JPH09501772A - 評価時間間隔の決定方法及び評価時間間隔内での温度推移に基づくスポット溶接部の品質評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、スポット溶接部での温度推移に基づいてスポット溶接部の品質評価のための評価時間間隔（１０）の決定方法に関し、それぞれ異なる品質を持つ多数の基準スポット溶接部のために温度に明白に依存する量のその都度の推移が決定され、各推移が互いに比較される。各推移の比較から評価時間間隔（１０）として、各推移が明らかに互いに異なりしかも所属する基準スポット溶接部の品質の順位に相応する順位を持つような時間間隔が決定される。任意のスポット溶接部の品質の関係付けは、評価時間間隔（１０）内の温度に関係する量の値によって簡単かつ正確に実施可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 評価時間間隔の決定方法及び評価時間間隔内での 温度推移に基づくスポット溶接部の品質評価方法 本発明は、スポット溶接部での温度推移に基づいてスポット溶接部の品質評価 を行うための評価時間間隔の決定方法ならびに評価時間間隔内でのスポット溶接 部の温度推移に基づくスポット溶接部の品質評価方法に関する。 国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６号明細書はその全体でスポット溶接 部の品質を検査するための方法及び装置を取扱っている。スポット溶接部は少な くとも１つの第１の金属から成る互いに溶接されるべき２つの部材で第２の金属 から成る電極を用いて実施される。このスポット溶接部の品質を評価するために 、スポット溶接部での温度の推移が基礎になっており、その場合品質は温度値の 特性線が素早く低下して直線から偏倚すればする程より一層悪くなる。従って、 温度の推移から、スポット溶接部がどの程度良好であるのかを製造直後に非破壊 的に確認可能である。温度低下は部材と電極との間に誘起された熱起電力を介し て決定可能である。 品質の評価尺度として次の式を使用することができる。 Ｔ₀・（ｔ₁−ｔ₀）／（Ｔ₀−Ｔ₁） ここで、Ｔ₀は溶接後の第１の時点ｔ₀で決定された温度、Ｔ₁は第２の時点ｔ₁ で決定された温度である。両時点間の差に関する好ましい値は一般に約２５ｍｓ である。どのようにして両時点の差に関する好ましい値を実験で決定するか、と りわけどのようにして第１の時点又は第２の時点に関する好ましい値を実験で決 定するかということは国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６号明細書では扱 われていない。この国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６号明細書に記載さ れているスポット溶接部の品質評価装置は互いに溶接されるべぎ２つの部材と溶 接電極との間で切換え可能な少なくとも１つの電圧測定器と、溶接工程の終了時 に信号を発信するトリガー装置と、溶接工程の終了信号の発信後少なくとも１つ の所定の時間間隔の開始及び終了を報知するタイマとを有している。この時間 間隔内で決定された温度値に基づいて、品質評価が実施される。 本発明の課題は、スポット溶接部での温度推移に基づいてスポット溶接部の品 質評価を行うための評価時間間隔の決定方法及び装置を提供することにある。そ れにより、決定された時間聞隔内で生じた温度値、又はこの温度に関係する量の 値を用いて、種々のスポット溶接部の品質の確かな評価が保証される。この品質 評価は特に自動的な実施に適しなければならない。本発明の他の課題は、評価時 間間隔内でのスポット溶接部の温度推移に基づくスポット溶接部の品質評価方法 及び装置を提供することにある。 本発明によれば、第１番目の課題は、 ａ）多数の基準スポット溶接部に対して温度に明白に依存する量のその都度の 推移が決定され、その場合基準スポット溶接部はそれぞれ異なった品質を持ち、 量の各推移にはそれの所属する基準スポット溶接部の品質が割当てられ、 ｂ）評価時間間隔として、量の推移が明らかに互いに異なり、各推移に対する 量が異なった平均値を持ちそしてこの平均値が各推移に割当てられた品質の単調 関数であるような時間間隔が決定される、 ことによって解決される。 