JP2010060412A - 電極チップの接触面積比評価方法、ワークの内部抵抗評価方法、超音波の減衰率評価方法及び電極チップの傾斜状態判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スポット溶接におけるワークの状態変化を精確に評価する。
【解決手段】第１電極チップ３２がワークＷ１から離間した状態で該第１電極チップ３２の先端から反射された超音波の反射波（第１反射波）の強度を測定する。次に、第１電極チップ３２がワークＷ１に対して接触した状態で該第１電極チップ３２の先端から反射された第２反射波の強度を測定する。これら第１反射波及び第２反射波の各強度に基づき、下記の式（１）、（２）に従って強度比（反射波率）及びワークＷ１に対して入射した超音波の割合（入射波率）を求め、次に、予め求められた超音波を入射可能な部位の接触面積と前記入射波率との相関関係から、前記部位の全面積と、該部位におけるワークＷ１に対して接触した接触面積との比（接触面積比）を求める。強度比＝反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度…（１）入射波率＝１−強度比＝１−反射波率…（２）
【選択図】図５

Description

本発明は、電極チップを用いて抵抗溶接を行う際の電極チップの接触面積比評価方法、ワークの内部抵抗評価方法、超音波の減衰率評価方法及び電極チップの傾斜状態判別方法に関する。

溶接の一手法であるスポット溶接は、周知の通り、互いに当接したワーク同士を１組の電極チップで挟持し、これら電極チップ同士の間に通電を行うことで前記ワーク同士を点状に溶接するものである。

スポット溶接は、例えば、ティーチング可能なロボットのアーム部先端に配設された溶接ガンによって行われる。すなわち、予めティーチングされた前記ロボットは、先ず、前記溶接ガンの開閉可能なクランプ部に設けられた電極チップ同士の間にワークが挿入されるように動作し、次に、前記クランプ部が閉じることで前記ワークを電極チップ同士で挟持する。この状態で前記電極チップ間に通電がなされ、ワークに溶融部が生じる。最終的に、この溶融部が凝固することに伴ってワークに点状の溶接部が形成される。

このように実施されるスポット溶接において、ワークに生成する溶融部が如何なるタイミングで成長・凝固するのかを検査することがある。この種の検査手法として、特許文献１に記載された従来技術が知られている。すなわち、この従来技術は、一方の電極チップに送受信用の超音波発振器を組み込み、この超音波発振器から超音波を発信するとともに、残余の一方の電極チップに設けられた反射面で前記超音波を反射し、反射された超音波を前記超音波発振器に受信するものである。

特公昭５９−１４１８９号公報

複数個のワークに対して抵抗溶接を繰り返し行うと、電極チップが次第に摩耗する。その結果、電極チップとワークとの接触面積が変化し、これに伴い、電極チップにおける超音波を伝達可能な面積も変化することになる。このような状況に至った場合、電極チップとワークとの接触面積が一定であることを前提とする特許文献１記載の従来技術では、溶融部の界面位置の検出精度、ひいては溶融部の成長速度の計算精度が低下することになる。

また、特許文献１記載の従来技術を実施して溶融部が如何なるタイミングで成長しているかを評価するに際し、仮に、ロボットに対するティーチングが不適切であるために電極チップがワークに対して傾斜した状態で当接したときには、ロボットが適切にティーチングされているときに推測される成長速度と、測定された成長速度との間に隔たりが生じることになる。このような場合、評価者は、電極チップがワークに対して傾斜した状態で当接していることを知り得ないため、溶融部の成長速度が適切であるか否かを評価できないという不具合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、電極チップが摩耗したことやロボットのティーチングが不適切であることを容易に知り得、且つワークの状態変化を精確に評価することが可能である電極チップの接触面積比評価方法と、それに基づいた評価を行うワークの内部抵抗評価方法、超音波の減衰率評価方法及び電極チップの傾斜状態判別方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、抵抗溶接を行う電極チップにおける超音波を入射可能な部位の全面積と、前記部位がワークに対して接触した接触面積との比を求める電極チップの接触面積比評価方法であって、
前記部位における接触面積と超音波の入射波率との相関関係を求める工程と、
前記電極チップが前記ワークから離間した状態で該電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
前記電極チップが前記ワークに当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を求める工程と、
を有し、
前記第１反射波と前記第２反射波との強度比である反射波率を下記の式（１）によって求めた後、前記ワークに入射された入射波の割合である入射波率を下記の式（２）によって求め、
前記入射波率と前記相関関係から、前記部位がワークに対して接触した接触面積を求め、下記の式（３）によって接触面積比を求めることを特徴とする。
反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（１）
入射波率＝１−反射波率 …（２）
接触面積比＝電極チップの接触面積／超音波を入射可能な部位の全面積 …（３）

