JPH0386382A - 抵抗溶接における溶接検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、抵抗溶接における溶接検査装置に関し、よ
り詳細には、抵抗溶接において、磁気光学効果を利用し
て溶接状態の検査を非破壊で行う溶接検査装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

抵抗溶接法は、溶接熱源として金属の電気抵抗熱を利用
する方法であるが、この方法の原理は次の通りである。

溶接する二つの金属部材の接合部を通して通電すると、
まず接触抵抗によって接合部付近の温度が急激に上昇し
、続いて、この接触抵抗による発熱と温度上昇に伴う金
属部材自体の固有抵抗の増加によって局部的発熱が助長
され、接合部付近が急速に溶接温度に達する。そこで、
直ちに金属部材に機械的圧力を加えて圧接を行うのであ
る。

抵抗溶接法では、接合部に所要の熱量を発生させるため
、著しく大きい電流（２，０００−１００，０ＯＯＡ）
が必要であり、これを瞬間的に（１／２〜１７２０秒）
通電する必要がある等の難点もあるが、加熱範囲が狭く
局部的な変質に止めることができ、変形や残留応力も少
ないし、溶接が比較的均一に行われやすく作業速度も大
である等の多くの特長を持っている。

抵抗溶接による溶接部の健全性と信頼性を調べる非破壊
検査法としては、従来、ＣＯＤカメラやサージコイル等
を用いて溶接部に発生する磁界ないし電界を検知し、そ
の変化を認識することによって欠陥を検出する方法が採
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記従来の検査方法は、外部擾乱やノイズ等に
影響され、磁界や電界の正確な測定が困難であるという
難点があるため、測定誤差を見越して必要な溶接強度よ
りも約３０％過剰な溶接強度となるように溶接をしてい
るのが現状である。

また、この方法の他には、抵抗溶接における信頼性のあ
る非破壊検査法は知られていない。

そこで、この発明の目的は、抵抗溶接において、外部擾
乱やノイズに影響されず正確に且つ非破壊で溶接部の検
査ができる溶接検査装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、この発明は、投光手段と、 前記投光手段から送られた光を受光して、磁気光学効果
により感知した磁界に応じた光を出力する磁気光学効果
素子と、 前記磁気光学効果素子の出力光を受光して電気信号に変
換する受光手段とを備え、 前記磁気光学効果素子によって、溶接時に溶接部の近傍
に生じる磁界を感知して前記溶接部を検査するようにし
たことを特徴とするものである。

前記磁気光学効果素子としては、例えばＹＩＧ、ＧＩＧ
、ＢＧＯ，ＢＳＯ，Ｚｎ５ｅ、ＣｄＭｎＴ６ＳＬＮ　（
Ｌ　１Ｎｂｏ、）、多結晶ＢｉＣａＦｅＶｏ等のような
ファラデー効果を生起する素子を使用できる。

〔作用〕

溶接前には、被溶接材に電流が流れないため、溶接部の
近傍には磁界は生じず、磁気光学効果素子は磁気光学効
果を起こさない。従って、磁気光学効果素子への入射光
はそのままの状態で出力される。

溶接時には、被溶接材にパルス状の大電流が流れるため
、溶接部の周囲に一時的に磁界が発生する。溶接部の近
傍に置かれた磁気光学効果素子は、この磁界を感知して
磁気光学効果（ファラデー効果）を起こし、入射光を感
知した磁界の強さに応じて変化させて出力する。

溶接部の接合状況やナゲツトの良否により、磁気光学効
果素子の出力光の波形が変化するので、磁気光学効果素
子の出力光の変化を電気信号に変換すれば、これによっ
て溶接部の欠陥を検出し、記録することができる。

磁気光学効果は、外部擾乱やノイズに影響されないので
、これらに起因して磁界の測定誤差が生じる恐れはない
。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明に係る溶接検査装置の全体構成を示
すブロック図で、この溶接検査装置（１）は、検査する
際に溶接部の近傍に置かれ、溶接電流によってそこに発
生する磁界を検出する検査ユニット（１０）と、前記検
査ユニット（１０）と二本の光ファイバー（３１）　（
３２）によって接続された装置本体（２０）から戒って
いる。