最低平均値を持つ推移は最低品質を持ち最高平均値を持つ推移は最高品質を持 つか又はその逆である。平均値の値が増大すると共に、品質は単調に高まるか又 は低下する。従って、評価時間聞隔内で量の推移に基づいて、特に平均値の推移 に基づいて各スポット溶接部に対する品質の簡単かつ確実な割当てが可能である 。或るスポット溶接部の量の推移の平均値が２つの基準スポット溶接部の量の推 移（基準推移）間に位置する場合、そのスポット溶接部の品質も基準スポット溶 接部の品質の間に位置することになる。 ほぼ全評価時間間隔に亘って一方の推移の値が他方の推移の値の上に明らかに 位置する場合、量の２つの推移には明らかな相違が呈される。評価時間間隔内の 個々の位置では両推移の値は一致しているか又はその順位が微少な値だけ逆転し 得る。何れにしても一方の推移は平均的には明らかに他方の推移の上に留まらな ければならない。 良品質を持つ基準スポット溶接部、一応満足し得る品質を持つ基準スポット溶 接部及び不可の品質を持つ基準スポット溶接部をそれぞれ使用することは有利で ある。これによって、基準スポット溶接部によって与えられた順位内での他のス ポット溶接部の整理が簡単かつ確実に可能になる。 評価時間間隔の開始を決定するために量の推移が顕著に離散する時点が特に適 する。これによって、少なくともこの時点の近辺では大きく時間が経過すると、 推移は明らかに互いに異なることが保証される。 評価時間間隔の終了を、量の推移が顕著に集合する時点によって決定すること は有利である。というのは、時聞がもっと大きく経過しても、量の推移はもはや 明らかに互いに異ならないからである。評価時間間隔を、推移が離散し始める時 点と推移が集合し始める時点との間に決定することは、自動比較ユニットによっ て、例えばコンピュータ・プロセッサによって実現され、簡単かつ正確に実施可 能である。 評価時間間隔が最大１００ｍｓ、特に約６０ｍｓであることは特に有利である 。これによって、大きな時間間隔内での量の推移が品質評価を行うために提供さ れる。さらに、品質評価の質は明らかに改善される。というのは、測定誤差の影 響が減少するからである。 評価時間間隔が良品質を持つスポット溶接部に生ぜしめられる溶湯の凝固の開 始を少なくとも含むことは有利である。溶湯の凝固の発生によって凝固熱が発生 し、これによって温度の低下が遅くされる。場合によっては僅かな凝固熱しか発 生しない不可品質を持つスポット溶接部での温度低下に比べて、良品質のスポッ ト溶接部における温度の低下は明らかに遅くなる。異なったスポット溶接部の量 の推移は凝固の開始と共に顕著に離散し始める。 少なくとも１つの第１の金属から成る２つの互いに溶接された部材と第２の金 属から成る電極との間の熱起電力を、温度に関係する量として使用することは有 利である。熱起電力は簡単に測定することができ、評価時間間隔内のスポット溶 接部ではその都度の品質に明らかに関係している。溶湯の凝固開始の検出は熱起 電力を用いて同様に可能である。というのは、凝固熱発生時の温度推移と同様に 熱起電力の低下が遅くなるからである。 さらに、量を熱起電力の時間導関数から、又は熱起電力とこの熱起電力の時間 導関数との商から形成することは有利である。これによって、スポット溶接部の 品質に対する重要な特徴である溶湯の凝固の影響が同様に検出される。商の時間 的推移は凝固熱が発生する時間範囲の明白な識別を可能にし、これによって異な った品質即ち異なった凝固熱を持つスポット溶接部に属する推移の明白な相違性 が得られる。 本発明によれば、第２番目の課題は、スポット溶接部での温度推移に基づいて スポット溶接部の品質評価を行うために評価時間間隔内の温度の値又はこの温度 に関係する量を利用し、その際評価時間間隔は、種々異なった品質の多数のスポ ット溶接部の温度に関係する量の時間的推移が明らかに互いに異なり、各推移に 対する量が異なった平均値を持ち、しかも平均値が品質の単調関数であるように 決定されることによって解決される。