(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変化する加圧力を検出する工程と、検出した加圧力の変化からコンピュータにてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有するプロジェクション溶接の良否判定方法であって、加圧力が目標加圧力から低下を開始し上昇して再び目標加圧力になるまでの突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するプロジェクション溶接の良否判定方法。
【請求項２】
変化する加圧力を検出する工程と、検出した加圧力の変化からコンピュータにてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有するプロジェクション溶接の良否判定方法であって、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するプロジェクション溶接の良否判定方法。
【請求項３】
変化する加圧力を検出する工程と、検出した加圧力の変化からコンピュータにてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有するプロジェクション溶接の良否判定方法であって、加圧力が目標加圧力から低下を開始し上昇して再び目標加圧力になるまでの突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かと、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かとで、プロジェクション溶接の良否を判定するプロジェクション溶接の良否判定方法。
【請求項４】
前記所定時間範囲は被溶接材の種類に従って定められている請求項１〜３の何れか１項記載のプロジェクション溶接の良否判定方法。
【請求項５】
プロジェクション溶接がリング状の突起を有する部材とめっき鋼板との間で行われる請求項１〜４の何れか１項記載のプロジェクション溶接の良否判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクション溶接の良否判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクション溶接の良否判定は、プロジェクション溶接部をカットして研磨し接合状態を目視等により判定するか、またはワークのうちプロジェクション溶接部を含む部分を切り出して引張強度試験し所定の引張強度を有しているか否かにより合否を判定する等により、行っていた。
なお、特開平８−９０２５１号には、加圧状態をモニターすることによって溶接不良を判定する技術が開示されているが、これはワークのセット不良を事前に確認する技術であり、溶接の品質判定を行うことはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプロジェクション溶接の良否判定には、つぎの問題がある。
▲１▼  テストピースを作成して溶接機とは別の試験機にて判定するので、リアルタイムの判定ができない。また、試験に多くの時間と費用がかかる。
▲２▼  ワークは破壊試験され、テストされたワークは使用できない。
本発明の目的は、リアルタイムの品質判定が可能な、かつ破壊試験することなく良否判定が可能な、プロジェクション溶接の良否判定方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、つぎの通りである。
（１）  変化する加圧力を検出する工程と、検出した加圧力の変化からコンピュータにてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有するプロジェクション溶接の良否判定方法であって、加圧力が目標加圧力から低下を開始し上昇して再び目標加圧力になるまでの突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するプロジェクション溶接の良否判定方法。
（２）  変化する加圧力を検出する工程と、検出した加圧力の変化からコンピュータにてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有するプロジェクション溶接の良否判定方法であって、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するプロジェクション溶接の良否判定方法。
（３）  変化する加圧力を検出する工程と、検出した加圧力の変化からコンピュータにてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有するプロジェクション溶接の良否判定方法であって、加圧力が目標加圧力から低下を開始し上昇して再び目標加圧力になるまでの突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かと、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かとで、プロジェクション溶接の良否を判定するプロジェクション溶接の良否判定方法。
（４）  前記所定時間範囲は被溶接材の種類に従って定められている（１）〜（３）の何れかに記載のプロジェクション溶接の良否判定方法。
（５）  プロジェクション溶接がリング状の突起を有する部材とめっき鋼板との間で行われる（１）〜（４）の何れかに記載のプロジェクション溶接の良否判定方法。
【０００５】
本発明のプロジェクション溶接の良否判定方法では、上下電極のうち少なくとも一方またはその駆動系（シリンダーまたはサーボモーター）に加圧力検出センサー（たとえば、ロードセル）を装着して、プロジェクション溶接中の加圧力の変化を時々刻々検出し、その信号をコンピュータに入力する。
