JPH04265854A - スポット溶接の検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スポット溶接における
溶接部を検査する装置に関し、特に超音波を用いて非破
壊でスポット溶接部の溶接の合格または不合格を判定す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】重ね抵抗溶接の一種であるスポット溶接
においては、正常に溶接された場合には、上板と下板と
の重ね合せ溶接部分において上板の一部と下板の一部と
が溶融して一体に凝固し、その部分にナゲットと称され
る断面碁石上の溶融−再凝固部分が形成される。このナ
ゲットの径は、溶接強度との相関関係が強く、スポット
溶接の管理項目として、ナゲット径の下限値を管理する
ことが従来から行なわれている。すなわち、ナゲット径
を検出し、その径が予め定めた下限値より小さい場合に
は溶接強度が不足するものとして溶接不良と判定し、ナ
ゲット径が前記下限値以上の場合に合格と判定する。

【０００３】このような管理を行なうためには、ナゲッ
ト径を非破壊で検出する技術が必要であり、その一例と
して超音波を用いてその反射波によって検出する技術が
知られている。その従来技術の代表的な例としては、特
公昭５９−１４１８７号公報が知られている。この装置
は、反射波を被検査体から探触子に誘導するためのウェ
ーブガイドを有し、被検査体からの反射波をオシロスコ
ープ等の表示手段により多重反射波の映像として表示さ
せ、この多重反射波の映像から溶接の合否を判定するよ
うになっている。

【０００４】以下に、従来のスポット溶接部の検査技術
の一例について説明する。図７のように被検査体３のス
ポット溶接部は、上板３１と下板３２の金属が相互に溶
融結合したナゲット部１と、両者が圧着している熱影響
部であるコロナボンド部２とで形成されている。上述し
た特公昭５９−１４１８７号公報では、図８に示すよう
に、ウェーブガイド６が超音波探触子７の先端に超音波
透過媒質（図示略）を介して取付けられている。ウェー
ブガイド６は、使用時には被検査体３に超音波接触媒質
を介して押し付けられ、この状態でウェーブガイド６か
らスポット溶接部に向けて超音波が出力される。出力さ
れた超音波は、溶接部で反射し、図７の上板３１と下板
３２からの反射波（エコー）は超音波探触子７に入力さ
れる。超音波探触子７に入力された反射波は、オシロス
コープ等の表示手段８によって図１１、１２のような多
重反射波の映像として写し出される。

【０００５】このように、特公昭５９−１４１８７号公
報は、多重反射波の映像を鮮明にするための技術であり
、これを達成するために、ウェーブガイドに改良を加え
ている。このウェーブガイドは、図１０に示すように、
ウェーブガイド６の外壁が先端に向かって縮小する円錐
角βを有する円錐状体に形成されると共に、超音波吸収
部４を収納する内孔がその先端に向かって拡開する円錐
角αを有する円錐体状に形成されている。ここで、内孔
の内壁面によって形成される外壁円錐角βが、下記の領
域内にある場合は、溶接部の多重反射波をより一層鮮明
に受信表示させることが可能となる。 内孔円錐角α＝９０±１０度 外壁円錐角β≧１８０−α度

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ブガイドを用いる超音波の溶接検査方式では、本来、溶
接不合格とすべきコロナボンド部を溶接良好部のナゲッ
ト部と合わせて溶接合格と判定するため、溶接健全部か
ら除外すべきコロナボンド部が合格の判定要因に加わる
という問題がある。これは、つぎのように説明できる。 図１１は、図１０の超音波吸収体４の径Ｇよりも溶接部
が大きくコロナボンド部とナゲット部を含む場合を表示
しており、隣合う反射波の横軸は上板３１の板厚ｔ１　
と下板３２の板厚ｔ２　の合計板厚に相当する。一方、
図１２は、図１０のウェーブガイド６の超音波吸収体４
の径Ｇより溶接部が小さく、上板３１の底面からの反射
波を受信している場合の表示であり、隣合う反射波の横
軸は上板３１の板厚ｔ１　に相当する。このように、従
来技術では溶接部がナゲット部径ＤＮ　とコロナボンド
部径Ｄｃ　で構成され区分しなければならないことを考
慮していない。コロナボンド部は、ナゲット部と比較し
て接合強度が格段に低い（特にＺｎ　メッキ鋼板の溶接
の場合）からコロナボンド径が大きくてもナゲット径が
小さければ充分な溶接強度を得られない。しかし、特公
昭５９−１４１８７号公報の装置は、このような場合で
も合格と判定してしまうおそれがある。