平均値によって与えられた推移順位により スポット溶接部の品質の重要な割当てが可能になる。特に熱起電力とこの熱起電 力の一次時間導関数との商はスポット溶接部の品質に対する評価数として好適で ある。この評価数は全評価時間間隔に亘る商の平均値として算出することができ る。 評価時間間隔内の各時点に対して量が準連続的に決定されることは特に有利で ある。準連続的とはこれに関しては、評価時間間隔内において多数の時点で量が 決定される、特に測定されることを意味し、その場合時点は全評価時間間隔に比 較して、全評価時間間隔に亘って量の実際に正確な描写が得られるように密に連 続する。量を決定する２つの時点間の時間間隔は一般に約０．３ｍｓ〜８ｍｓ、 特に２ｍｓである。評価時間間隔は一般に約６０ｍｓの幅を持つ。従って、評価 時間間隔内で約３０個の時点で量が決定され、適切な割当てによって、特に簡単 な補間法の助けによって各時点で量が正確に決定可能である。評価時間間隔内で の量の時間的推移は従って簡単かつ正確に与えられる。 評価時間間隔内での量の平均値を決定し、スポット溶接部の品質に対する評価 尺度値として使用することは特に有利である。平均値は量の全ての値から又は量 の若干の重要な値から決定することができる。平均値形成により、量の決定の際 に不正確さのために場合によっては存在する影響が明らかに減少する。従って、 評価尺度値はスポット溶接部の品質に対する簡単かつ確実な表示を提供する。 評価時間間隔を求めるための装置はメモリ装置、比較装置及び出力装置を有す るのが有利である。メモリ装置内には、多数の基準スポット溶接部の、温度に明 らかに関係する量の時間的推移を記憶可能であり、各推移にはそれの所属する基 準スポット溶接部の品質が属している。比較装置内では多数の推移の比較によっ て評価時間間隔の自動決定が行われる。その場合、評価時間間隔は、推移が明ら かに互いに異なりしかもそれぞれ異なった平均値を有しそして平均値と品質との 間に単調関数的な関係が存在するような時間間隔として決定される。出力装置は 決定された評価時間間隔の出力に使われる。多数の推移はメモリ装置に例えば独 立した測定装置を介して同時に供給することができる。メモリ装置は同様にスポ ット溶接機に直接接続され、このスポット溶接機の溶接電極間に生じた熱起電力 を直接検出し、必要に応じてこれから温度に関係する量の推移を決定することが できる。この量の推移はメモリ装置内にこの場合それぞれスポット溶接の直後に 記憶される。所属の基準スポット溶接部の推移に関係する品質は、メモリ装置に 別々に供給されるか、又はメモリ装置内で直接決定される。推移ならびに関係す る品質はメモリ装置から比較装置へ供給される。比較装置は平均値形成器を有す るのが有利であり、この平均値形成器内で種々の時間間隔に対して推移のその都 度の平均値が決定される。比較装置は、異なった推移の値を比較し推移が最初に 明らかに互いに異なる時点を決定可能な比較器を有するのが有利である。この時 点から出発して、比較器によって、推移がより一層離散するか否かそしていつか ら推移が再び集合するかが自動的に検出される。評価時間間隔の終了時点を表す 第２の時点は推移の予め与えられた近似値を下回ることによって互いに決定する ことができる。比較装置によって決定された評価時間間隔は出力装置へ導かれる 。出力装置によって例えば評価時間間隔の図形出力又はデータ出力を行うことが できる。特に、出力装置によって、スポット溶接部の品質評価のための装置への 評価時間間隔の直接伝送が行われる。 図面に基づいて評価時間間隔の決定方法及びスポット溶接部の品質評価方法を 説明する。 図１は本発明による方法を実施しかつ熱起電力を測定するための装置の概略図 である。 図２は種々のスポット容接部の温度の推移を示す特性図である。 図３は種々のスポット溶接部の熱起電力の推移を示す特性図である。 図４は熱起電力とこの熱起電力の一次時間導関数とから形成された量の推移を 示す特性図である。 