JPH09171007A - 多点溶接品に対する溶接状態の判定装置および判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、多点溶接品におけるスポッ
ト溶接部の良否を、設備の大形化や複雑化を招くことな
く、短時間で判定することの可能な判定装置および判定
方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明に関わる判定装置１は、加振点Ｖ
を加振するインパルスハンマー１と、計測点Ｍ1 〜Ｍ7
の振動を検出する加速度ピックアップ２、２…と、加振
・振動検出部３Ａ、ＦＦＴ処理部３Ｂ、データ記憶部３
Ｃ、OK／NG判定部３Ｄおよび表示部４を備えて成る制御
・解析手段５とを具備している。また、本発明の判定方
法は、加振点Ｖを加振する工程と、計測点Ｍ1 〜Ｍ7 の
振動加速度を検出する工程と、ドアＴの周波数特性を得
る工程と、ドアＴの溶接状態の良否を判定する工程とを
含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多点溶接品におけ
る溶接状態の良否を判定するための装置および方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車のボディーを構成するド
ア、フード、ラッゲージ等、自動車用閉鎖体あるいは自
動車用蓋体と称される溶接加工品は、複数のパネルやパ
ーツをスポット溶接によって互いに結合することで組み
立てられている。一方、溶接加工品における溶接部の良
否を判定する方法として、スポット溶接部に向けて発振
した超音波の反射波に基づいてナゲット径を判定する方
法（特開昭 62-119453）や、断続光の照射に伴ってスポ
ット溶接部から放射される音波によって溶接部の良否を
判定する方法（特開平 3-2659)、または超音波探触子に
よってスポット溶接部に発振した超音波の反射波に基づ
いて溶接部の良否を判定する方法（特開平 4-265854)等
が提供されており、さらにスポット溶接機の電極先端部
にトランスデューサを設け、受信した溶接部からの弾性
波を処理することで溶接部の検査を行なう方法（特開平
4-40359）等が提供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車のボ
ディーを構成するドア、フード、ラッゲージ等の溶接加
工品は、パネルやパーツを数十箇所にも及ぶ多数の箇所
において溶接して成るいわゆる多点溶接品である。これ
に対して、上述した溶接部の判定方法は、何れも一点の
溶接部を対象としているため、多点溶接品における溶接
部を全て検査する場合、極めて長い時間を必要とするの
は必至であり、また溶接箇所数が極めて多い多点溶接品
を検査する場合、溶接箇所の全数検査は実質的に不可能
であった。一方、上述した溶接部の判定方法を採用した
場合でも、多数の検査装置を用意しておくことによっ
て、多点溶接品に対する溶接部の検査時間を短縮するこ
とは可能であるが、検査に関わる設備の大型化および複
雑化を招くばかりでなく、設備コストの増大をも招来す
る不都合を免れ得ない。本発明は上記実状に鑑みて、多
点溶接品におけるスポット溶接部の良否を、設備の大形
化や複雑化等を招くことなく、短時間で判定することの
可能な判定装置および判定方法の提供を目的とするもの
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明に関わる判定装置は、多点溶接品における所定の
加振点を加振するインパルスハンマーと、多点溶接品に
おける所定の計測点に接触して振動を検出する加速度ピ
ックアップとを具備しており、さらにインパルスハンマ
ーを打撃動作させるとともに加速度ピックアップから加
速度信号を取り出す加振・振動検出部と、この加振・振
動検出部からの加速度信号を高速フーリエ変換処理して
多点溶接品の周波数特性を得るＦＦＴ処理部と、このＦ
ＦＴ処理部において得られた多点溶接品の周波数特性を
記憶するデータ記憶部と、このデータ記憶部から取り出
した多点溶接品の周波数特性を良品の多点溶接品におけ
る周波数特性と比較して溶接状態の良否を判定するOK／
NG判定部と、このOK／NG判定部における判定結果に基づ
いて多点溶接品における溶接状態の良否を表示する表示
部とを備えて成る制御・解析手段を具備している。

