JPS5914314B2 - 抵抗溶接機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスタを逆並列に接続して成るスイッチン
グ素子を備えた抵抗溶接機の電流制御に係り、特に上記
サイリスタの点弧角をマイクロコ１５ ンピユータを利
用して制御するようにした抵抗溶接機の制御装置に関す
るものである。

一般に、抵抗溶接における溶接の品質は、被溶接材に加
えられるジュール熱即ち、（溶接電流）２×（被溶接材
間の抵抗＋電極と被溶接材間の抵抗）フ０ ×（通電時
間）に左右されることが知られており、溶接電流が品質
保持の大きな要因として挙げられる。

従つて、負荷インピーダンスの変動に対していかにして
定電流制御するかが大きな課題となつておる。この負荷
電流の制御としては溶接機用トク５ ランスの１次側に
サイリスタを逆並列に接続したスイッチング素子を設け
、負荷電流を１次側換算で検出してこれと溶接電流の設
定値との比較によりスイッチング素子の点弧角を制御す
るいわゆる位相制御による電流制御が通常用いられてい
る。３０この電流制御を行う装置として、近時、演算機
能を有しプログラム制御ができることからマイクロコン
ピュータを利用したものが用いられるようになつてきた
。

これは第１図に例示するように、溶接トランス１０１の
負荷電流を、１次側に設けた３５変流器１０４を介して
増幅回路１０５により検出し、これを実効値変換回路１
０６により電流実効値に変換し、この実効値をアナログ
・デジタル変ｌ只Ｒ−換回路１０７によりデジタル信号
に変換して演算処理部１０８に取り込み、記憶部１０９
に格納したプログラム並びにデータにより負荷の力率角
を測定し、この力率角により溶接電流の目標値に対する
スイツチング回路１０３のサイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２の
点弧角を決定し、演算処理部１０８からの点弧角の出力
信号と、パルス発生回路１１０から送出される交流電源
１０２と同期したクロツクパルス信号のカウント数とが
一致したとき、カウンタ回路１１１の出力信号によつて
ゲート回路１１２を介してスイツチング回路１０３のサ
イリスタＴｈｌ，Ｔｈ２を点弧させ、被溶接材１１４を
加圧した溶接チツプ１１３，１１３間に交流電源１０２
から溶接トランス１０１を介して電力を供給して負荷電
流を制御するようになつている。

しかし乍ら、このように構成された装置は負荷電流を溶
接トランスの１次側で検出するようになつているため、
溶接トランスの巻数比あるいは２次回路数（複数に分割
した２次側コイルのそれぞれに溶接チツプを接続して形
成した溶接チツプの回路数）が異なると、換算比が異な
つて負荷電流を検出しても的確な電流制御ができず、溶
接の品質が低下するという欠点を有し、特に、溶接条件
がきびしい被溶接材例えば耐食性亜鉛メツキ鋼板のよう
に溶接電流に適した電流値の巾が狭い上に、これを超え
ると溶接チツプの溶着による溶接不能を惹起すようなも
のに対しては適用できないという問題がある。又、抵抗
溶接機は被溶接材によつて溶接電流も広い範囲（例えば
５０００Ａ〜１５０００Ａ）に亘つて設定しうるように
なつているため、被溶接材に適した溶接電流値を例えば
５０００Ａに設定したときと、１５０００Ａに設定した
ときとでは演算処理部に取り込むデジタル信号の１ビツ
ト当り精度に差異が生じ、電流制御の精度が溶接電流の
設定値によつて異なり、溶接の品質にバラツキが生ずる
という問題を有している。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、その
目的とするところは、溶接トランスの巻数比、２次回路
数の変更、並びに溶接電流の設定値が異なつても電流制
御の精度を低下させることなく負荷電流の制御を行うこ
とのできるものを提供することにある。

本発明は、溶接トランスの１次側に設けた変流器から接
続されて負荷電流を検出する増幅回路に、増幅度を複数
段Ｇｌ，Ｇ２・・・・・・・・・ＧＯに切換可能にした
ゲイン切換回路を備え、この増幅度Ｇｌ，Ｇ２・・・・
・・・・・Ｇｎを、溶接電流目標値設定範囲と対応させ
た溶接トランスの１次側電流の範囲を電流値により複数
の領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・・・・・ＷＯに区分してこ
の領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・・・・・ＷＯに各々対応さ
せて設定し、溶接トランスの巻数比、２次回路数、溶接
電流の目標値のデータにより１次側の電流値を演算させ
、この演算した電流値が上記領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・
・・・・Ｗｎのいずれの領域にあるかを判断させ、該当
領域（例えばＷ１ ）と対応させた増幅度（例えばＧ１
）に演算処理部の出力信号で切換えて負荷電流を一定
の精度で制御するようにしたことを特徴としたものであ
る。

