JP2020123459A - 溶接品質検査方法および溶接品質検査装置 - Google Patents

溶接品質検査方法および溶接品質検査装置 Download PDF

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Abstract

【課題】異種金属溶接における溶接箇所の非破壊検査【解決手段】ここで提案される溶接品質検査方法では、第１金属部材と第２金属部材とが溶接された溶接部を含む表面画像を得る工程と、表面画像に基づいて、少なくとも溶接部Ｗを含む画像領域のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物Ｗ１の面積の割合を得る工程とが含まれる。【選択図】図４

Description

ここでの開示は、溶接品質検査方法および溶接品質検査装置に関する。
特開２０１８−０１２１２５号公報では、第１部材と、第１部材に積層され第１部材と異なる材料の第２部材と備え、第２部材を貫いて第１部材まで達する溶接部を含む溶接金属部材について、溶接部における第１部材の金属と第２部材の金属とを含む金属間化合物の割合を、１５％以上６０％以下にすることが提案されている。同公報では、異種金属の溶接に関して、溶接箇所を剥離して元素分析を行い、金属間化合物の割合を得ることが開示されている。
具体的には、アルミニウムと銅の溶接に関し、剥離後の剥離面を、剥離部に触らず、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）にてアルミニウムと銅の元素分析を行い、アルミニウムと銅について元素ＭＡＰを作成する。また、同じアングルでＳＥＭ写真を撮影する。ＳＥＭ写真から、剥離部（溶接部）が凹凸となっているため、溶接部の境界をトレースして溶接範囲を設定し、この部分の面積を算出する。アルミニウムと銅の元素ＭＡＰにおいて、溶接部の各点のアルミニウムと銅の組成の合計が１００％となるようノイズ分を補正して、アルミニウムの元素ＭＡＰを組成領域０〜２５％、２６〜７５％、７６〜１００％の３つの範囲で再度演算し、それぞれを２値化表示する。金属間化合物、すなわち２６〜７５％の白色部分の総面積を算出し、溶接面積で除して面積率（割合）を計算することなどが開示されている。
特開２０１８−０１２１２５号公報
ところで、異種金属の溶接品質検査については、非破壊で検査できることが望ましい。
ここで提案される溶接品質検査方法の一実施形態は、組付工程と、溶接工程と、表面画像を得る工程と、金属間化合物の面積の割合を得る工程とを含んでいる。
組付工程では、第１金属部材と、第１金属部材と異なる金属材料からなる第２金属部材とが、少なくとも一部において重ね合わされる。
溶接工程では、第１金属部材にレーザーを当て、第１金属部材を貫通して第２金属部材に溶融部が至るように、第１金属部材と第２金属部材とが重ね合わされた部位が溶接される。
表面画像を得る工程では、第１金属部材と第２金属部材とが溶接された部位の表面画像が得られる。
金属間化合物の面積の割合を得る工程では、表面画像に基づいて、少なくとも溶接部を含む画像領域のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合が得られる。
金属間化合物の面積の割合は、溶接部における金属間化合物の大きさに相関関係があり、溶接の品質を評価する指標となり得る。かかる溶接品質検査方法によれば、例えば、被検査対象物の溶接箇所を非破壊で全数検査することができる。
金属間化合物の面積の割合を得る工程では、例えば、溶接部のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得てもよい。
ここで、一例として、第１金属部材が、銅または銅合金からなる部材であり、第２金属部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部材であるとよい。
溶接品質検査方法は、例えば、金属間化合物の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とする評価工程をさらに有していてもよい。
ここで、第１金属部材が、銅または銅合金からなる電池の集電端子であってもよく、第２金属部材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池の外部端子であってもよい。例えば、組付工程は、銅または銅合金からなる電池の集電端子と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池の外部端子とが、少なくとも一部において重ね合わされるように組付けられる工程であってもよい。この場合、溶接工程は、集電端子にレーザーを当て、集電端子を貫通して外部端子に至る溶融部が形成されるように、集電端子と外部端子とが重ね合わされた部位を溶接する工程であるとよい。また、表面画像を得る工程は、集電端子と外部端子とが溶接された溶接部を含む表面画像を得る工程であるとよい。金属間化合物の面積の割合を得る工程は、表面画像のうち、銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物の面積の割合を得る工程であるとよい。
金属間化合物の面積の割合を得る工程は、表面画像に基づいて、溶接部のうち、銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物の面積の割合が得られる工程としてもよい。
このような溶接品質検査方法は、電池の製造方法の一工程として組み込まれうる。
また、溶接品質検査装置は、カメラと、画像処理部と、判定処理部とを備えているとよい。この場合、カメラは、第１金属部材と、第１金属部材と異なる金属材料からなる第２金属部材とが溶接された被検査対象物の、第１金属部材と第２金属部材とが溶接された溶接部を含む表面画像を得るように構成されているとよい。
