JP2024029548A - 品質検査装置、抵抗スポット溶接システム、品質検査プログラム、および品質検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査する。【解決手段】重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査装置が、溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定部と、前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出部と、溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出部と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、品質検査装置、抵抗スポット溶接システム、品質検査プログラム、および品質検査方法に関する。

抵抗スポット溶接は、その能率性の高さから自動車メーカ等が有力な接合技術として採用している。スポット溶接の継手強度は、溶接後の接手の内側に形成される溶接金属の径であるナゲット径と大きな相関があるが、ナゲット径を接手の外観から直接観察することはできない。なお、ナゲット径は溶接径とも呼ばれる。

抵抗スポット溶接の品質保証方法として、タガネチェックが一般に行われている。タガネチェックとは、作業員が被溶接材をハンマーで叩いて、溶接品質を確認するチェック方法である。抵抗スポット溶接のもう一つの品質保証方法として、超音波測定がある。

特許文献１には、抵抗スポット溶接装置が記載されている。抵抗スポット溶接装置は、互いに重ね合わされた複数の金属板で成る被溶接材を挟持する一対の電極を備え、被溶接材を挟持した電極間に通電を行って金属板同士を溶融して接合する。抵抗スポット溶接装置は、測定手段、抵抗算出部、マスタパターン登録部、比較部を備える。測定手段は、溶接電圧を測定する電圧測定部および被溶接材を挟持する加圧力を測定する加圧力測定部を含む。抵抗算出部は、電圧測定部によって測定された溶接電圧および溶接電流から被溶接材における電気抵抗を算出する。マスタパターン登録部は、目標溶接ナゲット径を得るために予め設定された溶接条件で予備通電を実施した際に測定手段で測定された測定値および抵抗算出部で算出された電気抵抗の値を本溶接でのマスタパターンとして登録する。比較部は、予備通電の実施時に測定手段で測定された測定値と、本溶接の実施中に測定手段で測定された測定値との乖離量を算出する動作、および、予備通電の実施時に抵抗算出部で算出された電気抵抗の値と、本溶接の実施中に抵抗算出部で算出された電気抵抗の値との乖離量を算出する動作を行う。抵抗スポット溶接装置は、比較部で算出された乖離量に基づいて、本溶接で得られる溶接ナゲット径を推定する。

特開２０２０－１７１９４２号公報

従来の品質保証方法に対し、人件費削減、リードタイム短縮などの観点から、インラインで自動的に品質保証可能な技術の確立が望まれている。

従来技術の品質保証方法は、定常状態でのナゲット径を判定する際の判定精度はある程度有していたものの、非定常状態であるチリが発生した場合のナゲット径の判定精度に問題を抱えていた。

そこで本発明は、抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査することができる品質検査装置、抵抗スポット溶接装置、品質検査プログラム、および品質検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、下記の構成からなる。
（１） 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査装置であって、
溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定部と、
前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出部と、
溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出部と、を備える、
品質検査装置。
（２） 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査プログラムであって、
プロセッサとメモリとを有する品質検査装置に、
溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定機能と、
前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出機能と、
溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて推定するナゲット径算出機能と、
を実現させる、品質検査プログラム。
（３） 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接について、
プロセッサとメモリとを有する品質検査装置が実行する、
溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定ステップと、
前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出ステップと、
溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出ステップと、を備える、
品質検査方法。

本発明によれば、抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査することができる品質検査装置、抵抗スポット溶接装置、品質検査プログラム、および品質検査方法を提供することができる。

