程图；

图8是实施例的焊接通电中触发定时和电流的波形图；以及

图9是一变形例的测试通电中触发定时和电流的波形图。

下面，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1示出采用本发明一实施例的电阻焊控制装置的交流式电阻焊机的电路结构。在该电阻焊机中，输入到输入端子10、12的市电频率的交流电源电压E经一对可控硅14、16构成的接触器提供给焊接变压器18的初级线圈。焊接变压器18的次级线圈上产生的交流的感应电动势(次级电压)经次级导体及一对电极尖20、22施加到被焊材料24、26上，次级电流或焊接电流i2(I)流过次级电路。

焊接电流I的大小(有效值)由通电角决定，但是由于在触发角和通电角之间大体有一定的关系，所以也可以说由触发角决定。在本电阻焊控制装置中，微处理器28通过经触发电路30在每个周期中控制可控硅14、16的触发定时，来控制焊接电流I的有效值。在本实施例中，将市电频率的半个周期作为通电或触发控制的单位周期。

在焊接电流I流过次级电路期间，与次级电流i₂(I)同相、而且波形相似的小电流(初级电流)i₁流过初级电路。在本实施例中，为了进行恒流控制，在初级电路中设置CT线圈32及焊接电流测定电路34作为电流检测部件。CT线圈32产生表示初级电流i₁波形的输出电压。焊接电流测定电路34由CT线圈32的输出电压来求焊接电流I的有效值。也可以在次级侧设置环形线圈这样的电流传感器来检测电流。

在焊接通电中，来自焊接电流测定电路34的电流测定值[I]被提供给微处理器28。微处理器28在焊接通电中的每个周期中将电流测定值[I_n]与设定电流值[I_S]进行比较，由该比较误差来求下一周期用的触发角，在下一周期中用该触发角来触发可控硅14、16。

如后所述，在最初的(第1个)周期中，使用由本实施例的测试通电中求出的本电阻焊机的最大焊接电流运算值、和此次的焊接通电中指定的设定电流值[I_S]而求出的触发角初始值φ₁。设定电流值[I_S]由输入装置36设定输入到微处理器28，保持在存储器38中。

存储器38中不仅存储与微处理器28的运算或控制有关的各种程序及运算、测定值数据，而且还将图2所示的以功率因数角为参数的可控硅触发角-焊接电流相对值特性作为表来存储。在图2中，为了容易图解，只示出功率因数角θ是0°、30°、60°、80°的4种情况，但是实际上θ也可以更精细地、例如间隔0.5°来设定各特性曲线。

该可控硅触发角-焊接电流相对值特性是理论上求出的，所以功率因数角θ、焊接电流相对值％I_RMS及可控硅触发角θ三者间的关系由该特性曲线唯一确定。

在本实施例中，是在通电的各周期中测定功率因数角，为此，在初级电路上设置零电流检测电路42及零电压检测电路44。零电流检测电路42监视可控硅14、16间的电压，电流流过则可控硅电压降低，而电流停止则可控硅电压升高，由此在每个周期中检测初级电流i₁的导通开始时间及导通结束时间，将表示该导通开始时间及导通结束时间的定时的零电流检测信号提供给微处理器28。零电压检测电路44在每半个周期中检测电源电压E的极性改变的时刻(过零点)，将表示该过零点的定时的零电压检测信号提供给微处理器28。微处理器28根据来自零电流检测电路42的零电流检测信号及来自零电压检测电路44的零电压检测信号，由规定的算式或表来求每个周期的功率因数角θ。本实施例中功率因数角的导出可以使用本申请人的(日本)专利第2767328号中公开的方法。

图3示出本实施例中用于测试通电的微处理器的处理过程。图4是本实施例的测试通电中电流i的波形。

该测试通电可以在作业现场设定本电阻焊机时、或者进行构成要素的部分变更(比如变更次级电缆的长度或配线路径)时实施。

在测试通电时，在初始化中，将预先设定的测试通电用的触发角初始值φ₍₁₎周期数N_A、基准电流值I_G等从存储器38中读出，设定到规定的寄存器或计数器(步骤A₁)。周期数N_A可以设定任意的整数。因此，也可以设定N_A＝1，即单一周期(在本实施例中为市电频率的半个周期)。

