KR20190100263A - 부품 및 접합 요소의 제1 및/또는 제2 접합면에 대한 준비 단계를 구비하는 접합 방법 및 접합 장치 - Google Patents

부품 및 접합 요소의 제1 및/또는 제2 접합면에 대한 준비 단계를 구비하는 접합 방법 및 접합 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접합 요소(24)를 부품(32)에 접합하기 위한, 특히 스터드 용접하기 위한 방법이며, 제1 접합면(30)을 갖는 접합 요소(24)를 제공하고, 제2 접합면(34)을 갖는 부품(32)을 제공하는 단계; 상기 제1 접합면 및/또는 상기 제2 접합면(30, 34)을 준비하는 단계로서, 제1 접합면 및/또는 제2 접합면(30, 34)의 상태를 검출하는 것을 포함하는 단계; 상기 접합 요소(24)를 상기 부품(32)에 접합시키는 단계를 포함하고; 상기 준비하는 단계는 제1 접합면 및/또는 제2 접합면(30, 34) 상에서 이하의 검출 방법: (i) 접합면(30, 34) 상의 전기 접촉 저항 측정, (ⅱ) 접합면(30, 34) 상의 전기 전도율 측정, (ⅲ) 접합면(30, 34) 상의 형광 측정 및 (ⅳ) 접합면(30, 34) 상의 레이저 측정 중 하나 이상을 수행하는 것을 포함하는 접합 방법에 관한 것이다. 대응 접합 장치도 제공된다.

Description

부품 및 접합 요소의 제1 및/또는 제2 접합면에 대한 준비 단계를 구비하는 접합 방법 및 접합 장치
본 발명은 접합 요소를 부품에 접합하기 위한, 특히 스터드 용접하기 위한 방법으로서, 제1 접합면을 갖는 접합 요소를 제공하는 단계, 제2 접합면을 갖는 부품을 제공하는 단계, 및 접합 요소를 예를 들어 스터드 용접에 의해 또는 추가로 스터드 본딩/접착 등에 의해 부품에 접합하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 접합 요소를 부품에 접합하기 위한, 특히 상기 방법을 수행하기 위한 접합 장치로서, 부품에 접합될 접합 요소를 유지하기 위한 유지 장치가 접합 요소의 제1 접합면이 부품의 제2 접합면 상에 정렬될 수 있도록 배열되는 접합 헤드를 포함하는 접합 장치에 관한 것이다.
상기 방법에서, 스터드와 같은 접합 요소는 스터드가 부품의 표면에 대해 수직하게 돌출하도록 금속 시트와 같은 부품에 접합되는 것이 바람직하다. 이 종류의 접합된 장치는 예를 들어 플라스틱 재료로 제조된 클립을 스터드에 체결하기 위해 사용될 수 있다. 클립은 예를 들어 전기, 연료 또는 브레이크 라인과 같은 라인을 부품에 대해 고정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서 일반적인 접합 방법은 특히 자동차용 차체 구조 분야에 적용된다.
스터드 용접 중에는, 접합 요소와 부품 사이에 전류 흐름이 형성되며, 그 사이에 전기 아크가 발생하도록 접합 요소가 부품에 대해 상승된다. 전기 아크는 부품과 접합 요소의 대향 접합면의 융합을 초래한다. 접합 요소는 이후 부품 상으로 하강되며, 따라서 전기 접합 전류가 단락된다. 전체 융합이 고화되고 접합 공정은 완료된다.
스터드 본딩 또는 스터드 접착 중에, 일반적으로 접합 요소에는 먼저 접합면 상에 활성화 가능한 접착제가 제공된다. 이후 활성화된 접착제에 의해 스터드 본딩이 이루어진다. 이어서 접합 요소와 부품이 서로에 대해 가압되고 최종적으로 접착제가 경화된다. 이것은 다양한 외부 요인, 특히 열에 의해 발생할 수 있다.
이 종류의 접합된 연결의 품질을 좌우하는 것은 실제 접합 공정뿐만이 아니다. 부품과 경우에 따라서 접합 요소의 재료 특성 및 표면 품질 또한 공정에 있어서 미미한 역할을 한다. 이것은 부품 및 접합 요소가 스틸로 제조되는 경우에 적용된다. 이 문제는 그러나 특히 부품 및 접합 요소가 각각의 경우에 알루미늄 합금으로 제조되는 경우에 존재한다.
