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技術 スポット溶接品質監視方法及び監視装置

出願人 株式会社向洋技研
発明者 杉林俊雄吉田瞬甲斐孝治
出願日 2012年9月14日 (8年3ヶ月経過) 出願番号 2012-202417
公開日 2014年3月27日 (6年8ヶ月経過) 公開番号 2014-054666
状態 特許登録済
技術分野 スポット溶接
主要キーワード スベリ現象 電極部構造 金属板製品 座グリ センサインターフェイス 異形孔 品質監視装置 センサインターフェース
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年3月27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 (9)

課題

スポット溶接溶接品質品質不良を、溶接機に設置した監視装置で検知し、即座に、良否判定の可能なシステムを備えた溶接方法及び溶接装置を提供する。

解決手段

スポット溶接機1の下電極4に据え付けられた八角弾性リング22に歪ゲージ23を貼り付けた2方向分力計21で加圧力の異常な分力Fyを計測し、予め設定した閾値Pをパソコン画面に表示し、この閾値Pを超えた測定値に対し、警報を発して検出するシステムを備えた溶接方法及び溶接装置とする。

概要

背景

従来、金属板、特に鋼板の結合には、二枚の被溶接物を重ねて、加圧通電し、その抵抗熱で、融接するスポット溶接工法が、種々の製品、例えば、自動車ボディの結合や自動販売機筐体など、多くの分野で用いられている。

スポット溶接の品質を決定する三大条件は「電極加圧力」、「溶接電流」、「通電時間」といわれる。しかし、その他の外部要因、例えば、多くの溶接打点による溶接電極の経時的な形状の変化による接触抵抗の変動や電極の面直度のズレ、被溶接物(材料)の表面状態不均一性表面欠陥による接触抵抗等の変動、電極部構造剛性劣化などにより、適切な溶接品質が得られず、溶接不良となる問題がある。

「溶接電流」及び「通電時間」はスポット溶接機制御装置材質板厚の種々の相違に対応するよう事前に設定された溶接条件が入力されている。「電極加圧力」も当然事前に設定された溶接条件が入力されているが、上記に示した外部要因により被溶接物に対して設定した加圧力が付与されていない状態が発生しているではないか、という疑念がある。これは、溶接スベリといわれる現象が往々に発生し、溶接不良を引き起こしているのと関連性があると推測される。

スポット溶接の品質を検査監視する方法は、従来から数多く提案されている。
更に近年は難溶接材料の使用が多くなったことによる溶接不良発生の増大のため、更なる溶接品質の監視が必要視されている。
従来のスポット溶接の品質を検査、監視する方法を概して言うと、多くは溶接後の溶融部ナゲット径計測する手段が多い。その多くは、超音波を透過させ測定する方法である。
超音波での測定方法以外にも、チップ間電圧や、チップ間抵抗を求め、溶接品質の良否を判定する方法などがある。
しかし、スベリ現象など、溶接する過程の不具合に対しての解析や判定する方法はまだ提案されていない。

スポット溶接の品質を検査する従来の事例として下記の特許文献がある。
特許文献1、特許文献2は超音波によるナゲットの測定方法の事例である。
特許文献3には、従来の技術の概要が明示されているが、特許文献3は溶接機品質監視装置を設置し即座に品質の良否を判定するものである。
これらは、いずれも上記に示した従来の検査方法であり、前述した溶接する過程の不具合に対して判定する方法ではない。

概要

スポット溶接の溶接品質の品質不良を、溶接機に設置した監視装置で検知し、即座に、良否判定の可能なシステムを備えた溶接方法及び溶接装置を提供する。スポット溶接機1の下電極4に据え付けられた八角弾性リング22に歪ゲージ23を貼り付けた2方向分力計21で加圧力の異常な分力Fyを計測し、予め設定した閾値Pをパソコン画面に表示し、この閾値Pを超えた測定値に対し、警報を発して検出するシステムを備えた溶接方法及び溶接装置とする。

目的

本発明は、スポット溶接での溶接不良を、溶接する過程で検知し、即座に判定できる装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

スポット溶接機において、固定側の下電極ツバ部を設け、前記ツバ部の下面で押圧されるよう2分力計を設置し、前記2分力計は八角弾性リングの横方向の6箇所の表面と複数の異形孔部に歪ゲージを取り付け、上面の加圧力を2分力Fz、Fyに分解し検知するよう構成し、一方の分力Fyが、前もって定めた閾値を越えたときに、異常と警告するシステムを備えた、スポット溶接機の溶接品質監視方法

