JPH0947883A - インバータ式抵抗溶接制御装置 - Google Patents

インバータ式抵抗溶接制御装置

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JPH0947883A
JPH0947883A JP7216717A JP21671795A JPH0947883A JP H0947883 A JPH0947883 A JP H0947883A JP 7216717 A JP7216717 A JP 7216717A JP 21671795 A JP21671795 A JP 21671795A JP H0947883 A JPH0947883 A JP H0947883A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流リミッタ制御の状況をモニタする機能を
備え、品質管理および生産性の向上をはかる。 【解決手段】 各クロックサイクルの始端でCPU40
は制御パルスCA またはCB を立ち上げ、トランジスタ
(18,24)または(20,22)をオンにする。し
かる後、比較回路56の出力信号に応動して、さもなけ
ればクロックφの終端に応動して、CPU40は制御パ
ルスCA またはCB を立ち下げ、トランジスタ(18,
24)または(20,22)をオフにする。これと同時
に、CPU40は、その時点での電流検出信号Siのレ
ベルをサンプリング・ホールド回路54およびA−D変
換器58を介して取り込み、電流測定値として記憶部6
4の所定の記憶番地に格納する。溶接通電の終了後、C
PU40は、記憶部64に蓄積されている全サイクル分
の電流測定値について平均値を求め、この電流平均値を
基に溶接良否の判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0010】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ式の抵
抗溶接機において溶接通電を制御する制御装置に関す
る。
【0020】
【従来の技術】最近、インバータ式の抵抗溶接機におい
て一次側または二次側の電流をフィードバックループで
所望の設定電流値に一致させるための定電流制御方式と
して、電流リミッタ制御が用いられてきている。
【0030】電流リミッタ制御は、インバータ周波数の
各サイクル毎に電流の瞬時値または波形を検出し、その
電流瞬時値が所定のリミッタレベルに達した時点でイン
バータをスイッチング・オフする方法であり、電流ピー
ク値を一定に揃えることができるため、オーバシュート
を起こさず高速に溶接通電を立ち上げられるという利点
がある。
【0040】もっとも、電流リミッタ制御においては、
電流ピーク値が一定に維持されてもパルス幅が変動した
ときは、電流実効値が変動してしまい、抵抗発熱ひいて
は溶接性が不安定になるという問題がある。しかし、イ
ンバータ周波数を十分に高くして各サイクルの周期を短
くすることで、パルス幅ないし電流実効値の変動分を抑
制できるため、この問題は実質的に解消され得る。
【0050】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなリミッタ
制御によれば、原理的には各サイクル毎に電流がリミッ
タレベルに達し、電流ピーク値が一定に揃う筈になって
いる。ところが、実際には、電流の流れ具合がよくない
ときは、電流がリミッタレベルに達しないことがある。
たとえば、電極の汚れや溶接通電による発熱のために二
次側回路(導体)の抵抗値が増大したり、あるいは交流
電源電圧が変動して降下すると、各サイクルにおいてイ
ンバータがスイッチング・オンしても電流の立ち上がり
が遅くて、サイクル内でリミッタレベルに達しないこと
がある。
【0060】従来のこの種インバータ式抵抗溶接制御装
置においては、上記のようなリミッタ制御の状況をモニ
タする機能がなかった。したがって、溶接結果が確認さ
れないまま溶接通電が繰り返し実行されることとなり、
溶接の良否判定は目視検査等に委ねられていた。このた
め、作業員の負担が大きいうえ、不良品の続出を防止す
るのも難しかった。