抵抗スポット溶接に用いられる溶接機の概略構成図である。 超高張力鋼板同士の抵抗スポット溶接における通電波形を示すグラフである。 チリが発生した場合の抵抗スポット溶接についての、第１の予測モデルによる予測ナゲット径の精度を示すグラフである。 抵抗スポット溶接システムを示す概略図である。 品質検査装置の処理例を示すフローチャートである。 チリの発生による、電気抵抗の測定値への影響を示すグラフである。 電気抵抗の急落箇所の特定を例示する概念図である。 電気抵抗の急落量の算出処理を例示するフローチャートである。 音圧および電極加圧力のそれぞれに対する、チリの影響を示すグラフである。 音圧と電極加圧力のそれぞれの最大値と最小値との間の差と、チリの有無との関係を示す散布図である。 チリが発生した場合の抵抗スポット溶接についての、第２の予測モデルによる予測ナゲット径の精度を示すグラフである。 チリが発生した場合の合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板同士の抵抗スポット溶接についての、第２の予測モデルによる予測ナゲット径の精度を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、抵抗スポット溶接に用いられる溶接機の概略構成図である。

溶接機１００は、一対の電極１１３および１１５と、一対の電極１１３および１１５に接続された溶接トランス部１１７と、溶接トランス部１１７に電源部１１８からの溶接電力を供給する制御部１１９と、一対の電極１１３および１１５を軸方向に移動させる電極駆動部１２０とを備える。制御部１１９は、電流値、溶接時間、電極加圧力、通電タイミング、加圧タイミング等を統合的に制御する。

溶接機１００は抵抗スポット溶接を行う。溶接機１００は、一対の電極１１３および１１５の間に、金属材料から成る被溶接材を複数重ね合わせて挟み込む。金属材料は例えばアルミニウム材であるが、これには限られない。本実施の形態においては、金属材料２１と金属材料２３の２枚を重ね合わせて対して抵抗スポット溶接している。ただし、重ね合わせる枚数は２枚には限られない。

溶接機１００は、挟持した一対の電極１１３および１１５の間に通電を行って、金属材料同士を溶融して接合する。また、電極駆動部１２０による電極１１３および１１５の駆動によって、被溶接材を板厚方向に加圧する。この加圧状態で、制御部１１９からの指令に基づいて溶接トランス部１１７が電極１１３および１１５の間で通電する。これにより、電極１１３および１１５に挟まれた複数の被溶接材の間にナゲット２５が形成され、複数の被溶接材が一体化された溶接継手（接合体）が得られる。

一対の電極１１３および１１５は、それぞれ電極内部に冷却部を備える。冷却部の冷却方式は特に限定されないが、図１に示す構成では、電極１１３および１１５にそれぞれ形成された凹部に冷却用パイプが配置され、冷却用パイプから水等の冷却媒体が供給されることで、電極１１３および１１５が冷却される。

制御部１１９は、所定のタイミングで溶接トランス部１１７から一対の電極１１３および１１５間に通電させる。

（第１の予測モデルによる、チリ発生時の抵抗スポット溶接における品質検査）
抵抗スポット溶接において、チリが発生することがある。出願人は、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接において、溶接中の瞬間発熱量の時間積分値を特徴量とする第１の予測モデルを用いてナゲット径を予測した。

出願人は、第１の予測モデルによるナゲット径の予測について、品質検査の試験を行った。試験における被溶接材、電極、および溶接機として、以下のものを使用した。

非溶接材は、上板と下板の２枚を重ね合わせた。上板も下板も超高張力鋼板を用いた。なお、超高張力鋼板は、超ハイテンとも呼ばれている。上板および下板の試験片形状は幅４０ｍｍ、長さ１２５ｍｍとした。上板と下板を重ね合わせて抵抗スポット溶接を行った。

電極としては、下記の形状１～３の３種類を用いた。
（形状１）ＤＲ形電極、φ１６ｍｍ－６ｍｍ、先端Ｒ４０、クロム銅
（形状２）Ｒ形電極、φ１６ｍｍ、先端Ｒ８、クロム銅
（形状３）Ｒ形電極、φ１６ｍｍ、先端Ｒ２０、クロム銅

溶接機は、直流インバータ式のものを用いた。

図２は、超高張力鋼板同士の抵抗スポット溶接における通電波形を示すグラフである。グラフ中、横軸は時間を、縦軸は溶接電流または電極加圧力を表わす。溶接電流の単位はｋＡであり、電極加圧力の単位はｋＮである。