画像処理部は、例えば、カメラで撮影された溶接部を含む表面画像に基づいて、少なくとも溶接部を含む画像領域のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
判定処理部は、金属間化合物の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とするように構成されているとよい。
かかる溶接品質検査装置によれば、溶接部を含む表面画像に基づいて溶接の品質を判定できる。このため、例えば、非破壊で被検査対象物の溶接箇所が全数検査されうる。
画像処理部は、第１処理モジュールと、第２処理モジュールとを有しているとよい。
ここで、第１処理モジュールは、表面画像のうち溶接部を含む予め定められた面積の画像領域を区画するように構成されているとよい。第２処理モジュールは、画像領域のうち第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物を抽出するように構成されているとよい。この場合、画像処理部は、第１処理モジュールで区画された画像領域のうち第２処理モジュールで抽出された金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
また、第１処理モジュールは、表面画像のうち溶接部を抽出するように構成されていてもよい。この場合、画像処理部は、第１処理モジュールで抽出された溶接部のうち第２処理モジュールで抽出された金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
溶接品質検査装置は、例えば、銅または銅合金からなる電池の集電端子と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池の外部端子とが溶接された被検査対象物について、集電端子と外部端子とが溶接された溶接部を含む表面画像を得るように構成されたカメラを備えていてもよい。この場合、画像処理部は、カメラで撮影された溶接部を含む表面画像に基づいて、少なくとも溶接部を含む画像領域のうち、銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。判定処理部は、金属間化合物の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とするように構成されているとよい。
また、画像処理部は、第１処理モジュールと、第２処理モジュールを有していてもよい。第１処理モジュールは、例えば、表面画像のうち溶接部を含む予め定められた面積の画像領域を抽出するように構成されているとよい。第２処理モジュールは、画像領域のうち銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物を抽出するように構成されているとよい。この場合、画像処理部は、第１処理モジュールで抽出された画像領域のうち第２処理モジュールで抽出された金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
また、第１処理モジュールは、表面画像のうち溶接部を抽出するように構成されていてもよい。この場合、画像処理部は、第１処理モジュールで抽出された溶接部のうち第２処理モジュールで抽出された金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
図１は、ここで提案される検査方法が適用される電池の部分断面図である。 図２は、溶接工程で溶接される箇所を模式的に図示した平面図である。 図３は、表面画像を得る工程で得られる表面画像を示す図である。 図４は、溶接部Ｗを含む表面画像から金属間化合物Ｗ１を抽出した画像を示す図である。 図５は、この実施形態での画像処理部２２１の処理を示す図である。 図６は、他の形態での画像処理部２２１の処理を示す図である。 図７は、金属間化合物の面積の割合と、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗの剥離強度（引張応力）との関係を示すグラフである。
以下、ここで開示される溶接品質検査方法および溶接品質検査装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。
図１は、ここで提案される検査方法が適用される電池の部分断面図である。図２は、溶接工程で溶接される箇所を模式的に図示した平面図である。
ここで提案される溶接品質検査方法は、例えば、図１および図２に示されているように、電池の集電端子としての内部端子１２と、外部端子１３との溶接において、溶接の品質を検査する方法として適用されうる。ここでは、電池の内部端子１２と外部端子１３との溶接を例に、ここで提案される溶接品質検査方法、および、かかる溶接品質検査方法を具現化する溶接品質検査装置２００を説明する。なお、ここでは、溶接品質検査方法の適用例および溶接品質検査装置２００の一実施形態を例示するが、本発明はここで例示される実施形態に限定されない。
ここで、電池は、図１に示されているように、電池ケース部品としての蓋１１ｂと、内部端子１２と、外部端子１３と、絶縁部材１４としての第１絶縁部材１４ａおよび第２絶縁部材１４ｂと、接続端子４１とを備えている。
〈電池ケース部品〉
この実施形態では、用意される電池ケース部品は、図１および図２に示されているように、電池ケース１１のケース本体１１ａの開口１１ａ１に取り付けられる蓋１１ｂである。蓋１１ｂは、所要の厚さのプレート状の部材であり、取付孔１１ｂ１を有している。取付孔１１ｂ１は、内部端子１２および外部端子１３が取り付けられる孔である。なお、電池ケース部品として蓋１１ｂが例示されているが、蓋１１ｂに限定されない。電池ケース部品は、電池ケース１１を構成する部品うち、内部端子１２および外部端子１３が取り付けられる取付孔１１ｂ１を有する部品であるとよい。この実施形態では、蓋１１ｂの外側面には、第２絶縁部材１４ｂを取り付けるための窪み１１ｂ２が設けられている。窪み１１ｂ２は、接続端子４１が取り付けられる位置に応じて設けられている。
〈内部端子１２〉
