专利名称：焊接电源的保护控制方法
技术领域：
本发明涉及用于在超过额定使用率来进行焊接时保护焊接电源的焊接电源的保护控制方法。
背景技术：
在用于消耗电极电弧焊接、非消耗电极电弧焊接、等离子电弧焊接等的电弧焊接的焊接电源中，规定额定使用率。例如在规定相对额定焊接电流350A的焊接电源为60%的额定使用率的情况下，设10分钟期间为I周期，350A的焊接总计进行6分钟，剩余的4分钟需要中止焊接。如果焊接电流成为300A，则容许使用率=(350/300)2X60 = 82%。如果焊接电流成为271A，则容许使用率成为100%，能够连续焊接。焊接电源规定额定使用率的理由在于，如果设置于焊接电源的内部的晶体管、二极管等的半导体元件、变压器以及电抗器超过额定使用率则被加热，会产生烧毁或者耐久性的降低。在现有技术中，为了防止超过使用率，在过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值超过了额定焊接电流的平方与额定使用率之积时(焊接电源内部的温度上升值超过了以额定使用率所使用时的温度上升值时)切断焊接电流的通电并停止焊接以保护焊接电源。以下，将防止超过使用率的控制称作保护控制(参照例如专利文献I等)。专利文献I JP特开平11-259149号公报
发明内容
焊接操作者在对钢骨、桥梁等厚板进行焊接的情况下，长时间连续地通入大电流来进行焊接的情况较多。在这种情况下，也会产生处于超过额定使用率的状态。如果超过额定使用率，则如上述那样，为了保护`焊接电源而强制地中断焊接。焊接被中途中断的工件或者废弃或者从中断处再次焊接。在任一个情况下都耗费工时，生产效率降低。在此，本发明的目的在于，提供一种在电弧焊接中，在超过了额定使用率时，谋求焊接电源的保护，并能抑制生产效率降低的焊接电源的保护控制方法。为了解决上述课题，技术方案I的发明的焊接电源的保护控制方法，每时每刻算出过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值，在该平均值达到了预定的基准值时切断焊接电流的通电，该焊接电源的保护控制方法的特征在于，在推定为上述平均值在规定时间后达到上述基准值时，发出警报。技术方案2的发明的焊接电源的保护控制方法的特征在于，假定为原样维持当前时间点下的上述焊接电流的值，这样来进行上述推定。技术方案3的发明的焊接电源的保护控制方法的特征在于，通过声音进行上述警报。根据本发明，在推定为过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值在规定时间后达到预定的基准值时，发出“在后XX秒处于超过使用率”之类的声音等所产生的警报。焊接操作者在处于超过使用率之前被预告，因此接收该警报并一边继续焊接一边进行焊接条件的变更，即使对工件焊接直到终端为止也能够不处于超过使用率的状态。此外，焊接操作者能够在容易重新开始焊接之处中断焊接，因此能够在使焊接电源中止之后顺利地重新开始焊接。因此，不会由于超过使用率而强制地切断焊接电流的通电并使焊接突然中断。因此，能够防止废弃工件或者在重新开始焊接时耗费较多工时的情况，从而在从超过使用率开始来保护焊接电源的基础上，能够抑制生产效率降低。
图1为表示与本发明的实施方式相关的焊接电源的保护控制方法的时序图。图2为用于实施与本发明的实施方式相关的焊接电源的保护控制方法的焊接电源的框图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下对与本发明的实施方式相关的焊接电源的保护控制方法的原理进行说明。设定额定焊接电流It(A)以及额定使用率α (%)。而且，由下式定义基准值St。St = (It)2.α...(I)式在此，基准值St为与采用额定使用率α通电额定焊接电流It来进行了焊接时的焊接电源内部的温度上升值相关的值。也可将上述α设定为比额定使用率小规定值的值。设定常数即周期T = 600秒(10分钟)，检测焊接电流Iw㈧，由下式算出过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值Si。Si = (1/Τ)./ (Iw) 2.dt...(2)式积分在距当前时间点过去600秒(10分钟)的期间进行。在此，如果按每个规定的采样周期Ts (秒)对焊接电流Iw进行采样来进行Α/D变换，并检测为焊接电流数字值Id(n)，则上式与下式等价。Si (n) = (D (n-k-1)+...+D (n))/k…(3)式其中，D (n) = Id (η).Id (η), k为在10分钟期间被采样的数据数目，k = 600/Ts。