JP2005334975A - 溶接される被覆シート間の間隔を検査するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接のための被覆シート間の間隔を簡単かつ信頼性高く検査するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】 第１のシートの少なくとも片面に、その表面から突出する局所的変化部が作製され、第１のシートが第２のシートに対して位置決めされ、次いで、締め付けられ、表面から突出する局所的変化部が、２枚のシート間に最小の間隔を画成し、溶接中に、蒸発生成物がこの間隔に逃散することができる方法及び装置において、２枚のシートが互いに接触しているかどうかを、表面から突出する局所的変化部を介して検査する。

Description

本発明は、特許請求項１の前文に記載の被覆シートを溶接する方法及び、特許請求項６の前文に記載の被覆シートを溶接するための装置に関する。この一般的なタイプの方法は、特許文献１によって、すでに公知である。

多くの被覆シート、特に自動車産業において用いられているような亜鉛被覆シートメタルの場合、被覆材料は、シート材料の融点よりもかなり低い融点を示す。従って、この種のシートのレーザ溶接中に、被覆材料の爆発的な蒸発が重ね合わせ接合部内に生じ、接合部の品質を大きく損なう場合があり得る。

この接合部の品質を改良するために、蒸発した被覆材料が逃散することができるように、シート間に狭い間隙を形成するためのスペーサを用いることが、すでに提案されている。特許文献２によれば、表面へのレーザ照射によって、適切なクレータ状のスペーサが作製され得る。ノブ状のスペーサが特許文献１に開示されている。

この種のスペーサは、その周りに、最小のシート間隔を確保するものである。しかし、この間隔は、あまり大きくてはいけない。あまり大きいと、もはや溶接接合部を生じることができないからである。この間隔を確保するためには、シートが互いに対して締め付けられる。表面全体にわたる均一な品質の達成は、高度の複雑さと努力とによってのみ可能である。可能でない場合もある。特に、湾曲したシート及び／又は不十分な締付け力の場合には、最適な間隔を確実に実現することができない。
独国特許出願公開第１０２４１５９３ Ａ１号明細書 特開平１１−４７９６７号公報

従って、本発明の課題は、シート間隔を簡単かつ信頼性高く検査するための方法及び装置を提供することにある。

達成されるべき方法と装置に関して、本発明は、特許請求項１と６の特徴的部分に記載されている。従属請求項は、本発明方法（特許請求項２〜５）及びシート（特許請求項７と８）の有利な形態及びさらに他の改良について記載している。

提供される方法に関して、本発明は、
少なくとも第１のシートの少なくとも片面に、その表面から突出する局所的変化部が作製されること、
前記少なくとも第１のシートは、第２のシートに対して、前記表面から突出する少なくとも１つの局所的変化部が、前記少なくとも２枚のシート間に、その間を通って溶接中に生じる蒸発生成物が逃散することができる最小の間隔を画成するように、位置決めされ、締め付けられることおよび、
前記少なくとも２枚のシートが互いに接触しているかどうかが、少なくとも１枚のシートの表面から突出する少なくとも１つの局所的変化部を介して検査されること
によって達成される。

この形態の利点は、本発明による接触検査が、シート間の接触幅の正確な測定又は２枚のシートの正確な測定とその測定に基づくそれらの間隔の計算よりも、実施するのがかなり簡単であるという点にある。必要とされる測定作業が、簡単な検査作業に変えられるのである。

これによって、締付けられた状態におけるシートの取扱いの簡素化が実現する。その結果、構造品質が改良され、不良率が低減される。

ここで、居所的変化部は、少なくとも十分な再現性、特に、高さの精度が確実に得られる限り、いかなる方法によっても、作製され得る。例えば、特許文献１に開示されているようなレーザビーム照射によって、又は機械的に、特にスタンピングによって、作製され得る。

局所的変化部の高さ精度の十分な再現性によって、被覆シートの適切な間隔を確実に設定することができるようになる。シート間の接触が局所的変化部を介して検証されれば、それは同時に、シート間に適切な間隔があること、すなわち、蒸発した被覆材料の通過にとって十分な最小の間隔及び、良好な溶接接合部を確実に得るための最大許容間隔が得られたことを示す証しになる。

本発明方法の有利な形態では、検査が、本質的に、局所的変化部の領域において行なわれる。ここで、必要とされる試験装置は、小型で、移動可能で、かつ、それ以外であればおそらくアクセスすることが困難であろう検査領域に到達することができるように設計することができる。「領域」という用語は、局所的変化部の直近傍、好ましくは、局所的変化部から１０ｃｍ未満の近傍を意味する。

本発明方法のさらに他の有利な形態では、検査が、局所的変化部を持つ表面全体にわたって、点検査又は一体的検査の形態のいずれかでなされる。点検査は、前述の検査装置によって行い、一体的検査は対応する表面センサによって行うことが可能である。

