JP2016205915A - スポット溶接部の検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載されたスポット溶接部の検査方法では、第一金属板の表面に送信レーザを照射することにより第一金属板および第二金属板の内部に異なる周波数を有する合成されたレーザ超音波を励起させる。そして、レーザ超音波の反射波の振幅および中心周波数を検出して、検出した中心周波数、および第一データに基づいて、レーザ超音波が反射した裏面の傾斜角度を算出する。算出した裏面の傾斜角度、検出した反射波の振幅、および第二データに基づいて、反射波がナゲット部を透過したか否かを判定する。特許文献1に記載されたスポット溶接部の検査方法によれば、スポット溶接部のナゲット部を精度良く検出可能であるとしている。
また、超音波を用いた検査方法の中には、超音波発振器と被検査対象物との間に固形のゲルを介在させる場合がある。この場合、固形のゲルが反射波の振幅を減衰させるので、反射波の振幅が小さくなり、精度の高い検査が困難であるという問題がある。
従って、固形のゲルを用いる場合であっても、精度の高いスポット溶接部の検査を行うことができる。
この場合、鋸波又は矩形波による反射波の周波数スペクトルは、基本周波数の奇数倍および偶数倍の周波数成分を有する。周波数スペクトルにおける基本周波数の奇数倍又は偶数倍の周波数成分の振幅と閾値との比較に基づいて、ナゲット部の共振の有無を判断することができるから、スポット溶接部の接合状態を検査することができる。
この場合、鋸波又は矩形波による周波数スペクトルにおける基本周波数の奇数倍の周波数成分の振幅が閾値以上のとき、ナゲット部にて共振が存在すると判定できるから、ナゲット部による接合が良好であると判断することができる。
プローブ16は、四角柱のプローブ本体部19を備えており、プローブ本体部19の一端には、多数の振動素子20が保持されている。プローブ本体部19には、周波数発振部21が収容され、周波数発振部21は多数の振動素子20と電気的に接続されている。振動素子20は、周波数発振部21の制御により鋸波を出力するほか、スポット溶接部10において生じる反射波を受信する機能を備えている。従って、振動素子20はスポット溶接部10における反射波を検出する反射波検出部に相当する。
なお、スポット溶接機の打痕Cによる表面からの窪みΔdが金属材11、12に存在する箇所では、
他方、ナゲット部13が形成されず金属材11と金属材12が接合されていない部位(未接合部位)では、
(1)複数の波長が重畳された超音波を振動素子20から出力するため、振動素子20から出力する超音波の周波数を変化させる必要がない。反射波のフーリエ変換により求められた周波数スペクトルの特定の周波数成分の振幅からナゲット部13における共振の有無が判断され、ナゲット部13における共振の有無に基づいてスポット溶接部10の接合状態を検査することができる。従って、固形ゲル17を用いる場合であっても、精度の高いスポット溶接部10の検査を行うことができる。つまり、反射波の振幅が小さい場合でもあっても精度の高いスポット溶接部10の検査を行うことができる。
○ 上記の実施形態では、単に金属材としたが、金属材は金属板や金属箔であってもよい。特に、リチウムイオン二次電池の電極組立体における多数の正極(又は負極)のタブが金属箔であり、多数の正極タブ(又は負極タブ)がスポット溶接によって溶接されたスポット溶接部であってもよい。
○ 上記の実施形態では、多数の振動素子として、1行13個の振動素子が13列に配列されている例について説明したが、振動素子の数について特に限定する趣旨ではない。振動素子の数は、ナゲット部の厚さ方向へ投影した投影面に対する分解能が大きくなるように、単位面積あたりの振動素子の数が増大することが好ましい。ナゲット部の厚さ方向へ投影した投影面に対する分解能が大きくなることにより、検査精度が向上する。
○ 上記の実施形態では、ナゲット部の厚さ方向へ投影した投影面を含む検査対象面を多数の振動素子により覆うようにしたが、この限りではない。例えば、ナゲット部の厚さ方向へ投影した投影面を含む検査対象面の全てを覆うことが可能な単一の振動素子を用いてもよい。この場合、多数の振動素子を用意する必要がない。
○ 上記の実施形態では、複数の波長が重畳された超音波として鋸波の例について説明したが、複数の波長が重畳された超音波としては、鋸波に限定されず、例えば、矩形波であってもよい。矩形波は、鋸波と同様に矩形波は、基本周波数の奇数倍の周波数と基本周波数の偶数倍の周波数の両方を含む。このため、周波数スペクトルにおける周波数成分における振幅Aが閾値T以上のとき、ナゲット部にて共振が存在すると判断でき、ナゲット部13による接合に異常がないと判断することができる。式(1)又は式(2)を満たす基本周波数の矩形波では、周波数スペクトルにおける基本周波数の奇数倍の周波数成分(2n−1)の振幅Aが閾値T以上となる。この場合、周波数スペクトルにおける基本周波数の偶数倍(2n)の周波数成分は閾値Tを超えない。
○ 上記の実施形態では、式(1)を満たす基本周波数の鋸波を出力したが、例えば、式(1)を満たす基本周波数よりも低周波数(例えば、基本周波数の半分)の鋸波又は矩形波をスポット溶接部へ出力するようにしてもよい。基本周波数の半分の鋸波又は矩形波である場合、ナゲット部13が良好に接合されていると、反射波の周波数スペクトルにおける偶数倍(2n)の周波数成分の振幅が閾値T以上となる。そして、周波数スペクトルにおける基本周波数の奇数倍(2n−1)の周波数成分は閾値Tを超えない。ナゲット部13に未接合箇所が存在すると、反射波の周波数スペクトルにおける奇数倍(2n−1)の周波数成分の振幅が閾値T以上となる。この場合、特定の周波数成分は、偶数倍(2n)の周波数成分である。
11 金属材(上)
12 金属材(下)
13 ナゲット部
15 検査装置
16 プローブ
17 固形ゲル
18 制御装置
19 プローブ本体部
20 振動素子
21 周波数発振部
25 受信部
26 演算部
27 記憶部
29 入力部
A 振幅
f 周波数
T 閾値
L 距離
S 検査対象面
P 投影面
d1 金属材(上)の厚さ
d2 金属材(下)の厚さ
Claims (3)
- 複数の金属材と、前記複数の金属材を接続するナゲット部と、を有するスポット溶接部の検査方法であって、
前記スポット溶接部の厚さ方向へ前記ナゲット部を投影した投影面を含む検査対象面を設定し、
前記検査対象面を振動素子により覆うとともに、複数の波長が重畳された超音波を前記振動素子から出力し、
前記超音波の出力後に得られる前記スポット溶接部からの反射波を検出し、
前記反射波のフーリエ変換により周波数スペクトルを求め、
前記周波数スペクトルにおける特定の周波数成分の振幅と予め設定された振幅の閾値との比較に基づいて前記ナゲット部の共振の有無を判断し、
前記特定の周波数成分における前記共振の有無により前記スポット溶接部の接合状態を判断することを特徴とするスポット溶接部の検査方法。 - 前記複数の波長が重畳された超音波は、鋸波又は矩形波であり、
前記特定の周波数成分は、前記周波数スペクトルにおける基本周波数の奇数倍又は偶数倍の周波数成分であることを特徴とする請求項1記載のスポット溶接部の検査方法。 - 前記周波数スペクトルにおける基本周波数の奇数倍の周波数の振幅が前記閾値以上のとき、前記ナゲット部にて共振が存在すると判断することを特徴とする請求項2記載のスポット溶接部の検査方法。
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