JP7064402B2

JP7064402B2 - 接合部の品質評価方法及び装置

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Publication number: JP7064402B2
Application number: JP2018140065A
Authority: JP
Inventors: 剛史山▲崎▼; 尊久田代; 浩行永井; 岳史横山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: JP2020015072A

Description

材質の異なる第１金属部材と第２金属部材とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により両金属部材を接合する際の接合部の品質評価方法及び装置に関する。

近時、シリンダヘッド本体に対し、バルブシート素材を、通電加熱加圧接合を用いて接合したバルブシートが開発されている。

例えば、特許文献１には、鉄系材料のバルブシート素材の内周面に形成したテーパ面に電極を当接させ、アルミニウム合金材料のシリンダヘッド本体に対し、前記バルブシート素材を下方に加圧しながら通電して接合したバルブシートが開示されている（特許文献１の［０００４］、［００３８］）。

特開平８－２４６８２１号公報

ところで、接合時に、バルブシート素材と電極との接触面積が十分確保されていなかったり、バルブシート素材とシリンダヘッドとの接触が十分確保されていなかったりした場合、局部（局所）で異常発熱を起こし、バルブシート素材の溶損による接合不具合が発生することがある。

上記の接合不具合が発生しているか否かを判別するため、例えば、ＣＴ（コンピュータによる断層撮影）装置による断面検査や超音波によるエコー検査等が行われる。

しかしながら、ＣＴ装置等による検査は、装置コスト・利用コストが高く、また検査時間も長いため、量産時における全数検査等には適用することができない。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、バルブシート素材等の金属部材の溶損による接合不具合を低コスト且つ短時間に評価することを可能とする接合部の品質評価方法及び装置を提供することを目的とする。

この発明に係る接合部の品質評価方法の一態様は、
材質の異なる第１金属部材と第２金属部材とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部の品質評価方法であって、
接合時に前記接合部の近傍を撮像手段により撮像して画像を得る撮像工程と、
得られた画像に基づき、前記接合部から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出する飛散量算出工程と、
前記飛散量が予め定めた基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価工程と、
を備え、
前記撮像工程では、前記第１金属部材又は前記第２金属部材のうち一方の金属からなる溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像する。

この発明に係る接合部の品質評価装置の一態様は、
材質の異なる第１金属部材と第２金属部材とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部の品質評価装置であって、
接合時に前記接合部の近傍を撮像して画像を得る撮像手段と、
得られた画像に基づき、前記接合部から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出する飛散量算出部と、
前記飛散量が予め定めた基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価部と、
を備え、
前記撮像手段は、前記第１金属部材又は前記第２金属部材のうち一方の金属からなる前記溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像する。

この発明によれば、接合時に前記接合部の近傍を撮像手段により第１金属部材又は前記第２金属部材のうち一方の金属からなる溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像して画像を得（撮像工程）、得られた画像に基づき前記接合部から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出し（飛散量算出工程）、算出した前記飛散量を、予め定めた基準値と比較し、比較結果から前記飛散量が前記基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する（品質評価工程）ようにしたので、撮像手段による画像に基づき品質が評価できるようになり、低コスト且つ短時間で、バルブシート素材等の金属部材の溶損による接合不具合を的確に評価することができる。

また、この発明によれば、接合時に前記接合部の近傍を撮像手段により撮像して画像を得、得られた画像に基づき前記接合部から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を飛散量算出部により算出し、算出した前記飛散量を、予め定めた基準値と比較し、品質評価部により、比較結果から前記飛散量が前記基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価するようにしたので、撮像手段による画像に基づき品質が評価できるようになり、低コスト且つ短時間で、バルブシート素材等の金属部材の溶損による接合不具合を的確に評価することができる。

