(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路から出力された交流が溶接トランスの１次側へ供給されている抵抗溶接機の制御装置であって、
前記溶接トランスの１次側の電流値を測定する電流測定手段と、
予め決められた基準電流値を記憶する記憶手段を有して、前記電流測定手段により測定された電流値が前記基準電流値を越えたときに、前記インバータ回路から出力されている交流の周波数を高く、かつ、周波数変更後の１周期内における前記インバータ回路のオン時間の比率が周波数変更前と同じになる周波数に変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【請求項２】
前記記憶手段に記憶された基準電流値は、複数の値が設定されていることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接機の制御装置。
【請求項３】
インバータ回路から出力された交流が溶接トランスの１次側へ供給されている抵抗溶接機の制御方法であって、
前記溶接トランスの１次側の電流値を測定する段階と、
前記測定された電流値が予め設定された基準電流値を越えたときに、前記インバータ回路から出力されている交流の周波数を高く、かつ、周波数変更後の１周期内における前記インバータ回路のオン時間の比率が周波数変更前と同じになる周波数に変更する段階と、を有することを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。
【請求項４】
前記予め設定された基準電流値は、複数の値が設定されていることを特徴とする請求項３記載の抵抗溶接機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗溶接機の制御装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗溶接機は、例えばスポット溶接機などとして多用されている。そして、抵抗溶接機の中にはインバータ回路を用いたものがある。インバータ回路を用いた溶接機は、商用電源からの交流をＡＣ−ＤＣ整流器により直流に変換し、この直流をインバータ回路のスイッチング動作により商用電源の周波数より高い周波数の交流に変換して溶接トランスの１次側へ供給している。そして溶接トランスの２次側では整流器により交流が再び直流に変換されて、電極チップへ供給される。
【０００３】
このような溶接機では、例えば溶接トランスの鉄心に生じる残留磁気のヒステリシス特性によって偏磁（磁気飽和）が発生することがある。偏磁現象が生じると、溶接トランスに流れる電流量が増大するため、溶接トランスの１次側にあるインバータ回路の定格電流を越えることがあり、インバータ回路を構成しているスイッチング素子などを損傷する恐れがある。
【０００４】
従来、このような溶接トランスの偏磁現象によるインバータ回路の損傷を防止するために、例えば特開平６−１１４５６９号公報や特開平８−３０８２３９号公報では、溶接トランスの１次側の電流値を検出して、これが一定値を越えた場合に、通電を停止することで、インバータ回路を保護するようにする技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、基本的に過電流が流れた場合に通電を停止してしまうため、例えば複数の溶接点を連続して溶接するような場合では、それ以後の溶接動作が行われなくなったり、さらに、ワークを連続搬送しつつ、複数の溶接機を用いて一度に連続的に溶接を行なうような生産ラインでは、１台の溶接機の停止によりラインそのものが停止して、他の製造工程に影響を与えると言った問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、溶接トランスに偏磁現象が発生した場合でも通電を停止することなく、インバータ回路を保護することができる溶接制御装置およびその方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記する手段により達成される。
【０００８】