加圧力対時間のグラフにおいて、加圧力は電極の被溶接物への接触と同時にＯＮとなり、時間とともに増大しほぼ目標加圧力となって一定になるが、このとき、加圧力ＯＮから少し遅れて溶接電流がＯＮとなって電流が増していき、突起を加熱し、突起が溶融温度に達して溶け始め潰れ始めると、加圧力は一部解放されて目標加圧力からいったん下がり、再び上昇して目標加圧力になり、加圧終了まで目標加圧力が続く。
この場合、加圧力ＯＮから突起潰れ開始までの時間Ｔm と、突起潰れ開始から加圧力がいったん低下し再び上昇して目標加圧力となるまでの時間（突起潰し時間Ｔt ）は、溶接の品質と関係があることが、発明者により見出された。
詳しくは、突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲より長い場合は、リングプロジェクションが相手部材に傾けられて押しつけられて突起を全周押し潰すのに時間がかかる場合であり、全周のうち加圧力の弱い部分は抵抗大、発熱大となってちりが発生し、洩れなどの溶接欠陥が発生している。突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲より短い場合は、一瞬にして全周にわたって突起が溶けてなくなり、全周にわたってちりが発生し、洩れなどの溶接欠陥が発生している。また、加圧力ＯＮから突起潰れ開始までの時間Ｔm が所定時間範囲より長い場合は、加圧力が大き過ぎ突起の相手部材への食い込み量が大となり過ぎて電気抵抗が減少し発熱小となって溶接できなくなっている場合で、接合不良が生じている場合である。また、時間Ｔm が所定時間範囲より短い場合は、加圧力が小さ過ぎて接触面積が小となり過ぎ電気抵抗が増大し発熱大となっている場合である。
上記（１）〜（３）のリングプロジェクション溶接の良否判定方法では、加圧力の変化から、突起潰し時間Ｔt と加圧力ＯＮから突起潰れ開始までの時間Ｔm との少なくとも一方を求め、プロジェクション溶接の良否を判定する方法で、加圧力はロードセルなどから溶接中に検出できるので、それをコンピュータに入力して所定時間範囲内にあるか否かを判定することにより、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
上記（１）のリングプロジェクション溶接の良否判定方法では、突起潰れ開始からいったん下がり再び上昇して目標加圧力になるまでの時間（突起潰し時間Ｔt ）が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するので、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
上記（２）のリングプロジェクション溶接の良否判定方法では、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するので、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
上記（３）のリングプロジェクション溶接の良否判定方法では、突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定し、かつ加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するので、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
上記（４）のリングプロジェクション溶接の良否判定方法では、Ｔt 、Ｔm に対する所定時間範囲が被溶接材の種類によって定められる。たとえば、
鉛めっき鋼板の場合      １ｍｓ＜Ｔt ＜５ｍｓ
アルミめっき鋼板の場合  ２ｍｓ＜Ｔt ＜１０ｍｓ
鉛めっき鋼板の場合      ３２ｍｓ＜Ｔm ＜４８ｍｓ
アルミめっき鋼板の場合  ４８ｍｓ＜Ｔm ＜６０ｍｓ
である。
上記（５）のリングプロジェクション溶接の良否判定方法は、リング状の突起を有する部材と相手部材であるめっき鋼板との間の溶接に適用できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法を実施している装置を示し、図２は本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法を実施する制御プログラムを示し、図３は本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法における加圧力の変化および溶接電流の変化を示している。
【０００７】
まず、本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法を実施する装置を、図１〜図３を参照して、説明する。
本発明実施例のリングプロジェクション溶接は、リング状の突起１（リングプロジェクション）を有する第１の部材３と、第２の部材４との間に行われるプロジェクション溶接である。突起１は、第１の部材３のフランジ２にフランジ面から突起するように形成されている。突起１の断面形状は、通常は先細りの三角形であるが、それ以外の形状、たとえば半円形などであってもよい。第２の部材４は、容器などの平板部である。
【０００８】
リングプロジェクション溶接は、たとえば、自動車用燃料タンクの燃料入口部に適用され、その場合は、第１の部材３がフランジ付き円筒状部材の入口部材であり、第２の部材４が半割り段階にあるタンク本体である。自動車用燃料タンクの場合、プロジェクション溶接部は全周溶接でかつ洩れがあってはならず、しかも一定以上の引張強度を有していなければならない。したがって、プロジェクション溶接部には全周にわたって溶接ちりが発生してはならず、かつ加圧力も全周にわたって適正なものでなければならない。そのためには、第１の部材３はその軸芯が第２の部材４に直角の状態で（傾かないで）第２の部材４に当接、加圧されなければならない。加圧力が大き過ぎると突起１が第２の部材４に食い込み過ぎて接触面積が大きくなり過ぎ、電気抵抗が小となって、発熱が小となり溶接ができず、加圧力が小さ過ぎると突起１が第２の部材４への食い込みが足らず接触面積が小さくなり過ぎ、電気抵抗が大となって、発熱が大となり過ぎ、全周にわたって一瞬のうちに溶接ちりが生じる。また、第１の部材３が第２の部材４に対して傾いて押し付けられると、周方向に加圧力が大きい部分と小さい部分とが生じ、小さい部分で溶接ちりが発生する。
