JP6873019B2 - 溶接管理システム - Google Patents

Description

本発明は、溶接管理システムに関する。

リチウムイオン電池の内部の電流分布を可視化する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。すなわち、特許文献１には、「リチウムイオン電池から発生する磁気と、記録手段に記録された補正用磁気との差分」を算出し、この「差分の磁気からリチウムイオン電池内の電流分布」を算出することが記載されている。なお、前記した「補正用磁気」とは、リチウムイオン電池の付近の磁気であり、リチウムイオン電池の端子に電圧等が印加されていない状態で、磁気センサによって事前に検出された値である。

特開２０１３−５４９８４号公報

前記したように、特許文献１に開示されているのは、リチウムイオン電池の内部の電流分布を可視化する技術である。ところで、抵抗溶接といった「溶接」においても、被溶接部材の内部の電流分布を把握したいという要請がある。なお、抵抗溶接とは、被溶接部材を突き合わせて（又は重ね合わせて）、加圧した状態で通電し、接合面をジュール熱により固着させる溶接方法である。

前記した抵抗溶接において、被溶接部材への通電中、接合面の電流分布は均一であることが望ましい。しかしながら、接合面の面粗さや圧力分布の他、接合面に付着している不純物等の影響によって、接合面の電流分布が不均一になり、結果的に溶接品質が悪くなることがある。

そこで、前記した特許文献１に記載の技術を参考にして、被溶接部材の接合面の周囲に複数の磁気センサを配置し、その検出値に基づいて、接合面の電流分布を把握することが考えられる。
しかしながら、磁気信号の波形において溶接不良を示す部分の小刻みな変化幅は、非常に小さいことが多い。仮に、磁気センサの検出レンジを磁気信号の波形全体の変化幅に合わせると、それに伴って信号収録時のＡ／Ｄ変換に伴う量子化幅が大きくなるため、溶接不良の検出精度が低くなる。

また、特許文献１では、磁気雑音をキャンセルするためのキャンセルコイルも配置されるが、以下の理由により、このような構成についても改善の余地がある。例えば、正常時の（つまり、溶接が適切に行われた場合の）磁気信号を予め「磁気雑音」として記憶し、この「磁気雑音」をキャンセルコイルで打ち消すようにしても、溶接不良を示す部分の波形を適切に抽出できるとは限らない。

なぜなら、溶接に伴う磁気信号は過渡的に変化するものであり、また、溶接に用いられる電極や加圧機の劣化の他、被溶接部材の端面（溶接面）の状態等によって、磁気信号の波形が被溶接部材ごとに微妙に異なるからである。溶接の管理を適切に行って、溶接品質の維持・向上を図ることが望まれるが、前記したように、そのような技術について特許文献１には記載されていない。

そこで、本発明は、溶接の管理を適切に行う溶接管理システムを提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明は、磁気検出手段が、接合対象箇所の周囲に配置される複数の第１磁気検出手段と、前記接合対象箇所を囲むように湾曲している第２磁気検出手段と、を有し、データ処理手段が、複数の前記第１磁気検出手段のそれぞれの検出値と、前記第２磁気検出手段の検出値と、の差分に基づいて、前記接合対象箇所の接合状態に関する情報を生成することを特徴とする。

本発明によれば、溶接の管理を適切に行う溶接管理システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムの説明図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える局所磁気センサや補正磁気センサ等の配置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムでの接合対象箇所の付近の横断面図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える局所磁気センサの検出値の波形図の一例である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える補正磁気センサの検出値の波形図の一例である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムにおいて、局所磁気センサのそれぞれの検出値と、補正磁気センサの検出値と、の差分をとることで得られる波形である。 図４Ｃに示す波形の部分拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える局所磁気センサの検出値の波形図の別の一例である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える補正磁気センサの検出値の波形図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムにおいて、局所磁気センサのそれぞれの検出値と、補正磁気センサの検出値と、の差分をとることで得られる波形である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える電流分布分析部の分析結果の表示に関する説明図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管理システムが備える電流分布分析部の分析結果の表示に関する別の説明図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る溶接管理システムでの接合対象箇所の付近の横断面図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接管理システムでの接合対象箇所の付近の横断面図である。 本発明の第３実施形態に係る溶接管理システムでの接合対象箇所の付近の横断面図である。 本発明の第４実施形態に係る溶接管理システムの説明図である。 本発明の第５実施形態に係る溶接管理システムの説明図である。

≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る溶接管理システム１００の説明図である。
なお、図１に示すように、円筒状を呈する被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の中心軸をｚ軸とする。このｚ軸を基準とする動径方向をθ方向とする（「周方向」ともいう）。以下では、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の端面を突き合わせた状態で抵抗溶接を行う例について説明する。

溶接管理システム１００は、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の溶接を管理し、また、溶接不良が生じていないかを監視するシステムである。図１に示すように、溶接管理システム１００は、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆ（第１磁気検出手段）と、補正磁気センサ２０（第２磁気検出手段）と、データ処理手段３０と、報知手段４０と、を備えている。