（１）インバータ回路から出力された交流が溶接トランスの１次側へ供給されている抵抗溶接機の制御装置であって、前記溶接トランスの１次側の電流値を測定する電流測定手段と、予め決められた基準電流値を記憶する記憶手段を有して、前記電流測定手段により測定された電流値が前記基準電流値を越えたときに、前記インバータ回路から出力されている交流の周波数を高く、かつ、周波数変更後の１周期内における前記インバータ回路のオン時間の比率が周波数変更前と同じになる周波数に変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【０００９】
（２）前記記憶手段に記憶された基準電流値は、複数の値が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
（３）インバータ回路から出力された交流が溶接トランスの１次側へ供給されている抵抗溶接機の制御方法であって、前記溶接トランスの１次側の電流値を測定する段階と、前記測定された電流値が予め設定された基準電流値を越えたときに、前記インバータ回路から出力されている交流の周波数を高く、かつ、周波数変更後の１周期内における前記インバータ回路のオン時間の比率が周波数変更前と同じになる周波数に変更する段階と、を有することを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。
【００１２】
（４）前記予め設定された基準電流値は、複数の値が設定されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、請求項ごとに以下の効果を奏する。
【００１５】
請求項１記載の本発明によれば、電流測定手段により測定された電流値が該記憶手段に記憶された基準電流値を越えたときに、前記周波数を高くすることとしたので、溶接トランスの１次側最大電流値が上昇して基準電流値を越えたときに、これを抑えるとともに、供給される総電流量を周波数変更前と同じに保つことができる。このため、例えば溶接トランスに偏磁が発生した場合でも、溶接動作を停止することなくインバータ回路の損傷を防止しすることができる。したがって、複数の溶接点を連続して溶接する場合では複数の溶接点を最後まで継続して溶接を行うことができ、また、複数の溶接機を用いて一度に連続的に溶接を行なうような生産ラインでも、一つの溶接機の偏磁現象によってラインそのものが停止するようなことをなくすことができる。また、変更後のデューティーは変更前と同じであるため、総電力供給量は変化しないので、周波数変更によって溶接不良などが発生する恐れがない。
【００１６】
請求項２記載の本発明によれば、記憶手段に記憶する基準電流値に複数の値を設定することとしたので、複数の基準電流値により段階的に溶接トランスの偏磁発生を予測することが可能となる。
【００１８】
請求項３記載の本発明によれば、溶接トランスの１次側最大電流値が予め設定された基準電流値を越えたときに、前記周波数を高くすることとしたので、溶接トランスの１次側最大電流値が上昇して基準電流値を越えたときに、これを抑えるとともに、供給される総電流量を周波数変更前と同じに保つことができる。このため、例えば溶接トランスに偏磁が発生した場合でも、インバータ回路の損傷を溶接電流を停止することなく防止しすることができると共に、そのまま溶接動作を継続することが可能となる。したがって、複数の溶接点を連続して溶接する場合では複数の溶接点を最後まで継続して溶接を行うことができ、また、複数の溶接機を用いて一度に連続的に溶接を行なうような生産ラインでも、一つの溶接機の偏磁現象によってラインそのものが停止するようなことをなくすことができる。また、変更後のデューティーは変更前と同じであるため、総電力供給量は変化しないので、周波数変更によって溶接不良などが発生する恐れがない。
【００１９】
請求項４記載の本発明によれば、前記基準電流値に複数の値を設定することとしたので、複数の基準電流値により段階的に溶接トランスの偏磁発生を予測することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明を適用した制御装置を用いた溶接装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は、制御装置の機能を説明するためのブロック図である。
【００２３】
溶接装置は、大別して、電源２からの電力供給を受け、溶接トランス６および溶接ガン電極７へ高圧電流を供給して溶接動作そのものを行なう溶接機本体１と、これを制御する制御装置１０よりなる。
【００２４】