【０００９】
図１において、ワーク３、４は、突起１部位を一対の電極５、６に挟まれ、一対の電極５、６は加圧装置９、１０（たとえば、シリンダ、ただし、サーボモータの回転を直進運動に変えた加圧装置でもよい）によって、加圧駆動される。図示例では両方の電極５、６に加圧装置９、１０を連結した場合が示してあるが、一方のみの電極に加圧装置を連結したものでもよい。加圧装置９には作動流体の切替制御機構１３が接続され、作動流体源１１とドレン１２との流路を切替えて電極５の加圧力を制御する。同様に、電極６に加圧装置１０が設けられる場合には、加圧装置１０には作動流体の切替制御機構１６が接続され、作動流体源１４とドレン１５との流路を切替えて電極６の加圧力を制御する。切替制御はコンピュータ２１からの指令信号（出力信号）によって行われる。
【００１０】
そして、加圧装置９、１０の加圧ロッドの途中に、加圧力を時々刻々検出できる加圧力検出センサ（たとえば、ロードセル）１７、１８を設けておく。この加圧力検出センサは、後述する突起潰れを高精度に検出するために、ミリ秒（１０-3ｓｅｃ）のオーダまたはそれより短時間のオーダで加圧力の変化に追従して加圧力を検出できるもの（市販品にある）を使用することが望ましい。電極６に加圧装置１０が設けられない場合にも、電極６を支持する装置に加圧力検出センサ１８は設けられる。
加圧力検出センサ（たとえば、ロードセル）１７、１８の電気出力は、アンプ（増幅器）１９、２０等を介して、コンピュータ２１に入力される。
【００１１】
電極５、６には、溶接電流電源７からの溶接電流が溶接電流制御装置８を介して通電される。溶接電流制御装置８による溶接電流の通電開始、そのタイミングなどは、コンピュータ２１からの指令信号（出力信号）によって行われる。
【００１２】
つぎに、プロジェクション溶接方法を、図３を参照して、説明する。
加圧装置９、１０（の少なくとも一方）が作動して、電極５、６を相対的に接近し、ワークに接触し挾持すると同時に加圧がＯＮとなって加圧力が０から上昇していき、ほぼ目標加圧力になると一定となる。
加圧ＯＮに少し遅れて（たとえば、０．０２〜０．０４ｓｅｃ遅れて）、溶接電流がＯＮ（通電開始）となり、溶接電流が０から上昇していき、ほぼ目標溶接電流になった時、突起１が抵抗発熱により溶けて潰れ始め、加圧が突起１の溶融による加圧開放に追従できないために加圧力が目標加圧力からいったん下がり始め、電極が突起１の溶融分動いて再び加圧がかかって、加圧力が再び目標加圧力まで上昇し、その後は目標加圧力一定の状態が続く。
加圧ＯＮから突起１の潰れ開始までの時間をＴm とし、突起１が潰れを開始して加圧力が下がり始める時から加圧力が上昇して再び目標加圧力になるまでの時間を突起潰し時間Ｔt とする。Ｔm は約０．０６ｓｅｃであり、Ｔt は約０．０２ｓｅｃである。
【００１３】
コンピュータ２１には、図２に示すプロジェクション溶接良否判定プログラムが格納されている。
図２では、ステップ１０１で加圧力検出センサからの入力信号に対応した加圧力値を読み込む。ついで、ステップ１０２で加圧ＯＮから突起１の潰れ開始までの時間をＴm を演算する。ついで、ステップ１０３でＴm が所定時間範囲内にあるか否かを判定する。ここで、所定時間範囲は、第２の部材４（または第１の部材３と第２の部材４）の種類によって異なり、
鉛めっき鋼板の場合      ３２ｍｓ＜Ｔm ＜４８ｍｓ
アルミめっき鋼板の場合  ４８ｍｓ＜Ｔm ＜６０ｍｓ
である。Ｔm が所定時間範囲にない場合はステップ１０４に進んで警告を発し、Ｔm が所定時間範囲にある場合はステップ１０５に進む。
ついでステップ１０５で突起潰し時間Ｔt を演算し、ステップ１０６に進む。ステップ１０６で突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かを判定する。ここで、所定時間範囲は、第２の部材４（または第１の部材３と第２の部材４）の種類によって異なり、
鉛めっき鋼板の場合      １ｍｓ＜Ｔt ＜５ｍｓ
アルミめっき鋼板の場合  ２ｍｓ＜Ｔt ＜１０ｍｓ
である。Ｔt が所定時間範囲にない場合はステップ１０７に進んで警告を発し、Ｔt が所定時間範囲にある場合はエンドとなる。
【００１４】
本発明実施例のプロジェクション溶接の良否判定方法では、プロジェクション溶接に接合不良、ちり発生（洩れ部位発生につながる）があるか否かの判定をつぎのようにして行う。
本発明実施例のプロジェクション溶接の良否判定は、加圧力の変化を加圧力検出センサ１７、１８（たとえば、ロードセル）にて検出する工程と、検出した加圧力をコンピュータ２１に入力してコンピュータ２１にてプロジェクション溶接の良否を判定する工程と、を有する。
【００１５】
良否判定工程では、加圧力が目標加圧力から低下を開始し上昇して再び目標加圧力になるまでの突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定する。これは、図２のステップ１０５、１０６により行う。
突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲より長い場合は、リング状突起１が相手部材に傾けられて押しつけられて突起１を全周押し潰すのに時間がかかる場合であり、全周のうち加圧力の弱い部分は抵抗大、発熱大となってちりが発生し、洩れなどの溶接欠陥が発生している。突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲より短い場合は、一瞬にして全周にわたって突起が溶けてなくなり、全周にわたってちりが発生し、洩れなどの溶接欠陥が発生している。
【００１６】
