図面 (/)

技術 レーザスポット溶接部の評価方法

出願人 東急車輛製造株式会社
発明者 河田直樹岩木俊一
出願日 2006年9月21日 (14年3ヶ月経過) 出願番号 2006-256257
公開日 2008年4月3日 (12年8ヶ月経過) 公開番号 2008-073730
状態 特許登録済
技術分野 レーザ加工 超音波による材料の調査、分析
主要キーワード 判断結果情報 評価結果情報 断面略円形状 溶接痕 レーザスポット溶接 ワーク送り装置 外壁部分 溶接予定線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年4月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

溶接品質可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができるレーザスポット溶接部の評価方法を提供する。

解決手段

このレーザスポット溶接部の評価方法では、フェイズドアレイ探触子20の走査方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φaと、フェイズドアレイ探触子20の走査方向に直交する方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φbとの比が一定の範囲内であるか否かに基づいて、レーザスポット溶接部4の溶接品質の可否を判断する。ここで、φa及びφbは、レーザスポット溶接部4の平面形状Sの画像化により簡単に算出できるので、複雑な解析を伴わずに、簡単な手順で溶接品質の可否を判断できる。また、φa及びφbの比を算出し、レーザスポット溶接部4の平面形状Sを大まかに把握することで、一定の判断精度も確保される。

概要

背景

重ね合わされた複数の被加工物接合する方法として、被加工物の溶接予定領域レーザビームスポット照射するレーザスポット溶接が知られている。レーザスポット溶接を用いて製作される車両、船舶航空機、及び建造物等の外壁では、溶接痕が目立つことがないように、各レーザスポット溶接部が外面側に露出しない非貫通のものとなっている。

上述したレーザスポット溶接部の平面形状は、強度的な観点から真円に近いことが望ましいが、実際には真円に対して歪んでしまうことが多い。そこで、形成したレーザスポット溶接部の溶接品質担保するため、例えば特許文献1に記載のスポット溶接検査方法のように、超音波探触子によるレーザスポット溶接部の外観形状の非破壊検査を行うことが考えられる。
特開2000−146928号公報

概要

溶接品質の可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができるレーザスポット溶接部の評価方法を提供する。このレーザスポット溶接部の評価方法では、フェイズドアレイ探触子20の走査方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φaと、フェイズドアレイ探触子20の走査方向に直交する方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φbとの比が一定の範囲内であるか否かに基づいて、レーザスポット溶接部4の溶接品質の可否を判断する。ここで、φa及びφbは、レーザスポット溶接部4の平面形状Sの画像化により簡単に算出できるので、複雑な解析を伴わずに、簡単な手順で溶接品質の可否を判断できる。また、φa及びφbの比を算出し、レーザスポット溶接部4の平面形状Sを大まかに把握することで、一定の判断精度も確保される。

目的

しかしながら、上述した従来のスポット溶接の検査方法では、定量的な検査が可能であるものの、溶接品質の可否を判断するまでには、超音波の反射パターンなどを複雑に解析する必要がある。したがって、上記特許文献1のように、被加工物の接合部分に多数のレーザスポット溶接部を形成している場合、溶接品質の評価に要する手順の膨大化が看過できないものとなる。そこで、溶接品質の可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができる技術が望まれている。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

重ね合わされた複数の被加工物レーザビームスポット照射することによって前記被加工物に形成した非貫通なレーザスポット溶接部の溶接品質を評価するレーザスポット溶接部の評価方法であって、前記レーザスポット溶接部が露出していない前記被加工物の表面で、前記レーザスポット溶接部の対向部位横断するように超音波探触子走査させ、前記被加工物の接触面における前記レーザスポット溶接部の平面形状を検出する工程と、前記平面形状の略中央を通る第1の軸に沿う方向における前記平面形状の第1の径と、前記略中央で前記第1の軸に交差する第2の軸に沿う方向における前記平面形状の第2の径とを算出する工程と、前記第1の径と前記第2の径との比に基づいて、前記レーザスポット溶接部の溶接品質の可否を判断する工程と、を備えたことを特徴とするレーザスポット溶接部の評価方法。

