(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導体部を環状に溶接した複数の溶接部を備えた環状ループ内の該溶接部のそれぞれの抵抗値を計測することによって、各溶接部の溶接強度を検査する、溶接部の非破壊検査方法であって、
前記複数の溶接部のうち任意の二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給し、前記二つの溶接部のそれぞれの両端の電圧を測定することにより、前記二つの溶接部のそれぞれの電気抵抗の絶対値を計測し、
前記二つの溶接部をそれぞれ含み、並列接続されて前記環状ループを形成する二つの電流経路の、並列接続点間に所定の電流を供給し、前記複数の溶接部のそれぞれの両端に発生する電圧を測定することにより、前記複数の溶接部のそれぞれの電気抵抗の相対値を測定し、
前記二つの溶接部の電気抵抗の絶対値を基準として、測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値と前記二つの溶接部の電気抵抗の相対値とを用いて、前記溶接部の各々の電気抵抗の絶対値を計算することを特徴とする溶接部の非破壊検査方法。
【請求項２】
測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値をRenとし、前記二つの溶接部のうち測定すべき溶接部を含む電流経路に含まれるものの電気抵抗の絶対値および相対値をそれぞれAb1およびRe1として、前記測定すべき溶接部の電気抵抗の絶対値Abnを次の式により計算する
Abn＝Ab1×Ren／Re1
ことを特徴とする請求項１記載の溶接部の非破壊検査方法。
【請求項３】
前記二つの溶接部の電気抵抗の絶対値が基準範囲から外れている場合に、溶接不良と判定することを特徴とする請求項１記載の非破壊検査方法。
【請求項４】
前記二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給することにより、前記二つの溶接部の各々と共に前記環状ループを形成する通路に分流する電流をなくすことを特徴とする請求項１記載の非破壊検査方法。
【請求項５】
複数の導体部を環状に溶接した複数の溶接部とを備えた環状ループ内の該複数の溶接部のそれぞれの抵抗値を計測することによって、各溶接部の溶接強度を検査する溶接部の非破壊検査装置であって、
２系統の電流を発生する電流発生部と、前記電流発生部からの電流を前記複数の導体部のうち選択された導体部の間に供給する電流切替え部と、電圧計測部と、前記複数の導体部のうち選択された導体部に前記電圧計測部を接続するスキャナ部と、前記電流発生部、前記電流切替え部、前記電圧計測部、前記スキャナ部を制御する計測制御部とを備え、
前記計測制御部は、前記電流発生部および前記電流切替え部を制御して前記複数の溶接部のうち任意の二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給し、前記スキャナ部を制御して前記二つの溶接部のそれぞれの両端の電圧を測定することにより前記二つの溶接部のそれぞれの電気抵抗の絶対値を計測し、前記電流発生部および前記電流切替え部を制御して前記二つの溶接部をそれぞれ含み、並列接続されて前記環状ループを形成する二つの電流通路の並列接続点間に所定の電流を供給し、前記電圧計測部および前記スキャナ部を制御して前記複数の溶接部のそれぞれの両端に発生する電圧を測定することにより前記複数の溶接部のそれぞれの電気抵抗の相対値を測定し、前記二つの溶接部の電気抵抗の絶対値を基準として、測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値と前記二つの溶接部の電気抵抗の相対値とを用いて、前記溶接部の各々の電気抵抗の絶対値を計算することを特徴とする溶接部の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記計測制御部は、測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値をRenとし、前記二つの溶接部のうち測定すべき溶接部を含電流経路に含まれるものの電気抵抗の絶対値および相対値をそれぞれAb1およびRe1として、前記測定すべき溶接部の電気抵抗の絶対値Abnを次の式により計算する