内部端子１２は、取付孔１１ｂ１に挿通される軸１２ａを備えている。この実施形態では、内部端子１２は、電池ケース部品としての蓋１１ｂの内側に装着されるベース部１２ｂを有している。軸１２ａは、ベース部１２ｂに設けられている。軸１２ａは、蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１に挿通され、所要の長さを有しているとよい。なお、図示は省略するが、内部端子１２のベース部１２ｂには、電池ケース１１内に延び、電池ケース１１の内部において電極体の正極または負極の集電板（集電箔）に接続される集電部が設けられている。
〈外部端子１３〉
外部端子１３は、電池ケース部品としての蓋１１ｂの外側に装着された略プレート状の部材である。外部端子１３は、挿通孔１３ａと、取付孔１３ｂとを有している。挿通孔１３ａは、内部端子１２の軸１２ａが挿通される孔である。取付孔１３ｂは、接続端子４１を取り付けるための孔である。挿通孔１３ａの縁には、テーパーが設けられており、外部端子１３の外側面に向かうにつれて挿通孔１３ａの内径が徐々に拡がっている。取付孔１３ｂは、挿通孔１３ａから離れた位置に設けられており、接続端子４１が取り付けられる孔である。ここで、接続端子４１は、鍔部４１ａと、鍔部４１ａから立ち上がるように設けられた軸部４１ｂとを備えている。取付孔１３ｂは、接続端子４１の鍔部４１ａは貫通しないが、接続端子４１の軸部４１ｂが挿通しうるように形成された孔である。
〈絶縁部材１４〉
絶縁部材１４は、電池ケース部品としての蓋１１ｂと内部端子１２との間、および、電池ケース部品としての蓋１１ｂと外部端子１３との間に介在している。この実施形態では、絶縁部材１４は、第１絶縁部材１４ａと、第２絶縁部材１４ｂとで構成されている。第１絶縁部材１４ａは、電池ケース部品としての蓋１１ｂと、内部端子１２との間に装着されている。第１絶縁部材１４ａには、蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１に装着される円環状の突起であるボス部１４ａ１が設けられている。ボス部１４ａ１には、内部端子１２の軸１２ａが挿入される。第２絶縁部材１４ｂは、電池ケース部品としての蓋１１ｂと、外部端子１３との間に装着されている。この実施形態では、第２絶縁部材１４ｂは、所要の剛性を有する樹脂製の部材である。第２絶縁部材１４ｂは、内部端子１２の軸１２ａが挿通される挿通孔１４ｂ１と、接続端子４１の鍔部４１ａが配置される窪み１４ｂ２とを備えている。また、第２絶縁部材１４ｂには、蓋１１ｂの外側面の窪み１１ｂ２に装着される突起１４ｂ３が設けられている。
〈組付工程〉
組付工程は、蓋１１ｂと、内部端子１２と、外部端子１３と、絶縁部材１４と、接続端子４１とを組付ける工程である。
この実施形態では、図１に示されているように、第１絶縁部材１４ａが蓋１１ｂの内側に配置され、第１絶縁部材１４ａの円環状の突起であるボス部１４ａ１が、蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１に装着される。内部端子１２の軸１２ａは、ボス部１４ａ１に挿通されている。これにより、蓋１１ｂと内部端子１２との間に、第１絶縁部材１４ａが介在しており、蓋１１ｂと内部端子１２とが絶縁されている。
また、蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１から突出した内部端子１２の軸１２ａに第２絶縁部材１４ｂの挿通孔１４ｂ１が装着され、蓋１１ｂの外側面に第２絶縁部材１４ｂが取り付けられる。この際、蓋１１ｂの外側面の窪み１１ｂ２に第２絶縁部材１４ｂの突起１４ｂ３が装着される。これにより、第２絶縁部材１４ｂが蓋１１ｂの外側面に位置決めされる。第２絶縁部材１４ｂの窪み１４ｂ２に接続端子４１の鍔部４１ａが装着される。さらに接続端子４１の軸部４１ｂに外部端子１３の取付孔１３ｂが装着され、第２絶縁部材１４ｂの挿通孔１４ｂ１から突出した内部端子１２の軸１２ａに外部端子１３の挿通孔１３ａが装着される。外部端子１３は、第２絶縁部材１４ｂの上に配置される。このように蓋１１ｂと外部端子１３との間に、第２絶縁部材１４ｂが介在しており、蓋１１ｂと外部端子１３とが絶縁されている。
さらに、図１に示されているように、内部端子１２の軸１２ａの先端が、外部端子１３の挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１に沿って押し広げられる。この実施形態では、挿通孔１３ａの縁が、外部端子１３の外側面に向かうにつれて挿通孔１３ａの内径が徐々に拡がっている。かかる挿通孔１３ａの内径が徐々に拡がった挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１に沿って、内部端子１２の軸１２ａの先端が押し広げられる。内部端子１２の軸１２ａの先端が押し広げられた部位を、適宜に笠部１２ａ１という。内部端子１２の笠部１２ａ１は、外部端子１３の挿通孔１３ａの周辺に重ね合わされる。このように、この実施形態では、組付工程において、内部端子１２の一部が、外部端子１３に重ね合わされる。
〈溶接工程〉
溶接工程は、カシメ工程で挿通孔１３ａの周縁部に沿って円板状に押し広げられた笠部１２ａ１にレーザーを照射して笠部１２ａ１と挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１とに溶接する。ここで、内部端子１２は、少なくとも一部において電池内部に配置されている。このため、このため所要の耐食性を備えた材料が用いられる。例えば、リチウムイオン二次電池の負極では、内部端子１２は、銅または銅合金が用いられる。これに対して、外部端子１３には、軽量かつ低コストな材料が求められる。このため、銅または銅合金よりも軽くコスト面でも有利なアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。このように、内部端子１２に銅または銅合金が用いられ、かつ、外部端子１３にアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている場合に、内部端子１２と外部端子１３との溶接において、異種金属溶接が生じる。