以下、本発明の実施例を第２図及び第３図によつて説明
する。

１は溶接トランスで、１次側は交流電源２（例えばＡＣ
４４ＯＶ）に接続され、２次側には溶接チツプ６，６を
接続し、この溶接チツプ６，６間に例えば５０００Ａ〜
１５０００Ａの電流を流すようになつている。

そして上記溶接チツプ６，６は図示しない電磁石を励磁
することによつて被溶接材７を上下から挟んで加圧する
ようになつている。３はサイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２を逆
並列に接続して、溶接トランス１の１次側に挿入したス
イツチング回路である。

４は上記溶接トランス１の１次側に挿入した変流器で、
負荷電流を１次側換算で導出するようになつている。

５は上記変流器４を介して負荷電流を検出し、この負荷
電流が溶接電流の目標値となるようにスイツチング回路
３のサイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２の点弧角を制御して抵抗
溶接機の電流制御を行うようにした制御装置である。

これについて説明する。８は増幅回路で、上記変流器４
の２次側に抵抗Ｒ１を挿入して一端を接地し、他端を、
入力抵抗Ｒ４を介して、非反転入力端子が接地した演算
増幅器Ａ１の反転入力端子に接続し、この演算増幅器Ａ
，の出力端子と接地間に複数の抵抗Ｒ２，Ｒ２（・・・
・・・・・Ｒ２ｎを直列に挿入し、この抵抗Ｒ２，Ｒ２
５−・・・・−・・・Ｒ２ｎの相互の接続点（即ち分圧
点）Ａｌ，ａ２・・・・・・・・・Ａｎに入力信号によ
つて開閉するアナログスイツチＳｌ，Ｓ２・・・・・・
・・・Ｓｎの一端を各々接続してゲイン切換回路９を形
成し、上記アナログスイツチＳｌ，Ｓ２・・・・・・・
・・Ｓｎの他端を負帰還抵抗Ｒ３を介して演算増幅器Ａ
１の反転入力端子に共通接続して、アナログスイツチＳ
ｌ，Ｓ２・・・・・・・・・Ｓｎを選択的に閉路するこ
とにより演算増幅器Ａ１は増幅度Ｇｌ，Ｇ２・・・・・
・・・・ＧＯのいずれかに切換えられて出力するように
なつている。

即ち上記アナログスイツチＳｌ，Ｓ２，・・・・・・・
・・ＳＯのうち、例えばＳ１が閉路すると、演算増幅器
Ａ１の増幅度Ｇはとなつて増幅度Ｇ，に切換えられ、ま
たアナログスイツチＳＯが閉路すると、演算増幅器Ａ１
の増幅度Ｇは、となつて増幅度Ｇｎに切換えられるよう
になつている。

１０は上記増幅回路８の演算増幅器 Ａ１の出力端子に接続，されて入力の実効値を出力する
ようにした実効値変換回路である。

１１は上記実効値変換回路１０の出力端に接続されてア
ナログ入力を例えば１０ビツトのデジタル信号に変換し
て出力するようにしたアナログ・デジタル変換回路（以
下Ａ／Ｄ変換回路と称す）である。

このＡ／Ｄ変換回路１１の出力は演算処理部（以下ＣＰ
Ｕと略称す）１２に取り込まれるようになつている。１
３はシーケンス制御するための各種プログラムを格納し
たプログラマブル・リードオンリー・メモリ（以下ＰＲ
ＯＭと略称す）１４と、溶接トランス１の２次回路数、
巻数比並びに溶接電流の目標値、溶接時間等各種データ
を格納するランダム・アクセス・メモリ（以下ＲＡＭと
略称す）１５とを備えた記憶部である。