【0070】また、インバータ式抵抗溶接機において溶
接トランスと溶接電極との間の二次側導体またはケーブ
ルが切断または断線した場合、あるいは溶接電極と被溶
接物との間に絶縁物が挟まった場合、制御部でインバー
タを作動させても実際には二次側で電流は流れない。こ
のような無通電の異常事態を検出するため、従来は、電
流測定値が零になっているか否かで判断していた。
【0080】このような検出方法は、二次側の電流を直
接検出する場合はそれで構わなかった。しかし、一次側
の電流を検出して定電流制御を行う場合、従来の検出方
法では、無通電の異常事態を確実に検出するのが難しか
った。つまり、インバータが作動している間は、二次側
で電流が流れなくても、溶接トランスに励磁電流が流
れ、この励磁電流のため一次側の電流測定値は零にはな
らない。このため、無通電ではないと判定されるおそれ
があった。
【0090】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、電流リミッタ制御の状況をモニタする機能を備
え、品質管理および生産性の向上をはかるインバータ式
抵抗溶接制御装置を提供することを第1の目的とする。
【0100】また、本発明は、二次側の無通電の異常事
態を一次側で確実に検出する機能を備え、品質管理およ
び生産性の向上をはかるインバータ式抵抗溶接制御装置
を提供することを第2の目的とする。
【0110】
【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、本発明の第1のインバータ式抵抗溶接制御
装置は、インバータ式抵抗溶接機の一次側または二次側
の電流を所望の設定電流値にほぼ一致させるようにイン
バータのスイッチング動作を制御するインバータ式抵抗
溶接制御装置において、前記インバータのスイッチング
動作の単位サイクルを規定するクロックパルスを発生す
るクロック回路と、前記設定電流値に対応した所定のリ
ミッタレベルを設定するリミッタレベル設定手段と、溶
接通電中に前記電流を検出する電流検出手段と、各クロ
ック・サイクルにおいて前記クロックパルスの始端に応
動して前記インバータをスイッチング・オンし、前記電
流検出手段の出力信号が前記リミッタレベルに達した時
点もしくは前記クロックパルスの終端で前記インバータ
をスイッチング・オフするインバータ制御手段と、前記
インバータをスイッチング・オフした各時点における前
記電流の値を測定する電流測定手段と、溶接通電中に前
記電流測定手段より得られた前記電流測定値のデータを
基に溶接の良否を判定する溶接良否判定手段と、前記溶
接良否判定手段の判定結果を出力する判定結果出力手段
とを具備する構成とした。
【0120】本発明の第2のインバータ式抵抗溶接制御
装置は、上記第1のインバータ式抵抗溶接制御装置にお
いて、前記溶接良否判定手段は、前記溶接通電中に前記
電流測定手段より得られた前記電流測定値の平均値を求
める平均値演算手段と、良否判定のための監視値を設定
する監視値設定手段と、前記平均値演算手段で求められ
た前記平均値を前記監視値と比較する比較手段とを含む
構成とした。
【0130】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明の第3のインバータ式抵抗溶接制御装置は、商用
交流を整流して直流にし、この直流をインバータにより
所定周波数の交流パルスに変換し、この交流パルスを溶
接トランスに通したのち整流器に通して再び直流にし、
この直流を溶接電極を介して被溶接材に供給するように
したインバータ式抵抗溶接機の制御装置において、前記
抵抗溶接機の一次側の電流を測定する一次電流測定手段
と、前記一次電流測定手段により得られる一次電流測定
値を設定電流値よりも小さく、かつ前記溶接トランスの
励磁電流よりも大きな値に選ばれた所定の監視値と比較
し、その比較結果に基づいて前記抵抗溶接機の二次側に
おける無通電の異常事態を検出する無通電検出手段とを
具備する構成とした。
【0140】
【作用】本発明の第1および第2のインバータ式抵抗溶
接制御装置では、電流リミッタ制御において各クロック
サイクル毎に電流値が測定され、通電時間終了後に電流
