专利名称：用于金属件连接或回流焊接的交流波形逆变器电源设备的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及一种用于金属件连接或回流焊接的逆变器(inverter)电源设备，特别涉及一种能在其变压器二次侧上流过交流(AC)波形电流的交流波形逆变器电源设备。
近年来，用交流波形逆变器电源设备作电阻焊接机的电源设备比较普遍。交流波形逆变器电源设备能够消除在焊接变压器二次侧上流过直流(DC)焊接电流的直流逆变器电源设备的缺点，同时又能保持直流逆变器电源设备的优点。
更具体地说，与受控单相交流可控硅电源设备相比较，直流逆变器电源设备由于始终其有效焊接时间明显长于不供电时间而具有足够高的热生成效率，从而确保了溅出量极少的稳定的电阻焊接。然而，由于一对电极夹紧工件之间的电流方向或极性是固定的，所以直流逆变器电源设备通常有以下不足之处，即对电极之一比另外一个易于恶化或损耗，从而导致工件被磁化，而剩磁的存在又易于引起其质量的下降。此外，来自逆变器的高频脉冲由焊接变压器二次侧上的整流电路转换为直流电流。因此，为使逆变器频率当中的交流脉冲通过高频焊接变压器，必须在高频焊接变压器中设置整流电路及其冷却装置，如此不便于利用使用最普遍的工业用电频率的焊接变压器。
在此方面，交流波形逆变器电源设备在其焊接变压器的一次侧上提供了与直流逆变器电源设备相同的变换控制，从而无需焊接变压器二次侧上的整流电路即能够方便地获得与直流逆变器电源设备相同的热生成效率和稳定性能，因此通过使基本按与单相交流电源设备等级相同的低频交流波形焊接电流(次级电流)流动，而可利用低频变压器。
如上所述，由于可利用与单相电源设备相同的低频焊接变压器，如
图17A和17B中所示，交流波形逆变器电源设备一般将一次侧交流波形频率设定为工业用电频率，从而能够利用通常用于单相交流电源设备中的工业用电频率的周期数来管理焊接时间。将工业用电频率50赫(或60赫)的一个周期20毫秒(或16.6毫秒)称为一个周期时间，焊接时间Ta由周期数如四个周期[80毫秒(或66.4毫秒)]进行管理。
然而，由直流逆变器电源设备的经验，近来越来越多的用户希望能够任意地设定所需的焊接时间。因此，如果交流波形逆变器电源设备能够将焊接时间设定成任何所需长度(例如，毫秒)的时间时，不仅能够大大地方便用户，同时也能够进一步使焊接时间即焊接条件参数值之一更为精确并使焊接质量得到进一步的提高。
然而，在交流波形逆变器电源设备中，当用户所需的焊接时间与焊接变压器基频周期的整数倍不一致时，会出现难题。例如，如图18中所示，当相对于基频周期20毫秒将焊接时间选为66毫秒时，三个周期(60毫秒)以外还剩下6毫秒。在此情况下，如果在余下的焊接时间(6毫秒)内只形成一个极性的电流，则多余的剩磁通量将保持在焊接变压器中，可击穿逆变器的开关元件。
基于已有技术所面临的上述问题而构思出了本发明。因此本发明的一个目的是提供一种用于金属件连接或回流焊接的交流波形逆变器电源设备，能够对所需焊接时间进行任意设定和管理，而不会使其变压器发生异常或恶化。
本发明的另一目的在于提供一种用于金属件连接或回流焊接的交流波形逆变器电源设备，能够更好地设定焊接时间或供电时间以提高加工质量并提高质量管理水平。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于金属件连接或回流焊接的交流波形逆变器电源设备，包括将工业用电频率的交流电压转换成直流电压的整流电路；将来自整流电路的直流电压输出转换成高频脉冲电压的逆变器；具有一对初级端和一对次级端的变压器，一对初级端分别电气连接到逆变器的两个输出端子上，一对次级端则分别与一对电极电气连接，电极将金属件形式的工件连接在一起，不会对整流电路有任何影响；按时间单位设定焊接时间的焊接时间设定装置；用于将设定焊接时间分为多个交流波形周期的交流波形周期设定装置；以及以下述方式控制逆变器开关操作的逆变器控制装置，即能使逆变器在所划分的每一交流波形周期的前半个周期发出一种极性的高频脉冲，在其后半个周期中发出另一极性的高频脉冲。