ここで溶接工程では、図２に示されているように、内部端子１２の笠部１２ａ１の縁１２ａ２を跨ぐように、内部端子１２の笠部１２ａ１と、外部端子１３とが溶接されている。かかる溶接では、例えば、集電端子としての内部端子１２の笠部１２ａ１にレーザーが当てられて、内部端子１２を貫通して外部端子１３に至る溶融部が形成されているとよい。この実施形態では、内部端子１２に銅または銅合金が用いられ、かつ、外部端子１３にアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている。このため、銅または銅合金からなる内部端子１２の融点は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外部端子１３よりも高い。レーザーが当てられることによって、内部端子１２の笠部１２ａ１の縁１２ａ２が溶融すると、溶融した溶融池に触れた外部端子１３も溶融する。内部端子１２の一部が溶融した溶融池と外部端子１３の一部が溶融した溶融池とが混ざり合いつつ、凝固して溶接部Ｗが形成される。
なお、この実施形態では、溶接工程において、内部端子１２の笠部１２ａ１の縁１２ａ２を跨ぐように、内部端子１２の笠部１２ａ１と、外部端子１３とが溶接されている。溶接工程では、集電端子としての内部端子１２にレーザーが当てられ、内部端子１２を貫通して外部端子１３に至る溶融部が形成されるとよい。溶接工程におけるレーザーを操作する溶接線の設定などは、特段の言及されない限りにおいて特に限定されない。また、このような溶接部Ｗは、笠部１２ａ１の縁１２ａ２に複数箇所設けられてもよい。レーザーの出力などは適宜調整されるとよい。
溶接部Ｗは、銅または銅合金からなる内部端子１２と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外部端子１３とが溶融した後、凝固している。図２では、模式的に図示されているが、本発明者の観察によれば、かかる溶接部Ｗには、銅とアルミニウムとを含む金属間化合物Ｗ１が含まれる。本発明者の知見では、溶接部Ｗには、いくつかの種類の金属間化合物Ｗ１が混在する。本発明者の分析によれば、金属間化合物Ｗ１には、例えば、ＣｕＡｌ２,ＣｕＡｌ,Ｃｕ５Ａｌ４,Ｃｕ３Ａｌ２,Ｃｕ９Ａｌ４,Ｃｕ３Ａｌなど、組成に応じたいくつかの種類が含まれうる。溶接部Ｗに含まれる金属間化合物Ｗ１の組成は、例えば、溶接部Ｗを含む部分を切断し、その切断面を研磨し、溶接部の何カ所かに電子線を照射して、放出される特性Ｘ線を検出器によって検出することによって、検出したＸ線から溶接部Ｗに含まれる元素が特定される。かかる方法によれば、溶接部Ｗのアルミニウムの元素ＭＡＰや、銅の元素ＭＡＰが得られる。アルミニウムの元素ＭＡＰや銅の元素ＭＡＰから溶接部Ｗの組成が分析されうる。
本発明者の得た知見によると、溶接部Ｗの内部には、何種類かの金属間化合物が含まれている。金属間化合物の種類と抵抗値とには相関はある。しかしながら、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗ全体としてみると、低抵抗の導電パスが形成される。このため、溶接部Ｗに形成される金属間化合物Ｗ１の割合が電池抵抗に及ぼす影響は小さい。他方で、銅とアルミニウムの金属間化合物Ｗ１は、銅単体またはアルミニウム単体よりも脆弱である。このため、溶接部Ｗにおける金属間化合物Ｗ１の割合が大きいと、溶接部Ｗに割れが生じるなど、溶接部Ｗの品質に影響を与えやすい。このため、溶接部Ｗにおける金属間化合物Ｗ１の割合を検査することが望ましい。
他方で、溶接部Ｗにおける金属間化合物Ｗ１の割合は、上述のように溶接部Ｗを切断して切断面を観察する検査方法が提案されている。溶接部Ｗを切断して切断面を観察する方法は、溶接部Ｗの破壊を伴うため、検査対象製品を全数検査することができない。また、断面調査やＸ線ＣＴなども、検査対象製品の破壊を伴うため、検査対象製品を全数検査することができない。
これに対して、本発明者は、金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分では、溶接部Ｗの表面が灰色になることを見出した。また、本発明者の知見によれば、溶接部Ｗ中の金属間化合物Ｗ１が大きければ大きいほど、溶接部Ｗの表面に露出した金属間化合物Ｗ１の面積も大きくなる傾向がある。
かかる独自の知見を基に、本発明者は、溶接部Ｗのうち、金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分の面積の割合に基づいて、溶接部Ｗの良否判定を行う新規な検査方法を提案する。この場合、溶接部Ｗを非破壊検査することが可能である。ここで提案される検査方法では、例えば、図１に示されているように、カメラ２１０によって内部端子１２と外部端子１３とが溶接された溶接部Ｗの表面画像を得る。そして、処理装置２２０によって、金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分の面積の割合を得るとよい。ここで、「金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分の面積の割合」は、適宜に「金属間化合物Ｗ１の面積の割合」と称する。
〈表面画像を得る工程〉