공작물의 특성 변화는 알루미늄-합금-기반의 접합된 연결부에서 특히 현저해진다. 이들 종류의 특성에는 알루미늄 합금이 재활용된 재료인지가 포함될 수 있다. 또한, 특히 압출 재료의 경우에는 깊이가 최대 1㎜에 달할 수 있는 상층에서의 불균일한 입자 크기와 관련하여 문제가 발생할 수 있다. 이러한 불균일한 입자 크기는 상이한 전도율을 초래할 수 있다. 그 결과, 이것은 전기 아크를 통한 전류의 흐름에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 많은 부품이 주조 공정으로 제조된다. 이는 표면이 왁스, 오일, 폴리실록산, 탄화수소, 폴리머 등과 같은 분리제로 코팅되는 문제를 초래한다. 특히, 이 종류의 작용제에 의한 코팅이 접합면에 걸쳐서 불균일한 경우에는, 접합 파라미터를 그에 따라 적응시키기가 어렵다. 탄화수소 피복은 용접부에 기공 또는 기포를 초래할 수 있고, 따라서 전체적으로 용접부의 높은 다공성을 초래할 수 있으며, 이는 용접부의 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 합금 원소 또한 용접성에 영향을 줄 수 있다.
일반적으로 부품에게는 접합 파라미터의 관점에서 접합 공정이 특별히 적응되는 특정한 표면 사양을 가질 것이 요구되지만, 실제로 상기 표면 사양을 준수하는 것이 항상 용이하지는 않다.
스터드 용접 분야에서는 실제 스터드 용접 공정 이전에 전기 아크 세정 공정["클린 플래시(clean flash)"]을 수행하는 것이 알려져 있다. 이것은 용접 공정 이전에 작은 전류 및 교번 극성을 갖는 전기 아크를 확립하고, 상기 아크를 그 불순물에 기초하여 이온화하며, 상기 아크를 부품 표면으로부터 분리시키는 것을 포함한다. 이 공정의 문제점은 이 종류의 불순물이 이후 스터드 상의 다른 접합면에 의해 흡수될 수 있으며 따라서 이 경우 일관된 접합 연결에 대한 문제점 또한 발생할 수 있다는 것이다.
이를 감안하여, 본 발명의 과제는 접합 요소를 부품에 접합하기 위한 개선된 방법 및 개선된 접합 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 접합 요소를 부품에 접합하기 위한, 특히 스터드 용접하기 위한 방법으로서, 제1 접합면을 갖는 접합 요소를 제공하고 제2 접합면을 갖는 부품을 제공하는 단계; 상기 제1 접합면 및/또는 상기 제2 접합면을 준비하는 단계로서, 제1 접합면 및/또는 제2 접합면의 상태 검출을 포함하는 단계; 상기 접합 요소를 상기 부품에 접합시키는 단계를 포함하며; 상기 준비 단계는 제1 접합면 및/또는 제2 접합면 상에서 이하의 검출 방법: (i) 접합면 상의 전기 접촉 저항 측정, (ⅱ) 접합면 상의 전기 전도율 측정, (ⅲ) 접합면 상의 형광 측정 및 (ⅳ) 접합면 상의 레이저 측정 중 하나 이상을 수행하는 것을 포함하는, 방법에 의해 해결된다.
또한, 상기 과제는 서두에 언급한 종류의 접합 장치에 의해 해결되며, 이 접합 장치는 제1 접합면 및/또는 제2 접합면의 상태를 검출하기 위해 이하의 검출 장치: (i) 전기 접촉 저항 측정 장치, (ⅱ) 전기 전도율 측정 장치, (ⅲ) 형광 측정 장치 및 (ⅳ) 접합면 상의 레이저 측정 장치 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
검출 방법을 수행할 때, 예를 들어 부품 또는 그 접합면을 분류하기 위해 부품 및/또는 접합 요소의 하나 이상의 특성 변수가 검출될 수 있다. 접합 요소가 접합될 부품의 표면 부분 또는 접합면의 하나 이상의 특성 변수가 검출되는 것이 바람직하다. 특성 변수는 이 경우에 재료, 표면 품질, 표면 마감, 표면 상의 탄화수소 피복, 청결성에 관련될 수 있거나 주조 공작물의 경우에는 물질 방출과 관련될 수 있지만; 상기 변수는 또한 접합 요소 재료에 대한 구성 재료와 같은 상대 크기를 포함할 수 있다.
