JPH06341966A - 超音波溶接装置における溶接状態監視方法 - Google Patents

超音波溶接装置における溶接状態監視方法

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JPH06341966A
JPH06341966A JP24410293A JP24410293A JPH06341966A JP H06341966 A JPH06341966 A JP H06341966A JP 24410293 A JP24410293 A JP 24410293A JP 24410293 A JP24410293 A JP 24410293A JP H06341966 A JPH06341966 A JP H06341966A
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JP
Japan
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welding
ultrasonic
current
waveform pattern
ultrasonic horn
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JP24410293A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Fujita
藤田  勉
Shigeo Takamatsu
繁男 高松
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Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 被溶接物を支持するアンビル2と、このアン
ビル2に載置された被溶接物を上方から押圧するととも
にその表面に沿って往復移動させさられる超音波ホーン
3と、この超音波ホーン3に振動を加える超音波発振器
5とを有する超音波溶接装置1において、超音波発振器
5に流れる電流を電流測定装置6により測定するととも
に、この電流の波形パターンを観測することにより、溶
接状態の異常を検出する溶接状態監視方法である。 【効果】 超音波ホーンに振動を加える超音波発振器に
流れる電流の波形パターンを観測することにより、被溶
接物の支持面および超音波ホーンの先端面などの目詰ま
り、摩耗、被溶接物の位置ずれ、押圧力の不良などの溶
接状態の異常を、テストピースを使用することなく、容
易にかつ確実に検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波溶接装置におけ
る溶接状態監視方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、薄膜型のノイズフィルターを製
造する場合、導電膜と絶縁膜とを互いに積層するととも
に、導電膜に電極を溶着する工程があり、この溶着工程
では、超音波溶接装置が用いられている。
【0003】この超音波溶接装置は、図10に示すよう
に、電極となるリードフレームA側を支持する支持面5
1aがメッシュ状の凹凸部にされたアンビル51と、導
電膜B上面を加圧するとともにその表面に沿って往復移
動させる振動加圧装置52とから構成され、またこの振
動加圧装置52は、装置本体53内に配置された振動子
54と、この振動子54からコーン55を介して突設さ
れるとともに先端部にメッシュ状の凹凸部にされた加圧
面56aが設けられた超音波ホーン56と、上記振動子
54に超音波振動を発生させて、その加圧面56aを矢
印aにて示すように、水平方向で往復振動(例えば、十
数ミクロン程度の振動)させるための超音波発振器57
とから構成されている。
【0004】そして、超音波溶接装置により、導電膜B
にリードフレームAを溶着する場合、アンビル51の支
持面51a上にリードフレームBを載置し、この上方か
ら、超音波ホーン56の加圧面56aを押圧させるとと
もに超音波振動を加えて、リードフレームAと導電膜B
との溶着が行われる。
【0005】ところで、従来、溶接作業前には、超音波
溶接装置における溶接部の状態が良好であるかどうかが
調べられていた。すなわち、アンビル51の支持面51
a、超音波ホーン56の加圧面56aを顕微鏡などで検
査するとともに、ワイヤーブラシなどにより清掃されて
いた。そして、さらにテストピースを実際に溶接すると
ともに、この溶接されたテストピースの接着部の破壊試
験を行い、超音波溶接装置が正常に作動しているかどう
かが確認されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、超音