図３は、表面画像を得る工程で得られる表面画像を示す図である。ここで、溶接品質検査装置２００は、図１に示されているように、カメラ２１０と、処理装置２２０とを備えている。カメラ２１０は、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された被検査対象物について、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された溶接部Ｗを含む表面画像が得られるように構成されているとよい。ここで、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された被検査対象物は、例えば、上述のように蓋１１ｂに内部端子１２と外部端子１３とが組付けられ、かつ、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された蓋アッセンブリであってもよい。カメラ２１０は、例えば、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された溶接部Ｗに向けられているとよい。また、例えば、カメラ２１０と溶接部Ｗとの距離やピントなどが適宜に調整されるとよい。なお、被検査対象物は、蓋アッセンブリに限定されず、最終製品としての単電池でもよい。
表面画像を得る工程では、図１に示されているように、カメラ２１０によって、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された溶接部Ｗの表面画像が得られる。具体的には、この実施形態では、内部端子１２の笠部１２ａ１の縁１２ａ２において、内部端子１２が外部端子１３に溶接された溶接部Ｗの表面画像が得られるとよい。
〈金属間化合物の面積の割合を得る工程〉
金属間化合物の面積の割合を得る工程では、例えば、カメラ２１０で撮影された溶接部Ｗを含む表面画像から、銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物Ｗ１の面積の割合が得られるとよい。ここで、「金属間化合物の面積」は、金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出している部分の面積を意味する。
〈画像処理部２２１〉
図４は、溶接部Ｗを含む表面画像から金属間化合物Ｗ１を抽出した画像を示す図である。処理装置２２０は、図３に示されているように、カメラ２１０で撮影された溶接部Ｗを含む表面画像に基づいて、少なくとも溶接部Ｗを含む画像領域のうち、金属間化合物Ｗ１の面積の割合を得る画像処理部２２１を備えているとよい。図４に示されているように、得られた表面画像から金属間化合物Ｗ１を抽出する。金属間化合物Ｗ１としては、銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物が抽出されるとよい。この場合、金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分は、上述のように他の部分に比べて灰色である。かかる色の特徴を基に、溶接部Ｗを含む表面画像から金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分が、画像処理によって抽出されるとよい。さらに２値化処理によって、抽出された金属間化合物Ｗ１のみが白または黒とされ、他の領域と区別されるとよい。
溶接部Ｗ中の金属間化合物Ｗ１が大きければ大きいほど、溶接部Ｗの表面に露出した金属間化合物Ｗ１の面積も大きくなる傾向がある。金属間化合物Ｗ１の面積の割合は、溶接部Ｗ中の金属間化合物Ｗ１の大きさに相関関係がある。なお、カメラ２１０で撮影された溶接部Ｗを含む表面画像から、金属間化合物Ｗ１の面積の割合を得る方法にはいくつかの方法がある。
例えば、図３に示されているように、カメラ２１０によって、予め定められた大きさで溶接部Ｗを含む表面画像を取得する。そして、表面画像のうち金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ１を得て溶接部Ｗの品質を評価してもよい。この場合、抽出された金属間化合物Ｗ１の画素数を、表面画像の画素数で割ることによって、表面画像のうち金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ１が求められる。表面画像のうち金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ１は、溶接部Ｗ中の金属間化合物Ｗ１の大きさに相関関係がある。このため、表面画像中の金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ１を得ることによって、溶接部Ｗの品質を評価することができる。この場合、溶接部Ｗを含む表面画像が、溶接部Ｗの大きさに近ければ近いほど、金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ１が相対的に大きく評価される。溶接部Ｗを含む表面画像が、溶接部Ｗの大きさに近ければ近いほど、溶接部Ｗの品質を評価するのに適している。
このため、画像処理部２２１は、図５に示されているように、表面画像から予め定められた大きさの画像領域ＧＡを区画し、画像領域ＧＡ中の金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ２が得られるように構成されていてもよい。ここで図５は、かかる画像処理部２２１の処理が施された表面画像を示す図である。
画像領域ＧＡ中の金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ２は、溶接部Ｗ中の金属間化合物Ｗ１の大きさにより高く相関した値として得られる。この場合、例えば、表面画像から溶接部Ｗの大きさに合わせて予め定められた大きさの画像領域ＧＡが区画されるとよい。これにより、画像領域ＧＡ中の金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ２は、溶接部Ｗにおける金属間化合物Ｗ１の面積の割合に近づく。かかる画像領域ＧＡ中の金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ２を得ることによって、溶接部Ｗの品質をより適切に評価することができる。
この実施形態では、画像処理部２２１は、図１に示されているように、第１処理モジュール２２１ａと、第２処理モジュール２２１ｂとを備えている。
〈第１処理モジュール２２１ａ〉