在本发明的交流波形逆变器电源设备中，当用户按时间单位(如毫秒)设定和输入每一焊接时间的所需设定值时，频率设定装置将该设定焊接时间划分为多个(整数)交流波形周期，从而使得逆变器控制装置按设定的交流波形周期来提供供电控制。因此，不论如何设定焊接时间，都能够均衡地施加正负电流，从而可消除任何多余的剩磁通量。同时也使用户能够自由地并更为精确地设定焊接时间。焊接时间自由度(选择宽度)及焊接时间精确度的提高有益于操作质量的多样化及工艺水平的进一步提高。
优选地，交流波形周期设定装置包括将设定焊接时间等分为多个交流波形周期的装置。交流波形周期设定装置可包括将设定焊接时间分为一个或多个具有预定基频的第一交流波形周期、并将从设定焊接时间中减去与第一交流波形周期相对应的焊接时间后所得到的剩余焊接时间划分为一个或多个频率高于且最接近基频的第二交流波形周期的装置。
该装置进一步包括用于显示由交流波形周期设定装置所确定的交流波形周期设定内容(如设定周期数及设定频率等)的交流波形周期设定信息显示装置。此结构能够确使用户利用周期数等对设定焊接时间进行管理。
当结合附图阅读下述详细说明时，本发明的上述及其他目的、方面、特征及优点将变得更为清楚，其中图1的方框图给出了根据本发明一实施例用于电阻焊接的交流波形逆变器电源设备的结构；图2A和2B所示的是此实施例电源设备中所包括的设定屏幕；图3所示的是此实施例电源设备中所包括的输入装置的键开关；图4的流程图给出了此实施例中由控制装置所实施的关于方案方式的操作步骤；图5的流程图给出了此实施例中由控制装置所实施的关于二次交流波形频率/周期设定的操作步骤；图6A和6B的波形图给出了此实施例的二次交流频率/周期设定方法；图7所示的是与显示在此实施例设定屏幕上的设定实例(数字数值)相对应的焊接时间关系或波形；图8的流程图所示的是此实施例中由控制装置所实施的关于供电控制的操作步骤；图9A和9B的波形图部分给出了此实施例的逆变器控制方法；图10A到10C所示的是此实施例熔融操作的实例；图11的方框图所示的是根据本发明另一实施例的、用于回流焊接的交流波形逆变器电源设备的结构；图12所示的是此实施例回流焊接方法实例；
图13A和13B的波形图给出了此实施例一个变型方案的二次交流频率/周期设定方法；图14所示的是与图13设定方法相对应的设定屏幕显示实例；图15A和15B的波形图给出了此实施例另一变型方案的二次交流频率/周期设定方法；图16A和16B所示的此实施例又一变型方案的二次交流频率/周期设定方法；图17A和17B的波形图所示的是传统交流波形逆变器电源设备焊接时间设定方法；以及图18的波形图所示的是在交流波形逆变器电源设备中限定焊接时间时可能出现的不利情况。
下面将参考图1到图16A和16B对本发明进行描述，图1到图16A和16B以非限制性方式给出了本发明的优选实施例。
图1所示的是根据本发明一实施例的交流波形逆变器电源设备的结构。
该电源设备包括一般用标号10表示的电源装置。电源装置10包括三相整流电路14，逆变器16和降压焊接变压器18。三相整流电路14包括互相呈三相桥式连接的六个二极管，用于将自三相交流供电端子12输入的工业用频率三相交流电压(R，S，T)全波整流为直流电压。三相整流电路14的直流电压输出由电容器20进行滤波，然后馈送到逆变器16的输入端子[La，Lb]。
逆变器16包括四个GRTs(大型晶体管)或IGBTs(绝缘栅双极晶体管)形式的晶体管开关元件22，24，26和28。
在四个开关元件22到28当中，响应来自控制装置32经过驱动电路30馈送的同相逆变器控制信号G1和G3，按预定的逆变器频率(如1k赫)同时对第一组(正极侧)开关元件22和26进行开关(开/关)控制。响应来自控制装置32经过驱动电路30馈送的同相逆变器控制信号G2和G4，按此逆变器频率同时对第二组(负极侧)开关元件24和28进行开关(开/关)控制。
逆变器16具有分别电气连接到焊接变压器18初级线圈相对二端上的输出端子[Ma，Mb]。用于电阻焊接的一对电极34和36只通过二次侧导线38电连接到焊接变压器18二次线圈的相对二端上，不会对整流电路造成任何影响。
