JPH05172752A - 複合鋼板の溶接性に寄与する金属粒子の分布状態測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オンラインで簡便な複合鋼板の溶接性に寄与
する金属粒子の分布状態測定方法および装置を提供す
る。 【構成】 金属粒子を散布した複合鋼板の下側鋼板２の
樹脂膜４面に、光源12からの光を照射してその照射面を
撮像器14で撮像し、画像処理装置15において入力された
画像に階調処理や図形認識処理、粒子同定処理などの処
理を施して、樹脂膜４面から突出した金属粒子11ａのみ
の個数、分布を求めることにより、オンラインにて複合
鋼板の溶接性を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合鋼板の溶接性に寄
与する金属粒子の分布状態測定方法および装置に係り、
特に連続的に走行する鋼板の溶接性をオンラインで簡便
に推定する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば熱可塑性粘弾性高分子な
どの樹脂を２枚の鋼板で挟んで接着して鋼板全体の振動
を抑えるいわゆる複合鋼板は、新しい機能材料の一つと
して市場に供されている。このような複合鋼板を構造用
材料として使用する場合は、制振性に加えて溶接できる
ことが重要なファクタとされている。

【０００３】この溶接性を高める手段として、樹脂に微
細な金属粒子を混合することが行われている。すなわ
ち、図９はその製造工程の概要を示すものであり、下板
コイラ１から巻き戻された下側鋼板２の上面にロールな
どの樹脂塗布装置３を介して溶融状態の樹脂４がフィル
ム状に塗布され、ついで乾燥装置５で乾燥された後、上
板コイラ６から巻き戻された上側鋼板７が重ね合わさ
れ、上下一対のロールなどで構成される圧着装置８で挟
圧され、上下２枚の鋼板が接着されて複合鋼板９が製造
されるのが通常の工程である。

【０００４】そこで、この複合鋼板９の溶接性を高める
ために、乾燥装置６の上流側に設けられたホッパなどの
金属粒子散布装置10から金属粒子11を被覆した樹脂膜４
に散布するのである。この金属粒子11の大きさは50〜30
0 μm の直径が適当とされ、またその混合比は樹脂膜４
との体積比で0.5 〜2.0 ％が適当とされている。このよ
うに、金属粒子11の適正な分散は、製品の溶接性を保証
する重要な制御項目であり、特にオンラインにおいてそ
の分散状態を測定，保証することは重要な品質管理項目
の一つになっている。

【０００５】ところで、従来用いられている樹脂膜内の
金属粒子11の分散状態を測定する手段としては、樹脂膜
乾燥後の下側鋼板２からオンライン中に切り出されたサ
ンプルを溶媒に浸し、樹脂分を溶解することにより金属
粒子11を抽出してその重量を測定する方法とか、あるい
は蛍光Ｘ線法により金属粒子11からの蛍光強度を測定し
重量に換算する方法などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た前者の重量測定法の場合は、部分的でかつオフライン
にのみ適用し得る測定方法であるから、オンラインでの
操業管理に直接フィードバックすることができず、かつ
製品の全長にわたって品質を保証することができない。

【０００７】一方、後者の蛍光Ｘ線法の場合は、オンラ
イン測定方法として適用することが可能であるが、この
方法で十分な混合比の測定精度を保証するには金属粒子
11としてある程度の重量を有することが必要であり、本
発明者らの実験によれば0.5〜2.0 ％の混合比では40mm
φ以上の面積分の金属粒子の重量が必要であることが確
かめられている。すなわち、金属粒子11の粒子径に比べ
非常に大きな面積を測定することになり、細かい混合比
の測定を行うことは困難である。