局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆは、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の接合対象箇所Ｋの周囲の磁気を局所的に検出するセンサである。図１に示す例では、６つの局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆが、接合対象箇所Ｋの周囲に配置されている。なお、「接合対象箇所Ｋ」とは、溶接を行う際の接合対象となる箇所である。図１に示す例では、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の突合せ面の付近が「接合対象箇所Ｋ」である。

また、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆとして、例えば、サーチコイルを用いることができる。サーチコイルは、ソレノイド状に巻回されたコイルを有し、このコイルに生じる誘導電圧に基づいて、磁気を検出するようになっている。このように、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆは、それぞれ、磁気検出用の「コイル」を有している。これによって、接合対象箇所Ｋの周囲の磁気（誘導電圧であってもよい）を低コストかつ高精度で検出できる。

被溶接部材Ｗ１，Ｗ２への通電に伴ってｚ軸方向に電流が流れると、ビオ・サバールの法則によりθ方向の磁場が生じる。この磁場の磁力線が、前記したコイル（図示せず）を貫くように、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆが配置されている。局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの鎖交磁束が変化すると、この変化を打ち消すように、鎖交磁束の時間微分に比例した誘導電圧が局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのコイルに生じる。この誘導電圧に基づいて、接合対象箇所Ｋの付近の局所的な磁気が検出される。

図１に示す補正磁気センサ２０は、接合対象箇所Ｋの付近の大域的な（周方向で均一な）磁気を検出するセンサである。このような補正磁気センサ２０として、例えば、ロゴスキーコイルを用いることができる。ロゴスキーコイルは、ソレノイド状を呈するコイルの全体を円弧状に湾曲させた構成になっている。ロゴスキーコイルの検出原理は、前記したサーチコイルと同様である。このように補正磁気センサ２０も、磁気検出用の「コイル」を有している。

図１に示すように、補正磁気センサ２０は、接合対象箇所Ｋを囲むように湾曲している。なお、「接合対象箇所Ｋを囲む」という事項は、接合対象箇所Ｋを略完全に（つまり、θ＝０°〜３６０°の範囲で）囲む場合の他、接合対象箇所Ｋを部分的に（例えば、θ＝０°〜１８０°の範囲で）囲む場合も含んでいる。
また、補正磁気センサ２０が「湾曲している」という事項は、補正磁気センサ２０が円弧状に湾曲している場合の他、四角枠状等を呈するように湾曲している場合も含んでいる。

また、図１では補正磁気センサ２０を簡略化して図示しているが、実際には、この補正磁気センサ２０（図１参照）を構成する２つの補正磁気センサ２１，２２が、図２に示すように配置されている。より詳しく説明すると、平面視で半円形を呈する補正磁気センサ２１，２２が、ｚ軸方向において接合対象箇所Ｋの付近に配置され、θ方向に沿うように（つまり、接合対象箇所Ｋを囲むように）配置されている。

なお、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２への通電に伴う熱で被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の溶接を行う際の、前記通電に伴って接合対象箇所Ｋの周囲に発生する磁気を検出する「磁気検出手段」は、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆと、補正磁気センサ２１，２２と、を含んで構成される。

図１に示すデータ処理手段３０は、前記した「磁気検出手段」の検出値を処理する（加工・収録・分析する）機能を有している。データ処理手段３０は、差分演算部３１と、データ収録部３２と、電流分布分析部３３と、を備えている。

差分演算部３１は、局所磁気センサ１０ａの検出値と、補正磁気センサ２０の検出値と、の時々刻々の差分を検出する機能を有している。同様に、差分演算部３１は、局所磁気センサ１０ｂ〜１０ｆのそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２０の検出値と、の時々刻々の差分を検出する機能を有している。

図１に示すように、差分演算部３１は、配線ｈを介して局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆに接続されるとともに、別の配線ｉを介して補正磁気センサ２０にも接続されている。
データ収録部３２は、差分演算部３１の演算結果を収録（記憶）する機能を有している。

電流分布分析部３３は、データ収録部３２に収録されたデータを用いて、接合対象箇所Ｋの電流分布に関する所定の分析を行う。なお、差分演算部３１、データ収録部３２、及び電流分布分析部３３の処理の詳細については後記する。

報知手段４０は、データ処理手段３０によって生成された情報を管理者等に報知する。なお、報知手段４０の処理の詳細についても後記する。

図２は、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆや補正磁気センサ２１，２２等の配置を示す斜視図である。なお、図２では、配線ｈ，ｉ（図１参照）の図示を省略している。
図２に示す例では、円筒状の被溶接部材Ｗ１，Ｗ２が互いに突き合わされた状態で、一方の被溶接部材Ｗ２が台座Ｅによって支持されている。他方の被溶接部材Ｗ１の上端面には、第１電極Ｆが設置されている。また、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の外周面において互いに対向する所定位置に、一対の第２電極Ｕ１，Ｕ２が設置されている。

一方の第２電極Ｕ１には載置部材Ｈ１が固定され、この載置部材Ｈ１に局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃ及び補正磁気センサ２１が載置されている。同様に、他方の第２電極Ｕ２には載置部材Ｈ２が固定され、この載置部材Ｈ２に局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆ及び補正磁気センサ２２が載置されている。

