JP2014144468A - Welding quality guaranteeing device and welding quality guaranteeing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接品質保証装置および溶接品質保証方法に係り、特に、スポット溶接の良否を溶接中に予測し、溶接条件を制御することで安定したスポット溶接の品質を保証することができる溶接品質保証装置および溶接品質保証方法に関する。 The present invention relates to a welding quality assurance device and a welding quality assurance method, and in particular, weld quality that can predict the quality of spot welding during welding and control the welding conditions to ensure stable spot welding quality. The present invention relates to a guarantee device and a welding quality guarantee method.
従来から、この種のスポット溶接の良否をチェック方法として、（イ）溶接不良の発生を効率よく検出するとともに、溶接不良の発生を予測することができるスポット溶接ロボットの制御装置（例えば、特許文献１等）や（ロ）溶接中に発生する欠陥をリアルタイムで発見すること等で、溶接中にリアルタイムに溶接品質を判定するもの等が知られている（例えば、特許文献２等）。 Conventionally, as a method for checking the quality of this kind of spot welding, (a) a control device for a spot welding robot that can efficiently detect the occurrence of welding failure and can predict the occurrence of welding failure (for example, patent document) 1) and (b) a technique for determining a welding quality in real time during welding by finding a defect generated during welding in real time (for example, Patent Document 2).
前述の（イ）の制御装置は、スポット溶接時における溶接部の発熱温度のピーク温度と溶接部の固着力とが相関関係を有することを利用して、溶接品質をチェックするもので、すなわち、スポット溶接部１の発熱温度を監視し、当該発熱温度のピーク温度と所定の閾値とを比較することで、溶接品質の良否を判定するものである。 The control device of (a) described above checks the welding quality by utilizing the fact that the peak temperature of the heat generation temperature of the welded part at the time of spot welding and the fixing force of the welded part have a correlation, that is, The heat generation temperature of the spot welded portion 1 is monitored, and the quality of the welding quality is determined by comparing the peak temperature of the heat generation temperature with a predetermined threshold value.
このような（イ）の制御装置によれば、発熱温度のピーク温度が閾値の範囲外にあるときに溶接不良を検出することができ、ワークの非破壊状態で全数の溶接品質が可能となるものの、溶接品質の良否を判定するのみで、溶接品質は保証することができないという難点があった。 According to such a control device (A), it is possible to detect a welding failure when the peak temperature of the heat generation temperature is outside the range of the threshold value, and it is possible to achieve a total number of welding qualities in a non-destructive state of the workpiece. However, there is a problem that the welding quality cannot be guaranteed only by judging the quality of the welding quality.
一方、前述の（ロ）の溶接品質の判定技術は、各処理単位における溶接中の電流と電圧等の溶接箇所の溶接エネルギーに関係する物理量を測定し、測定した当該物理量をデジタル値とし、さらに当該溶接の品質の良否を適確に反映するように信号処理し、得られた結果を基準値と比較して当該単位処理における溶接の品質をリアルタイムで判定するものである。 On the other hand, the welding quality judgment technique (b) described above measures a physical quantity related to the welding energy of a welding location such as current and voltage during welding in each processing unit, and uses the measured physical quantity as a digital value. Signal processing is performed so as to accurately reflect the quality of the welding, and the obtained result is compared with a reference value to determine the quality of welding in the unit processing in real time.
このような（ロ）の溶接品質の判定技術によれば、溶接中に欠陥が発生すればリアルタイムで欠陥の発生を発見することで、溶接中にリアルタイムで溶接品質を判定することができるため、溶接品質の管理が大きく改善され、溶接の精度、作業効率、生産コスト等を大きく向上させることができる。 According to such (b) welding quality judgment technology, if a defect occurs during welding, the occurrence of the defect can be found in real time, so that the welding quality can be judged in real time during welding. Management of welding quality is greatly improved, and welding accuracy, work efficiency, production cost, etc. can be greatly improved.
しかしながら、このような（ロ）の溶接品質の判定技術においては、溶接エネルギーに関する物理量を測定してデジタル化しているところ、測定している要因が従来の溶接条件でありシュミレーションのみで実際の発熱量を測定していないため、ナゲットの生成に関する直接的な画像は捉えられていないという難点がある。 However, in this (b) welding quality judgment technique, physical quantities related to welding energy are measured and digitized, and the measured factors are the conventional welding conditions, and the actual heating value is obtained only by simulation. Since this is not measured, there is a difficulty in that a direct image relating to nugget generation is not captured.