【０００５】また、本発明に関わる判定方法は、多点溶
接品における所定の加振点を加振する工程と、この工程
に次いで多点溶接品における所定の計測点の振動加速度
を検出する工程と、この工程に次いで計測点における振
動加速度を高速フーリエ変換処理して多点溶接品におけ
る周波数特性を得る工程と、この工程に次いで多点溶接
品の周波数特性における事前に複数の多点溶接品の周波
数特性を比較して選んだ溶接状態の良否により応答性の
変化する特定周波数での応答性の変化に基づいて多点溶
接品における溶接状態の良否を判定する工程とを含んで
いる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、一実施例を示す図面に基づ
いて、本発明を詳細に説明する。図１ないし図７は、本
発明に関わる多点溶接品の判定装置および判定方法によ
って、多点溶接品としての自動車のドアにおける溶接状
態の良否の判定を、ドアの製造ラインにおけるアフター
ヘム・マルチスポットステーションで実施する例を示し
ている。

【０００７】図１および図２に示すように、アフターヘ
ム・マルチスポットステーションＳ（以下、ステーショ
ンＳと称する）は、ベースＢ上に設けられたガイドプレ
ートＰ、ＰとワークリフタＲとを備え、さらに複数個の
サポートガイドＧ、Ｇ…、クランパＣ、Ｃ…、および電
極（スポット溶接ガン）Ｅ、Ｅ…を具備している。

【０００８】多点溶接品であるドア（フロントドア）Ｔ
は、ガイドプレートＰ、Ｐに案内されつつ、前工程から
ステーションＳに搬入されたのち、ワークリフタＲの下
降によってサポートガイドＧ、Ｇ…に載置され、次いで
クランパＣ、Ｃ…によってロックされたのち、電極（ス
ポット溶接ガン）Ｅ、Ｅ…によって、所定の箇所に対す
るスポット溶接が施され、スポット溶接の施されたドア
Ｔは、クランパＣ、Ｃ…が解放されたのち、ワークリフ
タＲによって上動され、次いで次工程に向けて搬出され
て行く。

【０００９】ここで、自動車のドアＴは、複数個のパー
ツを互いに溶接加工して組み立てられており、上述した
ステーションＳにおいて施されるアフターヘム・マルチ
スポット溶接（６カ所）を含め、図３（ａ）および
（ｂ）に示す如く、ドアＴには合計で８０カ所ものスポ
ット溶接箇所ｗ、ｗ…が存在しており、本発明に関わる
多点溶接品の判定装置および判定方法は、これら８０カ
所全てのスポット溶接箇所ｗ、ｗ…を対象として、ドア
Ｔにおける溶接状態の良否の判定を実施するものであ
る。

【００１０】なお、図３（ａ）および（ｂ）において、
・で示した位置は上述の如く溶接箇所ｗ、ｗ…であり、
○で示した位置は上述したクランパＣ、Ｃ…によるクラ
ンプ位置ｃ、ｃ…であり、◎で示した位置は後述するイ
ンパルスハンマー１による加振点Ｖであり、さらに●で
示した位置は後述する加速度ピックアップ２、２…によ
る計測点Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3 、Ｍ4 、Ｍ5 、Ｍ6 、Ｍ7 で
ある。

【００１１】図４に示すように、ステーションＳには１
個のインパルスハンマー１と、７個の加速度ピックアッ
プ２、２…とが設けられている。上記インパルスハンマ
ー１は、ステーションＳにロックされた状態のドアＴに
対して、上述した加振点Ｖ（図３参照）を打撃する位置
に配設されており、また加速度ピックアップ２、２…
は、ステーションＳにロックされた状態のドアＴに対し
て、上述した計測点Ｍ1 〜Ｍ7 （図３参照）と各々接触
する位置に配設されている。