前記検査ユニット（１０）は、第２図に明瞭に示すよう
に４個の光学部品を備えている。すなわち、光が送られ
る上流側から下流側に向かって、偏光子（１１）、π／
４旋光子（１２）、磁気光学効果素子（１３）及び検光
子（１４）が配置されており、これらの光学部品はすべ
てセラミック製のケーシング（１５）内に収容されてい
る。

偏光子（１１）には、装置本体（２０）に設けた発光素
子（２１）から生じた自然光が、一方の光ファイバー（
３１）を通って入射され、偏光子（１１）はこの自然光
を直線偏光に変換する作用を行う。この直線偏光は次に
π／４旋光子（１２）に入射される。

π／４旋光子（１２）は、前記直線偏光の偏光面をπ／
４（４５°）だけ回転させる作用をする。こうして、磁
気光学効果素子（１３）には偏光面がπ／４だけ回転し
た直線偏光が入射される。

この実施例では、磁気光学効果素子（１３）としてファ
ラデー効果を示すＺｎ５ｅの多結晶を使用している、こ
のＺｎ５ｅ結晶は、外部磁界の影響を受けてファラデー
効果を発生し、入射した直線偏光の偏光面を、影響され
た磁界の強さに応じて回転させる作用をする。こうして
、偏光面が回転した直線偏光が検光子（１４）に入射さ
れる。なお、磁気光学効果素子（１２）としては、磁気
光学効果を示す素子であればいずれも適用可能である。

ファラデー効果により、磁気光学効果素子（１２）内に
入射した直線偏光の偏光面が角度αだけ回転する。この
回転角αは、加えられた磁界の強さに比例して次式に従
って変化する。

α＝Ｖｅ−Ｈ−Ｌ。

ここでＶｅはベルデ定数と呼ばれる材料固有の定数、Ｈ
は磁界の強さ、Ｌは磁気光学効果素子の結晶の長さであ
る。

検光子（１４）は、偏光面が回転した光の垂直成分のみ
を取り出す作用をする。この出力光は、他方の光ファイ
バー（３２）を通って装置本体（２０）の受光素子（２
２）に送られる。

検光子角がπ／４の場合、透過光の強さＰは次式に従っ
て変化する。

Ｐ＝Ｐｏ　（１＋ｓ　ｉｎ２α） ＝Ｐｏ　（１＋ｓ　１ｎ２ＶｅＨＬ） ＝Ｐｏ　（１＋ｍ） ここで、ｍは変調度、Ｐｏは磁界が０のときの透過光強
さである。

回転角αがπ／４よりも十分小さい場合、変調度ｍは磁
界の強さＨに比例する。従って、磁界Ｈの変化によって
透過光強度を変調することが可能となる。

この実施例では、磁気光学効果素子としてＺｎ５ｅの多
結晶を用いており、偏光子（１１）と検光子（１４）と
の角度がπ／４だけずれるため、Ｂ５０（Ｂ　ｉ　、、
Ｓ　ｉ　Ｏ，。）単結晶をπ／４旋光子（１２）として
用いて入射光と透過光を平行にしている。このため、検
査ユニット（１０）の構造を簡単にすることができる利
点がある。

この場合には、回転角αは次式のようになる。

ｃｒ＝ＶｅＬ、Ｈ＋Ｖｅ２ＬｚＨ ここでり、は旋光子（１２）の長さ、Ｌ２は磁気光学効
果素子（１３）の長さである。

装置本体（２０）は、発光素子（２１）、受光素子（２
２）、増幅器（２３）、演算器（２４）、ＣＲＴ表示器
（２５）及びレコーダー（２６）から構成され、これら
をケーシング（２７）内に収容している。

発光素子（２１）は、検査ユニッ）　（１０）の偏光子
（１１）に送る光を発生するもので、発光ダイオード等
から構成することができる。受光素子（２２）は、検査
ユニット（１０）の検光子（１４）からの出力光を受け
て、これを電気信号に変換するものであり、ＰＩＮフォ
トダイオード等から構成される。受光素子（２２）の出
力電気信号は、その後、増幅器（２３）によって増幅さ
れ、演算器（２４）に入力される。演算器（２４）は、
前記電気信号を解析して磁界値に変換する作用を行う。