そして、第１電極Ｆと第２電極Ｕ１，Ｕ２との間に所定電圧が印加されると、ｚ軸方向に電流が流れ、接合対象箇所Ｋに生じる熱によって、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２が溶接されるようになっている。

図３は、接合対象箇所Ｋの付近の横断面図である。
なお、図３では、台座Ｅ（図２参照）、第１電極Ｆ、第２電極Ｕ１，Ｕ２、及び載置部材Ｈ１，Ｈ２の図示を省略している。
図３に示すように、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃと補正磁気センサ２１とは径方向において近接し、また、局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆと補正磁気センサ２２とは径方向において近接している。

また、周方向（θ方向）における局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃの位置を含むように、補正磁気センサ２１が配置されている。同様に、周方向における局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆの位置を含むように、補正磁気センサ２２が配置されている。

すなわち、接合対象箇所Ｋを囲むように湾曲している補正磁気センサ２１，２２の周方向の範囲は、複数の局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのそれぞれの周方向の位置を含んでいる。このような構成によれば、周方向における局所的な磁気を局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆで検出し、周方向における大域的な磁気を補正磁気センサ２１，２２で検出できる。

そして、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２０（補正磁気センサ２１又は補正磁気センサ２２）の検出値と、の差分に基づいて、接合対象箇所Ｋの接合状態に関する情報が生成されるようになっている。以下では、このような情報が、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆや補正磁気センサ２１，２２の各検出値（例えば、誘導電圧）に基づいて生成される処理について説明する。なお、誘導電圧の時間積分に基づく磁束密度を各検出値として用いてもよい。

例えば、接合対象箇所Ｋ（接合面）の面粗さや、接合対象箇所Ｋに付着している不純物によっては、通電時の接合対象箇所Ｋの電流分布に偏りが生じることがある。接合対象箇所Ｋにおいて電気抵抗が小さい部分に電流の流れが集中し、電気抵抗が大きい部分には電流が流れにくいからである。このような場合、電気抵抗が大きい部分では溶融（又は拡散接合）が進みにくいため、溶接品質が悪くなる可能性がある。

接合対象箇所Ｋの電流分布に偏りが生じた場合、接合対象箇所Ｋの周囲に配置された局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値にばらつきが生じたり、その検出値の変化の仕方が異常であったりすることが多い。つまり、接合対象箇所Ｋの電流分布の偏りは、接合対象箇所Ｋの周囲に配置された局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値に反映される。

図４Ａは、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ，…の検出値の波形図の一例である（適宜、図１、図３を参照）。
図４Ａにおける紙面左端の波形図の縦軸は、局所磁気センサ１０ａによって検出された誘導電圧Ｖであり、横軸は時間ｔである。紙面左から２番目の波形図の縦軸は、局所磁気センサ１０ｂによって検出された誘導電圧Ｖであり、横軸は時間ｔである。

なお、図４Ａでは、局所磁気センサ１０ａの検出値の波形Ｇａ１、及び局所磁気センサ１０ｂの検出値の波形Ｇｂ１を図示し、残りの局所磁気センサ１０ｃ〜１０ｆについては図示を省略している。

時刻ｔ０の直後、第１電極Ｆ（図２参照）と第２電極Ｕ１，Ｕ２（同図参照）との間に所定電圧が印加されると、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２（同図参照）に流れる電流の変化に伴って、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の周りの磁場（磁気）も変化する。この磁場の変化を打ち消すように、それぞれの局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値も変化する。図４Ａに示す例では、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂの検出値が、時刻ｔ０〜ｔ１において急激に上昇した後、比較的緩やかに低下している。

例えば、接合対象箇所Ｋの電流分布が周方向で偏っている場合には、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ等の検出値が細かく変動することが多い。図４Ａに示す例では、波形Ｇａ１における時刻ｔ２の直後や、波形Ｇｂ１における時刻ｔ３の直後に、誘導電圧Ｖの小刻みな変動が生じている。このような変動が顕著である場合、溶接不良が生じている可能性がある。

図４Ｂは、補正磁気センサ２１の検出値の波形図の一例である。
図４Ｂの縦軸は、補正磁気センサ２１によって検出された誘導電圧Ｖであり、横軸は時間ｔである。他方の補正磁気センサ２２については図示を省略しているが、その検出値の波形は、一方の補正磁気センサ２１の検出値の波形Ｇｘと同様である。
また、図４Ｂに示す波形Ｇｘは、小刻みな変動がない点を除いて、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ…の検出値の波形Ｇａ１，Ｇｂ１，…（図４Ａ参照）と同様である。

なお、接合対象箇所Ｋの電流分布が偏っている場合でも、その偏り自体が、接合対象箇所Ｋの大域的な電流に反映されることは稀である。接合対象箇所Ｋ（接合面）の面粗さ等の影響で、例えば、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂの付近には電流が流れにくい場合、その領域を避けるように、周方向の他の部分に電流が流れるからである。

つまり、接合対象箇所Ｋにおいて、局所的に電流が大きい箇所と、局所的に電流が小さい箇所と、が混在していたとしても、その影響が大域的な電流の変化に及ぶことは稀である。したがって、本実施形態では、補正磁気センサ２１の時々刻々の検出値（周方向で均一な磁気成分）を基準として、図４Ａの波形Ｇａ１，Ｇｂ１，…が小刻みに変動している部分（周方向で不均一な磁気成分：図４Ｃ参照）を抽出するようにしている。