良否判定工程では、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定する。これは、図２のステップ１０２、１０３により行う。
加圧力ＯＮから突起潰れ開始までの時間Ｔm が所定時間範囲より長い場合は、加圧力が大き過ぎ突起の相手部材への食い込み量が大となり過ぎて電気抵抗が減少し発熱小となって溶接できなくなっている場合で、接合不良が生じている場合である。また、時間Ｔm が所定時間範囲より短い場合は、加圧力が小さ過ぎて接触面積が小となり過ぎ電気抵抗が増大し発熱大となっている場合である。
【００１７】
良否判定工程では、加圧力が目標加圧力から低下を開始し上昇して再び目標加圧力になるまでの突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かと、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かとの両方で、プロジェクション溶接の良否を判定してもよい。これは、図２のステップ１０２、１０３と、ステップ１０５、１０６により行う。
【００１８】
上記において、所定時間範囲は、被溶接部材（第２の部材４、または第１の部材３と第２の部材４）の種類によって、変化する。
プロジェクション溶接はリング状の突起１を有する部材３とめっき鋼板４との間で行われてもよい。すなわち、第２の部材４、または第１の部材３と第２の部材４がめっき鋼板であってもよい。鋼材は一般にはスチールで、めっき金属は、鉛、アルミ、亜鉛、錫、亜鉛・錫などであり、これらのめっき金属は純金属でもよいし、他の元素を含んだ合金であってもよい。たとえば、アルミはシリコンを約１０重量％含んだアルミであってもよい。
【００１９】
上記プロジェクション溶接の良否判定方法の作用はつぎの通りである。
加圧力の変化と溶接の良否判定との間に関係があることを見出し、加圧力の変化から、溶接の良否を判定している。
加圧力の変化は加圧力検出センサ１７、１８（たとえば、ロードセル）によってリアルタイムに時々刻々検出でき、その出力をコンピュータに入力して、リアルタイムに溶接の良否を判定している。
【００２０】
破壊検査ではないため、溶接の良否を判定されたワークはそのまま製品として使用される。
破壊検査でないため、全品の溶接良否判定を行うことができる。また、コンピュータの判定結果をディスク等に格納し、保存しておくことにより、全品の溶接管理が可能である。また、溶接良否判定結果を学習して、つぎの溶接にフィードバックすることにより、最適加圧力の学習が可能である。また、加圧システムをサーボモータを用いた時々刻々制御可能なシステムとすることにより、溶接にちりが発生しそうになると加圧力を強めてちりの発生を抑制し、加圧力が大き過ぎて接合不良が生じそうになると加圧力を弱めるなどの、溶接制御も可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１〜３のリングプロジェクション溶接の良否判定方法によれば、加圧力を溶接中に検出し、それをコンピュータに入力して、加圧力の変化から溶接の良否を時々刻々判定することにより、溶接中にリアルタイムに判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
請求項１のリングプロジェクション溶接の良否判定方法によれば、突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かにより、プロジェクション溶接の良否を判定するので、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
請求項２のリングプロジェクション溶接の良否判定方法によれば、加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かにより、プロジェクション溶接の良否を判定するので、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
請求項３のリングプロジェクション溶接の良否判定方法によれば、突起潰し時間Ｔt が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定し、かつ加圧開始から突起潰れ開始までの加圧時間Ｔm が所定時間範囲内にあるか否かでプロジェクション溶接の良否を判定するので、溶接中にリアルタイムに溶接の良否を判定でき、またワークを破壊することなく判定できる。
請求項４のリングプロジェクション溶接の良否判定方法によれば、Ｔt 、Ｔm に対する所定時間範囲が被溶接材の種類によって定められ、被溶接材の種類に応じたプロジェクション溶接の良否判定を実行できる。
請求項５のリングプロジェクション溶接の良否判定方法によれば、リング状の突起を有する部材と相手部材であるめっき鋼板との間の溶接に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法を実施する装置（システム）の系統図である。
【図２】本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法を実施する実行手段（プログラム）のフローチャートである。
【図３】本発明実施例のリングプロジェクション溶接の良否判定方法を実施している途中での加圧力と溶接電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  プロジェクション
２  フランジ
３  第１の部材
４  第２の部材
５、６  電極
７  溶接電流電源
９、１０  加圧装置（シリンダまたはサーボモータ）
１７、１８  加圧力検出センサ（たとえば、ロードセル）
２１  コンピュータ
【図１】
0004232257.tif 000002
【図２】
0004232257.tif 000003
【図３】
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