図５は熱起電力の一次時間導関数の推移を示す特性図である。 図１には本発明による装置の本発明による方法を説明するために重要な部分が 概略的に示されている。 図１は本発明による方法を実施し、スポット溶接部を作り、電極３、４と金属 薄板から成る２つの部材１、２との間の熱起電力を測定するための装置を示す。 部材１、２は互いに押付けられ、電極３、４によって電源９から溶接電流が部材 １、２を通って導かれる。この溶接電流はスポット溶接部５を加熱し、最終的に はスポット溶接部５を溶解させ、これによって部材１、２が互いに溶接される。 溶接電流は電流測定器６によって測定される。２つの電圧測定器７、８によって 溶接電流に関係する電圧を決定可能である。溶接の実行後、電圧測定器７、８に よって電極３、４と所属の電極３、４に接触する部材１、２との間の熱起電力が それぞれ測定される。 電源９ならびに電圧測定器７、８はスポット溶接部の温度又はこの温度に関係 する量に基づいて評価時間間隔を決定するための装置１５ならびにスポット溶接 部５の品質を判断するための装置１９に接続されている。評価時間間隔決定装置 １５はメモリ装置１６、比較装置１７及び出力装置１８を有している。メモリ装 置１６は電源９、電圧測定器７、８及び品質評価装置１９に接続されている。メ モリ装置１６内には熱起電力の推移、又はこの熱起電力から導出された量の推移 、および各推移に所属するスポット溶接部の品質が記憶される。品質はこの場合 装置１９からメモリ装置１６へ伝送することができるか又はメモリ装置１６自身 内で直接算定することができる。記憶された推移および所属する品質は比較装置 １７へ供給される。この比較装置１７で評価時間間隔が決定される。この決定の 結果は出力のために出力装置１８へ転送される。この出力装置１８からその結果 は装置１９へ達する。種々の品質の基準スポット容接部を作成するために、複数 のスポット熔接部が異なった長さ又は異なった大きさの溶接電流を用いて作られ る。 溶接電流の期間又は強度の設定は装置１９内で求められた基準スポット溶接部の 品質に基づいて行われる。例えば溶接電流を適当に増大させることによって、前 の基準スポット溶接部に比べてそれぞれ改善された品質を有する基準スポット溶 接部を徐々に作ることができる。装置１５、１９は例えば個別に又は一緒に相応 する信号入力装置、メモリ装置及びプロセッサ装置を備えたマイクロプロセッサ 又はコンピュータ内で実現することができる。 装置１９では評価時間間隔内で温度の推移又はこの温度に関係する量、例えば 熱起電力、の推移に基づいて評価装置２０によって品質評価が行われる。その量 の推移は評価装置２０へ信号入力装置２１を介して供給される。さらに、評価装 置２０には信号入力装置２１を介して評価時間間隔の期間及び溶接工程の終了後 の評価時間間隔の開始が供給される。これらの情報は評価装置２０に直接記憶さ せることができる。信号入力装置２１は電圧測定器７、８、ならびに熱起電力の 推移又はこの熱起電力から導出された量の推移を記憶しているメモリ装置１６に 直接接続されている。評価装置２０は出力装置２２に接続されており、この出力 装置２２を介して、品質評価の結果が例えば図形表示の形態で又はコンピュータ 又はプリンタに供給可能なデータ信号の形態で出力される。評価装置２０では同 様に実行された品質評価に基づいてスポット溶接部を作るスポット溶接機の自動 制御が行われる。このために例えば出力装置２２を介して溶接電源９を制御する ための制御信号が発信される。評価装置２０、信号入力装置２１ならびに出力装 置２２はそれぞれ互いに独立したユニットとして又は単一ユニットとして例えば コンピュータ内で実現することができる。 図２には１つのスポット溶接部での３つの異なる温度推移線が定性的に示され ている。これらの温度推移線はそれぞれアルファベットＧ（良）、Ｍ（山間）及 びＳ（粗悪）を付されている。Ｇを付された推移線は広範囲に亘ってほぼ直線的 であり、中間範囲で上方へ軽く湾曲しており、これはスポット溶接部５でこの温 度範囲で発生する凝固熱のために温度低下が遅れることに基づくものである。