図１Ａは、この実施形態に係る接合部の品質評価方法を実施するこの実施形態に係る品質評価装置が組み込まれた接合システムの概略的な全体構成正面図である。図１Ｂは、図１Ａの接合システムの概略的な一部省略上面図である。図２は、撮像手段の視野範囲の画像を示す図である。図３は、評価コントローラの機能ブロック図である。図４は、接合システムの動作説明に供されるフロー図である。図５Ａは、適切な露光時間より長い露光時間でのスパッタの画像を示す図である。図５Ｂは、適切な露光時間でのスパッタの画像を示す図である。図５Ｃは、図５Ｂの一部拡大図である。図６Ａは、スパッタのグレースケールの画像を示す図である。図６Ｂは、図６Ａの画像の２値画像を示す図である。欠肉量の説明に供される接合物の正面図である。図８Ａは、スパッタ総粒子数に対する各サンプルの最大欠肉量の分布を示す相関図である。図８Ｂは、最多スパッタ粒子数に対する各サンプルの最大欠肉量の分布を示す相関図である。図８Ｃは、スパッタ総面積に対する各サンプルの最大欠肉量の分布を示す相関図である。図８Ｄは、最大スパッタ面積に対する各サンプルの最大欠肉量の分布を示す相関図である。図８Ｂの相関図に、９５％信頼性の上限線と下限線を描いた相関図である。

以下、この発明に係る接合部の品質評価方法及び装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［構成］
図１Ａは、この実施形態に係る接合部の品質評価方法を実施するこの実施形態に係る品質評価装置１０が組み込まれた接合システム１２の概略的な全体構成正面図、図１Ｂは、接合システム１２の概略的な上面図である。

接合システム１２は、基本的には、抵抗溶接機としての接合機１４と、接合機１４の接合部１６の近傍を撮像する高速度カメラ等の撮像手段１８と、接合機１４の溶接処理を制御する溶接コントローラ（溶接制御装置）２０と、撮像手段１８を制御するとともに撮像手段１８により撮像された画像ｉに基づき接合部１６の品質を評価するコンピュータである評価コントローラ（評価制御装置）２２とから構成される。

品質評価装置１０は、基本的には、撮像手段１８と評価コントローラ２２とから構成される。

本実施形態に係る接合システム１２には、加熱・加圧接合された接合部１６の第１金属（第１金属部材ともいう。）３１の欠肉量（欠肉深さ）Ａｍを測定する欠肉量測定装置としてのマイクロスコープ４０が準備され、評価コントローラ２２に接続されている。なお、マイクロスコープ４０は、抜き取り検査の際に利用に供される。マイクロスコープ４０は、高画素数のカラーカメラを備えた３Ｄ画像等を表示可能な拡大表示装置であって、この実施形態では、マイクロスコープ４０の画像データに基づき、評価コントローラ２２で欠肉量Ａｍが測定される。

評価コントローラ２２で取り扱われる画像等及びマイクロスコープ４０で取り扱われる画像等は、表示装置４４上に表示することができる。

接合機１４は、円柱状の下側の溶接電極２４が配置される台座２６と、上側の溶接電極２８が配置される溶接ヘッド３０と、溶接コントローラ２０とから構成される。

下側の溶接電極２４の上側に、鉄系の材料であるバルブシート素材（テストピース）からなる第１金属３１が配置され、該第１金属３１の接合面に、アルミニウム系の材料であるシリンダヘッド素材（テストピース）からなる第２金属部材３２の接合面が接触して（重ね合わされて）配置され、第２金属部材３２の接合面の反対側の面に上側の溶接電極２８の下側が当接される。

なお、第１及び第２金属部材３１、３２の各接合面が接している部分、換言すれば、溶接面を接合界面Ｊｉともいう。

溶接コントローラ２０は、溶接ヘッド３０、台座２６を介して溶接電極２４、２８間に挟まれた第１及び第２金属部材３１、３２間を通流する溶接電流、並びに第１及び第２金属部材３１、３２間の加圧力及び加圧時間を制御する。

評価コントローラ２２は、溶接コントローラ２０に同期して動作し、接合時（加圧力を加える直前から加圧時間終了直後までを含む時間）に、第１及び第２金属部材３１、３２の接合部１６を含む近傍の画像を撮像手段１８から撮像信号Ｓｃとして取り込み、取り込んだ撮像信号Ｓｃから処理した画像（撮像画像）ｉ（ｉ＝ｉ１、ｉ２、…）に基づき、接合部１６の品質を評価する。

