JP2007245210A

JP2007245210A - 溶接品質判定装置および溶接品質判定方法

Info

Publication number: JP2007245210A
Application number: JP2006073461A
Authority: JP
Inventors: Masao Shibata; 真夫柴田; Kazuya Okada; 和也岡田; Katsushi Suzuki; 克志鈴木; Takahisa Hasegawa; 隆久長谷川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP5055797B2

Abstract

【課題】溶接品質判定精度を向上させる。
【解決手段】電極間隔を単位時間ごとに測定し、電極間隔の値がいったん上昇した後下降した、再上昇する場合をスパッタあり、電極間隔が通電開始後上昇することなく下降する場合を打点一異常と判定して、スパッタの有無、打点位置異常の有無に層別してから、それぞれの場合で溶接品質の判定を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶接品質判定装置および溶接品質判定方法に関する。

鋼板のスポット溶接において、溶接品質を向上させるために、溶接中の板厚の膨張量をリアルタイムで測定して溶接品質を判定する技術がある。そのような技術の一つに、溶接電流通電中に得られた母材の熱膨張波形から単位時間ごとの近似直線式を求め、その熱膨張波形の傾きが最大の近似直線式、傾きが最小の近似直線式を選択し、一方で、母材の収縮時における２次近似曲線式を母材の熱膨張波形から求め、傾きが最大の近似直線式同最小の近似直線式、および２次近似曲線式のそれぞれが得られた時刻を求め、傾きが最大の近似直線式、同最小の近似直線式、２次近似曲線式、および、それらの近似直線式が得られた時刻に基づいて、ナゲット生成過程の特徴パラメータを生成し、得られた特徴パラメータから、層別分析部または重回帰分析の少なくとも一方の分析によりナゲット径を推定して、溶接具合を判断する方法がある（特許文献１参照）。
特開２００３−１８１６４９号公報

しかしながら、従来の方法では、スパッタの発生異常や打点位置のずれなどがある場合に、母材の熱膨張波形に不連続点が生じてしまうため、このような母材の熱膨張波形に不連続点が発生した場合に適切な判断を下すことができないという問題がある。

そこで本発明の目的は、母材の熱膨張波形に不連続点が生じた場合でも正確に溶接品質を判定することのできる溶接品質判定方法およびその装置の提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、被溶接部材を挟む溶接用電極間の間隔を単位時間ごとに測定する電極間隔測定手段と、測定された単位時間ごとの電極間隔を電極間隔データとして記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記電極間隔データから、電極間隔が通電開始後いったん増加した後電極間隔が所定量以上の減少量で減少し始めた減少開始点、および減少後電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定し、電極間隔の最大値があらかじめ決められた値以下で、かつ前記最大値から減少開始点検出後の電極間隔の最小値までの値が所定量以上の場合に打点位置異常ありと判定する判定手段と、を有することを特徴とする溶接品質判定装置である。

また、上記課題を解決するための本発明は、単位時間ごとに測定された被溶接部材を挟む溶接用電極間の間隔のデータから、電極間隔が通電開始後いったん増加した後電極間隔が所定量以上の減少量で減少し始めた減少開始点、および減少後電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定し、電極間隔の最大値が通電開始時点の間隔以下で、かつ前記最大値から減少開始点検出後の電極間隔の最小値までの値が所定量以上の場合に打点位置異常ありと判定することを特徴とする溶接品質判定方法である。

本発明によれば、電極間隔の減少開始点、減少開始点後再び電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定し、電極間隔の最大値があらかじめ決められた値以下、たとえば通電開始時の電極間隔の値以下で、かつ最大値から減少開始点検出後の電極間隔の最小値が所定量以上の場合に打点位置異常ありと判定することとしたので、電極間隔データの波形が急激に落ち込むような不連続点がある場合にも、そのような不連続点の発生を検出することで、スパッタの発生や打点位置異常を検出してそれぞれの場合を的確に送別することができる。そして、不良原因となるスパッタの発生や打点位置異常の場合のそれぞれについて溶接品質の判定を行うこととしたので、溶接品質判定の精度を上げることができる。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる溶接品質判定方法およびその装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、単相交流スポット溶接装置を用いて一般的な軟鋼板をスポット溶接する場合を例示する。