本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、特にスポット溶接の良否を溶接中に予測し、溶接条件を制御することで、安定したスポット溶接の品質を保証することができる溶接品質保証装置および溶接品質保証方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such conventional difficulties, and in particular, predicts the quality of spot welding during welding and controls the welding conditions to ensure stable spot welding quality. It is an object of the present invention to provide a welding quality assurance device and a welding quality assurance method.
上述の目的を達成する本発明の溶接品質保証装置は、溶接部の表面を撮像するための熱センサアレイを備えた溶接品質保証装置であって、熱センサアレイで溶接中の溶接チップ先端部の周囲の温度分布をリアルタイムで計測し、温度分布に基づいて温度変化データを作成する手段と、溶接中に、温度変化データと、予めデータベースに記憶した最良の温度変化データとを比較して溶接の良否を予測する手段と、溶接が不良と予測された場合に、リアルタイムで溶接条件を制御する手段とを備えるものである。 The welding quality assurance device of the present invention that achieves the above-described object is a welding quality assurance device that includes a thermal sensor array for imaging the surface of a welded portion, and is provided for the tip of a welding tip being welded by the thermal sensor array. A means for measuring ambient temperature distribution in real time and creating temperature change data based on the temperature distribution, and comparing the temperature change data with the best temperature change data stored in the database in advance during welding. Means for predicting pass / fail and means for controlling welding conditions in real time when welding is predicted to be defective are provided.
本発明の第２の態様は、第１の態様である溶接品質保証装置において、熱センサアレイとして、高速度赤外線カメラが用いられているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the welding quality assurance device according to the first aspect, a high-speed infrared camera is used as the thermal sensor array.
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様である溶接品質保証装置において、溶接中に作成された温度変化データは、トレーサビリティ情報として記録されるものである。 According to a third aspect of the present invention, in the welding quality assurance device according to the first aspect or the second aspect, temperature change data created during welding is recorded as traceability information.
本発明の溶接品質保証方法は、第1の態様乃至第３の態様の何れかの態様である溶接品質保証装置を用いてリアルタイムで溶接の品質を保証するものである。 The welding quality assurance method of the present invention guarantees the quality of welding in real time using the welding quality assurance device according to any one of the first to third aspects.
本発明の溶接品質保証装置および溶接品質保証方法によれば、次のような作用効果を奏する。 According to the welding quality assurance device and the welding quality assurance method of the present invention, the following effects can be obtained.
第１に、スポット溶接の良否を溶接中に予測し、溶接条件を適切な条件に制御することで、高品質の溶接を保証（溶接品質を保証）することができる。また、溶接条件の制御範囲から調整項目（電流や通電時間等）が外れそうな場合は、溶接品質が不良と予測されることから、詳細な設備メンテナンスの情報（チップ研磨、チップ交換,２次線交換、水流量調整等）が得られることで迅速なメンテナンスを実施することができる。さらに、きめ細かなメンテナンス指示により、溶接資材や無駄な予防保全期間を減らすことができる。また、溶接中にスパッタが発生しそうになった場合は、通電停止の制御を行うことで、スパッタの発生を確実に防止でき、ひいてはスパッタの発生による作業者への危険性や溶接機周辺の汚れなどを防止することができる。 First, it is possible to guarantee high quality welding (guaranteed welding quality) by predicting the quality of spot welding during welding and controlling the welding conditions to appropriate conditions. In addition, if the adjustment items (current, energization time, etc.) are likely to deviate from the control range of welding conditions, the welding quality is predicted to be poor, so detailed equipment maintenance information (chip polishing, chip replacement, secondary Rapid maintenance can be performed by obtaining wire exchange, water flow rate adjustment, and the like. Furthermore, detailed maintenance instructions can reduce welding materials and useless preventive maintenance periods. In addition, if spatter is likely to occur during welding, it is possible to reliably prevent spatter by controlling the de-energization. As a result, there is a danger to workers due to spatter and contamination around the welder. Etc. can be prevented.
第２に、熱センサアレイとして、高速度赤外線カメラを用いた場合には、スポット溶接部の温度変化（発熱）を１ｍｓ以下の高速で（リアルタイムで）計測することができ、ひいてはナゲット生成と関連付けすることができる。 Second, when a high-speed infrared camera is used as the thermal sensor array, the temperature change (heat generation) of the spot weld can be measured at a high speed (in real time) of 1 ms or less, which is associated with nugget generation. can do.
第３に、例えば、情報処理装置に、溶接中に作成された温度変化データ等のトレーサビリティ情報（履歴データ）を集計し記憶することで、溶接チップの劣化や消耗度合いなどを把握することができる。また、当該トレーサビリティ情報は、溶接品質管理の有用なデータやメンテナンス時期の工程管理、若しくは不良解析のデータ等として活用することもできる。 Thirdly, for example, by collecting and storing traceability information (history data) such as temperature change data created during welding in the information processing apparatus, it is possible to grasp the deterioration or degree of wear of the welding tip. . The traceability information can also be utilized as useful data for welding quality control, process management at the maintenance time, or data for defect analysis.