Abn＝Ab1×Ren／Re1
ことを特徴とする請求項５記載の溶接部の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記二つの溶接部の電気抵抗の絶対値が基準範囲から外れている場合に、溶接不良と判定することを特徴とする請求項５記載の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給することにより、前記二つの溶接部の各々と共に前記環状ループを形成する通路に分流する電流をなくすことを特徴とする請求項５記載の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状ループ内の複数の溶接部の非破壊検査方法および溶接部の非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環状ループ内の複数の溶接部の溶接強度の測定は、溶接部の電気抵抗を測定することにより行われる。溶接部の電気抵抗を代替量とした非破壊による溶接強度の検査方法に関する技術としては，例えば、特開平７−１３０２９３号公報に開示のものが知られている。これは、溶接された部材の応接部近傍の一面に4端子のプローブを当接して抵抗値を測定し、上記部材と同一の部材について予め求めた抵抗値とナゲット径との関係から当該部材のナゲット径を算出し、このナゲット径に基づいて溶接強度の合否を判定することを特徴とする溶接部材の非破壊検査方法である。
【０００３】
通常，溶接部は数ミリオーム以下の低抵抗であり、電気抵抗により溶接強度の合否を判定するためには数マイクオローム以上の精度で計測する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数本の導線を環状につなぎ合わせた溶接部材では、対象の溶接部に電圧を印加した時、残りの部分（対象の溶接部以外）が並列回路を形成し、並列回路にも電流が流れてしまうため、対象の溶接部の電気抵抗を絶対値として正確に計測することができない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、環状の溶接部材を切断することなく、全ての溶接部の電気抵抗を正確に計測することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、複数の導体部を環状に溶接した複数の溶接部とを備えた環状ループ内の複数の溶接部のそれぞれの抵抗値を計測する溶接部の非破壊検査方法であって、複数の溶接部のうち任意の二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給することにより二つの溶接部のそれぞれの電気抵抗の絶対値を計測し、二つの溶接部をそれぞれ含み、並列接続されて環状ループを形成する二つの電流通路の、並列接続点間に所定の電流を供給し、複数の溶接部のそれぞれの両端に発生する電圧を測定することにより複数の溶接部のそれぞれの電気抵抗の相対値を測定し、２つの溶接部の電気抵抗の絶対値を基準として、測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値と二つの溶接部の電気抵抗の相対値とを用いて、溶接部の各々の電気抵抗の絶対値を計算することを特徴とする溶接部の非破壊検査方法が提供される。
【０００７】
２つの溶接部の両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給することにより、残りの溶接部に流れる電流はほぼゼロになり、従って二つの溶接部の電気抵抗の絶対値を正確に測定でき、且つ、二つの電流経路に存在する溶接部にはそれぞれ同じ電流が流れるので、各溶接部の電気抵抗の相対値は正確に測定できる。したがって、各溶接部の電気抵抗の絶対値は、二つの溶接部の電気抵抗の絶対値と、二つの溶接部と測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値とに基づいて正確に計算できる。