つまり、図１に示すデータ処理手段３０は、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃ（図３参照）のそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２１（同図参照）の検出値と、の差分に基づいて、接合対象箇所Ｋの接合状態に関する情報を生成する。
同様に、データ処理手段３０は、局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆ（図３参照）のそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２２（同図参照）の検出値と、の差分に基づいて、接合対象箇所Ｋの接合状態に関する情報を生成する。

なお、接合対象箇所Ｋの電流分布が均一である場合（つまり、接合対象箇所Ｋの時々刻々の磁場が周方向で均一である場合）に、前記した差分を略ゼロにするために、次のように構成してもよい。すなわち、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのコイルの巻数と、補正磁気センサ２１，２２のコイルの巻数と、を等しくしてもよい。また、所定の巻数比に基づく分圧回路（図示せず）を差分演算部３１（図１参照）の前段に設けるようにしてもよい。

図４Ｃは、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ，…のそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２１の検出値と、の差分をとることで得られる波形である。
図４Ｃに示す波形Ｇａ２は、局所磁気センサ１０ａの時々刻々の（例えば、１msec毎や１μsec毎の）検出値から、補正磁気センサ２１の時々刻々の検出値を減算して得られた波形である。つまり、波形Ｇａ２は、図４Ａに示す波形Ｇａ１の小刻みな変動を抽出したものである。

図４Ｃに示す波形Ｇｂ２は、局所磁気センサ１０ｂの時々刻々の検出値から、補正磁気センサ２１の時々刻々の検出値を減算して得られた波形である。つまり、波形Ｇｂ２は、図４Ａに示す波形Ｇｂ１の小刻みな変動を抽出したものである。

このような差分ΔＶの算出処理は、図１に示す差分演算部３１によって行われる。差分演算部３１によって算出された時々刻々の差分ΔＶは、局所磁気センサ（例えば、局所磁気センサ１０ａ）の識別情報、及び被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の識別情報に紐付けられ、図１に示すデータ収録部３２に収録される。

図４Ｄは、図４Ｃに示す波形の部分拡大図である。
図１に示す電流分布分析部３３は、例えば、局所磁気センサ１０ａの検出値と、補正磁気センサ２１の検出値と、の時々刻々の差分ΔＶの絶対値の時間積分値（波形Ｇａ２の斜線部分の面積）を算出する。なお、接合対象箇所Ｋにおける電流分布の偏りの程度が大きいほど、前記した時間積分値が大きくなる傾向がある。

電流分布分析部３３は、他の局所磁気センサ１０ｂ〜１０ｆの検出値に関しても同様に、差分ΔＶの絶対値の時間積分値を算出する。そして、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのうち、前記した時間積分値が所定閾値以上であるものが存在する場合、電流分布分析部３３は、溶接不良が生じていると判定する。前記した「所定閾値」は、溶接不良が生じているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。

一方、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのうち、前記した時間積分値が所定閾値以上であるものが存在しない場合、電流分布分析部３３は、溶接不良が生じていないと判定する。

そして、電流分布分析部３３は、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値、補正磁気センサ２１，２２の検出値、差分ΔＶの絶対値の時間積分値の他、この時間積分値と所定閾値との比較結果等の情報を「接合状態に関する情報」として記憶する。

図５Ａは、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ，…の検出値の波形図の別の一例である（適宜、図１、図３を参照）。
図５Ａに示す例では、局所磁気センサ１０ａの検出値（波形Ｇａ１）の最大値が比較的大きく、また、局所磁気センサ１０ｂの検出値（波形Ｇｂ１）の最大値が比較的小さい。このように局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ，…の検出値のばらつきが大きい場合にも、電流分布の偏りに起因する溶接不良が生じている可能性がある。

図５Ｂは、補正磁気センサ２１の検出値の波形図である。
図５Ｂに示す例では、補正磁気センサ２１の検出値（波形Ｇｘ）の最大値が、局所磁気センサ１０ａの検出値（破線で示す波形Ｇａ１）の最大値よりも小さく、また、局所磁気センサ１０ｂの検出値（破線で示す波形Ｇｂ１）の最大値よりも大きくなっている。

図５Ｃは、局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ，…のそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２１の検出値と、の差分をとることで得られる波形である。
データ処理手段３０（図１参照）は、局所磁気センサ１０ａの検出値と、補正磁気センサ２１の検出値との時々刻々の差分ΔＶに基づいて、接合対象箇所Ｋの接合状態に関する情報を生成する。例えば、データ処理手段３０は、差分ΔＶの絶対値の時間積分値（図５Ｃの各斜線部分の面積）を算出する。

図６は、電流分布分析部３３の分析結果の表示に関する説明図である。
溶接管理システム１００（図１参照）は、データ処理手段３０によって生成された情報を報知する報知手段４０として、図６に示す光源Ｌａ〜Ｌｆを備えている。
光源Ｌａは、接合対象箇所Ｋの周方向において、局所磁気センサ１０ａの付近に溶接不良が生じている可能性がある場合には点灯し、そうでない場合には消灯するようになっている。同様に、局所磁気センサ１０ｂ〜１０ｆに対応付けて、光源Ｌｂ〜Ｌｆが設けられている。