撮像手段１８は、撮像範囲として、第１及び第２金属部材３１、３２の接合界面Ｊｉを含む近傍を撮像するため、図１Ａの正面図に示すように、第１及び第２金属部材３１、３２の接合界面Ｊｉの高さｈよりも下方に仰角θを持った位置に設置されている。

この実施形態において、撮像手段１８は、図１Ｂの上面図に示すように、接合部１６から略斜め４５゜の水平角φの位置、接合部１６から１［ｍ］程度離れた距離Ｄの位置に設置されている。

なお、撮像手段１８の仰角θ、水平角φ、及び距離Ｄは、接合システム１２に応じて最適な視野範囲（撮像範囲・画像範囲）となる値に設定される。

図２は、撮像手段１８の前記視野範囲の画像ｉ１を示している。画像ｉ１から、視野範囲は、上側の溶接電極２８の一部、第２金属部材３２及び該第２金属部材３２の下方の接合部１６（接合界面Ｊｉ）、及び第１金属部材３１、及び下側の溶接電極２４の一部を含む範囲に設定されている。この視野範囲（撮像範囲）は、接合時に発生する第１及び第２金属部材３１、３２のスパッタの殆ど全てを観察（撮像）できる範囲に設定されている。

評価コントローラ２２及び公知の溶接コントローラ２０は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）であるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段、機能部、機能手段）、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。

図３に示すように、この実施形態に係る評価コントローラ２２は、それぞれ詳細を後述する初期設定部５０、画像記憶部５２、飛散量算出部５４、比較部５６、及び品質評価部５８として機能する他、撮像間隔設定部６０、フレーム数設定部６２、露光時間設定部６４、欠肉量測定部６６、及び統計処理部６８等として機能する。

［動作］
基本的には、以上のように構成される品質評価装置１０が組み込まれた接合システム１２の動作を、図４に示すフロー図を参照して説明する。
まず、ステップＳ１にて予備試験の工程が実施される。

この予備試験の工程では、評価コントローラ２２の露光時間設定部６４に設定される撮像手段１８の露光時間Ｔｅが決定される他、撮像間隔設定部６０に設定される撮像間隔Ｔｉ及びフレーム数設定部６２に設定されるフレーム数（撮像数）Ｎｆが決定される。

この場合、鉄系の材料の第１金属３１とアルミニウム系の材料である第２金属部材３２の適切な溶接条件（加圧条件、通電条件）の基に、複数回、接合（溶接）を実施し、各接合時に、接合部１６から排出し、飛散する多数の溶融金属の微小粒子（スパッタ粒子ともいう。）Ｐｓを含む画像ｉを、接合時に、露光時間Ｔｅを変えて複数回撮像し、適切な露光時間Ｔｅを決定する。

鉄系の材料からなる第１金属３１のスパッタ粒子Ｐｓは、自ら発光しているために、アルミニウム系の第２金属部材３２のスパッタ粒子Ｐｓ´より輝度が高いという知見を得た。このことから適切な露光時間Ｔｅを決定すれば、撮像画像中のアルミニウム系の第２金属部材３２のスパッタ粒子Ｐｓ´が映らずに、鉄系の材料からなる第１金属３１のスパッタ粒子Ｐｓのみが映った画像ｉが得られるものと推定した。

図５Ａは、適切な露光時間Ｔｅより長い露光時間（適切ではない露光時間）で撮像したスパッタの画像ｉ２（０－２５５の階調のあるグレースケール画像）を示している。

図５Ｂは、適切な露光時間Ｔｅ、この実施形態では、３００［μｓ］で撮像したスパッタの画像ｉ３（０－２５５の階調のあるグレースケール画像）を示している。なお、図５Ａ、図５Ｂにおいて、スパッタの画像は、理解の便宜のために、白黒を反転（光っている部分を黒く描いている。）して描いている。以下も、同様である。

長い露光時間で撮像した図５Ａの撮像画像ｉ２では、薄雲状（輝度が低い状態をイメージしている。）のアルミニウム系の第２金属部材３２のスパッタ粒子Ｐｓ´と、鉄系の材料からなる第１金属３１のスパッタ粒子Ｐｓの両方が撮像されているが、適切な露光時間Ｔｅで撮像した図５Ｂの撮像画像ｉ３では、薄雲状のアルミニウム系の第２金属部材３２のスパッタ粒子Ｐｓ´が映らずに、より赤熱している鉄系の材料からなる第１金属３１のスパッタ粒子Ｐｓのみが映った撮像画像ｉ３が得られていることが分かる。