局所的変化部を持つ表面全体にわたるこのような検査において、局所的変化部の数と接触点の数との対比を、シート間隔の相対的な品質測定値として使用することができる。同様に、接触点の箇所を、絶対的な品質測定値として使用することができる。

接触していない欠陥検出箇所は、締付け工具及び／又は局所的変化部の修正のために使用できる。特に、移動可能な締付け装置によって、以前の不良箇所の締付け状態を直ちに変更させることも考えられる。

本発明方法の有利な形態では、検査が、超音波、電気容量、電気抵抗、又は渦電流の測定によって行なわれる。このために、シートを通って発信される信号とそのシートから反射される信号の両方を使用することができる。

この種の測定は、接触の存在と不存在との間に著しい信号の差異をもたらし、これによって、高い検査品質が確実に得られる。

本発明方法のさらに他の有利な形態では、検査が、基本的に、互いに対して位置決めされたシートの片面から行なわれる。これは、発信信号と反射信号の両方について可能である。特に、構成材にアクセスするのが困難な場合に、この片面検査は有利である。

両面にアクセスすることが困難な領域を有するか又はより高い検査精度を必要とする構成材では、場合によっては両側において接近可能な部分的な領域のみをカバーする両側検査が有利に用いられ得るようにすることも可能である。

被覆シートを溶接するための装置に関して、本課題は、溶接装置と、位置決め装置と、締付け装置と、シートの局部的接触を検査する装置とを備える発明によって解決される。

この形態の利点は、すでにより詳細に述べたように、複雑な測定作業を簡単な検査の作業で置き換えられる点にある。

本発明装置の有利な一形態では、局部的接触を検査するための装置が、超音波、電気容量、電気抵抗、又は渦電流の測定用装置の形態で与えられる。

この種の検査装置は、接触の有無に対して鮮明な信号の差異をもたらし、これによって、高い検査品質が確実に得られる。

本発明装置のさらに他の有利な形態では、本装置が、シートの局部的な接触を検査するための装置を案内するための装置、好ましくはロボット、を備えている。

これは、検査装置が、各検査工程においてそれぞれシートの一部のみを検査し、次の検査工程のために、再び移動させなければならないときに特に有利である。特に、場合によってはアクセスが制限される複雑な形状のシートの場合に、予め決められた行路でシートを横切り、あるいは、適切な行路を自立的に計算するロボットが特に適切である。

本発明の装置のさらに他の有利な形態では、溶接装置が、シートの表面上で溶接レーザビームを偏向させるためのスキャナー装置を備えている。具体的には、本スキャナー装置は、迅速かつ柔軟なビーム偏向器、例えば、（少なくとも一軸また多軸で枢動制御可能なミラーを備える）ミラーシステム、又は音響−光学的変調器であり得る。

本レーザビームは、特に好ましくは、レーザビームが、シートの作業領域又は有効表面において、このシートを貫通して溶融することにより、少なくとも１つの局所的変化部を、少なくとも１枚のシートのレーザと反対側の面に造り出す。これは、２枚のシートが予め位置決めされた状態で行なうことができる（がそうでなくてもよい）。このためには、レーザビームが通過するための適切な処理時間が許容されるべきである。あるいは、処理時間を制御する貫通センサが設けられるべきである。この形態では、多数のシートを共に溶接するためのプロセスをさらに速くすることができる。特許文献２による方法において、まず、一枚のシートを所定の位置に置き、それから、局所的変化部をそのシートに設け、その後、第２のシートを供給し、第１のシートに対して位置決めし、次いで、両方のシートを締め付け、その後溶接する。しかしながら、両方のシートを、圧力を加えずに、同時に配置する方が有利である。圧力が加えられていないと、大抵の場合、シート間に十分な最小の間隙が残存する。しかしながら、適切な方向付け装置又は位置決め装置によって、この間隙を設けるようにすることもできる。その後、局所的変化部が、本発明方法のこの有利な形態に従って、片方のシート、あるいは可能であれば、両方のシートに導入される。その後、これらのシートは、互いに締め付けられ、溶接される。利用できるスキャナー装置の高速性と局所的変化部の作製を考慮すれば、これは、１つの位置決めプロセスを節約することを意味し、そのすぐ後に続くシート状態の全体的な検査から、多大な時間が節約される。

以下、例示的形態に基づいて、本発明の方法及び本発明の装置を、さらに詳細に説明する。

本装置の例示的形態には、溶接装置と、位置決め装置と、締付け装置と、シートの局部的な接触を検査するための装置とが含まれる。

溶接装置はレーザスキャナー装置である。シートの局部的な接触を検査するための装置は、超音波インパルス供与装置＋超音波センサであり、これらは、適切な検査位置にそれらを案内することができるロボットに取り付けられている。