以下、本発明の溶接品質保証装置を実施するための最良の形態例について、図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the welding quality assurance device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の溶接品質保証装置を実施するためのシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram for implementing the welding quality assurance apparatus of the present invention.
同図において、本発明における溶接品質保証装置は、スポット溶接部１の周辺に配置され、溶接チップ１１ａ、１１ｂ（後述）の先端部周囲を高速度で撮像するための熱センサアレイとしての高速度赤外線カメラ２と、当該高速度赤外線カメラ２で撮像した画像を処理するための画像処理部３１（後述）やデータベース３２（後述）等を有する情報処理装置３と、スポット溶接部１の溶接条件をコントロールするためのタイマコンタク４とを備えている。 In the figure, the welding quality assurance device according to the present invention is arranged around the spot welded portion 1 and has a high speed as a thermal sensor array for imaging the periphery of the tips of welding tips 11a and 11b (described later) at a high speed. Welding conditions for the spot welding unit 1 and the information processing device 3 having an infrared camera 2, an image processing unit 31 (described later) and a database 32 (described later) for processing an image captured by the high-speed infrared camera 2, and the like. And a timer contact 4 for control.
なお、情報処理装置３は、第１のラインＬ１を介して高速度赤外線カメラ２に、第２のラインＬ２を介してタイマコンタクタ４にそれぞれ接続されており、相互間でデータの送受信が可能となるように構成されている。 The information processing apparatus 3 is connected to the high-speed infrared camera 2 via the first line L1 and to the timer contactor 4 via the second line L2, respectively, so that data can be transmitted and received between them. It is comprised so that it may become.
スポット溶接部１は、スポット溶接ガン（不図示）に装着され相対向する位置に配置された一対の溶接チップ（電極）１１ａ、１１ｂを備えている。当該スポット溶接ガンは、自動車の生産ラインに設置された加圧装置６ａ、６ｂの図示しないアームに装着されている。 The spot welding part 1 is equipped with a pair of welding tips (electrodes) 11a and 11b that are attached to a spot welding gun (not shown) and arranged at opposite positions. The spot welding gun is mounted on an arm (not shown) of the pressurizing devices 6a and 6b installed in the automobile production line.
なお、当該加圧装置６ａ、６ｂは、タイマコンタクタ４からの指示により制御され動作するように構成されている。 The pressurizing devices 6a and 6b are configured to operate under the instruction from the timer contactor 4.
熱センサアレイとしての高速度赤外線カメラ２は、溶接チップ１１ａが装着されたスポット溶接ガンの近傍に、具体的には、溶接チップ１１ａの先端部周囲を撮像できる位置に設置されている。 The high-speed infrared camera 2 as a thermal sensor array is installed in the vicinity of the spot welding gun to which the welding tip 11a is attached, specifically, at a position where the periphery of the tip of the welding tip 11a can be imaged.
熱センサアレイとしては、高速赤外線カメラ２を使用することが好ましい。本実施例では、株式会社チノー社製のハイエンド赤外線サーモグラフィ（ＣＰＡ−ＳＣ２５００）を使用している。このような、高速赤外線カメラによれば、フレームタイム、シャッタスピードが速いことからスポット溶接部１の温度変化を１ｍｓ以下の高速で、すなわちリアルタイムで計測することができ、ひいてはナゲット生成と関連付けすることができる。 It is preferable to use a high-speed infrared camera 2 as the thermal sensor array. In this embodiment, a high-end infrared thermography (CPA-SC2500) manufactured by Chino Co., Ltd. is used. According to such a high-speed infrared camera, since the frame time and the shutter speed are fast, the temperature change of the spot welded portion 1 can be measured at a high speed of 1 ms or less, that is, in real time, and thus associated with nugget generation. Can do.
情報処理装置３は、コンピュータにより構成されており、高速度赤外線カメラ２で撮像した画像（例えば、画像処理速度が１ｍｓ、画像の測定範囲が２ｍｍ２）を処理するための画像処理部３１と、事前に各被溶接物を各種条件で溶接し、溶接プロセスを計測し、溶接結果も併せて保存するデータベース３２と、情報処理装置３の構成各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）３３と、画像処理部３１及び第１のラインＬ１間の信号伝送路を形成するカメラ側Ｉ／Ｆ（インターフェース）３４と、ＣＰＵ３３及び第２のラインＬ２間の信号伝送路を形成するタイマコンタクタ側Ｉ／Ｆ３５とを備えている。 The information processing apparatus 3 is configured by a computer, and an image processing unit 31 for processing an image captured by the high-speed infrared camera 2 (for example, an image processing speed is 1 ms and an image measurement range is 2 mm 2 ), A database 32 that welds each workpiece under various conditions in advance, measures the welding process, and stores the welding results together, a CPU (Central Processing Unit) 33 that controls each component of the information processing device 3, and an image A camera side I / F (interface) 34 that forms a signal transmission path between the processing unit 31 and the first line L1, and a timer contactor side I / F 35 that forms a signal transmission path between the CPU 33 and the second line L2. It has.