このような計算を行うことにより、電極チップから発信された超音波の中の如何なる程度がワークに入射されているかを情報として得ることができる。この情報に基づいて校正を行うことにより、ワークと電極チップとの接触状態が如何に変化しているのかを評価することが可能となる。

また、例えば、抵抗溶接を開始した直後の強度比及び接触面積比を繰り返して求めると、電極チップが摩耗した場合、強度比が低下するとともに接触面積比が上昇する。この強度比及び接触面積比を常時対比することにより、電極チップの摩耗量が許容範囲内であるか否かを判断することができる。

なお、超音波の入射波率と接触面積との相関関係は、例えば、電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該超音波の強度分布を求めた後、前記超音波の強度が観測される最大範囲で強度分布を積分することによって超音波入射可能部位の全面積を求める一方、前記超音波の強度が観測される範囲内で前記強度分布を積分することを繰り返すことによって求めることができる。

また、本発明は、１組の電極チップに挟持されて抵抗溶接が行われているワークの瞬間内部抵抗を評価する内部抵抗評価方法であって、
電極チップにおける超音波を入射可能な部位の全面積と、前記部位における接触面積と超音波の入射波率との相関関係を求める工程と、
前記電極チップが前記ワークから離間した状態で該電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
前記電極チップが前記ワークに当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を求める工程と、
前記ワークに接触した前記１組の電極チップ間の全抵抗を求める工程と、
を有し、
前記第１反射波と前記第２反射波との強度比である反射波率を下記の式（４）によって求めた後、前記ワークに入射された入射波の割合である入射波率を下記の式（５）によって求め、
前記入射波率と前記相関関係から、前記部位がワークに対して接触した接触面積を求めた後、下記の式（６）によって接触面積比を求め、
さらに、下記の式（７）によってワークの瞬間内部抵抗を求めることを特徴とする。
反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（４）
入射波率＝１−反射波率 …（５）
接触面積比＝電極チップの接触面積／超音波を入射可能な部位の全面積 …（６）
瞬間内部抵抗
＝前記１組の電極チップ間の全抵抗×接触面積比 …（７）

すなわち、この場合、上記の情報に従って校正を行った上でワークの内部抵抗が求められる。このため、ワークの内部抵抗を一層精確に評価することができるようになる。

この場合においても、超音波の入射波率と接触面積との相関関係は、上記のようにして求めればよい。

さらに、本発明は、第１電極チップ及び第２電極チップに挟持されて抵抗溶接が行われているワークの内部における超音波の減衰率を評価する減衰率評価方法であって、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの双方が前記ワークから離間した状態で前記第１電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該第１電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの双方が前記ワークに当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、前記第１電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を測定するとともに、前記第２電極チップに組み込まれた受信器に入射された透過波の強度を測定する工程と、
を有し、
下記の式（８）によって反射波率を求めた後、下記の式（９）によって入射波率を求め、
下記の式（１０）によって前記ワークに入射した超音波の補正入射波強度を求めた後、下記の式（１１）によって補正透過波強度を求め、
さらに、下記の式（１２）によって減衰率を求めることを特徴とする。
反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（８）
入射波率＝１−反射波率 …（９）
補正入射波強度＝第１反射波の強度×入射波率 …（１０）
補正透過波強度＝透過波の強度／入射波率 …（１１）
減衰率＝１−補正透過波強度／補正入射波強度 …（１２）

超音波は、ワークの内部で減衰することがある。しかしながら、本発明によれば、入射波率に応じた超音波の減衰率を得ることができる。この減衰率を考慮することにより、ワークの状態変化を一層精確に評価することができる。