이하에서의 초점은 부품의 하나 이상의 특성 변수가 독점적으로 검출되는 바람직한 변형예에 맞추어져 있다. 따라서, 상기 방법은 특히 제2 접합면을 준비하는 것과, 부품의 제2 접합면에 대해 준비 단계를 수행하는 것에 관한 것이다. 그러나, 준비 및 검출 방법 수행에 대한 이하의 언급 전체는, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 접합 요소의 대응 변수와 동일한 방식으로 관련될 수 있다.
검출 장치는 각각의 경우에, 부품이 능동적으로 물리적 공정을 겪고 그 반응이 이후 센서-검출되는 능동 장치인 것이 바람직하다.
검출을 수행하는 것은 후속 평가 단계에서 부품을 분류하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 후속 접합 공정을 위한 접합 파라미터는 이후 분류에 따라서 변경 또는 적응될 수 있다. 분류에 따라서 접합 공정 이전에 보조 세정 방법을 수행하는 것도 가능하며, 이 방법은 예를 들어 스노우-제트(snow-jet) 방법 또는 플라즈마 가스를 사용하는 방법일 수 있다.
상기 부품 및 접합 요소는 특히 알루미늄 합금으로 제조된다.
특히, 접합면에 대한 전기 전도율 측정에 기초하여 검출 방법을 수행할 때는, 이하의 특성 변수 중 하나 이상이 검출될 수 있다: 구성 재료의 열 전도율, 저온-경화성 알루미늄 합금의 경우에는 경도, 구성 재료의 균질성, 특히 알루미늄 합금 형태의 구성 재료의 경화, 구성 재료의 강도와 경도, 및 불균질한 결정 구조에 기초한 Al 주조 부품의 전도율 변동.
접합면 상의 형광 측정에 의하면, 특히 접합면 상의 코팅(유막, 지방 침착물, 핫멜트 피복 등) 또는 불순물을 검출할 수 있다.
접촉 저항 측정은 금속 표면의 용접성을 평가하기 위해 사용될 수 있다. 이 공정에서, 접촉 저항은 수축 저항으로 알려진 것과 불순물-층 저항으로 알려진 것의 합계로 나타난다. 수축 저항은 바람직하게 측정 접점과 표면 돌출부 사이의 매우 작은 접촉면에 의한 전류 라인의 수축에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 불순물-층 저항은 특히 불순물 층(산화층 등)을 갖는 접촉면에 관련된다. 접촉 저항 측정은 매우 작은 접촉면의 용접이 회피될 수 있도록 매우 낮은 최소 또는 극소 전압으로 수행되는 것이 바람직하다. 이런 식으로, 접촉 저항 측정의 왜곡이 방지될 수 있다.
접촉 저항 측정은 예를 들어 알루미늄 재료의 노화의 검출을 가능하게 하는데, 그 이유는 이것이 접촉 저항을 현저히 증가시킬 수 있기 때문이다.
따라서 상기 과제가 완전히 해결된다.
바람직한 실시예에 따르면, 전기 전도율 측정은 발생기에 의해 전자기 발생기 필드를 발생시키고 부품의 재료에 및/또는 접합 요소의 재료에 와전류를 유도하기 위해 발생기를 접합면 근처로 이동시키는 것을 포함하며, 유도된 와전류에 의해 발생된 전자기 응답 필드를 센서로 검출하는 것을 추가로 포함한다.
발생기에 의해 발생된 전자기 발생기 필드는 특히 자기 발생기 필드이며, 바람직하게는 교번 자계이다. 발생기는 접합면으로부터 이격되도록 배열되는 것이 바람직하다. 전도율 측정을 수행하기 위해서는, 부품(또는 접합 요소)의 기준 공작물이 사전에 그 전도율과 관련하여 측정되고, 후속 측정치가 기준 공작물에 대해 얻어진 값과 비교되는 것이 바람직하다. 구성 재료는 비자화성 재료인 것이 바람직하다. 전도율 측정의 측정 범위는 0.1 MS/m 내지 100 MS/m의 범위, 바람직하게 1 MS/m 내지 100 MS/m의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한 발생되는 전자기 발생기 필드는 10 kHz 내지 2 MHz 범위, 특히 10 kHz 내지 500 kHz 범위, 특히 바람직하게 20 kHz 내지 300 kHz 범위의 주파수를 갖는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 형광 측정은 발생기에 의해 접합면에 전자기 발생기 방사선을 공급하여 접합면 상의 코팅 또는 피복의 재료가 원자적으로 여기되게 하는 단계를 포함하며, 재료에 기초하여 방출되는 반응 방사선의 방출, 특히 광 양자의 방출은 센서에 의해 검출된다.
