JP5203331B2 - Design method of welding electrode with built-in ultrasonic sensor - Google Patents
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Description
本発明は、溶接中にナゲットの反射波を識別する超音波センサが内蔵されている溶接電極の設計技術に関する。 The present invention relates to a welding electrode design technique in which an ultrasonic sensor for identifying a reflected wave of a nugget during welding is incorporated.
スポット溶接では、溶接後に例えば2枚の鋼板の接触部に生成される溶融凝固した溶接金属をナゲットと呼び、溶接部の接合強度はナゲットの大きさを示すナゲット径で評価する。 In spot welding, for example, a melted and solidified weld metal generated at the contact portion between two steel plates after welding is called a nugget, and the joint strength of the welded portion is evaluated by a nugget diameter indicating the size of the nugget.
そこで、超音波プローブを内部に備えた電極が提案されている(例えば、特許文献1参照(図1)。)。 Thus, an electrode having an ultrasonic probe therein has been proposed (for example, see Patent Document 1 (FIG. 1)).
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図10は従来の技術の基本構成を説明する図であり、溶接電極100は、溶接キャップ101を先端に取り付ける中空状のシャフト102と、溶接キャップ101の内底面103に置いた接続パッド104を介して溶接キャップ101及び中空状のシャフト102の先端部105に内蔵する超音波プローブ106と、この超音波プローブ106を後方から押さえると共に中空状のシャフト102に挿入するプローブホルダ107と、このプローブホルダ107から延長すると共に中空状のシャフト102に挿入する冷却水パイプ108と、超音波プローブ106の後端から図上へ延長すると共にプローブホルダ107及び冷却水パイプ108に挿入する信号ライン109とからなる。
FIG. 10 is a diagram for explaining the basic configuration of the prior art. The
図11は反射波の到達時間を説明する図であり、超音波が接続パッド(以下、信号伝達部材と言う。)104内を移動する時間をTdとすると、溶接キャップ(以下、溶接チップと言う。)101の上面で反射した反射波116の到達時間は2Tdとなる。
同様に、超音波が溶接チップ101内を移動する時間をTtとするとワーク117Aの上面で反射した反射波118の到達時間は2(Td+Tt)となる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the arrival time of the reflected wave. When the time during which the ultrasonic wave moves in the connection pad (hereinafter referred to as a signal transmission member) 104 is Td, the welding cap (hereinafter referred to as a welding tip) is illustrated. .) The arrival time of the
Similarly, when the time for the ultrasonic wave to move in the
超音波がナゲット119まで移動する時間をTnとすると、このナゲット119で反射した反射波121の到達時間は2(Td+Tt+Tn)となる。
さらに、超音波がワーク117A内を移動する時間をTwとすると、ワーク117Aの下面(すなわち、ワーク117Bの上)で反射した反射波122の到達時間は2(Td+Tt+Tw)となる。
Assuming that the time required for the ultrasonic wave to travel to the
Furthermore, when the time for which the ultrasonic wave moves in the
図12は反射波の波形図であり、(a)に示すように、横軸を時間、縦軸を強度とすると、反射波116、118、121、122がこの順で出現する。反射波121がナゲットの評価に係る波である。
FIG. 12 is a waveform diagram of the reflected wave. As shown in FIG. 12A, when the horizontal axis represents time and the vertical axis represents intensity, the
ところで、図11において、反射波116が超音波プローブ(以下、超音波センサと言う。)106の下面で反射され、この反射分が再度、信号伝達部材104を通って信号伝達部材104の先端で反射する現象が不可避的に発生する。この波が、図12(b)に示される二次波123である。
In FIG. 11, the
(a)に(b)を重ねると、反射波121に二次波123が重なることが分かる。すると、波形図において、反射波121と二次波123とを区別することが難しくなり、ナゲットの評価に悪影響がでる。
When (b) is superimposed on (a), it can be seen that the
そこで、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極が求められる。 Therefore, a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor that can eliminate the influence of secondary waves is required.
本発明は、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極の設計技術を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a design technique for a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor that can eliminate the influence of a secondary wave.
請求項1に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTwとしたときに、(Tt+Tw<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw<Tt)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
The invention according to
When the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member is Td, the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip is Tt, and the time for the ultrasonic wave to move in the workpiece is Tw ( The signal transmission member is designed to satisfy the condition of Tt + Tw <Td), and the welding tip is designed to satisfy the condition of (Tw <Tt).