ＣＰＵ３３は、統計処理で溶接品質の良否を判断するための比較部３３ａと、溶接チップ１１ａの周囲を複数ポイントで撮像した温度分布を記録（トレーサービリティ）するためのデータ格納部３３ｂとを備えている。 The CPU 33 includes a comparison unit 33a for determining the quality of the welding quality by statistical processing, and a data storage unit 33b for recording (traceability) the temperature distribution obtained by imaging the periphery of the welding tip 11a at a plurality of points. Yes.
高速度赤外線カメラ２は、画像処理部３１からの指示（撮像指示信号）によって、溶接チップ１１ａの先端部周囲を撮像する。また、高速度赤外線カメラ２は、画像処理部３１に、前述の撮像した溶接チップ１１ａの先端部周囲の画像を伝送する。 The high-speed infrared camera 2 images the periphery of the tip of the welding tip 11 a according to an instruction (imaging instruction signal) from the image processing unit 31. Further, the high-speed infrared camera 2 transmits to the image processing unit 31 an image around the tip of the welding tip 11a that has been captured.
データベース３２には、後述するようにして、良品データ、不良データおよび溶接打点Ｎｏ等の各種データが保存されている。 The database 32 stores various data such as non-defective product data, defect data, and welding spot number as will be described later.
タイマコンタクタ４は、溶接用ロボットに設置されたスポット溶接ガンに対して溶接電流の供給制御、加圧通電時間の制御等を行う。当該タイマコンタクタ４には溶接トランス５が接続されている。スポット溶接ガンは、タイマコンタクタ４からの「スポット溶接の実行を指示する信号」を受信した場合、スポット溶接ガンの溶接チップ１１ａ、１１ｂによってワーク１２ａ、１２ｂの溶接箇所を押圧挟持し通電してスポット溶接を行う。 The timer contactor 4 performs welding current supply control, pressurization energization time control, and the like for a spot welding gun installed in a welding robot. A welding transformer 5 is connected to the timer contactor 4. When the spot welding gun receives a “signal for instructing execution of spot welding” from the timer contactor 4, the welding spot of the workpieces 12 a and 12 b is pressed and sandwiched by the welding tips 11 a and 11 b of the spot welding gun to energize the spot welding gun. Weld.
なお、符号１３はナゲット、１４は電流パスを示している。 Reference numeral 13 denotes a nugget, and 14 denotes a current path.
ここで、表面温度計測の期待原理について説明する。 Here, the expected principle of surface temperature measurement will be described.
すなわち、スポット溶接においては、図１に示す溶接チップ１１ａ、１１ｂの接触部から被溶接部としてのワーク１２ａ、１２ｂに大電流を通電することにより、溶接チップ１１ａ、１１ｂとワーク１２ａ、１２ｂ間の接触抵抗により発熱し、当該部が温度上昇することで当該部の抵抗増大によりさらに発熱量が増大する。これにより、スポット溶接部１のナゲット１３の中心部の温度は、１３００℃程度になり、当該温度はワーク１２ａ、１２ｂと溶接チップ１１ａ、１１ｂへの放熱バランスで決まると考えられる。 That is, in spot welding, a large current is applied to the workpieces 12a and 12b as welded portions from the contact portions of the welding tips 11a and 11b shown in FIG. 1 to thereby connect the welding tips 11a and 11b and the workpieces 12a and 12b. Heat is generated by the contact resistance, and the temperature of the part rises, so that the amount of heat generation is further increased by increasing the resistance of the part. Thereby, the temperature of the center part of the nugget 13 of the spot welded part 1 is about 1300 ° C., and the temperature is considered to be determined by the heat radiation balance to the workpieces 12a and 12b and the welding tips 11a and 11b.
このように、スポット溶接は、発熱とワーク１２ａ、１２ｂの材料・表面及び溶接チップ１１ａ、１１ｂからの放熱を利用して、必要部分のみ溶融に必要な高温領域にすることにより良好な溶接品質が得られる。 As described above, the spot welding uses the heat generation and the material / surface of the workpieces 12a and 12b and the heat radiation from the welding tips 11a and 11b, so that only a necessary portion has a high temperature region necessary for melting, thereby achieving good welding quality. can get.