전자기 발생기 방사선은 자외선(UV) 및/또는 적외선(IR)에 추가적으로, 가시적인 주파수 범위에 있는 것이 바람직하다.
발생기 방사선은 자외선(UV)인 것이 특히 바람직하다.
그 결과, 형광 측정은 특히 전자기 방사선과 물질의 상호작용에 기초한, 방사선-유도식 형광 분광법으로서 수행될 수 있다. 접합면의 표층 내의 원자는 가벼운 양자 또는 전자기 방사선으로부터의 양자로 인해 보다 높은 에너지 레벨로 상승한다. 상기 에너지는 이후 형광으로 인해 방사선의 형태로, 특히 방사선 펄스로서 다시 방출된다. 재료 및 피복 양에 따라서 상이한 양의 펄스가 방출된다. 이들 "카운트"는 계수되고 분석된다.
이어서 전류 성분의 실제 측정과의 비교를 수행하고 그 비교를 가능하게 하기 위해, 기준 피복을 사용하는 다양한 예비 시험 또한 형광 측정 중에 수행된다. 예를 들어, 이 목적을 위해서 예를 들어 코팅 또는 피복의 특정 조성물과 조합되는 부품의 특정 재료에 대해 교정이 형광 검출 장치에 저장될 수 있다.
접합면 상의 코팅을 여기시키기 위해 사용되는 발생기 방사선은 LED 또는 레이저 방사선인 것이 특히 바람직하다. 이 목적을 위해 사용되는 레이저는 예를 들어 특히 1 M 파워 클래스의 고체(solid-state) 레이저일 수 있다.
LED 방사선은 UV LED 방사선일 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 발생기 및 상기 센서는 그 직경이 7㎜ 내지 50㎜의 범위, 특히 8㎜ 내지 40㎜의 범위에 있는 측정 프로브에 수용된다.
전도율 측정 장치와 관련하여, 측정 프로브의 직경은 예를 들어 7㎜ 내지 20㎜의 범위에 있을 수 있다. 형광 측정과 관련하여, 측정 프로브 또는 측정 헤드는 예를 들어 8㎜ 내지 40㎜, 특히 30㎜ 내지 40㎜의 직경을 가질 수 있다.
또한 상기 준비 단계는 0.1초 이상 2초 이하의 기간 내에 수행되는 것이 유리하다.
이 결과 접합 공정 체인에서 준비 단계의 최적 통합이 초래된다.
준비 단계는 정적으로 수행될 수 있으며, 따라서 측정 프로브 및 부품은 측정 기간 또는 준비 시간 동안 고정된 상대 위치에 함께 유지된다. 대안적으로, 준비 단계는 동적으로 수행될 수도 있으며, 준비 단계는 부품과 측정 프로브 사이의 상대 운동 중에 수행된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 접촉 저항 측정은 접촉 프로브에 의해 접합면에 전위를 인가하는 것 그리고 (a) 증가하는 힘(F)으로 접촉 프로브를 접합면 상에 가압하는 것 및/또는 (b) 접촉 프로브에 대한 전위(U) 값을 증가시키는 것을 포함하며, 상기 증가에 기인하는 저항 변화가 검출된다. 접촉 저항 측정은 특히 접합면 상의 오염된 표면 또는 배리어 층을 검출하기에 적합하다. 상기 층을 관통한 후, 접촉 저항은 대개 현저히 감소하며, 이는 대응 저항 변화에 의해 검출될 수 있다.
접촉 저항 측정은 사전에 수행된 세정 방법을 평가하기 위해 수행될 수도 있다. 전기 전도율 측정은 용접과 관련된 많은 재료 특성에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 짧은 측정 주기를 가질 수 있다. 또한, 측정 프로브 또는 테스트 헤드의 치수는 작을 수 있다.
사전에 수행된 세정 방법을 평가하기 위해 형광 측정이 사용될 수도 있다. 이 또한 짧은 측정 주기를 초래한다. 테스트 헤드 또는 측정 프로브의 치수도 작을 수 있다.