加圧中の通電開始までの時間をＴ_Ｓとする。通電開始から通電終了までの時間をＴ_Ｗとする。通電終了から加圧終了までの時間をＴ_Ｈとする。

試験における、抵抗スポット溶接についての溶接条件を示す表を、表１として記載する。

図３は、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接についての、第１の予測モデルによる予測ナゲット径の精度を示すグラフである。

図３には、溶接電流が１２ｋＡ、ナゲット径の狙い値６√ｔ（８．５ｍｍ）のものを抜粋してプロットしている。図３に示したグラフの横軸は、抵抗スポット溶接によって得られた実際のナゲット径を示している。グラフの縦軸は、第１の予測モデルによる予測ナゲット径を示している。斜めに伸びる破線は、実測値である抵抗スポット溶接によって得られた実際のナゲット径と予測値である第１の予測モデルによる予測ナゲット径が一致する理想的な線（以下、理想線と記載）を示している。予測ナゲット径と実際のナゲット径とが一致する場合、溶接結果を示す点がこの理想線の上にプロットされる。

図３のグラフに見られるように、第１の予測モデルによる予測の場合、予測ナゲット径と実際のナゲット径との間にある程度の乖離が見られた。

そこで発明者は、特徴量として抵抗値を用いた後述の第２の予測モデルによる品質検査をさらに考案した。

図４は、抵抗スポット溶接システムを示す概略図である。

抵抗スポット溶接システム２００は、品質検査装置５と、溶接機３と、溶接機３を制御する溶接制御装置１と、を備える。抵抗スポット溶接システム２００は、溶接電源２をさらに含んでいてよい。

溶接機３は、図示を省略する一対の電極を備える。一対の電極は、重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持する。溶接機３は一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接を行う。

溶接電源２は、溶接機３が備える一対の電極に電力を供給する。

溶接制御装置１は、溶接電源２および溶接機３を制御する。

溶接制御装置１は、溶接条件選定部１１と、溶接電流調整部１２と、溶接時間調整部１３と、時間調整部１４と、電極加圧力調整部１５とを備える。溶接制御装置１は、図示を省略する入力部や出力部などをさらに備えていてよい。入力部はユーザ入力を受け付ける。出力部はユーザに対して情報を出力する。

溶接条件選定部１１は、ユーザ入力等に応じて溶接条件を設定する。溶接条件として、例えば表１に示したＴ_Ｓ、Ｔ_Ｗ、Ｔ_Ｈ、溶接電流Ｉ、電極加圧力Ｆ、板隙、打角、電極形状などがある。溶接条件はこれらには限られない。

溶接電流調整部１２は、溶接条件選定部１１によって設定された溶接条件に応じて、溶接電流を調整する。溶接時間調整部１３は、溶接条件選定部１１によって設定された溶接条件に応じて、溶接時間を調整する。

時間調整部１４は、溶接条件選定部１１によって設定された溶接条件に応じて、スクイズ、クール、ホールドなどの時間を調整する。

電極加圧力調整部１５は、溶接条件選定部１１によって設定された溶接条件に応じて、溶接機３が備える一対の電極による電極加圧力を調整する。

品質検査装置５は、プロセッサ５１とメモリ５２とを含む。品質検査装置５は、測定デバイス５３と、表示デバイス５４と、通信デバイス５５とをさらに含んでいてよい。

プロセッサ５１は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を含んでよい。プロセッサ５１は、各種集積回路（例えばＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ））により構成されてもよい。プロセッサ５１は、メモリ５２に保持された品質検査プログラムを実行することで、算出部５１１、特徴量抽出部５１２、チリ判定部５１３、およびナゲット径算出部５１４などの各種機能を実現する。

算出部５１１は、電圧および溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する。算出部５１１は、瞬間発熱量をさらに算出してよい。