电极34和36由热传导率较高的金属如铜合金制成，分别可脱开地连接在加压装置40的上下电极支持件42和44上。加压装置40包括未示出的例如具有一个气缸的压力驱动装置，该压力驱动装置可响应来自控制装置32的压力控制信号FC来例如驱动上电极支持件42，使上电极34贴紧并压在安装于下电极36上的工件(46，48)上。
电源设备的控制装置32由包括CPU、ROM(程序存储器)、RAM(数据存储器)、接口电路等的微计算机构成。控制装置32不仅提供所有的内部设备控制，如供电控制(特别是逆变器控制)、各种焊接条件设定或显示操作，而且还为加压装置40或其他外部相关设备提供所需控制。时钟生成电路50将时钟信号CKtc传送给控制装置32，时钟信号CKtc限定了逆变器16开关控制的基本或单位周期tc。
输入装置52包括设置在电源设备未示出的操作面板上的键盘或键开关，用于设定和输入各种电阻焊接条件。显示装置54包括设置在操作面板上的、用于显示控制装置32控制下各种不同条件设定值、测量值等的显示器如液晶显示器。
为了确保实现供电控制中的电流反馈，电源设备设置有一个连接到电源装置10一次电路导线(也可以连接到二次侧)上的、电流互感器形式的电流传感器56，使得由此电流传感器56的输出信号、电流测量电路58能够得到初级电流I1或次级电流I2的测量值(如有效值、平均值或峰值)来作为模拟电流测量信号SI，接下来然后由A-D变换器60将其变换成数字信号并馈送到控制装置32中。
下面对电源设备中如何设定关于单一焊接程序的主要焊接条件的功能和操作进行说明。
图2A所示的是显示装置54显示器上出现的“方案(schdule)”屏。在该“方案”屏上，使用户能设定和输入单一焊接程序的各种时间参数和电流参数。
在所示实例中，“方案”屏上的时间参数设定项包括初始加压时间[SQ]、第一焊接时间[WELD1]、冷却时间[COOL]、第二焊接时间[WELD2]以及保持时间[HOLD]，而电流参数设定项包括第一和第二焊接时间[WELD1]和[WELD2]中的电流值[HEAT](IS)。这些设定项的设定值都由方案号或代码[SCH#]来集中管理。
在“方案”屏上，还出现单独设定的基频<SET>F。通常将基频<SET>F值设定为焊接变压器18额定频率(如50赫)附近的频率值，或者也可以由用户根据需要将基频<SET>F设定成任意值。
如图3中所示，输入装置52的键盘上设置有光标键62到68，加(＋)减(－)键70和72，以及确认键(ENTER)74。用户利用光标键62到68在屏幕上垂直或水平移动光标来选择所需设定项。然后用户可用加(＋)减(－)键70和72选择或修改设定项值，最后用确认键(ENTER)74确定(确认)输入的设定值。
图4所示的是在“方案”屏方式下由控制装置32实施的操作步骤。当选择方案模式时，控制装置32使图2A和2B中所示的“方案”屏出现在显示装置54的显示器上(步骤A1)，并且响应输入装置52上述键按钮62到74的键输入(步骤A2)，执行预定的操作(步骤A3到A8)。
更具体地说，当每次按下光标键62到68当中的一个光标键时，控制装置32执行光标移动操作(步骤A3)，将光标移向键输入所指方向。当按下相加(＋)键70时，控制装置32执行相加(＋)键输入处理(步骤A4)，而当按下相减(－)键72时，执行相减(－)键输入操作(步骤A5)。在这些键输入显示过程当中，光标处的数值增加或减少一以用于更新，更新后的数值显示在屏幕上，且该数值数据还保存在存储器的适当存储区或寄存器中。当然后按下确认键(ENTER)74时，控制装置32进行键输入执行操作(步骤A6)，将光标处的数值确定为相关设定项的设定输入值，从而将该数值数据保存在存储器的预定存储位置上。
在图2B所示的设定实例中，所选的方案号[SCH#]为001，按此，将初始加压时间设定为120(毫秒)，将第一焊接时间[WELD1]设定为20(毫秒)，将冷却时间设定为30(毫秒)，将第二焊接时间[WELD2]设定为66(毫秒)并将保持时间[HOLD]设定为200(毫秒)，将第一焊接时间[WELD1]和第二焊接时间[WELD2]内的电流值[WELD2]分别设定为600(安)和750(安)。
