技術紹介

カシメ接合部計測システム
大槻雅文 *1

久保Otsuki Masafumi

由佳 *2

後藤

Kubo Yuka

貴宏 *3

Goto Takahiro「カシメ接合部計測システム」は、超音波を使用してカシメ接合部の板厚を計測し、健全にカシメられているかを検査する非破壊検査システムである。
本稿では、当社を含めた IHI グループの技術が結集された本システムについて紹介する。
キーワード：カシメ接合、クリンチ、超音波、非破壊検査、板厚計測

IHI グループが保有する非破壊検査技術やセンシ

1. はじめにング技術を応用することで複雑な形状の計測も可

カシメ加工は、2 枚の板形状の部品を塑性変形能であり、特別なトレーニングや資格が不要で誰により接合する機械的接合技術の 1 つであるでも簡単に扱うことができる。検査や製品品質に（図 1）。これまで接合部の健全性を計測するには、おける問題解決へのソリューションを提供する。

製品を破壊検査するか目視検査による確認以外に※ 1：技術開発本部 技術企画部 連携ラボグ方法がなかった。破壊検査においては、製品を切ループ断して断面を顕微鏡観察で細部を計測し検査する※ 2：技術開発本部 技術基盤センター 生産プには時間を要し、目視検査では、適正な外観形状

ロセスグループを保っていれば接合部の欠陥が見落とされる可能

2. カシメ接合部計測システム性がある。また、輸送時の振動などにより割れや分離につながることがあった。

本システムは、2019 年度から試作機の開発を開始し、2021 年度にシステム化した。図 2 に本シス

本システムは、IHI（※ 1、※ 2）が基礎技術を開発し、当社がシステム化を担当したシステムである。

（a）ポンチ挿入（b）圧縮

図1*1：制御システム事業部*2：制御システム事業部*3：制御システム事業部

産業システム部
産業システム部
産業システム部

テムの外観を示す。

カシメ接合

IoT ソリューショングループ
製品・サービスグループ
製品・サービスグループ 課長—50—（c）終了

2.1 システム構成
本システムは、表 1 に示す機器を使用し、図 3に示すように構成されている。探触子と治具はそれぞれ凸面用と凹面用があり（図 4、図 5）、測定表1

図2構成機器一覧

カシメ接合部計測システム

図3システム構成—

51—

IIC REVIEW/2021/10. No.66

（a）凸面用

図4（b）凹面用

治具（探触子と測定面を水平に接触させるための専用治具）（a）凸面用（送信と受信に分割した超音波探触子）（b）凹面用（送信と受信に分割した超音波探触子）

図5

探触子

対象物に合わせて製作したものである。本システ
ムは、ツールカートに機器を集約し、移動可能とすることで検査場所を限定することなく検査を実施可能とした。
2.2 板厚計測原理
本システムは、非破壊検査技術の 1 つである超音波探傷技術を使用している。超音波探触子は発振した超音波を試験対象内に伝搬させ、境界面から反射した信号を検出する。超音波探傷技術は、
図 6 に示すように反射信号が検出された時間から、試験対象内部の反射源（きず）の位置を検知する技術である。また、面状の反射源に高い適用性
図6を持つことから板厚計測にも活用される。
—52—

超音波探傷算出する。

本システムは、カシメ接合部の 2 枚の金属板の（4）ファイル出力接合面を境界面として反射信号を検出する。カシメ接合では、溶接や拡散接合のように接合面が溶算出したロック量、および板厚をファイルに出着しないため、接合面で超音波が透過せずほぼ全力する。本システム使用中に測定されたデータて反射する。図 7 のように凸面と凹面から計測をは、全てファイルに出力する。

実施することでカシメ接合部の 2 枚の板厚を算出

3. ロック量算出の概要することができる。

3.1 板厚の測定
本開発では、探触子を通して取得した波形データからピーク値（探傷面反射、境界面反射）を検出し、板厚を算出するアルゴリズムは IHI が開発し、当社はアルゴリズムを具現化するための制御ソフトウェア開発を担当した。
ピーク値の検出方法には、検出範囲を指定するゲートを手動で設定してピークを検出する手動（a）凸面の計測ゲート設定と、第 1 ピーク（探傷面反射）から第 2ピーク（境界面反射）を推定する自動ゲート設定がある。通常は、自動ゲート設定によるピーク値の検出を行う。さらに自動ゲート設定には、波形追従モードと類似波形モードの 2 つのモードを用意しており、どちらのモードを使用するかは事前に選択する。