特徴量抽出部５１２は、特徴量を抽出する。

チリ判定部５１３は、溶接におけるチリの発生の有無を判定する。

ナゲット径算出部５１４は、溶接後に得られる溶接部のナゲット径を、電気抵抗に基づいて算出する。

メモリ５２は、一次記憶装置（例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。メモリ５２は、二次記憶装置（例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ））又は三次記憶装置（例えば光ディスク又はＳＤカード）等を含んでよい。また、メモリ５２は、外部記憶媒体であってもよい。メモリ５２は、各種データ、情報又はプログラム等を記憶する。メモリ５２は、品質検査プログラムを記憶する。

測定デバイス５３は、溶接中の電圧および溶接電流を測定する。測定デバイス５３は、溶接における電極の電極加圧力と音圧とのうち少なくとも一つをさらに測定してもよい。

表示デバイス５４は、例えばディスプレイ等の情報出力装置であり、プロセッサ５１が処理した情報を表示する。

通信デバイス５５は、各種データ又は情報等を通信する。通信デバイス５５は、有線又は無線による通信方式に従って通信する。通信方式は、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、又は携帯電話用のセルラー通信（例えばＬＴＥ、５Ｇ）、又は近距離通信（例えば、赤外線通信又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信）又は電力線通信等であってもよい。

図５は、品質検査装置の処理例を示すフローチャートである。

測定デバイス５３は、各種の値を測定する（Ｓｔ１１）。各種の値とは、溶接中の電圧および溶接電流などを意味する。測定デバイス５３は、溶接における電極の電極加圧力と音圧とのうち少なくとも一つをさらに測定してもよい。

算出部５１１は、電気抵抗を算出する（Ｓｔ１２）。電気抵抗は、ステップＳｔ１１で測定された電圧と溶接電流とに基づいて、オームの法則すなわち電気抵抗＝電圧／溶接電流により算出可能である。

算出部５１１は、瞬間発熱量を算出する（Ｓｔ１３）。瞬間発熱量は、溶接電流×電圧により算出可能である。

特徴量抽出部５１２は、特徴量を抽出する（Ｓｔ１４）。より具体的には、特徴量抽出部５１２は、特徴量として、電気抵抗の急落量を抽出する。この特徴量は、後述のステップＳｔ１８において、ナゲット径の予測に用いられる。電気抵抗の急落量についての具体的な抽出アルゴリズムについては、図８を参照して後述する。

なお、特徴量抽出部５１２は、電気抵抗の時間的な積分値と、電極加圧力の時間的な積分値とを特徴量としてさらに抽出してもよい。そして、電気抵抗の時間的な積分値と、電極加圧力の時間的な積分値とが追加の特徴量として、後述のステップＳｔ１８において、ナゲット径の予測に用いられてもよい。なお時間的な積分値は、溶接中の時間帯についての時間的な積分値である。

チリ判定部５１３は、溶接におけるチリの発生の有無を判定する（Ｓｔ１５）。チリの発生の有無の判定について詳しくは後述する。チリが発生している場合（Ｓｔ１６：ＹＥＳ）はステップＳｔ１８に処理が遷移する。チリが発生していない場合（Ｓｔ１６：ＮＯ）はステップＳｔ１７に処理が遷移する。

ステップＳｔ１７においてナゲット径算出部５１４は、チリ無しとして、溶接後に得られる溶接部のナゲット径を算出する。この場合、瞬間発熱量を特徴量とする第１の予測モデルと、電気抵抗を特徴量とする第２の予測モデルのうち、いずれを用いてもよい。すなわち、チリ判定部５１３がチリの発生を検知しなかった場合（Ｓｔ１５：ＮＯ）、ナゲット径算出部５１４は、瞬間発熱量または電気抵抗に基づいてナゲット径を算出する。