能够通过该式按每个采样周期Ts算出10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值Si。采样周期Ts被设定为例如I秒。在该情况下，k = 600。如果将采样周期Ts高速化直到100 μ s程度为止，则能够正确地检测焊接电流波形。但是，在这种情况下，如果数据数目k = 600万，则成为巨大的数目，因此需要使用能高速运算处理的CPU，从而成为高价。为了防止这种情况，通过将焊接电流Iw通过低通滤波器(截止频率I IOHz程度)来检测并进行平滑化，从而即使采样周期Ts延迟I秒程度也能正确地进行上式的运算。设定持续时间Td (秒)。假定为从当前时间点起至该持续时间Td的期间维持当前时间点下的焊接电流Iw的值Id(n)时的推定平均值Ss由下式运算。Ss = (D (n-k+m) +...+D (n) +D (η).m)/k...(4)式其中，m为在持续时间Td中所采样的数据数目，m = Td/Ts。持续时间Td为用于决定从当前时间点开始多少秒后处于超过使用率的常数，例如设定为30 180秒程度。通过上式按每个采样周期Ts来运算推定平均值Ss。本发明的实施方式相关的焊接电源的保护控制方法通过以下的步骤来进行。
步骤1:设定额定焊接电流It以及额定使用率α，通过上述(I)式来运算并设定基准值St。步骤2:按每个采样周期Ts对焊接电流Iw进行采样并检测为数字值。设第η次的焊接电流数字值为Id(η)。步骤3:通过上述(3)式，按每个采样周期Ts运算第η次的10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值Si (η)，在第η次的平均值Si (η)达到了基准值St时(Si (n) ^ St)，使通电切断信号As变化为高电平，切断焊接电流Iw的通电并停止焊接。在通电切断信号As处于高电平时不进行步骤4的处理。步骤4:通过上述(4)式按每个采样周期Ts运算第η次的推定平均值Ss (η)，在该第η次的推定平均值Ss (η)达到了基准值St时(Ss (n) ^ St)，使警报信号Ar变化为高电平并发出警报。警报通过“后60秒超过使用率”等的声音来进行，以便焊接操作者能够一边进行焊接一边进行识别。60秒成为上述的持续时间Td。此外，也可使焊炬的把手部振动来发出警报。也可并用使异常显示灯点亮。即使警报信号Ar变化为高电平也只发出警报而继续焊接。图1为表示与本发明的实施方式相关的焊接电源的保护控制方法的时序图。该图(A)表示焊接电流Iw，该图⑶表示10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值Si，该图(C)表示警报信号Ar，该图⑶表示通电切断信号As。该图为在上述的步骤4中成为Ss ^ St的情况。以下，参照该图进行说明。如该图(A)所示那样，时刻tl t2的期间为焊接电流Il通电的焊接期间，时刻t2 t3的期间为焊接电流Iw不通电的中止期间，时刻t3 t4的期间为焊接电流Il通电的焊接期间，时刻t4 t5的期间为中止期间，时刻t5 t6的期间为焊接电流12通电的予定的焊接期间，时刻t6 t7的期间为中止期间。在此，Il <12。如果为消耗电极电弧焊接，则焊接电流值随着焊丝的进给速度而发生变化，如果为非消耗电极电弧焊接，则焊接电流值通过恒流控制而发生变化。各焊接期间以及各中止期间分别为相同的时间长度。而且，焊接期间与中止期间 的总计值成为10分钟期间。如该图⑶所示那样，在时刻t5以前的期间，焊接电流Il以相同的使用率进行通电，因此平均值Si成为固定值Sil。进行上述的步骤3的处理，Sil根据上述(2)式或者
(3)式成为Sil = Il.Il.(使用率)。该Sil小于虚线所示的基准值St。因此，如该图(D)所示那样，通电切断信号As处于低电平。此外，进行上述的步骤4的处理，时刻t5以前的期间，通过上述(4)式运算的推定平均值Ss处于小于基准值St的状态。因此，如该图(C)所示那样，警报信号Ar处于低电平。如该图(A)所示那样，由于焊接电流设定值发生了变化，因此从时刻t5开始的焊接电流从Il增加到12。因此，如该图⑶所示那样，平均值Si从时刻t5开始逐渐增加。而且，在焊接结束的时刻t6之前的时刻t51，平均值Si处于小于虚线所示的基准值St的状态。另一方面，在时刻t51，推定平均值Ss成为基准值St以上，因此如该图(C)所示那样，警报信号Ar变化为短时间高电平，发出“在后60秒处于超过使用率”之类的声音警报。在此，例示了持续时间Td = 60的情况。焊接操作者收到该警报并判断在持续时间Td(秒)中能否进行焊接直到终端为止，如果可能则不变更焊接条件而继续焊接。在判断为不可能时，在考虑了焊接品质的基础上实施例如以下那样的对策。