검출 장치 또는 복수의 검출 장치는 접합 헤드와 독립적으로 접합 시스템 기술에 통합될 수 있다.
바람직한 실시예에서는, 하나 이상의 검출 장치가 접합 헤드 상에 장착된다.
이로 인해 접합 시스템 기술에 있어서 현저히 증가된 통합이 초래된다. 검출 장치를 접합면에 대해 적절히 위치시키기 위해 로봇이 사용될 수도 있다.
전술한 특징 및 후술될 특징은 각각의 경우에 설명된 조합으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수도 있음은 말할 것도 없다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있으며, 이하의 설명에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ 부분의 상세도이다.
도 3은 접합면 상의 형광 측정으로부터의 코팅 밀도에 대한 카운트 값을 도시하는 그래프이다.
도 4는 형광 측정을 수행하기 위한 측정 프로브의 개략도이다.
도 5는 전도율 측정을 수행하기 위한 측정 프로브의 개략도이다.
도 6은 재료의 전도율, 경도 및 인장 강도를 온도의 함수로서 나타내는 전도율 측정에 사용된 그래프이다.
도 7은 접촉 저항 측정을 위한 장치의 개략도이다.
도 8은 접촉 저항 측정 방법을 수행할 때의 힘에 대한 저항을 도시하는 그래프이다.
도 9는 접촉 저항 측정 방법을 수행할 때의 전압에 대한 저항을 도시하는 그래프이다.
도 1은 일반적으로 도면부호 10으로 지칭되는 접합 장치의 개략도이다. 접합 장치(10)는 로봇(14)의 로봇 아암(16)에 고정되는 것이 바람직한 접합 헤드(12)를 포함한다. 캐리지(18)는 접합 축(20)을 따라서 이동 가능하도록 접합 헤드(12) 상에 배열된다. 캐리지(18) 상에는 유지 장치(22)가 형성되며, 이 유지 장치에 의해 접합 요소(24)가 유지될 수 있다. 접합 요소(24)는 유지 장치(22)에 의해 접합 요소(24)가 그 위에 유지될 수 있는 샤프트 부분(26)을 포함하며, 플랜지 부분(28)을 포함한다. 플랜지 부분(28)의 상기 샤프트 부분(26)으로부터 축방향으로 외면하는 측에 제1 접합면(30)이 형성된다.
접합 요소(24)는 접합 장치(10)에 의해 부품(32)에, 예를 들어 차체의 금속 시트 부품에 접합될 수 있다. 부품(32)은 접합 공정이 시작되기 전에 제1 접합면(30)과 정렬될 수 있는 제2 접합면(34)을 포함한다.
이 경우에, 접합 장치는 스터드 용접용으로 설계되지만; 스터드 본딩/스터드 접착용으로 설계될 수도 있다. 스터드 용접 중에, 접합 요소(24)는 캐리지(18)의 이동에 의해 부품(32) 상으로 하강된다. 이어서 접합 요소(24)와 부품(32) 사이에 전압이 인가되어 전류의 흐름을 초래한다. 이후 부품(24)이 다시 상승되고, 그 결과 전기 아크가 유도된다. 대향하는 접합면(30, 34)은 전기 아크의 결과로 상호 융착된다. 이후 접합 요소(24)가 부품(32) 상으로 다시 하강되며, 이어서 전기 단락으로 인해 전기 아크가 차단된다. 전체 융합이 고화되며, 접합 요소(24)는 부품(32)에 일체적으로 접합된다.
이 종류의 스터드 용접 공정은 일반적으로 공지되어 있다. 유도-아크 점화 공정 대신에 팁 점화 공정이 사용될 수도 있다.
접합 요소(24) 및 부품(32)은 알루미늄 합금으로 제조되는 것이 바람직하다. 접합 공정은 특정 접합 파라미터를 사용하여 수행된다. 접합 파라미터는 선택적으로 설정될 수 있는 바, 즉 접합 공정 이전의 제2 접합면(34)의 상태에 따라 설정될 수 있다.
제2 접합면(34)의 상태를 결정하는 것은 접합 파라미터를 적응시키기 위해 또는 접합 공정을 시작하기 전에 추가 단계, 예를 들어 제2 접합면(34)에 플라즈마 가스 또는 스노우 제트와 같은 물리적 매체가 공급되는 추가 세정 단계를 개시하기 위해 사용될 수 있다.