請求項2

スポット溶接機において、固定側の下電極にツバ部を設け、前記ツバ部の下面で押圧されるよう2分力計を設置し、前記2分力計は八角弾性リングの横方向の6箇所の表面と複数の異形孔部に歪ゲージを取り付け、上面の加圧力を2分力Fz、Fyに分解し検知するよう構成し、一方の分力Fyが、前もって定めた閾値を越えたときに、異常と警告するシステムを備えた、スポット溶接機の溶接品質監視装置

技術分野

0001

本発明は、金属板スポット溶接品質の監視方法及び監視装置であり、特に溶接時、瞬時に溶接不良を検知できる方法及び装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、金属板、特に鋼板の結合には、二枚の被溶接物を重ねて、加圧通電し、その抵抗熱で、融接するスポット溶接工法が、種々の製品、例えば、自動車ボディの結合や自動販売機筐体など、多くの分野で用いられている。

0003

スポット溶接の品質を決定する三大条件は「電極加圧力」、「溶接電流」、「通電時間」といわれる。しかし、その他の外部要因、例えば、多くの溶接打点による溶接電極の経時的な形状の変化による接触抵抗の変動や電極の面直度のズレ、被溶接物(材料)の表面状態不均一性表面欠陥による接触抵抗等の変動、電極部構造剛性劣化などにより、適切な溶接品質が得られず、溶接不良となる問題がある。

0004

「溶接電流」及び「通電時間」はスポット溶接機制御装置材質板厚の種々の相違に対応するよう事前に設定された溶接条件が入力されている。「電極加圧力」も当然事前に設定された溶接条件が入力されているが、上記に示した外部要因により被溶接物に対して設定した加圧力が付与されていない状態が発生しているではないか、という疑念がある。これは、溶接スベリといわれる現象が往々に発生し、溶接不良を引き起こしているのと関連性があると推測される。

0005

スポット溶接の品質を検査監視する方法は、従来から数多く提案されている。
更に近年は難溶接材料の使用が多くなったことによる溶接不良発生の増大のため、更なる溶接品質の監視が必要視されている。
従来のスポット溶接の品質を検査、監視する方法を概して言うと、多くは溶接後の溶融部ナゲット径計測する手段が多い。その多くは、超音波を透過させ測定する方法である。
超音波での測定方法以外にも、チップ間電圧や、チップ間抵抗を求め、溶接品質の良否を判定する方法などがある。
しかし、スベリ現象など、溶接する過程の不具合に対しての解析や判定する方法はまだ提案されていない。

0006

スポット溶接の品質を検査する従来の事例として下記の特許文献がある。
特許文献1、特許文献2は超音波によるナゲットの測定方法の事例である。
特許文献3には、従来の技術の概要が明示されているが、特許文献3は溶接機品質監視装置を設置し即座に品質の良否を判定するものである。
これらは、いずれも上記に示した従来の検査方法であり、前述した溶接する過程の不具合に対して判定する方法ではない。

先行技術

0007

特開平06-138100号公報
特開2007−232526号公報
特開平06−170552号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、スポット溶接での溶接不良を、溶接する過程で検知し、即座に判定できる装置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

0009

本発明は次の構成により上記課題を解決する。
<構成1>
スポット溶接機において、
固定側の下電極ツバ部を設け、前記ツバ部の下面で押圧されるよう2分力計を設置し、
前記2分力計は八角弾性リングの横方向の6箇所の表面と複数の異形孔部に歪ゲージを取り付け、上面の加圧力を2分力Fz、Fyに分解し検知するよう構成し、
一方の分力Fyが、前もって定めた閾値を越えたときに、異常と警告するシステムを備えた、
スポット溶接機の溶接品質監視方法。

0010

<構成2>
スポット溶接機において、
固定側の下電極にツバ部を設け、前記ツバ部の下面で押圧されるよう2分力計を設置し、
前記2分力計は八角弾性リングの横方向の6箇所の表面と複数の異形孔部に歪ゲージを取り付け、上面の加圧力を2分力Fz、Fyに分解し検知するよう構成し、
一方の分力Fyが、前もって定めた閾値を越えたときに、異常と警告するシステムを備えた、
スポット溶接機の溶接品質監視装置。

図面の簡単な説明

0011

スポット溶接機1で被溶接物Wを溶接する時の一般的な工程を示す説明図である。
本発明の予備実験として3方向分力計20をスポット溶接機1に組み込んだ状態を示す説明図である。
図2実験した3分力計の2方向の分力Fx、Fyを示す説明図である。
スポット溶接機1に本発明の2方向分力計21を組み込んだ状態を示す説明図で、(a)は作業者側から見ての側面、(b)は正面からを示す。
図3で組み込んだ2方向分力計21の説明図である。
全体のシステムを表示するブロック図である。
分力と溶接強度の関連を示す説明図である。
異常な分力の閾値の領域と測定値を表示したパソコン画面であり、2つの事例(a)、(b)である。

