CN102171552B - 接合质量管理方法及接合质量管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种接合质量管理装置，该接合质量管理装置能够简单且迅速地检查切除在摩擦压接时产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件的接合部的接合状态。接合质量管理装置包括：拍摄单元(3)，该拍摄单元(3)对摩擦压接构件(A)的接合部(a)的外周面进行拍摄；提取单元(4)，该提取单元(4)从拍摄单元(3)获取的图像数据中提取出亮度值在基准亮度值以下的暗色像素；像素数累计单元(5)，该像素数累计单元(5)对提取单元(4)提取出的暗色像素的个数(N)进行累计；以及判定单元(6)，该判定单元(6)对接合质量是否满足管理基准进行判定。判定单元(6)在暗色像素的个数(N)为基准像素数(N0)以下的情况下，判定为满足管理基准，在个数(N)大于基准像素数(N0)的情况下，判定为不满足管理基准。

Description

接合质量管理方法及接合质量管理装置

技术领域

本发明涉及适用于保证摩擦压接构件的质量的接合质量管理方法及接合质量管理装置。

背景技术

上连杆、下连杆、扭杆等构成悬挂架的棒状构件(下文中称为“悬挂架构件”)是使用钢铁材料，但是基于车辆轻量化的观点，近年来也较多地使用铝合金材料。例如在专利文献1及专利文献2中，揭示了在铝合金制的管状构件的两端将铝合金制的末端构件进行摩擦压接而构成的悬挂架构件。

为了确认摩擦压接部分的牢固性和接合强度，需要进行拉伸试验等来确认断裂强度，但该方法只用于样品检查。另外，就摩擦压接的性质而言，尽管接合面的氧化物等成为毛边而被排出，但因在内径侧也生成该毛边，所以也不易利用超声波或X射线进行检查。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-156562号公报

专利文献2：国际公开第2008/010265号刊物

发明内容

由于对摩擦压接条件、切削条件进行适当且严格地管理，因此，出货的摩擦压接构件的质量始终满足设计条件，但是为了进一步提高需求方的放心度，希望能够使保证质量的方法更加多样化。

基于上述观点，本发明的目的在于提供一种适用于保证摩擦压接构件的质量的接合质量管理方法及接合质量管理装置。

本申请的发明者发现在切除产生于接合部外周侧的毛边时出现的凹部(包含呈现沟状的部分)的开口面积的大小与摩擦压接构件的质量(例如摩擦压接构件的破坏模式、接合界面的破坏强度等)有关，因而提出了本申请发明。

即，本发明的接合质量管理方法是针对切除产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件进行的，其特征在于，包括：面积累计过程，该面积累计过程对出现在接合部的外周面的凹部的开口面积进行累计；以及判定过程，该判定过程对接合质量是否满足管理基准进行判定，在上述判定过程中，在上述开口面积的累计值为基准面积以下的情况下，判定为满足上述管理基准，在上述开口面积的累计值大于上述基准面积的情况下，判定为不满足上述管理基准。

根据本发明，因为即使不对最终产品实施施加负荷的拉伸试验等，也能对摩擦压接构件的质量是否满足管理基准进行判定，因此能够保证所有生产出的摩擦压接构件的质量。而且，根据本发明，因为以出现在接合部的外周面的凹部的开口面积的大小为基准，因此，能够客观且定量地判定是否满足管理基准，因而，也不会因判定者的经验等而影响判定结果。此外，在摩擦压接之前产生于接合面的氧化物等未作为毛边充分从接合部分排出的情况下，会产生摩擦压接的接合不良，但在这种情况下，估计凹部的开口面积会变大。

可以直接测量出现在接合部的外周面的凹部的开口面积，也可以利用对接合部的外周面进行拍摄而获得的图像来进行测量。

即，本发明的其他接合质量管理方法是针对切除产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件进行的，其特征在于，包括：拍摄过程，该拍摄过程对接合部的外周面进行拍摄；图像处理过程，该图像处理过程在上述拍摄过程中获得的图像上确定出现在上述外周面的凹部；面积累计过程，该面积累计过程对作为上述凹部而确定的部分的面积进行累计；以及判定过程，该判定过程对接合质量是否满足管理基准进行判定，在上述判定过程中，在上述面积的累计值为基准面积以下的情况下，判定为满足上述管理基准，在上述面积的累计值大于上述基准面积的情况下，判定为不满足上述管理基准。