本実施形態では、基本的には、溶接電流通電中の母材の膨張状態および溶接電流通電終了後の母材の収縮状態（ナゲット形成過程）を溶接機の電極間変位量から、スパッタの発生、打点位置の異常などを層別することで、これら異常の発生をそれぞれの場合に分けた上で溶接品質の良否判定を行うものである。

図１は、本発明にかかる溶接品質判定装置の機能ブロック図である。

溶接品質判定装置１は、電極間隔測定部１０、溶接シーケンス部１２、層別分析部１３、品質判定部１４、記憶部１５、クロック発生部１６から構成される。

このような溶接品質判定装置１は、実際には、パソコンなどのコンピュータによって、後述する層別判定手順に従って作成されたプログラムが実行されることにより各部の機能が実施されるものである。したがって、実際の装置構成にあっては、図示したように各部の機能が機能ごとに分けられている必要ない。

また、溶接品質判定装置１は、図示しないが、コンピュータが通常備えているキーボード、タッチパネル、ペンタブレット、マウスなどの入力デバイス、ディプレイ、プリンタなどの出力デバイス、および他のコンピュータなどと接続するためのネットワーク接続機能などを有する。

また、ここでは溶接品質判定装置１として溶接シーケンス部１２を内蔵させているが、これは、溶接機のコントローラによって機能させ、溶接品質判定装置１自体は層別分析部１３、品質判定部１４、および記憶部１５などからなるようにしてもよい。

以下溶接品質判定装置の機能を図１を参照して詳しく説明する。

電極間隔測定部１０（電極間隔測定手段）は、電極がナゲット形成過程でどのように移動するのかを測定する部分である。母材にスポット溶接を施す場合、母材を溶接機５０の電極で挟み、その状態で母材に溶接電流を供給する。溶接電流の供給が始まると電極に挟まれている部分の母材が膨張し、溶接電流の供給が終わるとその部分の母材が収縮する。電極は、この母材の膨張・収縮に従って上下に移動する。電極間隔測定部１０は、溶接機５０に取り付けられているセンサ１１によって電極間隔を検出する。センサ１１は、たとえば溶接機５０の電極の一方または両方を送り出すためのモータやギア機構に取り付けられたエンコーダなどである。

電極間隔測定部１０は、測定した電極間隔の値を、スポット溶接開始時を基準としてクロック発生部１６からのクロック信号に基づいて単位時間ごとに取得し、取得時刻と共に記憶部１５に記憶させる。この単位時間ごとに取得した電極間隔のデータが電極間隔データとなる。

溶接シーケンス部１２は、クロック発生部１６から出力されるクロック信号に基づいて時間ごとに溶接時の通電量を制御する。

層別分析部１３（層別手段）は、溶接状態の層別を行う。溶接状態の層別とは、本実施形態においては、ワークの溶接時にスパッタの異常が発生したもの、打点位置の異常（以下打点位置異常と称する）が発生したもの、両方とも発生していないもののそれぞれに分別することをいう。

品質判定部１４は（品質判定手段）は、層別分析部１３によって層別された溶接状態ごとに、溶接点の品質を判定する。ここでの品質判定は、実際にタガネ判定を行った結果とその溶接点の電極間隔データから算出した特徴パラメータと、今回の溶接における電極間隔データから算出した特徴パラメータとを対比することで行われる。

ここで特徴パラメータ同士を単純に比較しただけでは、特徴パラメータの値自体がさまざまであるのでそれだけで合否判定することは難しい。しかし特徴パラメータの値は溶接品質の合否（すなわちタガネ判定結果）に応じて特徴的な傾向を示すことがわかった。そこで、この傾向をタガネ判定結果と組み合わせることで判別式を作成し、この判別式により判定することとした。