さらに、本発明は、抵抗溶接を行う電極チップを有する溶接ガンを具備したロボットのティーチング時に前記電極チップがワークに対して傾斜しているか否かを判別する電極チップの傾斜状態判別方法であって、
前記電極チップが前記ワークから離間した状態で該電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
前記電極チップが前記ワークに対して垂直方向から当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を求めた後、下記の式（１３）によって求められる前記第１反射波と前記第２反射波との強度比である反射波率の経時変化を調べる工程と、
を有し、
ティーチングがなされた前記ロボットの前記電極チップが前記ワークに当接した際に前記反射波率の経時変化を調べ、この経時変化の低下幅が、前記電極チップが前記ワークに対して垂直方向から当接したときの前記反射波率の経時変化の低下幅に比して小さいとき、前記電極チップが前記ワークに対して傾斜していると判断する一方、経時変化の低下幅同士が一致するときに前記電極チップが前記ワークに対して垂直方向から当接していると判断することを特徴とする。
反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（１３）

本発明によれば、強度比（反射波率）の低下幅の経時変化、又は電極チップのワークに対する接触時の超音波の適切値に対する差を調べることにより、溶接ガンが設けられたロボットに対するティーチングが適切であるか否かを判断することもできる。すなわち、ロボットに対するティーチングが適切である場合、抵抗溶接が進行すると、電極チップがワークに埋入するためにワークに対する電極チップの接触面積が大きくなる。このため、超音波がワークに入射され易くなるので、時間の経過とともに前記強度比が大きく低下する。

一方、ロボットに対するティーチングが適切ではなく、このために電極チップがワークに対して傾斜した状態で当接した場合、抵抗溶接が進行して電極チップがワークに埋入しても、超音波を入射可能な部位は一部が埋入するのみで、露呈した状態で残留する部位も存在する。このため、時間が経過しても前記強度比の低下幅は小さい。

このように、低下幅を比較することによって、ロボットに対するティーチングが適切が行われているか否かを判断することが可能となる。

本発明によれば、電極チップから発信された超音波の中の如何なる程度がワークに入射されているかを先ず算出し、この結果に基づいて校正を行うようにしている。これにより、ワークの内部抵抗の経時変化等、ワークの状態変化を一層精確に評価することができる。

しかも、例えば、電極チップを具備する溶接ガンを搭載したロボットにティーチングを行う際、電極チップが傾斜しているか否かを判定することで前記ティーチングが適切に行われているか否かを判断することが可能となる。

以下、本発明に係る電極チップの接触面積比評価方法につき、ワークの内部抵抗評価方法及び超音波の減衰率評価方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

電極チップには、ワークに接触した際に前記ワークに対して超音波を入射可能な部位（入射可能部位）と、ワークに接触しても超音波を入射し得えない部位（入射不能部位）とが存在する。また、入射可能部位の全てがワークに接触したとしても、発信された超音波の全てがワークに入射されるとは限らない。そこで、はじめに、入射可能部位のワークに対する接触面積と、超音波の入射波率との相関関係を求める。この相関関係の求め方につき、図１〜図３を参照して説明する。

図１において、参照符号１０は電極チップである。この電極チップ１０の内部には、超音波を発信及び受信することが可能な送受信器１２が組み込まれている。

電極チップ１０は、支持体１４、１６に支持された媒体１８の下端面に、可及的に大きな押圧力で押接される。なお、媒体１８の上端面における電極チップ１０に対向する箇所には、センサ２０が媒体１８に接触するように配置される。この場合、電極チップ１０の中心とセンサ２０の中心とは互いに一致している。

電極チップ１０及びセンサ２０は、リード線２２、２４を介して超音波探傷器２６に電気的に接続される。なお、リード線２４にはプリアンプ２８が介装されている。

このような構成において、先ず、電極チップ１０内の送受信器１２から超音波が発信される。この超音波は、媒体１８に入射され、該媒体１８内を伝播してセンサ２０に到達する。プリアンプ２８は、センサ２０に到達した超音波信号を増幅して超音波探傷器２６に信号として送る。