【０００８】また、この蛍光Ｘ線法では、樹脂膜厚より
小さな粒径の金属粒子をも測定することができるが、こ
のような金属粒子は重ね合わされる２枚の鋼板に接する
ことができないことから溶接性には寄与しないことが確
かめられており、それ故金属粒子11の粒径の分布が大き
い場合には少なからず誤差を生じることになる。さら
に、蛍光Ｘ線法に基づく測定装置は、オンライン装置と
して非常に高価であることも問題の一つである。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解消するべ
くしてなされたものであって、オンラインにて鋼板上に
塗布された樹脂膜に混合される金属粒子の分散状態を測
定し、溶接性を精度よく推定する方法および装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
鋼板間に導電性担体である金属粒子を含有した樹脂層を
設けてなる複合鋼板の溶接性に寄与する金属粒子の分布
状態を測定する方法であって、金属粒子を含有した樹脂
塗布後の鋼板表面を撮像し、樹脂被膜面から突出した金
属粒子の分散状態から複合鋼板の溶接性を評価すること
を特徴とする複合鋼板の溶接性に寄与する金属粒子の分
布状態測定方法である。

【００１１】なお、前記樹脂被膜面から突出した金属粒
子の分散状態を求める際に、前記撮像された画像の明暗
強度の差を用いるか、あるいは前記撮像された画像のテ
クスチャーの差を用いて、金属粒子と樹脂被膜面を識別
するようにしてもよい。また、本発明の第２の態様は、
鋼板間に導電性担体である金属粒子を含有した樹脂層を
設けてなる複合鋼板の溶接性に寄与する金属粒子の分布
状態を測定する装置であって、金属粒子を含有して樹脂
塗布後の鋼板表面を照射する光源と、この光源の照射面
を撮像する撮像器と、前記撮像器で撮像された画像から
樹脂被膜表面に突出する金属粒子の分散状態を測定する
画像処理装置と、からなることを特徴とする複合鋼板の
溶接性に寄与する金属粒子の分布状態測定装置である。

【００１２】

【作 用】本発明によれば、光源と撮像器とにより樹脂
被膜の表面を撮像し、画像処理装置により樹脂被膜面か
ら突出した金属粒子のみの分散状態を抽出測定するよう
にしたので、オンラインで精度よく溶接性を推定するこ
とが可能である。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して詳しく説明する。図１は、本発明に係る複合鋼板の
金属粒子分布状態測定装置の実施例の構成を示す概要図
である。なお、図中、従来例と同一の要素は同一の符号
を付している。図に示すように、本発明の測定装置は、
乾燥装置５の下流に、たとえばハロゲンランプなどの光
源12からの光を照射する円環状の照明光学系13を、樹脂
膜４の表面に対しほぼ垂直の方向から照射するように設
置する。

【００１４】そして、この照射面をたとえばシャッター
付ＣＣＤカメラなどの撮像器14で静止画として撮像す
る。この撮像器14で撮像された画像は、たとえば図２に
示すように、樹脂膜から突出した金属粒子11ａからは照
射光が広く散乱して反射光が集光されないから暗く、樹
脂膜４内に埋もれた金属粒子11ｂからは金属粒子からの
散乱光と樹脂膜表面からの反射光が合算された集光とな
るから薄暗く撮像され、また下側鋼板２の表面像２ａで
は強い反射光が集光されて非常に明るく撮像され、同時
に画像処理装置15に入力される。

【００１５】以下に、この画像処理装置15における処理
内容を説明する。図３は入力された画像信号に階調処理
を施したデジタル画像の明暗の分布を示す一例である。
この図において、Ａは下側鋼板２の表面像２ａからの画
素の分布、Ｂは埋もれている金属粒子11ｂからの画素の
分布、Ｃは突出した金属粒子11ａからの画素の分布であ
る。

【００１６】撮像した画像信号から金属粒子11ａを抽出
する手段として、本発明による明暗強度の差を利用する
方法の手順を図４を用いて説明する。まず、図３に示し
たような画素分布Ｃと画素分布Ｂとの間には明かなる凹
部が存在するから、たとえばこの凹部の最小極点をしき
い値とする二値化処理を行うことにより、画素分布Ｃの
みを抽出することができる。