【０００８】
なお、測定すべき溶接部の電気抵抗の相対値をRenとし、二つの溶接部のいずれか一方であって測定すべき溶接部を含む電流経路に含まれるものの電気抵抗の絶対値および相対値をそれぞれAb1およびRe1として、ｎ番目の溶接部の電気抵抗の絶対値Abnを次の式により正確に計算することができる。
Abn＝Ab1×Ren／Re1
さらに、二つの溶接部の電気抵抗の絶対値が基準範囲から外れている場合に、溶接不良と判定することにより、測定精度に悪影響のある溶接部を基準にすることを避けることができる。
【０００９】
さらに、二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給することにより、二つの溶接部の各々と共に環状ループを形成する通路に流れる電流は相殺されてゼロになるので電気抵抗の正確な絶対値を測定できる。
さらに、本発明により、上記方法を実施する装置も提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明の実施の形態により測定される複数の溶接部を含む環状ループの形態をした溶接部材を示している。同図において、測定対象である溶接部材は５０個の導体部Ｃ１〜Ｃ５０が溶接部Ｒ１〜Ｒ５０により環状に接続されている。一つの導体部と溶接部とを合わせたものの電気抵抗は，正常な溶接状態のときは約０．３ｍΩであり、溶接部材全体では約４ｍΩ (一箇所を切断し、直列状態にした時は約１６ｍΩ）となる。
【００１１】
計測システムとの接続は、導体部にプローブを接触させることにより実現する。
本発明の実施の形態を説明する前に、従来の計測方法とその問題点を説明する。
図２は従来の溶接部の非破壊検査方法を説明する図１の等価回路図である。例えば、導体Ｃ１に電流供給用プローブの＋側を接続し、導体Ｃ２に電流供給用プローブの−側を接続し、１０Ａの電流を流し、同じく導体Ｃ１と導体Ｃ２との間に接続された電圧計測用プローブにより電圧を計測することを考える。電気的には図１における溶接部Ｒ１からＲ５０は図２に示すように抵抗Ｒ１からＲ５０と考えられる。従って、図１に示した溶接部材は図２に示した等価回路で置き換えられる。導体部Ｃ１とＣ２の間に電流を供給すると、溶接部材はＲ１の回路とＲ２からＲ５０が直列に接続された回路との並列回路を構成する。Ｒ１からＲ５０が全て正常な溶接状態であるとすると、Ｒ１を含む回路の抵抗値は０．３ｍΩであり、Ｒ２からＲ５０を含む回路の抵抗値は１５．７ｍΩとなる。各回路に流れこむ電流Ｉ1、Ｉ2-50は電気抵抗の比で決定されるので、
Ｉ1＝１０×１５．７／１６＝９．８Ａ
Ｉ2-50＝１０×０．３／１６＝０．２Ａ
となる。
【００１２】
従って、導体Ｃ１とＣ２の間に接続された電圧計測用プローブで計測される電圧Ｖ1は抵抗Ｒ１における電圧降下
Ｖ1＝９．８×０．３＝２．９４ｍＶ
であり、Ｒ１の電気抵抗は２．９４／１０＝０．２９４ｍΩとなる。すなわち、真の電気抵抗０．３ｍΩと計測された電気抵抗０．２９４ｍΩとの間に差０．０６ｍΩが生じる。この差は、Ｒ２〜Ｒ５０から成る並列回路に電流が流れこんだことに起因する誤差である。
【００１３】
次に本発明の実施の形態を説明する。
図３は本発明の実施の形態による溶接部の非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。同図において、環状ループを形成している溶接部材１は図１に示したものと同じであって、導体部Ｃ１〜Ｃ５０と、これらの導体部を環状に溶接した溶接部Ｒ１〜Ｒ５０とを備えている。溶接部の非破壊検査装置は、２系統の電流を発生する電流発生部２と、この電流発生部２からの電流を導体部Ｃ１〜Ｃ５０のうち選択された導体部Ｃ１およびＣ２の間に供給する電流切替え部３と、電圧計測部４と、測定すべき溶接部の両端の導体部に電圧計測部４を接続するスキャナ部５と、電流発生部２、電流切替え部３、電圧計測部４、スキャナ部５を制御する計測制御部６とを備えている。
