電阻焊接機的控制方法
2023-06-11 02:42:16 1
專利名稱：電阻焊接機的控制方法
技術領域：
本發明涉及，例如，點焊用的電阻焊接機的控制方法。
電阻焊接，諸如點焊已經用於各種鋼板形成的製品。但是，近來電阻焊接過程中的焊接缺陷有增加的趨勢。換句話說，在傳統上，工件一般都由低碳鋼板形成。因此，不適當的焊接較少出現。通過控制焊接條件不變，可以使焊接質量維持相對穩定。但是，鍍鋅鋼板和高抗拉強度鋼板已經廣泛地用來代替低碳鋼板，於是焊接缺陷便比較頻繁地出現。
因而，人們期待出現能夠精確地控制焊接質量的方法。
為了對付這個問題，開發了各種各樣的焊接控制方法。例如，至今已經開發的方法中，有一種是從焊接電流和焊接電壓求出電極頭之間的電阻，並依據該電阻的變化模式控制焊接電流。這種類型的一個例子公開於日本公開讓公眾審查的專利申請昭57-127584。另外，開發了另一種方法，其中把電極頭之間的電壓與隨著時間而變化的預設基準電壓比較，並依據它們之間的差值是否在允許的數值範圍內而進行焊接控制。日本專利公告昭59-40551公開了這種類型的一個例子。另外，按照最近計算機和模擬技術的進展，也開發並實際使用了其它方法，其中利用熱傳導模型，並用計算機計算熔核的直徑。在這些方法中，從熱傳導模型計算基底金屬的溫度分布，從該溫度分布估計熔核的形成條件，並依據該條件進行焊接控制。日本公開讓公眾審查的專利申請平9-216072公開了這種類型的一個例子。此外，還開發了一種方法，其中從熱傳導模型計算基底金屬的溫度分布，由該溫度分布估計熔核的直徑，並利用焊接過程中電極的移動量修正該溫度分布。這種類型的一個例子公開於日本公開讓公眾審查的專利申請平7-16791。
在這些方法中，在傳統的不使用任何熱傳導模型的各種焊接控制方法的情況下，必須在焊接現場對每一種焊接材料進行預備試驗，以便獲得焊接質量與其規範之間的關係。這種控制的結果是不能令人滿意的。傳統的焊接控制方法中的這個缺點是其控制算法僅僅建立在基本概念和經驗公式的基礎上而造成的。
另外，利用熱傳導模型的現代焊接控制方法有可能解決上述問題，因為它包括了通用控制方法。但是，焊接現場的實際焊接條件決定於各種鋼板組合(不同厚度、材料和表面處理的鋼板的結合)、是否有已焊接點、是否有端點焊接(鋼板端部的焊接)和電極頭之間的形狀上的差異等等的混合。因此，在某些情況下，已經難以僅僅利用熱傳導模型來提高控制精度並獲得高的焊接質量。
例如，當薄鋼板和厚鋼板形成鋼板組合時，以及當三塊或更多的鋼板重疊焊接時，即使利用隨薄鋼板和厚鋼板的接觸界面位置而定的熱傳導模型估計獲得足夠的熔融部分，也難以判斷與起冷卻端作用的焊接電極接觸的薄板部分是否熔化了。
因此，本發明準備提供一種能夠改進控制精度和焊接質量的電阻焊接機控制方法。
按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間的電壓變化以及關於點焊位置上鋼板組合順序的信息計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在電極上的壓力的方法。
按照本發明的電阻焊接機控制方法，利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間電壓的變化以及關於點焊位置上鋼板組合順序的信息，計算待焊接部分的溫度分布。因此，可以精確地計算溫度分布。因為這種溫度分布用來控制焊接過程中的焊接電流和/或施加在電極上的壓力，所以，這種方法在達到待焊接部分上高精度的熔核尺寸特徵值，從而在完成焊接質量的控制方面是有效的。
此外，按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化以及點焊位置的焊接位置信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在該電極上的壓力的方法。
按照本發明的電阻焊接機控制方法，利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間電壓的變化以及點焊位置上的焊接位置信息，計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流和/或施加在電極上的壓力。因此，焊接質量較少受點焊位置的影響。結果，這種方法在達到待焊接部分的高精度的熔核尺寸特徵值，從而在完成焊接質量的控制方面是有效的。