又、この記憶部１３のＲＡＭｌ５には各種抵抗溶接機の
溶接トランスの溶接電流の目標値設定の範囲（例えば５
０００Ａ〜１５０００Ａ）と対応させた１次側換算の電
流値の範囲（サイリスタＴｈ，，Ｔｈ２の耐量も勘案し
た電流の最大値を例えば１２００Ａとした範囲）を電流
値により複数の領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・・・・・Ｗｎ
に区分し、この領域Ｗｌ，Ｗ２．．．．．．．．．ＷＯ
のデータが格納されておる。そして、上記領域Ｗ，，Ｗ
２・・・・・−・・・Ｗｎは演算増幅器Ａ１の増幅度Ｇ
ｌ，Ｇ２・・・・・・・・・Ｇｎと対応させ、溶接トラ
ンスの巻数比、２次回路数並びに溶接電流の目標値の設
定したデータからＣＰＵｌ２によつて１次側換算の電流
値を演算させ、この値が領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・・・
・・ＷＯのいずれに該当するかを判定させ、例えばＷ，
であれば上記アナログスイツチＳ１をＣＰＵｌ２の出力
信号によつて閉路させて増幅度Ｇ１で負荷電流を検出す
るようになつている。上記増幅度Ｇｌ，Ｇ２・・・・・
・・・・Ｇｎの相互の関係は領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・
・・・・Ｗｎの各領域の電流最大値（例えばＷ１ 一１
２００Ａ，．Ｗ２＝１０００Ａ）をレンジとしての関係
となるように選定されておる。又、Ａ／Ｄ変換回路１１
は各領域のレンジ毎にフルスケールで出力するようにし
て１次側換算の電流値が小さくても１ビツト当りの誤差
が同等となるようになつている。１６は入出力部で、交
流電源２の端子間から接続されて電圧が零点を横切る毎
にこれを検出して出力信号を送出するようにしたゼロク
ロス検出回路１７と、スイツチング回路３の両端から接
続されて両端子間の電圧を検出して出力するようにした
電圧検出回路１８との信号を入力せしめてＣＰＵｌ２に
取り込ませるようになつている。

又、この入出力部１６は、クロツクパルス信号を発振す
る発振回路２０から接続されたカウンタ回路１９にＣＰ
Ｕｌ２からの点弧角の出力信号を送出すると共に、上記
アナログスイツチＳｌ，Ｓ２・・・・・・・・・ＳＯに
ＣＰＵｌ２から選択した出力信号を送出するようになつ
ている。そして、上記カウンタ回路１９はＣＰＵｌ２か
ら点弧角の出力信号を入出力部１６を介してうけたとき
発振回路２０のクロツクパルス信号によりカウントし、
カウント値が点弧角の信号と一致したとき出力信号を送
出するようになつている。２１は上記スイツチング回路
３のサイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２のゲートに点弧信号を送
出するゲート回路で、上記カウンタ回路１９の出力によ
り正、負の半サイクル共同じ点弧角で点弧信号を送出し
てターンオンせしめるようになつている。

次に動作について説明する。

抵抗溶接の制御シーケンスは基本的には加圧、溶接、保
持、休止の４段階に分れる。先ず、交流電源２が印加さ
れることにより図示しない制御用電源が制御装置５に供
給される。この状態で、図示しないデータテーブルによ
り溶接トランス１の巻数比、２次回路数並びに被溶接材
７の材質、板厚、重ね合せ枚数等により溶接に適した溶
接電流の目標値を設定する。この設走したデータをＣＰ
Ｕｌ２により読み込んでＲＡＭｌ５に書き込むと共に、
これらデータにより溶接電流の目標値を溶接トランス１
の１次側換算の電流値にＣＰＵｌ２の演算処理によつて
算出する。この演算した電流値はＣＰＵｌ２によつてＲ
ＡＭｌ５に書き込む。次に、被溶接材７の溶接に適した
加圧、溶接、保持、休止の各時間をデータテーブルによ
り設定し、これをＣＰＵｌ２によりＲＡＭｌ５に書き込
む。これら溶接条件の設定後、第３図に示す処理フロー
に従つて行われる。先ず、図示しない起動押釦を投入す
ることにより（２０１）、図示しない電磁石を励磁して
溶接チツプ６，６を動作させ、この溶接チツプ６，６間
に挾んだ被溶接材７を加圧する（２０２）。そして、設
定した加圧時間が終了すると（２０３）、次に、ＲＡＭ
ｌ５に書き込んだ溶接電流の目標値を１次側の電流値に
換算した値（以下目標値という）を取り込んで（２０４
）、この目標値がＲＡＭｌ５から取り込んだ領域Ｗｌ，
Ｗ２・・・・・・・・・Ｗｎのいずれの領域に該当する
かを判断させる（２０５′、２０ダ５・・・・・・・・
・２０５ｎ）。そして、上記ＣＰＵｌ２は、該当する領
域より一段電流値の犬きい領域と対応させた増幅度に切
換えるための出力信号を、入出力部１６を介してアナロ
グスイツチに送出してこれを閉路させる。例えば、該当
する領域がＷ２（２０５勺であつたときは領域Ｗ１と対
応させた増幅度Ｇ１に切換えるため、アナログスイツチ
Ｓ１に出力信号を送出してこれを閉路させる（２０６●
ｏこれにより通電初期において、被溶接材７の材質、板
厚、表面の状態等によつて、上記目標値により判断した
領域を越える電流が流れても演算増幅器Ａ１を飽和して
正確な負荷電流を検出できなくなる（即ち、飽和によつ
て電流を少なく検出する）ことが防止される。しかる後
、溶接時間に入る。