また、高速度赤外線カメラ２は、溶接の鍵であるスポット溶接の溶接チップ１１ａ先端部周辺の温度変化をリアルタイムで計測することで、ナゲット生成と関連付けることができる。 The high-speed infrared camera 2 can be correlated with nugget generation by measuring in real time the temperature change around the tip of the spot welding tip 11a, which is the key to welding.
ここで、熱センサアレイとしての高速度赤外線カメラ２、情報処理装置３の画像処理部３１およびデータベース３２は、本発明における「熱センサアレイで溶接中の溶接チップ先端部の周囲の温度分布をリアルタイムで計測し、温度分布に基づいて温度変化データを作成する手段」としての機能を有している。また、情報処理装置３の画像処理部３１、データベース３２およびＣＰＵ３２の比較部３３ａは、本発明における「溶接中に、温度変化データと、予めデータベースに記憶した最良の温度変化データとを比較して溶接の良否を予測する手段」としての機能を有している。さらに、情報処理装置３のＣＰＵ３３は、本発明における「溶接が不良と予測された場合に、リアルタイムで溶接条件を制御する手段」としての機能を有している。 Here, the high-speed infrared camera 2 as the thermal sensor array, the image processing unit 31 of the information processing device 3 and the database 32 are “real-time temperature distribution around the tip of the welding tip being welded by the thermal sensor array”. It has a function as “means for creating temperature change data based on temperature distribution”. In addition, the image processing unit 31 of the information processing device 3, the database 32, and the comparison unit 33a of the CPU 32 in the present invention compare “temperature change data during welding with the best temperature change data stored in the database in advance. It has a function as “means for predicting the quality of welding”. Furthermore, the CPU 33 of the information processing apparatus 3 has a function as “means for controlling welding conditions in real time when welding is predicted to be defective” in the present invention.
図２は、最良の温度変化データを作成するためのデータベースの構築方法を説明するフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart for explaining a database construction method for creating the best temperature change data.
先ず、各種の被溶接部材としてのワーク１２ａ、１２ｂの材質、板厚、ワーク１２ａ、１２ｂに対する加圧力、電流、通電時間、溶接チップ１１ａ、１１ｂの先端径、冷却等の各種データをデータベースに取り込む（Ｓ１）。 First, various data such as the material and thickness of the workpieces 12a and 12b as various members to be welded, the pressure applied to the workpieces 12a and 12b, the current, the energization time, the tip diameter of the welding tips 11a and 11b, and the cooling are taken into the database. (S1).
次いで、溶接部の板組みを行い、良品、不良となる溶接条件で加圧通電し、溶接チップ１１ａの周辺温度と溶接条件のデータを連続的に取得して記録する（Ｓ２）。 Next, the welded part is assembled and pressurized and energized under the welding conditions that are good and defective, and the ambient temperature and welding condition data of the welding tip 11a are continuously acquired and recorded (S2).
ここで、溶接チップ１１ａの周辺温度を複数ポイントで連続測定することで、高精度予測ができる（Ｓ３）。すなわち、温度分布、総発生熱量、最高温度、温度上昇率、電極温度等から多面的に溶接品質が予測できる。 Here, highly accurate prediction can be performed by continuously measuring the ambient temperature of the welding tip 11a at a plurality of points (S3). That is, the welding quality can be predicted from multiple aspects from the temperature distribution, the total amount of generated heat, the maximum temperature, the temperature rise rate, the electrode temperature and the like.
一方、ワーク１２ａ、１２ｂへの総発熱量が不足すると、ハガレやナゲットが小さくなる等の溶接結果が得られ（Ｓ４）、他方、ワーク１２ａ、１２ｂへの総発熱量が多くなると、チリの発生、ブローホール、つぶれ、ワレ等の溶接結果が得られる（Ｓ５）。また、ワーク１２ａ、１２ｂへの総発熱量が適正な場合は、ナゲット径が適正で、内部欠陥のない良質の溶接品質の結果が得られる（Ｓ６）。 On the other hand, if the total heat generation amount to the workpieces 12a and 12b is insufficient, a welding result such as peeling or nugget is obtained (S4). On the other hand, if the total heat generation amount to the workpieces 12a and 12b increases, dust is generated. A welding result such as blow hole, crushing or cracking is obtained (S5). Further, when the total heat generation amount to the workpieces 12a and 12b is appropriate, the nugget diameter is appropriate and a result of good quality welding without internal defects is obtained (S6).