0012

スポット溶接は、上下に配置した電極で被溶接物を挟持しつつ、加圧シリンダで所定の圧力で押圧する。直後、制御部に設定された溶接電流が所定の時間だけ印加され、溶接が実施される。その後、加圧解除されて、溶接1打点が完了する。図1は被溶接物をスポット溶接機で溶接する一般的なスポット溶接工程の説明図である。ここでのスポット溶接機1は特開2012−30283に示すものを用いている。

0013

溶接時の電極のスベリといわれる現象を先に解析するため、図1の下電極を取り外し、図2のように3方向分力計を取り付ける。この3方向分力計は直交する3方向の力Fx、Fy、Fzを計測する計器であり、解析での実験には、精度の高い水晶圧電式の3方向分力計20を用いている。
この実験では、上電極と3方向分力計20との位置を溶接機の躯体2から、徐々に離れさせたときの、加圧力を3方向分力計で計測し、そのデータを示したのが、図3である。図3では躯体2からの距離AmmとBmmでの2方向の分力Fx、Fyを表示している。この図から判別されることは、X方向の力がに近いことである。データを一部しか記載していないが、いずれの場所においても、X方向の力が零に近いことが判明した。
そこで、本発明では零に近い1方向の力Fxの計測は不要と考え、新たに案出する2方向の分力計により、溶接スベリと分力の関連を計測し、更に溶接品質との相関を追及する。本発明は溶接スベリの分力を計測する方法を提案し、また、溶接品質の簡便な監視装置を提供する。
この内容を以下、添付する図を用いて実施例を説明すると、次のとおりである。

0014

本発明の実施例1の全体概要が図4である。

0015

先に説明したように、スポット溶接機1には図4に示すように、図5の2分力計21を配備する。
上電極3が降下して被溶接物Wを押圧すると、2分力計21で分力が計測されシステムとして連動してパソコン画面に2分力の一方のFyが表示される。これが閾値をこえると異常値として検出される。

0016

図5(a)、(b)に示す2分力計21ではフレーム部の八角弾性リング22の横の表面6箇所と、2つの異形孔部24の座グリ部分に、各々歪ゲージ23が合計8個取り付けられている。中央の挿入孔25で下電極4を嵌合し図4に示すように組み込む。下電極4のツバ部8は下電極4と一体であり、上電極3が降下して被溶接物Wを押圧すると同時に、ツバ部8の下面が2分力計21の上面を押圧し、八角弾性リング22がたわみ、同時に8箇所の歪ゲージ23がこれを検知する。

0017

図6はシステム概要を示すブロック図である。
スポット溶接機1に取り付けられた2分力計21の測定値はセンサインターフェイス24を介してPC(パーソナルコンピュータ)27の画面に表示される。

0018

図7は分力Fyの変動による溶接強度の関連を表すグラフである。強度の限界値Hは製品の用途や被溶接物の材質及び板厚により、強度の限界値Hを設定する。JISZ3140に記載してあるA級、B級、C級に溶接強度を分類しているのと同様である。また、グラフにおけるP値は溶接強度の限界値Hのときの分力Fyの値であり、これを閾値とする。この閾値よりもFyの数値が大きくなったときは、溶接異常と判定する。

実施例

0019

図8のグラフは溶接直後に分力の測定値FyがPC27画面に表示されたものである。リアルタイムで閾値との関連を判別でき、即座に異常を検出でき、不良品の流出を未然に防ぐことができる。(a)は本発明の2分力計使用時のものである。(b)は今後他の溶接機を使用しFx、Fyの計測が必要となった場合、3分力計を設置したときの参考の事例である。

0020

スポット溶接する金属板製品の異常な溶接を検出し、品質の良否を即座に判定し、不具合品の流出を、未然に防止できる。

0021

1スポット溶接機
2躯体
3上電極
4下電極
加圧用エアシリンダ
7 上電極ホルダ
8ツバ部
9 下電極ホルダ
11溶接チップ
12溶接トランス
13導電板オンス銅板
20 3方向分力計
21 2方向分力計
22八角弾性リング
23歪ゲージ
24異形孔
25挿入孔
26センサインターフェース
27 PC
H溶接強度の限界値
P閾値とした分力
W 被溶接材

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