專利名稱：逆變器縫接觸焊電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于縫焊(seam welding)的逆變器接觸焊電源設(shè)備。
縫焊接是這樣一種工藝，其中一對相對薄的金屬片被持續(xù)或斷續(xù)焊接在一起，以形成一個縫狀焊線或多個焊線?？p焊可以被用于縫合干電池的金屬箱和半導體器件，燃料箱等等。
為了進行縫焊接，例如，沿其邊緣對圖7中所示的金屬片100和102進行縫焊接，一對縫焊接滾輪106和108沿要縫合的線104，相對于金屬片100和102的邊緣100a和102a移動，如圖7中虛線所示。同時，電流持續(xù)或斷續(xù)地被供給滾輪電極106和108，從而就沿線104對工件100和102進行了縫焊接。
縫焊接也可能被用于封閉或密封一個箱110，例如圖8中所示的箱。一對縫焊滾輪118和120沿要縫合的線116相對于帽狀箱部件112和114的凸緣或邊緣112a和114a移動，見圖8中的虛線。同時，焊接電流被連續(xù)地或斷續(xù)地提供給焊接電極118和120，從而產(chǎn)生接縫或焊縫116。
通常，工件100，102通過傳送齒輪連續(xù)或持續(xù)不斷地移動，因而縫焊滾輪106，108，118，120就繞它們各自的軸旋轉(zhuǎn)。
如上所述，在縫焊接操作中，接觸焊接電源設(shè)備通過焊接電極把焊接電流提供給工件?，F(xiàn)有技術(shù)的逆變器縫接觸焊電源設(shè)備包括一個反饋恒流控制部件，用來逐個周期地測量焊接電流，并且在焊接操作期間控制電流，使它保持在或接近于所希望的大小。但是，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備，不能連續(xù)監(jiān)視或估計焊接電流的值，這個值對確定焊接的結(jié)果或縫焊接的質(zhì)量是有用的。理由如下使用恒流控制的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備對基于逆變器逐個周期地切換的焊接電流進行測量。所測得的逆變器的單個切換周期的焊接電流的值對于縫焊接的焊接性所起的作用是很小的。因此，所測得的這樣一個單周期焊接電流值，不能給可靠確定焊接結(jié)果帶來有用信息。相反的極端情況是，人們可以提出一種逆變器縫焊接觸焊電源設(shè)備，該設(shè)備估計在全部縫焊接時間內(nèi)的整個焊接電流的平均值。不過，這樣一個在所有縫焊接時間內(nèi)的全電流平均值，顯然沒有考慮縫焊接的所在位置。因此，由于這個縫焊接時間一般很長(例如幾分鐘)，比單點焊接時間長得多，就忽略了縫焊接的局部缺陷。
因此本發(fā)明的目的是提供一個逆變器縫接觸焊電源設(shè)備，它能夠通過監(jiān)視焊接電流而確定縫焊接的焊接性，由此提高了縫焊接的質(zhì)量。
為達到上述目的，本發(fā)明的第一種逆變器縫接觸焊電源設(shè)備連續(xù)或斷續(xù)地對一對工件進行縫焊接，以形成一個或幾個線狀焊線。該設(shè)備包括監(jiān)視時間間隔予選裝置，用于將連續(xù)的縫焊接時間細分為一些予選時間間隔，每個作為一個電流監(jiān)視時間間隔；焊接電流測量裝置，用于測量上述每個電流監(jiān)視時間間隔的焊接電流；以及第一確定裝置，把在上述每個電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)通過上述焊接電流測量裝置測量的焊接電流值與一個予定的監(jiān)視值進行比較，由此確定每個上述電流監(jiān)視時間間隔的完好的局部焊接或有缺陷的局部焊接。
除了上述方案外，本發(fā)明的第二種逆變器縫接觸焊電源設(shè)備進一步包括一個電流測量裝置，用于在每個逆變器的切換周期內(nèi)，測量設(shè)備的初級或次級電流；及電流估算裝置，用于根據(jù)來自上述電流測量裝置的測量電流，估算其平均、峰值或有效電流值。
除了第一和第二方案，本發(fā)明的第三逆變器縫接觸焊電源設(shè)備進一步包括第二確定裝置，用于在上述第一確定裝置在予定數(shù)目的電流監(jiān)視時間間隔的連續(xù)時間內(nèi)已經(jīng)連續(xù)確定了一連串的有缺陷的局部焊接的時候，它確定為有缺陷的縫焊接。
除了第三方案，本發(fā)明的第四逆變器縫接觸焊接電源設(shè)備進一步包含停止控制裝置，用于當?shù)诙_定裝置已經(jīng)確定有缺陷的縫焊接的時候，停止焊接操作。