請求項2に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をTα、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTwとしたときに、(Tt−Tα+Tw<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw<Tt−Tα)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a welding tip that contacts a workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece, an ultrasonic sensor that emits an ultrasonic wave and receives a reflected wave, and the ultrasonic sensor and the welding tip. An ultrasonic sensor built-in welding electrode including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted by the ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor. Design method,
Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tα is the time for the ultrasonic wave to move the maximum wear length of the welding tip, The signal transmission member is designed so as to satisfy the condition of (Tt−Tα + Tw <Td), where Tw is the time during which the ultrasonic wave moves within the workpiece, and the condition of (Tw <Tt−Tα) is satisfied. The welding tip is designed as described above.
請求項3に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTw、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTγとしたときに、(Tt+Tβ+Tw+Tγ<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a welding tip that contacts a workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece, an ultrasonic sensor that emits an ultrasonic wave and receives a reflected wave, and the ultrasonic sensor and the welding tip. An ultrasonic sensor built-in welding electrode including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted by the ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor. Design method,
The time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member is Td, the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip is Tt, the time delay of the ultrasonic wave due to the temperature rise of the welding tip is Tβ, The signal transmission member is designed to satisfy the condition of (Tt + Tβ + Tw + Tγ <Td), where Tw is a time during which the sound wave moves within the work and Tγ is a time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the work. , (Tw−Tβ + Tγ <Tt), the welding tip is designed to satisfy the condition.
請求項4に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をTα、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTw、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTγとしたときに、(Tt−Tα+Tβ+Tw+Tγ<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw+Tα−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a welding tip that contacts a workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece, an ultrasonic sensor that emits ultrasonic waves and receives reflected waves, and the ultrasonic sensor and the welding tips. An ultrasonic sensor built-in welding electrode including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted by the ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor. Design method,
Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tα is the time for the ultrasonic wave to move the maximum wear length of the welding tip, When the time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the welding tip is Tβ, the time for the ultrasonic wave to move in the work is Tw, and the time delay of the ultrasonic wave due to the temperature rise of the work is Tγ. , (Tt−Tα + Tβ + Tw + Tγ <Td), and the signal transmission member is designed to satisfy the condition (Tw + Tα−Tβ + Tγ <Tt), and the welding tip is designed to satisfy the condition (Tw + Tα−Tβ + Tγ <Tt).
請求項1に係る発明では、(Tt+Tw<Td)及び(Tw<Tt)の条件を満足させることで、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。 In the first aspect of the invention, by satisfying the conditions of (Tt + Tw <Td) and (Tw <Tt), the reflected wave from the nugget and the secondary wave can be temporally separated. Therefore, according to this invention, the technique which can design the welding electrode with a built-in ultrasonic sensor which can exclude the influence of a secondary wave is provided.
請求項2に係る発明では、(Tt−Tα+Tw<Td)及び(Tw<Tt−Tα)の条件を満足させることで、溶接チップの摩耗が発生しても、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
In the invention according to
請求項3に係る発明では、(Tt+Tβ+Tw+Tγ<Td)及び(Tw−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満足させることで、溶接チップ及びワークが高温になっても、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
In the invention according to
請求項3に係る発明では、(Tt−Tα+Tβ+Tw+Tγ<Td)及び(Tw+Tα−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満足させることで、溶接チップの摩耗が発生し且つ溶接チップ及びワークが高温になっても、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
In the invention according to
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
先ず、本発明の実施例1を図面に基づいて説明する。
図1(a)は反射波の到達時間を説明する図であり、超音波センサ内蔵溶接電極10は、ワーク11Aに接触してワーク11A、11Bにスポット溶接電流を供給する溶接チップ12と、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサ13と、この超音波センサ13と溶接チップ12との間に介在され超音波センサ13が発する超音波を溶接チップ12に伝達すると共に溶接チップ12が受けた反射波を超音波センサ13に伝達する信号伝達部材14とを含む。
First,
FIG. 1A is a diagram for explaining the arrival time of the reflected wave. The
そして、超音波が信号伝達部材14内を移動する時間をTdとすると、溶接チップ12の上面で反射した反射波15の到達時間は2Tdとなる。
同様に、超音波が溶接チップ12内を移動する時間をTtとするとワーク11Aの上面で反射した反射波16の到達時間は2(Td+Tt)となる。
超音波がナゲット17まで移動する時間をTnとすると、このナゲット17で反射した反射波18の到達時間は2(Td+Tt+Tn)となる。
さらに、超音波がワーク11A内を移動する時間をTwとすると、ワーク11Aの下面(すなわち、ワーク11Bの上面)で反射した反射波19の到達時間は2(Td+Tt+Tw)となる。
If the time for the ultrasonic wave to move in the
Similarly, when the time for the ultrasonic wave to move in the
If the time required for the ultrasonic wave to travel to the
Furthermore, when the time for the ultrasonic wave to move in the
次に、二次波について説明する。
(b)に示すように、信号伝達部材14内を移動する超音波が、溶接チップ12で反射され、この反射波が超音波センサ13で反射され、この反射波が再度溶接チップ12で反射され、このような反射波21が超音波センサ13で読み込まれる。この反射波21は二次波と呼ばれ、反射波21の到達時間は4Tdである。
Next, the secondary wave will be described.