まず、２枚の被覆スチールシートが、位置決め装置によって、互いに対して位置決めされる。これによって、被覆シートは、互いに対して間隔を有するが、この間隔は、２枚のシートの溶接接合を許容しないほど大きい。

次いで、１．２ｍｍ厚みの２枚の電解亜鉛メッキされたスチールシートが、位置決め装置によって、互いに離間して配置される。ここで、これらのシートは、互いに対して間隔を有するが、この間隔は、２枚のシートの溶接接合が可能ではないほど大きい。

続いて、レーザスキャナー装置により、レーザをシートに貫通させて、レーザに面するシートのレーザと反対側の所定の位置に、局所的変化部が導入される。レーザビームは、３．５ｋＷのパワーすなわち出力と、７ｍ／分の処理速度とを有している。レーザビームは、スキャナー装置によって、作用表面すなわち処理表面の中心部とその周囲に、１．２ｍｍの開始直径でその直径が減少していく螺旋を描くように、案内され、５回の周回の後に中心部に達する。このためには１００ｍｓの処理時間が必要である。外側から内側への螺旋状の移動によって、シートのレーザとは反対の側に、均一な輪郭の山、すなわち、峰形状の局所的変化部が均一に形成される。必要な数の局所的変化部を作製した後、両方のシートが締め付けられる。ここで、２枚のシート間の最小距離は、その表面から突出する局所的変化部によって画成され、溶接中に生じる蒸気がここを通って逃散することができるようになる。

次いで、シートのレーザビームに面する側の上方に、検査装置がロボットにより案内される。ここで、超音波インパルス供与装置によってインパルスが発信され、シートによって反射され、超音波受信機によって受信され、その後、受信信号に基づいて、シートの接触している領域及び接触していない領域が決定され、所望の接触領域と比較される。所望の接触領域と実際の接触領域との比較が肯定的な場合、シートは、局所的変化部の領域において互いに溶接される。

所望の接触領域と実際の接触領域との比較が否定的な場合、シートは追加的に締め付けられ、接触状態が再び検査され、所望の接触領域と実際の接触領域との比較が肯定的な場合には、互いに溶接される。

前述の例の形態における本発明の方法及び本発明の装置は、特に自動車産業におけるレーザ溶接中の被覆シートの間隔を検査するのに特に適していることが判明した。これによって、作業の質に関する大きな利点が達成され得る。

本発明は、前述の形態にのみ制限されず、広く適用可能である。

従って、例えば、ロボットを用いて、シートの上方に検査装置を案内する代わりに、この装置をシートの上方において静止させ、レーザビームと同様に、スキャナー装置によって試験信号をシートの上方に案内することも考えられる。ここで、シートからスキャナー装置までの間隔、試験信号の焦点合わせの程度又はその移動パターンは、シート材料及び／又は被覆材料に適合させるようにすることができる。さらに、検査中に、適切な方法によって、信号出力を変更することも有利であり得る。

シートの局部的な接触を検査する本装置は、溶接の直前に検査を実行するために、移動可能な締付け装置と一体化することもできる。

Claims (8)

1. 少なくとも第１のシートの少なくとも片面に、その表面から突出する少なくとも１つの局所的変化部が作製され、
   前記少なくとも第１のシートが、少なくとも第２のシートに対して位置決めされ、締め付けられ、その結果、前記表面から突出する少なくとも１つの局所的変化部が前記少なくとも２枚のシート間に最小の間隔を画成し、前記間隔に、溶接中に生じる蒸発生成物が逃散し得るようになる、被覆シートを溶接する方法において、
   前記局所的変化部の領域において、前記少なくとも２枚のシートが互いに接触しているかどうかが、少なくとも１枚のシートの表面から突出する前記少なくとも１つの局所的変化部を介して検査される、方法。
2. 前記検査が、前記局所的変化部から１０ｃｍの距離内の近傍において行なわれる、請求項１に記載の方法。
3. 接触していない欠陥検出領域において前記シートの締付け条件の変更が行なわれる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記検査が、超音波、電気容量、電気抵抗、又は渦電流の測定によって行なわれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記検査が、互いに対して位置決めされた前記シートの片面において行なわれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 溶接装置と、位置決め装置と、締付け装置とを備えた、被覆シートを溶接するための装置において、
   前記シートの局部的接触を検査するための装置と、前記局部的接触を検査するための装置を前記シートの上方に案内するための装置とをさらに備えた、装置。
7. 前記局部的接触を検査するための装置が、超音波、電気容量、電気抵抗、及び渦電流を測定するための装置の少なくとも１つである、請求項６に記載の装置。
8. 前記局部的接触を検査するための前記装置を前記シートの上方に案内するための前記装置がロボットである、請求項６または７に記載の装置。