ステップＳｔ１８においてナゲット径算出部５１４は、チリ有りとして、溶接後に得られる溶接部のナゲット径を電気抵抗に基づいて算出する。具体的には、チリ判定部５１３がチリの発生を検知した場合（Ｓｔ１６：ＹＥＳ）、ナゲット径算出部５１４は、電気抵抗の急落量に基づいてナゲット径を算出する。

より特定的には、チリ判定部５１３がチリの発生を検知した場合（Ｓｔ１６：ＹＥＳ）、ナゲット径算出部５１４は、電気抵抗の急落量に基づいてナゲット径を算出する。

なお、ナゲット径算出部５１４では、電気抵抗の急落量に加えて、前記電気抵抗の積分値と、前記電極加圧力の積分値とにさらに基づいてナゲット径を算出してもよい。

表示デバイス５４は、溶接品質を表示する（Ｓｔ１９）。表示される溶接品質は、算出されたナゲット径を示す情報、もしくはナゲット径に基づいて生成された情報などであってよい。

（チリ有りの場合のナゲット径の算出）
図３を参照して上述したように、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接においては、第１の予測モデルによる予測ナゲット径と実際のナゲット径との間にある程度の乖離が見られた。そのため、本開示の実施形態においては、チリが発生した場合のナゲット径の算出方法をさらに考案した。

図６は、チリの発生による、電気抵抗の測定値への影響を示すグラフである。グラフの横軸は時間を表している。グラフの縦軸は溶接電流または抵抗を表している。

発明者の鋭意研究の結果、チリが発生する時に、電気抵抗が急落する現象が観測された。グラフにおいては、電気抵抗が急落している３つのフェーズＰ１、Ｐ２およびＰ３を図示している。

そこで、本開示の一以上の実施形態に係る品質検査装置５は、電圧および溶接電流の測定値から算出した電気抵抗の値が急落しているか否かを特定し、この急落がある時にはチリが発生していると判定（ステップＳｔ１５）して、チリ有りを前提としたナゲット径の算出（ステップＳｔ１８）を行う。なおチリ判定部５１３は、後述する電気抵抗の急落量が所定の値以上である場合に、電気抵抗の値が急落していると判定してよい。

（電気抵抗の急落量）
図７は、電気抵抗の急落箇所の特定を例示する概念図である。図８は、電気抵抗の急落量の算出処理を例示するフローチャートである。図７および図８を併せて参照しつつ、電気抵抗の急落量の算出処理の例について説明する。

プロセッサ５１は、電気抵抗Ｒの測定値を平滑化する（Ｓｔ２１）。これにより、測定値に含まれるノイズをキャンセリングすることができる。

プロセッサ５１は、電気抵抗Ｒの微分値Ｒ’を取得する（Ｓｔ２２）。プロセッサ５１は、電気抵抗Ｒの減少している部分を抽出する（Ｓｔ２３）。

プロセッサ５１は、電気抵抗Ｒの減少している部分のうち、連続的に減少している部分を排除する（Ｓｔ２４）。連続的とは、例えば１５ミリ秒以上連続していることを意味していが、１５ミリ秒はあくまで一例であり、連続的であるか否かの閾値として、他の秒数を採用してもよい。

プロセッサ５１は、抽出済みの部分のうち排除されていない部分から、電気抵抗Ｒの微分値Ｒ’が閾値以下の点を抽出する（Ｓｔ２５）。例えば、電気抵抗が５ｍｓで０．００２５ｍΩ下がることを想定すると、電気抵抗は－０．５×１０^－３（Ω／秒）の傾きで変化することになるので、閾値として－０．５×１０^－３と設定する。なお、この設定閾値はあくまで例示であり、他の値であってもよい。

プロセッサ５１は、ステップＳｔ２５で抽出された点を含む急落について、開始点と終了点とを特定する（Ｓｔ２６）。急落の開始点は、電気抵抗Ｒの微分値Ｒ’がプラスからマイナスに転じる時の、時間的な意味での最初のデータ点である。なお、微分値Ｒ’がちょうど０になるタイミングの測定値が得られるとは限らないため、微分値Ｒ’がプラスからマイナスに転じる時の最初のデータ点を開始点として特定している。急落の終了点は、電気抵抗Ｒの微分値Ｒ’がマイナスからプラスに転じる時の、時間的な意味での最初のデータ点である。