As shown in (b), the ultrasonic wave moving in the
また、信号伝達部材14及び溶接チップ12内を移動する超音波が、ワーク11Aで反射され、この反射波が溶接チップ12で反射され、この反射波が再度溶接ワーク11Aで反射され、このような反射波22が超音波センサ13で読み込まれる。この反射波22は二次波と呼ばれ、反射波22の到達時間は2(Td+2Tt)である。
Further, the ultrasonic wave moving in the
図2は、図1に対応する波形図である。
図2(a)に示すように、横軸を時間、縦軸を強度とすると、反射波15、16、18、19がこの順で出現する。反射波18がナゲットの評価に係る波である。
(b)は、反射波15の二次波21を示す波形図であり、二次波21は、横軸の4Td(すなわち、2Tdの2倍)で出現する。
(c)は、二次波22を示す波形図であり、この二次波22は、横軸の2(Td+2Tt)で出現する。
FIG. 2 is a waveform diagram corresponding to FIG.
As shown in FIG. 2A, when the horizontal axis is time and the vertical axis is intensity, reflected waves 15, 16, 18, and 19 appear in this order. The reflected
(B) is a waveform diagram showing the
(C) is a waveform diagram showing the
(a)に示す反射波19より、(b)に示す二次波21が図右にあり、且つ(c)に示す二次波22が図右にあれば、少なくとも、最重要な反射波18に二次波21、22が重なる心配はない。
具体的には、(a)と(b)を比較することにより、2(Td+Tt+Tw)<4Tdの条件式が導き出される。この条件式を整理すると、(Td+Tt+Tw)<2Tdとなり、さらに、(Tt+Tw)<Tdとなる。
同様に、(a)と(c)を比較することにより、2(Td+Tt+Tw)<2(Td+2Tt)の条件式が導き出される。この条件式を整理すると、(Td+Tt+Tw)<(Td+2Tt)となり、さらに、Tw<Ttとなる。
If the
Specifically, a conditional expression 2 (Td + Tt + Tw) <4Td is derived by comparing (a) and (b). By arranging this conditional expression, (Td + Tt + Tw) <2Td, and (Tt + Tw) <Td.
Similarly, by comparing (a) and (c), a conditional expression of 2 (Td + Tt + Tw) <2 (Td + 2Tt) is derived. When this conditional expression is arranged, (Td + Tt + Tw) <(Td + 2Tt) and Tw <Tt.
すなわち、超音波が信号伝達部材内を移動する時間をTd、超音波が溶接チップ内を移動する時間をTt、超音波が前記ワーク内を移動する時間をTwとしたときに、(Tt+Tw<Td)の条件を満たすように信号伝達部材が設計され、(Tw<Tt)の条件を満たすように溶接チップが設計される超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が推奨される。 That is, when Td is the time for the ultrasonic wave to move within the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move within the welding tip, and Tw is the time for the ultrasonic wave to move within the workpiece, (Tt + Tw <Td The method of designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor in which the signal transmission member is designed so as to satisfy the condition (2) and the welding tip is designed so as to satisfy the condition (Tw <Tt) is recommended.
すなわち、溶接チップや信号伝達部材の長さの調整や素材を変えて、TdやTtの発生時間を調整することにより、上記設計方法が達成される。波長を短くするには、超音波センサに内蔵するダンパー材を調整することや、振動素子を薄くすることで実施できる。
以下同様。
That is, the above design method is achieved by adjusting the generation time of Td and Tt by adjusting the length of the welding tip and the signal transmission member and changing the material. In order to shorten the wavelength, it is possible to adjust the damper material built in the ultrasonic sensor or to make the vibration element thinner.