判別式は、あらかじめスパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合の溶接をそれぞれタガネ判定した結果を目的変数とし、そのタガネ判定を行った溶接時の電極間隔データから取得した特徴パラメータを説明変数として、溶接良と不良とを判定する式である（詳細後述）。なお、判別式は品質判定部１４に記憶している。

記憶部１５（記憶手段）は、電極間隔測定部１０で測定された電極間隔の値を、その値を取得した時間と共に記憶する。

クロック発生部１６は、溶接品質判定装置１を構成するすべての構成要素にクロック信号を供給する部分である。上述の電極間隔測定部１０を初めとするすべての構成要素は、このクロック信号に基づいて動作する。

次に、本発明にかかる溶接品質判定方法を説明する。

図２は層別手順を示すフローチャートである。

まず、溶接品質判定装置１は、層別分析部１３が溶接シーケンス部１２によって溶接シーケンスが開始されて溶接機５０によって溶接が開始されると同時に、溶接開始時を基準として時刻を計時するために時刻を０に設定する（時刻クリアＳ１）。

続いて、電極間隔測定部１０が、電極に設けられているセンサ１１からの信号によって母材の熱膨張または収縮による電極間隔を単位時間Ｓｔごとに測定する（Ｓ２）。そして電極間隔測定部１０は測定された電極間隔を、単位時間Ｓｔごとの時刻と共に電極間隔データとして記憶部１５に記憶させる（Ｓ３）。なお、サンプリングの単位時間Ｓｔ（たとえば１０ｍｓｅｃ）はあらかじめ設定されている。

層別分析部１３は、一つの溶接打点の溶接終了後、記憶部１５に蓄積された電極間隔データに基づいて層別に必要な特徴パラメータを算出する（Ｓ４）。特徴パラメータについての詳細は後に説明する。

層別分析部１３は、特徴パラメータの算出後、まず、得られた特徴パラメータから打点位置異常か否かを判定する（Ｓ５）。

判定の結果、打点位置異常がある場合は（Ｓ６：Ｙｅｓ）、品質判定部１４が打点位置異常処理を行う（Ｓ１００以降の処理）。

打点位置異常は、端打ちと、より程度の悪いはみ出しとがある。これら打点位置異常については後述する。

まず、品質判定部１４は端打ちかはみ出しかを判定する（Ｓ１００）。

判定の結果、はみ出しと判定された場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）は、そのままその溶接点不良を記録する（Ｓ１１０）。不良された溶接点は、たとえばその溶接位置（または溶接点を示す識別番号など）と共に不良である旨記憶部１５に記憶する。また、同時にディスプレイなどに表示を行うようにしてもよいし、さらに他のコンピュータなどへその旨を伝えるようにしてもよい（以下、その他の判定結果についても同様である）。

一方、はみ出しにまでは至らない端打ちの場合は（Ｓ１０１：Ｎｏ）、続いて、品質判定部１４が端打ちにおけるタガネデータ判別を行う（Ｓ１０２）。タガネデータ判別についての詳細は後述するが、この処理は、端打がある場合でもタガネ判定の結果、溶接部分が十分な強度を持っているものもあるため、ここで、そのようなものを電極間隔データから判定して良品として取り出すのである。

ここで良品と判定された場合は（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、その旨を記憶部１５に記憶し（Ｓ１０４）、不良と判定された場合はその旨を記憶部１５に記憶する（Ｓ１０５）。

ステップＳ６で打点位置異常がないと判定された場合は、層別分析部１３が特徴パラメータからスパッタの有無を判定する（Ｓ７）。

判定の結果、スパッタがある場合は（Ｓ８：Ｙｅｓ）、品質判定部１４がスパッタ発生時の処理を行う（Ｓ２００以降の処理）。

スパッが発生した場合は、品質判定部１４が電極間隔データからタガネデータ判別を行う（Ｓ２００）。これは、スパッタが発生した場合でもタガネ判定の結果では溶接した部分が十分な強度で接合しているものもあるため、スパッタの発生だけで溶接不良とはせずに、電極間隔データから良品を取り出すための処理である。