Ｍ もしくはＳを付された推移線はこのような湾曲を示しておらず、従ってスポット 溶接部５はこの場合には僅かしか溶かされていないかもしれない。 図３は電圧測定器７、８を用いて検出され電極と互いに溶接された部材１、２ との間の熱起電力である電圧の、図１に概略的に示された装置によって決定され た推移を示す。この場合電圧信号には時間的に周期的な信号が重畳されており、 交流溶接装置の使用に基づくものである。約８０ｍｓの時間のところで溶接を表 す非常に大きな電圧パルスが認められる。時間が経過すると電圧が低下するのが 認められる。図３には異なった品質を持つ４つの異なった基準スポット溶接部の 電圧推移が示されている。溶接パルスの終了後の約１００ｍｓでは個々の推移は 明らかに異なっている。時間が経過すると、推移が新たに接近し、それゆえこれ らにはもはや明らかな相違は見られない。従って、品質評価のための評価時間間 隔は、推移がバラバラに別れそして再び一緒になるような範囲内に選定しなけれ ばならない。図示されている評価時間間隔１０は６０ｍｓの大きさであり、推移 が初めて明らかに異なっている時点で開始している。 図４は熱起電力とこの熱起電力の一次時間導関数との商から形成された量の推 移を示す。熱起電力に重畳された周期的な信号はここでは取除かれている。所属 の基準スポット溶接部の異なった品質を持つ４つの異なった推移が図３と同じよ うに示されている。中間領域では推移は明らかに互いに異なっており、そして平 均値によって与えられ所属の基準スポット溶接部の品質順位に相当する順位で配 列されている。すなわち、一番上側の椎移は最高品質に相当し、一番下側の推移 は最低品質に相当する。平均値の増大に応じて品質も同様に高まる。平均値と品 質との間には単調関数的な関係が存在する。品質に対する評価尺度値として、例 えば、評価時間間隔１０内での１つの基準スポット溶接部に所属する推移の値の 平均値を使用することができる。一番上側の推移、従ってそれに所属する基準ス ポット溶接部にはこの場合１２４の評価尺度値が属し、順位が下位へ続く推移に はそれぞれ評価尺度値１１２、８１、６６が属している。ギリギリに良好である スポット溶接部に対する評価尺度値として値１００が設定されている。評価時間 間隔１０内で個々の推移の明白な相違性に基づいて任意のスポット溶接部の評価 を簡単かつ正確に行うことができる。評価時間間隔１０の位置は、推移への明ら かな相違性の要求と、平均値が品質の単調関数であるという要求とによって本質 的に決められそして自動的に決定可能である。 図５には図３及び図４において既に使用された基準スポット溶接部に対する熱 起電力の一次時間導関数の４つの異なった推移が示されている。評価時間間隔１ ０内に同様に推移の明らかな相違が認められ、そして平均値によって与えられた 推移の順位が存在している。この場合平均値は所属の基準スポット溶接部の品質 の単調関数である。評価時間間隔の終端は、評価時間間隔１０の外で時間が経過 すると椎移の明らかな区別がもはや可能ではなくなることにより決められる。 評価時間間隔の決定方法はそれぞれ異なった品質を持つ多数の基準スポット溶 接部のために温度に関係する量のその都度の推移が互いに比較されることを特徴 とする。比較によって、量の推移が明らかに互いに異なりかつその都度の平均値 を有するような評価時間間隔が決定される。その場合、平均値は所属の基準スポ ット溶接部の品質の単調関数である。評価時間間隔内の量の値を使用することは それゆえ基準スポット溶接部に比較してスポット溶接部への品質の簡単かつ正確 な所属を保証する。従って、基準スポット溶接部が良品質を持つ基準スポット溶 接部、一応満足な品質を持つ基準スポット溶接部、及び不可品質を持つ基準スポ ット溶接部を含むことは好ましいことである。それゆえ、評価時間間隔内の温度 推移に基づくスポット溶接部の品質評価方法は有利である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．