超音波探傷器２６は、送信された信号を超音波の強度として認識する。すなわち、電極チップ１０の中心位置での超音波の強度が測定されたことになる。

次に、センサ２０を矢印Ｘ１方向に沿って移動させる（ただし、センサ２０を電極チップ１０から離間しない位置とする）。そして、この位置で上記の超音波発信及び強度測定を行う。

その後、センサ２０を矢印Ｘ１方向に沿って再び移動させ、当該位置においても上記の超音波発信及び強度測定を行う。矢印Ｘ２方向についても同様に、超音波発信及び強度測定を繰り返す。

このようにして、電極チップ１０の中心位置からの離間距離と、その位置での超音波の強度との関係を調べてプロットを行う。その一例を図２に示す。図２において、横軸の０が電極チップ１０の中心位置を表し、正の数字はＸ１方向での中心位置からの離間距離、負の数字はＸ２方向での中心位置からの離間距離を表す。一方、縦軸はエコー高さであり、これが超音波の強度に相当する。

この図２から、中心からの離間距離が８ｍｍにわたるまでの部位が超音波を入射可能な入射可能部位であることと、発信された超音波に、中心から離間するにつれて強度が低減するような強度分布があることが分かる。

ここで、面積は、一般的に２点間の距離を積分することによって求められる。本実施の形態においても同様に、入射可能部位の一端部から他端部までを積分する。すなわち、図２に示される例の場合、−８ｍｍ〜＋８ｍｍ間で積分を行う。これにより、媒体１８に対する電極チップ１０の入射可能部位の全面積と、全超音波に対する媒体１８に入射した超音波の割合（入射波率）とが求められる。

また、例えば、−０．５ｍｍ〜＋０．５ｍｍ間で積分を行えば、この区間での接触面積及び超音波の媒体１８への入射波率が算出される。同様に、−１ｍｍ〜＋１ｍｍ間、−２ｍｍ〜＋２ｍｍ間等、適切な区間の範囲内で積分を行い、各区間での接触面積及び超音波の媒体１８への入射波率を求める。

このようにして求めた接触面積と入射波率とをプロットすれば、図３に示す曲線、すなわち、電極チップ１０の接触面積と超音波の入射波率との相関関係が得られる。

次に、このようにして得られた相関関係を用いて、電極チップのワークに対する接触面積等を評価する方法につき説明する。

図４は、抵抗溶接装置であるスポット溶接装置３０の要部概略構成図である。このスポット溶接装置３０は、図示しないロボットのアーム部先端に配設された開閉可能な図示しない溶接ガンを有し、該溶接ガンの先端には、前記電極チップ１０と同様に構成された第１電極チップ３２と、第２電極チップ３４とが互いに対向するように設けられる。図４に示すように、これら第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４は、互いに積層された２枚のワークＷ１、Ｗ２を挟持する。従って、第１電極チップ３２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２電極チップ３４の先端は下方のワークＷ２に当接する。

第１電極チップ３２には、超音波を発信及び受信することが可能な送受信器３６が内蔵される。その一方で、第２電極チップ３４には、前記超音波を受信することが可能な受信器３８が内蔵される。

これら送受信器３６及び受信器３８は、図示しないエコー測定器に接続されている。このエコー測定器は、送受信器３６に戻った超音波（反射波）の強度や、受信器３８に到達した超音波（透過波）の強度を測定することが可能である。

以上のような構成において、先ず、電極チップの接触面積比評価が以下のようにして実施される。

はじめに、第１電極チップ３２中の送受信器３６から超音波が発信される。この時点では、第１電極チップ３２はワークＷ１に当接していない。従って、第１電極チップ３２の先端に到達した超音波の全ては、音響インピーダンスの相違が大きい大気又は真空等の媒体によって反射され、第１反射波として送受信器３６に戻る。この第１反射波の強度が、前記エコー測定器によって測定される。

次に、前記ロボットが動作することにより、互いに積層されたワークＷ１、Ｗ２が前記溶接ガンの第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４の間に挿入される。勿論、この時点では溶接ガンは開いており、従って、第１電極チップ３２と第２電極チップ３４は最大に離間している。