溶接機本体１は、ＡＣ−ＤＣ整流器３、平滑コンデンサ４、インバータ回路５よりなる。また、電源２には電圧を測定するための電圧計８が接続されており、さらに、インバータ回路５の出力側には電流計９が接続されていて、溶接トランス６の１次側電流を測定している。電圧計８および電流計９の計測値は、制御装置１０へ入力されている。
【００２５】
制御装置１０は、Ａ／Ｄ変換器１１、演算装置２０、記憶装置３０よりなり、演算装置２０内は、その機能として、１次電流検出部２１、警報レベル判定部２２、周波数算出部２３、およびＰＷＭパルス出力部２４よりなる。なお、演算装置２０内の各部は、ここでは演算装置２０が所定のプログラムを実行することにより行われる処理によって機能するものであるが、演算装置に代わり個別のハードウエアとしてもよい。
【００２６】
記憶装置３０内では、過電流警報レベル３１および溶接条件設定値３２が記憶されている。また、内部タイマ４１が時間を計時するための基準信号を出力している。
【００２７】
次に、動作について説明する。
【００２８】
溶接機本体１には、電源２から供給される交流（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）が、ＡＣ−ＤＣ整流器３によって直流に変換され、平滑コンデンサ４により平滑化されて、インバータ回路５へ供給される。ここで、インバータ回路５は、後述する制御装置１０の制御によって、直流を周波数の高い交流へ変換し、溶接トランス６へ供給する。溶接トランス６では、供給された交流を溶接に必要な大電流に変換し、さらに直流に変換して溶接ガン先端の電極７へ供給する。
【００２９】
一方、制御装置１０では、電流計９からの計測値信号がＡ／Ｄ変換器１１によりデジタル信号に変換されて、演算装置２０内の１次電流検出部２１へ入力されて、現在の溶接トランス６の１次側電流値が検出される。検出された電流値は、警報レベル判定部２２へ入力される。警報レベル判定部２２では、記憶装置３０内の過電流警報レベルを読み込み、検出された現在の電流値と比較して、所定の過電流警報レベル以上の電流が流れたときには、周波数算出部２３へ周波数の変更を指示する。
【００３０】
周波数算出部２３では、内部タイマ４１の信号と、溶接条件設定値３２を読み込んで、周波数変更後の１周期内におけるオンの時間の比率（以下、デューティー（Ｄｕｔｙ）と称する）が変更前と同じとなるような周波数を算出し、これをＰＷＭパルス出力部２４へ伝える。
【００３１】
ＰＷＭパルス出力部２４では、指令値に基づきパルスを発生し、インバータ回路５へ出力する。インバータ回路５ではこのパルスに従いスイッチング動作を行なうことで交流を発生する。
【００３２】
ここで、警報レベル判定部２２における過電流の判定と、それに基づく周波数算出部２３における周波数の変更について、詳細に説明する。
【００３３】
図３は、１次電流絶対値の時間変化を示す図面で、図３Ａは上記制御装置によって周波数変更が行われた場合を示し、図３Ｂは、従来同様に周波数変更を行わずに、過電流を検出した時点で通電を停止した場合を示す。
【００３４】
まず、偏磁現象の発生した溶接トランスの１次側電流は、例えば図３Ａに示す通り、通電により徐々に上昇する。このため、任意のパルスＤ１（なおＤ１はパルスの時間を示し、このときの１周期の時間をＴ１とする）のときには、過電流警報レベルを越えていなくても、その次のパルスＤｅｒｒのときに、過電流警報レベルを越えることがある。このような場合、本実施の形態の制御装置１０では、警報レベル判定部２２がこのＤｅｒｒの電流が電流警報レベルを越えたことを判定して、周波数算出部２３へ周波数の変更を指示する。
【００３５】
周波数算出部２３では、パルス時間Ｄ１のときのデューティーであるＤ１／Ｔ１と、周波数変更後のデューティーであるＤ２／Ｔ２（ただしＤ２は周波数変更後のパルスの時間、Ｔ２はその時の１周期の時間である）が一致する（Ｄ１／Ｔ１＝Ｄ２／Ｔ２）ような周波数を算出する。
【００３６】
この算出は、例えば下記（１）式のように、まず、Ｄ２を、警報レベルに達したときのパルス時間Ｄｅｒｒに予め決められた定数ｃｏｎｓｔをかけることで求めて、そのときのデューティーが変更前と同じとなるような周期Ｔ２を求めることで、その逆数が変更後の周波数ｆ２として求められる。
【００３７】
これを式で表すと、下記（２）式の通りである。
【００３８】
Ｄ２＝Ｄｅｒｒ×ｃｏｎｓｔ    …（１）
ｆ２＝１／Ｔ２＝Ｄ１／（Ｔ１×Ｄｅｒｒ×ｃｏｎｓｔ）    …（２）