The same applies below.
次に、溶接チップの摩耗を考慮した、本発明の実施例2を、図面に基づいて説明する。
図3(a)は反射波の到達時間を説明する図であり、基本構成は図1(a)と同じである。ただし、溶接チップ12は、使用により摩耗する。最大、想像線で示す先端線24まで摩耗する。
Next, Example 2 of the present invention in consideration of wear of a welding tip will be described based on the drawings.
FIG. 3A is a diagram for explaining the arrival time of the reflected wave, and the basic configuration is the same as that in FIG. However, the
超音波が移動する時間は、溶接チップ12においてTtであるが、摩耗代分の時間をTαとすると、摩耗後の溶接チップ12における時間は(Tt−Tα)となる。
The time for which the ultrasonic wave moves is Tt in the
すると、図1(a)に示す「Tt」は、全て「(Tt−Tα)」に置き換えればよいこととなる。
結果、図1(a)が図3(b)に書き換えられる。
Then, all “Tt” shown in FIG. 1A may be replaced with “(Tt−Tα)”.
As a result, FIG. 1A is rewritten to FIG.
そして、図2の波形図は、図4に改められる。
図4において、(a)と(b)を比較することにより、2(Td+Tt−Tα+Tw)<4Tdの条件式が導き出される。この条件式を整理すると、(Td+Tt−Tα+Tw)<2Tdとなり、さらに、(Tt−Tα+Tw)<Tdとなる。
同様に、(a)と(c)を比較することにより、2(Td+Tt−Tα+Tw)<2(Td+2Tt−2Tα)の条件式が導き出される。この条件式を整理すると、(Td+Tt−Tα+Tw)<(Td+2Tt−2Tα)となり、さらに、Tw<Tt−Tαとなる。
The waveform diagram of FIG. 2 is revised to FIG.
In FIG. 4, by comparing (a) and (b), a conditional expression of 2 (Td + Tt−Tα + Tw) <4Td is derived. By arranging this conditional expression, (Td + Tt−Tα + Tw) <2Td, and (Tt−Tα + Tw) <Td.
Similarly, by comparing (a) and (c), a conditional expression of 2 (Td + Tt−Tα + Tw) <2 (Td + 2Tt−2Tα) is derived. If this conditional expression is arranged, (Td + Tt−Tα + Tw) <(Td + 2Tt−2Tα) and Tw <Tt−Tα.
すなわち、超音波が信号伝達部材内を移動する時間をTd、超音波が溶接チップ内を移動する時間をTt、超音波が溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をTα、超音波が前記ワーク内を移動する時間をTwとしたときに、(Tt−Tα+Tw<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw<Tt−Tα)の条件を満たすように溶接チップが設計される超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が推奨される。 That is, Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tα is the time for the ultrasonic wave to move the maximum wear length of the welding tip, The signal transmission member is designed so as to satisfy the condition of (Tt−Tα + Tw <Td) when the time for moving in the workpiece is Tw, and the welding tip is set so as to satisfy the condition of (Tw <Tt−Tα). The design method of the welding electrode with a built-in ultrasonic sensor to be designed is recommended.
ところで、超音波の速度は、温度が高まると遅くなる。溶接チップ及びワークに大電流が流され、加熱されるため、溶接チップ及びワークでの温度を考慮する必要がある。信号伝達部材は温度変化が少ないため考慮する必要はない。 By the way, the speed of the ultrasonic wave decreases as the temperature increases. Since a large current flows through the welding tip and the workpiece and is heated, it is necessary to consider the temperature at the welding tip and the workpiece. There is no need to consider the signal transmission member because the temperature change is small.
そこで、加熱を考慮した、本発明の実施例3を、図面に基づいて説明する。
図5は反射波の到達時間を説明する図であり、溶接チップ12における超音波の通過時間Ttが、加熱によりTβだけ長くなった。同様に、ワーク11Aにおける超音波の通過時間Twが、加熱によりTγだけ長くなった。
Then, Example 3 of the present invention in consideration of heating is described based on a drawing.