次に、前記溶接ガンが閉じられ、第１電極チップ３２の先端が上方のワークＷ１に当接するとともに、第２電極チップ３４の先端が下方のワークＷ２に当接する。すなわち、ワークＷ１、Ｗ２が第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４に挟持される。

次に、第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４に電圧が印加され、これら第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４の間に通電がなされる。勿論、これに伴ってワークＷ１、Ｗ２の内部を電流が通過し、その結果、ワークＷ１、Ｗ２の界面が溶融する。すなわち、溶融部４０が生成する。

また、前記通電と同時に、送受信器３６から超音波が再発信される。このとき、超音波の一部は、第１電極チップ３２の先端におけるワークＷ１に対して当接している部位からワークＷ１の内部に入射する。その一方で、第１電極チップ３２におけるワークＷ１に対して超音波を入射可能な部位（以下、超音波入射可能部位とも表記する）であってもワークＷ１に対して当接していない部位では超音波が反射する。また、ワークＷ１に対して当接している部位に到達した超音波であっても、一部はワークＷ１に入射し得ずに反射する。このような反射によって第２反射波が生成し、送受信器３６に戻る。

第２反射波は、送受信器３６にて受信される。前記エコー測定器は、このときの第２反射波の強度を測定する。

以上のようにして測定された第１反射波の強度及び第２反射波の強度から、下記の式（１４）に示すように、強度比が求められる。
強度比＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（１４）

この強度比を求めることにより、結局、第１電極チップ３２がワークＷ１に当接したときの超音波の反射波率が求められる。

ここで、例えば、溶接ガンを閉じたとしても該溶接ガンの動作不良によって第１電極チップ３２がワークＷ１に当接していない場合、超音波は全て第１電極チップ３２の先端で反射する。従って、第２反射波の強度が第１反射波の強度に等しくなり、上記の式（１４）によって求められる強度比、換言すれば反射波率が１となる。

これに対し、第１電極チップ３２がワークＷ１に当接している場合、超音波がワークＷ１に入射する。仮に第２反射波の強度がゼロである場合、強度比（反射波率）がゼロであるから、超音波の全てがワークＷ１に入射されたことになる。本実施の形態では、この場合、第１電極チップ３２における超音波入射可能部位が全域にわたってワークＷ１に接触しており、超音波入射可能部位の全面積＝接触面積であると評価する。

実際には、第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４をワークＷ１、Ｗ２に当接させて通電を開始した直後は、ワークＷ１、Ｗ２の温度はさほど上昇していない。このため、ワークＷ１、Ｗ２はこの時点では軟化しておらず、従って、第１電極チップ３２は、その極先端が当接するのみである。すなわち、ワークＷ１に対し、第１電極チップ３２における超音波入射可能部位の全域が当接しているとは限らない。このことから諒解されるように、特に、スポット溶接を開始した直後は超音波入射可能部位の全面積と接触面積とが等しいとは限らない。

そこで、前記強度比（反射波率）に基づき、下記の式（１５）によってワークＷ１に入射した超音波の入射波率を求める。
入射波率＝１−強度比
＝１−第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（１５）

例えば、第１反射波及び第２反射波の強度がそれぞれ１００、２０である場合、上記の式（１４）に従って計算される強度比は０．２である。これは、送受信器３６が発信した超音波の２０％が第２反射波として反射されたことを意味する。

そして、式（１５）に従って入射波率を求めると、０．８である。すなわち、この場合、発信された超音波の８０％がワークＷ１に入射されている。

この入射波率８０％に基づき、図３に示される相関関係から、第１電極チップ３２の先端におけるワークＷ１に対する接触面積を求める。すなわち、図３の縦軸中の８０％の位置から水平線Ｌを引き、次に、該水平線Ｌと曲線との交点から横軸に向かって垂線Ｍを引く。この垂線Ｍと横軸との交点が、接触面積となる。

一方、第１電極チップ３２の入射可能部位の全面積は、該第１電極チップ３２と同一構成である電極チップ１０を用いて上記のようにして予め求められている。そこで、式（１６）により、接触面積比を求める。
接触面積比＝電極チップの接触面積／超音波を入射可能な部位の全面積 …（１６）