波溶接装置の動作の確認を行う場合、清掃作業、テスト
ピースの溶接および破壊試験などを行う必要があるた
め、非常に、手間が掛かるとともに、テストピース作成
のために、多くの製品が無駄になるという問題があり、
また上記のような確認作業によると、溶接箇所の位置ず
れを確認することができず、さらに個々の製品そのもの
の溶接の良否を判定することができないため、品質管理
に大きな負担を強いるという問題があった。
【0007】そこで、本発明は上記問題を解消し得る超
音波溶接装置における溶接状態監視方法を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第1の手段は、被溶接物の支持台と、この
支持台上に載置された被溶接物を上方から押圧するとと
もにその表面に沿って往復移動させられる超音波ホーン
と、この超音波ホーンに振動を加える超音波発振器とを
有する超音波溶接装置において、上記超音波発振器に流
れる電流を測定するとともに、この電流の波形パターン
を観測することにより、溶接状態の異常を検出する超音
波溶接装置における溶接状態監視方法である。
【0009】また、上記課題を解決するため、本発明の
第2の手段は、被溶接物の支持台と、この支持台上に載
置された被溶接物を上方から押圧するとともにその表面
に沿って往復移動させられる超音波ホーンと、この超音
波ホーンに振動を加える超音波発振器とを有する超音波
溶接装置において、上記超音波発振器に流れる電流を測
定するとともに、この電流の波形パターンを、予め記憶
部に記憶された正常溶接時における電流の波形パターン
とを比較し、これら両波形パターンの差が所定の設定値
内であるかどうかを判定することにより、溶接状態の異
常を検出する溶接状態監視方法である。
【0010】
【作用】上記第1の手段の構成によると、超音波ホーン
に振動を加える超音波発振器に流れる電流の波形パター
ンを観測することにより、被溶接物の支持面および超音
波ホーンの加圧面などの目詰まり、摩耗、被溶接物の踏
み外し、押圧力の不良などの溶接状態の異常を検出する
ことができる。
【0011】また、上記第2の手段の構成によると、実
際の溶接時における電流の波形パターンと、予め求めら
れた正常溶接時における電流の波形パターンとを比較
し、そしてこれら両波形パターンの差が設定値内にある
かどうかを判定することにより、迅速にかつ正確に、溶
接状態の異常を検出することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例における超音波
溶接装置における溶接状態監視方法を図1〜図6に基づ
き説明する。
【0013】まず、超音波溶接装置を、図1に基づき概
略的に説明する。すなわち、この超音波溶接装置1は、
主として、被溶接物を載置するアンビル(支持台)2
と、このアンビル2の支持面2aに載置された被溶接物
を上方から加圧面3aを介して押圧するとともにその表
面に沿って往復移動させさられる超音波ホーン3と、こ
の超音波ホーン3に振動子4を介して振動を加える超音
波発振器5とが設けられている。
【0014】そして、この超音波溶接装置1には、溶接
状態を監視するために、超音波発振器5に流れる電流波
形を測定するための電流測定装置(例えば、オシログラ
フなどが使用される)6が具備されている。
【0015】次に、この電流測定装置6により、超音波
溶接装置1の溶接状態を監視する方法について説明す
る。まず、溶接状態が正常である場合の電流波形を測定
した結果を、図4(a)のグラフにて示す。なお、以下
に説明する電流波形のグラフにおいて、縦軸は電流(m
V)を、横軸は時間(ms)を示している。
【0016】このグラフを模式化した図3から分かるよ
うに、溶接状態が正常に行われている場合には、超音波
発振器1に流れる電流の波形パターンは半田を溶融する
ための期間Dにおいては、半田の溶融から接合部のなじ
みなどにより、負荷が減少するため、直線的に下降す
る。次に、溶融状態の維持および接合完了までの期間E
においては、溶融状態であるため、負荷が一定となって
いる。すなわち、電流の波形パターンが水平となってい
る。
【0017】したがって、超音波溶接作業時に、電流測
定装置6により、このような波形パターンが観測されれ
ば、溶接作業が正常に行われていることが確認される。
また、図4(a)の場合は、超音波ホーン3の押圧力が
10kgf である場合を示しており、図4(b)は押圧力が
7kgf である場合を示しており、図4(c)は押圧力が
5.5kgfである場合を示している。
【0018】このように、押圧力が正常な値(例えば、
9kgf 程度)より、段々に低下してくると、上述した電