プロセッサ５１は、急落開始領域の抵抗値を取得する（Ｓｔ２７）。例えば、急落開始領域の抵抗値として、ステップＳｔ２６で特定した急落の開始点の前２ミリ秒における抵抗値の平均値を採用する。

プロセッサ５１は、急落終了領域の抵抗値を取得する（Ｓｔ２８）。例えば、急落終了領域の抵抗値として、ステップＳｔ２６で特定した急落の終了点の前後１ミリ秒における抵抗値の平均値を採用する。

プロセッサ５１は、電気抵抗Ｒの急落量を算出する（Ｓｔ２９）。電気抵抗Ｒの急落量は、ステップＳｔ２７で取得した急落開始領域の抵抗値からステップＳｔ２８で取得した急落終了領域の抵抗値を減算したものである。

（チリの有無の判定）
図９は、音圧および電極加圧力のそれぞれに対する、チリの影響を示すグラフである。各グラフ共に、横軸は時間を示している。縦軸は、音圧のグラフについては抵抗と音圧とを、電極加圧力のグラフについては溶接電流と電極加圧力とを、それぞれ示している。各グラフの上部に、溶接条件の一部を記載した。例えばチリ無しの場合における音圧のグラフについての溶接条件は、溶接電流が５．０ｋＡであり、板隙が０ｍｍであり、打角が０度である。

チリ無しの場合の音圧と、チリ有りの場合の音圧とを比較すると、チリ有りの場合の方が音圧の上下への振れ幅が大きい。チリ無しの場合の電極加圧力と、チリ有りの場合の電極加圧力とを比較すると、チリ有りの場合の方が電極加圧力の上下への振れ幅が大きい。そこで本願出願人は、この振れ幅を、チリの有無の判定に用いることとした。

図１０は、音圧と電極加圧力のそれぞれの最大値と最小値との間の差と、チリの有無との関係を示す散布図である。横軸は試験的に行った抵抗スポット溶接を示しており、縦軸は最大値－最小値を計算した値を示している。

チリ無しの場合の抵抗スポット溶接については、音圧の最大値－最小値が０．２以下となった。一方、チリ有りの場合の抵抗スポット溶接については、音圧の最大値－最小値が０．２を超えていた。

チリ無しの場合の抵抗スポット溶接については、電極加圧力の最大値－最小値がおよそ２以下となった。一方、チリ有りの場合の抵抗スポット溶接については、電極加圧力の最大値－最小値が２を大きく超えていた。

上記の試験結果に基づき、発明者は、音圧または電極加圧力の最大値－最小値が、チリの有無と強く相関していることを発見した。

そのため、図５のステップＳｔ１５においてチリ判定部５１３は、チリの発生の有無を、電極加圧力または音圧の最大値と最小値との間の差に基づいて判定するようにした。より具体的には、チリ判定部５１３は、電極加圧力または音圧の最大値と最小値との間の差が所定の閾値より大きいか小さいかに基づいて、チリの発生の有無を判定する。

（第２の予測モデルによる、チリ発生時の抵抗スポット溶接における品質検査）
発明者は、特徴量として電気抵抗の急落量を用いた第２の予測モデルを作成した。予測モデルとして、ナゲット径＝ｂ_１＋ｆ（ｘ_１）＋ｆ（ｘ_２）＋……という形式の一般化加法モデルを採用した。ｂ_１は定数であり、ｆは関数である。ｎを１以上の整数とするとき、ｘ_ｎは、電気抵抗が急落している第ｎ番目のフェーズにおける特徴量を意味している。例えば図６の例では、電気抵抗はフェーズＰ１、Ｐ２およびＰ３の３つのフェーズで急落しているので、一般化加法モデルとしての予測モデルは、以下のような形式になる。
ナゲット径＝ｂ_１＋ｆ（ｘ_１）＋ｆ（ｘ_２）＋ｆ（ｘ_３）