図６に示す例では、６つの局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの平面視での配置（図３参照）に合わせて、６つの光源Ｌａ〜Ｌｆが配置（又は表示）されている。なお、光源Ｌａは、局所磁気センサ１０ａの付近に配置されていてもよいし、また、液晶ディスプレイ（図示せず）における所定の画素であってもよい。他の光源Ｌｂ〜Ｌｆについても同様である。

図６に示す例では、光源Ｌｃが点灯し、光源Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｄ〜Ｌｆが消灯している。このように、接合対象箇所Ｋでの溶接不良があった場合において、報知手段４０は、当該溶接不良の位置に対応する局所磁気センサ１０ｃと、残りの局所磁気センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｄ〜１０ｆと、を区別するように表示する。

これによって、溶接不良が生じた場合には、管理者が即座に対応できる。例えば、管理者は、溶接機（図示せず）や搬送装置（図示せず）等の機器をいったん停止させ、電流分布分析部３３の分析結果や各種検査に基づいて、溶接不良の原因（例えば、第１電極Ｆや第２電極Ｕ１，Ｕ２の劣化：図２参照）を特定する。そして、管理者は、溶接不良の原因を取り除いたうえで、各機器を再稼動させる。これによって、溶接不良の溶接品が続出することを抑制できる。

図７は、電流分布分析部３３の分析結果の表示に関する別の説明図である。
例えば、通電開始から所定時間が経過した時（溶接電流のピーク時等）における局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値を、図７に示すように、レーダーチャートとして報知手段４０（図１参照）に表示させてもよい。

なお、図７に示す点Ｐａは、局所磁気センサ１０ａの検出値を示している。同様に、図７に示す点Ｐｂ〜Ｐｆは、局所磁気センサ１０ｂ〜１０ｆの検出値を示している。図７に示す六角形状の基準線Ｑは、局所磁気センサ１０ｂ〜１０ｆの検出値が過大又は過小であるか否かの基準となる値である。この値として、例えば、補正磁気センサ２１の検出値を用いてもよい。

このように報知手段４０は、補正磁気センサ２１の検出値を基準として、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのそれぞれの検出値をレーダーチャートとして表示する。

例えば、局所磁気センサ１０ａの検出値が、補正磁気センサ２１の検出値よりも小さい場合（前記した差分ΔＶが負の値である場合）には、基準線Ｑの内側に局所磁気センサ１０ａの検出値がプロットされる。
一方、局所磁気センサ１０ｃの検出値が、補正磁気センサ２１の検出値よりも大きい場合（前記した差分ΔＶが正の値である場合）には、基準線Ｑの外側に局所磁気センサ１０ｃの検出値がプロットされる。なお、溶接不良があったか否かの判定処理は必須ではなく、例えば、図７に示すレーダーチャートのみを表示するようにしてもよい。

このように、接合対象箇所Ｋの電流分布に関するデータをレーダーチャートとして可視化することで、管理者は、溶接不良が発生しやすい位置を把握し、溶接不良の原因を特定する際の判断材料として用いることができる。

なお、通電中の所定時間ごとの各検出値に基づいて、図７に示すレーダーチャートを複数作成するようにしてもよい。これによって管理者は、レーダーチャートにおける局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値の分布が経時的に変化する様子を把握できる。

＜効果＞
第１実施形態によれば、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値と、補正磁気センサ２１等の検出値（周方向で均一な磁気成分）と、の時々刻々の差分ΔＶに基づいて、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の電流分布に関する情報が生成される。これによって、前記した差分ΔＶ（周方向で不均一な磁気成分）の変化幅に合わせて、量子化を行う際の検出レンジを予め設定できる。したがって、差分ΔＶの変化幅が非常に小さい場合であっても、この差分ΔＶを精度よく検出できる。

なお、溶接不良がなかったとしても、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの検出値の波形は、次々に搬送される被溶接部材Ｗ１，Ｗ２ごとに微妙に異なることが多い。溶接面の微視的な状態は被溶接部材Ｗ１，Ｗ２ごとに異なっており、また、第１電極Ｆ、第２電極Ｕ１，Ｕ２、加圧機等（図示せず）の機器が徐々に劣化するからである。

そこで、本実施形態では、周方向で均一な磁気成分（誘導電圧等）を、補正磁気センサ２１，２２によって、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２ごとに検出するようにしている。これによって、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２ごとに異なる均一な磁気成分の変動の影響を受けることなく、その均一な磁気成分からのずれ（周方向で不均一な磁気成分）を精度よく検出できる。

なお、仮に、補正磁気センサ２１，２２を省略し、局所磁気センサ１０ａの検出値を基準として、他の局所磁気センサ１０ｂ〜１０ｆの検出値との差分ΔＶ_Ａをとる構成にすると、溶接不良が検出しにくくなる。基準となる局所磁気センサ１０ａの検出値に異常があったとしても、差分ΔＶ_Ａをとる相手方の局所磁気センサ（例えば、局所磁気センサ１０ｃ）の検出値に異常があったと誤判定される可能性があるからである。

