专利名称：用于电阻点焊的控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电阻点焊的控制系统及其方法，尤其涉及一种采用一个存储有一组标准动态电阻曲线的存储器来控制电阻点焊质量的控制系统及其方法。
目前，在汽车制造过程中连接一对金属板的各种场合，电阻点焊得到了广泛的应用。众所周知，对于电阻点焊来说，质量控制是焊接过程中的主要困难之一。
通常，电阻点焊装置包括一台有一对焊接电极的点焊机、一对金属板、一台变压器、一台控制器、一个电流传感器、一个电压传感器和一个微处理器。
在电阻点焊装置中，与变压器相配合的控制器给要被焊接的金属板提供电流和电压。在一次电阻点焊过程中，即焊接一个点的时间间隔内，电流传感器和电压传感器分别产生与焊接电流和电压成比例的模拟信号，其中一个电阻点焊焊接时间间隔包括大量的半周，一个周期就是1除以电流和电压的频率。微处理器用在电阻点焊过程中检测到的电流和电压计算出一个动态电阻值，并在该动态电阻值的基础上产生一个控制信号，然后把这个控制信号传送给控制器。控制器根据微处理器的控制信号，控制下一次电阻点焊时作用于电阻点焊机电路中的初始焊接电流。
上述典型的电阻点焊装置的主要缺点之一是它不能控制在电阻点焊焊接过程中出现的误差，因为它仅控制下一次电阻点焊时的初始焊接电流，而不是正在进行的电阻点焊过程的当前电流，也就是说，上述装置不能提供实时误差。
所以，本发明的主要目的是提供一种采用一个存储有一组标准动态电阻曲线的存储器来控制电阻点焊质量的改进的控制系统。
根据本发明，提供有一在带有控制电阻点焊操作的一个电流传感器和一个电压传感器的电阻点焊装置中使用的控制系统，该系统包括一个存储有N个该存储器预定动态电阻值的存储器，每一个值表示一条相应的动态电阻曲线，当电阻点焊开始时，根据预定的焊接条件提供一个预定的动态电阻值；一个根据电流传感器检测到的焊接电流和电压传感器检测到的电压来计算动态电阻值的动态电阻计算器；一个用来比较动态电阻与所选定的预定动态电阻值的比较器；以及一个用来根据比较结果调节焊接电流，从而控制电阻点焊质量的焊接电流控制器。
结合附图通过下面对具体优选实施例的描述，本发明连同以上描述的和其他的目的及优点将会变得非常明显，其中
图1是带有本发明的焊接质量控制器的电阻点焊装置的示意图。
图2是图1中焊接质量控制器的存储器中存储的一条标准动态电阻曲线示范例。
图1描述了带有本发明的焊接质量控制器150的电阻点焊装置100，其中焊接质量控制器150包括一个动态电阻计算器152、一个比较器154、一个存储器156和一个焊接电流控制器158。该电阻点焊装置100还包括一台由初级绕组、铁芯和次级绕组组成的变压器120、一个包括变压器的初级绕组和一个由第一SCR(SCR1)和低二SCR(SCR2)组成的SCR(半导体控制的整流器)块136的初级回路130、一个包括一对电极112、114、一对夹持在电极112、114间的金属板116、变压器120的次级绕组、一个电流传感器140、一个电压传感器142和焊接质量控制器150的次级回路110。
存储器156存储有N组最优动态电阻值和同样数目的相应的初始焊接电流，每一个初始焊接电流对应一组最优动态电阻值，N是一个预定的正整数。每一组最优的动态电阻值和与它相应的初始焊接电流都是由如下给定的焊接条件经过试验而得到的，预定的焊接条件则由输入端132、134的输入电压和被焊金属板116的种类和厚度来决定。
为简单起见，假定输入电压被定为一预定值。首先，对于N种预定焊接条件中的任一种，焊接过程都在电流传感器140测量的一预定初始焊接电流下进行多次，从而产生多组动态电阻，其中一组中的每一个动态电阻值都是由电压传感器142和电流传感器140所测量的电压值除以电流值而定的，电压和电流值分别表示它们每半周上的RMS值(均方根)。上述过程针对不同的初始焊接电流进行，从而产生了多组对应于不同初始焊接电流的动态电阻值。其次，得到最好的焊接质量的一组试验数据被确定为每一个预定焊接条件的一组动态电阻值和与它相应的初始焊接电流。在本发明的另一优选实施例中，某一预定焊接条件的初始焊接电流可被固定，一组最优的电阻值则可以从预定焊接条件的固定初始焊接电流得到。