接着，开始测试通电。在最初的(第1个)周期中，用上述初始值φ₍₁₎来触发可控硅14、16(步骤A₂)。在进行测试通电的时刻，最大电流I_MAX的值未确定，所以在最初的周期中可以选择使得流过少量电流i的触发角初始值φ₍₁₎。对于在该周期中流过的电流i，从焊接电流测定电路34、零电流检测电路42、零电压检测电路44等中取入各种测定值，执行所需的运算，得到电流测定值I_N及功率因数角测定值θ_N(步骤A₃、A₄)。这些测定值I_N、θ_N存储在存储器38中。

在本实施例的测试通电中进行恒流控制。为此，比较前一周期中流过的电流的值(有效值)I_N和基准电流值I_G来求误差，根据该误差来求下一周期的触发角φ_(N+1)(步骤A₇)。

因此，在第2个周期中，用上述触发角运算处理(A₇)中求出的触发角φ₍₂₎来触发可控硅14、16(步骤A₂)。如上所述，在第1个周期中，有意识地流过少量的电流i，所以在第2个周期中，进行触发控制，以便在恒流控制下增大电流。在该周期中，也得到电流测定值I_N及功率因数角测定值θ_N(步骤A₃、A₄)。以下，对后续周期也进行与上述同样的处理，在结束设定周期数N_A的通电时，便结束测试通电(步骤A₅、A₆)。

在上述第1个测试通电中，判定是否有电流测定值I_N与基准电流值I_G近似至规定阈值Δ以内的周期(步骤A₈)。

在符合上述判定条件(A₈)的周期一个也没有的情况下，将周期计数器返回到初始值(N＝1)，同时向触发角初始值寄存器设定上次测试通电中最终周期的触发角φ_(NA)(步骤A₉)，然后重新进行上述测试通电(步骤A₁₀→A₂～A₇)。

这样，将上次测试通电中最终周期的触发角φ_(NA)作为下一测试通电中的触发角初始值，是因为，在本实施例中对测试通电施加恒流控制，所以在符合上述判定条件(A₈)的周期一个也没有的情况下，一般最后周期中的电流测定值I_N最近似于基准电流值I_G。

通常，通过1次、最多2～3次上述测试通电(A₁～A₇)，即可得到符合上述判定条件(A₈)的周期。

接着，根据上述测试通电中得到的数据来求本电阻焊机的最大电流I_MAX(步骤A₁₁)。在该最大电流运算处理中，使用符合上述判定条件(A₈)的各周期中的触发角φ_(N)、电流测定值I_N、功率因数角测定值θ_N、以及存储器38中作为表数据而存储的可控硅触发角-焊接电流相对值特性(图2)。

更详细地说，由功率因数角测定值θ_N来选择一个可控硅触发角-焊接电流相对值特性曲线。在该特性曲线上，导出与触发角φ_(N)对应的电流相对值％I_RMS。运算下式(1)来求最大电流I_MAX的值。

I_MAX＝I_N×100÷％I_RMS ......(1)

将求出的最大电流运算值[I_MAX]存储到存储器38并登录(步骤A₁₂)。这样，结束与测试通电有关的全部处理。

在符合上述判定条件(A₈)的周期有多个的情况下，可以将与这些周期对应的最大电流运算值[I_MAX]的平均值作为代表值，或者也可以在这多个周期中决定电流测定值I_N最近似于基准电流值I_G的周期，将由该决定的一个周期求出的最大电流运算值[I_MAX]作为代表值。

如上所述，在本实施例中，即使在测试通电中，也与正式通电同样施加恒流控制。在最大电流运算处理中(步骤A₁₁)中，实质上只对恒流状态的周期进行最大电流I_MAX的运算，所以能得到精度非常高的最大电流运算值[I_MAX]。

作为发展本实施例的上述技术思想的技法，也可以在测试通电中达到恒流状态时的周期中停止通电，对该周期来求最大电流I_MAX，将该最大电流运算值作为该电阻焊机中的最大电流运算值[I_MAX]。图5示出用于该方式的处理过程。