次に、Ｓ７において、基本の溶接条件で加圧通電した溶接部の板組みとこれらの溶接結果と照合することで、図３に示すような高速処理のための最適温度変化データ（モデルデータ）が得られ、かかる最適温度変化データ（モデルデータ）がデータベースに保存される。これにより、温度変化データベースが構築される。 Next, in S7, optimum temperature change data (model data) for high-speed processing as shown in FIG. 3 is verified by collating the welded plate assembly that is energized under basic welding conditions with these welding results. And the optimum temperature change data (model data) is stored in the database. Thereby, a temperature change database is constructed.
このようにして、温度変化データベースには、予め各被溶接物を種々の条件で溶接し、溶接プロセスを計測し、溶接結果も併せて記録され、更に、ワーク１２ａ、１２ｂの材質や板厚に合った最適温度で変化するように条件制御することで得られた最良の温度分布データ（モデルデータ）が保存されている。 In this way, in the temperature change database, each workpiece is welded in advance under various conditions, the welding process is measured, the welding result is also recorded, and the material and thickness of the workpieces 12a and 12b are further recorded. The best temperature distribution data (model data) obtained by controlling the conditions so as to change at a suitable optimum temperature is stored.
図４は、被溶接部材としてのワーク１２ａ、１２ｂを構成する冷間圧延鋼板と防錆鋼板について、溶接条件を変えて温度上昇（ＰＩＸ温度変化）を測定した結果（予備試験）を示す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the results (preliminary test) of measuring the temperature rise (PIX temperature change) by changing the welding conditions for the cold-rolled steel plate and the rust-proof steel plate constituting the workpieces 12a and 12b as the members to be welded. It is.
同図において、縦軸は温度（℃）、横軸はカメラフレームのＮｏ.（時間（ｍｓ））を示しており、測定温度の上限は７７度℃に設定されている。 In the figure, the vertical axis indicates the temperature (° C.), the horizontal axis indicates the camera frame number (time (ms)), and the upper limit of the measurement temperature is set to 77 ° C.
ここで、温度上昇カーブａ（細い実線）は、板厚が１.０mmの冷間圧延鋼板（ＳＣＰ２７０）で、溶接条件としては、加圧力が１８０ｋｇｆ、電流が７ｋＡ、通電時間が７サイクルとされ、温度上昇カーブ（太い実線）ｂは、板厚が１.０mmの防錆鋼板（ＳＧＣＡ）で、溶接条件としては、加圧力が１８０ｋｇｆ、電流が７ｋＡ、通電時間が７サイクルとされ、温度上昇カーブ（破線）ｃは、板厚が０.７mmの防錆鋼板（ＳＧＣＡ）で、溶接条件としては、加圧力が１８０ｋｇｆ、電流が８ｋＡ、通電時間が１０サイクルとされ、温度上昇カーブ（一点鎖線）ｄは、板厚が０.７mmの防錆鋼板（ＳＧＣＡ）で、溶接条件としては、加圧力が１８０ｋｇｆ、電流が１０ｋＡ、通電時間が１０サイクルとされている。 Here, the temperature rise curve a (thin solid line) is a cold-rolled steel plate (SCP 270) having a plate thickness of 1.0 mm, and welding conditions include a pressurizing force of 180 kgf, a current of 7 kA, and an energization time of 7 cycles. The temperature rise curve (thick solid line) b is a rust-proof steel plate (SGCA) with a plate thickness of 1.0 mm. The welding conditions are as follows: the applied pressure is 180 kgf, the current is 7 kA, the energization time is 7 cycles, and the temperature rises A curve (broken line) c is a rust-proof steel plate (SGCA) having a thickness of 0.7 mm. As welding conditions, the applied pressure is 180 kgf, the current is 8 kA, the energization time is 10 cycles, and the temperature rise curve (dashed line) ) D is a rust-proof steel plate (SGCA) with a plate thickness of 0.7 mm, and the welding conditions are a pressure of 180 kgf, a current of 10 kA, and an energization time of 10 cycles.
この予備試験の結果から、温度上昇カーブａでは、２サイクルでスパッタが発生しているが分かり、温度上昇カーブｂではスパッタが発生していないことが分かる。また、温度上昇カーブａでは、１０ｍｓ単位で温度の上昇・下降が繰り返されているが、これは通電の位相制御が影響しているものと考えられる。 From the results of this preliminary test, it can be seen that in the temperature rise curve a, spatter has occurred in two cycles, and in the temperature rise curve b, it has been found that no spatter has occurred. In the temperature increase curve a, the temperature is repeatedly increased and decreased every 10 ms, which is considered to be influenced by the energization phase control.