상태를 검출하기 위해 사용되는 검출 장치(40)는 대개 완전히 수동적으로 작동할 수 있다. 그러나, 이 경우에, 검출 장치(40)는 능동 검출 장치로서 설계될 수 있으며, 여기에서 검출 장치(40)는 참조 부호 36으로 개략적으로 도시하듯이 제2 접합면(34)을 여기시키고, 이 시점에서 도 1에서 참조 부호 38로 개략적으로 도시하듯이 제2 접합면(34)에서 반응이 일어나며, 이것은 검출 장치(40)에 의해 검출될 수 있다.
검출 장치(40)는 도시된 바와 같이 접합 헤드(12) 상에 장착될 수 있다.
대안적으로, 도 1에도 도시되어 있듯이, 검출 장치는 접합 헤드(12)와 별개인 검출 장치(40')로서 설계될 수 있다.
도 1에서, 제2 접합면(34)의 직경은 DF로 지칭된다. 바람직하게, 부품(32)의 표면 상의 검출 장치(40 또는 40')에 의해 커버될 수 있는 직경(DM)은 직경(DF)보다 크다. 예를 들어, 검출 장치(40')는 DF보다 큰 것이 바람직한 직경(DM)을 갖는 측정 프로브를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 Ⅱ 부분의 상세도이다. 여기에서, 부품(32)은 표층에 입자상 구조(42)를 가질 수 있으며, 이 구조는 예를 들어 작은 입자(44)와 큰 입자(46)를 포함할 수 있음이 개략적으로 도시되어 있다.
도 2는 또한 부품(32)의 표면 상에 또는 제2 접합면(34) 상에 코팅 또는 피복(50)이 형성될 수 있음을 보여주며, 상기 코팅 또는 피복은 예를 들어 유막, 지방 또는 핫멜트 피복, 또는 왁스, 오일, 폴리실록산의 피복, 또는 탄화수소, 폴리머 등의 피복일 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시되어 있는 코팅(50)의 재료 또는 조성 및 코팅 두께(52)는 전술한 접합 공정에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
도 2는 여기 방사선(36)이 예를 들어 파형일 수 있으며 특히 코팅(50)의 재료를 원자적으로 여기시킬 수 있음을 나타내고, 이 시점에서 반응 방사선(38)은 이후 코팅(50)에 의해 방출된다.
도 2는 따라서 형광 측정 장치(40-1) 형태의 검출 장치의 예를 도시한다.
이 경우에, 접합면(34) 또는 그 코팅(50)에는 전자기 방사선, 특히 광 방사선이 공급되며, 코팅(50) 및/또는 부품(32)의 기저 재료의 성분은 여기되고 이후 형광 특성으로 인해 반응 방사선(38)을 방출하며, 이 방사선은 종종 여기 방사선(36)과 다른 파장 범위에 있다.
특히, 반응 방사선 펄스는 코팅(50) 또는 부품(32)에 의해 방출될 수 있고 카운트될 수 있다.
도 3은 g/㎡ 단위로 측정되는 코팅 밀도 또는 두께에 대한 카운트(n)의 그래프를 도시한다.
여기 방사선으로 인해 여기되고 더 높은 에너지 상태로 시프트되는 더 많은 개수의 원자로 인해 코팅(50)의 밀도 또는 코팅 두께가 증가할수록, 이것에 대응하여 더 높은 카운트가 초래됨을 알 수 있다.
도 3에 도시된 그래프(56)는 대응 형광 곡선(58)을 포함할 수 있는데, 이는 부분적으로 선형일 수 있지만, 이는 코팅 강도가 증가할수록 바람직하게 지연 요소의 기능에 기초하여 포화 범위 내로 이동한다.
도 3은 형광 곡선(58) 상에 선형 교정 부분을 갖는 복수의 측정 지점을 도시한다.
현재의 제2 접합면(34)을 평가할 수 있게 하기 위해, 이 접합면은 부품(32)의 재료 및/또는 코팅(50)의 재료 또는 주 성분에 대해 교정되는 것이 바람직하다. 이로 인해 현재 접합면(34)을 이전에 측정된 접합면과 비교할 수 있으며, 이에 기초하여 검출 장치(40-1)는 바람직하게 부품(32)의 재료와 코팅(50)의 주 성분의 복수의 상이한 조합에 대해 교정되었다.