このように、鉄系の材料の第１金属３１とアルミニウム系の材料である第２金属部材３２の接合機１４による適切な溶接条件（加圧条件、通電条件）下において、適切な露光時間Ｔｅを設定することで、鉄系の材料からなる第１金属３１のスパッタ粒子Ｐｓのみを検出（抽出）することができる。

なお、スパッタ粒子Ｐｓは、図５Ｃの一部拡大図に示すように、大きさが異なる複数個のスパッタ粒子Ｐｓから構成され、その数を、飛散量算出部５４により画像ｉ３からスパッタ粒子数ｎｐとしてカウントする（数える）ことができる。

実験試行の結果、撮像間隔Ｔｉを、Ｔｉ＝１[ｍｓ]に決定し、第１金属３１と第２金属部材３２との接合機１４による接合時間をカバーできるように、フレーム数Ｎｆを、Ｎｆ＝５０に決定した。接合１回あたりの総撮像時間は、５０［ｍｓ］と短い時間である。

評価コントローラ２２は、次いで、ステップＳ２の初期設定にて、被溶接材料としての第１金属部材３１及び第２金属部材３２に対応した評価方案を設定する。

この場合、評価コントローラ２２は、撮像手段１８を動作させるため、撮像間隔設定部６０に上記した撮像間隔Ｔｉ（Ｔｉ＝１［ｍｓ］）を設定し、フレーム数設定部６２に上記したフレーム数Ｎｆ（Ｎｆ＝５０）を設定し、露光時間設定部６４に上記した露光時間Ｔｅ（Ｔｅ＝３００［μｓ］）を設定するとともに、接合機１４による第１金属部材３１と第２金属部材３２との接合回数、すなわちテストピースの接合サンプル数Ｎを設定する。接合サンプル数Ｎは、Ｎ＝３０に設定した。

次いで、ステップＳ３にて、図１Ａ及び図２に示すように、下側の溶接電極２４と上側の溶接電極２８との間に、第１金属部材３１及び第２金属部材３２の接合面を接触させて挟持させる。この状態で、溶接コントローラ２０の制御下に加圧通電により接合（溶接）が開始されると、これに同期して、ステップＳ４にて、評価コントローラ２２を通じて撮像手段１８が駆動され、撮像間隔Ｔｉ毎に露光時間Ｔｅ分の画像が撮像され、フレーム数Ｎｆ分の画像が撮像された後、ステップＳ５にて、溶接コントローラ２０の制御下に溶接ヘッド３０が上方向に上げられて、溶接コントローラ２０による１サンプルの接合（溶接）が終了する。

なお、ステップＳ４の接合（溶接）時には、接合部１６から溶融金属が排出され、飛散している。また、今回の接合時に撮像されたフレーム数Ｎｆ分の画像ｉは、画像記憶部５２に撮像画像ｉとして記憶される。

次いで、ステップＳ６にて、飛散量算出部５４は、各フレームの撮像画像ｉに基づき、接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量として、スパッタ粒子Ｐｓの数であるスパッタ粒子数ｎｐを、各フレーム毎に算出する。

図６Ａは、画像記憶部５２に記憶されている或フレームのグレースケールの撮像画像ｉ４であり、飛散量算出部５４は、該グレースケールの撮像画像ｉ４の各ピクセル（各画素）を閾値ｔｈ、この実施形態では、閾値ｔｈ＝２１５で２値化する。すなわち、スパッタ粒子数ｎｐが閾値ｔｈ未満の値（０≦ｎｐ＜２１５）の場合には、値「０」（スパッタ無し）、閾値ｔｈ以上の値（２１５＜ｎｐ≦２５５）の場合には、値「１」（スパッタ有り）として２値化する。
図６Ｂは、撮像画像ｉ４の２値化画像ｉ５を示している。