FIG. 5 is a diagram for explaining the arrival time of the reflected wave, and the ultrasonic wave passing time Tt in the
すると、図1(a)に示す「Tt」は、全て「(Tt+Tβ)」に置き換え、「Tw」は、全て「(Tw+Tγ)」に置き換えればよいこととなる。TβとTγの求め方については後述する。
結果、図5に示す時間が得られる。
Then, “Tt” shown in FIG. 1A may be replaced with “(Tt + Tβ)” and “Tw” may be replaced with “(Tw + Tγ)”. A method for obtaining Tβ and Tγ will be described later.
As a result, the time shown in FIG. 5 is obtained.
そして、図2の波形図は、図6に改められる。
図6において、(a)と(b)を比較することにより、2(Td+Tt+Tβ+Tw+Tγ)<4Tdの条件式が導き出される。この条件式を整理すると、(Td+Tt+Tβ+Tw+Tγ)<2Tdとなり、さらに、(Tt+Tβ+Tw+Tγ)<Tdとなる。
The waveform diagram of FIG. 2 is revised to FIG.
In FIG. 6, by comparing (a) and (b), a conditional expression of 2 (Td + Tt + Tβ + Tw + Tγ) <4Td is derived. When this conditional expression is arranged, (Td + Tt + Tβ + Tw + Tγ) <2Td and further (Tt + Tβ + Tw + Tγ) <Td.
なお、Tβが大きくなる程、(b)に示す二次波21が、(a)に示す反射波18に接近し、重なる危険が高まる。すなわち、一番遅れが大きいときが最も重なりやすいときなので、Tβは新品の溶接チップ(チックが最大のとき)の温度上昇により、一番遅れが出るときの遅れ時間とする。
As Tβ increases, the
同様に、(a)と(c)を比較することにより、2(Td+Tt+Tβ+Tw+Tγ)<2(Td+2Tt+2Tβ)の条件式が導き出される。この条件式を整理すると、(Td+Tt+Tβ+Tw+Tγ)<(Td+2Tt+2Tβ)となり、さらに、Tw−Tβ+Tγ<Ttとなる。 Similarly, by comparing (a) and (c), a conditional expression of 2 (Td + Tt + Tβ + Tw + Tγ) <2 (Td + 2Tt + 2Tβ) is derived. If this conditional expression is rearranged, (Td + Tt + Tβ + Tw + Tγ) <(Td + 2Tt + 2Tβ), and Tw−Tβ + Tγ <Tt.
次に、溶接チップ12における遅れ時間Tβの求め方を説明する。
図7(a)に示すように、ワーク11Aの上面による反射波24での時間は、2(Td+Tt)となる。
溶接チップ12が加熱されると、超音波が遅くなる。この遅れ時間Tβを加えた2(Td+Tt+Tβ)が、加熱時における反射波25の移動時間となる。
Next, how to determine the delay time Tβ in the
As shown in FIG. 7A, the time taken by the reflected
When the
(b)に示すように、反射波24、25の出現時間を横軸に取る。そして、パルス電流により溶接を施す。初回のパルスを「受信番号1」、n回目のパルスを「受信番号n」として、縦軸に沿って下から上へ反射波24、25の出現時間をプロットする。
すると、曲線26が得られる。溶接チップ12が加熱されたことにより、横軸で「遅れTβ」だけ差が認められる。この差が、遅れ時間Tβとなる。
As shown in (b), the appearance time of the reflected waves 24 and 25 is taken on the horizontal axis. Then, welding is performed with a pulse current. With the first pulse as “
Then, the
ただし、(a)に示す手法は、超音波(横波)反射法と呼ばれる。ナゲット17ができるとワーク11の下面における反射波が得られなくなるので、ワーク11A、11Bでの遅れ時間Tγは測定できない。
そこで、Tγは次に示す超音波(縦波)透過法で求める。
However, the method shown in (a) is called an ultrasonic wave (transverse wave) reflection method. When the
Therefore, Tγ is obtained by the following ultrasonic (longitudinal wave) transmission method.