請求項2

前記第1の軸と前記第2の軸とが直交していることを特徴とする請求項1記載のレーザスポット溶接部の評価方法。

請求項3

前記レーザスポット溶接部は、前記被加工物の重ね合わせ部分に設定された溶接予定線に沿って所定の間隔で複数形成されており、前記第1の軸と前記溶接予定線とが一致していることを特徴とする請求項1又は2記載のレーザスポット溶接部の評価方法。

請求項4

前記超音波探触子は、フェイズドアレイ探触子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のレーザスポット溶接部の評価方法。

技術分野

0001

本発明は、レーザスポット溶接部の評価方法に関する。

背景技術

0002

重ね合わされた複数の被加工物接合する方法として、被加工物の溶接予定領域レーザビームスポット照射するレーザスポット溶接が知られている。レーザスポット溶接を用いて製作される車両、船舶航空機、及び建造物等の外壁では、溶接痕が目立つことがないように、各レーザスポット溶接部が外面側に露出しない非貫通のものとなっている。

0003

上述したレーザスポット溶接部の平面形状は、強度的な観点から真円に近いことが望ましいが、実際には真円に対して歪んでしまうことが多い。そこで、形成したレーザスポット溶接部の溶接品質担保するため、例えば特許文献1に記載のスポット溶接検査方法のように、超音波探触子によるレーザスポット溶接部の外観形状の非破壊検査を行うことが考えられる。
特開2000−146928号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上述した従来のスポット溶接の検査方法では、定量的な検査が可能であるものの、溶接品質の可否を判断するまでには、超音波の反射パターンなどを複雑に解析する必要がある。したがって、上記特許文献1のように、被加工物の接合部分に多数のレーザスポット溶接部を形成している場合、溶接品質の評価に要する手順の膨大化が看過できないものとなる。そこで、溶接品質の可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができる技術が望まれている。

0005

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、溶接品質の可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができるレーザスポット溶接部の評価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

0006

上記課題の解決のため、本発明者らは、鋭意研究を重ねていく過程で、レーザスポット溶接部の平面形状が真円よりも歪む現象が、レーザビームの形状の歪みや、レーザヘッドの移動と照射のタイミングのずれ等に起因していることを見出した。この場合、レーザスポット溶接部の平面形状は、真円に対して複雑な形状に歪むのではなく、楕円状に僅かに歪むものと考えられる。そこで、本発明者らは、レーザスポット溶接部の平面形状の真円度直結するパラメータに着目することで、溶接品質の可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

0007

本発明に係るレーザスポット溶接部の評価方法は、重ね合わされた複数の被加工物にレーザビームをスポット照射することによって被加工物に形成した非貫通なレーザスポット溶接部の溶接品質を評価するレーザスポット溶接部の評価方法であって、レーザスポット溶接部が露出していない被加工物の表面で、レーザスポット溶接部の対向部位横断するように超音波探触子を走査させ、被加工物の接触面におけるレーザスポット溶接部の平面形状を検出する工程と、平面形状の略中央を通る第1の軸に沿う方向における平面形状の第1の径と、略中央で第1の軸に交差する第2の軸に沿う方向における平面形状の第2の径とを算出する工程と、第1の径と第2の径との比に基づいて、レーザスポット溶接部の溶接品質の可否を判断する工程と、を備えたことを特徴としている。

0008

このレーザスポット溶接部の評価方法では、被加工物の接触面におけるレーザスポット溶接部の平面形状の略中央を通る第1の軸に沿う方向における平面形状の第1の径と、第1の軸に交差する第2の軸に沿う方向における平面形状の第2の径との比を算出することにより、レーザスポット溶接部の溶接品質の可否を判断する。第1の径及び第2の径は、超音波探触子によって検出されたレーザスポット溶接部の平面形状から簡単に求めることができるので、複雑な解析を伴わずに、簡単な手順で溶接品質の可否を判断できる。また、レーザスポット溶接部は、殆どの場合、真円に対して僅かに楕円状となっているに過ぎないので、真円度に直結する第1の径及び第2の径の比を算出し、被加工物の接触面におけるレーザスポット溶接部の平面形状を大まかに把握することで、一定の判断精度も確保できる。