閾値ｔｈ以上の値を有し、２値化により値「１」とされたピクセル（画素）をスパッタと推定し、この値「１」で繋がっているピクセル（画素）の領域（範囲）を１個のスパッタ粒子Ｐｓとする（図５Ｃ参照）。

このようにして、飛散量算出部５４は、フレーム毎のスパッタ粒子Ｐｓの個数（スパッタ粒子数ｎｐ）を算出する。また、飛散量算出部５４は、フレーム数Ｎｆ＝５０中、スパッタ粒子数ｎｐが最多のフレームのスパッタ粒子数ｎｐを最多スパッタ粒子数（最大スパッタ粒子数）ｎｐｍａｘとして算出する。

さらに、ステップＳ６では、飛散量算出部５４は、フレーム毎のスパッタ粒子Ｐｓの個数であるスパッタ粒子数ｎｐを形成するピクセル数（スパッタピクセル数又はスパッタ面積［ｍ²］という。）ｓｐ［ｍ²］を算出する。さらに、飛散量算出部５４は、フレーム数Ｎｆ＝５０中、スパッタ面積ｓｐ［ｍ²］が最大の最大スパッタ面積（最大スパッタピクセル数）ｓｐｍａｘ［ｍ²］を算出する。

次いで、ステップＳ７にて、欠肉量測定部６６は、接合された第１及び第２金属部材３１、３２（接合物）を切断して鉄系の材料（バルブシート素材）である第１金属３１の欠肉量Ａｍ（欠肉高さ、欠肉深さ）［μｍ］を測定し、接合された第１及び第２金属部材３１、３２（接合物）中、第１金属３１の最も大きな欠肉量Ａｍを最大欠肉量Ａｍｍａｘ［μｍ］として検出する。

図７に示すように、ステップＳ７では、具体的には、接合された第１及び第２金属部材３１、３２（接合物）を、一点鎖線で示す基本中心線で切断して、４つの供試物に分割し、各供試物中、断面（２つの断面）に現れる第１金属３１の欠肉量Ａｍをマイクロスコープ４０で測定し、４つの供試物で得られる欠肉量Ａｍの中の最大欠肉量Ａｍｍａｘを求める（最大欠肉量Ａｍｍａｘを測定する。）。

次いで、次の接合サンプル（接合前のサンプル）である第１金属部材３１及び第２金属部材３２の接合面を接触させて、下側の溶接電極２４と上側の溶接電極２８との間に挟持させ、ステップＳ３の接合開始処理（接合開始工程）からステップＳ７の最大欠肉量測定工程までの工程を実施し、以下、同様に、接合サンプル数Ｎ＝３０まで、ステップＳ３－ステップＳ７の工程を繰り返し実施し、次いで、ステップＳ８にて統計処理を行う。

図８Ａは、接合サンプル数Ｎ（Ｎ＝３０）の各サンプル（各サンプルは、フレーム数Ｎｆ＝５０）の、すなわち、５０フレーム分の合計のスパッタ総粒子数Σｎｐに対する各サンプルの最大欠肉量Ａｍｍａｘ［μｍ］の分布を示す相関図（スパッタ総粒子数・最大欠肉量相関図）を示している。

図８Ｂは、各サンプル（５０フレーム）中の最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘに対する各サンプルの最大欠肉量Ａｍｍａｘ［μｍ］の分布を示す相関図（最多スパッタ粒子数・最大欠肉量相関図）を示している。

図８Ｃは、接合サンプル数Ｎ（Ｎ＝３０）の各サンプル（各サンプルは、フレーム数Ｎｆ＝５０）の、すなわち、５０フレーム分の合計のスパッタ総面積Σｓｐ［ｍ²］に対する各サンプルの最大欠肉量Ａｍｍａｘ［μｍ］の分布を示す相関図（スパッタ総面積・最大欠肉量相関図）を示している。

図８Ｄは、各サンプル（５０フレーム中）の最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ［ｍ²］に対する各サンプルの最大欠肉量Ａｍｍａｘ［μｍ］の分布を示す相関図（最大スパッタ面積・最大欠肉量相関図）を示している。