此外，按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化以及關於該兩焊接電極之間的損耗的比較信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在電極上的壓力的方法。
按照本發明的電阻焊接機控制方法，利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間電壓的變化和該兩電極之間損耗的比較信息，計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布控制焊接電流和/或施加在電極上的壓力。因此，當兩電極之間損耗狀態不同時，和當兩個焊接電極之間電極頭的直徑不同時，焊接質量較少受影響。結果，這種方法在達到待焊接部分上高精度的熔核尺寸特徵值，從而在完成焊接質量的控制方面是有效的。
此外，按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化以及關於點焊位置的鋼板組合順序信息和焊接位置信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在電極上的壓力的方法。
此外，按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化、關於點焊位置的鋼板組合順序信息和焊接位置信息、以及關於該兩焊接電極之間損耗的比較信息，來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在電極上的壓力的方法。
另外，按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化、關於點焊位置上鋼板組合順序的信息以及關於該兩焊接電極之間損耗的比較信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在電極上的壓力的方法。
另外，按照本發明的電阻焊接機控制方法是一種利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化、關於點焊位置的焊接位置信息以及關於該兩焊接電極之間損耗的比較信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制焊接電流或施加在電極上的壓力的方法。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，點焊位置上的鋼板組合順序包括構成待焊接的鋼板組合的鋼板的重疊順序的信息。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，點焊位置上的鋼板組合順序包括構成待焊接的鋼板組合的鋼板材料的信息。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，點焊位置上的鋼板組合順序包括構成待焊接的鋼板組合的鋼板表面處理的信息。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，點焊位置上的焊接位置信息包括到焊接點的距離的信息。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，點焊位置上的焊接位置信息包括到工件端點的距離的信息。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，關於兩焊接電極之間損耗的比較的信息包括關於焊接電極頭接觸直徑的比較的信息。
在上述按照本發明的電阻焊接機控制方法中，關於兩焊接電極之間損耗的比較的信息包括關於焊接電極頭形狀的信息。
圖1是表示按照本發明實施例的電阻焊接機控制方法的例子的視圖；圖2是表示待焊接的包括各種不同厚度的鋼板的鋼板組合的視圖；圖3a和3b是表示在焊接電極之一已被損耗的情況下隨鋼板組合順序而定的焊接條件的視圖；圖4是表示在工件端點處焊接的例子的視圖；圖5a和5b是表示有已焊接點因而出現分流時焊接條件的視圖；圖6是表示在使用熱傳導模型時厚度有很大差別的鋼板的情況下的修正方法的視圖；以及圖7是表示已焊接點靠近點焊位置的情況下焊接條件的視圖。
下面將參照圖1至7描述按照本發明的實施例。