測定値のデータたとえば電流平均値から溶接の良否が判
定され、判定結果が出力される。
【0150】本発明の第3のインバータ式抵抗溶接制御
装置では、一次電流の測定値が溶接トランスの励磁電流
を考慮した無通電検出用の監視値と比較され、その比較
結果から二次側における無通電の異常事態が検出され
る。
【0160】
【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。
【0170】図1に、本発明の一実施例によるインバー
タ式抵抗溶接制御装置の回路構成を示す。
【0180】この制御装置が適用されるインバータ式抵
抗溶接機において、三相の商用交流電源端子10に三相
整流回路12の入力端子が接続され、三相整流回路12
の出力端子には直流が得られる。この直流は、コンデン
サ14で平滑されてからインバータ16に入力される。
【0190】インバータ16は、スイッチング素子とし
てたとえばジャイアント・トランジスタ(以下GTRと
記す)18〜24を有し、入力した直流を高周波のスイ
ッチング動作によってパルス状(矩形波)の高周波交流
に変換する。インバータ16のスイッチング動作は、抵
抗溶接制御装置のCPU40より駆動回路(42,4
8),(44,46)を介してGTR(18,20),
(20,22)に供給される制御パルスCA,CB によっ
て制御される。
【0200】インバータ16より出力された高周波交流
は溶接トランス26の一次側コイルに供給され、その二
次側コイルには降圧された高周波交流が得られる。この
高周波交流は一対のダイオード28,30からなる整流
回路により直流に変換され、直流の二次電流(溶接電
流)I2 が溶接電極32,34を介して被溶接材36,
38に供給される。
【0210】本実施例における抵抗溶接制御装置におい
て、一次側のコンデンサ14とインバータ16との間の
一次側導体にたとえばホール電流変成器からなる電流セ
ンサ50が取り付けられている。この電流センサ50
は、一次電流I1 の瞬時値または波形を表す電圧信号
(電流検出信号)Si を出力する。
【0220】電流センサ50の出力端子は、増幅回路5
2を介してサンプリング・ホールド回路54の入力端子
に接続されるとともに、比較回路56の一方の入力端子
に接続されている。サンプリング・ホールド回路54
は、CPU40からの制御信号CHに応動して電流検出
信号Si をサンプリングし、かつホールドするように構
成されている。サンプリング・ホールド回路54の出力
端子は、A−D変換器58を介してCPU40のデータ
入力端子に接続される。
【0230】比較回路56の他方の入力端子には、CP
U40の制御の下でリミッタレベル発生部60より設定
電流値に対応したリミッタレベル(電圧)LMが与えら
れている。
【0240】CPU40には、クロック回路62、記憶
部64、入力部66、表示部68およびブザー70等も
直接またはインタフェース回路(図示せず)を介して接
続されている。
【0250】クロック回路62は、インバータ16のス
イッチングの単位サイクルを規定するたとえば4kHz
の2相クロックφA,φB をCPU40に供給する。記憶
部64はROMおよびRAMを含んでおり、ROMには
CPU40の動作を規定する各種プログラムが格納さ
れ、RAMには各種設定値データ、各種測定値データお
よび演算データ等が格納される。入力部66は、制御装
置ユニットの操作パネルに設けられている各種のキーお
よび外部の装置と通信ケーブルを介して接続されている
インタフェース回路からなる。表示部68は、制御装置
ユニットの操作パネルに設けられているディスプレイお
よびランプ等を含んでいる。
【0260】本実施例では、溶接良否判定用の第1の監
視値と無通電検出用の第2の監視値が入力部66により
設定入力され、記憶部64に記憶(登録)される。第1
の監視値[Ij]は、電流設定値に対してたとえば±5
%の値に設定してよい。第2の監視値[Ik]は、溶接
トランス26の励磁電流(たとえば二次側換算で200
アンペア)に対して幾らか高い値(たとえば二次側換算
で350アンペア)に設定してよい。
【0270】図2に、この抵抗溶接制御装置における電