このように、ワーク１２ａ、１２ｂを構成する鋼板の材質や溶接条件により、温度上昇カーブ（温度勾配）が変わることから、ナゲット１３をモニタすることで高品質の溶接保証ができるものと考えられる。 Thus, since the temperature rise curve (temperature gradient) changes depending on the material and welding conditions of the steel plates constituting the workpieces 12a and 12b, it is considered that high quality welding can be guaranteed by monitoring the nugget 13.
図５は、本発明の一実施例におけるスポット溶接の品質保証のフローチャートを示している。 FIG. 5 shows a flow chart of spot welding quality assurance in one embodiment of the present invention.
同図において、先ず、作業者等によってスポット溶接を行うためのロボットプログラムが実行されることでスタートし（Ｓ１）、スポット溶接部１に所定の板組を行うと（Ｓ２）、これを契機として、データベース（温度変化データベース）から当該溶接部の板組みに対応する最良の温度変化データ（図３に示すモデルデータ）が読みだされ、読みだされた最良の温度変化データ（モデルデータ）は、温度分布データと読出データの比較部３３ａへ送られる（Ｓ３）。 In the figure, first, a robot program for performing spot welding is executed by an operator or the like (S1). When a predetermined plate assembly is performed on the spot welded portion 1 (S2), this is used as an opportunity. From the database (temperature change database), the best temperature change data (model data shown in FIG. 3) corresponding to the plate assembly of the welded part is read, and the read best temperature change data (model data) is The temperature distribution data and the read data are sent to the comparison unit 33a (S3).
一方、前記の溶接部の板組みを契機として当該溶接部の板組みの基本溶接条件で加圧通電が開始され（Ｓ４）、高速度赤外線カメラ２で溶接チップ１１ａの先端部周囲の撮像が開始され、当該溶接チップ１１ａの先端部周囲の温度分布が計測され、計測された溶接チップ１１ａの先端部周囲の温度変化データは温度分布データと読出データの比較部３３ａへ送られる（Ｓ５）。 On the other hand, when the plate assembly of the welded portion is used as a trigger, pressurization energization is started under the basic welding conditions of the plate assembly of the welded portion (S4), and the high-speed infrared camera 2 starts imaging around the tip of the weld tip 11a. Then, the temperature distribution around the tip of the welding tip 11a is measured, and the measured temperature change data around the tip of the welding tip 11a is sent to the temperature distribution data / read data comparison unit 33a (S5).
そして、当該温度分布データと読出データの比較部３３ａにおいて、予めデータベース３２に記憶した最良の温度変化データ（モデルデ−タ）と、実際に溶接部の板組みをした溶接中の当該溶接部の温度変化データ（温度上昇カーブ）とが比較される（Ｓ６）。 Then, in the temperature distribution data / readout data comparison unit 33a, the best temperature change data (model data) stored in the database 32 in advance and the temperature of the welded part actually welded with the welded plate assembled. The change data (temperature rise curve) is compared (S6).
ここで、図３に示すように、当該溶接部の板組みにおける温度分布データ（温度上昇カーブ）の温度勾配が最良の温度変化データ（モデルデ−タ）の温度勾配よりも大きい場合は、溶接部に対する総発熱量が大きいと判断されて、当該溶接部の板組みにおける被溶接部材としてのワーク１２ａ、１２ｂの材質、板厚に見合った最適温度に変化するように、すなわち総発熱量が少なくなるように溶接条件がＤＯＷＮ制御される（Ｓ７）。 Here, as shown in FIG. 3, when the temperature gradient of the temperature distribution data (temperature rise curve) in the plate assembly of the weld is larger than the temperature gradient of the best temperature change data (model data), the weld It is determined that the total heat generation amount is large, and the total heat generation amount is reduced so as to change to the optimum temperature corresponding to the material and thickness of the workpieces 12a and 12b as the members to be welded in the plate assembly of the welded portion. Thus, the welding conditions are DOWN controlled (S7).
また、当該溶接部の板組みにおける温度分布データ（温度上昇カーブ）の温度勾配が最良の温度変化データ（モデルデ−タ）の温度勾配よりも小さい場合には、総発熱量が小さいと判断されて、当該溶接部の板組みにおける被溶接部材（ワーク）の材質、板厚に見合った最適温度に変化するように、すなわち総発熱量が多くなるように溶接条件がＵＰ制御される（Ｓ８）。 Further, when the temperature gradient of the temperature distribution data (temperature rise curve) in the plate assembly of the weld is smaller than the temperature gradient of the best temperature change data (model data), it is determined that the total heat generation amount is small. Then, the welding conditions are UP-controlled so as to change to an optimum temperature commensurate with the material and thickness of the member to be welded (workpiece) in the plate assembly of the welded portion, that is, to increase the total calorific value (S8).
