JPH0989825A - 抵抗溶接部の検査方法およびその装置 - Google Patents

抵抗溶接部の検査方法およびその装置

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JPH0989825A
JPH0989825A JP24461795A JP24461795A JPH0989825A JP H0989825 A JPH0989825 A JP H0989825A JP 24461795 A JP24461795 A JP 24461795A JP 24461795 A JP24461795 A JP 24461795A JP H0989825 A JPH0989825 A JP H0989825A
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JP
Japan
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welding
current
phase difference
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phase
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Hiroshi Suzuki
弘 鈴木
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融接合の良否をリアルタイムに判定できる
方法と装置の提供。 【解決手段】 接合溶融部12に交流を流して電流成分
と電圧成分の位相差を求め、接合溶融部12のインピー
ダンスの変化によって変化する位相差のレベルに基づい
て溶融接合の良否を判定する方法。直流溶接電源2と別
の交流測定用電源8と、この交流を流した時の接合溶融
部12の電圧成分と電流成分との位相差を求める位相計
7と、位相計7からの位相差の変化から溶融接合の良否
を判定する位相判定装置6と、からなる装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗溶接部の溶融
接合状態をリアルタイムに検査する検査方法とその装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鋼板を溶接によって接合するには、直流
による抵抗溶接(スポット溶接、シーム溶接、マッシュ
シーム溶接等)、摩擦溶接、レーザー溶接、高周波溶接
などの溶接法が使用される。そして、どの溶接に対して
も、溶接状態(品質)を検査する方法として、超音波
測定法、抵抗測定法、表面温度測定法、などの非破
壊検査法が適用されている。超音波測定法は、図10あ
るいは特開平4−265854号公報に示されているよ
うに、溶接接合後、溶接部21の鋼板表面に超音波送受
信用探触子22、23を密着させて超音波を発信し、そ
のエコーの大きさで接合面24の結合状態を判定する方
法である。抵抗測定法は、図11に示す如く、溶接電源
25より供給される2次側の電流26と電圧27より抵
抗値を求め、その抵抗値の変化より接合面の状態を把握
する方法である。表面温度測定法は、図12に示す如
く、光学センサー28によって溶接部近傍(熱影響部2
9)の表面温度を測定する方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術には
つぎの問題がある。超音波測定法では、センサー探触子
の鋼板との接触状態の影響が大きく、安定した検出がで
きない。また、鋼板が溶融結合状態か圧接状態かを判別
することが困難である。また、抵抗測定法も、同様に溶
融結合状態か圧接状態かを判別することが困難である。
さらに、表面温度測定法は、溶融状態を直接測定するの
ではなく、鋼板の表面の発熱量を測定するため定性的な
判断しかできない。また、どの検査方法を、溶接実行中
にリアルタイムに測定することが困難であり、その時の
不良状態を検出しフィードバックして溶接条件を定量的
に制御することは、困難である。本発明の目的は、抵抗
溶接部の溶融接合状態をリアルタイムに検査できる検査
方法とその装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 (1) 直流溶接電源からの直流を接合鋼板に流して溶
接を実施している時に直流溶接電源とは別の測定用電源
からの交流を接合鋼板に流し、該交流の電流成分と接合
溶接部近傍の電圧成分とを検出して電流成分と電圧成分
の位相差を求め、接合溶融部のインピーダンスの変化に
よって変化する前記位相差のレベルに基づいて溶融接合
の良否を判定する、工程からなる抵抗溶接部の検査方
法。 (2) 直流溶接電源と別に設けた交流測定用電源と、
前記測定用電源からの交流が接合鋼板に流された時にそ
の電流成分と電圧成分との位相差を検出する位相計と、
前記位相計と接続され前記位相差のレベルから溶融接合
の良否を判定する位相判定装置と、からなる抵抗溶接部
の検査装置。
【0005】上記(1)の方法および(2)の装置で
は、溶接は直流溶接電流で行われる。鋼板の接合面で溶
融が始まると、溶融部内の自由電子の運動も変化し、イ
ンピーダンス成分のL、C成分が同一ベクトル方向に変
化して溶融部のインピーダンスが低下する。単なる圧接
のときはインピーダンスは変化しない。このインピーダ
ンスの変化を、溶融部に溶接電源とは別の交流測定電源
から交流を流しその際の電流と電圧の位相差がインピー
ダンスの変化に応じて変化することを利用して、測定