【０００７】また、特公昭５９−１４１８７号公報の場
合は、合否判定はオシロスコープ等に写し出された波形
を目視で確認することに行なうため、検査に熟練を要す
る。さらに、目視によるため誤判定も生じやすく、作業
も疲れやすい。

【０００８】本発明は、上記の問題に着目し、反射波が
ナゲット部で生じたものか、またはコロナボンド部で生
じたものかを確実に判別でき、溶接の合否の結果を直接
表示することが可能なスポット溶接の検査装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係るスポット溶接の検査装置は、被検査体のスポット溶
接部に接触可能な超音波吸収体を有するウェーブガイド
が設けられる超音波探触子と、該超音波探触子と電気的
に接続される演算処理手段とからなるスポット溶接の検
査装置であって、前記演算処理手段を、前記超音波探触
子と接続され、超音波探触子に超音波を出力するととも
に、被検査体からの超音波の反射波が入力される超音波
送受信部と、前記超音波送受信部からの信号に基づいて
スポット溶接部の反射波を記憶する波形記憶処理部と、
前記波形記憶処理部からの情報に基づき反射波の減衰度
を求め、スポット溶接部におけるナゲット部を判別する
ナゲット判別部と、前記ナゲット判別部からの情報に基
づくナゲット部の大きさと予め設定された基準ナゲット
との比較により溶接の合否を判別する合否判定部と、前
記合否判定部からの情報に基づき合否の結果を表示する
表示部と、から構成したものから成る。

【００１０】

【作用】このように構成されたスポット溶接の検査装置
においては、超音波探触子からスポット溶接部に向けて
出力された超音波は、スポット溶接部の内部で反射し、
反射波となって超音波探触子に入力される。超音波探触
子に入力された反射波は、波形記憶処理部に記憶される
。つぎに、ナゲット判別部は、波形記憶処理部に記憶さ
れた波形情報に基づいて反射波の減衰度を求め、この減
衰度から反射波がナゲット部で生じたものか、コロナボ
ンドで生じたものであるかが判別可能となる。ナゲット
部が判別されると、反射波の減衰度によって求められた
ナゲット部の径が基準ナゲットよりも大きいか否かが合
否判定部によって判定され、この合否判定部の判定結果
は、表示部に表示される。このように、スポット溶接部
のナゲット部とコロナボンド部は、求められた反射波の
減衰度に基づいて確実に判別可能となるので、コロナボ
ンド部が合格の判定要因に加味されることはなくなる。 したがって、スポット溶接部の合否の判定の信頼性が高
められ、溶接部の必要強度が確実に維持される。また、
判定結果がそのまま表示部に表示されるので、表示部上
での合否の判断が不要となる。したがって、合否判定の
熟練度も不要となり、かつ従来に比べて検査労力も軽減
される。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係るスポット溶接の検査装
置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。図１
ないし図６は、本発明の一実施例を示している。図１は
、スポット溶接の検査装置の全体を示しており、被検査
体と超音波探触子は、従来技術と同一であるので、これ
については従来技術と同一の符号を付して説明する。 図１において、被検査体３は、上板３１と下板３２とか
ら構成されている。上板３１は板厚Ｔ１　の薄板鋼板で
あり、下板３２は板厚Ｔ２　の薄板鋼板である。上板３
１と下板３２は、スポット溶接によって接合されており
、スポット溶接部には、ナゲット部１とコロナボンド部
２が形成されている。ナゲット部１は、溶融−再凝固し
た樹枝状結晶を主体とした金属組織であり、コロナボン
ド部は固相接合されただけの金属組織である。

【００１２】上板３１のスポット溶接された上面には、
超音波探触子７が当接されている。超音波探触子７の先
端には、超音波吸収体４を有するウェーブガイド６が取
付けられている。超音波探触子７が上板３１に押付けら
れた状態では、超音波吸収体４はスポット溶接された上
面に密着した状態となっている。また、反射波を検知す
るための超音波吸収体４の外径はＧとなっている。超音
波探触子７は、ケーブル９を介して演算処理手段１５に
電気的に接続されている。