本發(fā)明的上述和其它的目的，特點和優(yōu)點，通過下面結(jié)合附圖的描述將會變得更清楚。


圖1是本發(fā)明的逆變器縫接觸焊電源設(shè)備的一個實施例的方塊圖；圖2是本發(fā)明的縫焊接順序時間表，其中，每個縫焊接時間被細分成予定的電流監(jiān)視時間間隔；圖3和4是通過圖1中CPU執(zhí)行的一個縫焊接和監(jiān)視電流例程的流程圖，表示本發(fā)明的實施例的操作。
圖5是表示在一個連續(xù)的電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)焊接確定的結(jié)果的圖。
圖6是按照圖5所示監(jiān)視結(jié)果，具有局部缺陷的重疊的局部焊接的原理圖；圖7是縫焊接應(yīng)用的一個透視圖；圖8是另一個縫焊接應(yīng)用的透視圖。
現(xiàn)在參看圖1至6對本發(fā)明的實施例做詳細說明。
首先看圖1，它示出了本發(fā)明的一個逆變器縫接觸焊接電源設(shè)備。本設(shè)備可以應(yīng)用到圖7和8中所示設(shè)備中。
在圖1中，接收三相AC(交流)市電的一個三相市電AC電源端10被連接到整流電路12的一個輸入端。整流電路12在其輸出端產(chǎn)生一個被整流的電流或直流電DC。平波(smoothing)電路包括一個線圈14和一個電容16，對DC電流進行平波。平波后的DC電流被加到一個逆變器電路18。逆變器電路18包括切換元件，例如是一個大功率晶體管(GTR)，絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)等，并把平波后的DC電流轉(zhuǎn)換成高頻(如4kHz)AC脈沖電流(方波)。因此，逆變器電路18的切換操作，和其高頻AC輸出的脈寬，是受控制脈沖CP控制的，CP脈沖經(jīng)由逆變器驅(qū)動電路36由CPU(中央處理器)38提供。
來自逆變器電路18的高頻AC輸出電壓被加在焊接變壓器20的初級線圈兩端。焊接變壓器20的次級線圈在其兩端感應(yīng)出一個降壓高頻AC電壓。來自焊接變壓器20的次級線圈的高頻AC電流被提供給一個整流電路24，整流電路24具有一對二極管22a和22b。整流電路24把高頻AC電流轉(zhuǎn)化成DC次級電流I2，該電流I2通過焊接電極26a和26b流過工件28a和28b。
本電源設(shè)備中的控制是由一個電流傳感器(例如，霍耳元件電流變換器)30，一個初級電流測量或檢測電路32，一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器34，一個CPU38，一個逆變器驅(qū)動電路36，一個ROM(只讀存貯器)40，一個RAM(隨機存取存貯器)42，一個操作盤控制器44，一個操作臺鍵46，一個顯示器和一個接口電路50構(gòu)成。
電流傳感器30被安排在逆變器電路18的輸出和焊接變壓器的初級線圈之間的初級電路中，以便包圍初級電線，產(chǎn)生表示初級焊接電流I1的波形的信號或其派生的信號。初級電流測量電路32確定或測量來自電流傳感器30的輸出信號的每半周或每一周的初級電流I1的有效電流值。以模擬形式從初級電流測量電路32中獲得的初級電流的測量值[I1]，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器34被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。被測電流的數(shù)字化信號由CPU38接收。
CPU38從初級電流測量電路32讀出每周期的測量電流值[I1]，并把它和儲存(寄存)的予定電流值[I1]進行比較，從而計算出測量電流值的偏差。根據(jù)這個偏差，CPU38確定下一個脈沖寬度Wi+1以便抵消這個偏差。在下一個周期，CPU38產(chǎn)生一個控制脈沖CPi+1，它具有這樣確定的脈沖寬度Wi+1。
電流傳感器30，初級電流測量電路32，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器34，CPU38和逆變器驅(qū)動電路36結(jié)合在一起，形成一個具有反饋環(huán)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)恒流控制電路，它控制逆變器電路18的切換，使初級電流I1總是維持在予選電流值(Is)附近。