各相関図には、統計処理部６８により算出した回帰直線と相関係数Ｒの二乗として導かれる決定係数Ｒ²を示している。

決定係数Ｒ²の値は、スパッタ総粒子数・最大欠肉量相関図（図８Ａ）でＲ²＝０．８０９３、最多スパッタ粒子数・最大欠肉量相関図（図８Ｂ）でＲ²＝０．８５０２、スパッタ総面積・最大欠肉量相関図（図８Ｃ）でＲ²＝０．７９９９、最大スパッタ面積・最大欠肉量相関図（図８Ｄ）でＲ²＝０．８２０１と計算された。

図８Ａ－図８Ｄの相関図から図８Ｂの最多スパッタ粒子数・最大欠肉量相関図では、相関係数ＲがＲ＝√Ｒ²＝０．９２２（Ｒ²＝０．８５０２）と最も大きく、５０フレーム中の最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘでの整理が、実ワークの最大欠肉量Ａｍｍａｘと最も高い相関があることが分かる。

図９の相関図（図８Ｂの相関図）では、９５％信頼性の上限線と下限線を描いている。

よって、ステップＳ９の比較部５６による比較処理では、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘから求められる最大欠肉量Ａｍｍａｘを比較値とし、予め定めた目標欠肉量Ａｍｔａｒを基準値として比較する。

次いで、ステップＳ１０の品質評価部５８による評価処理では、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘでの最大欠肉量Ａｍｍａｘが目標欠肉量Ａｍｔａｒ未満の場合（Ａｍｍａｘ＜Ａｍｔａｒ）には不具合無しと判定し、最大欠肉量Ａｍｍａｘが目標欠肉量Ａｍｔａｒ以上の場合（Ａｍｍａｘ≧Ａｍｔａｒ）には不具合有りと判定して品質を評価する。

［まとめ］
この実施形態に係る接合部の品質評価方法は、
材質の異なる第１金属部材３１と第２金属部材３２とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部１６の品質評価方法であって、
接合時に接合部１６の近傍を撮像手段１８により撮像して画像ｉを得る撮像工程（ステップＳ４）と、
得られた画像ｉに基づき、接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出する飛散量算出工程（ステップＳ６）と、
前記飛散量から第１金属部材３１又は第２金属部材３２の欠肉量Ａｍ（例えば、最大欠肉量Ａｍｍａｘ（ステップＳ７））を求め、求めた欠肉量Ａｍを予め定めた基準値と比較する比較工程（ステップＳ９）と、
前記欠肉量Ａｍが前記基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価工程（ステップＳ１０）と、を備える。

これによれば、接合時に接合部１６の近傍を撮像手段１８により撮像して画像ｉを得（ステップＳ４：撮像工程）、得られた画像ｉに基づき接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量（この実施形態では、例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）を算出し（ステップＳ６：飛散量算出工程）、算出した前記飛散量から第１金属部材３１又は第２金属部材３２の欠肉量Ａｍ（この実施形態では、欠肉量Ａｍ中、最大の最大欠肉量Ａｍｍａｘ）を求め（ステップＳ７：最大欠肉量測定工程）、求めた欠肉量Ａｍ（最大欠肉量Ａｍｍａｘ）を予め定めた基準値（この実施形態では目標欠肉量Ａｍｔａｒ）と比較し（ステップＳ９：比較工程）、比較結果から欠肉量Ａｍ（最大欠肉量Ａｍｍａｘ）が基準値（目標欠肉量Ａｍｔａｒ）未満の場合には不具合無しと判定し、基準値（目標欠肉量Ａｍｔａｒ）以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する（ステップＳ１０：品質評価工程）ようにしたので、撮像手段１８による画像ｉに基づき品質が評価できるようになり、低コスト且つ短時間で、バルブシート素材等の金属部材（この実施形態では、第１金属部材３１）の溶損による接合不具合を評価することができる。

なお、欠肉量Ａｍ（又は最大欠肉量Ａｍｍａｘ）と飛散量（この実施形態では、例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）とは、線形な関係にあるので、欠肉量Ａｍ（又は最大欠肉量Ａｍｍａｘ）と基準値とを比較することに代替して飛散量と基準値（目標飛散量）とを比較して不具合を判定するようにしてもよい。