し、位相差のレベルから溶融状態を判別する。溶接電流
は直流のため、交流の測定用電流は溶接電流によって乱
されることがなく、溶接電流と同時に測定用電流を流し
て測定することができ、リアルタイムに測定、検出、判
定を行うことができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1に示すように、2つ以上の鋼
板13の接合面19にエネルギー(電流など)を与える
と、接合面19で発熱が生じ(図1のa)、さらにエネ
ルギーを与えると接合面19が溶融し(図1のb、ただ
し半溶融部を12´で示す)、2つの鋼板13にわたっ
て溶融部ができて2つの鋼板13は互いに結合する(図
1のc、ただし、溶融接合部を12で示す)。このと
き、接合溶融部12の電気的性状、たとえばインピーダ
ンス、導電率が変化する。たとえば、インピーダンスは
低下する。インピーダンスが低下すると接合溶融部12
に交流を流した場合、その電流Ieと電圧Eeの位相差
が、図9に示すように、減少する。
【0007】接合溶融部12の接合の過程でのインピー
ダンスの変化を検出するために、本発明実施例の抵抗溶
接部の検査装置は、図2または図3に示す回路を有す
る。ただし、図2、図3では共通部分には同じ符号を付
してある。本発明実施例の装置は、図2に示すように、
溶接用回路と測定用回路を有する。溶接用回路は、直流
溶接電源(インバーター)2とその1次側電源1と、溶
接電圧測定器3と、溶接電流測定器4と、一対の溶接電
極14、17と、電極14、17に溶接電流を供給する
導体15、18と、からなる。測定用回路は、各鋼板材
質に合わせた特定の周波数の交流を出力する、直流溶接
電源2とは別の交流測定用電源(交流発信器である場合
を含む)8と、測定用の交流電流を鋼板13に入力する
発信電極11(ただし、図3に示すように、発信電極1
1を設けず、溶接電極14、17を代用してもよい)
と、測定用電源8の出力電流成分Ieを測定、検出する
電流器10と、測定用交流の電圧成分Eeを接合溶融部
12近傍の電極(図示例では溶接電極14、17を兼
用)14、17より検出してそれを増幅するアンプ(増
幅器)16と、電流器10とアンプ16に接続され電流
器10からの電流成分Ieとアンプ16からの電圧成分
Eeとの位相差を検出する位相計7と、位相計7に接続
され電流成分Ieとアンプ16からの電圧成分Eeとの
位相差をモニターするメーター9と、位相計7に接続さ
れ位相計7より得られた電流成分Ieと電圧成分Eeと
の位相差を所定値と比較して溶融結合の良否を判定する
位相判定装置6と、位相判定装置6および溶接電源2、
溶接電圧測定器3、溶接電流測定器4に接続され位相判
定装置6より出力された溶接不良信号に対して溶接電圧
測定器3、溶接電流測定器4の現在の出力条件をもとに
溶接条件を補正し溶接電源2に出力する溶接条件設定装
置5と、からなる。なお、図3に示すように、測定用電
源8を溶接電極14、17に直接接続して測定用電極1
1を省略してもよい。
【0008】上記装置を用いて実行される本発明実施例
の方法は、直流溶接電源2からの直流を接合鋼板13に
流して溶接を実行している時に、直流溶接電源2とは別
の測定用電源8からの交流を接合鋼板13に流し、この
交流の電流成分Ieと接合溶融部近傍の電圧成分Eeと
を検出して電流成分Ieと電圧成分Eeとの位相差を求
める第1の工程と、接合溶融部のインピーダンスの変化
によって変化する位相差のレベルに基づいて溶融結合の
良否を判定する第2の工程と、からなる。本発明実施例
の方法は、溶融結合が不良の場合にリアルタイムに溶接
条件を変更する第3の工程をさらに有していてもよい。
【0009】図4は、本発明実施例の方法をフローチャ
ートで示している。図中、ステップ101〜111は第
1の工程に、ステップ112は第2の工程に、ステップ
113は第3の工程に、それぞれ、対応する。ステップ
101で測定のルーチンに割り込む。ステップ102
で、鋼板13の条件を制御装置(コンピューター)に入
力する。鋼板の材質によって流すべき交流の周波数fa
(数10Hz〜数100KHz)が変わるので、鋼板条
件を入力して交流周波数を最適な周波数領域に設定す
る。溶接が開始されると、ステップ103で溶接開始信
号を入れ、スッテプ104以後を実行する。
【0010】ステップ104では溶接が実行中か終了し
たかを判定し、溶接が終了したらステップ114に進ん
で測定の終了するが、溶接が実行中であればステップ1
05へと進む。ステップ105では、測定用電源(発信
器)8から周波数faの交流電流を出力させて接合溶融
部12に流す。ついで、ステップ106、ステップ10
7と、ステップ108、ステップ109を実行する。
【0011】ステップ106では、接合溶融部近傍の電
圧波形(図5、図7のEeに示すアナログ波形)を、た
とえば電極14、17を介して検出して、ステップ10
7で、それをディジタル波形(図6、図8のEeに示す
矩形波形)に変換する。また、ステップ108では、電
流器10より電流波形(図5、図7のIeに示すアナロ
グ波形)を検出して、ステップ109で、それをディジ
タル波形(図6、図8のIeに示す矩形波形)に変換す
る。ただし、図5、図6は溶融前の状態での波形を、図
7、図8は溶融している状態での波形を、それぞれ、示
している。なお、試験で使用した鋼板13はSPHC、
1.0mm厚さのものであった。
【0012】接合溶融部12はその溶融の状態によって
インピーダンスが変化し、それによって電流波形と電圧