先ず、スイツチング回路３のサイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２
を点弧角９００で点弧する（２０７）。これは、溶接時
間に入つたときの交流電源２の電圧の１サイクル目の正
の半サイクルの零点を検出したゼロクロス検出回路１７
の検出信号と、スイツチング回路３に電圧が印加されて
いることを検出した電圧検出回路１８の検出信号とを、
入出力部１６を介して取り込んだとき、ＣＰＵｌ２より
カウンタ回路１９に９００点弧の指令を入出力部１６を
介して送出し、これをうけたカウンタ回路１９は交流電
源２の電圧の１サイクル目の正の半サイクルの零点から
発振回路２０のクロツクパルス信号をカウントして両入
力信号が一致したとき（カウント値が９０ト点弧指令と
同じになつだとき）、即ち電圧の正の半サイクルの９０
同（ハ）時点で、ゲート回路２１を介して点弧信号をス
イツチング回路３のサイリスタ（例えばＴｈ２）のゲー
トに送出してこれを点弧させる（電圧の負の半サイクル
についても同様にして同じ点弧角９００でサイリスタ（
例えばＴｈｌ）を点弧させる）。この９００点弧により
溶接トランス１の２次側に流れた負荷電流を１次側に設
けた変流器４を介して増幅回路８の演算増幅器Ａ１に入
力させる。演算増幅器Ａ１は入力を上記アナログスイツ
チＳ１の閉路により増幅度Ｇ１によつて増幅し、これを
実効値変換回路１０によつて実効値に変換してＡ／Ｄ変
換回路１１に送出する。これをうけたＡ／Ｄ変換回路１
１は実効値を例えば１０ビツトのデジタル信号に変換し
（２０８）ＣＰＵｌ２に取り込ませる。ＣＰＵｌ２はＡ
／Ｄ変換回路１１から取り込んだ信号と、電圧検出回路
１８から取り込む信号とによりスイツチング回路３の両
端の電圧（正の半サイクル）が零になつてから負荷電流
が零になるまでの電流の遅れ角θを測定し、この電流遅
れ角θによりＲＡＭｌ５に記憶させた電流遅れ角と負荷
の力率角との相関関係のデータにより力率角φを測定し
、この力率角φをもとに上記Ａ／Ｄ変換回路１１の出力
信号（検出した負荷電流の実効値）と目標値の差分△Ｉ
とから演算によつて２サイクル目の点弧角増分△ａを算
出し、（点弧角９００）一（点弧角増分Δａ）により２
サイクル目の点弧角を決定する（２０９）。この２サイ
クル目の点弧角の決定は上述からも判明するように交流
電源２の電圧の正の半サイクル終了後に行われる。そし
て、負の半サイクルが終了した後（２１０）、目標値が
領域Ｗｌ，Ｗ２・・・・・・・・・Ｗｎのいずれにある
かを判断し（２１１′、２１ｆ・・・・・・・・・２１
１ｎ−１）一該当した領鵬 と対応させた増幅度Ｇ２に
切換えるためのゲイン切換回路９のアナログスイツチＳ
２に入出力部１６を介して出力信号を送出してこれを閉
路させ（２１２″）、上記１サイクル目の正の半サイク
ル通電で決定した（２０９）２サイクル目の点弧角で、
上述同様、ＣＰＵｌ２の点弧角の信号によりカウンタ回
路１９を介してゲート回路２１から点弧信号を送出して
サイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２を点弧する（２１３）。そし
て、上述同様、２サイクル目の正の半サイクルで負荷電
流を検出し実効値に変換してＡ／Ｄ変換回路１１から実
効値のデジタル信号をＣＰＵｌ２に取り込ませ（２１４
）、上述同様、力率角と実効値と目標値から３サイクル
目の点弧角を決定する（２１５）。そして、溶接時間が
終了するまで（２１６）、前回のサイクルの正の半サイ
クル通電の結果で点弧角を決定して点弧する動作（２１
３乃至２１６）を繰り返す。従つて、２サイクル目以降
の点弧角は前のサイクルの正の半サイクルで検出した負
荷電流の実効値から点弧角の増分△ａを求め、前のサイ
クル（ｎ−１回）の点弧角をＡＯ−，とすれば、次のサ
イクル（ｎ回）の点弧角Ａｎはへ一Ａｎ−１−△ａで決
定して点弧させて負荷電流が目標値となるように、１サ
イクル毎に点弧角を制御して溶接電流の定電流制御が行
われる。そして、溶接時間の終了をＣＰＵｌ２によつて
判断し（２１６）、終了したときはＣＰＵｌ２により点
弧角の信号の送出が停止し、サイリスタＴｈｌ，Ｔｈ２
をターンオフさせて保持時間に入れる（２１７）。この
際、被溶接材７は溶接チツプ６，６によつて加圧された
まｋである。保持時間が終了したら（２１７）、上述し
た図示しない電磁石の励磁を解いて、溶接チツプ６，６
を動作させて互いに離間させて被溶接材７の加圧を解除
し、これによつて休止時間に入つて溶接動作が終了する
（ＥＮＤ）。次に、被溶接材７の異なる個所を溶接する
際は、上述同様、溶接トランスの巻数比、２次回路数、
溶接電流の目標値から１次側の電流値を演算しこの値に
より上述同様、第３図の処理フローに従つて負荷電流が
目標値となるように制御しながら溶接が行われる。

