(57)【要約】【課題】溶接品質の良否判定を正確に行うことができる溶接品質検査方法を提供すること。【解決手段】重ね合わせ溶接された溶接部品１０の溶接部１０ａにおける溶接品質を検査する溶接品質検査方法において、溶接部品１０に接触して配置された電流端子１２，１３を介して溶接部品１０に直流電流を印加し（Ｓ６，Ｓ７）、電圧端子１６，１７を介して直流電流が印加されているときの電位差を計測し（Ｓ８〜Ｓ１０）、計測された電位差を用いて、予め設定している電位差と接合面積との相関式に基づいて溶接部１０ａにおける接合面積を算出し（Ｓ１１）、算出された接合面積に基づいて溶接部１０ａにおける溶接品質の良否を判定する（Ｓ１２）。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせ溶接がなされた溶接部品の溶接部における溶接品質を検査する溶接品質検査方法において、
前記溶接部品に接触して配置された電流端子を介して前記溶接部品に直流電流を印加する電流印加工程と、
前記溶接部品を挟持するように配置された電圧端子を介して、前記電流印加工程により前記溶接部品に直流電流が印加されているときの電位差を計測する電位差計測工程と、
前記電位差計測工程で計測された電位差を用いて、予め設定している電位差と接合面積との相関式に基づいて前記溶接部における接合面積を算出する接合面積算出工程と、
前記接合面積算出工程で算出された接合面積に基づいて前記溶接部における溶接品質の良否を判定する良否判定工程と、
を含むことを特徴とする溶接品質検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載する溶接品質検査方法において、
前記溶接部の温度を計測する温度計測工程と、
前記温度計測工程にて計測される計測データに基づき、前記溶接部品に対して一定値の直流電流が一定時間だけ印加されたときに計測された最大温度、又は直流電流の印加終了後における温度低下速度の少なくとも一方を算出し、算出された最大温度又は温度低下速度の少なくとも一方に基づいて、前記溶接部における接合不良を判定する接合不良判定工程と、
をさらに含むことを特徴とする溶接品質検査方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する溶接品質検査方法において、
前記電流印加工程では、前記溶接部の温度が一定になるように、直流電流を矩形状に印加し、
前記電位差計測工程では、前記電圧端子を前記溶接部に接触させながら走査して電位差を計測していき、計測された電位差から最小値を前記溶接部における接合面積を算出するための計測値とする
ことを特徴とする溶接品質検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わせ溶接がなされた溶接部における溶接品質の良否を検査する溶接品質検査方法に関する。より詳細には、電子部品などの小型部品をレーザ溶接した製品の溶接品質を検査するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接部品において、溶接部の溶接品質を検査することは、製品の品質を保つ上で重要である。そして、溶接部の溶接品質を検査する場合、一般的に、製品を損傷させない非破壊で行われる検査が実施されている。特に、レーザ溶接の場合、接合界面の接合状態が外観からでは判断ができないため、非破壊での検査方法を実施する必要がある。
【０００３】
この種の検査方法では、一対又は二対以上の測定用端子を溶接部に接触させて、その端子間に直流電流（又は電圧）を印加したときに得られる電圧値（又は電流値）などに基づいて、溶接部における溶接品質の良否を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３７９４７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５６１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の検査方法では、溶接品質の検査（良否判定）を正確に行うことができないという問題があった。なぜなら、溶接品質の良否判定を正確に行うためには、部品ごとの電圧値（電流値）のわずかな違いを検出する必要があり、このわずかな違いを検出するために大きな直流電流（電圧）を溶接部品に印加する必要がある。そして、大きな直流電流（電圧）を溶接部品に印加すると、溶接部が発熱し電気抵抗が変化してしまうため、正確な測定値を得ることができなくなるからである。また、季節の違いなどの外部環境の変化により溶接部品そのものの温度にばらつきが生じることによっても、電気抵抗（母材抵抗）が変化してしまうため、正確な測定値を得ることができない場合もある。
【０００６】