第１処理モジュール２２１ａは、表面画像のうち溶接部Ｗを含む予め定められた面積の画像領域ＧＡを区画する（図５参照）。例えば、表面画像のうち内部端子１２の笠部１２ａ１と外部端子１３とが溶接された溶接部Ｗを含む予め定められた画像領域ＧＡ（図５参照）が区画されるとよい。当該画像領域ＧＡとしては、例えば、図５に示されているように、予め定められた面積の矩形の画像が得られるように設定されているとよい。
〈第２処理モジュール２２１ｂ〉
第２処理モジュール２２１ｂは、画像領域ＧＡのうち金属間化合物Ｗ１を抽出する（図５参照）。この実施形態では、第２処理モジュール２２１ｂは、銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分が抽出されるように構成されているとよい。金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分の抽出は、上述しているのでここでは説明を省略する。
画像処理部２２１は、第１処理モジュール２２１ａで区画された画像領域ＧＡのうち第２処理モジュール２２１ｂで抽出された金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈを得るように構成されているとよい。
このような画像処理によって、例えば、画像領域ＧＡの画素数Ｓ１と、金属間化合物Ｗ１の画素数Ｓ２とに基づいて、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合Ｈ２（Ｈ２＝Ｓ２／Ｓ１）が得られる。このように、画像処理部２２１は、表面画像に基づいて、少なくとも溶接部Ｗを含む画像領域ＧＡが区画され、当該画像領域ＧＡのうち、金属間化合物Ｗ１の面積の割合を得るとよい。
金属間化合物Ｗ１の面積の割合の算出方法として、他の形態を説明する。図６は、他の形態での画像処理部２２１の処理を示す図である。
例えば、溶接部Ｗを含む表面画像において、溶接部Ｗの色が他の領域と区別できる場合には、図６に示されているように、表面画像から溶接部Ｗを抽出し、溶接部Ｗのうち金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ３を得てもよい。
この場合、第１処理モジュール２２１ａは、図６に示されているように、表面画像のうち溶接部Ｗを抽出するとよい。例えば、銅または銅合金からなる内部端子１２の笠部１２ａ１と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外部端子１３と、溶接部Ｗとでは色が異なる。かかる色の違いに基づいて、適切に閾値を設定することによって、図５に示されているように、溶接部Ｗを抽出することができる。さらに、２値化処理によって、抽出された溶接部Ｗのみを白または黒とし、他の領域と区別することができる。
また、第２処理モジュール２２１ｂは、上述のとおり、金属間化合物Ｗ１が溶接部Ｗの表面に露出した部分を抽出する。この場合、画像処理部２２１は、第１処理モジュール２２１ａで抽出された溶接部Ｗのうち第２処理モジュール２２１ｂで抽出された金属間化合物Ｗ１の面積の割合Ｈ３を得るように構成されているとよい。例えば、溶接部Ｗの画素数Ｓ３と、金属間化合物Ｗ１の画素数Ｓ２とに基づいて、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合Ｈ３（Ｈ３＝Ｓ２／Ｓ３）が得られる。
〈評価工程〉
評価工程では、例えば、金属間化合物Ｗ１の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とするとよい。処理装置２２０は、かかる良品判定を具現化した判定処理部２２２を備えている。金属間化合物Ｗ１の面積の割合は、上述のようにいろいろな算出方法が採用されうる。このため、金属間化合物Ｗ１の面積の割合に対する良品判定の閾値は、金属間化合物Ｗ１の面積の割合の算出方法に応じて定められる。
図７は、金属間化合物の面積の割合と、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗの剥離強度（引張応力）との関係を示すグラフである。
例えば、図７に示されているように、予め試験によって、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合と、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗの剥離強度（引張応力）との関係を得ておくとよい。本発明者の知見では、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合が、ある値を超えて大きくなると、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗの剥離強度が低下する。このように、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合と、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗの剥離強度との関係に基づいて、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合に対して、予め閾値を設定するとよい。例えば、図７に示された例では、金属間化合物Ｗ１の面積の割合が５０％を超えると、内部端子１２と外部端子１３の溶接部Ｗの剥離強度（引張応力）が低下する。このような場合には、金属間化合物Ｗ１の面積の割合が５０％を閾値に設定するとよい。このように適切な閾値が設定されることによって、画像領域ＧＡ中の金属間化合物の面積の割合に基づいて、被検査対象物の良品判定が行える。