チリが発生した場合の抵抗スポット溶接に対する、第２の予測モデルについての予測精度は、以下のようなものとなった。

図１１は、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接についての、第２の予測モデルによる予測ナゲット径の精度を示すグラフである。

図１１には、溶接電流が１２ｋＡ、ナゲット径の狙い値６√ｔ（８．５ｍｍ）のものを抜粋してプロットしている。図１１に示したグラフの横軸は、抵抗スポット溶接によって得られた実際のナゲット径を示している。グラフの縦軸は、第２の予測モデルによる予測ナゲット径を示している。斜めに伸びる破線は理想線を示している。予測ナゲット径と実際のナゲット径とが一致する場合、溶接結果を示す点がこの理想線の上にプロットされる。

図１１のグラフに見られるように、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接において、第２の予測モデルは、第１の予測モデルよりも理想線に近い位置にプロットが集まっている。すなわち、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接において、第２の予測モデルの方が、第１の予測モデルよりも予測精度が高いことが確認された。

（合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板についての、チリ発生時のスポット溶接）
発明者は、合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板、通称めっきハイテンについても、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接において、第２の予測モデルを用いてナゲット径を予測した。

被溶接材は上板も下板も合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板を用いた。上板および下板の試験片形状は幅４０ｍｍ、長さ１２５ｍｍとした。上板と下板を重ね合わせて抵抗スポット溶接を行った。

電極および溶接機については、超高張力鋼板について上述したものと同じものを使用した。

通電波形については、図２に示したものと同じとした。合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板の抵抗スポット溶接についての溶接条件を示す表を、表２として記載する。

図１２は、チリが発生した場合の合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板同士の抵抗スポット溶接についての、第２の予測モデルによる予測ナゲット径の精度を示すグラフである。

図１２に示したグラフの横軸は、抵抗スポット溶接によって得られた実際のナゲット径を示している。グラフの縦軸は、第２の予測モデルによる予測ナゲット径を示している。斜めに伸びる線は理想線を示している。予測ナゲット径と実際のナゲット径とが一致する場合、溶接結果を示す点がこの理想線の上にプロットされる。

図１２のグラフに見られるように、チリが発生した場合の抵抗スポット溶接において、第２の予測モデルは、理想線に近い位置にプロットが集まっている。すなわち、第２の予測モデルは、合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板同士の抵抗スポット溶接においても、予測精度が高いことが確認された。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査装置であって、
溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定部と、
前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出部と、
溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出部と、を備える、
品質検査装置。
この品質検査装置によれば、抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査することができる。

（２） 溶接におけるチリの発生の有無を判定するチリ判定部をさらに備える、（１）に記載の品質検査装置。
この品質検査装置によれば、チリの発生の有無に応じて異なる特徴量を用いて品質検査を行うことにより、チリが発生している場合であっても発生していない場合であっても高精度で溶接品質を検査することができる。

（３） 前記測定部は、溶接における前記電極の電極加圧力と音圧とのうち少なくとも一つをさらに測定し、
前記チリ判定部は、チリの発生の有無を、前記電極加圧力または前記音圧の最大値と最小値との間の差に基づいて判定する、（２）に記載の品質検査装置。
この品質検査装置によれば、チリの発生の有無と相関の高い電極加圧力または音圧に基づいて、チリの発生の有無を精度よく判定することができる。

（４） 前記チリ判定部がチリの発生を検知した場合、前記ナゲット径算出部では、前記電気抵抗の急落量に基づいて前記ナゲット径を算出する、（３）に記載の品質検査装置。
この品質検査装置によれば、チリの発生と相関のある電気抵抗の急落量に基づいて、ナゲット径を高精度で推定することができる。