さらに、溶接部品の電気抵抗（母材抵抗）が測定結果に影響するため、測定用端子を接触させる箇所が変わったり、溶接部がずれたりすると、溶接部から測定用端子までの距離が変化してしまう（ばらつく）。そのため、測定値にばらつきが生じて正確な良否判定を行うことができない場合もある。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、溶接品質の良否判定を正確に行うことができる溶接品質検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、重ね合わせ溶接がなされた溶接部品の溶接部における溶接品質を検査する溶接品質検査方法において、前記溶接部品に接触して配置された電流端子を介して前記溶接部品に直流電流を印加する電流印加工程と、前記溶接部品を挟持するように配置された電圧端子を介して、前記電流印加工程により前記溶接部品に直流電流が印加されているときの電位差を計測する電位差計測工程と、前記電位差計測工程で計測された電位差を用いて、予め設定している電位差と接合面積との相関式に基づいて前記溶接部における接合面積を算出する接合面積算出工程と、前記接合面積算出工程で算出された接合面積に基づいて前記溶接部における溶接品質の良否を判定する良否判定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この溶接品質検査方法では、独立した電流端子と電圧端子とにより、直流電流の印加と電位差の計測を行っているため、電流印加による接触抵抗（母材抵抗）の影響を受けることなく、溶接部の電位差を正確に計測することができる。そして、電位差と相関のある接合面積を算出し、接合面積に基づいて溶接品質の検査を行うため、良否判定を正確かつ容易に行うことができる。
【００１０】
上記した溶接品質検査方法において、前記溶接部の温度を計測する温度計測工程と、前記温度計測工程にて計測される計測データに基づき、前記溶接部品に対して一定値の直流電流が一定時間だけ印加されたときに計測された最大温度、又は直流電流の印加終了後における温度低下速度の少なくとも一方を算出し、算出された最大温度又は温度低下速度の少なくとも一方に基づいて、前記溶接部における接合不良を判定する接合不良判定工程と、をさらに含むと良い。
【００１１】
このように接合不良（接合面積が小さい場合や溶接部品が未接合の場合など）を判定することができるのは、溶接部品に直流電流を印加したときに、接合不良が発生していると溶接部における電気抵抗が大きくなり、良品と比べて温度が大きく上昇するからである。また、溶接部品への直流電流の印加を終了したときには、接合不良が発生していると溶接部における電気抵抗が大きいため、良品と比べて温度低下速度が遅くなるからである。
そして、このように溶接部の温度に基づき接合不良を判定することにより、溶接品質の検査を効率的かつより正確に行うことができる。
【００１２】
また、上記したいずれかの溶接品質検査方法において、前記電流印加工程では、前記溶接部の温度が一定になるように、直流電流を矩形状に印加し、前記電位差計測工程では、前記電圧端子を前記溶接部に接触させながら走査して電位差を計測していき、計測された電位差から最小値を前記溶接部における接合面積を算出するための計測値とすることが好ましい。
【００１３】
このように電流印加工程にて、溶接部の温度が一定になるように、直流電流を矩形状に印加することにより、溶接部の温度ばらつきを抑制することができる。これにより、季節による環境温度の変化や溶接プロセスによる熱の残留などによる溶接部の温度変化の影響を受けなくなる。そのため、溶接部品そのものの温度変化による電位差の計測ばらつきを抑制することができる。
また、電位差計測工程にて、電圧端子を溶接部に接触させながら走査して電位差を計測していき、計測された電位差から最小値を溶接部における接合面積を算出するための計測値とすることにより、電圧端子と溶接部との間における母材抵抗の影響を低減することができる。そのため、母材抵抗の影響を受けることなく、溶接部における電位差を正確に計測することができる。
さらに、通電により溶接部の温度を意図的に上昇させるため、印加する電流のアンペア数と通電時間を従来と比べて長くすることができる。これにより、接合面積を算出するための相関式の傾きを大きくすることができるため、微少な電位差（接合面積）の違いを計測することができる。
このように接合面積をばらつきなく非常に精度良く計測することができるので、溶接品質の良否判定をより一層正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る溶接品質検査方法によれば、上記した通り、溶接品質の良否判定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る溶接品質検査方法に使用する検査システムの概略図である。
【図２】図１に示す検査システムの等価回路を示す図である。
【図３】電圧端子の概略構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る溶接品質検査方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】接合不良を判定するために溶接部品に印加する電流パターンを示す図である。
【図６】ピーク温度（最高温度）に基づく接合不良の判定方法を説明するための図である。
【図７】温度低下速度に基づく接合不良の判定方法を説明するための図である。