かかる溶接品質検査装置２００は、例えば、蓋アッセンブリの組立工程にカメラ２１０が備えられているとよい。カメラ２１０は、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された蓋アッセンブリに対して、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された溶接部Ｗを含む表面画像が得られるように配置されているとよい。この場合、内部端子１２と外部端子１３とが溶接された蓋アッセンブリに対して、溶接部Ｗを含む表面画像が得られる。そして、得られた表面画像から、処理装置２２０の処理によって、溶接部Ｗの品質が評価される。この際、溶接部Ｗの品質が良品でないと判定されたものは、蓋アッセンブリの段階で不良とし、組立ラインから取り除かれるとよい。これにより、電池の品質が最終的に高く確保される。
以上のとおり、ここでは、銅または銅合金からなる電池の集電端子としての内部端子１２と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池の外部端子１３の溶接について例示した。ここで提案される溶接品質検査方法は、電池の内部端子１２と外部端子１３との溶接に限定されない。例えば、図示は省略するが、組電池において、電池の外部端子と、バスバーとにおいて、同様に異種金属の溶接において適宜に採用することができる。また、異種金属の溶接としては、銅または銅合金と、アルミニウムまたはアルミニウム合金との溶接に限らない。
ここで溶接品質検査方法は、組付工程と、溶接工程と、表面画像を得る工程と、金属間化合物の面積の割合を得る工程とを含んでいる。
ここで、組付工程では、第１金属部材と、第１金属部材と異なる金属材料からなる第２金属部材とが、少なくとも一部において重ね合わされる。
溶接工程では、第１金属部材にレーザーを当て、第１金属部材を貫通して第２金属部材に溶融部が至るように、第１金属部材と第２金属部材とが重ね合わされた部位が溶接される。
表面画像を得る工程では、第１金属部材と第２金属部材とが溶接された部位の表面画像が得られる。
金属間化合物の面積の割合を得る工程では、表面画像に基づいて、少なくとも溶接部を含む画像領域のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合が得られる。
金属間化合物の面積の割合を得る工程では、例えば、溶接部のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得てもよい。
このように第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合の算出にはいくつかの方法が採用されうる。何れの方法でも金属間化合物の面積の割合は、溶接部における金属間化合物の大きさに相関関係があり、溶接の品質を評価する指標となり得る。この場合、金属間化合物の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とする評価工程をさらに有しているとよい。かかる溶接品質検査方法によれば、例えば、被検査対象物の溶接箇所を非破壊で全数検査することができる。
また、溶接品質検査装置は、カメラと、画像処理部と、判定処理部とを備えているとよい。この場合、カメラは、第１金属部材と、第１金属部材と異なる金属材料からなる第２金属部材とが溶接された被検査対象物の、第１金属部材と第２金属部材とが溶接された溶接部を含む表面画像を得るように構成されているとよい。
画像処理部は、例えば、カメラで撮影された溶接部を含む表面画像に基づいて、少なくとも溶接部を含む画像領域のうち、第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
判定処理部は、金属間化合物の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とするように構成されているとよい。
かかる溶接品質検査装置によれば、溶接部を含む表面画像に基づいて溶接の品質を判定できる。このため、例えば、非破壊で被検査対象物の溶接箇所が全数検査されうる。
この場合、予め試験を行うなどして、カメラで撮影された溶接部を含む表面画像において、少なくとも第１金属部材と第２金属部材との金属間化合物が溶接部の表面に露出した部分と、その他の部分との色の違いが見出すとよい。そして、画像処理部において、表面画像から金属間化合物が溶接部の表面に露出した部分が抽出されるように構成されているとよい。
画像処理部は、例えば、表面画像のうち溶接部を含む予め定められた面積の画像領域を抽出する第１処理モジュールと、画像領域のうち銅または銅合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物を抽出する第２処理モジュールとを有しているとよい。そして、画像処理部は、第１処理モジュールで抽出された画像領域のうち第２処理モジュールで抽出された金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
また、カメラで撮影された溶接部を含む表面画像において、少なくとも第１金属部材と第２金属部材とが溶接された溶接部と、その他の部分との色の違いが見出される場合には、画像処理部の第１処理モジュールは、表面画像のうち溶接部を抽出するように構成されていてもよい。この場合、画像処理部は、第１処理モジュールで抽出された溶接部のうち第２処理モジュールで抽出された金属間化合物の面積の割合を得るように構成されているとよい。
このように、溶接品質検査装置２００は、図１に示されているように、内部端子１２と外部端子１３との溶接箇所の品質検査に限定されない。溶接品質検査装置２００は、種々の異種金属の溶接箇所を検査する方法として用いられうる。
以上、ここで開示される溶接品質検査方法および溶接品質検査装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた溶接品質検査方法および溶接品質検査装置の実施形態などは、本発明を限定しない。
１１ 電池ケース
１１ａ ケース本体
１１ａ１ 開口
１１ｂ 蓋
１１ｂ１ 取付孔
１１ｂ２ 窪み
１２ 内部端子
１２ａ 軸
１２ａ１ 笠部
１２ｂ ベース部
１３ 外部端子
１３ａ 挿通孔
１３ａ１ 周縁部
１３ｂ 取付孔
１４ 絶縁部材
１４ａ 第１絶縁部材
１４ａ１ ボス部
１４ｂ 第２絶縁部材
１４ｂ１ 挿通孔
