專利名稱：用于電阻點(diǎn)焊的控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電阻點(diǎn)焊的控制系統(tǒng)及其方法，尤其涉及一種采用一個(gè)存儲有一組標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線的存儲器來控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的控制系統(tǒng)及其方法。
目前，在汽車制造過程中連接一對金屬板的各種場合，電阻點(diǎn)焊得到了廣泛的應(yīng)用。眾所周知，對于電阻點(diǎn)焊來說，質(zhì)量控制是焊接過程中的主要困難之一。
通常，電阻點(diǎn)焊裝置包括一臺有一對焊接電極的點(diǎn)焊機(jī)、一對金屬板、一臺變壓器、一臺控制器、一個(gè)電流傳感器、一個(gè)電壓傳感器和一個(gè)微處理器。
在電阻點(diǎn)焊裝置中，與變壓器相配合的控制器給要被焊接的金屬板提供電流和電壓。在一次電阻點(diǎn)焊過程中，即焊接一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)，電流傳感器和電壓傳感器分別產(chǎn)生與焊接電流和電壓成比例的模擬信號，其中一個(gè)電阻點(diǎn)焊焊接時(shí)間間隔包括大量的半周，一個(gè)周期就是1除以電流和電壓的頻率。微處理器用在電阻點(diǎn)焊過程中檢測到的電流和電壓計(jì)算出一個(gè)動態(tài)電阻值，并在該動態(tài)電阻值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)控制信號，然后把這個(gè)控制信號傳送給控制器。控制器根據(jù)微處理器的控制信號，控制下一次電阻點(diǎn)焊時(shí)作用于電阻點(diǎn)焊機(jī)電路中的初始焊接電流。
上述典型的電阻點(diǎn)焊裝置的主要缺點(diǎn)之一是它不能控制在電阻點(diǎn)焊焊接過程中出現(xiàn)的誤差，因?yàn)樗鼉H控制下一次電阻點(diǎn)焊時(shí)的初始焊接電流，而不是正在進(jìn)行的電阻點(diǎn)焊過程的當(dāng)前電流，也就是說，上述裝置不能提供實(shí)時(shí)誤差。
所以，本發(fā)明的主要目的是提供一種采用一個(gè)存儲有一組標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線的存儲器來控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的改進(jìn)的控制系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供有一在帶有控制電阻點(diǎn)焊操作的一個(gè)電流傳感器和一個(gè)電壓傳感器的電阻點(diǎn)焊裝置中使用的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)存儲有N個(gè)該存儲器預(yù)定動態(tài)電阻值的存儲器，每一個(gè)值表示一條相應(yīng)的動態(tài)電阻曲線，當(dāng)電阻點(diǎn)焊開始時(shí)，根據(jù)預(yù)定的焊接條件提供一個(gè)預(yù)定的動態(tài)電阻值；一個(gè)根據(jù)電流傳感器檢測到的焊接電流和電壓傳感器檢測到的電壓來計(jì)算動態(tài)電阻值的動態(tài)電阻計(jì)算器；一個(gè)用來比較動態(tài)電阻與所選定的預(yù)定動態(tài)電阻值的比較器；以及一個(gè)用來根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)焊接電流，從而控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的焊接電流控制器。
結(jié)合附圖通過下面對具體優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明連同以上描述的和其他的目的及優(yōu)點(diǎn)將會變得非常明顯，其中

圖1是帶有本發(fā)明的焊接質(zhì)量控制器的電阻點(diǎn)焊裝置的示意圖。
圖2是圖1中焊接質(zhì)量控制器的存儲器中存儲的一條標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線示范例。