この場合、この実施形態に係る接合部の品質評価方法は、
材質の異なる第１金属部材３１と第２金属部材３２とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部の品質評価方法であって、
接合時に接合部１６の近傍を撮像手段１８により撮像して画像ｉを得る撮像工程（ステップＳ４）と、
得られた画像ｉに基づき、接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量（この実施形態では、例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）を算出する飛散量算出工程（ステップＳ６）と、
前記飛散量が予め定めた基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価工程と、
を備え、
撮像工程（ステップＳ４）では、第１金属部材３１又は第２金属部材３２のうち一方の金属からなる溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像する。

この実施形態に係る接合部の品質評価方法によれば、接合時に接合部１６の近傍を撮像手段１８により第１金属部材３１又は第２金属部材３２のうち一方の金属からなる溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像して画像ｉを得、得られた画像ｉに基づき接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量（例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）を算出し、算出した前記飛散量を予め定めた基準値（目標飛散量という。）と比較し、比較結果から前記飛散量が基準値（目標飛散量）未満の場合には不具合無しと判定し、基準値（目標飛散量）以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価するようにしたので、撮像手段１８による画像ｉに基づき品質が評価できるようになり、低コスト且つ短時間で、バルブシート素材等の金属部材（この実施形態では、第１金属部材３１）の溶損による接合不具合を的確に評価することができる。

この場合、飛散量算出工程（ステップＳ６）では、接合部１６から排出し、飛散した前記溶融金属の微小粒子を、得られた画像ｉを閾値ｔｈにより２値化することで判別し、前記微小粒子の数を飛散量（例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）として算出してもよい。

このように、接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の微小粒子の数を飛散量（例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）として算出する際に、撮像手段１８により得られた画像ｉを閾値ｔｈにより２値化することで溶融金属の微小粒子か否かを容易に識別して、微小粒子の数を算出することができる。

また、前記飛散量算出工程（ステップＳ６）では、接合部１６から排出し、飛散した前記溶融金属の微小粒子を、得られた画像ｉを閾値ｔｈにより２値化することで判別し、前記微小粒子の画像ｉ上の面積（例えば、最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ）を前記飛散量として算出してもよい。

このように、接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の微小粒子の画像ｉ上の面積（例えば、最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ）を飛散量として算出する際に、撮像手段１８により得られた画像ｉを閾値ｔｈにより２値化することで溶融金属の微小粒子か否かを容易に識別して、微小粒子の面積（画像ｉ上の専有面積であって、例えば、最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ）を算出することができる。

さらに、前記接合時には、撮像手段１８により複数枚の画像ｉを撮像するものであり、前記飛散量算出工程（ステップＳ６）では、得られた各画像iを閾値ｔｈにより２値化し、各画像ｉの前記微小粒子の数（例えば、最大スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）を算出し、前記品質評価工程（ステップＳ１０）では、各画像ｉ中、前記微小粒子の数が最多（最大スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）の画像ｉに基づき前記品質を評価する。

このように、接合時に撮像した複数枚の画像ｉ中、微小粒子の数が最多の画像に基づき品質を評価し得ることを見いだした。

前記接合時には、撮像手段１８により複数枚の画像ｉを撮像するものであり、前記飛散量算出工程（ステップＳ６）では、得られた各画像ｉを閾値ｔｈにより２値化し、各画像ｉの前記微小粒子の各画像ｉ上の面積（例えば、最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ）を算出し、前記品質評価工程（ステップＳ１０）では、各画像ｉ中、前記微小粒子の画像ｉ中の面積が最大（最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ）の画像ｉに基づき前記品質を評価する。

このようにすれば、接合時に撮像した複数枚の画像ｉ中、微小粒子の画像ｉ中の面積が最大の画像（最大スパッタ面積ｓｐｍａｘ）に基づき品質を評価し得る。

なお、前記撮像工程（ステップＳ４）では、撮像手段１８により撮像する際の露光時間を所定時間（露光時間Ｔｅ）に設定する。

このように、撮像手段１８の露光時間Ｔｅを所定時間に設定することにより、溶融金属の微小粒子に係る所望の画像ｉを抽出できる。

この実施形態に係る接合部の品質評価装置１０は、
材質の異なる第１金属部材３１と第２金属部材３２とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部１６の品質評価装置１０であって、
接合時に接合部１６の近傍を撮像して画像ｉを得る撮像手段１８と、
得られた画像ｉに基づき、接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出する飛散量算出部５４と、
前記飛散量が予め定めた基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価部５８と、を備える。