これら動作はＣＰＵｌ２によつてＰＲＯＭｌ４に格納し
たプログラムに従つて行われる。

本発明によれば、溶接トランスの巻数比、２次回路数、
溶接電流の目標値の設定により増幅度を切換えて負荷電
流を検出するようにしてあるので、目標値の電流が広範
囲に変わつても一定の精度で電流制御を行うことができ
、溶接の品質の安定化を図ることができる。

又、溶接トランスの巻数比、２次回路数、溶接電流の目
標値が異なつてもデータの設定操作だけでこれに対応す
ることができ、このことは各種の抵抗溶接機と組合せて
も一定の精度で安定した電流制御を行うことができる利
点を有し、適用範囲を拡大し、信頼度を一段と向上せし
めることができる著しい効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来装置の一例を示すプロツク図、第２図は本
発明の実施例を示したプロツク図、第３図は第２図の動
作を説明する処理フロー図である。 １：溶接トランス、３：スイツチング回路、４：変流器
、８：増幅回路、１２：演算処理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源に、溶接トランスの１次側をサイリスタを
   逆並列に接続したスイッチング回路を介して接続し、上
   記サイリスタのゲートに、溶接トランスの２次側の負荷
   電流を該トランスの１次側に設けた変流器を介して検出
   する増幅回路と、これの検出出力を実効値変換して送出
   する実効値変換回路と、これの出力をアナログデジタル
   変換回路を介して取込む演算処理部と、データを格納す
   る記憶部とを備え、上記データと検出出力とにより測定
   した力率角によつて点弧角を演算する上記演算処理部の
   出力を送出して位相角制御により負荷電流を制御するよ
   うにしたものにおいて、上記増幅回路は、変流器の２次
   側に挿入して一端を接地した抵抗の他端を入力抵抗を介
   して非反転入力端子が接地した演算増幅器の反転入力端
   子に接続し、この演算増幅器の出力端子と接地間に複数
   の分圧点を設けた抵抗を挿入し、上記複数の分圧点に複
   数のアナログスイッチの一端をそれぞれ接続し、他端を
   負帰還抵抗を介して演算増幅器の反転入力端子に共通接
   続して、増幅度を複数段に切換可能に形成し、この増幅
   回路の複数段の増幅度に対応させて複数の領域に区分設
   定した溶接電流目標値のデータと、溶接トランスの巻数
   比、２次回路数のデータとを記憶部に格納させ、この格
   納したデータから演算処理部の出力により上記複数のア
   ナログスイッチを選択閉路して増幅度を切換えるように
   構成してあることを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。