圖1描述了帶有本發(fā)明的焊接質(zhì)量控制器150的電阻點(diǎn)焊裝置100，其中焊接質(zhì)量控制器150包括一個(gè)動態(tài)電阻計(jì)算器152、一個(gè)比較器154、一個(gè)存儲器156和一個(gè)焊接電流控制器158。該電阻點(diǎn)焊裝置100還包括一臺由初級繞組、鐵芯和次級繞組組成的變壓器120、一個(gè)包括變壓器的初級繞組和一個(gè)由第一SCR(SCR1)和低二SCR(SCR2)組成的SCR(半導(dǎo)體控制的整流器)塊136的初級回路130、一個(gè)包括一對電極112、114、一對夾持在電極112、114間的金屬板116、變壓器120的次級繞組、一個(gè)電流傳感器140、一個(gè)電壓傳感器142和焊接質(zhì)量控制器150的次級回路110。
存儲器156存儲有N組最優(yōu)動態(tài)電阻值和同樣數(shù)目的相應(yīng)的初始焊接電流，每一個(gè)初始焊接電流對應(yīng)一組最優(yōu)動態(tài)電阻值，N是一個(gè)預(yù)定的正整數(shù)。每一組最優(yōu)的動態(tài)電阻值和與它相應(yīng)的初始焊接電流都是由如下給定的焊接條件經(jīng)過試驗(yàn)而得到的，預(yù)定的焊接條件則由輸入端132、134的輸入電壓和被焊金屬板116的種類和厚度來決定。
為簡單起見，假定輸入電壓被定為一預(yù)定值。首先，對于N種預(yù)定焊接條件中的任一種，焊接過程都在電流傳感器140測量的一預(yù)定初始焊接電流下進(jìn)行多次，從而產(chǎn)生多組動態(tài)電阻，其中一組中的每一個(gè)動態(tài)電阻值都是由電壓傳感器142和電流傳感器140所測量的電壓值除以電流值而定的，電壓和電流值分別表示它們每半周上的RMS值(均方根)。上述過程針對不同的初始焊接電流進(jìn)行，從而產(chǎn)生了多組對應(yīng)于不同初始焊接電流的動態(tài)電阻值。其次，得到最好的焊接質(zhì)量的一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)被確定為每一個(gè)預(yù)定焊接條件的一組動態(tài)電阻值和與它相應(yīng)的初始焊接電流。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，某一預(yù)定焊接條件的初始焊接電流可被固定，一組最優(yōu)的電阻值則可以從預(yù)定焊接條件的固定初始焊接電流得到。
圖2所示的是圖1中的焊接質(zhì)量控制器150的存儲器156存儲的一組作為示例的最優(yōu)動態(tài)電阻值。在這種情況下，金屬板116例如是低碳鋼，且每塊金屬板的厚度約為0．7mm，作為示例的該組最優(yōu)動態(tài)電阻值則通過當(dāng)電阻點(diǎn)焊裝置100將初始焊接電流設(shè)置為例如約9000A，從許多試驗(yàn)數(shù)據(jù)中選擇一組有最好焊接質(zhì)量的動態(tài)電阻值而得到。需要注意的是，在圖2中的每一個(gè)小圓點(diǎn)表示電阻點(diǎn)焊的焊接時(shí)間間隔內(nèi)的一個(gè)對應(yīng)半周的電阻點(diǎn)焊的動態(tài)電阻值。
在焊接裝置100中，如果使用者開始一次電阻點(diǎn)焊，需按下鍵盤(未示出)上的某一選擇鍵來選擇一條相應(yīng)于存儲器156中的一組最優(yōu)動態(tài)電阻值的特定的標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線，其中該特定的標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線根據(jù)預(yù)定的焊接條件來定。該給定的焊接條件則由如被焊金屬板的厚度等這樣的焊接參數(shù)來決定，也就是說，在焊接開始之前，使用者能辨別該焊接條件，并能選擇相應(yīng)于該給定焊接條件的標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線。當(dāng)選擇鍵被按下后，該選擇信號被輸入到存儲器156。存儲器156響應(yīng)該選擇信號，將所選定的標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線發(fā)送到比較器154，相對應(yīng)的初始焊接電流也通過線路L20送到焊接電流控制器158。焊接電流控制器158給SCR塊136發(fā)送一個(gè)邏輯門控制信號，從而將初級電流設(shè)置為初始焊接電流。
另一方面，預(yù)定的AC(交流)輸入電壓V加到輸入端132、134，從而使初級電流流經(jīng)SCR塊136和變壓器120的初級繞組，其中該AC輸入電壓一般是220V、380V或440V。在焊接時(shí)間間隔的P個(gè)，例如1個(gè)或2個(gè)初始半周內(nèi)，初級電流由通過焊接電流控制器158發(fā)送給SCR塊136的邏輯門控制信號設(shè)置為相應(yīng)初始焊接電流IS。變壓器120將初級回路130的電能轉(zhuǎn)移到次級回路110中，其中電壓和電流發(fā)生變化，使次級回路110的電流比初級回路130的電流更大。電阻點(diǎn)焊時(shí)，一對電極112、114夾持住金屬板116，并使次級電流通過金屬板116的局部區(qū)域，從而焊接該局部區(qū)域。電流傳感器140連接到次級回路110中，用來檢測一個(gè)焊接時(shí)間間隔內(nèi)的每一個(gè)半周的焊接電流，其中該焊接時(shí)間間隔包含M個(gè)半周，且該檢測到的電流被傳送給焊接質(zhì)量控制器150的動態(tài)電阻計(jì)算器152。同樣，電壓傳感器142連接到電極112、114上，用來檢測一個(gè)焊接時(shí)間間隔內(nèi)每一個(gè)半周的次級回路110的電壓，其中該檢測到的電壓被傳送給動態(tài)電阻計(jì)算器152。