（５） 前記ナゲット径算出部では、前記電気抵抗の積分値と、前記電極加圧力の積分値とにさらに基づいて、前記ナゲット径を算出する、（４）に記載の品質検査装置。
この品質検査装置によれば、より多くの特徴量に基づいてナゲット径を算出するので、より精度の高い品質検査を行うことができる。

（６）前記（１）から（５）のうちいずれか一つに記載の品質検査装置と、
前記一対の電極を備え、前記被溶接材を挟持した前記一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する溶接機と、
前記溶接機を制御する溶接制御装置と、
を備える、抵抗スポット溶接システム。
この抵抗スポット溶接システムによれば、抵抗スポット溶接を行うことができ、さらに、抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査することができる。

（７） 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査プログラムであって、
プロセッサとメモリとを有する品質検査装置に、
溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定機能と、
前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出機能と、
溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて推定するナゲット径算出機能と、
を実現させる、品質検査プログラム。
この品質検査プログラムによれば、抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査することができる。

（８） 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接について、
プロセッサとメモリとを有する品質検査装置が実行する、
溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定ステップと、
前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出ステップと、
溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出ステップと、を備える、
品質検査方法。
この品質検査方法によれば、抵抗スポット溶接においてチリが発生する場合であっても、高精度で溶接品質を検査することができる。

１ 溶接制御装置
１１ 溶接条件選定部
１２ 溶接電流調整部
１３ 溶接時間調整部
１４ 時間調整部
１５ 電極加圧力調整部
２ 溶接電源
３ 溶接機
５ 品質検査装置
５１ プロセッサ
５１１ 算出部
５１２ 特徴量抽出部
５１３ チリ判定部
５１４ ナゲット径算出部
５２ メモリ
５３ 測定デバイス
５４ 表示デバイス
５５ 通信デバイス
１００ 溶接機
１１３、１１５ 電極
１１７ 溶接トランス部
１１８ 電源部
１１９ 制御部
１２０ 電極駆動部
２００ 抵抗スポット溶接システム

Claims (8)

1. 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査装置であって、
   溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定部と、
   前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出部と、
   溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出部と、を備える、
   品質検査装置。
2. 溶接におけるチリの発生の有無を判定するチリ判定部をさらに備える、
   請求項１に記載の品質検査装置。
3. 前記測定部は、溶接における前記電極の電極加圧力と音圧とのうち少なくとも一つをさらに測定し、
   前記チリ判定部は、チリの発生の有無を、前記電極加圧力または前記音圧の最大値と最小値との間の差に基づいて判定する、
   請求項２に記載の品質検査装置。
4. 前記チリ判定部がチリの発生を検知した場合、前記ナゲット径算出部では、前記電気抵抗の急落量に基づいて前記ナゲット径を算出する、
   請求項３に記載の品質検査装置。
5. 前記ナゲット径算出部では、前記電気抵抗の積分値と、前記電極加圧力の積分値とにさらに基づいて、前記ナゲット径を算出する、
   請求項４に記載の品質検査装置。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか一つに記載の品質検査装置と、
   前記一対の電極を備え、前記被溶接材を挟持した前記一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する溶接機と、
   前記溶接機を制御する溶接制御装置と、
   を備える、抵抗スポット溶接システム。
7. 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接についての品質検査プログラムであって、
   プロセッサとメモリとを有する品質検査装置に、
   溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定機能と、
   前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出機能と、
   溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて推定するナゲット径算出機能と、
   を実現させる、品質検査プログラム。
8. 重ねあわされた複数の金属材料から成る被溶接材を挟持した一対の電極間に通電を行って前記金属材料同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接について、
   プロセッサとメモリとを有する品質検査装置が実行する、
   溶接中の電圧および溶接電流を測定する測定ステップと、
   前記電圧および前記溶接電流に基づいて電気抵抗を算出する算出ステップと、
   溶接後に得られる溶接部のナゲット径を前記電気抵抗に基づいて算出するナゲット径算出ステップと、を備える、
   品質検査方法。

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