ただし、Ｄ１／Ｔ１＝Ｄ２／Ｔ２  である。
【００３９】
このようにして周波数が決定されると、この周波数ｆ２とその時の１パルスの時間Ｄ２がＰＷＭパルス出力部２４へ出力されて、ＰＷＭパルス出力部２４がインバータ回路５のスイッチングタイミングとなるパルスを出力する。
【００４０】
ここで、定数ｃｏｎｓｔは、例えばＤｅｒｒのパルス幅から１０％程度少なくなるような値として、０．９を設定するとよい。
【００４１】
これにより図３Ａに示したように、周波数変更後は１パルスＤ２の時間が変更前より短いため、過電流警報レベルに至る前にその周期における電流の供給が停止する。そして、変更後のデューティーは変更前と同じであるため、総電力供給量は変化しないので、周波数変更によって溶接不良などが発生する恐れはない。
【００４２】
一方、このような制御を行わない場合は、図３Ｂに示したように、Ｄｅｒｒとなった時点で通電が停止されて、その後の動作が全て停止することになる。
【００４３】
また、例えば予め複数の過電流警報レベルを設けておいて、各溶接器に固有の条件に応じて最適な警報レベルを選択するようにしてもよい。
【００４４】
次に、この制御装置による動作の流れを図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
まず、通電開始と共に、ＰＷＭパルス出力部２４から所定のパルスが出力される（Ｓ１）。このとき出力されるパルスは予め溶接条件設定値３２に基づいて決定されたパルスである。
【００４６】
続いて、溶接トランスの１次側最大電流値が過電流警報レベルを越えたか否かを判定する（Ｓ２）。ここで１次側最大電流値が過電流警報レベルを越えていなければ、通電終了か否かを判断して（Ｓ３）、通電終了であれば処理を終了する（通電終了）。通電終了でなければステップＳ１へ戻り、以降通電終了となるまで処理を継続する。
【００４７】
一方、前記ステップＳ２において、１次側最大電流値が過電流警報レベルを越えたときには、過電流警告レベルを越えた時点のパルス時間、すなわち前記Ｄｅｒｒを算出する（Ｓ４）。このＤｅｒｒの算出は内部タイマ４１の値により行われる。
【００４８】
続いて、Ｄｅｒｒに基づきＤ２を算出して（Ｓ５）。Ｄ１、Ｔ１、およびＤｅｒｒから変更後の周波数ｆ２を算出する（Ｓ６）。
【００４９】
そして、求められたＤ２およびｆ２をＰＷＭパルス出力部２４へセットし（Ｓ７）、ステップＳ１へ戻る。その後、処理は新たにセットされたＤ２およびｆ２によってパルスが出力されて（Ｓ１）、溶接動作が継続する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態では、溶接トランス６の１次側電流で過電流を検出した場合、周波数を変更することで、それ以上最大電流値が上昇しないようにしている。したがって、溶接トランスの偏磁などが発生した場合でも、通電を停止することなく、溶接動作を継続することができる。また、周波数を変更することで、最大電流値の上昇を抑えているため、周波数変更前と後とで１周期内のデューティーが一致するようにできるので、総電力供給量は変化しない。したがって、周波数を変更しても溶接不良などが発生することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した制御装置を使用する溶接装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  上記制御装置の機能を説明するためのブロック図である。
【図３】  溶接トランス１次側の電流波形の時間変化を示す図面である。
【図４】  上記制御装置の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２  電源
３  ＡＣ−ＤＣ整流器
５  インバータ回路
６  溶接トランス
７  電極
１０  制御装置
１１  Ａ／Ｄ変換器
２０  演算装置
２１  １次電流検出部
２２  警報レベル判定部
２３  周波数算出部
２４  ＰＷＭパルス出力部
３０  記憶装置
３１  過電流警報レベル
３２  溶接条件設定値
４１  内部タイマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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