0009

また、第1の軸と第2の軸とが直交していることが好ましい。こうすると、被加工物の接触面におけるレーザスポット溶接部の平面形状をより全体的に把握できるので、溶接品質の判断精度をより向上させることができる。

0010

また、レーザスポット溶接部は、被加工物の重ね合わせ部分に設定された溶接予定線に沿って所定の間隔で複数形成されており、第1の軸と溶接予定線とが一致していることが好ましい。レーザヘッドの移動と照射のタイミングのずれによって生じるレーザスポット溶接部の歪み方向は、溶接予定線とほぼ一致すると考えられる。したがって、第1の軸と溶接予定線とを一致させることにより、レーザスポット溶接部の歪み具合をより適切に把握することが可能となり、溶接品質の判断精度を一層向上させることができる。

0011

また、超音波探触子は、フェイズドアレイ探触子であることが好ましい。この場合、探触子の指向角が広くなるので、一度の走査で被加工物の接触面におけるレーザスポット溶接部の平面形状の検出が可能となる。また、走査の際、レーザスポット溶接部に対する探触子の角度ずれの影響を小さくできる。

発明の効果

0012

本発明に係るレーザスポット溶接部の評価方法によれば、溶接品質の可否の判断に要する手順を簡単化しつつ、一定の判断精度を確保することができる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、図面を参照しながら、本発明に係るレーザスポット溶接部の評価方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

0014

図1は、本発明の一実施形態に係るレーザスポット溶接部の評価方法が適用される接合体を示す斜視図である。また、図2は、図1におけるII−II線断面図である。図1に示すように、接合体1は、ワーク(被加工物)2A,2Bの端部同士を重ね合わせ接合することによって形成されている。ワーク2A,2Bは、例えば鉄道車両構体に用いる外板パネルであり、ワーク2A,2Bの重ね合わせ部分3の板厚は、0.8mm〜2.5mm程度となっている。

0015

ワーク2A,2Bの重ね合わせ部分3の略中央部分には、ワーク2A,2Bの端部に沿って溶接予定線Rが設定されており、この溶接予定線Rに沿って所定の間隔で複数(本実施形態では10箇所)のレーザスポット溶接部4が形成されている。各レーザスポット溶接部4は、レーザ照射装置及びワーク送り装置(図示しない)の協働により、例えば波長1.06μm、照射エネルギー約20JのYAGレーザをワーク2Bの外側面側から順次スポット照射することによって断面略円形状に形成される。

0016

また、各レーザスポット溶接部4は、ワーク2Aの底面側に対して非貫通となっている。すなわち、図2に示すように、各レーザスポット溶接部4の先端部4aはワーク2Aの内部に位置しており、各レーザスポット溶接部4は、ワーク2Bの外側面には露出しているが、ワーク2Aの外側面には露出していない状態となっている。これにより、鉄道車両構体の外壁部分となるワーク2Aの外側面において、熱歪みなどによる溶接痕が目立ちにくいようになっている。

0017

次に、上述したレーザスポット溶接部の評価方法について説明する。

0018

図3は、本実施形態に係るレーザスポット溶接部の評価方法を実現する評価装置の構成を示す図である。図3に示すように、評価装置10は、物理的には、CPU、メモリ通信インタフェイスハードディスクといった格納部、ディスプレイといった表示部、マウスキーボードといった入力部等を備えたコンピュータシステムである。

0019

評価装置10には、レーザスポット溶接部4の平面形状を検出するフェイズドアレイ探触子(超音波探触子)20が接続されている。フェイズドアレイ探触子20の先端側には、複数(例えば128端子)に分割された振動子が一列に設けられており、各振動子は、位相が少しずつ異なる超音波を発振可能となっている。このフェイズドアレイ探触子20は、レーザスポット溶接部4が露出していないワーク2Aの外側面側に密接し、例えばワーク2A,2Bの溶接予定線R(図1参照)に沿って、レーザスポット溶接部4の対向部位4bを横断するように走査される。そして、フェイズドアレイ探触子20は、各振動子から発振された超音波がレーザスポット溶接部4の表面及びワーク2A,2Bの接触面で反射したときのエコー高さを検出し、その検出信号を評価装置10に出力する。