ここで良品と判定された場合は（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、その旨を記憶部１５に記憶し（Ｓ２０２）、不良と判定された場合はその旨を記憶部１５に記憶する（Ｓ２０３）。

一方、スパッタがないと判定された場合は（Ｓ８：Ｎｏ）、品質判定部１４が続いて特徴パラメータから異常なし打点のタガネデータ判別を行う（Ｓ９）。タガネデータ判定の結果、良品と判定された場合は（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、その旨を記憶部１５に記憶し（Ｓ１１）、不良と判定された場合はその旨を記憶部１５に記憶する（Ｓ１２）。そして処理をすべて終了する。

図３は、端打ちを説明するための図面である。

溶接する部材に対する打点は、図３（ａ）に示すように、スポットナゲット１００が溶接する板１０１の内側に完全にある場合Ａ１およびＡ２、板１０１の端から一部が出ている場合Ｂがある。このうちＡ１およびＡ２は端打ちとはならない。一方、Ｂは端打という。このＢようなもののうち、その程度が悪く、電極のほとんどがはみ出したような状態の場合をはみ出しと称する。

端打ちおよびはみ出し判定基準は、図３（Ｂ）に示すように、形成されるナゲット１００を円とみなし、板１０１からはみ出す方向の直径をａ、はみ出さない方向の直径をｂとすると、（ａ＋ｂ）／２＜基準ナゲット径の場合をはみ出し、（ａ＋ｂ）／２≧基準ナゲット径の場合を端打ち（はみ出しではない）とする。本実施形態では、特徴パラメータから端打ち、はみ出しのいずれであるかを判定している。

次に、特徴パラメータとその特徴パラメータを使用した層別の方法を具体的な電極間隔波形（熱膨張波形）を参照して説明する。

図４は、電極間隔データを時間軸に沿って示したグラフである。このグラフはスパッタや端打ちなどの不良原因となる不連続部分のない波形のグラフである。

図示するように溶接の際の電極間隔波形は、溶接シーケンスに従って変化する。溶接シーケンスは、スクイズ、第１通電、第２通電、第３通電、ホールドの順となる。

電極間隔波形は、通電開始前スクイズのときの電極間隔を０とし、正常な溶接の場合は、図４に示したように、第１通電のときにアップスロープが形成され、クール（通電を一時止める）のときもナゲットは膨張を続けるためそのまま増加して第２通電を経て第３通電の後半からホールドにかけて減少する形状を示す。すなわち、電極間隔データの波形に不連続点はない。

図５は、スパッタが発生した場合の電極間隔波形を示すグラフである。

図示するように、スパッタが発生して溶接部材の一部が溶けて飛び出したような場合は、初め電極間隔は若干増加するものの、スパッタの発生と共に急激に減少する。この減少開始点が特徴パラメータＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇであり、落ち込んだ最小値が特徴パラメータＭａｘＤｏｗｎである。電極間隔の最大値が特徴パラメータＨｍａｘである。Ｈｍａｘは、スパッタが発生した場合、ＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇより前に一度あるだけである。ＭａｘＤｏｗｎ後再び電極間隔が増加に転ずる再増加開始点が特徴パラメータＤｏｗｎＥｎｄＦｌｇである。このＭａｘＤｏｗｎ後の最大増加率を示す特徴パラメータをＳｐａＳｌｏｐｅＭａｘとする。そしてＭａｘＤｏｗｎ後の最大値を特徴パラメータＨｍａｘ２とする。また、溶接終了後（ホールド期間終了後）の最終的な電極間隔の値を特徴パラメータＨｅｎｄとする。

この波形から、スパッタ発生時は電極間隔がわずかに増加するものの急激に減少して最小値となり、その後電極間隔が増加に転ずるものの一度記録した最大値まで戻らないという特徴的なパターンを示していることがわかる。