１４ｂ２ 窪み
１４ｂ３ 突起
４１ 接続端子
４１ａ 鍔部
４１ｂ 軸部
２００ 溶接品質検査装置
２１０ カメラ
２２０ 処理装置
２２１ 画像処理部
２２１ａ 第１処理モジュール
２２１ｂ 第２処理モジュール
２２２ 判定処理部
ＧＡ 画像領域
Ｗ 溶接部
Ｗ１ 金属間化合物

Claims (12)

  1. 第１金属部材と、前記第１金属部材と異なる金属材料からなる第２金属部材とが、少なくとも一部において重ね合わされる組付工程と、
    前記第１金属部材にレーザーを当て、前記第１金属部材を貫通して前記第２金属部材に至る溶融部が形成されるように、前記組付工程で前記第１金属部材と前記第２金属部材とが重ね合わされた部位を溶接する溶接工程と、
    前記第１金属部材と前記第２金属部材とが溶接された溶接部を含む表面画像を得る工程と、
    前記表面画像に基づいて、少なくとも前記溶接部を含む画像領域のうち、前記第１金属部材と前記第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得る工程と
    を含む、溶接品質検査方法。
  2. 前記金属間化合物の面積の割合を得る工程は、前記表面画像に基づいて、前記溶接部のうち、前記第１金属部材と前記第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得る、請求項１に記載された溶接品質検査方法。
  3. 前記第１金属部材が、銅または銅合金からなる部材であり、前記第２金属部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部材である、請求項１または２に記載された溶接品質検査方法。
  4. 前記金属間化合物の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とする評価工程をさらに有する、請求項１から３までの何れか一項に記載された溶接検査方法。
  5. 前記第１金属部材が、銅または銅合金からなる電池の集電端子であり、前記第２金属部材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池の外部端子である、請求項１から４までの何れか一項に記載された溶接品質検査方法。
  6. 請求項５に記載された溶接検査方法を含む、電池の製造方法。
  7. 第１金属部材と、前記第１金属部材と異なる金属材料からなる第２金属部材とが溶接された被検査対象物の、前記第１金属部材と前記第２金属部材とが溶接された溶接部を含む表面画像を得るカメラと、
    前記カメラで撮影された前記溶接部を含む表面画像に基づいて、少なくとも前記溶接部を含む画像領域のうち、前記第１金属部材と前記第２金属部材との金属間化合物の面積の割合を得る画像処理部と、
    前記金属間化合物の面積の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とする判定処理部と、
    を有する、溶接品質検査装置。
  8. 前記画像処理部は、
    前記表面画像のうち前記溶接部を含む予め定められた面積の画像領域を区画する第１処理モジュールと、
    前記画像領域のうち前記第１金属部材と前記第２金属部材との金属間化合物を抽出する第２処理モジュールと
    を有し、
    前記第１処理モジュールで区画された前記画像領域のうち前記第２処理モジュールで抽出された前記金属間化合物の面積の割合を得るように構成された、請求項７に記載された溶接品質検査装置。
  9. 前記画像処理部は、
    前記表面画像のうち前記溶接部を抽出する第１処理モジュールと、
    前記溶接部のうち前記第１金属部材と前記第２金属部材との金属間化合物を抽出する第２処理モジュールと
    を有し、
    前記第１処理モジュールで抽出された前記溶接部のうち前記第２処理モジュールで抽出された前記金属間化合物の面積の割合を得るように構成された、請求項７に記載された溶接品質検査装置。
  10. 銅または銅合金からなる電池の集電端子と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる電池の外部端子とが溶接された被検査対象物について、前記集電端子と前記外部端子とが溶接された溶接部を含む表面画像を得るカメラと、
    前記カメラで撮影された前記溶接部を含む表面画像に基づいて、少なくとも前記溶接部を含む画像領域のうち、前記銅または銅合金と前記アルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物の面積の割合を得る画像処理部と、
    前記金属間化合物の割合が予め定められた閾値よりも低い場合に、良品とする判定処理部と、
    を有する、溶接品質検査装置。
  11. 前記画像処理部は、
    前記表面画像のうち前記溶接部を含む予め定められた面積の画像領域を抽出する第１処理モジュールと、
    前記画像領域のうち前記銅または銅合金と前記アルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物を抽出する第２処理モジュールと
    を有し、
    前記第１処理モジュールで抽出された前記画像領域のうち前記第２処理モジュールで抽出された前記金属間化合物の面積の割合を得るように構成された、請求項１０に記載された溶接品質検査装置。
  12. 前記画像処理部は、
    前記表面画像のうち前記溶接部を抽出する第１処理モジュールと、
    前記溶接部のうち前記銅または銅合金と前記アルミニウムまたはアルミニウム合金との金属間化合物を抽出する第２処理モジュールと
    を有し、
    前記第１処理モジュールで抽出された前記溶接部のうち前記第２処理モジュールで抽出された前記金属間化合物の面積の割合を得るように構成された、請求項１０に記載された溶接品質検査装置。
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