波形との位相差が変化する。これは、鋼板13の接合面
19で溶融が始まると、溶融部内の自由電子の運動も変
化するからである。この自由電子に対して同期した周波
数faの交流を流すことにより、インピーダンス成分の
L、C成分が同一ベクトル方向に変化する。具体的に
は、図9に示すように、溶融が進むにつれてインピーダ
ンスが低下し、位相差が低下する。たとえば、位相差が
図6に示した8マイクロ秒から図8に示した4マイクロ
秒に低下する。このインピーダンスの変化に伴う位相差
の変化を利用して、溶融部内の時間的な位相差変化を求
め、この変化量によって最終的に溶融結合したか否かを
判別する。
【0013】具体的には、ステップ110で、位相計7
においてステップ107からの電圧のディジタル波形と
ステップ109からの電流のディジタル波形とから、位
相差を検出する。そして、これをアナログ値に変換する
(電圧で出力する)。ついで、ステップ112で、位相
判定装置6により位相差のレベルを所定の値と比較して
溶接部の溶融結合の良否を判定する。位相差のレベルが
所定値より低い場合は溶融結合が良好と判定しそれ以外
は不良と判定する。
【0014】ステップ112で溶融不良の場合はステッ
プ113に進み、溶接条件設定装置5において、溶接条
件を変更し(たとえば、溶接電流を大にする、等)溶接
電源2への条件フィードバックを行う。ステップ112
で溶融結合が良好と判定された場合は、ステップ104
に戻り、上記操作を溶接終了まで繰り返す。
【0015】上記測定は、溶接実行中にリアルタイムで
行われる。また、溶接条件の変更も溶接実行中にリアル
タイムで行われる。また、図示例はスポット溶接の場合
を示しているが、本発明はスポット溶接に限るものでは
ない。この測定装置、測定方法をNCマシンやロボット
と組み合わせることにより、従来不可能であった、ラン
ダムに発生する入熱不足による溶接不良(溶接結合不
良)に対して、不良部の自動検出や、溶接条件の自動補
正等を行うことが可能である。また、装置としても、光
学センサー等を使用しないため、非常に安価にシステム
を構成することができる。
【0016】
【発明の効果】請求項1の方法によれば、測定用交流を
流して電流成分と接合溶融部近傍の電圧成分との位相差
を求め、接合溶融部のインピーダンスの変化によって変
化する位相差のレベルに基づいて溶融結合の良否を判定
するようにしたので、溶接実行中に測定を行うことがで
き、リアルタイムに溶融結合を判定することができる。
請求項2の装置によれば、直流溶接電源と別の交流測定
電源と、電流成分と電圧成分の位相差を求める位相計
と、インピーダンスの変化に伴って変化する位相差のレ
ベルに基づいて溶融結合の良否を判定する位相判定装置
と、を設けたので、溶接実行中に測定することができ、
リアルタイムに溶融結合を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の方法を適用して鋼板の溶接を実
行した場合の接合溶融部の状態を過程純に示した断面図
である。
【図2】本発明実施例の装置の系統図である。
【図3】本発明実施例の装置で、図2の装置と一部を変
えた装置の系統図である。
【図4】本発明実施例の方法の工程のフローチャートで
ある。
【図5】溶接前の電流成分Ieと電圧成分Eeの波形図
である。
【図6】図5のアナログ波形をディジタル変換した矩形
波形図である。
【図7】溶融時の電流成分Ieと電圧成分Eeの波形図
である。
【図8】図7のアナログ波形をディジタル変換した矩形
波形図である。
【図9】本発明実施例の方法を適用した場合の、接合溶
融部のインピーダンスの変化による電流、電圧の位相差
の変化図である。
【図10】従来の超音波測定法を実施している状態の接
合鋼板近傍の断面図である。
【図11】従来の抵抗測定法を実施している状態の接合
鋼板近傍の断面図である。
【図12】従来の表面温度測定法を実施している状態の
接合鋼板近傍の断面図である。
【符号の説明】
2 直流溶接電源 5 溶接条件設定装置 6 位相判定装置 7 位相計 8 測定用電源 10 電流器 11 発振電極 12 接合溶融部 13 鋼板 14、17 溶接電極 16 アンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流溶接電源からの直流を接合鋼板に流
    して溶接を実施している時に直流溶接電源とは別の測定
    用電源からの交流を接合鋼板に流し、該交流の電流成分
    と接合溶接部近傍の電圧成分とを検出して電流成分と電
    圧成分の位相差を求め、 接合溶融部のインピーダンスの変化によって変化する前
    記位相差のレベルに基づいて溶融接合の良否を判定す
    る、工程からなる抵抗溶接部の検査方法。
  2. 【請求項2】 直流溶接電源と別に設けた交流測定用電
    源と、 前記測定用電源からの交流が接合鋼板に流された時にそ
    の電流成分と電圧成分との位相差を検出する位相計と、 前記位相計と接続され前記位相差のレベルから溶融接合
    の良否を判定する位相判定装置と、からなる抵抗溶接部
    の検査装置。
JP24461795A 1995-09-22 1995-09-22 抵抗溶接部の検査方法およびその装置 Pending JPH0989825A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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