この特徴的なパターンを検出するために、本実施形態では、３つの特徴パラメータを用いている。まず、通電が開始されると、いったん電極間隔が０よりも大きくなるので、Ｈｍａｘ＞０である。そして電極間隔が所定量以上の減少量で減少し始めた減少開始点ＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇ、ＭａｘＤｏｗｎを経て再び電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点ＤｏｗｎＥｎｄＦｌｇである。これらの３つの特徴パラメータが検出される場合にスパッタありと判定する。すなわち、電極間隔が通電開始後いったん増加した後、電極間隔が所定量以上の減少量で減少し始めた減少開始点、減少開始点後の電極間隔の最小値を記録した後再び電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定するのである。

これらの特徴パラメータの具体的な検出方法は、まず、Ｈｍａｘは０より大きいか否かを判定すればよい。

減少開始点ＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇは、第１通電の開始から第３通電の間で、電極間隔の波形は５ポイント以上落ち込み続け、しかもその５ポイントの減少量があらかじめ定めた所定量以上となるとき、その５ポイント以上の減少が開始したポイントを減少開始点ＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇとする。ここで、５ポイントの「ポイント」とは、電極間隔データ自体が単位時間ごとに計測しているため１ポイントが一つの単位時間に相当する。また、ここでの所定量は、たとえば実際に行われた複数の溶接結果から、スパッタ発生時の５ポイント分の落ち込み量を統計処理によりあらかじめ求めた値である。たとえば最小値や３σの値などを使用するとよい。

続いてＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇを立てた時点のポイント（ＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇｙほり５ポイント先のポイントＰ１）に対して、それ以降のポイントを次々に対比して行き、Ｐ１以降のポイントで所定量以上増加したポイントがあるときとき、その増加開始のポイントをＤｏｗｎＥｎｄＦｌｇとする。ここでの所定量も前記同様に実際にスパッタが発生したときのデータから設定するとよい。したがって、このスパッタを検出するだけであれば、最小値ＭａｘＤｏｗｎは検出する必要はない。

図６は、端打ちのあった場合の電極間隔波形を示すグラフである。

図示するように、端打ちやはみ出しがある場合、電極間隔はスクイズ時の０からほとんど増加せず、０を最大値Ｈｍａｘとして急激に減少する。最小値を記録した後、若干増加するが、Ｈｍａｘに至ることなくＨｍａｘ２を記録してだらだらと低下して終了してしまう。

したがって、端打ちおよびはみ出しは、電極間隔の最大値Ｈｍａｘ≦０であり、かつ減少開始点ＤｏｗｎＳｔａｒｔＦｌｇ検出後、最大値Ｈｍａｘ（この場合Ｈｍａｘは実質的に０である）から電極間隔の最小値ＭａｘＤｏｗｎまでの落ち込み量が所定量以上大きい場合に端打ちまたははみ出し（すなわち打点位置異常）ありと判定することができる。

なお、ごく希に端打ちの場合でも、Ｈｍａｘが０を若干超えるケースがあるため、Ｈｍａｘ≦ｘとしてｘをあらかじめ実験などにより求めて、０より大きい値に設定してもよい。

ここでは、所定量は実際に端打ちおよびはみ出しが発生したときのデータから設定するとよい。

図７は、はみ出しのあった場合の電極間隔波形を示すグラフである。

端打ちと波形形状的には大きな違いはないが、ＨｍａｘからＭａｘＤｏｗｎまでの大きさが端打ち（図６）と比較して大きい。つまり、端打ちよりもはみ出しのほうが波形の落ち込み量、すなわち電極間隔の０からの減少量が多くなるのである。

したがって、端打ちおよびはみ出しを判定するには、所定量を２段階とする。つまり、１段階目の所定量（第１の所定量）を超えて２段階目の所定量（第２の所定量）を超えない場合は端打ちとする。この場合、本実施形態では、上述したとおり、端打ちと判定された場合でもさらにタガネデータ判定を行うことで、溶接自体に問題が発生していない程度の端打ちは合格としている。一方、２段階目の所定量（第２の所定量）を超えて減少する場合には、はみ出しと判定する。この場合、本実施形態ではタガネ判定によって合格することはまずないので、タガネデータ判定を行うことなく溶接不良としている。