これに対して本実施形態では、溶接が行われるたびに、周方向で均一な磁気成分が補正磁気センサ２１，２２によって検出される。これらの補正磁気センサ２１，２２の検出値を基準として差分ΔＶが算出されるため、前記した誤判定が起こることを防止し、ひいては、溶接の管理を適切に行うことができる。

≪第１実施形態の変形例≫
図８は、第１実施形態の変形例に係る溶接管理システム１００Ａでの接合対象箇所Ｋの付近の横断面図である。
図８に示すように、例えば、被溶接部材の断面形状が矩形状であってもよい。また、溶接機（図示せず）の動作に干渉しなければ、図８に示すように、接合対象箇所Ｋを囲むように四角枠状に湾曲した補正磁気センサ２０を一つ設け、この補正磁気センサ２０の付近に複数の局所磁気センサ１０ａ〜１０ｍを設けるようにしてもよい。なお、データ処理手段３０（図１参照）が実行する処理については、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃ（図９参照）のコイルが補正磁気センサ２１に巻回され、また、局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆのコイルが補正磁気センサ２２に巻回されている点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の点（データ処理手段３０の構成や処理）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図９は、接合対象箇所Ｋの付近の横断面図である。
図９に示すように、溶接管理システム１００Ｂは、接合対象箇所Ｋの周囲に配置される局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆと、接合対象箇所Ｋを囲むように湾曲している補正磁気センサ２１，２２と、を備えている。

一方の補正磁気センサ２１には、３つの局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃが、それぞれ、巻回されている。また、他方の補正磁気センサ２２には、３つの局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆが、それぞれ、巻回されている。そして、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２１，２２の検出値と、の時々刻々の差分に基づいて、接合対象箇所Ｋでの接合状態に関する情報が生成されるようになっている。

＜効果＞
第２実施形態よれば、補正磁気センサ２１が局所磁気センサ１０ａ〜１０ｃの設置スペースを兼ねる構成になっており、また、補正磁気センサ２２が局所磁気センサ１０ｄ〜１０ｆの設置スペースを兼ねる構成になっている。したがって、「磁気検出手段」（局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆ及び補正磁気センサ２１，２２）の設置スペースを第１実施形態よりも縮小できる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、補正磁気センサ２１，２２（図１０参照）の一部分を局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆとしても機能させる点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の点（データ処理手段３０の構成や処理）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図１０は、接合対象箇所Ｋの付近の横断面図である。
図１０に示すように、溶接管理システム１００Ｃは、接合対象箇所Ｋの周囲に配置される局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆと、接合対象箇所Ｋを囲むように湾曲している補正磁気センサ２１，２２と、を備えている。そして、補正磁気センサ２１，２２において、周方向の一部分が局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆとしても機能するようになっている。

具体的には、平面視で半円形を呈する補正磁気センサ２０の一部分が、一対の配線ｈを介してデータ処理手段３０（図１参照）に接続されている。また、前記した「一部分」が、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆに対応して、周方向で６箇所に設けられている。そして、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆのそれぞれの検出値と、補正磁気センサ２１，２２の検出値と、の時々刻々の差分に基づいて、接合対象箇所Ｋでの接合状態に関する情報が生成されるようになっている。

＜効果＞
第３実施形態よれば、補正磁気センサ２１，２２が局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの設置スペースを兼ねる構成であるため、「磁気検出手段」（局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆ及び補正磁気センサ２１，２２）の設置スペースを第１実施形態よりも縮小できる。

また、第３実施形態によれば、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆを設ける際、補正磁気センサ２１，２２に新たにコイル（局所磁気センサ）を巻く必要がないため、第２実施形態（図９参照）よりも手間やコストを削減できる。

≪第４実施形態≫
第４実施形態は、接合状態に関する情報がデータ処理手段３０Ｄ（図１１参照）によって生成される際、補正磁気センサ２１，２２の検出値そのものも用いられる点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図１１は、第４実施形態に係る溶接管理システム１００Ｄの説明図である。
図１１に示すように、溶接管理システム１００Ｄのデータ処理手段３０Ｄは、差分演算部３１と、データ収録部３２Ｄと、電流分布分析部３３Ｄと、を備えている。
差分演算部３１の構成・機能は、第１実施形態と同様である。
データ収録部３２Ｄは、差分演算部３１に接続されるとともに、配線ｊを介して補正磁気センサ２０にも接続されている。つまり、データ収録部３２Ｄには、差分演算部３１の演算結果（それぞれの局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆと補正磁気センサ２０との差分）に加えて、補正磁気センサ２０の検出値も入力される。

電流分布分析部３３Ｄは、データ収録部３２Ｄに収録（記憶）されたデータに基づいて、所定の処理を実行する。その一例を挙げると、電流分布分析部３３Ｄは、第１実施形態と同様に、差分演算部３１によって算出された差分ΔＶの絶対値の時間積分値（図４Ｄの斜線部分の面積）をそれぞれ算出する。そして、前記した時間積分値の中で所定閾値以上のものが存在する場合、電流分布分析部３３Ｄは、接合対象箇所Ｋにおいて「溶接不良あり」と判定する。