なお、式（１６）から諒解されるように、接触面積比は、第１電極チップ３２における超音波入射可能部位の全面積と、該第１電極チップ３２がワークＷ１に対して接触している接触面積との比として定義される。

このように、本実施の形態においては、超音波の一部がワークＷ１に入射し、残部が第１電極チップ３２の先端で反射するような場合、第１電極チップ３２における入射可能部位の一部がワークＷ１から離間していると判断し、接触した部位からのみ通電が行われるとして評価を行う。

この評価を行うことにより、第１電極チップ３２が摩耗しているか否かを評価することができる。第１電極チップ３２が摩耗すると、強度比が低下するとともに接触面積比が増加する。例えば、スポット溶接の開始直後における強度比及び接触面積比同士を対比することにより、第１電極チップ３２の摩耗量が許容範囲内であるか否かを判断することができる。

勿論、スポット溶接の最中における強度比及び接触面積比を常時算出し、強度比が所定値以上、ひいては接触面積比が所定値以下となった場合に第１電極チップ３２の摩耗量が許容範囲を超えたと判定するようにしてもよい。

また、この評価を行うことにより、ロボットに対して適切なティーチングが行われているか否かを判断することができる。すなわち、ロボットに対して適切なティーチングが行われている場合には、図４に示すように、第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４は、ワークＷ１、Ｗ２に対して垂直方向に延在するように当接する。

通電が進行してワークＷ１、Ｗ２の温度が十分に上昇すると、これらワークＷ１、Ｗ２が軟化する。その結果、図５に示すように、第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４の先端が若干ワークＷ１、Ｗ２に埋入し、これに伴ってワークＷ１に対する超音波入射可能部位の接触面積が大きくなる。従って、上記の式（１４）によって求められる反射波率は、時間の経過とともに小さくなる。

一方、ロボットに対して適切なティーチングが行われておらず、このために第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４がワークＷ１、Ｗ２に対して傾斜した状態にある場合には、第１電極チップ３２及び第２電極チップ３４の先端がワークＷ１、Ｗ２に埋入したとしても、図６に示すように、超音波入射可能部位は埋入されない。従って、時間が経過しても反射波率の低下幅が小さくなる。

この傾向は、ワークＷ１に対する第１電極チップ３２の傾斜角度が大きいほど顕著となる。従って、ワークＷ１に対する第１電極チップ３２の傾斜角度が既知の状態で該傾斜角度と反射波率の低下幅の経時変化との関係を記録しておき、この記録と、前記傾斜角度が未知であるスポット溶接における反射波率の低下幅の経時変化とを参照すれば、未知の傾斜角度を求めることができる。これにより、ロボットに対するティーチングを如何なる程度矯正すればよいかを判断することが可能となる。

また、ワークＷ１、Ｗ２の瞬間内部抵抗は、次のようにして評価することができる。

スポット溶接における抵抗は、第１電極チップ３２とワークＷ１との接触抵抗、ワークＷ１、Ｗ２の瞬間内部抵抗、第２電極チップ３４とワークＷ２との接触抵抗の総和である。ここで、スポット溶接が進行することに伴って超音波入射可能部位の接触面積が大きくなるほど（図５参照）、第１電極チップ３２とワークＷ１との接触抵抗、及び第２電極チップ３４とワークＷ２との接触抵抗がともに小さくなる。

従って、ワークＷ１、Ｗ２の瞬間内部抵抗は、上記の式（１４）〜（１６）に従って求められた接触面積比に基づき、以下の式（１７）によって求めることができる。
ワークＷ１、Ｗ２の瞬間内部抵抗
＝第１電極チップ３２と第２電極チップ３４との間の全抵抗×接触面積比 …（１７）

図７は、第１電極チップ３２と第２電極チップ３４との間の全抵抗と、式（１７）に従って求めたワークＷ１、Ｗ２の内部抵抗の経時変化を示すグラフである。このように、第１電極チップ３２における超音波入射可能部位の接触面積比を考慮して校正を行うことで、ワークＷ１、Ｗ２の瞬間内部抵抗を精確に評価することができる。