【００１２】なお、インパルスハンマー１の設置位置、
言い換えればドアＴに対する加振点Ｖは、被検体として
のドアＴを均一に加振し得る位置に設定されており、ま
た加速度ピックアップ２、２…の設置位置、言い換えれ
ばドアＴに対する計測点Ｍ1〜Ｍ7 は、ドアＴに対する
インパルスハンマー１での加振点Ｖへの加振により、良
好に固有振動数を測定し得る位置に設定されている。

【００１３】図４に示す如く、インパルスハンマー１
は、アンプＡ1 を介して信号処理・解析部３に接続され
ており、また各加速度ピックアップ２、２…は、それぞ
れ静電アンプＡ2 、Ａ2 …を介して、インパルスハンマ
ー１と同じく信号処理・解析部３に接続されている。

【００１４】図５に示す如く、信号処理・解析部３は、
インパルスハンマー１を打撃動作させかつ加速度ピック
アップ２、２…から加速度信号を取り出す加振・振動検
出部３Ａと、この加振・振動検出部３Ａからの加速度信
号を高速フーリエ変換処理してドアＴの周波数特性を得
るＦＦＴ処理部３Ｂとを有している。

【００１５】さらに、信号処理・解析部３は、ＦＦＴ処
理部３Ｂにおいて得られたドアＴの周波数特性を記憶す
るデータ記憶部３Ｃと、このデータ記憶部３Ｃから取り
出したドアＴの周波数特性を良品の周波数特性と比較し
て溶接状態の良否を判定するOK／NG判定部３Ｄとを備え
ている。

【００１６】また加振・振動検出部３Ａには、上述した
アンプＡ1 および静電アンプＡ2 、Ａ2 …を介して、イ
ンパルスハンマー１および加速度ピックアップ２、２…
が接続されている一方、OK／NG判定部３Ｄには、このOK
／NG判定部３Ｄにおける判定結果に基づいてドアＴにお
ける溶接状態の良否を表示する表示部４が接続されてい
る。

【００１７】上記信号処理・解析部３と、表示部４とに
よって制御・解析手段５が構成されており、さらに上述
したインパルスハンマー１、加速度ピックアップ２、２
…、および制御・解析手段５によって、本発明に関わる
多点溶接品の判定装置１０が構成されている。

【００１８】上述した構成の判定装置１０において、ド
アＴにおける溶接状態の良否を判定するには、ドアＴに
おける加振点Ｖを加振する工程、ドアＴにおける計測点
Ｍ1〜Ｍ7 の振動加速度を検出する工程、計測点Ｍ1 〜
Ｍ7 における振動加速度を高速フーリエ変換処理してド
アＴの周波数特性を得る工程、そして溶接状態の良否に
より応答性の変化する特定周波数での応答性の変化に基
づいてドアＴにおける溶接状態の良否を判定する工程と
を必要としている。

【００１９】まず、ステーションＳに搬入されたドアＴ
を、クランパＣ、Ｃ…によってロックし、次いで電極
（スポット溶接ガン）Ｅ、Ｅ…によってスポット溶接を
実施したのち、上記クランパＣ、Ｃ…を解放動作させる
前に、ドアＴにおける加振点Ｖを、インパルスハンマー
１によって打撃し、この加振に対する計測点Ｍ1 〜Ｍ7
での応答を、加速度ピックアップ２、２…によって取り
出す。

【００２０】こののち、クランパＣ、Ｃ…が解放され
て、ドアＴが次工程に向けて搬出される前に、制御・解
析手段５の信号処理・解析部３において、ドアＴが良品
であるか否かの判定が為され、その判定結果は表示部４
において、例えば不良品と判断された場合に表示ランプ
を点灯させる等の方法でオペレータに知らされる。

【００２１】ところで、各加速度ピックアップ２、２…
からの加速度信号は、信号処理・解析部３の加振・振動
検出部３Ａに取り込まれたのち、ＦＦＴ処理部３Ｂにお
いて高速フーリエ変換処理され、この高速フーリエ変換
処理によって得られたドアＴの周波数特性は、一旦デー
タ記憶部３Ｃに格納されたのち、溶接状態の良否を判定
するべく、OK／NG判定部３Ｄにおいて、良品のドアにお
ける周波数特性との比較が為される。