I)加速移动焊炬的速度(焊接速度)，并能够以小于持续时间Td的时间进行焊接直到终端为止。2)通过减小焊接电流Iw的值，延长直到成为Si ^ St为止的时间，并能够焊接直到终端为止。3)在容易重新开始焊接之处中断焊接直到经过了持续时间Td为止。而且，在使焊接电源中止后，使焊接从该处顺利地再次开始。该图为焊接操作者收到警报，判断为在持续时间Td以内不能进行焊接直到终端为止，在时刻t51实施了上述I)所示的加速焊接速度的对策的情况。因此，如该图(A)所示，在比原来的焊接结束预定时刻t6更靠前的时刻t52结束直到终端为止的焊接，因此焊接电流12的通电在时刻t52结束。时刻t51 t52的期间为比持续时间Td短的时间，时刻t51 t6的期间为比持续时间Td长的时间。如该图⑶所示那样，平均值Si从时刻t5到时刻t52为止增加，到此后的时刻t6为止减少，在时刻t6 t7的中止期间中维持该值。如该图(D)所示那样，通电切断信号As处于所有期间低电平的状态。如果在即使在时刻t51收到警报，也保持焊接电流12而不加速焊接速度地继续进行焊接的情况下，在时刻t52与时刻t6之间通电切断信号As变化为高电平，则焊接电流Iw的通电被切断。图2为用于实施上述的本发明的实施方式相关的焊接电源的保护控制方法的焊接电源的框图。该图为电弧焊接法为消耗电极电弧焊接法的情况。以下，参照该图对各模块进行说明。电源主电路PM输入3相200V等的商用电源(图示省略)，按照后述的驱动信号Dv进行逆变器控制等的输出控制，并输出输出电压E以及焊接电流Iw。该电源主电路PM省略图示，但具备对商用电源 进行整流的I次整流电路、对被整流的具有脉动(ripple)的直流进行平滑的电容器、通过上述的驱动信号Dv被驱动并将被平滑的直流变换为高频交流的逆变器电路、将高频交流降压为适于电弧焊接的电压值的高频变压器、和对被降压的高频交流进行整流的2次整流电路。直流电抗器DCL对上述的输出电压E进行平滑。焊丝I由于与进给电动机WM相耦合的进给辊5的旋转而通过焊炬4内被进给，在与母材2之间产生电弧3。焊炬4通过焊接操作者被把持。在焊丝I与母材2之间施加焊接电压Vw，通电焊接电流Iw。炬开关ON被设置于焊炬4中，如果在焊接操作者开始焊接时处于接通则输出成为高电平的焊接开始信号On。基准值设定电路SR将预定的额定焊接电流值It以及预定的额定使用率α输入到上述的(I)式并输出基准值设定信号Str。该电路进行上述的步骤I的处理。焊接电流检测电路IWD检测上述的焊接电流Iw并通过低通滤波器而输出焊接电流检测信号Iwd。电流Α/D变换电路ID按每个预定的采样周期Ts对该焊接电流检测信号Iwd进行Α/D变换，并输出焊接电流数字信号Id。该电路进行上述的步骤2的处理。平均值运算电路SIC以上述的焊接电流数字信号Id作为输入，按每个上述的采样周期Ts通过上述的(3)式来运算10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值，并作为平均值运算信号Sic输出。通电切断判别电路AS以该平均值运算信号Sic以及上述的基准值设定信号Str作为输入，在平均值运算信号Sic的值达到了基准值设定信号Str的值(SicSStr)的时间点，输出成为高电平的通电切断信号As。这些电路进行上述的步骤3的前半部分的处理。持续时间设定电路TDR输出预定的持续时间设定信号Tdr。推定平均值运算电路SSC以该持续时间设定信号Tdr以及上述的焊接电流数字信号Id作为输入，按上述的每个采样周期Ts通过上述的(4)式运算推定平均值，并作为推定平均值运算信号Ssc输出。警报判别电路AR以该推定平均值运算信号Ssc以及上述的基准值设定信号Str作为输入，对两值进行比较，在变化为Ssc ^ Str的时间点输出成为短时间高电平的警报信号Ar。警报电路KH将该警报信号Ar作为输入，如果警报信号Ar变化为高电平，则发出“在后X X秒处于超过使用率”之类的声音所产生的警报。该警报电路KH被设置于焊接电源、焊丝进给装置(省略图示)、焊炬4等中。此外，如上述那样，也可通过振动、异常显示灯等发出警报。这些电路进行上述的步骤4的处理。输出电压设定电路ER输出预定的输出电压设定信号Er。输出电压检测电路ED检测对高频变压器的次级侧输出进行了整流的脉冲状电压即输出电压E(通过直流电抗器DCL之前的电压)，将该检测值通入低通滤波器(截止频率I IOHz程度)，并作为输出电压检测信号Ed输出。误差放大电路EA将上述的输出电压设定信号Er和该输出电压检测信号Ed之间的误差进行放大，并输出误差放大信号Ea。通过该误差放大电路EA而成为恒压特性的电源。