在图5中，对每个周期，将电流测定值I_N与基准电流值I_Gi进行比较，在该误差或差分低于规定阈值Δ时判定为达到恒流状态(步骤B₅)，中止下一周期以后的通电，转移到最大电流运算处理(步骤B₉)。其他处理(B₂～B₄、B₆～B₈)与上述第1实施例(图3)中测试通电的处理过程(A₂～A₇)实质上相同。根据该第2实施例的方式(图8)，用最小所需的周期数及运算处理电路也能够得到高精度的最大电流运算值[I_MAX]。

测试通电中的被焊材料24、26作为样本最好使用正规的被焊材料。在这种电阻焊机中，焊机主体至焊接电极的阻抗占全负载阻抗的大部分，被焊材料(24、26)的阻抗份量小，在电子部件等小件的情况下，几乎可以忽略。因此，测试通电用的样本也可以使用适当的导电部件，或者也可以不使用样本，而是在将两焊接电极20、22直接接触的状态下实施通电。

接着，说明本实施例中的正规的焊接通电。在进行上述测试通电后，在希望的设定电流值[I_S]及周期数na下，对希望的被焊材料(24、26)实行正规的焊接通电。本实施例的焊接通电由恒流控制来进行。

微处理器28对所给的设定电流值[I_S]，以图6所示的过程来求触发角初始值φ₁。即，由输入装置36输入设定电流值[I_S]后(步骤C₁)，从存储器38中读出最大电流运算值[I_MAX]及功率因数角测定值[θ](步骤C₂)，由这些数据[I_S]、[I_MAX]、[θ]以及存储器38内的可控硅触发角-焊接电流相对值特性(图2)来求触发角初始值φ₁(步骤C₃)。更详细地说，计算[I_S]与[I_MAX]的比率(％)，将该比率作为电流相对值％I_RMS，在与[θ]对应的特性曲线(图2)上导出与该％I_RMS对应的触发角φ，将其作为触发角初始值φ₁登录到存储器38。

图7示出焊接通电中微处理器的处理过程。

如果由外部设备(未图示)通过输入输出接口电路35输入起动信号，则在初始化处理中，将此次起动信号指示的相应焊接计划表(スケジユ一ル)设定的各种条件数据从存储器38中导出(步骤D₁)。在这些条件数据中，包含设定电流值[I_S]、周期数na及与该设定电流值[I_S]对应的触发角初始值φ₁。

在最初的(第1个)周期中，用上述初始值φ₁来触发可控硅14、16(步骤D₂)。由于是在测试通电中导出最大电流I_MAX、根据该最大电流运算值而求出的触发角初始值φ₁，所以如图8算式，从第1个周期起，即能够以接近设定电流值[I_S]的电流有效值来流过电流i(I)。

对于在第1个周期中流过的电流i，由焊接电流测定电路34取入电流测定值I_n，根据需要实施所需的运算(步骤D₃)。接着，比较该电流测定值I_n和设定电流值I_S来求误差，根据该误差来求下一周期用的触发角φ_(n+1)(步骤D₆)。

在第2个周期中，用上述运算处理(D₆)中求出的触发角φ₂来触发可控硅14、16(步骤D₂)。由于在本实施例的焊接通电中，从第1个周期起即流过接近设定电流值[I_S]的电流i(I)，所以在第2个周期中，进行触发控制，以便在恒流控制下对电流进行微调。以下，对后续周期也进行与上述同样的处理，在结束设定周期数na的通电时结束焊接通电(步骤D₄、D₅)。

如上所述，在本实施例中，通过与正规的焊接通电独立的测试通电来计算、估计该电阻焊机中的最大电流，根据该最大电流运算值来求各焊接通电时最适合各设定电流值的可控硅触发角初始值，用该触发角初始值来触发控制各焊接通电的最初的周期，所以即使不用进行引导通电，也能够从通电开始紧后起，流过与设定电流值[I_S]大体一致的焊接电流I，可以进行不伴随上坡(アツプスロ一プ)和过冲(オ一バ一シユ一ト)等的、理想的恒流控制，能够在最短时间的通电中稳定可靠地得到良好的焊接品质。

特别是，在本实施例的测试通电中，能够只由恒流状态的周期来求进一步提高精度的最大电流运算值，进而用更高精度的可控硅触发角初始值来开始焊接通电。

根据本实施例，由于在各焊接通电紧前不进行引导通电，所以向被焊材料(24、26)只提供本来的焊接电流I。因此，完全消除了伴随引导通电的各种问题，能稳定可靠地得到希望的焊接品质。此外，本实施例的测试通电只在设置装置时进行1次即可，与每次焊接通电时通电的引导通电方式相比，在节能方面具有大的优点。