【図８】溶接品質の良否を判定するために溶接部品に印加する電流パターンとそのときの溶接部の温度変化を示す図である。
【図９】電位差の計測結果を示す図である。
【図１０】検量線（電位差と接合面積との相関式）の一例を示す図である。
【図１１】印加電流のアンペア数の変化と検量線の傾きの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の溶接品質検査方法を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態では、電子部品の端子溶接をレーザによる重ね合わせ溶接によって行った溶接部品における溶接品質の良否判定に本発明を適用した場合を例示する。
【００１７】
本実施の形態に係る溶接品質検査方法では、図１に示す検査システムが使用されて、溶接部品１０における溶接部１０ａの溶接品質の検査が行われる。この検査システムには、溶接部品１０に接触して配置された電流端子１２，１３を介して溶接部品１０に直流電流を印加する電流印加装置１５と、溶接部品１０を挟持するように配置された電圧端子１６，１７を介して、電流印加装置１５により溶接部品１０に直流電流が印加されているときの電位差を計測する電位差計測装置１９と、溶接部１０ａの温度を計測するサーモグラフィや放射温度計などの非接触温度計２４と、溶接品質の良否判定に必要な各種計測・演算や各装置１４，１８，２４の制御を行う演算・制御装置３０とを備えている。
【００１８】
ここで、溶接部１０ａの抵抗をＲｗ、電流端子１２，１３と電圧端子１６，１７との間の抵抗をＲｍ1 ，Ｒｍ2 、電圧端子１６，１７と溶接部１０ａとの間の抵抗をＲｍ3 ，Ｒｍ4 、電流端子１２，１３間の抵抗をＲｃ1 ，Ｒｃ2 とすると、図１に示す検査システムの等価回路は、図２に示すようになる。
【００１９】
電流印加装置１５は、電源１４を備えており、電源１４がオン・オフされることにより、溶接部品１０に対する直流電流の印加がオン・オフされるようになっている。なお、電源１４は、演算・制御装置３０に電気的に接続されており、演算・制御装置３０からの指令に基づきオン・オフされるようになっている。
【００２０】
電位差計測装置１９は、不図示の駆動機構により電圧端子１６（又は１７）を、図３に示すように、ＸＹ方向へ走査できるように構成されている。なお、不図示の駆動機構に演算・制御装置３０が電気的に接続されており、演算・制御装置３０からの走査指令に基づき電圧端子１６（又は１７）の走査が制御されるようになっている。
また、電位差計測装置１９は、電圧計１８を備えており、電圧端子１６，１７間の電位差を計測するようになっている。電圧計１８は、演算・制御装置３０に電気的に接続されており、電圧計１８の計測データが演算・制御装置３０に取り込まれるようになっている。
【００２１】
そして、本実施の形態では、電圧端子１６が、図３に示すように、保持部材２０に対して弾性部材２１を介して保持されており、溶接部品１０（溶接部１０ａ）に接触する先端部１６ａが球形状又はローラ形状をなしている。これにより、電圧端子１６を、溶接部１０ａの周囲に接触させながら走査して端子間の電位差を計測することができ、電位差を計測する際に、電圧端子と溶接部との間の母材抵抗（Ｒｍ3 ，Ｒｍ4 ）の影響を受けないようにしている。
【００２２】
なお、電圧端子と溶接部との間の母材抵抗（Ｒｍ3 ，Ｒｍ4 ）の影響を受けないようにするためには、電圧端子を溶接部の真上に配置することが知られている。ところが、本実施の形態のように小型部品をレーザ溶接したものでは溶接部自体が小さいため、溶接部の真上に電圧端子を配置するにはカメラを用いた位置合わせなどが必要となり、検査システムの構成が複雑になる。そのため、電位差計測装置１９では、上記した電圧端子の構成を使用して検査システムの簡素化を図っている。
【００２３】
次に、溶接部１０ａにおける溶接品質の検査方法について、図４〜図１１を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る溶接品質検査方法の手順を示すフローチャートである。図５は、接合不良を判定するために溶接部品に印加する電流パターンを示す図である。図６は、ピーク温度（最高温度）に基づく接合不良の判定方法を説明するための図である。図７は、温度低下速度に基づく接合不良の判定方法を説明するための図である。図８は、溶接品質の良否を判定するために溶接部品に印加する電流パターンとそのときの溶接部の温度変化を示す図である。図９は、電位差の計測結果を示す図である。図１０は、検量線（電位差と接合面積との相関式）の一例を示す図である。図１１は、印加電流のアンペア数の変化と検量線の傾きの変化を示す図である。
【００２４】
本実施の形態に係る検査方法は、検査対象である溶接部１０ａで計測される電位差から予め設定されている検量線（電位差と接合面積との相関式）を利用して、溶接部１０ａにおける接合面積を算出し、その算出した接合面積に基づき溶接品質の良否を判定するものである。また、本実施の形態に係る検査方法では、溶接品質の良否を判定する前に、溶接部１０ａの温度に基づき接合不良の判定も行う。
【００２５】