流リミッタ機能およびモニタ機能を説明するための各部
の信号の波形を示す。図3および図4に、この抵抗溶接
制御装置におけるCPU40の主な処理を示す。図5
に、この抵抗溶接制御装置の表示部68のディスプレイ
に表示される主な画面を示す。以下、図2〜図4につき
本実施例の作用を説明する。
【0280】図1および図2において、溶接通電時間
中、CPU40は、2相クロックφA,φB にそれぞれ同
期した2相の制御パルスCA,CB を交互に出力する。一
方の制御パルスCA は、駆動回路42,48を介してイ
ンバータ16のGTR18,24の制御端子に供給さ
れ、そのパルス持続時間だけGTR18,24をオンに
する。GTR18,24がオン状態のときは、溶接トラ
ンス26の一次側コイルに正極性の一次電流I1 が流れ
る。他方の制御パルスCB は、駆動回路44,46を介
してインバータ16のGTR20,22の制御端子に供
給され、そのパルス持続時間だけGTR20,22をオ
ンにする。GTR20,22がオン状態のときは、溶接
トランス26の一次側コイルに負極性の一次電流I1 が
流れる。
【0290】なお、2相クロックφA,φB の間には時間
的な隙間Gが設けられている。これにより、制御パルス
CA,CB が時間的に重なることはなく、インバータ16
においてGTR(18,24)と(20,22)とが同
時にオンすることがないようになっており、インバータ
16の短絡破壊が防止されている。
【0300】インバータ16が作動している間、電流セ
ンサ50には、パルス電流I1 が流れる。電流センサ5
0は、一次電流I1 の瞬時値または波形を表すアナログ
の電流検出信号Si を出力する。
【0310】さて、図3に示すように、たとえばクロッ
クφA が入力されると(ステップA1 )、そのサイクル
でCPU40は、φA の始端で制御パルスCA を立ち上
げ、GTR18,24をオンにする(ステップA2 )。
GTR18,24がオンになると、一次電流I1 が立ち
上がる。
【0320】一次電流I1 が正常に立ち上がると、電流
検出信号Si が当該サイクル内でリミッタレベルLMに
達し、この時点で比較器56の出力電圧がLレベルから
Hレベルに変わる。これに応動して(ステップA3 )、
CPU40は制御パルスCAを立ち下げ、GTR18,
24をオフにする(ステップA5 )。
【0330】二次側回路の抵抗値の増大あるいは三相交
流電源電圧の降下等の変動に起因して、一次電流I1 の
立ち上がりがよくなく、電流検出信号Si が当該サイク
ル内でリミッタレベルLMに達しないことがある。この
場合、CPU40はクロックφA の終端で制御パルスC
A を立ち下げ、GTR20,22をオフにする(ステッ
プA4 ,A5 )。GTR18,24がオフになると、一
次電流I1 は立ち下がる。
【0340】上記のようにして制御パルスCA を立ち下
げるのと同時に、CPU40は、サンプリング・ホール
ド回路54に制御信号を与えて、その時点での電流検出
信号Si のレベルIPn をホールドさせる。そして、そ
のホールドされた電流ピーク値IPn をA−D変換器5
8を介して取り込み、電流測定値として記憶部64の所
定の記憶番地に格納する(ステップA6 )。
【0350】クロックφB のサイクルでは、インバータ
16のGTR20,22に対してCPU40より制御パ
ルスCB が与えられ、クロックφA のサイクルのときと
同様な動作が行われる。このようにして、各クロックサ
イクル内で1サイクル分の電流リミッタ制御と電流ピー
ク値IPn の測定とが行われる。
【0360】溶接通電の終了後(ステップA7 )、図4
に示すように、CPU40は、記憶部64に蓄積されて
いる今回の溶接通電の全サイクル分の電流測定値IP1
,IP2 ,…について平均値IPM を求める(ステッ
プB1 )。
【0370】そして、この電流平均値IPM を先ず無通
電検出用の第1の監視値[Ij]と比較する(ステップ
B2 )。この比較で、IPM <[Ij]のときは(ステ
ップB3 )、二次側回路で無通電の異常事態が起きてい
ると判定し(ステップB4 )て、たとえば図5の(D)
に示すような無通電の表示「NO CURRENT!!