スポット溶接部での温度推移に基づいてスポット溶接部の品質評価のため の評価時間間隔の決定方法において、 ａ）多数の基準スポット溶接部に対して温度に明白に関係する量のその都度の 推移が決定され、その場合基準スポット溶接部はそれぞれ異なった品質を持ち、 量の各推移には所属の基準スポット熔接部の品質が属し、 ｂ）評価時間間隔として、量の推移が明らかに互いに異なり、各推移に対する 量が異なった平均値を持ち、この平均値が各推移に属する品質の単調関数である ような時間間隔が決定される ことを特徴とする評価時間間隔の決定方法。 ２．基準スポット溶接部は良品質を持つスポット溶接部、一応満足な品質を持 つスポット溶接部及び不可品質を持つスポット溶接部をそれぞれ１つ含むことを 特徴とする請求項１記載の方法。 ３．評価時間間隔の開始時点として量の推移が顕著に離散する時点が決定され ることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４．評価時間間隔の終了時点として量の推移が顕著に集合する時点が決定され ることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。 ５．評価時間間隔は最大１００ｍｓ、特に約６０ｍｓであることを特徴とする 請求項１乃至４の１つに記載の方法。 ６．評価時間間隔は良品質を持つスポット溶接の際の溶湯の凝固開始時を少な くとも含むことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。 ７．量は少なくとも１つの第１の金属から成る２つの互いに溶接された部材（ １、２）と第２の金属から成る電極（３、４）との間の熱起電力から形成される ことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。 ８．量は熱起電力の時間導関数から、又は熱起電力とこの熱起電力の時間導関 数との商から形成されることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９．評価時間間隔は、異なった品質の多数のスポット溶接部の温度に関係する 量の時間的推移が明らかに互いに異なり、各推移に対する量が異なった平均値を 持ち、しかも平均値が各推移に属する品質の単調関数であるように決定され、ス ポット溶接部の品質評価は評価時間時間内で決定された温度の推移又はこの温度 に明らかに関係する量の推移に基づいて実施されることを特徴とする評価時間間 隔内でのスポット溶接部の温度推移に基づくスポット溶接部の品質評価方法。 １０．評価時間間隔（１０）内の各時点に対して量が準連続的に決定されるこ とを特徴とする請求項９記載の方法。 １１．評価時間間隔（１０）内で量の平均値が決定され、スポット溶接部の品 質に対する評価尺度値として使用されることを特徴とする請求項９又は１０記載 の方法。 １２．ａ）それぞれ異なった品質を持つ多数の基準スポット溶接部に対し、温 度に明白に関係する量の時間的推移と基準スポット溶接部の推移にそれぞれ属す る品質とを記憶可能であるメモリ装置（１６）と、 ｂ）推移が明らかに互いに異なりしかもそれぞれ異なった平均値を有し平均値 と品質との間に単調関数的な関係が存在するような時間間隔として、メモリ装置 （１６）内に記憶可能な複数の推移の比較により、評価時間間隔を自動決定する 比較装置（１７）と、 ｃ）平均化された評価時間間隔（１０）の出力を行う出力装置（１８）とを備 えることを特徴とするスポット溶接部での温度推移に基づいてスポット溶接 部の品質検査を行うための評価時間間隔決定装置。 １３．ａ）多数の基準スポット溶接部の推移が明らかに互いに異なりしかもそ れぞれ異なった平均値を有し平均値と基準スポット溶接部の品質との間に単調関 数的な関係が存在するような時間間隔として決定される評価時聞間隔での温度の 推移又はこの温度に依存する量の推移に基づいて、品質評価を行う評価装置（２ ０）と、 ｂ）温度の推移又はこの温度に関係する量の推移を供給可能である少なくとも １つの信号入力装置（２１）と、 ｃ）品質評価の結果を出力する出力装置（２２）と を備えることを特徴とするスポット溶接部の品質判断装置。