【００１３】演算処理手段１５は、超音波送受信部１０
、波形記憶処理部１１、ナゲット判別部１２、合否判定
部１３、表示部１４とから構成されている。超音波送受
信部１０は、超音波探触子７と接続されており、被検査
体としての上板３１および下板３２に向けて超音波を出
力する機能を有する。また、超音波送受信部１０に入力
された反射波を、入力する機能を有している。波形記憶
処理部１１は、超音波送受信部１０からの信号に基づい
てスポット溶接部の反射波を記憶する機能を有する。 ナゲット判別部１２は、波形記憶部１１からの情報に基
づき反射波の減衰度を求め、スポット溶接部におけるナ
ゲット部１を判別する機能を有している。

【００１４】合否判定部１３は、ナゲット判別部１２か
らの情報に基づくナゲット部１の大きさと予め設定され
た基準ナゲットとの比較により溶接の合否を判別する機
能を有している。表示部１４は、合否判定部１３からの
情報に基づき合否の結果を表示する機能を有する。波形
記憶処理部１１とナゲット判別部１２と合否判定部１３
は、たとえばマイクロコンピュータシステムに格納され
たプログラムから構成されている。表示部１４は、たと
えばマイクロコンピュータシステムのＣＲＴ（ブラウン
管）から構成されている。

【００１５】つぎに、上記のスポット溶接の検査装置に
おける検査手順および作用について説明する。まず、ス
ポット溶接部の検査に際し、図１に示すように、上板３
１の板厚Ｔ１　と下板３２の板厚Ｔ２　とから超音波探
触子７が選定される。この場合、溶接部の径の基準とし
て必要とされるべきナゲット部１の直径ＤＮ　と、同一
となるべき先端部の径Ｇを有する超音波吸収体４をもつ
ウェーブガイド６が選定される。つぎに、超音波透過媒
質（図示略）をウェーブガイド６と超音波探触子７との
間に塗布し、超音波を透過しやすくし鮮明な信号を得ら
れるようにする。

【００１６】つぎに、被検査体３の上板３１の溶接面に
、ウェーブガイド６がセットされた超音波探触子７を当
接させ、上板３１と超音波吸収体４とを密着させた状態
とする。この状態で超音波送受信部１０から超音波を発
信させる。被検査体３に送信された超音波は、溶接部内
で反射波となってはね返り、ウェーブメモリをもった波
形記憶処理部１１に記憶される。ここで、図１１、１２
のように溶接部の径がウェーブガイド６の内部の超音波
吸収体４の径Ｇより小さければ上板３１の底面からの多
重反射波、すなわち図１２の波形が記憶される。逆に、
ウェーブガイド６の内部超音波吸収体４の径Ｇよりも大
きければ上板３１と下板３２の溶接部から多重反射波、
すなわち図１１の波形が波形記憶処理部１１に記憶され
る。

【００１７】つぎに、ナゲット判別部における処理手順
を図２のフローチャートに基づいて説明する。図２にお
いて、ステップ５１にてナゲット部の判別の処理が開始
され、ステップ５２に進んで多重反射波が取込まれたか
否かが判断される。ここで、多重反射波がまだ取込まれ
ていないと判断された場合は、ステップ６０に進み処理
は完了する。ステップ５２において、多重反射波の取込
みが行なわれたと判断された場合は、ステップ５３に進
む。ここでは、図３に示すように、表面波Ｓと、下板３
２の反射波で表面波Ｓから第ｍ番目の反射波Ｂ２−ｍ　
と、第ｎ番目の反射波Ｂ２−ｎ　とにそれぞれゲートＧ
ｓ、Ｇｍ、Ｇｎを設定してピークホールドすることによ
り、図４のようにそれぞれの反射波の高さＰｓ、Ｐｍ、
Ｐｎが算出される。ステップ５３の処理が完了すると、
ステップ５４に進み、第ｍ番目の反射波Ｂ２−ｍ　と、
第ｎ番目の反射波Ｂ２−ｎ　の遅れ時間Ｔｍｎが求めら
れる。すなわち、隣合う反射波の距離で超音波がどの板
の底面から反射されているかを示すＬｍｎが求められる
。このＬｍｎは次式で表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、Ｌｍｎ、Ｔｍｎ、ｎ、ｍ、Ｖｏは
つぎのように定義される。 Ｌｍｎ：隣あう反射波の距離で板厚に相当Ｔｍｎ：表面
波Ｓから第ｍ番目と第ｎ番目の反射波の時間 ｎ、ｍ：整数　　　　ｎ＞ｍ Ｖｏ：超音波縦波の速度