0020

また、評価装置10は、機能的な構成要素として画像情報生成部101と、判断部102と、判断結果情報格納部103とを有している。画像情報生成部101は、フェイズドアレイ探触子20から受け取った検出信号に基づいて、ワーク2A,2Bの接触面におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sを示す画像情報を生成する部分である。図4に、画像情報の一例を示す。図4に示す例では、X軸がフェイズドアレイ探触子20の走査方向、Y軸が走査方向に直交する方向となっており、フェイズドアレイ探触子20によって検出されたエコー高さの分布色分けすることによって、ワーク2A,2Bの接触面におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの画像化がなされている。画像情報生成部101は、生成した画像情報を判断部102に出力する。

0021

判断部102は、画像情報生成部101から受け取った画像情報を解析し、レーザスポット溶接部4の溶接品質の可否を判断する部分である。より具体的には、判断部102は、まず、画像情報が示すレーザスポット溶接部4の平面形状Sから、フェイズドアレイ探触子20の走査方向(第1の軸に沿う方向:図4のX軸に対応)におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φaを算出する。また、判断部102は、φaの中点において、フェイズドアレイ探触子20の走査方向に直交する方向(第2の軸に沿う方向:図4のY軸に対応)におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φbを算出する。

0022

次に、判断部102は、φaとφbとの比φb/φaを算出する。判断部102は、φb/φaが例えば0.95〜1.05である場合には、レーザスポット溶接部4の溶接品質が正常であると判断する。また、判断部102は、φb/φaが0.95未満である場合、又はφb/φaが1.05を超えている場合には、レーザスポット溶接部4の溶接品質が異常であると判断する。判断部102は、レーザスポット溶接部4の溶接品質の判断結果を示す判断結果情報を生成し、判断結果情報格納部103に出力する。

0023

判断結果情報格納部103は、レーザスポット溶接部4ごとの判断結果情報を格納する部分である。図5に判断結果情報格納部103に格納される情報の一例を示す。図5に示す例では、レーザスポット溶接部4を識別する溶接部No「W001」に対し、φa「1.02mm」、φb「0.98」、φb/φa「0.96」、判断結果「OK」が関連付けられて格納されている。また、溶接部No「W002」に対し、φa「1.15mm」、φb「0.90」、φb/φa「0.78」、判断結果「NG」が関連付けられて格納されている。

0024

続いて、上述した構成を有する評価装置10の動作について、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。

0025

レーザスポット溶接部4の溶接品質の評価を行う場合、まず、レーザスポット溶接部4が露出するワーク2Bの外側面を下向きにして接合体1を載置する(図3参照)。次に、レーザスポット溶接部4が露出していないワーク2Aの外側面側において、ワーク2A,2Bの溶接予定線R(図1参照)に沿って、レーザスポット溶接部4の対向部位4bを横断するようにフェイズドアレイ探触子20を走査する(ステップS01)。

0026

このとき、フェイズドアレイ探触子20の各振動子からは、位相が少しずつ異なるようにしながら、例えば周波数が約17MHzの超音波を発振させる。そして、レーザスポット溶接部4の表面及びワーク2A,2Bの接触面で反射したときの超音波のエコー高さがフェイズドアレイ探触子20によって検出される。フェイズドアレイ探触子20からの検出信号は、評価装置10に順次出力され、ワーク2A,2Bの接触面におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの画像化がなされる(ステップS02)。

