(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接部に磁力線を貫通させたときに測定されるスポット溶接部のナゲット周縁での環状高インダクタンス部分の直径と、前記高インダクタンス部分とナゲット中央部における低インダクタンス部分とのインダクタンス高低落差の２つの変数を用いて、ナゲット直径の予測値を重回帰式で表し、所定値以上の前記予測値にナゲット直径が不足するすべての不良品が含まれるような前記所定値を閾値として設定したことを特徴とするスポット溶接部の非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスポット溶接部のナゲットの大きさの良否を非破壊で判別する検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板同士のスポット溶接は、図３に示すように鋼板１同士の重ね合わせ部分を一対の電極２で挟み、この電極２に矢印方向に数ｋＮの力を作用させて鋼板１同士を加圧し、この加圧状態で数ｋＡの電流を電極２に通電して鋼板１同士の圧着部分をジュール発熱にて瞬間溶融し、ナゲット３と呼ばれる所定径φ１の溶融塊を形成することにより行われる。またこのナゲット３の周囲φ２は完全な溶融領域ではないが、電極２による加圧力で加圧接合の状態となっている。
【０００３】
ところで、ナゲットの大きさはスポット溶接の強度に直接影響するため、その基準直径φ１が被溶接鋼鈑の板厚Ｔを基準としてφ１＝３√Ｔと定められている（但し重要保安部品では４√Ｔ）。従って、スポット溶接の良否はナゲット径で決定されるわけであるが、このナゲット径を正確に測定するための非破壊計測技術は未だ確立されていないのが実状である。例えば、スポット溶接に関する非破壊計測技術としては超音波を利用したもの（特開昭６２−１１９４５３号、特開平４−２６５８５４号）、振動を利用したもの（特開平９−１７１００７号）、断続光照射に伴う音波を検出するもの（特開平３−２６５９号）、溶接電極から発した弾性波の反射波を検出するもの（特開平４−４０３５９号）など各種提案されているが、いずれも実用に供するためには信頼性ないし正確性においてなお改善すべき余地がある。このため、図３に示すようにスポット溶接された２枚の鋼板１の間にタガネ４を圧入して溶接ナゲット３の周縁部の直径を直接計測するいわゆるタガネ検査等の個別破壊計測に多くを依存しているのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは溶接ナゲットの物理的特性に基づき得られる各種の非破壊測定値からナゲット径を予測できないか検討した。不良ナゲットは図４（Ａ）に示すように正常ナゲットの正規分布から明らかに外れた異常値として表れるから、このときの異常値を非破壊測定値で判別できればよいわけである。図４（Ｂ）は非破壊測定値に基づく予測値と実測値との相関関係をイメージしたもので、正常ナゲットと不良ナゲットとの間に予測値の閾値を設定できれば正常ナゲットと不良ナゲットの双方を１００％判別可能であることを表している。
【０００５】
この場合、ナゲット径の予測値を求める方法として判別式を採用した場合、予測値Ｚは以下のように表される。
【０００６】
Ｚ＝ｂ0 ＋ｂ1 Ｘ1 ＋ｂ2 Ｘ2 ＋ｂ3 Ｘ3 …
ここでｂ0 は定数項、Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 …は非破壊計測値の各変数、ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 …は各変数にかけられる係数である。各係数は、両分布を最も離すように算出する。
【０００７】
非破壊計測値は、例えば、図５に示す磁気計測器Ｍの場合では磁束密度、インダクタンス、電気抵抗などである。この磁気計測器は、スポット溶接部に磁力線を貫通させた場合に磁力線がスポット溶接のナゲット周縁に集まって通過する特性を利用したもので、スポット溶接部に隣接してナゲットの直径方向に多数配置されたアレーコイルから得られるインダクタンス、磁束密度及び電気抵抗などの計測値からナゲット径を間接的に測定するようにしたものである。なお、この種の磁気計測器は例えば愛知県愛知郡東郷町の株式会社キョクトーが製造販売しており容易に入手可能である。
【０００８】
ところが、試みに非破壊測定値の独立変数としてＸ1 に磁束密度、Ｘ2 にインダクタンスをとって重回帰分析をしてみると、図６に示すように、予測値ベースで不良品のみを判別除外する閾値の設定が実際上不可能であることが判明した。すなわち、図６で不良品（×印）を完全に判別するためには予測値ベースの閾値を５程度に設定せざるを得ないが、閾値を５に設定するとかなりの数の正常ナゲットも不良ナゲットとみなされてしまうのである。図７はこのときの重回帰式（Ｙ＝１．５０＋１．８０Ｘ1 ＋０．２４Ｘ2 ）を例示すると共に、ナゲットの良否を区別せずに示した図６と同様の予測値−実測値の相関関係を示している。図中に書込んだ斜めの直線は予測値と実測値とが一致するラインであるが、実際の相関関係はこの直線からかなりバラついていることが分かる。
【０００９】