完成键输入执行过程(步骤A6)之后，控制装置32判断当前设定和输入的设定项是否是焊接时间[WELD](步骤A7)，如果肯定，则输入“频率/周期数设定操作”程序(步骤A8)。
图5给出了此实施例中实现的“频率/周期数设定操作”程序。
在此程序中，首先作为一个实数找到关于设定焊接时间[WELD]设定值Tw(毫秒)的基频<SET>F(赫)周期数R。该周期数R与设定焊接时间Tw时间间隔内基频<SET>F周期或交流波形周期的重复次数(实数)相一致，并按Tw×<SET>F指定(步骤B1)。
由如此获得的周期数R，然后将设定焊接时间Tw的交流波形周期设定值Ns确定为一个整数值。在此实施例中，选作设定周期数Ns的是一等于R或比R大的最小整数值(即最接近R的整数值)Min[N](步骤B2)。
之后然后由此设定周期数Ns来得到关于设定焊接时间Tw的二次交流波形周期的设定频率Fs(赫)和周期Ts(毫秒)。设定频率Fs和周期Ts分别为Fs＝1/Ts，Ts＝Tw/Ns(步骤B3)。
如此获得的设定频率Fs和设定周期数Ns值(数据)被保存在存储器的预定存储装置上，如图2B中所示，在“方案”屏上分别由项[F]和[CYCLE]表示(步骤B4)。尽管未表示设定周期Ts，但由于与二次交流波形半个周期相对应的单位供电周期(Ts/2)在逆变器控制当中是不可缺少的参数值，所以Ts或Ts/2值(数据)也被保存在存储器当中。
在图2B的实例中，相对于50赫的基频<SET>F，第一焊接时间[WELD1]和第二焊接时间[WELD2]分别为20(毫秒)和66(毫秒)。
在此情况下，在关于第一焊接时间[WELD1]设定值Tw(20毫秒)的“频率/周期数设定操作”当中，由于基频<SET>F的周期数R为1，所以设定周期数Ns为1，因此，设定频率Fs为50.0赫，等于基频<SET>F。
另一方面，在关于第二焊接时间[WELD2]设定值Tw(66毫秒)的“频率/周期数设定操作”当中，基频<SET>F的周期数R为3.3，使得设定周期数Ns为4，设定频率Fs为60.6赫。
图6A和6B所示的是在此情况下的频率/周期数设定操作方法。就用户所选第二焊接时间[WELD2]设定值Tw(66毫秒)而论，假设交流焊接电流I的频率等于基频50赫，则如图6A所示，还剩下6毫秒。
而对于第二焊接时间[WELD2]的设定值Tw(66毫秒)来说，如果通过“频率/周期数设定操作”将交流焊接电流(次级电流)I的设定频率Fs和设定周期数分别选为60.6赫和4，则可以得到无任何余额的具有一定周期数的交流波形。
图7所示的是与图2B中设定实例(数字值)相对应的焊接程序时间关系或波形。压缩时间TF与加压时间[SQ]、第一焊接时间[WELD1]、冷却时间[COOL]、第二焊接时间[WELD2]和保持时间[HOLD]的设定值之和相一致。
在此实施例中，当用户按时间单位(毫秒)设定和输入第一和第二焊接时间[WELD1]和[WELD2]的所需设定值Tw时，电源设备利用上述的“频率/周期数设定操作”为每一焊接时间[WELD]设定二次交流波形周期的频率F2，二次交流波形周期的整数倍与设定焊接时间Tw相一致。之后然后将设定频率F2限定为等于或稍大于(最多为百分之几十)设定基频Fs的数值。这将基本上消除对焊接变压器18特性的任何不利影响。
应当注意，与频率高于额定频率的交流电源相比较，在频率低于特定额定频率的交流电源供电时，普通的焊接变压器很容易恶化或击穿。
控制装置32响应从外部设备如焊接机器人中接收到的预定启动信号，来启动单一焊接程序。
启动焊接程序之前，控制装置32从显示装置54屏幕上的设定值或从启动信号上附带的数据当中识别出要执行的方案号SCH#。控制装置32然而检索由因此识别出的方案号SCH#管理的所有所需设定条件值(数据)，并根据此设定条件值进行焊接程序。