これによれば、接合時に接合部１６の近傍を撮像手段１８により撮像して画像ｉを得、得られた画像ｉに基づき接合部１６から排出し、飛散した溶融金属の飛散量（この実施形態では、例えば、最多スパッタ粒子数ｎｐｍａｘ）を算出し（飛散量算出部５４）、算出した飛散量を予め定めた基準値（目標飛散量）と比較し（比較部５６）、比較結果から飛散量が基準値（目標飛散量）未満の場合には不具合無しと判定し、基準値（目標飛散量）以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する（品質評価部５８）ようにしたので、撮像手段１８による画像ｉに基づき品質が評価できるようになり、低コスト且つ短時間で、バルブシート素材等の金属部材（この実施形態では、第１金属部材３１）の溶損による接合不具合を評価することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…品質評価装置１２…接合システム
１６…接合部１８…撮像手段
２２…評価コントローラ３０…溶接ヘッド
３１…第１金属部材３２…第２金属部材
５４…飛散量算出部５６…比較部
５８…品質評価部

Claims

材質の異なる第１金属部材と第２金属部材とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部の品質評価方法であって、
接合時に前記接合部の近傍を撮像手段により撮像して画像を得る撮像工程と、
得られた画像に基づき、前記接合部から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出する飛散量算出工程と、
前記飛散量が予め定めた基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価工程と、
を備え、
前記撮像工程では、前記第１金属部材又は前記第２金属部材のうち一方の金属からなる溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像する
接合部の品質評価方法。
請求項１に記載の接合部の品質評価方法であって、
前記飛散量算出工程では、
前記接合部から排出し、飛散した前記溶融金属の微小粒子を、得られた前記画像を閾値により２値化することで判別し、前記微小粒子の数を前記飛散量として算出する
接合部の品質評価方法。
請求項１に記載の接合部の品質評価方法であって、
前記飛散量算出工程では、
前記接合部から排出し、飛散した前記溶融金属の微小粒子を、得られた前記画像を閾値により２値化することで判別し、前記微小粒子の前記画像上の面積を前記飛散量として算出する
接合部の品質評価方法。
請求項２に記載の接合部の品質評価方法であって、
前記接合時には、前記撮像手段により複数枚の画像を撮像するものであり、
前記飛散量算出工程では、
得られた各画像を閾値により２値化し、各画像の前記微小粒子の数を算出し、
前記品質評価工程では、
前記各画像中、前記微小粒子の数が最多の画像に基づき前記品質を評価する
接合部の品質評価方法。
請求項３に記載の接合部の品質評価方法であって、
前記接合時には、前記撮像手段により複数枚の画像を撮像するものであり、
前記飛散量算出工程では、
得られた各画像を閾値により２値化し、各画像の前記微小粒子の各画像上の面積を算出し、
前記品質評価工程では、
前記各画像中、前記微小粒子の前記画像中の面積が最大の画像に基づき前記品質を評価する
接合部の品質評価方法。
請求項４又は５に記載の接合部の品質評価方法であって、
前記撮像工程では、前記撮像手段により撮像する際の露光時間を所定時間に設定する
接合部の品質評価方法。
材質の異なる第１金属部材と第２金属部材とを接触させ、通電に伴う加熱及び加圧により接合する際の接合部の品質評価装置であって、
接合時に前記接合部の近傍を撮像して画像を得る撮像手段と、
得られた画像に基づき、前記接合部から排出し、飛散した溶融金属の飛散量を算出する飛散量算出部と、
前記飛散量が予め定めた基準値未満の場合には不具合無しと判定し、前記基準値以上の場合には不具合有りと判定して品質を評価する品質評価部と、
を備え、
前記撮像手段は、前記第１金属部材又は前記第２金属部材のうち一方の金属からなる前記溶融金属の飛散量を撮像できる条件で撮像する、
接合部の品質評価装置。