0027

レーザスポット溶接部4の平面形状Sの画像化が完了した後、評価装置10では、フェイズドアレイ探触子20の走査方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φaと、フェイズドアレイ探触子20の走査方向に直交する方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φbとがそれぞれ算出される(ステップS03)。そして、φaとφbとの比φb/φaの値が一定の範囲内であるか否かに基づいて、レーザスポット溶接部4の溶接品質が正常であるか異常であるかが判断される(ステップS04)。

0028

溶接品質の判断の後、判断結果が格納されると(ステップS05)、評価装置10の処理が完了する。以下、接合体1に形成された他のレーザスポット溶接部4についてもステップS01〜ステップS05の処理を行うことにより、レーザスポット溶接部4の溶接品質の評価が完了する。

0029

以上説明したように、このレーザスポット溶接部の評価方法では、フェイズドアレイ探触子20の走査方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φaと、フェイズドアレイ探触子20の走査方向に直交する方向におけるレーザスポット溶接部4の平面形状Sの径φbとの比φb/φaを算出し、φb/φaの値が一定の範囲内であるか否かに基づいて、レーザスポット溶接部4の溶接品質の可否を判断する。

0030

ここで、φa及びφbは、フェイズドアレイ探触子20によって検出されたレーザスポット溶接部4の平面形状Sの画像化によって簡単に求めることができる。そのため、複雑な解析を伴わずに、簡単な手順で溶接品質の可否を判断できる。また、レーザスポット溶接部4は、殆どの場合、レーザビームの形状の歪みや、レーザヘッドの移動と照射のタイミングのずれ等の原因により、真円に対して僅かに楕円状となっているに過ぎない。したがって、φa及びφbの比φb/φaを算出し、レーザスポット溶接部4の平面形状Sを大まかに把握することで、一定の判断精度も確保される。

0031

また、本実施形態では、φaを算出する軸を、接合体1における溶接予定線Rと一致させている。これは、レーザヘッドの移動と照射のタイミングのずれによって生じるレーザスポット溶接部の歪み方向は、溶接予定線とほぼ一致すると考えられるためであり、φaを算出する軸を、接合体1における溶接予定線Rと一致させることにより、レーザスポット溶接部の歪み具合をより適切に把握することが可能となる。このことは、溶接品質の判断精度の更なる向上を実現する。

0032

さらに、本実施形態では、超音波探触子としてフェイズドアレイ探触子20を用いている。フェイズドアレイ探触子20では、振動子が複数に分割されているため、探触子の指向角が広く、一度の走査でレーザスポット溶接部4の平面形状Sの検出が可能となる。また、走査の際、レーザスポット溶接部4に対する探触子の角度ずれの影響を小さくできる。

図面の簡単な説明

0033

本発明の一実施形態に係るレーザスポット溶接部の評価方法が適用される接合体を示す斜視図である。
図1におけるII−II線断面図である。
評価装置の構成を示す図である。
画像情報の一例を示す図である。
評価結果情報格納部に格納される情報の一例を示す図である。
図3に示した評価装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

0034

2A,2B…ワーク(被加工物)、3…重ね合わせ部分、4…レーザスポット溶接部、4b…対向部位、20…フェイズドアレイ探触子(超音波探触子)、R…溶接予定線、S…平面形状、φa…第1の径、φb…第2の径。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社ナベルの「 検査装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】従来の検査装置と異なる新しい原理で検査対象を検査する検査装置を提供する。【解決手段】検査装置10は、打撃体1と、応力発光体2と、検出部31と、入射抑制部8とを備える。入射抑制部8は、検出部31... 詳細

  • 大成建設株式会社の「 配管の肉厚を計測するための計測装置および配管摩耗監視システム」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】配管の肉厚の計測作業を効率良く実施可能な技術を提供すること。【解決手段】円筒形状の配管に固定して、配管の肉厚を計測する計測装置であって、超音波探触子10、位置保持具20、および磁石30から構成... 詳細

  • 三菱日立パワーシステムズ株式会社の「 フィンチューブの検査装置および方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】フィンチューブの検査装置および方法において、フィンチューブの検査作業の効率化を図ると共に検査精度の向上を図る。【解決手段】フィンチューブ31における長手方向の端部に設けられて超音波を発信する発... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