【００１４】
図４は本発明の実施の形態によるステップ１の計測動作を説明するための環状ループ１の等価回路図である。
ステップ１においては、計測制御部６は、電流発生部２および電流切替え部３を制御して隣接する溶接部Ｒ１とＲ５０のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給する。溶接部Ｒ１およびＲ５０は、正常な溶接状態ではほぼ同じ電気抵抗を持つので、逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給することにより、Ｒ１による電圧降下とＲ５０による電圧降下はほぼ同じになる。この結果、溶接部Ｒ１とＲ５０の二つの溶接部にのみ大部分の電流が流れ、溶接部Ｒ１およびＲ５０に並列接続されている溶接部Ｒ２、Ｒ３、・・・Ｒ４８およびＲ４９が直列接続された回路に流れる電流は相殺されて電流ゼロとなる。隣接する溶接部に代えて、環状ループ１内の任意の二つの溶接部のそれぞれの両端に逆方向で略同一の大きさの電流を同時に供給してもよい。
【００１５】
次いで計測制御部６はスキャナ部５を制御して溶接部Ｒ１およびＲ５０のそれぞれの両端を電圧計測部４に接続する。これにより、電圧計測部４は溶接部Ｒ１およびＲ５０の両端の電圧を測定する。そして、計測制御部６は、測定電圧と供給電流値との比から溶接部Ｒ１およびＲ５０のそれぞれの電気抵抗の絶対値を演算する。
【００１６】
溶接部Ｒ１とＲ５０の電気抵抗が正確に同じであれば、溶接部Ｒ２、Ｒ３、・・・Ｒ４８およびＲ４９が直列接続された回路に流れる電流はゼロになるので、Ｒ１およびＲ５０の電気抵抗の絶対値は正確に算出できる。
これに対して、例えば溶接部Ｒ１とＲ５０とに１０％の電気抵抗差があるとき、すなわち例えば溶接部Ｒ１の電気抵抗値が０．３０ｍΩで溶接部Ｒ５０の電気抵抗値が０．３３ｍΩである場合、電流１０Ａを供給すると両者に発生する電圧降下は３ｍＶおよび３．３ｍＶとなり，電圧差は０．３ｍＶとなる。この時、溶接部Ｒ２からＲ４９が全て正常な溶接状態であって各溶接部の電気抵抗が０．３ｍΩであるとすると、Ｒ２〜Ｒ４９からなる直列回路の電気抵抗は１４．４ｍΩ（４８×０．３）となり、流れ込む電流は０．０２Ａ（０．３／１４．４）である。この電流値は供給電流である１０Ａの０．２％と極めて小さく、したがって、この場合でも溶接部Ｒ１とＲ５０の電気抵抗の絶対値の測定には十分な測定精度を確保できる。
【００１７】
また、溶接部Ｒ２〜Ｒ４９の中に計測精度に悪影響を及ぼすような極端に大きな電気抵抗を持つ溶接状態のものが含まれている場合には、Ｒ２〜Ｒ４９からなる直列抵抗回路の電気抵抗はさらに大きくなり、従ってその直列抵抗回路に流れる電流は一層少なくなるのでより高精度に電気抵抗の絶対値を計測できる。
また、溶接部Ｒ１とＲ５０との電気抵抗比は、計測結果から分かるので、溶接部Ｒ１と溶接部Ｒ５０とに計測精度に悪影響を及ぼすような電気抵抗差があるかどうかは容易に判断できる。
【００１８】
図５は本発明の実施の形態によるステップ２の計測動作を説明するための環状ループ１の等価回路図である。
ステップ２においては、計測制御部６は、定電流発生部２および電流切替え部３を制御して溶接部Ｒ１を含む第１の電流経路５１と溶接部Ｒ５０を含む第２の電流経路５２とを並列接続して環状ループ１を形成し、第１の電流経路５１と第２の電流経路５２との接続点Ｃ１とＣ２６の間に定電流発生部２を接続して所定の電流を供給する。
【００１９】
次いで、計測制御部６は、電圧計測部４およびスキャナ部５を制御して溶接部Ｒ１〜Ｒ２５および溶接部Ｒ２６〜Ｒ５０のそれぞれの両端に発生する電圧を順次測定する。これにより溶接部Ｒ１〜Ｒ５０のそれぞれの電気抵抗の相対値が測定される。