【００２２】ここで、ドアＴにおける良品と不良品との
周波数特性の相違を把握するべく、前工程で溶接箇所７
４点の全てを良好に溶接した良品１０枚と、図３（ａ）
に示す溶接箇所ｗ′のみ未溶接の不良品１枚と、さらに
良品を９枚とを順次判定装置１に通して、良品の周波数
特性と不良品の周波数特性との比較を行なった。

【００２３】図６は、周波数を横軸とし、加速度ピック
アップで取り出した加速度応答を加振力に対して表した
イナータンス値を縦軸とした図に、合計１９枚の良品に
おける計測点Ｍ１（図３（ｂ）参照）での周波数特性を
重ね書きしたものであり、図中における１ｐ、２ｐ、３
ｐ、４ｐ、５ｐ、６ｐは、１９枚の良品におけるピーク
周波数を示している。

【００２４】図７は、図６と同様、横軸を波数、縦軸を
イナータンス値とした図に、１９枚の良品における計測
点Ｍ１での周波数特性と、１枚の不良品における計測点
Ｍ１での周波数特性とを重ね書きしたもので、この図か
ら明らかなように、良品と不良品との計測点Ｍ１におけ
る周波数特性の間には、ピーク周波数５ｐおよび６ｐに
おいて大きな差異が認められる。

【００２５】そこで、信号処理・解析部３のOK／NG判定
部３Ｄにおいて、被検体であるドアＴの周波数特性にお
けるピーク周波数５ｐおよび６ｐのイナータンス値を、
良品の周波数特性におけるピーク周波数５ｐおよび６ｐ
のイナータンス値と比較することによって、ドアＴが良
品であるか否かの判別を行なうことができる。

【００２６】良品／不良品の判別は、良品１９枚におけ
るピーク周波数５ｐ、６ｐのイナータンス値の平均値
ｘ、標準偏差ｕ、自由度Ｎ、Ｆ分布判定値Ｆ0 （１９自
由度、５％棄却）を求め、これらを用いて棄却限界法か
ら決定した基準値に基づいて行なわれる。なお、上記基
準値は下式を用いて算出される。

【００２７】 下表は、前工程における溶接箇所７４点のうち７３点を
良好に溶接し、かつ溶接箇所ｗ′（図３（ａ）参照）の
みを消耗した溶接チップを用いて故意に溶接不良とした
被検体を判定装置１に通し、良品／不良品の判別を試み
た結果を示しており、この表から明らかなように、被検
体におけるピーク周波数５ｐ、６ｐのイナータンス値
は、共に基準値を大きく下回っており、もって被検体を
不良品と判定することができる。

【００２８】 なお、原則的には特定の計測点における全てのピーク周
波数におけるイナータンス値が、良品における全てのピ
ーク周波数におけるイナータンス値と同一でなければ、
被検体は不良品として判別されることとなるが、良品に
おけるデータにおいてもバラツキが存在し、ある分布を
持つことが多いので、実際の判定装置１においては上述
の如く統計的な棄却限界法を用いて、良品／不良品の判
別を行なっている。また、溶接点の不具合は多点溶接品
の剛性を低下させる方向に作用するので、イナータンス
の低下やピーク周波数の低周波数側へのシフトを、上述
したように判断材料として利用しているものである。

【００２９】ところで、ドアＴの如き多点溶接品におい
ては、１点のみの溶接点に不具合があっても不良品とな
ることは言うまでもない。また、１点でも溶接点に不具
合があると多点溶接品の剛性が変化するのであるが、こ
の剛性の変化の度合いは各々の溶接点における多点溶接
品への寄与度に比例し、寄与度の大きな溶接点の不具合
ほど剛性の変化が大きくなものとなる。一方、被検体が
良品か否かの判定は、上述のように良品との間における
同一の計測点での周波数特性の比較によって行なわれる
が、寄与度の高い溶接点では溶接の不具合が主ピーク周
波数の変化として現われ、また寄与度の低い溶接点では
ピーク順位の低い周波数の変化として現われるので、検
出感度を向上させる目的からは、なるべくピーク順位の
高い周波数の得られる計測点を選定することが好ましい
ことは言うまでもない。