參照圖1，通過壓力氣缸3向焊接電極1施加壓力，以便把工件17夾緊在各焊接電極之間。焊接電極1通過次級導體2連接到焊接電源16。機械部分18具有與焊接電極1電絕緣的運動機構，並按照來自點焊位置控制部分12的指令由驅動部分6驅動，把焊接電極1移動到工件17上的任何位置。
電壓檢測線7連接到焊接電極1，焊接電壓信號處理部分8檢測焊接電壓。同時，焊接電流檢測部分9的信號由焊接電流處理部分10處理，並輸入到焊接部分溫度估計部分11。
另外，工件17的點焊位置、點焊位置的鋼板重疊順序、點焊位置信息和兩焊接電極之間損耗比較信息已經預先輸入到點焊位置控制部分12。點焊位置控制部分12把焊接電極1移動到點焊位置，並把移動信息傳輸到焊接條件輸入部分13。
利用焊接電壓信號處理部分8和焊接電流檢測部分9的信號，焊接部分溫度估計部分11估計工件17焊接部分內的溫度。利用該估計結果，焊接控制部分14產生控制量。控制輸出部分15通過焊接電源16和電動氣動比例閥控制部分5向電動氣動比例閥4發送控制輸出信號，以此控制焊接條件，而至少控制焊接電流和焊接壓力之一。
下面將描述焊接部分溫度估計部分11的操作。待焊接的工件17的厚度、重疊的鋼板數、各鋼板材料、取決於鋼板材料的各物理常數、電極形狀和類型以及取決於電極材料的各物理常數已經預先輸入到焊接部分溫度估計部分11。焊接部分溫度估計部分11根據給定的數值設置熱傳導模型的邊界條件。這種熱傳導模型是由待焊接的部分的幾何形狀和物理常數形成的，並且是用於基於待焊接部分處的電壓和焊接電流的數值分析的數學模型。數值分析是利用基於流過待焊接部分的焊接電流和施加於其上的電壓的熱傳導模型進行的，用以計算待焊接部分處的用作載流通道的載流直徑、電位分布和電流密度分布。然後根據每一個待焊接的部分的電流密度和固有電阻計算加熱量和熱傳導，以此可以估計待焊接部分的溫度分布。這種估計用來控制待焊接部分處的焊接質量(熔核尺寸特徵值)。與焊接部分溫度估計部分11這種操作類似的例子詳細地列於日本專利公告平7-16791中。
但是，在實際焊接現場，會碰到具有不同厚度的鋼板混合，「三塊或更多鋼板重疊」、「頻繁出現端點焊接」、「也頻繁出現分流焊接」、「在某些情況下形狀彼此不同的電極配對使用」和其它困難情況。因此，在某些情況下，當只使用工件厚度信息、其鋼板重疊數和鋼板材料信息時，難以控制待焊接部分處的熔核尺寸特徵值。
圖2表示一個例子，其中工件17由薄鋼板和厚鋼板混合形成，而且鋼板在厚度上有明顯差別，因此出現焊接缺陷，給焊接質量控制造成困難。
此外，在某些情況下焊接電極1中一個的損耗狀態可能明顯地不同於另一個，而且會在不同的位置上產生熔核。即使使用相同的鋼板組合，控制熔核尺寸特徵值也會變得困難，除非考慮鋼板相對於電極的重疊順序。另外，在某些情況下，電極頭隨待焊接部分而定形成特殊的形狀。這種情況的例子示於圖3a和3b。
此外，在點焊位置處於端點的情況下，或者當出現明顯的分流時，在某些情況下可能難以利用熱傳導模型本身。圖4表示一個例子，其中焊接在工件17的端點17a進行。圖5表示一個例子，其中點焊位置離開已焊接點21距離H，在出現向已焊接點21的分流20。
在本實施例中，關於鋼板重疊順序的信息和工件17點焊位置上的焊接位置信息以及兩焊接電極之間損耗比較信息已經預先從點焊位置控制部分12按照表1指出的內容輸入到焊接條件輸入部分13。
可以把多達4層鋼板的厚度值、材料和重疊順序寫入表1中。另外，可以輸入點焊位置的幹擾因素，亦即端點焊接等級和分流出現等級。另外，還可以輸入關於兩焊接電極之間比較的信息，亦即電極頭直徑之間的差值，等等。焊接條件傳輸表例子
(注1)當到端點的距離為50時，而且分流等級是5，在這些焊接條件下進行恆定電流焊接。
此外，還設置了隨幹擾狀態而變的焊接方法的焊接條件。表1中，周期代表交流電流的周期。在60赫的區域一周期約16ms(一周期)，並代表交流載流時間。1至U代表用數字和字母表示的厚度值，使得3mm以下的數值可以由信號字符表示。55到99範圍的到端點的距離代表焊接電極頭的中心與端部之間的距離在5mm到9.9mm的範圍內。依據點焊位置到鄰近的已焊接點的距離來判斷分流等級。等級0代表無分流出現，而等級5代表距離是5mm或更短。另外，表面處理狀態依據「材料」分類。例如，1代表光鋼板，2代表鍍鋅鋼板，3代表光的高抗拉強度鋼板，4代表鍍鋅高抗拉強度鋼板等等。
根據這些信息，焊接部分溫度估計部分11根據鋼板重疊順序和具有不同厚度值的鋼板材料作出判斷，以便確定往往引起焊接缺陷的界面。根據界面處的溫度分布來控制熔核尺寸特徵值。