流の下降期間Dが徐々に無くなってくるため、したがっ
て押圧力が不足してきた場合には、下降期間Dの有無を
観測することにより、そのことを判断することができ
る。
【0019】一方、アンビル2の支持面2aおよび超音
波ホーン3の加圧面3aが摩耗していたり、また目詰ま
りなどが発生したり、さらに図2に示すように、溶接部
分に巻き込みなどが発生して、例えば導電膜B側が上下
面に露出した場合には、図5(a)に示すように、図3
に示したような下降期間Dが観測されない。また、逆
に、電導膜Bの裏面に接着されている絶縁膜C側が上下
面に露出した場合には、やはり図5(b)に示すよう
に、下降期間Dが観測されない。
【0020】また、超音波ホーン3の加圧面3aより、
リードフレームAが外れた場合、すなわちリードフレー
ムAの踏み外しが生じている場合には、図6(a)に示
すように、また電導膜Bの踏み外しが生じている場合に
は、図6(b)に示すように、異常な波形パターンがそ
れぞれ観測される。
【0021】すなわち、溶接状態が不良である場合に
は、超音波発振器5に流れる電流の波形パターンが異常
となるため、そのことが、容易かつ迅速に検出すること
ができる。
【0022】次に、本発明の第2の実施例を、図7〜図
9に基づき説明する。上記第1の実施例においては、溶
接状態の異常を検出するのに、溶接電流の波形パターン
を観測することにより行うようにしたが、本第2の実施
例においては、溶接時における実際の電流の波形パター
ン(以下、実波形パターンという)と、コンピュータな
どにより、正常溶接時における電流の波形パターン(以
下、標準波形パターンという)とを比較することによ
り、迅速にかつ正確に、溶接状態の異常を検出し得る溶
接状態監視方法を提供するものである。
【0023】すなわち、本第2の実施例における超音波
溶接装置11には、図7に示すように、上記第1の実施
例における超音波溶接装置において、電流測定装置6か
ら電流波形を入力するとともに、この電流波形に所定の
処理を施して溶接状態の異常を検出するための信号処理
装置12が具備されたものである。なお、第1の実施例
と同一部品には、同一番号を付してその説明を省略す
る。
【0024】この信号処理装置12は、上記電流測定装
置6で得られた電流波形に所定の信号処理を施して実波
形パターンを得るための信号処理部21と、予め正常溶
接時における電流の標準波形パターンが記憶された記憶
部22と、この標準波形パターンと上記信号処理部21
で得られた実波形パターンとを比較するとともに、これ
ら両波形パターンの差が所定の設定値内に入るかどうか
を判定する演算部(コンピュータにより構成されてい
る)23と、この演算部23において上記両波形パター
ンの差が所定の設定値を越えた場合に出力される信号に
基づき溶接状態の異常を知らせる警報部24とから構成
されている。
【0025】ところで、通常、超音波溶接電流は、約40
kHz で振動しており、この波形信号を、直接、演算部2
3であるコンピュータに入力して処理を行わせるために
は、高速のA/D変換を行うA/D変換器および多くの
メモリを必要とするが、このような事態を避けるため
に、本装置における信号処理部21の構成は、図8に示
すような構成にされている。
【0026】すなわち、この信号処理部21は、アンプ
31と、ローパスフィルタ(例えば、100kHz) 32と、
全波整流回路33と、ローパスフィルタ(例えば、1kH
z)34から構成されて溶接状態の特徴を抽出するように
しており、その出力信号を、グラフに示すと、例えば図
9の実線Fのようになる。なお、横軸は時間、縦軸は溶
接電流値を示している。
【0027】ここで、信号処理手順について説明する。
まず、溶接状態が正常である時の電流値の標準波形パタ
ーンを作成する。この標準波形パターンは、例えば良好
な溶接状態での電流の波形パターンを数回求め、この平
均値が標準波形パターンとされる。例えば、図9の実線
Fにて示すような波形パターンが作成される。
【0028】次に、この標準波形パターンに対して、許
容範囲が設定される。例えば、図9の破線にて示すよう
に、上限値Gと下限値Hとが設定されるとともに、判定
時間領域が設定される。
【0029】そして、実際の生産工程における溶接電流
値が信号処理部21に入力されて、電流の実波形パター
ンが得られ、この実波形パターンが演算部23に入力さ
れるとともにここで記憶部22から入力された標準波形
パターンと比較され、両波形パターンの差が、上述した
上限値と下限値との間に入っている場合には、溶接状態
が正常であると判定される。
【0030】一方、両波形パターンの差が、上限値と下