驱动电路DV将该误差放大信号Ea、上述的焊接开始信号On以及上述的通电切断信号As作为输入，在焊接开始信号On为高电平，并且通电切断信号As为低电平时按照误差放大信号Ea进行脉冲宽度调制控制，基于该结果输出用于驱动上述的电源主电路PM内的逆变器电路的驱动信号Dv，在焊接开始信号On为低电平或者通电切断信号As为高电平时不输出驱动信号Dv。该电路进行上述的步骤3的後半部分的处理。通过该电路，如果通电切断信号As处于高电平，则由于焊接电源的输出被停止，因此焊接电流的通电被切断。进给速度 设定电路FR输出预定的进给速度设定信号Fr。进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr、上述的焊接开始信号On以及上述的通电切断信号As作为输入，在焊接开始信号On为高电平且通电切断信号As为低电平时将用于以相当于该进给速度设定信号Fr的值的进给速度进给焊丝I的进给控制信号Fe输出到上述的进给电动机WM，在焊接开始信号On为低电平或者通电切断信号As为高电平时输出用于停止进给的进给控制信号Fe。该电路进行上述的步骤3的后半部分的处理。通过该电路，在通电切断信号As为高电平时，停止焊丝I的进给。根据上述的实施方式，在推定为过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值在预定的持续时间后达到预定的基准值时，发出“后XX秒处于超过使用率”之类的声音等所产生的警报。焊接操作者在处于超过使用率之前被预告，因此接收该警报并一边继续焊接一边进行焊接条件的变更，即使对工件进行焊接直到终端为止也能够不会处于超过使用率的状态。此外，焊接操作者能够在容易重新开始焊接之处中断焊接，因此能够在使焊接电源中止之后顺利地再次开始焊接。因此，不会由于超过使用率而强制地切断焊接电流的通电并使焊接突然中断。因此，能够防止废弃工件或者在重新开始焊接时耗费较多工时的情况，从而在从超过使用率开始来保护焊接电源的基础上，能够抑制生产效率降低。在上述的实施方式中，对电弧焊接为消耗电极电弧焊接的情况进行了说明，但本发明也能适用于非消耗电极电弧焊接、等离子电弧焊接等中。符号说明:I 焊丝2 母材3 电弧4 焊炬5进给辊AR警报判别电路Ar警报信号AS通电切断判别电路As通电切断信 号DCL直流电抗器DV驱动电路Dv驱动信号E 输出电压EA误差放大电路Ea误差放大信号ED输出电压检测电路Ed输出电压检测信号ER输出电压设定电路Er输出电压设定信号FC进给控制电路Fe进给控制信号FR进给速度设定电路Fr进给速度设定信号I1、12焊接电流ID 电流Α/D变换电路Id焊接电流数字(值/信号)It额定焊接电流Iw焊接电流IffD焊接电流检测电路Iwd焊接电流检测信号k、m数据数目KH警报电路ON炬开关On焊接开始信号PM电源主电路Si (过去10分钟期间内的焊接电流的平方的)平均值SIC平均值运算电路
Sic平均值运算信号SR基准值设定电路Ss推定平均值SSC推定平均值运算电路Ssc推定平均值运算信号St基准值Str基准值设定信号T周期Td持续时间TDR持续时间设定电路Tdr持续时间设定信号Ts采样周期Vw焊接电压丽进给电动机
α额定使用率
权利要求
1.一种焊接电源的保护控制方法，每时每刻算出过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值，在该平均值达到了预定的基准值时切断焊接电流的通电，该焊接电源的保护控制方法的特征在于， 在推定为上述平均值在规定时间后达到上述基准值时，发出警报。
2.根据权利要求1所述的焊接电源的保护控制方法，其特征在于， 假定为原样维持当前时间点下的上述焊接电流的值，这样来进行上述推定。
3.根据权利要求1或2所述的焊接电源的保护控制方法，其特征在于， 通过声音来进行上述警报 。
全文摘要
本发明提供一种焊接电源的保护控制方法，通过焊接电源的使用率保护控制进行动作而抑制焊接被突然中断且生产效率降低的情况。每时每刻算出在过去10分钟期间内的焊接电流的平方的平均值(Si)，在该平均值(Si)达到了预定的基准值(St)时切断焊接电流(Iw)的通电，在上述这样的焊接电源的保护控制方法中，在推定为平均值(Si)在规定时间后达到基准值(St)时，发出“在后××秒中处于超过使用率”之类的声音所产生的警报(Ar)。焊接操作者接收该警报，通过实施一边继续焊接一边变更焊接条件等的对策，从而能够在处于超过使用率之前结束焊接。因此，能够抑制生产效率的降低。
文档编号B23K9/10GK103223541SQ20131001109
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月11日 优先权日2012年1月25日
发明者小野贡平 申请人:株式会社大亨