換句話說，當輸入表1中表示的點焊位置的鋼板重疊順序時，焊接部分溫度估計部分11作出判斷以便確定是否有必要修正熱傳導模型用的數值分析方法。
在本實施例中，判斷是利用與作為具有溫度T＝Tr的冷端1a的電極接觸的鋼板的厚度與其它鋼板的總厚度之比作出的。在這種情況下，當這個比率小時，就是說，與電板1接觸的鋼板是薄鋼板，而且其厚度遠遠小於其它鋼板的總厚度時，進行修正的數值計算。
圖6是表示在這種情況下進行的數值分析方法的示意圖。它也指出這樣一種熱傳導模型，後者假定相對於待焊接部分處具有半徑d/2的電極的中心軸線是對稱的，並且相對於工件17的中心軸線在其總厚度的方向上也是對稱的。在實際的數值計算中，因為計算時間的限制，只有圖6的右上部分，亦即該模型的1/4用於計算。J代表電極的中心軸線，而i代表焊接電流。
圖6表示這一部分被分成計算網格。網格的間距為Δr×Δz，工件17的厚度的一半為h。另外，圖中軸線r以下的部分表示實心部分和用來解釋數值分析的結果的熔化部分。在這種情況下，熔化部分的半徑(熔核半徑)為dn/2，待焊接部分的厚度的一半為pn/2。按照實際的實施例的數值計算是在把Δr×Δz設置為約0.1mm的情況下進行的。
下面將描述構成工件17的鋼板在厚度上差異很大的情況下的修正方法。如圖中所示地計算出待焊接部分內部的溫度分布之後，檢驗圖6的對應於與電極接觸的鋼板與其它鋼板之間的界面的部分a的溫度分布。向焊接控制部分14發出改變焊接條件命令，使得該部分的溫度在焊接時間內達到熔化溫度，然後改變焊接條件。
在這種情況下，可通過控制電動氣動比例控制閥5來控制施加在電極上的壓力。另外，兩電極損耗進展狀態或電極頭形狀的比較是預先已知的。在薄鋼板與明顯損耗的電極接觸，亦即與具有較大的電極頭的電極接觸的情況下，進行修正。在這種情況下，數值計算用的電極和鋼板之間的界麵條件變成具有較大電極頭的電極的界麵條件，然後求出溫度分布。
另外，因為根據點焊位置信息輸入端點和分流狀態，所以端點焊接範圍和到已焊接點21的距離是預先知道的。根據這些狀態進行修正，並估計待焊接部分的溫度分布。
在圖4所示的端點焊接的情況下，工件17在焊接過程中明顯變形，而構成工件17的鋼板總厚度明顯變化。因此，根據端點焊接的範圍準備鋼板厚度修正係數，並用於鋼板厚度修正。在這種情況下，當到已焊接點21的距離H如圖5所示較小時，根據該距離準備分流比值，並用來修正焊接電流。這項修正之後，求出待焊接部分的溫度分布，然後改變焊接條件。
此外，在圖7點A的情況下，其中到已焊接點21的距離非常小，因而認定熔核重疊，還認定難以使用熱傳導模型，選擇恆定電流焊接，並在表1設置的焊接條件下進行焊接，從而防止向電極和工件的輸入過量。
按照本發明的本實施例，有可能知道點焊位置處的鋼板組合信息，就是說，構成工件的鋼板的厚度值、材料、表面處理狀態和重疊順序。因此，當根據焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間電壓的變化估計待焊接部分的溫度分布時，也可以從待焊接部分的溫度分布估計與焊接電極接觸的鋼板的熔化狀態。另外，通過獲得焊接位置信息可以修正焊接電流的分流比值，或者可以進行端點焊接時的修正。此外，當從兩焊接電極之間損耗比較的信息估計溫度分布時，也可以修正界麵條件，從而能夠以較高的精度完成焊接控制。
如上所述，通過利用焊接電流、電極間的電壓、點焊位置處的鋼板重疊順序、點焊位置處的點焊位置信息和兩電極之間損耗比較信息，可以從焊接過程中焊接電流和電極間的電壓變化來計算待焊接部分的溫度分布。利用計算出來的溫度分布，可以控制焊接電流和/或對電極的壓力。此外，還可以利用點焊位置處的點焊位置信息。結果，有可能精確地控制熔核尺寸特徵值。
但是，本發明完全不限於本實施例，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以作出各種各樣的修改。另外，儘管按照本發明的熱傳導模型是一個簡化了的一維模型，其中待焊接的部分在水平和垂直方向上是對稱的，但是，不用說，該熱傳導模型可以應用於更接近於實際焊接條件的的非對稱的和三維的模型。
權利要求
1.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間的電壓變化以及關於點焊位置上鋼板組合順序的信息計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