图2所示的是图1中的焊接质量控制器150的存储器156存储的一组作为示例的最优动态电阻值。在这种情况下，金属板116例如是低碳钢，且每块金属板的厚度约为0．7mm，作为示例的该组最优动态电阻值则通过当电阻点焊装置100将初始焊接电流设置为例如约9000A，从许多试验数据中选择一组有最好焊接质量的动态电阻值而得到。需要注意的是，在图2中的每一个小圆点表示电阻点焊的焊接时间间隔内的一个对应半周的电阻点焊的动态电阻值。
在焊接装置100中，如果使用者开始一次电阻点焊，需按下键盘(未示出)上的某一选择键来选择一条相应于存储器156中的一组最优动态电阻值的特定的标准动态电阻曲线，其中该特定的标准动态电阻曲线根据预定的焊接条件来定。该给定的焊接条件则由如被焊金属板的厚度等这样的焊接参数来决定，也就是说，在焊接开始之前，使用者能辨别该焊接条件，并能选择相应于该给定焊接条件的标准动态电阻曲线。当选择键被按下后，该选择信号被输入到存储器156。存储器156响应该选择信号，将所选定的标准动态电阻曲线发送到比较器154，相对应的初始焊接电流也通过线路L20送到焊接电流控制器158。焊接电流控制器158给SCR块136发送一个逻辑门控制信号，从而将初级电流设置为初始焊接电流。
另一方面，预定的AC(交流)输入电压V加到输入端132、134，从而使初级电流流经SCR块136和变压器120的初级绕组，其中该AC输入电压一般是220V、380V或440V。在焊接时间间隔的P个，例如1个或2个初始半周内，初级电流由通过焊接电流控制器158发送给SCR块136的逻辑门控制信号设置为相应初始焊接电流IS。变压器120将初级回路130的电能转移到次级回路110中，其中电压和电流发生变化，使次级回路110的电流比初级回路130的电流更大。电阻点焊时，一对电极112、114夹持住金属板116，并使次级电流通过金属板116的局部区域，从而焊接该局部区域。电流传感器140连接到次级回路110中，用来检测一个焊接时间间隔内的每一个半周的焊接电流，其中该焊接时间间隔包含M个半周，且该检测到的电流被传送给焊接质量控制器150的动态电阻计算器152。同样，电压传感器142连接到电极112、114上，用来检测一个焊接时间间隔内每一个半周的次级回路110的电压，其中该检测到的电压被传送给动态电阻计算器152。
在动态电阻计算器152中，焊接时间间隔内的每一个半周的动态电阻RD可由下式得到RD=VD／ID公式1其中VD表示检测到的电压的RMS值，ID表示检测到的焊接电流的RMS值。动态电阻计算器152将计算出的动态电阻RD传送给比较器154。
比较器154将该计算出的RD与标准动态电阻曲线上相应半周的动态电阻值RS进行比较。比较结果ΔR表示RD与RS之间的偏差。该比较结果ΔR通过线路L10传送给焊接电流控制器158。焊接电流控制器158用下式来计算要被补偿比较结果ΔR电流的补偿值ΔIΔI=K×ΔR公式2其中K是一个常数。焊接电流控制器158给SCR块136发送一个下一个半周的相应于焊接电流IN的逻辑门控制信号，由次电阻点焊装置100控制电阻点焊的质量，其中IN=IS+ΔI。上述过程在下一个半周内重复，焊接电流在随后的半周内被调节，直到焊接周期结束。
与现有电阻点焊装置相比，采用本发明的电阻点焊装置100可以更精确地控制电阻点焊的质量，这归于存储器存储有N组初始焊接电流值和标准动态电阻曲线，每一组都对应一预定的焊接条件，焊接质量控制器150控制着单位时间内的焊接电流，例如一个半周内的焊接电流。
尽管本发明是根据优选实施例所作的描述，但在没有脱离本发明的精神和范围的前提下可作任何的修改和变化，如在下述权利要求陈述的那样。
权利要求