（b）凹面の計測

図7

板厚は、検出した第 1 ピークと第 2 ピークから板厚計測の原理板厚算出式により算出し、凸面および凹面でそれ2.3 主な機能

ぞ れ 4 方 向（0°、90°、180°、270°）を 測 定 す るは（図 8）。測定時は、図 9 に示す指に嵌めて操作す本システムは、以下の機能を持つ。
（1）キャリブレーション機能

る測定スイッチを使用することで、マウスやキーボードを使用せずに測定と測定方向の変更操作が板厚が既知のマスタピースを計測し、検査前に探触子の健全性を確認する。

可能である。本システムは、算出した板厚の値が（2）測定情報設定機能80％の確率で 0.1mm 以内の誤差に抑えられることが確認されている（※ 3）。

事前に登録された試験対象のワークパターン、および作業者を設定する。ワークパターンを選択※ 3：示している数値は、本システム開発時することにより、カシメ接合部のロック量算出にの検査対象に対する数値であり、検査必要な情報が読み込まれる。

対象が変わることで精度が変わる可能（3）ロック量算出機能性がある。
自動ゲート設定モードの詳細を以下に述べる。

凸面、および凹面の板厚を計測し、ロック量を—

53—

IIC REVIEW/2021/10. No.66図8板厚算出のパラメータの波長と比較し、最も近い波長を示すピークを第2 ピークとして抽出する。本モードは、波形の出現場所が安定する場合に有効であり、抽出するピークを示す表面伝搬と界面反射は同じような波長を示すため、ノイズの影響を受けにくくなる。
板厚算出式：t = ((B1 - S) × C) ÷ 2t ：板厚値 [mm]図9

S ：第 1 ピーク（表面伝搬の信号）までの測定スイッチ

時間 [msec]（1）波形追従モード

B1 ：第 2 ピーク（界面反射の信号）までの本モードでは、第 1 ゲート（※ 4）内の第 1 ピー

時間 [msec]

クの移動量を特徴量として、第 2 ゲート（※ 5）内C ：音速 [mm/msec]の各ピーク候補の移動量と比較し、最も近い移動3.2 ロック量の算出量を示すピークを第 2 ピークとして抽出する。本モードは、波形の出現場所が安定しない場合に有ロック量は、凸面、および凹面で算出した板厚効である。実際の計測では、探触子が接触する部からロック量算出式によりロック量を算出する。

分は曲面になることが多い。そのため、探触子のまた、本システムでは、1 つのカシメ接合部につ当て方が固定できず、測定中に波形の出現場所がき、4 方向（0°、90°、180°、270°）のロック量を算前後に大きく動くことがある。本モードは、抽出出する。ロック量算出に使用するパラメータをするピークが大きく動いたとしても各ピークが同

図 10 に示す。算出したロック量は、ワークパターじように動くため、ゲートを広く設定することでンで設定されている規格値と比較し、ロック量がピークの抽出が可能となる。

規格値以上であるか、規格値未満であるかを視覚的に表示する。画面イメージを図 11 に示す。

※ 4：第 1 ピークを検出するために設定する

ロック量算出式：t’ = T - (t1 + t2)

ゲート

t’ ：ロック量 [mm]

※ 5：第 2 ピークを検出するために設定する

T ：層厚 [mm]ゲート（2）類似波形モード

t1 ：下面の板厚 [mm]t2 ：上面の板厚 [mm]本モードでは、第 1 ゲート内の第 1 ピークの波長を特徴量として、第 2 ゲート内の各ピーク候補—54—4. おわりに本開発では、超音波計測技術をキーテクノロジーとしてカシメ接合部の板厚を計測するシステムの装置化が実現したことにより、これまでの破壊検査における製品廃棄や検査時間および熟練検査員の育成という課題を解決することができた。
カシメ接合は、自動車産業をはじめ、建設や家電業界などのモノづくりに使用されており、今後は本システムの展開も期待される。
当社は、本システムの機能維持および機能向上
図 10を図り、今後も引続きお客様のニーズに応じた付ロック量算出のパラメータ加価値の向上に努めていく。

図 11

計測時の画面イメージ

制御システム事業部
産業システム部
IoT ソリューショングループ

制御システム事業部
産業システム部
製品・サービスグループ

大槻 雅文

久保 由佳

TEL. 042-523-8313
FAX. 042-523-8320

TEL. 042-523-8315
FAX. 042-523-8320

制御システム事業部
産業システム部
製品・サービスグループ 課長

後藤 貴宏
TEL. 042-523-8315
FAX. 042-523-8320—55—

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