2.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化以及關於點焊位置的焊接位置信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
3.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化以及關於所述兩電極之間的損耗的比較信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
4.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化以及點焊位置的鋼板組合順序信息和焊接位置信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
5.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化、點焊位置的鋼板組合順序信息和焊接位置信息，以及所述兩焊接電極之間損耗的比較信息，來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
6.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化、點焊位置上鋼板組合順序的信息和所述兩焊接電極之間損耗的比較信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
7.一種電阻焊接機控制方法，用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極間電壓的變化、點焊位置的焊接位置信息和所述兩焊接電極之間損耗的比較信息來計算待焊接部分的溫度分布，並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。
8.按照權利要求1，4，5和6中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述點焊位置上的所述鋼板組合順序包括構成待焊接的鋼板組合的鋼板的重疊順序的信息。
9.按照權利要求1，4，5和6中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述點焊位置上的所述鋼板組合順序包括構成待焊接的鋼板組合的鋼板材料的信息。
10.按照權利要求1，4，5和6中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述點焊位置上的所述鋼板組合順序包括構成待焊接的鋼板組合的鋼板表面處理的信息。
11.按照權利要求2，4，5和7中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述點焊位置上的所述焊接位置信息包括到已焊接點的距離的信息。
12.按照權利要求2，4，5和7中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述點焊位置上的所述焊接位置信息包括到工件端點的距離的信息。
13.按照權利要求3，5，6和7中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述兩焊接電極之間損耗比較的所述信息包括所述焊接電極頭接觸直徑比較的信息。
14.按照權利要求1，4，5和6中的一個的電阻焊接機控制方法，其特徵在於所述兩焊接電極之間損耗比較的所述信息包括關於所述焊接電極頭形狀的信息。
全文摘要
一種電阻焊接機控制方法,用來利用焊接過程中焊接電流和兩焊接電極之間的電壓變化以及關於點焊位置上鋼板組合順序的信息計算待焊接部分的溫度分布,並利用計算出來的溫度分布至少控制所述焊接電流或施加在所述電極上的壓力。因而,本發明可以提供一種能夠精確地控制焊接質量的電阻焊接機控制方法。點焊位置信息、損耗比較信息等可作為其它信息使用。
文檔編號B23K11/25GK1252332SQ9912362
公開日2000年5月10日 申請日期1999年10月26日 優先權日1998年10月26日
發明者藤井孝治, 後藤康宏, 龍堂誠, 鈴木幹治 申請人:松下電器產業株式會社