図8(a)に示すように、ワーク11A、11Bを上の溶接チップ12Aと下の溶接チップ12Bで挟む。そして、上の超音波センサ13Aから超音波を発信し、ワーク11A、11Bを透過させ、下の超音波センサ13Bで受信する。超音波の移動に要する時間は温度の影響を受ける。そこで、上の溶接チップ12Aでの遅れ時間をTβ’、ワーク11A、11Bでの遅れ時間をTγ、下の溶接チップ12Bでの遅れ時間をTβ’とする。
As shown in FIG. 8A, the
(b)に示すように、パルス電流により溶接を施す。初回のパルスを「受信番号1」、n回目のパルスを「受信番号n」として、縦軸に沿って下から上へ透過時間をプロットする。
すると、曲線27が得られる。溶接チップ12A、12B及びワーク11A、11Bが加熱されたことにより、横軸で「遅れTβ’+Tγ+Tβ’」だけ差が認められる。この差が、遅れ時間Tβ’+Tγ+Tβ’となる。図7で求めたTβが概ねTβ’と等価とみなすこと、遅れ時間Tγを求めることができる。
As shown in (b), welding is performed with a pulse current. The first pulse is “
Then, the
すなわち、超音波が信号伝達部材内を移動する時間をTd、超音波が溶接チップ内を移動する時間をTt、溶接チップの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをTβ、超音波がワーク内を移動する時間をTw、ワークの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをTγとしたときに、(Tt+Tβ+Tw+Tγ<Td)の条件を満たすように信号伝達部材が設計され、(Tw−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満たすように溶接チップが設計される超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が提供される。 That is, Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tβ is the time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the welding tip, and the ultrasonic wave is in the workpiece. The signal transmission member is designed to satisfy the condition of (Tt + Tβ + Tw + Tγ <Td), where Tw is the moving time and Tγ is the time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the workpiece, and (Tw−Tβ + Tγ <Tt) Provided is a method for designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor in which a welding tip is designed to satisfy a condition.
次に、溶接チップの摩耗と加熱の影響とを考慮した、本発明の実施例4を説明する。この実施例4は、実施例2と実施例3とを合成したものであり、図3〜図8に基づいて導かれるため、詳細な説明は省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention that considers the wear of the welding tip and the influence of heating will be described. Since the fourth embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment and is derived based on FIGS. 3 to 8, detailed description thereof is omitted.
すなわち、超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、超音波が溶接チップ内を移動する時間をTt、超音波が溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をTα、溶接チップの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをTβ、超音波がワーク内を移動する時間をTw、ワークの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをTγとしたときに、(Tt−Tα+Tβ+Tw+Tγ<Td)の条件を満たすように信号伝達部材が設計され、(Tw+Tα−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満たすように溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が提供される。 That is, Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tα is the time for the ultrasonic wave to move the maximum wear length of the welding tip, When the time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise is Tβ, the time that the ultrasonic wave moves in the work is Tw, and the time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the work is Tγ, (Tt−Tα + Tβ + Tw + Tγ <Td) A signal transmission member is designed to satisfy the condition, and a welding tip is designed to satisfy the condition of (Tw + Tα−Tβ + Tγ <Tt).
先に、溶接チップや信号伝達部材の長さの調整や素材を変えて、TdやTtの発生時間を調整することにより、上記設計方法が達成され、波長を短くするには、超音波センサに内蔵するダンパー材を調整することや、振動素子を薄くすることで実施できると説明した。
そこで、次に、波長を短くすることの有効性を詳しく説明する。
First, the above design method is achieved by adjusting the generation time of Td and Tt by adjusting the length of the welding tip and the signal transmission member and changing the material, and in order to shorten the wavelength, an ultrasonic sensor is used. It was explained that it can be implemented by adjusting the built-in damper material or making the vibration element thinner.
Then, next, the effectiveness of shortening the wavelength will be described in detail.
図9(a)に示すように、持続時間(持続時間については(b)、(c)で説明する。)が長い反射波18が出現することがある。この反射波18は、前後の反射波16、19に重なり易くなる。重なると反射波18を識別することが難しくなる。
(b)は(a)に示す反射波18から絶対値をとって描き直した波形図である。
(c)において、描き直した波形の包絡線を描く。この包絡線の最大高さを「1」とし、10%に相当する「0.1」で横線を引き、この横線と包絡線との交点(2つ)の間隔を、持続時間Tsと定義する。
As shown in FIG. 9A, a reflected
(B) is a waveform diagram redrawn by taking an absolute value from the reflected
In (c), an envelope of the redrawn waveform is drawn. The maximum height of this envelope is “1”, a horizontal line is drawn with “0.1” corresponding to 10%, and the interval between the intersections (two) of this horizontal line and the envelope is defined as the duration Ts. .