若利用图像处理，则能够容易确定出现在接合部的外周面的凹部。

另外，本发明的再有的其他接合质量管理方法是针对切除产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件进行的，其特征在于，包括：拍摄过程，该拍摄过程对接合部的外周面进行拍摄；暗色像素提取过程，该暗色像素提取过程从上述拍摄过程所获取的图像数据中，提取出亮度值为基准亮度值以下的像素；像素数累计过程，该像素数累计过程对在上述暗色像素提取过程中提取出的像素的个数进行累计；以及判定过程，该判定过程对接合质量是否满足管理基准进行判定，在上述判定过程中，在上述个数为基准像素数以下的情况下，判定为满足上述管理基准，在上述个数大于上述基准像素数的情况下，判定为不满足上述管理基准。

该接合质量管理方法利用以下性质：即，“提取凹部图像的像素的亮度值(浓度值)比提取凹部周围的平滑面图像的像素的亮度值(浓度值)要小”。根据该接合质量管理方法，对于是否满足管理基准能够进一步更加客观且定量地进行判定此外，在以灰度表现像素的浓淡的情况下的“亮度值”是灰度值。

此外，在将热处理型铝合金作为摩擦压接构件的母材的情况下，最好设定接合部的加工外径尺寸(切除接合部外周侧的毛边后的接合部的外径尺寸)，使得在发生于接合界面的应力到达该接合界面的破坏应力之前，发生于上述接合界面以外的截面的应力已到达该截面的破坏应力。在这种情况下，可以切除上述毛边以成为所述加工尺寸，之后，进行上述拍摄过程。由此，可以保证接合界面不会成为最弱的部分。

解决上述问题的本发明的接合质量管理装置是用于管理切除产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件的质量的，其特征在于，包括：拍摄单元，该拍摄单元对接合部的外周面进行拍摄；提取单元，该提取单元从上述拍摄单元获取的图像数据中提取出亮度值为基准亮度值以下的像素；像素数累计单元，该像素数累计单元对上述提取单元提取出的像素的个数进行累计；以及判定单元，该判定单元对接合质量是否满足管理基准进行判定，上述判定单元在上述个数为基准像素数以下的情况下，判定为满足上述管理基准，在上述个数大于上述基准像素数的情况下，判定为不满足上述管理基准。

根据本发明的接合质量管理装置，因为即使不对最终产品实施施加负荷的拉伸试验等，也能对摩擦压接构件的质量是否满足管理基准进行判定，因此能够保证所有生产出的摩擦压接构件的质量。