!」を表示部68のディスプレイに出し(ステップB5
)、これと同時にブザー70より無通電を知らせる所
定のブザー音(たとえばビーーの音)を出す(ステップ
B6 )。
【0380】上記の第1回目の比較(ステップB2 )で
IPM ≧[Ij]のときは(ステップB3 )、次に電流
平均値IPM を溶接良否判定用の第2の監視値[Ik]
と比較する(ステップB7 )。
【0390】この第2回目の比較で、電流平均値IPM
が監視値[Ik]の範囲(たとえば±5%)から外れた
ときは(ステップB8 )、溶接不良と判定する(ステッ
プB9 )。そして、たとえば図5の(C)に示すように
溶接不良の表示<NG>を表示部68のディスプレイに
出し(ステップB10)、これと同時にブザー70より溶
接不良を知らせる所定のブザー音(たとえばビッの音)
を鳴らす(ステップB11)。
【0400】上記の第2回目の比較(ステップB7 )で
電流平均値IPM が監視値[Ik]の範囲(たとえば±
5%)に入っているときは(ステップB8 )、溶接良好
と判定する(ステップB12)。そして、たとえば図5の
(B)に示すように溶接良好の表示<GO>を表示部6
8のディスプレイに出す(ステップB13)。この場合
は、作業員による点検は特に必要がないので、ブザー音
を鳴らさない。
【0410】なお、図5の(A)は溶接通電の設定値を
表す設定画面である。この設定画面の上段の行において
左端の数値[1]はスケジュール番号を、その右隣の数
値[10]は第1通電の時間(ミリ秒)を、その右隣の
数値[05]は冷却時間(ミリ秒)を、右端の数値[1
0]は第2通電時間の長さ(ミリ秒)をそれぞれ示して
いる。また、下段の行の左側の数値[0500]は第1
通電の二次電流設定値(キロアンペア)を、右側の数値
[2000]は第2通電の二次電流設定値(キロアンペ
ア)をそれぞれ示している。
【0420】図5の(B),(C)は、溶接通電の結果
を表すモニタ画面である。図5の(B)において下段の
行の数値[0499],[1999]はそれぞれ第1通
電および第2通電における二次電流測定値(平均値)で
ある。図5の(C)においても同様に下段の行の数値
[0470],[1890]はそれぞれ第1通電および
第2通電における二次電流測定値(平均値)である。な
お、一次電流I1 と二次電流I2 との間には溶接トラン
ス26の巻線比に等しい比例関係があるので、二次電流
設定値から一次電流設定値が、一次電流測定値から二次
電流測定値がそれぞれ演算で容易に求められる。
【0430】上記したように、本実施例のインバータ式
抵抗溶接制御装置では、電流リミッタ制御において各ク
ロックサイクル毎に電流ピーク値を検出し、通電時間終
了後に電流測定値の平均値を求め、その電流平均値を溶
接良否判定用の所定の監視値と比較して、溶接良否を判
定し、判定結果を電流測定値と一緒に表示出力するよう
にした。
【0440】このように電流リミッタ制御の状況ないし
結果が表示出力されることで、作業員の目視検査が不要
となり、品質管理および生産性を向上させることができ
る。しかも、溶接不良の結果をブザー音でも知らせるた
め、付近の作業員は制御装置ユニットの操作パネルを見
ていなくても溶接不良に気づくことが可能であり、作業
性を向上させることもできる。
【0450】なお、通電開始直後の数サイクルは、電流
ピーク値が徐々に立ち上がる期間であるため、この期間
の電流測定値を電流平均値から除いてもよい。通電終了
間際の期間についても同様である。
【0460】また、本実施例のインバータ式抵抗溶接制
御装置では、溶接トランス26の励磁電流を考慮した無
通電検出用の監視値を設定し、一次側フィードバック方
式の電流リミッタ制御において電流平均値を該無通電検
出用の監視値と比較して、その比較結果から二次側にお
ける無通電の異常事態を検出するようにした。これによ
り、溶接トランス26の励磁電流に惑わされることなく
一次側からでも二次側の無通電の異常事態を確実に検出
することができる。さらに、このような無通電の異常事
態を表示出力すると同時に、所定のブザー音で付近の作
業員に知らせるようにしたので、作業性を向上させるこ
ともできる。
【0470】なお、上記した実施例では、溶接通電の終
了後に無通電の検査を行うようしたが、通電中に同様の
検査を行うことも可能である。その場合は、無通電の異
常事態を検出した時点で直ちに通電を止めてもよい。
【0480】外にも、上記した実施例の種々の変形が可
能である。たとえば、抵抗溶接機の一次側において、電
流センサ50をインバータ16と溶接トランス26との
間に取り付けることも可能である。その場合、電流セン
サ50からは交流波形の一次電流検出信号Si が出力さ
れるので、絶対値回路に通すことで、図2に示すような
同一極性に揃った信号波形が得られる。また、電流リミ
ッタ機能のモニタリングに関しては、二次電流I2 をト