ROM40存儲控制CPU38的程序。該存儲程序包括一個提供上述恒流控制的控制程序，一個在控制操作臺上提供人-機接口的顯示程序，一個鍵輸入例程，一個通過接口電路50與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊的通訊程序，等等。
RAM42存儲各種予選值作為寄存數(shù)據(jù)。進而RAM42還暫時存儲焊接操作的測量結(jié)果，及來自CPU38的中間數(shù)據(jù)和最后數(shù)據(jù)。RAM42的存儲信息可以由備用電池保存。操作臺控制器44從CPU38接收信號或發(fā)送信號到CPU38中去，鍵46和顯示器48設(shè)置在控制操作臺中(它包括，例如，液晶平板顯示器和LED發(fā)光二極管指示器)。
接口電路50通過一個內(nèi)部總線被連到CPU38。接口電路50還通過一個通信電纜52連到外部設(shè)備，例如一個焊接機器人控制器，焊接起動開關(guān)和/或焊接工藝編程設(shè)備。
在本實施例中，一個輸入設(shè)備，例如操作臺鍵46，被用于輸入所希望的縫焊接所要求的數(shù)據(jù)，例如，縫焊接時間，選擇電流，電流監(jiān)視時間間隔，電流監(jiān)視值，判據(jù)數(shù)據(jù)等等。
縫焊接或者是按連續(xù)縫焊接順序進行，其中焊接是連續(xù)進行的，沒有間歇或中斷，如圖2(a)所示；或者是按斷續(xù)焊接順序執(zhí)行，其中焊接是斷續(xù)進行的，有間歇P，如圖2(b)所示。對于一個連續(xù)的縫焊接順序，一個單一的完整的縫焊接時間ts被預(yù)先選定，而對于斷續(xù)的縫焊接順序，相應(yīng)的縫焊接時間ti和相應(yīng)的間歇時間Pi被預(yù)先選定。
且不說連續(xù)縫焊接順序的縫焊接時間，一個斷續(xù)縫焊接順序的縫焊接時間是很長的，例如是1000周，比一個點焊接時間長得多，點焊接時間很短，例如只有10周。按照本發(fā)明，縫焊接時間被細分成多個恒定的或可變的時間間隔tc(例如，20周的一段時間)。每個細分區(qū)形成一個電流監(jiān)視時間間隔，Ti，Ti+1，Ti+2，等等。當CPU38已經(jīng)接收到來自輸入設(shè)備的一個縫焊接順序的選擇數(shù)據(jù)的時候，CPU38進行這個電流監(jiān)視時間間隔T的確定。這個電流監(jiān)視時間間隔數(shù)據(jù)和所選擇數(shù)據(jù)被寄存到RAM42的存儲器中。
圖3和圖4是縫焊接和監(jiān)視電流例程的流程圖，該例程通過CPU38來執(zhí)行，表示本發(fā)明實施例的操作。當CPU38通過接口電路50已經(jīng)接收到一個來自外部設(shè)備的焊接開始信號，或當間歇時間ti在斷續(xù)縫焊接順序中已經(jīng)過去的時候，這個例程就被啟動。
首先，CPU38對于縫焊接時間ti設(shè)置一個計時器(步驟S1)，并且對于第一電流監(jiān)視時間間隔T設(shè)置另一個計時器(步驟S2)。然后CPU38從RAM42的存儲器中讀出初始脈沖寬度Ws和予選電流值，并產(chǎn)生具有初始脈寬Ws的控制脈沖CP1(步驟S3)。因此，在第一周內(nèi)，逆變器電路18中的切換元件在控制脈沖CP1的脈寬Ws規(guī)定的時間內(nèi)被置于接通狀態(tài)，從而AC初級電流I1，和次級DC電流，或焊接電流I2就產(chǎn)生了。
第一周的初級電流I1被電流傳感器30檢測并由初級電流測量電路32測量，由此該測量電路32提供第一周初級電流I1的有效電流值。在適當?shù)亩〞r處CPU38把測量電流值，即第一周初級電流的有效電流值[I1]讀到存儲器中(步驟S6)。然后CPU38把測量電流值[I1]和予定電流值[Is]進行比較，以確定測量電流值的偏差(步驟S7)，并且由該偏差決定或最佳化下一個脈沖寬度W2，這個脈沖寬度將使偏差消失(步驟S8)。
在下一個或第二個周期CPU38產(chǎn)生一個第二控制脈沖CP2，它具有脈沖寬度W2(步驟S3)。因此，在控制脈沖CP2的脈沖寬度W2所規(guī)定的時間內(nèi)，逆變器電路18中的切換元件被接通。因此，與第一周期的電流相比，第二周期的第二電流I2和初級電流I1增加或減少了。