此外，在本发明中，对于凹部的开口面积的累计、像素数的累计，最好是对整个接合部的周边进行测定，但是也可以对部分周边进行测定来进行判断。

根据本发明，能够以客观的判定基准保证摩擦压接构件的质量。

附图说明

图1(a)是用于说明检查对象即摩擦压接构件的结构的剖视图，(b)是(a)的X部的放大图。

图2是用于说明本发明的实施方式所涉及的接合质量管理装置的结构的示意图。

图3是用于说明本发明的实施方式所涉及的接合质量管理方法的顺序的流程图。

图4(a)是利用拍摄单元进行拍摄而获得的图像的示意图，(b)是表示对(a)的图像实施二值化处理后获得的二值图像的示意图。

图5是表示凹部的开口面积和断裂负荷的关系的曲线图。

附图标号

A 摩擦压接构件

a 接合部

b 毛边

c 凹部

3 拍摄单元

4 提取单元

5 像素数累计单元

6 判定单元

具体实施方式

本实施方式所涉及的接合质量管理方法是针对通过切除产生于接合部外周侧的毛边而获得的摩擦压接构件进行的。

在以下的实施方式中，举例示出了摩擦压接构件为悬挂架构件的一种即悬挂架杆的情况，但并不是限定摩擦压接构件的用途的意思。

首先，简单说明摩擦压接构件的结构。

如图1(a)所示，检查对象即摩擦压接构件A是在管状构件A1的两端对末端构件A2、A2进行摩擦压接而构成的。管状构件A1及末端构件A2都是对铝合金制的挤压型材进行加工而获得的。对于铝合金的种类没有特别的限制，但是在将摩擦压接构件A用作悬挂架构件的情况下，最好是进行了T6处理后的Al-Mg-Si类合金(JIS标准的6000类铝合金且在固溶处理后进行淬火处理、之后再进行人工时效处理)。特别更希望是进行了T6处理的Al-Mg-Si类合金(JIS标准的铝合金6061-T6)，因为其强度高(0.2％屈服强度为245Mpa以上)，耐久性(应力腐蚀开裂性、耐气候性等)也较高。

若使管状构件A1与末端构件A2、A2相对旋转且对接，则因摩擦热而导致对接面周围的母材发生塑性流动，将两者进行摩擦压接。发生了塑性流动的母材的一部分如图1(b)所示那样，被挤出接合部a的内外，成为毛边b。存在于管状构件A1的端面及末端构件A2的端面的氧化膜、附着物等与毛边b同时排出，因此，若在适当的条件下进行摩擦压接，则形成不存在氧化膜等的接合界面J。

之后，若切除产生于接合部a的外周侧的毛边b，平滑地形成接合部a的外周面，则获得摩擦压接构件A。能够将接合部a的加工外径尺寸(切除外周侧的毛边b后的接合部a的外径尺寸)设定为适当的大小，但为了保证接合界面J不会成为最弱的部分，最好设定为以下大小：即，使得在发生于接合界面J的应力到达接合界面J的破坏应力之前，发生于接合界面J以外的截面的应力先到达该截面的破坏应力。

然而，由于毛边b的形状根据管状构件A1及末端构件A2的制作误差、对于摩擦压接机的设置误差、摩擦压接机的动作误差、及气温等而发生变化，因此，若切除接合部外侧的毛边b而使之成为预定的加工外径尺寸，则有时会产生以下现象：即，在切除了毛边b之后的接合部a的外周面出现凹部(包含呈沟状的部分)c。此外，本实施方式所涉及的接合质量管理方法是利用凹部c的开口面积的大小或与开口面积的大小相关的各参量、来对接合质量是否满足管理基准进行判定的方法。

参照图2，详细说明适合使用上述接合质量管理方法的本实施方式所涉及的接合质量管理装置的结构。

接合质量管理装置包括构件保持单元1、光源2、拍摄单元3、提取单元4、像素数累计单元5、判定单元6、存储单元7、显示单元8、及扬声器9等。

接合质量管理装置中，提取单元4、像素数累计单元5、判定单元6、存储单元7、及显示单元8可由通用计算机实现。该通用计算机除了包括CPU(中央运算处理装置)之外，还包括RAM、ROM、硬盘等存储装置(存储单元7)、显示器等显示装置(显示单元8)、及用于与拍摄单元3进行数据交换的接口等，通过由CPU执行存储在存储单元7中的各种程序，从而起到作为提取单元4、像素数累计单元5、及判定单元6的功能。

构件保持单元1是使摩擦压接构件A绕中心轴旋转的装置，包括：夹头11，该夹头11保持摩擦压接构件A的一端侧；底座12，该底座12对摩擦压接构件A的另一端进行支承，使其能滑动旋转；动力源13，该动力源13对夹头11提供旋转力；以及控制部14，该控制部14控制动力源13。动力源13包括例如步进电动机、带旋转编码器的电动机(伺服电动机)。控制部14获取与动力源13的输出轴13a的旋转量、旋转速度等相关的信息(例如，从旋转编码器输出的编码信号等)，将其输出到通用计算机。

光源2照射摩擦压接构件A的接合部a，在本实施方式中，将光源2配置于接合部a的斜上方。不限制光源2的种类，但最好使用白色荧光灯、白色LED。

拍摄单元3对接合部a的外周面进行拍摄，在本实施方式中，分别配置在左右接合部a、a的上方。拍摄单元3包括CCD线性图像传感器、CMOS线性图像传感器等拍摄元件(一维图像传感器)，在本实施方式中，获取黑白的浓淡图像数据(对各像素赋予亮度(明亮度)信息的电学信号)。将所获取的图像数据输出到通用计算机，存放在存储单元7。此外，作为拍摄元件，可以使用面图像传感器，也可以使用能够获取彩色的浓淡图像数据的图像传感器。