図６および図７に示した場合には、第１の所定量を−１００μｍ、第２の所定量を−２０００μｍとすることで、端打ちとはみ出しを分けることができる。なお、これら第１および第２の所定量は、溶接する板厚や材質により異なるので、それらに合わせてあらかじめ実験により求めたり、これまで実際に行われた溶接の電極間隔データなどから設定することになる。

次にタガネデータ判定について説明する。

タガネデータ判定は、実際の溶接後の溶接点において、スパッタ発生品および端打ち発生品にタガネ判定を行って、タガネ判定合格品と不合格品それぞれの電極間隔データから特徴パラメータを算出して、判定するものである。

なお、タガネ判定は、通常の溶接作業において昔から行われているものであり、実際に溶接されたワークにタガネを打ち込んではがれるか否かを確かめる方法である。

このタガネデータ判定は、タガネ判定の合否（ＯＫまたはＮＧ）を目的変数、電極間隔データから得られる特徴パラメータを説明変数とする判定式を導入した。

スパッタが発生した場合のタガネデータ判定と、端打ちが発生した場合のタガネデータ判定、および両方とも発生しない場合のタガネデータ判定は、いずれも基本的に同じ処理であり、それぞれの場合に分けて作成した判別式を用いることが異なるのみである。

図８は、特徴パラメータを説明するための図面である。

特徴パラメータは、電極間隔波形の電極間隔が増加する方向のときの上昇時傾き最大値θｍａｘ、この上昇時傾き最大値θｍａｘの直線がＹ軸を横切る値θｍａｘａ、上昇時傾き最大値θｍａｘを記録したときの時間θｍａｘＴ、最大値Ｈｍａｘ、上昇時傾き最大値θｍａｘの直線と最大値Ｈｍａｘが交わる点Ｖｅｒ、Ｖｅｒのときの時間ＶｅｒＴ、上昇時傾き最小値θｍｉｎ、傾き最小値θｍｉｎを記録したときの時間θｍｉｎＴ、電極間隔波形の電極間隔が増加する方向のときの下降時傾き最大値ｄ＿θｍａｘ、この下降時傾き最大値ｄ＿θｍａｘの直線がＹ軸を横切る値ｄ＿θｍａｘａ、下降時傾き最大値ｄ＿θｍａｘを記録したときの時間ｄ＿θｍａｘＴ、下降時傾き最小値ｄ＿θｍｉｎ、最大値Ｈｍａｘを記録したときの時間ＰｅａｋＴである。また、図８に示すＨｍａｘ以降の収縮部分を２次近似してＹ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃとした場合のａをＸ０、ｂをＸ１、ｃをＸ２として用いている。そしてさらに上述した最小値ＭａｘＤｏｗｎ、ＭａｘＤｏｗｎ後の最大増加率ＳｐａＳｌｏｐｅＭａｘ（ＭａｘＤｏｗｎ後の波形の上昇時における傾き最大値である）、最終的な電極間隔の値Ｈｅｎｄを用いる。