なお、超音波はワークＷ１、Ｗ２の内部で減衰することがある。この場合、減衰率を考慮しないと精確な評価を行うことが容易ではない。そこで、以下のようにしてワークＷ１、Ｗ２内での超音波の減衰率を求める。

先ず、上記の式（１４）によって反射波率が求められる。このようにして求められた反射波率を１から差し引けば、すなわち、式（１５）に従って計算を行えば、ワークＷ１に入射した超音波の入射波率が得られる。

次に、下記の式（１８）によってワークＷ１に入射した超音波の補正入射波強度を求める。
補正入射波強度＝第１反射波の強度×入射波率 …（１８）

さらに、下記の式（１９）によって補正透過波強度を求める。
補正透過波強度＝透過波の強度／入射波率 …（１９）

ここで、透過波とは、送受信器３６から発信され、ワークＷ１、Ｗ２を透過して受信器３８に受信された超音波である。

以上のようにして求められた補正入射波強度及び補正透過波強度に基づき、減衰率は下記の式（２０）によって求められる。
減衰率＝１−補正透過波強度／補正入射波強度 …（２０）

例えば、第１反射波の強度が３００、第２反射波の強度が６０、透過波の強度が１６０である場合、入射波の強度が３００であるのに対して透過波の強度が１６０であるから、見かけ上の減衰率は１−１６０／３００＝０．４７である。しかしながら、この減衰率は、発信された超音波中の如何なる程度がワークＷ１に入射されたのかを考慮していない。

一方、上記の式（１４）、（１５）、（１８）〜（２０）に従えば、
反射波率＝６０／３００＝０．２
入射波率＝１−０．２＝０．８
補正入射波強度＝３００×０．８＝２４０
補正透過波強度＝１６０／０．８＝２００
減衰率＝１−２００／２４０＝０．１７
となる。

このように、発信された超音波中の如何なる程度がワークＷ１に入射されたのかを考慮した上で減衰率を求めることにより、減衰率を精確に求めることができる。さらに、この減衰率を考慮して超音波による評価を行うことにより、ワークＷ１、Ｗ２の内部抵抗の変化や溶融部４０の界面位置の変化等を一層精確に評価することができる。

超音波の強度分布を測定する測定装置の概略構成図である。 発信された超音波の強度分布を示す分布図である。 図２の強度分布を積分することによって求められた、超音波の入射波率と接触面積との相関関係を示すグラフである。 スポット溶接装置の要部概略構成図である。 スポット溶接が進行して電極チップの先端がワークに埋入した状態を示す要部概略構成図である。 電極チップの先端がワークに対して傾斜した状態で埋入した状態を示す要部概略構成図である。 校正前の全抵抗と、校正によって求められたワークの内部抵抗の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１０、３２、３４…電極チップ １２、３６…送受信器
２６…超音波探傷器 ３０…スポット溶接装置装置
３８…受信器 ４０…溶融部

Claims (6)