再者，第二周期的初級電流I1被測量為由CPU38讀出的測量電流值(步驟S6)，并和予選電流值[Is]進行比較，以確定來測量電流與予選電流的偏差(步驟S7)。下一個脈沖寬度W3由該偏差來確定或最好佳化(步驟S8)。然后在第三周期，CPU產(chǎn)生一個第三控制脈沖CP3，它具有用于電流傳導的脈沖寬度W3(步驟S3)。CPU38在以后的周期內(nèi)，重復(fù)PWM恒流控制過程(S3，S6，S8)，直到縫焊接時間結(jié)束為止(步驟S4)。
按照本發(fā)明，本實施例執(zhí)行一個與PWM恒流控制過程同時進行的監(jiān)視電流例程?，F(xiàn)在描述該監(jiān)視電流程序或工序。在開始焊接以后，當?shù)谝浑娏鞅O(jiān)視時間間隔T1已經(jīng)過去的時候(步驟S5)，CPU38從RAM42的存儲器中收集在第一電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)獲得的測量電流值[I1]，[I2]，等等，并根據(jù)平均方法例如算術(shù)平均值方法來計算第一電流監(jiān)視時間間隔T1的平均電流值[IM1](步驟S9)。
然后CPU把平均電流值[IM1]和監(jiān)視數(shù)據(jù)，如上限值[IU]和下限值[IL]的進行比較。如果表示第一電流監(jiān)視時間間隔的焊接電流的量或大小的平均電流值[IM1]，落在上、下限值[IU]和[IL]之間的正常范圍內(nèi)，CPU就確定為合適的局部焊接，而如果值[IM1]脫離正常范圍(步驟S10)，則確定為有缺陷的局部焊接。在這種確定以后，CPU將定時器設(shè)置成第二電流監(jiān)視時間間隔T2(步驟S2)。
如果步驟S9的電流平均過程和步驟S10的局部焊接情況確定過程消耗可觀的時間，如超出了單個周期時間，則在步驟S9和S10的過程執(zhí)行以前，步驟S2的電流監(jiān)視時間間隔更新過程可先被執(zhí)行。或者是可在本電流監(jiān)視時間間隔的最后周期執(zhí)行步驟S9和S10的過程。在這種情況下，該時間間隔的最后周期的測量電流值被排除，不用來計算平均值。但是，這種排除對局部焊接確定的結(jié)果不會產(chǎn)生明顯影響。
按照這種方式，CUP逐個電流監(jiān)視時間間隔地執(zhí)行步驟S9的電流平均操作，以估計每個電流監(jiān)視時間間隔T1，T2，T3等的焊接電流的量或大小，同時也執(zhí)行步驟S10的局部焊接確定操作。如果在多至預(yù)定數(shù)目的電流監(jiān)視時間間隔(例如3個)內(nèi)，在局部焊接確定處理中確定了一連串的有缺陷的局部焊接，則CPU38就將其確定為有缺陷的縫焊接(步驟S12)。確定有缺陷的縫焊接后，CPU38立即停止或中斷縫焊接操作(步驟S13)。
關(guān)于在出現(xiàn)缺陷縫焊接情況下停止縫焊接操作時，CPU38可以通過顯示器48提供一個警告信息和/或通過接口電路50和通信電纜52提供一個信號給一個外部設(shè)備，例如是一個移動或傳送工件28a和28b以進行縫焊接的焊接機器人，以便停止操作。按照這種做法，已經(jīng)由CPU38確定出有缺陷的工件上的一個局部點可以被立即識別出來，并且可以采取適當?shù)男袆樱缰睾赣腥毕莸狞c。
或者是，當在步驟S12已經(jīng)確定有缺陷縫焊接的時候，CPU38可以確定在工件上的缺陷點的物理位置，例如與有缺陷點有關(guān)的識別碼或電流監(jiān)視時間間隔的數(shù)目，并把它記錄到RAM42的存儲器中。在縫焊接以后，CPU按照例如圖5示出的格式，通過顯示器48提供整個縫焊接時間上的監(jiān)測結(jié)果，或通過外部打印機打印出結(jié)果(未示出)。
圖6原理性地示出縫焊接的每個電流監(jiān)視時間間隔的局部焊接性(是符合要求的還是有缺陷的)。在圖例中，局部焊點或焊區(qū)N5至N7用封閉點劃線指示，它們與第五到第七電流監(jiān)視時間間隔T5至T7對應(yīng)，通過本實施例的設(shè)備相繼發(fā)現(xiàn)它們是有缺陷的。那些用封閉實線標示的局部點或區(qū)被認為是符合要求的。因此，區(qū)域D沒有被符合要求的局部焊點所覆蓋，而這個區(qū)域D被認為是通過縫焊接而產(chǎn)生的沿縫合線的有缺陷的點。
有缺陷的縫焊接的判斷標準可以隨工件的作用和規(guī)格，以及其它焊接條件，例如工件的傳送速度變化而變化。如果需要的話，電流傳感器30可以被提供在次級電路中以測量次級電流I2，而不是初級電流I1。