判別式は下記のとおりである。

Ｙ＝αθｍａｘａ＋β（ｄ＿θｍａｘａ／１００）^２＋γθｍａｘａ＋δ（θｍａｘａ／１００）^２＋εθｍａｘ^２＋ζθｍａｘａ^２＋ηθｍａｘＴ＋θ（θｍａｘＴ／１００）^２＋ιｄ＿θｍａｘ＋κ（ｄ＿θｍａｘ）^２＋λｄ＿θｍａｘＴ＋μ（ｄ＿θｍａｘＴ／１００）^２＋νθｍｉｎ＋ξ（ｄ＿θｍｉｎ×１００）^２＋οθｍｉｎＴ＋π（θｍｉｎＴ／１００）^２＋ρＨｅｎｄ＋σＨｅｎｄ^２＋τ（Ｈｍａｘ−Ｈｅｎｄ）＋υ（Ｈｍａｘ−Ｈｅｎｄ）^２＋φＨｍａｘ＋χＨｍａｘ^２＋ψｐｅａｋＴ＋ωＰｅａｋＴ^２＋α１ＶｅｒＴ^２＋β１Ｘ２＋γ１（Ｘ２×１００）^２＋δ１Ｘ１＋ε１Ｘ１^２＋ζ１Ｘ０＋η１Ｘ０^２＋θ１（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）＋ι１Ｈｍａｘ２＋κ１（Ｈｍａｘ２−Ｈｅｎｄ）＋λ１ＭａｘＤｏｗｎ＋μ１ＳｐａＳｌｏｐｅｍａｘ
なお、式中、各項の前に付いているα、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ、ι、κ、λ、μ、ν、ξ、ο、π、ρ、σ、τ、υ、φ、χ、ψ、ω、α１、β１、γ１、δ１、ε１、ζ１、η１、θ１、ι１、κ１、λ１、μ１はこの判別式を判別スコアとして使用するための調整係数である。この調整係数は、タガネ判定の結果、合格となる場合にＹの値が０以上となり、不合格となる場合に０未満となるように設定する。具体的には、コンピュータを使用して設定する。その際用いるソフトウェアとしては、たとえば、ＪＵＳＥ−ＳｔａｔＷｏｒｋｓ（登録商標）株式会社日本科学技術研修所製を使用することができる。また、サンプル数は、説明変数以上は最低必要であるが、たとえば１００〜２００程度あれば好ましい。

各特徴パラメータにおける傾きθは、電極間隔を単位時間Ｓｔごとに計測しているのでその時間単位Ｔｎを刻み幅の基準として任意に決めた時間幅Ｔｗにより傾きを得るための近時直線式を算出する。これにより近時直線式は、電極間隔を測定した回数ｎ個（ｎ＝測定総時間Ｔｓ／単位時間Ｓｔ）から時間幅Ｔｗを単位時間Ｓｔで除算した解を引いた数Ｎ（Ｎ＝ｎ−Ｔｗ／Ｓｔ）だけ得られることになる。したがって、θｍａｘ、θｍｉｎなどは、これら得られた直線近似式の中で最も傾きを示す係数が大きなものを選択することになる。

なお、近似直線式を算出するための時間幅Ｔｗは、特に決まったものはなく任意でよいが、この時間幅Ｔｗを狭くするほど波形解析の精度が向上するものの、処理に時間がかかるようになる。したがって、スパッタや打点位置異常の発生による波形の落ち込みを十分に確認することができる程度であればよい。

本実施形態では、実際に溶接を行ったワークを用いて、スパッタの発生もなく、打点位置異常もない溶接点についてタガネ合格したものがＹ≧０となる判別式（第１の判別式という）、端打ち発生時の溶接点についてタガネ合格したものがＹ≧０となる判別式（第２の判別式という）、およびスパッタ発生時の溶接点についてタガネ合格したものがＹ≧０となる判別式（第３の判別式という）をそれぞれ作成しておいて溶接判定に使用する。なお、溶接判定に使用する際の調整係数は上述した第１〜第３の判定式を作成した際に作ったものを使用する。

そして、判別式のＹの値を溶接後の電極間隔データから得られる各特徴パラメータを用いて算出して、そのＹの値が０以上の場合に、合格品（良品）と判定する。

以上のように、本実施形態によれば、まず、電極間隔データからスパッタの有無、打点位置異常の有無を層別（分別）して、スパッタ発生時および打点位置異常のうち端仕打ちと判定された溶接点については、さらにその中に良品があるか否かを判別することとしたので、さまざまな溶接状態に対して精度よく溶接品質を判定することができる。

特に、電極間隔の減少開始点、減少開始点後の電極間隔の最小値の後、再び電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定し、電極間隔の最大値が通電開始時点の間隔以下で、かつ最大値から減少開始点検出後の電極間隔の最小値が所定量以上の場合に打点位置異常ありと判定することとしたので、電極間隔データの波形が急激に落ち込むような不連続点がある場合に、そのような不連続点の発生を検出することで容易に層別することができるのである。