【００１７】ついで、この画素分布Ｃと同じ程度の明る
さをもつ画素について、画素の連続性や円周度などの一
般的な粒子の同定処理を施すことにより、画像ノイズを
除去する。これは、分布Ｃの画素には鋼板表面からの微
小な凹凸によりスポット的な暗い画素があって、単なる
二値化処理だけでは粒子数測定時に誤差を生じるからで
ある。さらに、所定の大きさを有する粒子を計数するこ
とにより、画素分布Ｃの樹脂膜から突出した金属粒子11
ａの分布状態を測定することができる。

【００１８】つぎに、本発明による画像のテクスチャー
の差を利用する方法の手順を説明する。樹脂膜４から突
出した金属粒子11ａを示す画像部は、図３の分布Ｃの輝
度を有する暗い画素がほぼ円形状に固まって形成されて
いる。一方、下側鋼板２の表面像２ａを示す画像部は、
図３の分布Ａの輝度を有する明るい画素が一様に分散し
たものであり、樹脂膜内に埋もれた金属粒子11ｂを示す
画像部は、図３の分布Ｂの輝度を有する画素がほぼ円形
状に固まって形成されたものであるが、その大きさは樹
脂膜から突出した金属粒子11ａを示す画像部よりも小さ
い。したがって、撮像された画像から分布Ｃの輝度を有
しかつ所定の大きさを有する円形部のみを認識し、抽出
することにより、金属粒子11ａの分布状態を測定するこ
とができる。

【００１９】このような画像認識処理を行う処理アルゴ
リズムとして、たとえば、ニュートラルネットワークを
用いた図形認識手法を適用することができる。図５は、
ニュートラルネットワークの構成手順の一例を示した図
である。まず、あらかじめ撮像画像の一例を用いてネッ
トワークの学習を行う。より具体的には、撮像画像の一
例に対する真の金属粒子11ａの分布パターンを人間の判
定により作成し、これをネットワークへの教師パターン
とする。たとえば、図６に示すような３層のネットワー
クを形成して、撮像画像16から４個の入力層17, ３個の
中間層18, ２個の出力層19を経て出力パターン20を得
る。

【００２０】そして、この出力パターン20と教師パター
ンとの差を算出し、この誤差が所定の値以下になるよう
にネットワークの学習、すなわち修正を繰り返す。誤差
が所定の値以下になればアルゴリズムが完成したものと
みなす。以上の手順で作成された処理アルゴリズムは、
画像のテクスチャーを解析して金属粒子11ａに該当する
画像部のみを精度よく抽出することができるので、金属
粒子11ａの分布状態を測定することができる。

【００２１】上述の手順で、画像処理装置15は樹脂膜４
から突出した金属粒子11ａの同定を行った後、さらに複
合鋼板９の溶接性を評価する。たとえば20mm×20mmの単
位面積当たりのたとえば粒径35μm 以上の粒子数および
その分布を求める。図７は、20mm×20mmの単位面積内で
の粒径35μm 以上の金属粒子の測定個数Ｎと溶接性の比
較を設定した一例を示すものである。すなわち、測定さ
れた金属粒子の個数Ｎがその上限値Ｎ_ULと下限値Ｎ_LLと
の間にある場合は溶接性が良好であり、その範囲外であ
るときは溶接性不良と評価するのである。

【００２２】以上の一連の溶接性評価手順を図８のフロ
ーチャートにまとめて示した。ここで、この場合の溶接
性評価の一方法として、複合鋼板をスポット溶接するこ
とによって評価する。すなわち、スポット溶接試験は電
極５mmφ, 電流8000Ａ，加圧力200kgfの条件下で20サイ
クル行い、鋼板上のナゲット径, 鋼板の接合強度などで
評価するのである。なお、より簡便な評価方法として
は、初期抵抗値（すなわち１サイクル目の抵抗値）が低
いものほど、溶接性がよいとされる。一般に初期抵抗値
が400 μΩ以下であれば溶接性がよいとされており、図
７の溶接性の良好な範囲では、初期抵抗値が400 μΩ以
下になっている。