次に、同じ試料により前記と同様に磁束密度Ｘ1 とインダクタンスＸ2 を測定し、判別式によりナゲットの良否を判別してみた。図８（Ａ）〜（Ｃ）はこの試験の結果を示すもので、（Ａ）は磁束密度Ｘ1 とインダクタンスＸ2 の測定値をナゲット径の良否（実測に基づく。○が正常ナゲット、×が不良ナゲット。）と関連付けてプロットしたもの、（Ｂ）は判別式（Ｚ＝０．１８−０．５１Ｘ1 ＋０．０８Ｘ2 ）によりナゲット径を予測し、かつ、閾値（０位置）を境として正常ナゲットと不良ナゲットとを判別した状態を示したもの、（Ｃ）は閾値を境とするナゲットの不良品と良品の数及び正判別率を示したものである。この試験でも判別率は実用にほど遠いことが分かる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、インダクタンスの波形形状に着目し、図１に示すナゲット周縁での環状高インダクタンス部分の直径と、この高インダクタンス部分とナゲット中央部における低インダクタンス部分とのインダクタンス高低落差の２つを判別式（重回帰式）の変数に選定することを着想し、この着想に基づき算出したところ、実測値との整合性が比較的よいという知見を得た。
【００１１】
本発明のスポット溶接部の非破壊検査方法はかかる知見を基に具現化したもので、スポット溶接部に磁力線を貫通させたときに測定されるスポット溶接部のナゲット周縁での環状高インダクタンス部分の直径と、前記高インダクタンス部分とナゲット中央部における低インダクタンス部分とのインダクタンス高低落差の２つの変数を用いて、ナゲット直径の予測値を重回帰式で表し、所定値以上の前記予測値にナゲット直径が不足するすべての不良品が含まれるような前記所定値を閾値として設定したことを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記閾値はナゲット直径が不足する不良品を区別する閾値として設定することができる。また前記環状高インダクタンス部分の直径を円周方向に複数個所で測定して平均値を算出し、この平均値を前記重回帰式の一方の変数としたり、前記高インダクタンス部分とナゲット中央部における低インダクタンス部分とのインダクタンス高低落差を円周方向に複数個所で測定して平均値を算出し、この平均値を前記重回帰式の他方の変数とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１及び図２に基づき説明する。図１は図５の磁気測定器Ｍで得られた磁束密度、インダクタンス及び電気抵抗の各測定値をナゲットの直径方向を横座標にとって波形表示したものである。ここで、インダクタンスの波形から、ナゲット周縁での環状高インダクタンス部分の直径Ａ1 と、前記高インダクタンス部分とナゲット中央部における低インダクタンス部分とのインダクタンス高低落差Ａ2 を重回帰式の２つの変数として採用する。直径Ａ1 が円周方向に異なる場合は、円周方向複数箇所の測定値の相加平均値を採用するとよい。また高低落差Ａ2 がナゲット直径方向２個所で異なる場合はその相加平均値を採用するとよい。図２（Ａ）はＡ1 とＡ2 の測定値をナゲット径の良否（実測に基づく。○が正常ナゲット、×が不良ナゲット。）と関連付けてプロットしたもの、（Ｂ）は重回帰式（Ｚ＝０．４８＋０．０７Ａ1 −０．５６Ａ2 ）によりナゲット径を予測し、かつ、閾値（０位置）を境として正常ナゲットと不良ナゲットとを判別した状態を示したもの、（Ｃ）は閾値を境とするナゲットの不良品と良品の数及び正判別率を示したものである。この試験結果から分かるように、インダクタンス波形の前記変数Ａ1 ，Ａ2 を用いた重回帰式によれば、不良品を１００％判別する閾値での良品混入率が２８％であり、図８の不良品を８０％判別する試験での良品混入率４６％と比較しても判別率が格段に向上していることが分かる。なお、図８で仮に不良品を１００％判別する閾値を設定した場合は、良品混入率が７２％もの高率になる。以上のことから、本発明によるスポット溶接部の非破壊検査方法は他の重回帰式による判別方法に比べて格段に不良品判別率が高く良品混入率が少ないことが分かる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば実際のナゲット径との高い整合性を保ちつつナゲット径の良否判定が可能となり、これにより良品と不良品を判別する検査工数の大幅削減や品質向上のための管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気計測器の測定波形図。
【図２】（Ａ）はインダクタンス関連の２つの変数のプロット図、（Ｂ）は各変数による予測値に沿った良品と不良品の度数分布図、（Ｃ）は良品と不良品の数及び正判別率を示す表。
【図３】スポット溶接部の断面図。
【図４】（Ａ）は正常ナゲットと不良ナゲットの理想度数分布図、（Ｂ）は同じく予測値と実測値の理想相関図。
【図５】磁気測定器の構造を示す概念図。
【図６】予測値と実測値の相関図。
【図７】予測値と実測値の相関図。
【図８】（Ａ）は各変数の相関図、（Ｂ）は各変数による予測値に沿った良品と不良品の度数分布図、（Ｃ）は良品と不良品の数及び正判別率を示す表。
【符号の説明】
１  鋼板
２  電極
３  ナゲット
４  タガネ
Ｍ  磁気測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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