なお、本実施形態では、層別に際して、先に打点位置異常の有無を判定し、その次スパッタの有無を判定することとしている。これは、これまでの経験上、打点位置異常がある場合、不良品なる可能性が高く、特にはみ出しがある場合にはほとんどが不良であるため、先にこの打点位置異常を層別することで、その後の処理を省略することが可能となるからである。これにより、複数の溶接点を連続的に溶接する場合、少しでも処理を早くすることができる。もちろん、スパッタの有無を先に判別しても差し支えない。

以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施形態では、スパッタおよび打点位置異常の両方ともない場合においてもタガネデータ判定を行うこととしているが、これに代えて、スパッタおよび打点位置異常の両方ともない場合は従来法（たとえば特許文献１）により品質判定を行ってもよい。

そのほか、層別判定だけを実行し、スパッタまたは打点位置異常のいずれかがある場合は、すべて不良とするようにしてもよい。

本発明にかかる溶接品質判定装置の機能ブロック図である。層別手順を示すフローチャートである。端打ちを説明するための図面である。電極間隔データを時間軸に沿って示したグラフである。スパッタが発生した場合の電極間隔波形を示すグラフである。端打ちのあった場合の電極間隔波形を示すグラフである。はみ出しのあった場合の電極間隔波形を示すグラフである。特徴パラメータを説明するための図面である。

符号の説明

１…溶接品質判定装置、
１０…電極間隔測定部、
１１…センサ、
１２…溶接シーケンス部、
１３…層別分析部、
１４…品質判定部、
１５…記憶部、
１６…クロック発生部、
５０…溶接機。

Claims

被溶接部材を挟む溶接用電極間の間隔を単位時間ごとに測定する電極間隔測定手段と、
測定された単位時間ごとの電極間隔を電極間隔データとして記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記電極間隔データから、電極間隔が通電開始後いったん増加した後電極間隔が所定量以上の減少量で減少し始めた減少開始点、および減少後電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定し、電極間隔の最大値があらかじめ決められた値以下で、かつ前記最大値から減少開始点検出後の電極間隔の最小値までの値が所定量以上の場合に打点位置異常ありと判定する判定手段と、
を有することを特徴とする溶接品質判定装置。
前記あらかじめ決められた値は、通電開始時の電極間隔の値であることを特徴とする請求項１記載の溶接品質判定装置。
前記判定手段によって層別されたスパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合のそれぞれについて電極間隔データから特徴パラメータを算出し、
当該算出した特徴パラメータの値を、あらかじめ設定した判別式に入れることでと、スパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合のそれについて溶接状態を判定する品質判定手段をさらに有し、
前記判別式は、あらかじめスパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合の溶接をそれぞれタガネ判定した結果を目的変数とし、そのタガネ判定を行った溶接時の電極間隔データから取得した特徴パラメータを説明変数として、溶接良と不良とを判定する式であることを特徴とする請求項１または２記載の溶接品質判定装置。
単位時間ごとに測定された被溶接部材を挟む溶接用電極間の間隔のデータから、電極間隔が通電開始後いったん増加した後電極間隔が所定量以上の減少量で減少し始めた減少開始点、および減少後電極間隔が所定量以上増加を開始した再増加開始点を検出した場合にスパッタ発生ありと判定し、電極間隔の最大値があらかじめ決められた値以下で、かつ前記最大値から減少開始点検出後の電極間隔の最小値までの値が所定量以上の場合に打点位置異常ありと判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
前記あらかじめ決められた値は、通電開始時の電極間隔の値であることを特徴とする請求項４記載の溶接品質判定方法。
前記判定されたスパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合のそれぞれについて電極間隔データから特徴パラメータを算出し、
当該算出した特徴パラメータの値を、あらかじめ設定した判別式に入れることで、スパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合のそれについて溶接状態を判定する、
前記判別式は、あらかじめスパッタ発生あり、打点位置異常あり、およびスパッタ発生も打点位置異常もない場合の溶接をそれぞれタガネ判定した結果を目的変数とし、そのタガネ判定を行った溶接時の電極間隔データから取得した特徴パラメータを説明変数として、溶接良と不良とを判定する式であること特徴とする請求項４または５記載の溶接品質判定方法。