提取单元4具有以下功能：即，从拍摄单元3获取的图像数据中提取出亮度值(浓度值)为基准亮度值以下的像素。具体而言，提取单元4具有以下功能：即，从存储单元7中读出图像数据的功能；对构成图像数据的多个像素分别判定其亮度值是否在基准亮度值以下、区别被判定为基准亮度值以下的像素和其他像素的功能；以及将判定结果写入存储单元7的功能等。

此外，由于图1(b)所示的凹部c的内部与凹部c的周围的平滑面相比更容易成为“阴影”，因此，提取凹部c图像的像素有比提取凹部c周围的平滑面图像的像素要暗的倾向(参照图4(a))。即，提取凹部c图像的像素的亮度值(浓度值)具有比提取凹部c周围的平滑面图像的像素的亮度值要小的倾向。因而，为了确定提取凹部c图像的像素，只要将比提取接合部a的平滑面图像的像素的亮度值要小的值设定为基准亮度值，来提取出具有基准亮度值以下的亮度值的像素即可，但是更合适的是，最好将不能检测出在切削毛边b的操作中不可避免产生的微细的沟等那样的值设定为基准亮度值。

顺便提及，若将亮度值为基准亮度值以下的像素的颜色置换为例如亮度值(浓度值)成为零的黑色(在以灰度表现像素的浓淡的情况下的最小灰度值＝0)，并将亮度值比基准亮度值要大的像素的颜色替换为例如亮度值成为最大的白色(在以灰度表现像素的浓淡的情况下的最大灰度值)，来生成图像数据，并将其显示在显示单元8，则能够在画面上确认亮度值为基准亮度值以下的像素的位置(参照图4(b))。

像素数累计单元5对由提取单元4提取出的像素(以下，称为“暗色像素”)的个数N进行累计。将累计结果存放在存储单元7。

判定单元6对摩擦压接构件的接合质量是否满足管理基准进行判定，在图像数据所包含的暗色像素的个数N为基准像素数N0以下的情况下，判定为满足管理基准，在个数N大于基准像素数N0的情况下，判定为不满足管理基准。此外，由于暗色像素的个数N与凹部c的开口面积的大小有关，因此，要设定基准像素数N0，不外乎要设定凹部c的开口面积的允许值(基准面积)。基准像素数N0(基准面积)只要在考虑摩擦压接构件A所要求的性能(断裂负荷、美观)等的基础上进行适当地设定即可，而对于暗色像素的个数N(凹部c的开口面积的大小)和断裂负荷等的相关关系，最好利用拉伸试验、解析等来确认。

此外，本申请的发明人对凹部c的开口面积的大小和摩擦压接构件的质量之间的关系进行了试验研究，发现了它们具有的相关关系。

图5是表示凹部c的开口面积(对整个接合部a的周边进行测定而获得的开口面积)和断裂负荷之间的关系的曲线图。该曲线图是对悬挂架杆(摩擦压接构件)的开口面积及断裂负荷进行实际测量而获得的。用于试验的悬挂架杆是对使用挤压型材(材质：进行了T6处理后的JIS标准的铝合金6061)而形成的管状构件A1及末端构件A2、A2进行摩擦压接后得到的(参照图1(a))。摩擦压接前的管状构件A1的外径及末端构件A2的圆筒部的外径都为25(mm)，管状构件A1的壁厚及末端构件A2的圆筒部的壁厚都为4.5(mm)。在摩擦压接后，切除毛边b，以使得接合部a的加工外径尺寸(切除外周侧的毛边b后的接合部a的外径尺寸)成为26.5(mm)，之后，对出现在接合部a的外周面的凹部c的开口面积在整个周边(一周)进行测量，并进行断裂负荷的测量。此外，在本试验中，对由拍摄单元3获取的图像数据进行图像处理(将亮度值为基准亮度值以下的像素的颜色置换为黑色、将亮度值比基准亮度值要大的像素的颜色置换为白色的处理)，对黑色部分的面积进行测量，从而获取凹部c的开口面积。断裂负荷是在摩擦压接后通过进行拉伸试验而获得的。在拉伸试验中，通过利用拉伸试验机的夹头夹住末端构件A2、A2来向悬挂架杆施加拉伸力，将在某处断裂时的负荷作为“断裂负荷”。在图5的曲线图中，空心的四边形图标表示在接合界面J(摩擦压接面)发生断裂，实心的菱形图标表示在接合界面J以外发生断裂。此外，图5的曲线图中的开口面积是断裂侧的接合部a的开口面积，将其作为横轴来绘制数据。