ロイダルコイル等の電流センサで検出することも可能で
ある。
【0490】また、増幅器52の後段にA−D変換器を
接続して、一次電流検出信号Si をディジタル化し、サ
ンプル・ホールド回路54および比較器56による信号
処理をディジタル的またはソフトウェア的に行うように
してもよい。
【0500】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のインバー
タ式抵抗溶接制御装置によれば、電流リミッタ制御の状
況を監視して、溶接良否を判定し、判定結果を出力する
ようにしたので、作業員による目視検査を不要とし、品
質管理および生産性の向上をはかることができる。
【0510】また、本発明のインバータ式抵抗溶接制御
装置によれば、一次電流の測定値を溶接トランスの励磁
電流を考慮した監視値と比較することで、二次側の無通
電の異常事態を一次側から確実に検出するようにしたの
で、一次側における電流制御機能を保証し、品質管理お
よび生産性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶接
制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図2】実施例のインバータ式抵抗溶接制御装置におけ
る電流リミッタ機能およびモニタ機能を説明するための
各部の信号の波形を示す図である。
【図3】実施例のインバータ式抵抗溶接制御装置におけ
るCPUの溶接通電中の主な処理を示す図である。
【図4】実施例のインバータ式抵抗溶接制御装置におけ
るCPUの溶接通電直後の主な処理を示す図である。
【図5】実施例のインバータ式抵抗溶接制御装置におい
て表示部のディスプレイに表示される主な画面を示す図
である。
【符号の説明】
16 インバータ 18〜24 ジャイアント・トランジスタ 26 溶接トランス 32,34 溶接電極 36,38 被溶接材 40 CPU 50 電流センサ 54 サンプル・ホールド回路 56 比較回路 62 クロック回路 64 記憶部 66 入力部 68 表示部 70 ブザー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータ式抵抗溶接機の一次側または
    二次側の電流を所望の設定電流値にほぼ一致させるよう
    にインバータのスイッチング動作を制御するインバータ
    式抵抗溶接制御装置において、 前記インバータのスイッチング動作の単位サイクルを規
    定するクロックパルスを発生するクロック回路と、 前記設定電流値に対応した所定のリミッタレベルを設定
    するリミッタレベル設定手段と、 溶接通電中に前記電流を検出する電流検出手段と、 各クロック・サイクルにおいて、前記クロックパルスの
    始端に応動して前記インバータをスイッチング・オン
    し、前記電流検出手段の出力信号が前記リミッタレベル
    に達した時点もしくは前記クロックパルスの終端で前記
    インバータをスイッチング・オフするインバータ制御手
    段と、 前記インバータをスイッチング・オフした各時点におけ
    る前記電流の値を測定する電流測定手段と、 溶接通電中に前記電流測定手段より得られた前記電流測
    定値のデータを基に溶接の良否を判定する溶接良否判定
    手段と、 前記溶接良否判定手段の判定結果を出力する判定結果出
    力手段と、を具備することを特徴とするインバータ式抵
    抗溶接制御装置。
  2. 【請求項2】 前記溶接良否判定手段は、前記溶接通電
    中に前記電流測定手段より得られた前記電流測定値の平
    均値を求める平均値演算手段と、良否判定のための監視
    値を設定する監視値設定手段と、前記平均値演算手段で
    求められた前記平均値を前記監視値と比較する比較手段
    とを含むことを特徴とする請求項1に記載のインバータ
    式抵抗溶接制御装置。
  3. 【請求項3】 商用交流を整流して直流にし、この直流
    をインバータにより所定周波数の交流パルスに変換し、
    この交流パルスを溶接トランスに通したのち整流器に通
    して再び直流にし、この直流を溶接電極を介して被溶接
    材に供給するようにしたインバータ式抵抗溶接機の制御
    装置において、 前記抵抗溶接機の一次側の電流を測定する一次電流測定
    手段と、 前記一次電流測定手段により得られる一次電流測定値を
    設定電流値よりも小さく、かつ前記溶接トランスの励磁
    電流よりも大きな値に選ばれた所定の監視値と比較し、
    その比較結果に基づいて前記抵抗溶接機の二次側におけ
    る無通電の異常事態を検出する無通電検出手段と、を具
    備することを特徴とするインバータ式抵抗溶接制御装
    置。
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