また、電流分布分析部３３Ｄは、溶接電流のピーク時等における補正磁気センサ２０の検出値が所定範囲を外れた場合にも、接合対象箇所Ｋにおいて「溶接不良あり」と判定する。例えば、溶接に用いられる第１電極Ｆ（図２参照）や第２電極Ｕ１，Ｕ２（同図参照）に異常が生じた場合、補正磁気センサ２０の検出値が大きくなりすぎたり、また、小さくなりすぎたりすることがある。本実施形態では、このような場合の溶接不良も検知できるようになっている。

なお、差分ΔＶ（局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆの各検出値と補正磁気センサ２０の検出値との差分）と、補正磁気センサ２０の検出値と、を一組のデータとして分析し、その相互の関係に基づいて、溶接品質に関する判定を行うようにしてもよい。

例えば、溶接開始から所定時間が経過したとき（溶接電流のピーク時等）の補正磁気センサ２０の検出値が大きいほど、前記した差分ΔＶに基づく判定を行う際の閾値を大きくするようにしてもよい。
また、溶接開始から所定時間が経過したときの補正磁気センサ２０の検出値が大きいほど、前記した差分ΔＶに基づく判定を行う際の閾値を小さくするようにしてもよい。前記した処理のうちいずれを行うかは、溶接に関連する所条件に基づき、予め管理者によって決定される。

このように、データ処理手段３０Ｄは、補正磁気センサ２０の検出値の波形、及び前記した差分ΔＶに基づいて、接合対象箇所Ｋの接合状態に関する情報を生成する。

＜効果＞
第４実施形態によれば、電流分布の不均一性の分析に加え、補正磁気センサ２０の検出値の分析も行われる。例えば、補正磁気センサ２０の検出値が誘導電圧である場合、その検出値は、接合対象箇所Ｋに流れた電流の微分値に比例する。また、補正磁気センサ２０の検出値が磁束密度である場合には、その検出値は、接合対象箇所Ｋに流れた電流に比例する。

したがって、補正磁気センサ２０の検出値の大きさや波形の形状に基づいて、溶接品質に関する判定を行うことができる。すなわち、第４実施形態によれば、第１実施形態よりも溶接品質に関する判定をさらに適切に行うことができる。

≪第５実施形態≫
第５実施形態は、報知手段４０Ｅ（図１２参照）の構成が第１実施形態とは異なっているが、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図１２は、第５実施形態に係る溶接管理システム１００Ｅの説明図である。
図１２に示すように、溶接管理システム１００Ｅは、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆ、補正磁気センサ２０、及びデータ処理手段３０の他に、報知手段４０Ｅと、ＭＥＳ５０（Manufacturing Execution System：制御手段）と、を備えている。

報知手段４０Ｅは、ＰＬＣ４１，４２（Programmable Logic Controller）と、携帯端末４３と、異常通知部４４と、を備えている。

ＰＬＣ４１は、データ処理手段３０の処理結果に基づいて、ＭＥＳ５０に所定の信号を出力するプログラマブル論理制御装置である。
ＭＥＳ５０は、ＰＬＣ４１を介して自身に入力されるデータに基づいて溶接機等（図示せず）の機器を稼動させ、溶接品の製造を実行する製造実行システムである。すなわち、ＭＥＳ５０は、データ処理手段３０によって生成された情報に基づいて、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の溶接を行う溶接機（図示せず）を含む機器を制御する。

例えば、データ処理手段３０によって「溶接不良あり」と判定された場合、ＭＥＳ５０が溶接機等の機器を一時的に停止させるようにしてもよい。そして、データ処理手段３０における分析結果に基づき、管理者等によって溶接不良の原因が取り除かれた後、ＭＥＳ５０によって溶接機等の機器が再び稼動される。その他にＭＥＳ５０は、ＰＬＣ４１から受信した情報を、自身を介して、別のＰＬＣ４２に送信する機能も有している。

ＰＬＣ４２は、ＭＥＳ５０から自身に入力される信号に基づいて、溶接に関する所定の情報を携帯端末４３に送信する。
携帯端末４３は、溶接に関する所定の情報を表示したり、所定の音を発したりする機能を有している。これによって、携帯端末４３を持っている管理者は、溶接に関する情報を把握できる。

異常通知部４４は、データ処理手段３０の処理結果に基づいて、溶接に関する所定の情報を表示したり、必要に応じてブザーを鳴らしたりする。これによって、現場監督者や、中央管理室にいる管理者は、溶接に関する情報を把握できる。

＜効果＞
第５実施形態によれば、データ処理手段３０による判定結果が、ＭＥＳ５０の制御に反映される。これによって、接合対象箇所Ｋに溶接不良があった場合、例えば、ＭＥＳ５０が、溶接機（図示せず）を含む機器を一時的に停止させるといった処理を行うことができる。また、データ処理手段３０の処理結果が、携帯端末４３や異常通知部４４に表示される。これによって、現場監督者や管理者は、溶接に関する詳細な情報を把握できる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る溶接管理システム１００等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第１実施形態では、補正磁気センサ２０（図１参照）の内側に局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆが配置される構成について説明したが、これに限らない。すなわち、補正磁気センサ２０の外側に局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆが配置されるようにしてもよい。また、補正磁気センサ２０の外側に配置される局所磁気センサと、補正磁気センサ２０の内側に配置される局所磁気センサと、が混在していてもよい。