この持続時間Tsは、超音波センサに内蔵するダンパー材を調整することや、振動素子を薄くすることで短くすることができる。結果、(d)に示すような持続時間Tsが短い反射波18を得ることができる。
すなわち、超音波センサ内蔵溶接電極の設計に際しては、持続時間Tsが短い超音波センサの採用が有効となる。
The duration Ts can be shortened by adjusting a damper material built in the ultrasonic sensor or by thinning the vibration element. As a result, a reflected
That is, when designing the welding electrode with a built-in ultrasonic sensor, it is effective to use an ultrasonic sensor with a short duration Ts.
本発明は、スポット溶接に供される超音波センサ内蔵溶接電極に好適である。 The present invention is suitable for a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor used for spot welding.
10…超音波センサ内蔵溶接電極、11A…ワーク、12…溶接チップ、13…超音波センサ、14…信号伝達部材。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTwとしたときに、(Tt+Tw<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw<Tt)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。 A welding tip that contacts the workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece; an ultrasonic sensor that emits an ultrasonic wave and receives a reflected wave; and the ultrasonic sensor that is interposed between the ultrasonic sensor and the welding tip. A method for designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor, including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted from a ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor,
When the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member is Td, the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip is Tt, and the time for the ultrasonic wave to move in the workpiece is Tw ( The signal transmission member is designed so as to satisfy the condition of Tt + Tw <Td), and the welding tip is designed so as to satisfy the condition of (Tw <Tt). .
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をTα、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTwとしたときに、(Tt−Tα+Tw<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw<Tt−Tα)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。 A welding tip that contacts the workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece; an ultrasonic sensor that emits an ultrasonic wave and receives a reflected wave; and the ultrasonic sensor that is interposed between the ultrasonic sensor and the welding tip. A method for designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor, including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted from a ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor,
Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tα is the time for the ultrasonic wave to move the maximum wear length of the welding tip, The signal transmission member is designed so as to satisfy the condition of (Tt−Tα + Tw <Td), where Tw is the time during which the ultrasonic wave moves within the workpiece, and the condition of (Tw <Tt−Tα) is satisfied. The method of designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor, wherein the welding tip is designed as described above.
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTw、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTγとしたときに、(Tt+Tβ+Tw+Tγ<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。 A welding tip that contacts the workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece; an ultrasonic sensor that emits an ultrasonic wave and receives a reflected wave; and the ultrasonic sensor that is interposed between the ultrasonic sensor and the welding tip. A method for designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor, including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted from a ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor,
The time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member is Td, the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip is Tt, the time delay of the ultrasonic wave due to the temperature rise of the welding tip is Tβ, The signal transmission member is designed to satisfy the condition of (Tt + Tβ + Tw + Tγ <Td), where Tw is a time during which the sound wave moves within the work and Tγ is a time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the work. , (Tw−Tβ + Tγ <Tt), wherein the welding tip is designed to satisfy the condition of (Tw−Tβ + Tγ <Tt).
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をTd、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をTt、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をTα、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をTw、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをTγとしたときに、(Tt−Tα+Tβ+Tw+Tγ<Td)の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、(Tw+Tα−Tβ+Tγ<Tt)の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。 A welding tip that contacts the workpiece and supplies a spot welding current to the workpiece; an ultrasonic sensor that emits an ultrasonic wave and receives a reflected wave; and the ultrasonic sensor that is interposed between the ultrasonic sensor and the welding tip. A method for designing a welding electrode with a built-in ultrasonic sensor, including a signal transmission member that transmits ultrasonic waves emitted from a ultrasonic sensor to the welding tip and transmits reflected waves received by the welding tip to the ultrasonic sensor,
Td is the time for the ultrasonic wave to move in the signal transmission member, Tt is the time for the ultrasonic wave to move in the welding tip, Tα is the time for the ultrasonic wave to move the maximum wear length of the welding tip, When the time delay of the ultrasonic wave accompanying the temperature rise of the welding tip is Tβ, the time for the ultrasonic wave to move in the work is Tw, and the time delay of the ultrasonic wave due to the temperature rise of the work is Tγ. , (Tt−Tα + Tβ + Tw + Tγ <Td), and the signal transmission member is designed to satisfy the condition (Tw + Tα−Tβ + Tγ <Tt), and the welding tip is designed to satisfy the condition (Tw + Tα−Tβ + Tγ <Tt) Design method for built-in welding electrode.
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