在動態(tài)電阻計(jì)算器152中，焊接時(shí)間間隔內(nèi)的每一個(gè)半周的動態(tài)電阻RD可由下式得到RD=VD／ID公式1其中VD表示檢測到的電壓的RMS值，ID表示檢測到的焊接電流的RMS值。動態(tài)電阻計(jì)算器152將計(jì)算出的動態(tài)電阻RD傳送給比較器154。
比較器154將該計(jì)算出的RD與標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線上相應(yīng)半周的動態(tài)電阻值RS進(jìn)行比較。比較結(jié)果ΔR表示RD與RS之間的偏差。該比較結(jié)果ΔR通過線路L10傳送給焊接電流控制器158。焊接電流控制器158用下式來計(jì)算要被補(bǔ)償比較結(jié)果ΔR電流的補(bǔ)償值ΔIΔI=K×ΔR公式2其中K是一個(gè)常數(shù)。焊接電流控制器158給SCR塊136發(fā)送一個(gè)下一個(gè)半周的相應(yīng)于焊接電流IN的邏輯門控制信號，由次電阻點(diǎn)焊裝置100控制電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量，其中IN=IS+ΔI。上述過程在下一個(gè)半周內(nèi)重復(fù)，焊接電流在隨后的半周內(nèi)被調(diào)節(jié)，直到焊接周期結(jié)束。
與現(xiàn)有電阻點(diǎn)焊裝置相比，采用本發(fā)明的電阻點(diǎn)焊裝置100可以更精確地控制電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量，這歸于存儲器存儲有N組初始焊接電流值和標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)電阻曲線，每一組都對應(yīng)一預(yù)定的焊接條件，焊接質(zhì)量控制器150控制著單位時(shí)間內(nèi)的焊接電流，例如一個(gè)半周內(nèi)的焊接電流。
盡管本發(fā)明是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例所作的描述，但在沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作任何的修改和變化，如在下述權(quán)利要求陳述的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于具有一個(gè)電流傳感器和一個(gè)電壓傳感器的電阻點(diǎn)焊裝置中的用來控制電阻點(diǎn)焊操作的使用的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括存儲有N組預(yù)定動態(tài)電阻值的裝置，每一組值表示一條相應(yīng)的動態(tài)電阻曲線，N是一個(gè)預(yù)定的正整數(shù)；當(dāng)電阻點(diǎn)焊開始時(shí)，根據(jù)預(yù)定的焊接條件選擇一個(gè)預(yù)定的動態(tài)電阻值的裝置；根據(jù)電流傳感器檢測到的焊接電流和電壓傳感器檢測到的電壓來計(jì)算動態(tài)電阻值的裝置；比較動態(tài)電阻與所選擇的預(yù)定動態(tài)電阻值的裝置；及根據(jù)比較結(jié)果，調(diào)節(jié)焊接電流，從而控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中在一電阻點(diǎn)焊過程中，焊接電流包括M個(gè)半周，M是一個(gè)預(yù)定的正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中每一條動態(tài)電阻曲線表示作為焊接時(shí)間周期和其幅度的函數(shù)的動態(tài)電阻的變化，其中焊接時(shí)間周期被分成M個(gè)取樣點(diǎn)，即表示M個(gè)半周。