도 4는 발생기 방사선(36-1)을 발생하기 위한 발생기(62) 및 반응 방사선(38-1)을 검출하기 위한 센서(64)를 측정 프로브 또는 프로브 하우징(60) 내에 수용하는 검출 장치(40-1)의 개략도이다.
측정 프로브(60)의 직경은 도 4에서 DM1로 도시되어 있으며, 8㎜ 내지 40㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
도 5는 전도율 측정 장치 형태의 검출 장치(40-2)의 비교 실시예를 도시한다.
여기에서, 전자기장, 특히 교번 자기장을 발생하기 위한 발생기(62)가 측정 프로브(60) 내에 배열된다. 이 경우에, 측정 프로브(60)는 반응 필드를 검출하기 위한 센서(64)를 추가로 포함한다.
부품(32)의 재료는 이 경우에 비자화성 재료인 것이 바람직하다. 결과적으로, 교번 자기장(36-2)으로 인해, 부품(32)의 재료 내에 와전류(i)가 유도되며, 이는 다시 반응 필드(38-2)를 초래한다.
반응 필드(38-2)의 검출은 접합면(34)의 영역에서 부품(32)의 전도율에 대한 결론을 도출할 수 있게 한다.
도 6은 부품(32)의 예시적 재료에 대해서 전도율 a(MS/m으로 측정), 경도 b(바콜(Barcol)로 측정) 및 인장 강도 c(dN/㎟로 측정)가 온도와 관련하여 도시되어 있는 그래프(66)를 예시적으로 도시한다.
예를 들어 도 5의 검출 장치(40-2)에 의해 검출될 수 있는 전도율이 알려져 있다면 이러한 그래프(66)로부터 특정한 결론이 도출될 수 있다.
도 5의 검출 장치(40-2)는 또한 교정된 검출 장치인 것이 바람직하며, 이 장치에 의해 이전의 다양한 기준 접합면(34)이 검출되었으며, 그 측정치는 현재 접합면의 측정치와 비교된다.
도 7은 접촉 저항 측정 장치 형태의 검출 장치(40-3)의 추가 실시예를 도시한다.
여기에서, 검출 장치(40-3)는 접합면(34) 상에 힘(F)으로 가압될 수 있는 접촉 프로브(70)를 포함한다.
또한, 전압(U) 형태의 전위가 접촉 프로브(70)에 인가될 수 있으며, 이 전압은 조절될 수 있다. 참조 부호 74의 경우에는, 접촉 프로브(70)와 부품(32) 사이의 저항이 측정될 수 있다.
접촉 저항 측정의 경우에, 접촉 프로브(70)는 계속-증가하는 힘에 의해 접합면(34)을 향해서 점점 푸시되거나, 및/또는 전압(U)이 점점 증가된다.
첫 번째 경우는 도 8에 도시된 바와 같은 그래프(76)를 초래한다. 힘(F)이 증가할수록 저항(R)은 감소한다. 임계치(S)[저항 차이(ΔR)에 대응]에 도달하면, 실선과 관련하여 이 선은 코팅이 전혀 없거나 적은 코팅만 제공된 부품(32)에 관련됨을 알 수 있다. 도 8에서의 파선은 접합면(34) 상에 코팅이 존재하는 경우를 도시한다. 그 결과, 힘이 증가해도, 저항(R)은 임계치(S)까지 대략 일정하게 유지되고, 이후 급격히 감소한다. 여기에서 알 수 있듯이 접합면(34) 상에는 S값에 종속될 수 있는 특정 두께를 갖는 코팅이 존재한다.
도 9에서의 대응 그래프(78)는 전압(U)이 점진적으로 증가되는 대안적인 또는 추가적인 변형예를 도시한다. 이 경우에도 저항(R)은 점진적으로 증가한다. 저항 차이(ΔR)는 이어서 임계치(S)와 상관된다. 이 경우에도, 코팅이 존재하면 저항(R)은 이러한 임계치(S)까지 대략 일정하게 유지되며, 이후 급격히 감소된다.
레이저 측정 장치 또한 전술한 다른 측정 장치와 유사한 원리로 제1 접합면 및/또는 제2 접합면 상의 표면 상태를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 여기 방사선(36)에 대한 반응 방사선(38)이 측정되고 이는 목표 도면과 비교될 수 있으며, 따라서 표면 상태의 진단에 의해 접합 단계 이전에 및/또는 도중에 실행될 정확한 절차를 결정할 수 있다.