在图2B的设定实例情况下，控制装置32按图7所示的焊接程序时间提供了部分控制。首先，控制装置32使焊接力控制信号FC变为有效(高)，使加压装置40开始进行加压操作。加压装置40使上电极支持件42下降而将上电极34压在安装于下电极36上的工件(46，48)上，以对其进行加压。在焊接力达到预定值即从加压操作开始到加压时间[SQUEEZE]结束之后的预定时刻，电源装置10开始[WELD1]供电持续第一焊接时间。
图8所示的是此实施例中每一焊接时间[WELD]的供电控制过程。
首先，设置到相应预定寄存器中的是所需的与第一焊接时间[WELD1]中焊接电流供应有关的设定条件值，如电流值Is(600安)，二次交流波形设定频率Fs(50.0赫)，设定周期数Ns(1)和单位供电周期Ts/2(10毫秒)(步骤C1)。
由于在交流波形逆变器电源设备中，交流波形的半周期与单位供电周期Ts/2相一致，所以将设定周期数Ns乘以2所得到的数值(2Ns)设定为对单位供电时间内供电重复次数进行计数的供电周期计数器的计数设定值。此外，供电初始化过程可以包括对第一单位供电周期内逆变器的极性进行设置，以及对每一单位供电时间内第一高频脉冲的脉冲宽度初始值进行设置。
控制装置32然后在第一单位供电周期Ts/2(10毫秒)内选择一预定极性如正极性，并将具有初始脉冲宽度的开关信号G1和G3通过驱动电路30馈送到逆变器16的正极侧(第一组)开关元件22和26中，使开关元件22和26导通(步骤C2)。负极侧(第二组)开关元件24和28仍截止。
当在第一开关周期期间，焊接电流I(次级电流I2)和初级电流I1分别流过焊接变压器18的二次和一次电路时，电流传感器56输出一个表示初级电流I1瞬时值的电流检测信号，使电流检测电路58能够得到此开关周期内初级电流I1或次级电流I2的电流测量值Si(有效值或平均值)。
控制装置32通过A-D变换器60从电流测量电路58中得到电流测量值Si(步骤C3)，并将该电流测量值Si与电流设定值[HEAT](Is)相比较，由此比较偏差确定出下一开关周期内的脉冲宽度(开关导通时间)tp(步骤C4)。
在第二开关周期内，控制装置32将脉冲宽度为tp的开关控制信号G1和G3传送到逆变器16的正极侧开关元件22和26上，以使开关元件22和26导通(步骤C6，C2)。
在此方式下，在第一单位供电周期Ts/2(10毫秒)内，只有逆变器16的正极侧开关元件22和26在反馈脉冲宽度控制下按高频(1千赫)经受连续的开关控制(步骤C2到C6)。在此期间，负极侧开关元件24和28仍保持截止。如此能够对次级电流I2(焊接电流I)进行恒流控制，使其基本上与沿正方向流过焊接变压器18二次电路的电流[HEAT](Is)(600安)设定值相一致(图9A和9B)。
第一单位供电周期Ts/2结束之后，控制装置32使供电周期计数器增加一(步骤C7)，并使逆变器极性标记反转到其负极侧(步骤C9)，从而转向控制第二单位供电周期Ts/2。
在第二单位供电周期Ts/2(10毫秒)内，控制装置32仅使负极侧开关元件24和28经受反馈脉冲宽度控制下连续的高频(1千赫)开关操作，同时使正极侧开关元件22和26保持截止(步骤C2到C6)。如此能够对次级电流12(焊接电流I)进行恒流控制，使其基本上与沿负方向流过焊接变压器18二次电路的电流[HEAT](Is)(600安)的设定值相一致(图9A和9B)。
第二单位供电周期Ts/2(10毫秒)结束之后，第一焊接周期[WELD1]结束(步骤C8到C10)时，供电周期计数器的计数值达到设定值2Ns(数值为2)。
控制装置32然后利用预定的计时器来测量冷却时间[COOL]，并在此后开始第二焊接时间[WELD2]的供电控制。同样，在第二焊接时间[WELD2]内，将根据与上述第一焊接时间[WELD1]内同样的步骤(图8)来对各个部分进行控制。注意各条件设定值都是通过初始化过程给出的(步骤C1)。特别是，电流设定值[HEAT](Is)指定为750安，二次交流波形设定频率Fs指定为60.6赫，设定周期数为4，单位供电周期Ts/2为8.25毫秒。控制装置32根据这些条件设定值提供供电控制(步骤C2-C9)。