基于图5的曲线图可知，在开口面积为零的情况下断裂负荷最大，随着开口面积增加而断裂负荷逐渐减小，若开口面积超过某一值，则断裂负荷急剧减小。另外，若开口面积超过某一值(在图5中大约为1.8(mm²))，则在接合界面J发生断裂，判断为接合界面J的接合不良成为导致断裂负荷降低的原因。加入了图5所示的倾向之后，对基准面积(基准像素数N0)进行设定，使得能可靠地获得摩擦压接构件A所要求的断裂负荷等。例如在想保证85(kN)作为断裂负荷的情况下，划一条通过纵轴的刻度85(kN)的横线(与横轴平行的线段)，并划一条通过该横线和曲线(近似曲线)的交点的纵线(与纵轴平行的线段)，将该纵线和横轴的交点的值(在图5中为1.67(mm²))以下的任意值设定为基准面积。

接着，主要参照图2及图3，详细说明本实施方式所涉及的接合质量管理方法。

首先，将切除了毛边b(参照图1(b))后得到的摩擦压接构件A由使动力源13为停止状态的构件保持单元1进行保持。另外，使光源2发光，从摩擦压接构件A的接合部a的斜上方向接合部a照射照明光。

(拍摄过程S1)

若完成了事前准备，则使摩擦压接构件A绕中心轴进行旋转，并对接合部a的外周面进行拍摄。即，操作与控制部14相连接的未图示的起动开关来使动力源13进行动作，并利用拍摄单元3对接合部a的外周面进行拍摄。将获取的图像数据存放到存储单元7。开始拍摄的时刻最好与动力源13的动作(例如，用于使步进电动机进行动作的指令脉冲信号、从旋转编码器输出的编码信号)是联动的。关于结束拍摄的时刻，可以将表示动力源13的输出轴13a旋转了一周的信号作为触发信号。若使图像数据的获取时刻与动力源13的动作同步，则由于能将图像数据的数据量抑制为所需最低限度，因此能缩短图像处理所需要的时间。

(暗色像素提取过程S2)

若拍摄过程S1结束，则从存储在存储单元7的图像数据中提取出亮度值为基准亮度值以下的像素(暗色像素)。在本实施方式的暗色像素提取过程S2中，提取单元4读取出存储在存储单元7中的图像数据，并对构成图像数据的多个像素分别判定亮度值是否在基准亮度值以下(是否为暗色像素)，并提取出判定为在基准亮度值以下的像素。此外，可对所获取的所有图像数据(即，所有像素)进行暗色像素提取过程，也可对图像数据的一部分(例如与沿着接合部a的外周面和接合界面J的相交线的带状区域相对应的图像数据)进行暗色像素提取过程。

(像素数累计过程S3)

接着，对暗色像素提取过程S2中提取出的暗色像素的个数N进行累计。在本实施方式的像素数累计过程S3中，像素数累计单元5对在提取单元4中判定为暗色像素的像素的个数N进行累计，将累计结果存放到存储单元7。

(判定过程S4)

然后，在像素数累计过程S3中获得的暗色像素的个数N为基准像素数N0以下的情况下，判定为满足管理基准，在个数N大于基准像素数N0的情况下，判定为不满足管理基准。在本实施方式的判定过程S4中，判定单元6从存储单元7中读出暗色像素的个数N，对个数N是否在基准像素数N0以下进行判定。

此外，在判定过程S4中判定为“不满足管理基准(不合格)”的情况下，将表示不合格的信息显示于显示单元7(参照图2)，或从扬声器9输出报警音等，对操作者进行警告。尽管省略了图示，但也可以在判定过程S4中判定为“满足管理基准(合格)”的情况下，将表示合格的信息显示于显示单元7，或从扬声器9输出谐音等。