Claims (10)

  1. 접합 요소(24)를 부품(32)에 접합하기 위한, 특히 스터드 용접하기 위한 방법이며,
    - 제1 접합면(30)을 갖는 접합 요소(24)를 제공하고, 제2 접합면(34)을 갖는 부품(32)을 제공하는 단계;
    - 제1 접합면 및/또는 상기 제2 접합면(30, 34)을 준비하는 단계로서, 제1 접합면 및/또는 제2 접합면(30, 34)의 상태를 검출하는 것을 포함하는, 단계;
    - 접합 요소(24)를 상기 부품(32)에 접합시키는 단계를 포함하고;
    상기 준비하는 단계는 제1 접합면 및/또는 제2 접합면(30, 34) 상에서 이하의 검출 방법: (i) 접합면(30, 34) 상의 전기 접촉 저항 측정, (ⅱ) 접합면(30, 34) 상의 전기 전도율 측정, (ⅲ) 접합면(30, 34) 상의 형광 측정 및 (ⅳ) 접합면(30, 34) 상의 레이저 측정 중 하나 이상을 수행하는 것을 포함하는, 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도율 측정은 발생기(62)에 의해 전자기 발생기 필드(36-2)를 발생시키고 부품(32)의 재료에 및/또는 접합 요소(24)의 재료에 와전류(i)를 유도하기 위해 상기 발생기(62)를 접합면(30, 34) 근처로 이동시키는 것을 포함하고, 유도된 와전류(i)에 의해 발생된 전자기 응답 필드(38-2)를 센서(64)로 검출하는 것을 추가로 포함하는, 접합 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자기 발생기 필드(36-2)는 10 kHz 내지 2 MHz 범위, 특히 10 kHz 내지 500 kHz 범위, 바람직하게 20 kHz 내지 300 kHz 범위의 주파수를 갖는, 접합 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광 측정은 접합면(30, 34) 상의 코팅(50)의 재료가 원자적으로 여기되게 하도록 발생기(62)에 의해 접합면(30, 34)에 전자기 발생기 방사선(36-1)을 공급하는 것을 포함하고, 상기 재료에 기초하여 방출되는 반응 방사선(38-1)의 방출, 특히 광 양자의 방출은 센서(64)에 의해 검출되는, 접합 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접합면(30, 34) 상의 코팅(50)을 여기시키기 위해 사용되는 발생기 방사선(36-1)은 LED 또는 레이저 방사선인, 접합 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생기(62) 및 상기 센서(64)는 그 직경(DM)이 7㎜ 내지 50㎜의 범위, 특히 8㎜ 내지 40㎜의 범위에 있는 측정 프로브(60)에 수용되는, 접합 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 준비하는 단계는 0.1초 이상 2초 이하의 기간 내에 수행되는, 접합 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉 저항 측정은 접촉 프로브(70)에 의해 접합면(30, 34)에 전위(U)를 인가하는 것 그리고 (a) 증가하는 힘(F)으로 접촉 프로브를 접합면(30, 34) 상에 가압하는 것 및/또는 (b) 접촉 프로브(70)에 대한 전위(U) 값을 증가시키는 것을 포함하고, 상기 증가에 기인하는 저항 변화(ΔR)가 검출되는, 접합 방법.
  9. 접합 요소(24)를 부품(32)에 접합하기 위한, 특히 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 접합 장치(10)이며, 부품(32)에 접합될 접합 요소를 유지하기 위한 유지 장치(22)가 접합 요소(24)의 제1 접합면(30)이 부품(32)의 제2 접합면(34) 상에 정렬될 수 있도록 배열되는 접합 헤드(12)를 포함하는, 접합 장치(10)에 있어서,
    상기 접합 장치(10)는 제1 접합면 및/또는 제2 접합면(30, 34)의 상태를 검출하기 위해 이하의 검출 장치(40): (i) 전기 접촉 저항 측정 장치(40-3), (ⅱ) 전기 전도율 측정 장치(40-2), (ⅲ) 형광 측정 장치(40-1) 및 (ⅳ) 레이저 측정 장치 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 검출 장치(40)는 접합 헤드(12) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
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