结果，反馈控制使基本与设定电流值[HEAT](Is)(750A)一致的次级电流I2(焊接电流I)在每一交流波形周期的前一单位供电周期Ts/2(8.25毫秒)期间沿正方向、在后一单位供电周期Ts/2(8.25毫秒)内沿负方向以基本上呈梯形形式的电流波形流动。
第八个供电周期Ts/2(8.25毫秒)结束之后，供电周期计数器的计数值达到设定值2Ns，而此时第二焊接时间[WELD2]结束(步骤C8到C10)。
控制装置32然后利用预定计时器来测出保持时间[HOLD]，并停止向加压装置40发出焊接力控制信号FC(使信号FC变低)，从而使工件从加压电极34和36中释开。在工件W即两个金属件46和48之间的焊接区上形成一个熔核，从而可实现冶金连接。
在上述此实施例的交流波形逆变器电源设备中，当用户按时间单位(毫秒)设定和输入每一焊接时间[WELD]所需的设定值Tw时，电源装置都自动将最佳二次交流波形周期的频率Fs设定为焊接时间[WELD]的设定值Tw，该最佳二次交流波形周期是设定基频<SET>F的周期的整数倍，从而能够按设定频率Fs实现供电控制。因此，任意设定焊接时间都能确保正向和负向供电，不会使焊接变压器18中有任何额外的剩磁通量。
用户能够自由地并更为精确地设定焊接时间。焊接时间自由度(选择范围)提高将有益于焊接质量多样化及焊接水平的进一步提高。
由于由电源装置得到的二次交流波形设定频率Fs(赫)和设定周期数Ns显示在设定屏幕上供用户输入设定焊接时间Tw(毫秒)，所以此实施例可以进一步使用户利用周期数来掌握和管理焊接时间(图2B)。
上述实施例交流波形逆变器电源设备的目的在于进行电阻焊接。也可以将镀焊料或镀锡料加在工件W即两个件46和48之间的连接面上，以用与上述相同的供电方式将两个构件46和48焊接在一起。
上述实施例交流波形逆变器电源设备也可以用作为熔融操作的电源设备。
图10A到10C给出了一个熔融处理的实例。在此熔融操作当中，由铜合金制成的覆膜导线62和片状端子64电气并形体连接在一起。
首先，如图10A中所示，工件W是具有弯钩部分或弯折部分64a的端子64和放置在弯钩部分64内并包括绝缘体62a和导线62b的覆膜导线62。工件W放置在两个电极34和36之间，下电极36将电极弯钩部分64a的底面支持在适当位置上，上电极34紧靠在端子弯钩部分64a的上表面上，从而使加压装置40用一预定电极力F下压上电极。此时，电源装置10将交流波形二次电压施加到两个电极34和36上。
接下来，电流I首先通过用作电流通路的端子弯钩部分64a在电极34和36之间流动，使端子弯钩部分64a产生焦耳热量。结果，覆膜导线62的绝缘体62a受此焦耳热量而熔化，如图10B所示，从导线62b上去掉了绝缘体。
去掉绝缘体62a后，如图10C中所示，电流I通过覆膜导线62的导体(一般是铜)62b在两个电极34和36之间流动。供电期间，电极力F连续施加到两个电极34和36上，使端子弯钩部分64a和覆膜导线的导体62b通过焦耳热和压力F的压力焊接或挤压而连接在一起。这使两个构件即覆膜导线62和端子64电气并形体紧连在一起。由于覆膜导线62和端子64的电阻极小，所以在覆膜导线62b和端子64之间不会出现熔核(焊点)。
该交流波形逆变器电源设备也可以用作为回流焊接的电源设备。
图11所示的是根据本发明另一实施例的、用于回流焊接的交流波形逆变器电源设备的结构。用同样的参考标号来表示与上述电阻焊接(图1)所用电源设备相同的特征和功能。
参见图11，该设备包括具有相对端子80a和80b的加热器端部80，相对端子80a和80b通过二次导线82连接到变压器18二次线圈的相应末端，不会对整流电路有任何干扰。
加热器端部80由具有高发热性的金属电阻如钼制成，当电流流过两个端子80a和80b之间时，由电阻产生热量。热电偶84用作温度传感器并连接到附近如连接到加热器端部80点80c的侧面。热电偶84发出一个表示点80c附近温度的电信号(温度检测信号)。
加热器端部80可脱开地固定在加压装置40的顶端支持部件86上。加压装置40响应来自控制装置32的压力控制信号FC，驱动顶端支持部件86将加热器端部80压到工件W上。