限値との間に入っていない場合には、溶接状態が異常で
あると判定され、警報部24にそのことが出力されて、
作業者に警報が出される。勿論、この場合には、その異
常な製品が排除される。
【0031】なお、溶接状態が正常であると判定された
場合には、引き続き、実波形パターンが入力されるとと
もに、標準波形パターンと比較されて、上記判定動作が
繰り返される。
【0032】また、正常溶接時における溶接電流の実波
形パターンを記録しておくことにより、時間の経過とと
もに実波形パターンの状態を確認することにより、実際
に製造されている製品の品質状態を、より正確に把握す
ることができる。
【0033】このように、実際の溶接時における電流の
波形パターンを、信号処理装置に入力するとともに、こ
こで予め求められた正常溶接時における電流の波形パタ
ーンと比較することにより、迅速にかつ正確に、溶接状
態の異常を検出することができる。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項1記載の溶
接状態監視方法によると、超音波ホーンに振動を加える
超音波発振器に流れる電流の波形パターンを観測するこ
とにより、被溶接物の支持面および超音波ホーンの先端
面などの目詰まり、摩耗、被溶接物の位置ずれ、押圧力
の不良などの溶接状態の異常を、従来のように、テスト
ピースを使用することなく、容易にかつ確実に検出する
ことができる。
【0035】また、本発明の請求項2記載の溶接状態監
視方法によると、実際の溶接時における電流の波形パタ
ーンと、予め求められた正常溶接時における電流の波形
パターンとを比較し、そしてこれら両波形パターンの差
が設定値内にあるかどうかを判定することにより、迅速
にかつ正確に、溶接状態の異常を検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における超音波溶接装置
の概略構成を示す図面である。
【図2】同実施例における超音波溶接作業時の要部断面
図である。
【図3】同実施例における溶接作業の正常状態を示す電
流波形パターンの模式化したグラフ図である。
【図4】同実施例における超音波ホーンの押圧力に応じ
た電流波形パターンを示すグラフ図である。
【図5】同実施例における溶接作業の異常状態を示す電
流波形パターンを示すグラフ図である。
【図6】同実施例における溶接作業の異常状態を示す電
流波形パターンを示すグラフ図である。
【図7】本発明の第2の実施例における超音波溶接装置
の概略構成を示す図面である。
【図8】同第2の実施例における信号処理部の構成を示
すブロック図である。
【図9】同第2の実施例における溶接電流の標準波形パ
ターンおよびその許容範囲を示すグラフ図である。
【図10】従来例における超音波溶接装置の概略構成を
示す図面である。
【符号の説明】
A リードフレーム B 導電膜 1 超音波溶接装置 2 アンビル 2a 支持面 3 超音波ホーン 3a 加圧面 5 超音波発振器 6 電流測定装置 11 超音波溶接装置 12 信号処理装置 21 信号処理部 22 記憶部 23 演算部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被溶接物の支持台と、この支持台上に載置
    された被溶接物を上方から押圧するとともにその表面に
    沿って往復移動させさられる超音波ホーンと、この超音
    波ホーンに振動を加える超音波発振器とを有する超音波
    溶接装置において、上記超音波発振器に流れる電流を測
    定するとともに、この電流の波形パターンを観測するこ
    とにより、溶接状態の異常を検出することを特徴とする
    溶接状態監視方法。
  2. 【請求項2】被溶接物の支持台と、この支持台上に載置
    された被溶接物を上方から押圧するとともにその表面に
    沿って往復移動させさられる超音波ホーンと、この超音
    波ホーンに振動を加える超音波発振器とを有する超音波
    溶接装置において、上記超音波発振器に流れる電流を測
    定するとともに、この電流の波形パターンを、予め記憶
    部に記憶された正常溶接時における電流の波形パターン
    とを比較し、これら両波形パターンの差が所定の設定値
    内であるかどうかを判定することにより、溶接状態の異
    常を検出することを特徴とする溶接状態監視方法。
JP24410293A 1993-04-08 1993-09-30 超音波溶接装置における溶接状態監視方法 Pending JPH06341966A (ja)

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