溶接部Ｒ１〜Ｒ２５からなる第１の電流経路５１の電気抵抗をＸとし、溶接部Ｒ２６〜Ｒ５０からなる第２の電流経路５２の電気抵抗をＹとする。例えば接続点Ｃ１とＣ２６の間に１０Ａの電流を供給すると、第１の電流経路５１に流れる電流Ｉ１はＩ１＝１０Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）であり、第２の電流経路５２に流れる電流Ｉ２はＩ２＝１０Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）である。全ての溶接部が正常な溶接状態で電気抵抗が等しいならば電気抵抗ＸおよびＹは等しくなり、したがって第１の電流経路５１と第２の電流経路５２にはそれぞれ５Ａずつ流れることになる。電気抵抗ＸとＹが異なれば、それに応じて第１の電流経路５１と第２の電流経路５２を流れる電流も異なる。
【００２０】
次いで、計測制御部６はスキャナ部５を制御して各溶接部で発生する電圧降下を順次測定する。各溶接部に流れる電流値は不明であるが、第１の電流経路５１内の溶接部Ｒ１〜Ｒ２５には同じ電流が流れるので、溶接部Ｒ１〜Ｒ２５の電気抵抗の相対値は正確に求めることができる。同様に、第２の電流経路５２内の溶接部Ｒ２６〜Ｒ５０にも同じ電流が流れるので、溶接部Ｒ２６〜Ｒ５０の電気抵抗の相対値も正確に求めることができる。
【００２１】
また、第１および第２の電流経路内の溶接部の電気抵抗の相対値と、ステップ１で求めた溶接部Ｒ１およびＲ５０の電気抵抗の絶対値との比が所定の基準値を超えたときは、計測精度に影響を及ぼすような極端に異なる溶接状態のものが含まれていると判定できる。
次にステップ３では、ステップ１で求めた溶接部Ｒ１およびＲ５０の電気抵抗の絶対値とステップ２で求めた各溶接部の電気抵抗の相対値とにもとづいて、各溶接部の電気抵抗の絶対値を計算により求める。即ち、溶接部Ｒ１の電気抵抗の絶対値を基準として、第１の電流経路５１に含まれる測定すべき溶接部Ｒ１〜Ｒ２５の各々の電気抵抗の相対値と溶接部Ｒ１の電気抵抗の相対値とを用いて、第１の電流経路５１に含まれる溶接部Ｒ１〜Ｒ２５の各々の電気抵抗の絶対値を計算すると共に、溶接部Ｒ５０の電気抵抗の絶対値を基準として、第２の電流経路５２に含まれる測定すべき溶接部Ｒ２６〜Ｒ４９の各々の電気抵抗の相対値と溶接部Ｒ５０の電気抵抗の相対値とを用いて、第２の電流経路５２に含まれる溶接部Ｒ２６〜Ｒ４９の各々の電気抵抗の絶対値を計算する。
【００２２】
より具体的には、測定すべき溶接部Ｒｎを含む電流経路に溶接部Ｒ１が含まれている場合は、測定すべき溶接部Ｒｎの電気抵抗の相対値をRenとし、溶接部Ｒ１の電気抵抗の絶対値および相対値をそれぞれAb1およびRe1として、溶接部Ｒｎの電気抵抗の絶対値Abnを次の式により計算する。
Abn＝Ab1×Ren／Re1
測定すべき溶接部Ｒｎを含む電流経路に溶接部Ｒ５０が含まれている場合は、測定すべき溶接部Ｒｎの電気抵抗の相対値をRenとし、溶接部Ｒ５０の電気抵抗の絶対値および相対値をそれぞれAb50およびRe50として、溶接部Ｒｎの電気抵抗の絶対値Abnを次の式により計算する。
Abn＝Ab50×Ren／Re50
こうして、各溶接部の電気抵抗の絶対値が正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態により測定される複数の溶接部を含む環状ループの形態をした溶接部材を示す図である。
【図２】従来の溶接部の非破壊検査方法を説明する図１の等価回路図である。
【図３】本発明の実施の形態による溶接部の非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態によるステップ１の計測動作を説明するための環状ループ１の等価回路図である。
【図５】本発明の実施の形態によるステップ２の計測動作を説明するための環状ループ１の等価回路図である。
【符号の説明】
１…環状ループ
２…定電流発生部
３…電流切替え部
４…電圧計測部
５…スキャナ部
６…計測制御部
５１…第１の電流経路
５２…第２の電流経路
Ｒ１〜Ｒ５０…溶接部
【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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