まず、レーザ溶接された溶接部品１０を検査システムの所定位置にセットし、溶接部品１０に対して電流端子１２，１３を所定位置に接触させて取り付けるとともに、電圧端子１６，１７を所定位置で溶接部品１０を挟持するように取り付ける（ステップＳ１）。次に、非接触温度計２４による溶接部１０ａの温度計測と、電位差計測装置１９による溶接部１０ａの電位差計測を開始する（ステップＳ２）。なお、計測された温度データ及び電位差データは、逐次、演算・制御装置３０に取り込まれる。演算・制御装置３０に取り込まれる温度データについては、予め設定された溶接部１０ａの放射率により補正される。
また、電流印加装置１５により溶接部品１０に対して直流電流が印加される。このときの溶接部品１０に対する電流印加は、図５に示すように、予め設定された電流値Ｉａで予め設定された時間ｔ１だけ行われる（ステップＳ３）。
【００２６】
そして、演算・制御装置３０により、溶接部１０ａにおける、電流印加中の温度ピーク値（最大温度）と、電流印加終了後の温度カーブ（温度低下速度）とが算出される（ステップＳ４）。そうすると、算出された最大温度と温度低下速度とに基づき、溶接部１０ａの接合不良が判定され（ステップＳ５）。
【００２７】
すなわち、最大温度に基づく接合不良の判定は、接合面積が非常に小さい場合や、部品が未接合状態の場合には、電流印加時に溶接部１０ａの温度が、良品と比較すると大きく上昇することを利用して行う。具体的には、図６に示すように、算出した最大温度が、予め設定した判定温度（一点鎖線）以上の場合に接合不良であると判定し、判定温度より小さい場合に接合不良ではないと判定する。
【００２８】
また、温度低下速度に基づく接合不良の判定は、接合面積が小さい場合や部品が未接合状態の場合には、電流印加終了後に溶接部１０ａの温度が、良品と比較すると下がりにくいことを利用して行う。具体的には、図７に示すように、算出した温度低下速度が、予め求めておいた良品の温度低下速度より遅い場合に接合不良であると判定し、良品の温度低下速度と同等である場合に接合不良ではないと判定する。
【００２９】
そして、ステップＳ５において、接合不良であると判定された場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、その後の溶接品質の良否判定（ステップＳ６〜Ｓ１２）を行うことなく、判定結果（例えば「×」）を出力し（ステップＳ１４）、電流端子１２，１３及び電圧端子１６，１７を溶接部品１０から取り外して（ステップＳ１５）、溶接品質の検査を終了する。
一方、ステップＳ５において、接合不良でないと判定された場合には（Ｓ５：ＮＯ）、溶接品質の良否判定（ステップＳ６〜Ｓ１２）が実施される。
【００３０】
このように接合不良の判定（ステップＳ３〜Ｓ５）を行うことにより、明らかな接合不良品を迅速に検出することができるため、その後に行う溶接品質の良否判定（ステップＳ６〜Ｓ１２）を行う必要がなくなる。これにより、溶接品質の検査を効率良く実施することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、ステップＳ４において、電流印加中の最大温度と電流印加終了後の温度低下速度とを算出し、ステップＳ５において、算出した最大温度と温度低下速度とに基づき溶接部１０ａの接合不良を判定しているが、最大温度又は温度低下速度のいずれか一方のみを用いて接合不良を判定するようにしても良い。
【００３２】
溶接品質の良否判定では、再度、電流印加装置１５により溶接部品１０に対して直流電流が印加される（ステップＳ６）。このときの溶接部品１０に対する電流印加は、ステップＳ３における電流印加パターンとは異なり、図８に示すように、予め設定された電流値Ｉｂの直流電流が矩形状に印加される。
【００３３】
そして、電流の印加時間ｔ２と印加停止時間ｔ３とが制御されて、溶接部１０ａの温度が予め設定されている目標温度範囲に保持される（ステップＳ７）。具体的には、図８に示すように、溶接部１０ａの温度が目標温度範囲に到達するまでは継続して電流が印加され、溶接部１０ａの温度が目標温度範囲に到達した後は断続的に電流が印加される。
【００３４】
このような電流印加の制御により、溶接部１０ａの温度が目標温度範囲に保持されている状態で、電位差計測装置１９により、溶接部１０ａの電位差が計測される。具体的には、まず、図９に示すように、電圧端子１６を溶接部１０ａの周囲にてＸ方向へ走査させながら電位差を計測していく（ステップＳ８）。次に、電圧端子１６を溶接部１０ａの周囲にてＹ方向へ走査させながら電位差を計測していく（ステップＳ９）。これら計測された電位差データは、順次、演算・制御装置３０に取り込まれる。そして、演算・制御装置３０により、取り込まれた電位差データが演算処理されて、電流印加中における電位差の最小値が算出される（ステップＳ１０）。
【００３５】