【００２０】ステップ５５における判定はつぎのように
なされる。まず、Ｌｍｎ，ｔ１　の場合にはウェーブガ
イド６の内部吸収体４の径Ｇよりも小さい場合には、反
射波は当然のことながら上板３１の底面からの反射波で
あることが判定される。また、ｔ１　≦Ｌｍｎ≦ｔ１　
＋ｔ２　の場合には、ナゲット部１またはコロナボンド
部２のいずれかからの反射波であり、いずれかを決定す
る必要がある。

【００２１】ここで、反射波の減衰度をみてみると図５
のごとくナゲット部では減衰度が大きく、コロナボンド
部では図６に示すように減衰度が小さい。金属中におけ
る超音波の減衰の原因には、超音波の波頭面が拡がるた
めの拡散損失のほか、結晶粒界および組織境界による散
乱減衰や、内部摩擦に基づく粘性減衰、さらには転位の
運動による減衰等が挙げられる。ここで、ナゲット部と
コロナボンド部とを比較すれば、ナゲット部は溶融−再
凝固した樹枝状結晶を主体とした組織の金属であるのに
対し、コロナボンド部は固相接合されただけであるため
組織の著しい変化はなく、焼ならし状態を主体とする組
織の金属であり、このような組織の差が両者間での減衰
の差となってあらわれているものと考えられる。このよ
うに、本実施例では反射波の減衰度を求め、その減衰度
とこれに対する閾値との関係により、反射波がナゲット
部１で生じたものか、またはコロナボンド部２で生じた
ものか判別している。

【００２２】具体的には、ｔ１　＜Ｌｍｎ≦ｔ１　＋ｔ
２の場合は、ナゲット部１とコロナボンド部２の溶接部
の合計がウェーブガイド６の内部吸収体の径Ｇより大き
く、波形記憶処理部１１に多重反射波が記憶される。図
３、４に示すように表面波Ｓから、第ｍ番目の下板の底
面からの反射波Ｂ２−ｍ　の高さＰｍと、第ｎ番目の下
板３２の底面からの反射波Ｂ２−ｎ　の高さＰｎと、Ｂ
２−ｍ　とＢ２−ｎ　の間隔時間Ｔｍｎが算出される。 実際の測定にあたっては、ｍは１、ｎは２として、下板
３２の底面からの第１番目の反射波Ｂ２−１　の高さＰ
１　と、第２番目の下板３２の底面からの反射波Ｂ２−
２　の間隔時間Ｔ１２を算出するのが通常である。

【００２３】このようにして既に得た反射波の高さＰｍ
、Ｐｎ、Ｔｍｎの値から、下板からの反射波の減衰度α
ｍｎを算出する。すなわち、Ｂ２−ｍ　の波高からＢ２
−ｎ　の波高への減衰を表わす尺度として、減衰度αｍ
ｎを次の（１）式で示すようにして定める。

【００２４】

【数２】

【００２５】数式（１）において、Ｖｏは、固体中では
その固体の体積弾性率や剛性率、密度に関する超音波縦
波の速度であり、ナゲット部１とコロナボンド部２とで
は本来は異なるが、計算の都合上、予め定めた定数を用
いる。また、Ｌｍｎは溶接部において超音波が溶接部の
上下面を反射しながら透過進行していくときのｍ番目の
反射波からｎ番目の反射波までの透過進行距離を意味す
る。上記の数式（１）によって減衰度αｍｎを求めるこ
とができるが、この減衰度αｍｎの値はナゲット部１と
コロナボンド部２で異なる。したがって、予め減衰度の
閾値αｓを求めておいて、ステップ５０に示すように、
αｍｎの値を閾値αｓと比較することにより、ナゲット
部１かコロナボンド部２か否かの判別が可能となる。つ
まり、ステップ５６において、αｓ＞αｍｎと判断され
た場合は、ナゲット部１のみならずコロナボンド部２も
含まれた判定となる。したがって、αｓ＞αｍｎと判断
された場合は、合否を判定する情報としてふさわしくな
くステップ５９に進み、処理は終了する。