【００２３】なお、上記実施例において、溶接性を評価
する単位面積については20mm×20mmに限るものではな
く、任意に設定を変更してもよい。また、溶接性の評価
については良・不良の２段階評価として説明したが、本
発明は必要に応じてさらに細かい段階評価に分類するこ
とも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、製
造される複合鋼板の溶接性をオンラインで精度よく推定
するようにしたので、製品の品質を全長にわたって保証
することができるとともに、金属粒子の混合状態の不良
を早期に検出して製造工程にフィードバックすることに
より、大量の不良品の発生を未然に防止し得るという大
きな効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合鋼板の金属粒子分布状態測定
装置の実施例の構成を示す概要図である。

【図２】撮像器で撮像された画像の一例を示す図であ
る。

【図３】画素の明暗度とその分布の関係を示す特性図で
ある。

【図４】画像の明暗強度の差に注目して溶接性に寄与す
る金属粒子を抽出する手順を説明する流れ図である。

【図５】ニュートラルネットワークの構成手順を示す流
れ図である。

【図６】ニュートラルネットワークの一例を示す流れ図
である。

【図７】金属粒子の単位面積当たりの個数と溶接性の関
係の一例を示す図である。

【図８】本発明による溶接性評価の手順を示す流れ図で
ある。

【図９】複合鋼板の製造工程の従来例を示す概要図であ
る。

【符号の説明】

１ 下板コイラ ２ 下側鋼板 ３ 樹脂塗布装置 ４ 有機樹脂 ５ 乾燥装置 ６ 上板コイラ ７ 上側鋼板 ８ 圧着装置 ９ 複合鋼板 10 金属粒子散布装置 11 金属粒子 12 光源 13 照明光学系 14 撮像器 15 画像処理装置 16 撮像画像 17 入力層 18 中間層 19 出力層 20 出力パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 博之 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 段木 亮一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板間に導電性担体である金属粒子を
   含有した樹脂層を設けてなる複合鋼板の溶接性に寄与す
   る金属粒子の分布状態を測定する方法であって、金属粒
   子を含有した樹脂塗布後の鋼板表面を撮像し、樹脂被膜
   面から突出した金属粒子の分散状態から複合鋼板の溶接
   性を評価することを特徴とする複合鋼板の溶接性に寄与
   する金属粒子の分布状態測定方法。
2. 【請求項２】 前記樹脂被膜面から突出した金属粒子
   の分散状態を求める際に、前記撮像された画像の明暗強
   度の差を用いて金属粒子と樹脂被膜面を識別することを
   特徴とする請求項１記載の複合鋼板の溶接性に寄与する
   金属粒子の分布状態測定方法。
3. 【請求項３】 前記樹脂被膜面から突出した金属粒子
   の分散状態を求める際に、前記撮像された画像のテクス
   チャーの差を用いて金属粒子と樹脂被膜面を識別するこ
   とを特徴とする請求項１記載の複合鋼板の溶接性に寄与
   する金属粒子の分布状態測定方法。
4. 【請求項４】 鋼板間に導電性担体である金属粒子を
   含有した樹脂層を設けてなる複合鋼板の溶接性に寄与す
   る金属粒子の分布状態を測定する装置であって、金属粒
   子を含有して樹脂塗布後の鋼板表面を照射する光源と、
   この光源の照射面を撮像する撮像器と、前記撮像器で撮
   像された画像から樹脂被膜表面に突出する金属粒子の分
   散状態を測定する画像処理装置と、からなることを特徴
   とする複合鋼板の溶接性に寄与する金属粒子の分布状態
   測定装置。