ここで、電位差の計測時に、溶接部１０ａの温度が一定になるように直流電流を印加しているため、溶接部１０ａの温度ばらつきを抑制することができる。これにより、電位差を計測する際に、季節による環境温度の変化や溶接プロセスによる熱の残留などによる溶接部１０ａの温度変化の影響を受けなくなる。そのため、溶接部品１０そのものの温度変化による電位差の計測ばらつきを抑制することができる。また、電圧端子１６を溶接部１０ａに接触させながら走査して電位差を計測していため、電位差の計測時に、電圧端子と溶接部との間における母材抵抗（Ｒｍ3 ，Ｒｍ4 ）の影響を低減することができる。そのため、母材抵抗（Ｒｍ3 ，Ｒｍ4 ）の影響を受けることなく、溶接部１０ａにおける電位差を正確に計測することができる。これらのことにより、溶接部１０ａの電位差を非常に精度良く計測することができる。
【００３６】
次に、演算・制御装置３０により、算出された電位差の最小値に基づいて、溶接部１０ａの接合面積が算出される（ステップＳ１１）。具体的には、図１０に示すように、予め設定している電位差と接合面積との相関式（検量線）を利用して、ステップＳ１０で算出された最小電圧値から溶接部１０ａの接合面積が算出される。
なお、接合面積を算出するための検量線は、次のようにして設定すれば良い。まず、溶接部品の試験片を複数作成する。それらの試験片における溶接部を水浸超音波などで観察してその反射波を取得した後、取得した超音波画像を２値化処理してそれぞれの接合面積を取得する。また、各試験片に直流電流を印加して溶接部の電位差を計測して取得する。そして、それら取得した接合面積と電位差のデータから近似曲線を求めて、その近似曲線を検量線に設定する。
【００３７】
ここで、本実施の形態では、ステップＳ７において通電により溶接部１０ａの温度を意図的に上昇させているため、印加する電流のアンペア数を従来の検査方法と比べて大きくすることができる。これにより、図１１に示すように、溶接部１０ａの接合面積を算出するための相関式（検量線）の傾きを大きくすることができるため、微少な電位差（接合面積）の違いを精度良く計測することができる。
【００３８】
そして、ステップＳ１１において算出された接合面積が、予め設定されている判定値よりも大きい場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、溶接品質が良好であると判定し、その結果（例えば「○」）と接合面積とを出力する（ステップＳ１３）。その後、電流端子１２，１３及び電圧端子１６，１７を溶接部品１０から取り外して（ステップＳ１５）、溶接品質の検査を終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ１１において算出された接合面積が、予め設定されている判定値以下の場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、溶接品質が不良であると判定し、その結果（例えば「△」）を出力する（ステップＳ１４）。つまり、接合不良ではないが、接合面積が十分に大きくなく要求されている溶接品質を満たしていない場合などに、判定結果「△」が出力される。その後、電流端子１２，１３及び電圧端子１６，１７を溶接部品１０から取り外して（ステップＳ１５）、溶接品質の検査を終了する。
【００４０】
このように、ステップＳ１１において、精度良く算出された溶接部１０ａの接合面積に基づいて溶接品質の良否判定を行うため、溶接部品１０における溶接品質の良否判定を正確に行うことができる。
【００４１】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る溶接品質検査方法によれば、独立した電流端子１２，１３と電圧端子１６，１７とにより、溶接部１０ａに対する直流電流の印加と電位差の計測を行う。そして、電流印加では、溶接部１０ａの温度が一定になるように、矩形状の直流電流を印加する。電位差計測では、電圧端子１６を溶接部１０ａに接触させながら走査して計測する。従って、母材抵抗の影響や温度変化の影響を受けることなく、溶接部１０ａの電位差を正確に計測することができる。これにより、接合面積をばらつきなく非常に精度良く計測することができるので、溶接品質の良否判定を正確に行うことができる。
【００４２】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１０    溶接部品
１０ａ  溶接部
１２    電流端子
１３    電流端子
１５    電流印加装置
１６    電圧端子
１７    電圧端子
１８    電圧計
１９    電位差計測装置
２４    非接触温度計
３０    演算・制御装置
【図１】
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【図２】
2014151360.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014151360.tif 000006
【図５】
2014151360.tif 000007
【図６】
2014151360.tif 000008
【図７】
2014151360.tif 000009
【図８】
2014151360.tif 000010
【図９】
2014151360.tif 000011
【図１０】
2014151360.tif 000012
【図１１】
2014151360.tif 000013