また、各実施形態では、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆが、周方向において等間隔で配置される構成について説明したが、これに限らない。すなわち、周方向において隣り合う局所磁気センサの間隔が異なっていてもよい。

また、各実施形態では、接合対象箇所Ｋと局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆとの距離が、それぞれの局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆにおいて等しい場合について説明したが、これに限らない。すなわち、接合対象箇所Ｋとの距離が異なる局所磁気センサが混在していてもよい。また、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆと補正磁気センサ２０とが近接している必要はない。
また、各実施形態では、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆや補正磁気センサ２０がコイルである場合について説明したが、これに限らない。例えば、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆや補正磁気センサ２０として、ホールセンサや磁気抵抗センサを用いてもよい。

また、各実施形態では、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆや補正磁気センサ２０の検出値が誘導電圧である場合について説明したが、これに限らない。例えば、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆや補正磁気センサ２０の検出値が、磁束密度であってもよい。この場合のデータ処理手段３０の処理は、第１実施形態と同様である。

また、各実施形態を適宜に組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、局所磁気センサ１０ａ〜１０ｆを補正磁気センサ２０に巻き付ける構成において（第２実施形態）、補正磁気センサ２０の検出値の波形、及び差分ΔＶに基づいて、データ処理手段３０が、接合状態に関する情報を生成するようにしてもよい。

また、各実施形態では、被溶接部材Ｗ１，Ｗ２の外形が柱状（例えば、図１では外形が円柱状、図８では外形が四角柱状）である場合について説明したが、これに限らない。例えば、被溶接部材が平板状であってもよい。
また、各実施形態では、抵抗溶接が行われる場合について説明したが、これに限らない。例えば、アーク溶接やレーザ溶接の他、摩擦撹拌溶接にも各実施形態を適用できる。

また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

１００ 溶接管理システム
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 溶接管理システム
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ 局所磁気センサ（磁気検出手段、第１磁気検出手段）
２０，２１，２２ 補正磁気センサ（磁気検出手段、第２磁気検出手段）
３０，３０Ｄ データ処理手段
３１ 差分演算部
３２，３２Ｄ データ収録部
３３，３３Ｄ 電流分布分析部
４０，４０Ｅ 報知手段
５０ ＭＥＳ（制御手段）
ｈ 配線（一対の配線）
Ｋ 接合対象箇所
Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ 光源（報知手段）
Ｗ１，Ｗ２ 被溶接部材

Claims (9)

1. 被溶接部材への通電に伴う熱で前記被溶接部材の溶接を行う際の、前記通電に伴って接合対象箇所の周囲に発生する磁気を検出する磁気検出手段と、
   前記磁気検出手段の検出値を処理するデータ処理手段と、を備え、
   前記磁気検出手段は、
   前記接合対象箇所の周囲に配置される複数の第１磁気検出手段と、
   前記接合対象箇所を囲むように湾曲している第２磁気検出手段と、を有し、
   前記データ処理手段は、複数の前記第１磁気検出手段のそれぞれの検出値と、前記第２磁気検出手段の検出値と、の差分に基づいて、前記接合対象箇所の接合状態に関する情報を生成すること
   を特徴とする溶接管理システム。
2. 前記接合対象箇所を囲むように湾曲している前記第２磁気検出手段の周方向の範囲は、複数の前記第１磁気検出手段のそれぞれの周方向の位置を含んでいること
   を特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
3. 前記データ処理手段によって生成された前記情報を報知する報知手段を備え、
   前記接合対象箇所での溶接不良があった場合において、前記報知手段は、当該溶接不良の位置に対応する前記第１磁気検出手段と、残りの前記第１磁気検出手段と、を区別するように表示すること
   を特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
4. 前記データ処理手段によって生成された前記情報を報知する報知手段を備え、
   前記報知手段は、前記第２磁気検出手段の検出値を基準として、複数の前記第１磁気検出手段のそれぞれの検出値をレーダーチャートとして表示すること
   を特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
5. 複数の前記第１磁気検出手段、及び前記第２磁気検出手段は、それぞれ、磁気検出用のコイルを有すること
   を特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
6. 前記接合対象箇所を囲むように湾曲している前記第２磁気検出手段に、複数の前記第１磁気検出手段が、それぞれ、巻回されていること
   を特徴とする請求項５に記載の溶接管理システム。
7. 前記接合対象箇所を囲むように湾曲している前記第２磁気検出手段において、周方向の一部分が前記第１磁気検出手段としても機能し、
   前記第２磁気検出手段の前記一部分が、一対の配線を介して前記データ処理手段に接続され、当該一部分が、前記第２磁気検出手段において周方向で複数箇所に設けられること
   を特徴とする請求項５に記載の溶接管理システム。
8. 前記データ処理手段は、前記第２磁気検出手段の検出値の波形、及び前記差分に基づいて、前記接合対象箇所の接合状態に関する前記情報を生成すること
   を特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
9. 前記データ処理手段によって生成された前記情報に基づいて、前記被溶接部材の溶接を行う溶接機を含む機器を制御する制御手段を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。

Images