在上述实施例中，施加恒流控制进行测试通电。然而，也可以不施加恒流控制，例如使用图9所示的上升(スラップアップ)控制方式进行测试通电。在该上升控制方式中，触发角φ在最初的周期中取最大值，以后对每个周期以预先设定的减少率缓慢减少。由此，电流从最小值开始，以后对每个周期以规定的增加率缓慢增大。

在这种上升控制方式中，也可以在每个周期中将电流测定值与基准电流值进行比较，由得到近似于基准电流值的电流测定值的周期来求最大电流运算值，在该周期中停止测试通电。

上述实施例使用的可控硅触发角-焊接电流相对值特性(图2)是一个例子，也可以使用更简化的[φ-I_RMS]特性。一般，功率因数角对每个机种往往是接近的，例如近似于θ＝60°，所以用一个特性曲线即可。此外，在这样使用功率因数角的近似值的情况下，也可以省略功率因数角测定部件(42、44)。

如上所述，根据本发明，在各焊接通电中无需引导通电，从第1个周期起即流过与设定电流值大体一致的焊接电流，能够可靠地得到良好的焊接品质。此外，本发明的测试通电只在设置装置时进行1次，与每次焊接通电时通电的引导通电方式相比，在节能方面能得到大的效果。

Claims

1、一种电阻焊控制方法，在具有以功率因数角为参数的一定的可控硅触发角-电流相对值特性的交流式电阻焊机中，在焊接通电的各半个周期或一个周期中控制可控硅触发角，使得与设定电流值大体一致的交流电流流过，其特征在于，具有：

第1步骤，进行与正规的焊接通电独立的测试通电，由上述测试通电中的触发角、电流值和功率因数角来求上述电阻焊机中的最大电流；

第2步骤，存储上述最大电流的运算值；

第3步骤，对所给的焊接通电中的上述设定电流值，由上述最大电流运算值和上述可控硅触发角-电流相对值特性来求可控硅触发角初始值；以及

第4步骤，在上述所给的焊接通电中，用上述可控硅触发角初始值使最初的半个周期或一个周期通电，用与上次半个周期或一个周期中流过的电流测定值和上述设定电流值之间的比较误差对应的可控硅触发角使以后的各半个周期或一个周期通电。

2、如权利要求1所述的电阻焊控制方法，其特征在于，

上述第1步骤具有：

第5步骤，设定用于上述测试通电的基准电流值；

第6步骤，用预先设定的测试通电用的可控硅触发角初始值使上述测试通电中的第1个周期通电；

第7步骤，在上述测试通电中，比较上次各周期中流过的电流的测定值和上述基准电流值并求误差；

第8步骤，用与上述比较误差对应的可控硅触发角使上述测试通电中的第2个各周期通电；以及

第9步骤，由上述比较误差小于预先设定的阈值时的周期中的触发角、电流值和功率因数角来求上述最大电流运算值。

3、如权利要求2所述的电阻焊控制方法，其特征在于，在上述比较误差小于上述阈值的最初的周期中结束上述测试通电。

4、一种电阻焊控制装置，其特征在于，包括：

表部件，将相应交流式电阻焊机的可控硅触发角-电流相对值特性作为数据来保持；

最大电流运算部件，由与正规的焊接通电独立的测试通电中的触发角、电流值和功率因数角来计算上述电阻焊机中的最大电流；

存储部件，存储上述最大电流的运算值；

第1可控硅触发角决定部件，对所给的焊接通电中的上述设定电流值，由上述最大电流运算值和上述可控硅触发角-电流相对值特性来决定可控硅触发角初始值；

第1可控硅触发角决定部件，在上述所给的焊接通电中，根据上次各半个周期或一个周期中流过的电流测定值和上述基准电流值之间的比较误差，来决定下一半个周期或一个周期的可控硅触发角；以及

通电控制部件，在上述所给的焊接通电中，用上述第1可控硅触发角决定部件决定的上述可控硅触发角初始值使最初的半个周期或一个周期通电，用上述第2可控硅触发角决定部件决定的可控硅触发角使以后的各半个周期或一个周期通电。