1.一种用于具有一个电流传感器和一个电压传感器的电阻点焊装置中的用来控制电阻点焊操作的使用的控制系统，该控制系统包括存储有N组预定动态电阻值的装置，每一组值表示一条相应的动态电阻曲线，N是一个预定的正整数；当电阻点焊开始时，根据预定的焊接条件选择一个预定的动态电阻值的装置；根据电流传感器检测到的焊接电流和电压传感器检测到的电压来计算动态电阻值的装置；比较动态电阻与所选择的预定动态电阻值的装置；及根据比较结果，调节焊接电流，从而控制电阻点焊质量的装置。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中在一电阻点焊过程中，焊接电流包括M个半周，M是一个预定的正整数。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中每一条动态电阻曲线表示作为焊接时间周期和其幅度的函数的动态电阻的变化，其中焊接时间周期被分成M个取样点，即表示M个半周。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中存储装置还存有N个初始电流值，每个初始电流值对应每一条动态电阻曲线。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中调节装置在焊接时间周期的1个或2个半周内将焊接电流设置成所选择的动态电阻曲线的相应初始焊接电流IS。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中计算出在焊接时间周期的一个半周内的动态电阻。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中比较装置比较计算出的动态电阻值与所选择的动态电阻曲线上相应半周的动态电阻值。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其中调节装置根据比较结果计算焊接电流的补偿值ΔI。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中调节装置提供给电阻点焊装置下一个半周的焊接电流IN，其中IN是IS和ΔI的和。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其中预定焊接条件是由被焊金属板的厚度和种类决定的。
11.根据权利要求2所述的控制系统，其中每一个预定的动态电阻值都是在预定焊接条件下重复进行电阻点焊而得到，其中，预定焊接条件由被焊金属板的厚度和种类确定。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其中在预定的焊接条件下具有最好的电阻点焊质量的试验数据被定为相应给定焊接条件的动态电阻曲线。
13.一种用于具有一组焊接电极的电阻点焊装置的用来控制一组被焊金属的焊接电流的方法，包括以下步骤(a)为该组金属存储一个焊接时间周期内的一组最优的动态电阻值和一个初始电流值IS，该焊接时间周期包括K个半周，K是一个预定的正整数；(b)给所述焊接电极施加一对应于存储的初始焊接电流值的初始电流IS；(c)检测焊接电极的电压和电流，并根据检测到的电压和电流计算动态电阻值；(d)得出动态电阻值和所选择出的最优动态电阻值之间的偏差；以及(e)根据这一偏差调节焊接电流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中该调节后的焊接电流由IS和该偏差的一个预定的正数倍的和确定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在初始的1个或2个半周内采用初始焊接电流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在初始的1个或2个半周以后的每个半周内，进行调节步骤(e)。
全文摘要
控制电阻点焊质量的电阻点焊装置,包括初级回路、次级回路和变压器,电压作用初级回路产生焊接电流,还包括检测焊接电流的电流传感器、电压传感器、动态电阻计算器、比较器、存储器和焊接电流控制器。存储器存有N条预定动态电阻曲线,开始时选一条预定动态电阻曲线,动态电阻计算器根据检测的焊接电流和电压计算动态电阻。比较器比较动态电阻与选择的预定动态电阻曲线,焊接电流控制器根据比较结果调节焊接电流来控制电阻点焊质量。
文档编号B23K11/24GK1203844SQ9810291
公开日1999年1月6日 申请日期1998年6月4日 优先权日1998年6月4日
发明者金経一, 成源镐 申请人:社团法人高等技术研究院研究组合