【００３０】さらに、上述の如く被検体と良品との間に
おいて、同一の計測点での周波数特性を比較する際、ピ
ーク周波数の大きなものから小さなものへ、順次比較し
て行くことにより、寄与度の高い溶接点から寄与度の低
い溶接点まで、被検体の全ての溶接箇所における不具合
を検出することができる。また、多くの計測点を用い、
被検体と良品との間で各計測点におけるピーク周波数を
比較することにより、被検体における溶接点の不具合を
検出することも可能である。なお、本判定装置の導入初
期においては、多くの計測点を用いての計測、比較を実
施し、判定を繰り返して行くことにより、溶接装置等の
特性に従って必要とする計測点が自ずと選定されること
なる。

【００３１】一方、制御・解析手段３のデータ記憶部３
Ｃには、ＦＦＴ処理部３Ｂでの高速フーリエ変換処理に
よって得られた周波数特性が格納されるが、このデータ
記憶部３Ｃに格納される周波数特性は、スペクトラムデ
ータあるいはイナータンス値のいずれの形であっても良
い。被検体に対する加振が均一な場合には、スペクトラ
ムデータを用いて直接に判定することが可能であり、ま
た加振が不均一な場合には、加振と応答との両スペクト
ラムデータからイナータンス値を演算し、この結果に基
づいて良品／不良品の判定を下すことができる。また、
イナータンス値であれば、加振の均一、不均一に関わら
ず利用することが可能であり、さらに判定時に演算を繰
り返し行なう必要がないために、判定の高速化が可能と
なる。

【００３２】上述した如く、本発明では被検体としての
多点溶接品を加振し、その加振に対する応答に基づい
て、多数に及ぶ溶接点を同時に評価しているので、多点
溶接品を瞬時にして検査することができ、もって生産ラ
イン上での多点溶接品に対する全数検査が可能となる。

【００３３】また、本発明では、内部パーツのように他
のパーツの影になる溶接点の検査も可能であり、さらに
良好に固有振動数を測定し得る全ての計測点において、
被検体と良品との周波数特性の比較を行なうことで、い
かなる被検体における溶接点の不具合をも瞬時にして判
別することができ、もって大型の多点溶接品や、溶接点
が極めて多い多点溶接品を対象としても、有効に溶接状
態の良否を判定することができる。

【００３４】また、本発明によれば、溶接点の評価に止
まらず、多点溶接品（溶接加工品や溶接製品）そのもの
の評価が可能となるので、検査装置の設置台数が少なく
て済み、併せて生産ラインに付加するのみで検査が可能
なので、検査装置以外の装置や特殊な治具等を必要とせ
ず、もって設備の大形化や複雑化を招くことがなく、さ
らに生産ラインから独立しているために、ライン設備の
消耗や交換等による経時変化に影響されることなく、常
に高い精度、確度での検査が可能となる。