为了对加热器端部80的加热温度进行反馈控制，此电源设备包括一放大电路88，用于对来自连接到加热器端部80上的热电偶84的模拟温度检测信号St进行放大，经放大的模拟信号St然后由A-D(模拟-数字)变换器90变换成数字信号并馈送到控制装置32中。
同样，在此电源设备中，与上述用于电阻焊接的电源设备(图1)一样，用户按时间单位(毫秒)设定了一个所需供电时间，而该设备根据设定基频<SET>F和设定供电时间确定出一个最佳二次交流波形设定频率Fs，并据此设定频率Fs提供供电控制。加热器端部80由于供电而生成电阻热，如图12中所示，用点80c对工件W(92，94)的被焊点H加热加压。事先将焊糊涂到被焊接点H的连接表面上，使焊糊能够在压力和来自加热器端部80的热量作用下熔化。当供电结束后压力消失时，焊糊凝固，工件W(92，94)的被焊点H由此凝固的焊糊而相互形体上并电气地连接在一起。
在图12的方法实例中，工件W的一个构件92是线圈，另一构件94是端子。端部支持件86的下端部分由导电材料如铜制成并分别由螺栓96和98连接到加热器端部80的两个端子80a和80b上。端部支持件86的下端部分也用作电源装置10二次导线82的一部分。二次导线82具有由绝缘材料100使之相互电气绝缘的相应导电末端部分82a和82b。
在以上实施例“方案”屏(图2A和2B)上实施的设定模式(设定方法，设定项等)只是以实例方式给出的，可以有很多变化。例如，焊接时间不仅可以设定成毫秒(毫秒)单位，也可以设定成其他时间单位如秒(s)或μs(微秒)。
在以上实施例中，相对于用户任意设定和输入的焊接时间或供电时间，电源设备设定了适合于设定基频的最佳设定频率Fs和设定周期次数Ns。这些最佳设定频率Fs和设定周期次数Ns一般是足够的。该设备也可以是这样的结构即用户能够按自己的意愿来改变设定频率或设定周期数。
在图2B的设定实例当中，电源设备找到了相对于第二焊接时间[WELD2]设定值Tw(66毫秒)的、适合于设定基频<SET>F(50赫)的最佳设定频率Fs(60.6赫)和设定周期数Ns(4)，并将得到的设定值显示在屏幕上。由此设定信息，用户能够例如将设定周期数Ns改为5。在此情况下，电源设备需然后次计算设定频率Fs并将重新设定值75.7(赫)显示在屏幕上。
尽管在以上实施例当中，是将设定焊接时间Tw等分为多个(整数倍)交流波形周期，也可以将其分为多个具有不同频率的交流波形周期。在此不等划分方法中，可以采用图13A和13B、图15A和15B以及图16A和16B所示的另一设定技术，其中设定焊接时间Tw优选地包括一个或多个具有设定基频<SET>F的基本交流波形周期，余下的焊接时间Tg然后等分为一个或多个频率不同于基频的第二交流波形周期。在余下的焊接时间Tg内，第二交流波形周期的频率优选地高于且最接近基本频率。
更确切地说，在图13A和13B的设定实例当中，设定焊接时间Tw(66毫秒)包括三个具有基频<SET>F(50赫)的基本交流波形周期(对应60毫秒)，余下的焊接时间(6毫秒)包括一个167赫的交流波形周期。
在图15A和15B的设定实例当中，设定焊接时间Tw(66毫秒)包括两个具有基频<SET>F(50赫)的基本交流波形周期(对应40毫秒)，余下的焊接时间(26毫秒)包括两个76.9赫的交流波形周期。
在图16A和16B的设定实例当中，设定焊接时间Tw(66毫秒)包括一个具有基频<SET>F(50赫)的基本交流波形周期(对应20毫秒)，余下的焊接时间(46毫秒)包括三个65.4赫的交流波形周期。
图14以实例的形式给出了与图13A和13B设定实例相对应的“方案”屏显示。由此显示实例可见，如果将一个设定焊接时间Tw(66毫秒)设定成多个具有不同频率的交流波形周期，则可以将相应交流波形周期的设定内容(频率，周期数，焊接时间等)列出清单以提示用户注意这些设定信息。
该不等划分方法也能以与上述等分方法相同的方式、使用户按自己的意愿来改变设备所提供的交流波形周期设定内容。