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中存儲裝置還存有N個(gè)初始電流值，每個(gè)初始電流值對應(yīng)每一條動態(tài)電阻曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝置在焊接時(shí)間周期的1個(gè)或2個(gè)半周內(nèi)將焊接電流設(shè)置成所選擇的動態(tài)電阻曲線的相應(yīng)初始焊接電流IS。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中計(jì)算出在焊接時(shí)間周期的一個(gè)半周內(nèi)的動態(tài)電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中比較裝置比較計(jì)算出的動態(tài)電阻值與所選擇的動態(tài)電阻曲線上相應(yīng)半周的動態(tài)電阻值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝置根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算焊接電流的補(bǔ)償值ΔI。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝置提供給電阻點(diǎn)焊裝置下一個(gè)半周的焊接電流IN，其中IN是IS和ΔI的和。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中預(yù)定焊接條件是由被焊金屬板的厚度和種類決定的。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中每一個(gè)預(yù)定的動態(tài)電阻值都是在預(yù)定焊接條件下重復(fù)進(jìn)行電阻點(diǎn)焊而得到，其中，預(yù)定焊接條件由被焊金屬板的厚度和種類確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中在預(yù)定的焊接條件下具有最好的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)被定為相應(yīng)給定焊接條件的動態(tài)電阻曲線。
13.一種用于具有一組焊接電極的電阻點(diǎn)焊裝置的用來控制一組被焊金屬的焊接電流的方法，包括以下步驟(a)為該組金屬存儲一個(gè)焊接時(shí)間周期內(nèi)的一組最優(yōu)的動態(tài)電阻值和一個(gè)初始電流值IS，該焊接時(shí)間周期包括K個(gè)半周，K是一個(gè)預(yù)定的正整數(shù)；(b)給所述焊接電極施加一對應(yīng)于存儲的初始焊接電流值的初始電流IS；(c)檢測焊接電極的電壓和電流，并根據(jù)檢測到的電壓和電流計(jì)算動態(tài)電阻值；(d)得出動態(tài)電阻值和所選擇出的最優(yōu)動態(tài)電阻值之間的偏差；以及(e)根據(jù)這一偏差調(diào)節(jié)焊接電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該調(diào)節(jié)后的焊接電流由IS和該偏差的一個(gè)預(yù)定的正數(shù)倍的和確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在初始的1個(gè)或2個(gè)半周內(nèi)采用初始焊接電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在初始的1個(gè)或2個(gè)半周以后的每個(gè)半周內(nèi)，進(jìn)行調(diào)節(jié)步驟(e)。
全文摘要
控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的電阻點(diǎn)焊裝置,包括初級回路、次級回路和變壓器,電壓作用初級回路產(chǎn)生焊接電流,還包括檢測焊接電流的電流傳感器、電壓傳感器、動態(tài)電阻計(jì)算器、比較器、存儲器和焊接電流控制器。存儲器存有N條預(yù)定動態(tài)電阻曲線,開始時(shí)選一條預(yù)定動態(tài)電阻曲線,動態(tài)電阻計(jì)算器根據(jù)檢測的焊接電流和電壓計(jì)算動態(tài)電阻。比較器比較動態(tài)電阻與選擇的預(yù)定動態(tài)電阻曲線,焊接電流控制器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)焊接電流來控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量。
文檔編號B23K11/24GK1203844SQ9810291
公開日1999年1月6日 申請日期1998年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月4日
發(fā)明者金経一, 成源鎬 申請人:社團(tuán)法人高等技術(shù)研究院研究組合