増幅器（２３）及び演算器（２４）としては、従来より
公知のものを任意に適用することができる。

演算器（２４）の出力信号は、オシロスコープ等のＣＲ
Ｔ表示器（２５）及びレコーダー（２６）に出力される
ので、ＣＲＴ表示器（２５）により検査結果を直接視認
することができると共に、その結果を記録することもで
きる。

光ファイバー（３１）　（３２）としては、公知のもの
を任意に使用することができるが、マルチモードステッ
プインデックス型石英ファイバーが特に好ましい。

次に、以上のように構成した溶接検査装置（１〉の使用
状態を、第３図及び第４図を用いて説明する。

第３図は、抵抗溶接の一種であるスポット溶接をする場
合の構成の概略を示している。（４０）はスポット溶接
機で、固定アーム（４１）と、固定アーム（４１）の上
方に対向して設けられた可動アーム（４２）を有してお
り、各アーム（４１）　（４２）の先端には、それぞれ
丸棒状の電極（４３）　（４４）が取り付けである。

画電極（４３）　（４４）間には、変圧器（４５）を介
して交流電源（４６）から電流が供給されるようになっ
ている。

この溶接機（４０）によって溶接する際には、まず、接
合する金属板（５１）　（５２）を図のように重ねて二
つの電極（４３）　（４４）間に置き、可動アーム（４
２）を下降して固定アーム（４１〉との間に挟んで加圧
する。

次に、交流電源（４６）をＯＮにして、画電極（４３）
（４４）にパルス状電流を供給すれば、両金属板（５１
）（５２）は短時間で溶接される。

溶接検査装置１ｉｉ　（１）は、第４図に示すように検
査部（１０）を溶接部の近傍に置いておき、画電極（４
３）（４４）に通電する前に、電源をＯＮにして作動状
態にしておく。

画電極（４３）　（４４）に通電されると、両金属板（
５１）（５２）の接合部を流れる電流によりその周囲に
磁界Ｈが生じ、検査ユニッ）　（１０）の磁気光学効果
素子（１３）がこれを感知してファラデー効果を起こす
。

これによって、磁気光学効果素子（１３）の入射光の偏
光面が回転せしめられ、磁気光学効果素子（１３）の透
過光の強度が変化するので、これを装置本体（２０）の
受光素子（２２）で電気信号に変換し、増幅後、演算器
（２４）で処理すると、その波形により、溶接部を流れ
るパルス電流の状況ひいては溶接部の溶接状況を知るこ
とができる。

なお光ノイズを除去するため、光の通過する部分を磁気
シールド用ケーシング内に収容するのが好ましい。この
場合は、ケーシングの一面は、検査ユニット（１０）が
磁界を検出できるように開口しておく必要がある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明の溶接検査装
置（１）は、磁気光学効果素子（１３）の起こす磁気光
学効果を利用しているので、外部擾乱やノイズに影響さ
れず正確に且つ非破壊で溶接部の検査ができ、従ってそ
の検査結果は非常に信頼性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の溶接検査装置の一実施例
を示すもので、第１図は全体構成を示すブロック図、第
２図は同装置の検査ユニットの内部構成を示す説明図で
ある。 第３図はスポット溶接機による溶接の溶接検査をする状
態を示す説明図である。 第４図は第３図の部分拡大図である。 （１）・・・溶接検査装置 （１０）・・・検査ユニット （１２）・・・π／４旋光子 （１４）・・・検光子 （２０）・・・装置本体 （２２）・・・受光素子 （２４・・・演算器 （２６・・・レコーダー （３１（３２）・・・光ファイバー （４０・・・スポラトン容接機 （４２・・・可動アーム （４５）・・・変圧器 （５１）　（５２）・・・金属板 （４１）・・・固定アーム （４３）　（４４）・・・電極 （４６）・・・交流電源 （５３）・・・ナゲツト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、投光手段と、 前記投光手段から送られた光を受光して、 磁気光学効果により感知した磁界に応じた光を出力する
   磁気光学効果素子と、 前記磁気光学効果素子の出力光を受光して電気信号に変
   換する受光手段とを備え、 前記磁気光学効果素子によって、溶接時に溶接部の近傍
   に生じる磁界を感知して前記溶接部を検査するようにし
   たことを特徴とする、抵抗溶接における溶接検査装置。