尽管在上述实施例中，已将工业用电频率的三相交流电整流成了供给逆变器16的直流电，也可以将具有工业用电频率的单相交流电整流成直流电。仅以实例方式给出了逆变器16的电路结构，其电路结构可以进行各种变形。每一单位供电周期内的电流波形并不仅限于上述实施例中的梯形，可以是任何电流波形。
尽管上述实施例的供电控制采用的是用于反馈恒流控制的PWM(脉宽调制)方法，也可以用另外的方法如与每一逆变器频率周期设定值相一致的电流峰值控制或限流器控制方法。
根据如上所述的本发明用于金属件连接或回流焊接的交流波形逆变器电源设备，可按时间单位任意设定或管理所需焊接时间，而不会对变压器引起任何异常情况或恶化的问题，同时通过更为精确地设定焊接时间还能实现处理质量的增强以及质量控制的进一步提高。
本说明书已对本发明的图示优选实施例进行了详细的描述。应当理解，此发明概念也可以有其他各种不同的实施方式并可以被其他实施方式所采用，附加权利要求书意在包括除已有技术限制范围以内的所有变型方案。
权利要求
1.一种用于金属件连接的交流波形逆变器电源设备，包括将工业用电频率的交流电压转换成直流电压的整流电路；将来自整流电路的直流电压输出转换成高频脉冲电压的逆变器；具有初级端和次级端的变压器，所述初级端电气连接到逆变器的输出端子上，次级端分别连接到电极上，电极将金属件形式的工件连接在一起，不会对整流电路有任何影响；按时间单位设定焊接时间的焊接时间设定装置；用于将设定焊接时间分为多个交流波形周期的交流波形周期设定装置；以及以下述方式控制所述逆变器开关操作的逆变器控制装置，即能使所述逆变器在所划分的每一交流波形周期的前半个周期发出一种极性的高频脉冲，在其后半个周期中发出另一极性的高频脉冲。
2.一种用于回流焊接的交流波形逆变器电源设备，包括将工业用电频率的交流电压转换成直流电压的整流电路；将来自整流电路的直流电压输出转换成高频脉冲电压的逆变器；具有初级端和次级端的变压器，初级端电气连接到所述逆变器的输出端子上，次级端分别连接到回流焊接加热器端部的端子上，不会对整流电路有任何影响；按时间单位设定供电时间的供电时间设定装置；用于将设定供电时间分为多个交流波形周期的交流波形周期设定装置；以及以下述方式控制逆变器开关操作的逆变器控制装置，即能使逆变器在所划分的每一交流波形周期的前半个周期发出一种极性的高频脉冲，在其后半个周期中发出另一极性的高频脉冲。
3.根据权利要求1或2所述的交流波形逆变器电源设备，其中所述的交流波形周期设定装置包括将所述设定焊接时间或供电时间等分为多个交流波形周期的装置。
4.根据权利要求3所述的交流波形逆变器电源设备，其中所述交流波形周期设定装置包括设定频率计算装置，它在等于或高于预定基频的频率当中确定出能将所述设定焊接或供电时间等分为最小数目的交流波形周期的频率作为设定频率。
5.根据权利要求1或2所述的交流波形逆变器电源设备，其中所述的交流波形周期设定装置包括一装置，其将所述设定焊接时间或供电时间划分为一个或多个具有预定基本频率的第一交流波形周期、以及将从所述设定焊接时间或供电时间当中减去与第一交流波形周期相对应的焊接时间或供电时间后得到的剩余焊接时间或供电时间划分为一个或多个频率高于且最接近于所述基本频率的第二交流波形周期。
6.根据上述任一权利要求所述的交流波形逆变器电源设备，进一步包括用于显示由所述交流波形周期设定装置所确定的交流波形周期设定内容的交流波形周期设定信息显示装置。
全文摘要
首先求出用于设定焊接时间设定值Tw的基频<SET>F的周期数R。该周期数R与设定焊接时间Tw时间间隔内的基频<SET>F周期的重复次数一致,指定为Tw×<SET>F。将用于设定焊接时间Tw的交流波形周期设定值Ns确定为等于周期数R或比R大的最小整数值。由设定周期数Ns得到用于设定焊接时间Tw的交流波形周期设定频率Fs和周期Ts。设定频率Fs和周期Ts分别指定为Fs=1/Ts,Ts=Tw/Ns,并保存和显示。
文档编号B23K11/25GK1327299SQ0110138
公开日2001年12月19日 申请日期2001年1月16日 优先权日2000年1月18日
发明者城地敞, 茂吕享司 申请人:宫地技术株式会社