根据上述说明的本实施方式所涉及的接合质量管理装置及接合质量管理方法，由于即使不对最终产品实施施加负荷的拉伸试验等，也能对摩擦压接构件A的质量是否满足管理基准进行判定，因此能够保证所有生产出的摩擦压接构件A的质量。而且，根据本实施方式所涉及的接合质量管理方法，由于将与凹部c的开口面积相关的暗色像素的个数N作为基准，因此能够客观且定量地对是否满足管理基准进行判定，不会因判定者的经验等而影响判定结果。

此外，在本实施方式中，是通过对暗色像素的个数N进行累计，从而对是否满足管理基准进行判定，但此外，也可以对作为凹部c而确定的部分的面积进行累计，从而对是否满足管理基准进行判定。

即，也可以在拍摄过程中获得的图像上确定了出现在接合部a的外周面的凹部c之后(图像处理过程)，对作为凹部a而确定的部分的面积进行累计(面积累计过程)，在面积的累计值M为基准面积M0以下的情况下，判定为满足管理基准，在面积的累计值M大于上述基准面积M0的情况下，判定为不满足管理基准。

此外，为了确定图像上的凹部c，也可以例如对由拍摄单元3获取的图像数据进行将基准亮度值设为阈值的二值化处理，来生成二值图像数据(参照图4(b))。另外，为了获得作为凹部a而确定的部分的面积的累计值M，也可以例如从二值图像数据中提取出亮度值为零(或灰度值为零)的像素，将其总数设为面积的累计值M。

Claims (3)

1.一种接合质量管理方法，该接合质量管理方法针对切除产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件进行，其特征在于，包括：

拍摄过程，该拍摄过程中，一边使所述摩擦压接构件旋转，一边对切除所述毛边后的接合部的整个外周面进行拍摄；

暗色像素提取过程，该暗色像素提取过程中，将比描绘出现在所述接合部的外周面的凹部的阴影的像素的亮度值要大、且比描绘所述接合部的平滑面的像素的亮度值要小的值设定为基准亮度值，从所述拍摄过程所获取的图像数据中，提取出亮度值为所述基准亮度值以下的像素；

像素数累计过程，该像素数累计过程对在所述暗色像素提取过程中提取出的像素的个数进行累计；以及

判定过程，该判定过程对接合质量是否满足管理基准进行判定，

在所述判定过程中，在所述个数为基准像素数以下的情况下，判定为满足所述管理基准，在所述个数大于所述基准像素数的情况下，判定为不满足所述管理基准。

2.如权利要求1所述的接合质量管理方法，其特征在于，

将热处理型铝合金作为所述摩擦压接构件的母材，

设定所述接合部的加工外径尺寸，使得在发生于接合界面的应力到达所述接合界面的破坏应力之前，发生于所述接合界面以外的截面的应力已到达该截面的破坏应力，切除所述毛边以获得该加工外径尺寸，之后，进行所述拍摄过程。

3.一种接合质量管理装置，该接合质量管理装置用于管理切除产生于接合部外周侧的毛边后获得的摩擦压接构件的质量，其特征在于，包括：

构件保持单元，该构件保持单元使所述摩擦压接构件旋转；

拍摄单元，该拍摄单元对切除所述毛边后的接合部的整个外周面进行拍摄；

提取单元，该提取单元从所述拍摄单元获取的图像数据中提取出亮度值为基准亮度值以下的像素；

像素数累计单元，该像素数累计单元对所述提取单元提取出的像素的个数进行累计；以及

判定单元，该判定单元对接合质量是否满足管理基准进行判定，

所述拍摄单元对由所述构件保持单元所保持的所述摩擦压接构件的所述接合部的外周面进行拍摄，

所述基准亮度值是比描绘出现在所述接合部的外周面的凹部的阴影的像素的亮度值要大、且比描绘所述接合部的平滑面的像素的亮度值要小的值，

所述判定单元在所述个数为基准像素数以下的情况下，判定为满足所述管理基准，在所述个数大于所述基准像素数的情况下，判定为不满足所述管理基准。