在上述實施例中，每個電流監(jiān)視時間間隔的測量的或監(jiān)視的焊接電流已經(jīng)在平均值中表示或估計。其它估價，例如電流峰值或有效電流值可以被用于評估焊接電流，以檢查縫焊接的局部焊接性。CPU38可以包括一個電流計算或估算功能，以便計算每個監(jiān)視時間間隔的焊接電流的平均值、峰值或有效電流值。
鑒于上述實施例的電源設(shè)備具有脈沖寬度調(diào)制器(PWM)恒流控制特性，本發(fā)明可以被應(yīng)用于任何其它的合適的電流控制特性，例如使用電流峰值或限幅器控制原理的恒流峰值控制。按照電流峰值或限幅器控制原理，電流傳感器被用于檢測焊接電流的瞬時值或波形。峰值或限幅控制對于逆變器的逐個周期或逐個半周檢測電流的瞬時值已經(jīng)達到予選參照值的時間，根據(jù)這樣的檢測，峰值或限幅器控制切斷逆變器電路，從而在焊接操作期間維持電流峰值。根據(jù)負載變化和/或所加電壓的變化，有效電流值也可經(jīng)歷變化。本發(fā)明的電流監(jiān)視技術(shù)可以成功地應(yīng)用于恒流峰值控制，從而改變縫焊接的質(zhì)量。
按照本發(fā)明，本發(fā)明的縫焊接質(zhì)量可以提高是由于本發(fā)明的設(shè)備把包括多個逆變器周期和覆蓋局部縫焊接的焊點的每個電流監(jiān)視時間間隔的焊接電流的值與一個電流監(jiān)視值進行比較，從而可靠確定縫焊接的局部焊接性。并且本發(fā)明的設(shè)備分析了對每個電流監(jiān)視時間間隔確定的結(jié)果的圖案，以便確定縫焊接的焊接性，進一步提高了縫焊接的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種逆變器縫接觸焊電源設(shè)備，用于連續(xù)或斷續(xù)縫焊接一對工件，以形成一個或多個縫狀焊接部分，該設(shè)備包括監(jiān)視時間間隔預(yù)選裝置，用于把一個連續(xù)縫焊接時間細分成多個預(yù)選時間間隔，其每一個預(yù)選時間間隔都作為一個電流監(jiān)視時間間隔；焊接電流測量裝置，用于在所述每個電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)測量焊接電流；第一確定裝置，用于把在所述每個電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)由所述焊接電流測量裝置測得的焊接電流值和一個預(yù)定監(jiān)視值進行比較，從而確定每個所述電流監(jiān)視器時間間隔的符合要求的焊接或有缺陷的焊接。
2.如權(quán)利要求1的逆變器縫接觸焊電源設(shè)備，其中所述焊接電流測量裝置包括電流測量裝置，用于測量逆變器的每個切換周期中該設(shè)備的初級或次級電流；和電流估算裝置，用于從在所述每個電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)從所述電流測量裝置獲得的測量電流值估算其平均值、峰值或有效電流值。
3.如權(quán)利要求1或2的逆變器縫接觸焊電源設(shè)備，進一步包括第二確定裝置，當所述第一確定裝置在一系列的預(yù)定數(shù)量的電流監(jiān)視時間間隔中已相繼確定一連串的有缺陷的焊接的時候，將其確定為有缺陷的縫焊接。
4.如權(quán)利要求3的逆變器縫接觸焊電源設(shè)備，進一步包括停止控制裝置，當所述第二確定裝置已確定有缺陷縫焊接的時候，停止焊接操作。
全文摘要
一種逆變器縫接觸焊電源設(shè)備，包括監(jiān)視時間間隔預(yù)選裝置，把一連續(xù)縫焊接時間細分成多個預(yù)選時間間隔，其每一個預(yù)選時間間隔都作為一個電流監(jiān)視時間間隔；焊接電流測量裝置，在所述每個電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)測量焊接電流；第一確定裝置，把在所述每個電流監(jiān)視時間間隔內(nèi)由所述焊接電流測量裝置測得的焊接電流值和一預(yù)定監(jiān)視值進行比較，從而確定每個所述電流監(jiān)視時間間隔的符合要求的焊接或有缺陷的焊接?？商岣呖p焊質(zhì)量。
文檔編號B23K11/24GK1154282SQ96122050
公開日1997年7月16日 申請日期1996年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月20日
發(fā)明者島田博司 申請人:宮地技術(shù)株式會社