【００３５】また、本発明は自動車ボディーのドアのみ
を判定の対象とするものではなく、ドア以外の自動車用
閉鎖体あるいは自動車用蓋体は勿論のこと、事務機や家
具等の各種スチール製品、自動販売機やコンピューター
等における各種筐体、さらには各種家電製品の製造工程
においても、様々な多点溶接品の判定装置および判定方
法として有効に適用し得ることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上、詳述した如く、本発明に関わる多
点溶接品の判定装置は、加振点を加振するインパルスハ
ンマーと、計測点の振動を検出する加速度ピックアップ
と、加振・振動検出部３Ａ、ＦＦＴ処理部３Ｂ、データ
記憶部３Ｃ、OK／NG判定部３Ｄおよび表示部４を備えて
成る制御・解析手段５とを具備している。また、本発明
に関わる多点溶接品の判定方法は、加振点を加振する工
程と、計測点の振動加速度を検出する工程と、多点溶接
品の周波数特性を得る工程と、多点溶接品の溶接状態の
良否を判定する工程とを含んでいる。上記構成の本発明
では、被検体としての多点溶接品を加振し、その加振に
対する応答に基づいて、多数に及ぶ溶接点を同時に評価
しているので、多点溶接品を瞬時にして検査することが
できる。また、上記構成の本発明では、個々の溶接点に
対する評価に止まらず、多点溶接品そのものの評価が可
能となるため検査装置の設置台数が少なくて済み、併せ
て生産ラインに付加するのみで検査が可能なため、検査
装置以外の装置や特殊な治具等を必要とすることがな
い。かくして、本発明に関わる多点溶接品の判定装置お
よび判定方法によれば、多点溶接品におけるスポット溶
接部の良否を、設備の大形化や複雑化等を招くことな
く、短時間で判定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる多点溶接品の判定装置および判
定方法の適用されたアフターヘム・マルチスポットステ
ーションを示す概念的な平面図。

【図２】アフターヘム・マルチスポットステーションを
示す概念的な断面側面図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は多点溶接品としてのドア
のインナー面およびアウター面を示す全体図。

【図４】本発明に関わる多点溶接品の判定装置を概念的
に示す全体図。

【図５】本発明に関わる多点溶接品の判定装置における
処理手順を示す概念図。

【図６】複数の良品の周波数特性を重ね書きした周波数
とイナータンス値との関係を表す図。

【図７】良品の周波数特性と不良品の周波数特性とを重
ね書きした周波数とイナータンス値との関係を表す図。

【符号の説明】 １…インパルスハンマー、 ２…加速度ピックアップ、 ３…信号処理・解析部、 ３Ａ…加振・振動検出部、 ３Ｂ…ＦＦＴ処理部、 ３Ｃ…データ記憶部、 ３Ｄ…OK／NG判定部、 ４…表示部、 ５…制御・解析手段、 １０…判定装置、 Ｓ…アフターヘム・マルチスポットステーション、 Ｔ…ドア（多点溶接品）、 Ｖ…加振点、 Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3 、Ｍ4 、Ｍ5 、Ｍ6 、Ｍ7 …計測点。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多点溶接品における所定の加振点を
   打撃によって加振するインパルスハンマーと、 多点溶接品における所定の計測点に接触してインパルス
   ハンマーの打撃に基づく多点溶接品の振動を検出する加
   速度ピックアップと、 インパルスハンマーを打撃動作させるとともに加速度ピ
   ックアップから加速度信号を取り出す加振・振動検出部
   と、この加振・振動検出部からの加速度信号を高速フー
   リエ変換処理して多点溶接品の周波数特性を得るＦＦＴ
   処理部と、このＦＦＴ処理部において得られた多点溶接
   品の周波数特性を記憶するデータ記憶部と、このデータ
   記憶部から取り出した多点溶接品の周波数特性を良品の
   多点溶接品における周波数特性と比較して溶接状態の良
   否を判定するOK／NG判定部と、このOK／NG判定部におけ
   る判定結果に基づいて多点溶接品における溶接状態の良
   否を表示する表示部とを備えた制御・解析手段と、 を具備して成ることを特徴とする多点溶接品に対する溶
   接状態の判定装置。
2. 【請求項２】 多点溶接品における所定の加振点を
   加振する工程と、 この工程に次いで、多点溶接品における所定の計測点の
   振動加速度を検出する工程と、 この工程に次いで、計測点における振動加速度を高速フ
   ーリエ変換処理して、多点溶接品における周波数特性を
   得る工程と、 この工程に次いで、多点溶接品の周波数特性における、
   事前に複数の多点溶接品の周波数特性を比較して選ん
   だ、溶接状態の良否により応答性の変化する特定周波数
   での応答性の変化に基づいて、多点溶接品における溶接
   状態の良否を判定する工程と、 を含んで成ることを特徴とする多点溶接品に対する溶接
   状態の判定方法。