1. 抵抗溶接を行う電極チップにおける超音波を入射可能な部位の全面積と、前記部位がワークに対して接触した接触面積との比を求める電極チップの接触面積比評価方法であって、
   前記部位における接触面積と超音波の入射波率との相関関係を求める工程と、
   前記電極チップが前記ワークから離間した状態で該電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
   前記電極チップが前記ワークに当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を求める工程と、
   を有し、
   前記第１反射波と前記第２反射波との強度比である反射波率を下記の式（１）によって求めた後、前記ワークに入射された入射波の割合である入射波率を下記の式（２）によって求め、
   前記入射波率と前記相関関係から、前記部位がワークに対して接触した接触面積を求め、下記の式（３）によって接触面積比を求めることを特徴とする電極チップの接触面積比評価方法。
   反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（１）
   入射波率＝１−反射波率 …（２）
   接触面積比＝電極チップの接触面積／超音波を入射可能な部位の全面積 …（３）
2. 請求項１記載の評価方法において、
   前記電極チップに組み込まれる超音波発振器から超音波を発信し、該超音波発振器の超音波強度分布を求めた後、前記超音波の強度が観測される最大範囲で前記強度分布を積分することによって前記部位の全面積を求める一方、前記超音波の強度が観測される範囲内で前記強度分布を積分することを繰り返して前記相関関係を求めることを特徴とする電極チップの接触面積比評価方法。
3. １組の電極チップに挟持されて抵抗溶接が行われているワークの瞬間内部抵抗を評価する内部抵抗評価方法であって、
   電極チップにおける超音波を入射可能な部位の全面積と、前記部位における接触面積と超音波の入射波率との相関関係を求める工程と、
   前記電極チップが前記ワークから離間した状態で該電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
   前記電極チップが前記ワークに当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を求める工程と、
   前記ワークに接触した前記１組の電極チップ間の全抵抗を求める工程と、
   を有し、
   前記第１反射波と前記第２反射波との強度比である反射波率を下記の式（４）によって求めた後、前記ワークに入射された入射波の割合である入射波率を下記の式（５）によって求め、
   前記入射波率と前記相関関係から、前記部位がワークに対して接触した接触面積を求めた後、下記の式（６）によって接触面積比を求め、
   さらに、下記の式（７）によってワークの瞬間内部抵抗を求めることを特徴とするワークの内部抵抗評価方法。
   反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（４）
   入射波率＝１−反射波率 …（５）
   接触面積比＝電極チップの接触面積／超音波を入射可能な部位の全面積 …（６）
   瞬間内部抵抗
   ＝前記１組の電極チップ間の全抵抗×接触面積比 …（７）
4. 請求項３記載の評価方法において、
   前記電極チップに組み込まれる超音波発振器から超音波を発信し、該超音波発振器の超音波強度分布を求めた後、前記超音波の強度が観測される最大範囲で前記強度分布を積分することによって前記部位の全面積を求める一方、前記超音波の強度が観測される範囲内で前記強度分布を積分することを繰り返して前記相関関係を求めることを特徴とするワークの内部抵抗評価方法。
5. 第１電極チップ及び第２電極チップに挟持されて抵抗溶接が行われているワークの内部における超音波の減衰率を評価する減衰率評価方法であって、
   前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの双方が前記ワークから離間した状態で前記第１電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該第１電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
   前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの双方が前記ワークに当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、前記第１電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を測定するとともに、前記第２電極チップに組み込まれた受信器に入射された透過波の強度を測定する工程と、
   を有し、
   下記の式（８）によって反射波率を求めた後、下記の式（９）によって入射波率を求め、
   下記の式（１０）によって前記ワークに入射した超音波の補正入射波強度を求めた後、下記の式（１１）によって補正透過波強度を求め、
   さらに、下記の式（１２）によって減衰率を求めることを特徴とする超音波の減衰率評価方法。
   反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（８）
   入射波率＝１−反射波率 …（９）
   補正入射波強度＝第１反射波の強度×入射波率 …（１０）
   補正透過波強度＝透過波の強度／入射波率 … （１１）
   減衰率＝１−補正透過波強度／補正入射波強度 …（１２）
6. 抵抗溶接を行う電極チップを有する溶接ガンを具備したロボットのティーチング時に前記電極チップがワークに対して傾斜しているか否かを判別する電極チップの傾斜状態判別方法であって、
   前記電極チップが前記ワークから離間した状態で該電極チップに組み込まれた超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第１反射波の強度を測定する工程と、
   前記電極チップが前記ワークに対して垂直方向から当接した状態で前記超音波発振器から超音波を発信し、該電極チップの先端から反射された第２反射波の強度を求めた後、下記の式（１３）によって求められる前記第１反射波と前記第２反射波との強度比である反射波率の経時変化を調べる工程と、
   を有し、
   ティーチングがなされた前記ロボットの前記電極チップが前記ワークに当接した際に前記反射波率の経時変化を調べ、この経時変化の低下幅が、前記電極チップが前記ワークに対して垂直方向から当接したときの前記反射波率の経時変化の低下幅に比して小さいとき、前記電極チップが前記ワークに対して傾斜していると判断する一方、経時変化の低下幅同士が一致するときに前記電極チップが前記ワークに対して垂直方向から当接していると判断することを特徴とする電極チップの傾斜状態判別方法。
   反射波率＝第２反射波の強度／第１反射波の強度 …（１３）

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