【００２６】ステップ５６において、αｓ≦αｍｎと判
断された場合は、ステップ５７に進み、ナゲット判別部
１２からの情報に基づくナゲット部１の大きさと予め設
定された基準ナゲットとの比較が合否判定部１３によっ
て行なわれる。ここで、ナゲット判別部１２によるナゲ
ット部１の大きさが基準ナゲットの大きさに達していな
い場合は、ステップ５９に進み、表示部１４によって溶
接不合格である旨の表示がなされ、ステップ６０に至る
。ステップ５７において、ナゲット判別部１２によるナ
ゲット部１の大きさが基準ナゲットの大きさに達してい
る場合は、ステップ５８に進み、表示部１４によって溶
接合格である旨の表示がなされ、ステップ６０に至る。 このように、溶接の合否の判定がそのまま表示部１４に
表示されるので、表示部の表示を見て判断する必要もな
くなり、合否の判定が容易となる。なお、本実施例では
、表示部をたとえばＣＲＴ（ブラウン管）から構成した
が、表示ランプやブザー等によって検査者に告知する構
成としてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスポ
ット溶接の検査装置によるときは、演算処理手段によっ
て超音波の反射波の減衰度を求め、この減衰度から反射
波がナゲット部で生じたものかコロナボンドで生じたも
のであるか否かを判別するようにしたので、溶接健全部
から除外すべきコロナボンド部が合格の判定要因に加味
されることはなくなる。したがって、スポット溶接部の
合否の判定の信頼性が高められ、溶接部の必要強度を確
実に維持することが可能となる。また、判定結果がその
まま表示部に表示されるので、表示部上での合否の判定
が不要となる。したがって、合否判定の熟練度も不要と
なり、かつ検査労力も軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスポット溶接検査装置
の概略構成図である。

【図２】図１の装置による溶接部の検査の処理手順を示
すフローチャートである。

【図３】図１における溶接部と非溶接部とを判別するた
めのゲート出力の波形図である。

【図４】図１における反射波の減衰度を示す波形図であ
る。

【図５】図１のナゲット部における多重反射波の減衰度
を示す波形図である。

【図６】図１のコロナボンド部における多重反射波の減
衰度を示す波形図である。

【図７】スポット溶接部近傍の拡大断面図である。

【図８】従来のスポット溶接検査装置の概略構成図であ
る。

【図９】図８におけるウェーブガイドの斜視図である。

【図１０】図９のウェーブガイドの断面図である。

【図１１】スポット溶接部の特定領域における超音波の
受信波形を示す波形図である。

【図１２】スポット溶接部の別の特定領域における超音
波の受信波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１　　ナゲット部 ２　　コロナボンド部 ３　　被検査体 ４　　超音波吸収体 ６　　ウェーブガイド ７　　超音波探触子 １０　　超音波送受信部 １１　　波形記憶処理部 １２　　ナゲット判別部 １３　　合否判定部 １４　　表示部 １５　　演算処理手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被検査体のスポット溶接部に接触可能
   な超音波吸収体を有するウェーブガイドが設けられる超
   音波探触子と、該超音波探触子と電気的に接続される演
   算処理手段とからなるスポット溶接の検査装置であって
   、前記演算処理手段を、前記超音波探触子と接続され、
   超音波探触子に超音波を出力するとともに、被検査体か
   らの超音波の反射波が入力される超音波送受信部と、前
   記超音波送受信部からの信号に基づいてスポット溶接部
   の反射波を記憶する波形記憶処理部と、前記波形記憶処
   理部からの情報に基づき反射波の減衰度を求め、スポッ
   ト溶接部におけるナゲット部を判別するナゲット判別部
   と、前記ナゲット判別部からの情報に基づくナゲット部
   の大きさと予め設定された基準ナゲットとの比較により
   溶接の合否を判別する合否判定部と、前記合否判定部か
   らの情報に基づき合否の結果を表示する表示部と、から
   構成したことを特徴とするスポット溶接の検査装置。