次に、ステップＳ９において、当該溶接部の板組みにおける全体の入熱量（溶接の際に外部から溶接部に与えられる熱量）が不足している場合は、溶接条件がそのまま保持され、Ｓ５のステップに戻る（Ｓ１０）。また、当該溶接部の板組みにおける全体の入熱量が十分な場合は溶接状況が良好と判断され溶接が終了する（Ｓ１３）。 Next, in step S9, when the total heat input amount in the plate assembly of the welded portion (the amount of heat given to the welded portion from the outside during welding) is insufficient, the welding conditions are maintained as they are, and step S5 is performed. Return to (S10). Further, when the total heat input amount in the plate assembly of the welded portion is sufficient, it is determined that the welding condition is good and the welding is finished (S13).
ここで、当該溶接部の板組みにおける全体の入熱量が十分な場合で、溶接状況が不良と判断された場合は、溶接不良のデータがデータ格納部に記録され（Ｓ１２）、Ｓ１０のステップへ戻る。 Here, when the total amount of heat input in the plate assembly of the welded portion is sufficient, and it is determined that the welding state is defective, data on defective welding is recorded in the data storage unit (S12), and the process proceeds to step S10. Return.
以上述べたように、本発明の一実施例によれば、第１に、スポット溶接の良否を溶接中に予測し、溶接条件を適切な条件に制御することで、溶接品質を保証することができる。また、溶接条件の制御範囲から調整項目が外れそうな場合は、溶接品質が不良と予測されることから、設備メンテナンスの情報が得られることで迅速なメンテナンスを実施することができる。さらに、きめ細かなメンテナンス指示により、溶接資材や無駄な予防保全期間を減らすことができ、また、溶接中にスパッタが発生しそうになった場合は、通電停止の制御を行うことで、スパッタの発生を確実に防止でき、ひいてはスパッタの発生による作業者への危険性や溶接機周辺の汚れなどを防止することができる。 As described above, according to one embodiment of the present invention, first, the quality of spot welding is predicted during welding, and the welding condition is controlled to an appropriate condition, thereby ensuring the welding quality. it can. In addition, when the adjustment item is likely to deviate from the control range of the welding conditions, it is predicted that the welding quality is poor, and therefore, quick maintenance can be performed by obtaining information on equipment maintenance. In addition, detailed maintenance instructions can reduce welding materials and useless preventive maintenance periods, and if spatter is likely to occur during welding, control of switching off the power supply can prevent spatter from occurring. It can be surely prevented, and as a result, it is possible to prevent danger to workers due to the occurrence of spatter and contamination around the welding machine.
第２に、熱センサアレイとして、高速度赤外線カメラ２を用いた場合には、スポット溶接部１の温度変化（発熱）を１ｍｓ以下のリアルタイムで計測することができ、ひいてはナゲット生成と関連付けすることができる。 Secondly, when the high-speed infrared camera 2 is used as the thermal sensor array, the temperature change (heat generation) of the spot welded portion 1 can be measured in real time of 1 ms or less, and thus associated with nugget generation. Can do.
第３に、情報処理装置３に、溶接中に作成された温度変化データ等のトレーサビリティ情報（履歴データ）を集計および記憶することで、溶接チップ１１ａ、１１ｂの劣化や消耗度合いなどを把握することができる。また、当該トレーサビリティ情報は、溶接品質管理の有用なデータやメンテナンス時期の工程管理、若しくは不良解析のデータ等として活用することもできる。 Thirdly, the information processing device 3 collects and stores traceability information (history data) such as temperature change data created during welding, thereby grasping the degree of deterioration or wear of the welding tips 11a and 11b. Can do. The traceability information can also be utilized as useful data for welding quality control, process management at the maintenance time, or data for defect analysis.
なお、これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明しているが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。 Although the present invention has been described with the specific embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and as long as the effects of the present invention are achieved, It goes without saying that any configuration known to date can be adopted.
例えば、前述の実施例においては、スポット溶接の溶接品質保証装置・方法について述べているが、プロジェクション、シ−ム等の抵抗溶接、レーザー溶接、Ｃｏ２、アーク溶接、半田付け等の他の溶接方法にも適用することができる。 For example, in the above-described embodiments, the welding quality assurance device / method for spot welding is described, but other welding such as resistance welding such as projection, seam, laser welding, Co 2 , arc welding, soldering, etc. The method can also be applied.
また、前述の実施例においては、タイマコンタクタ４を別体で構成した場合について述べているが、当該タイマコンタクタは情報処置装置３に搭載してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the timer contactor 4 is configured separately is described. However, the timer contactor may be mounted on the information processing apparatus 3.
１・・・スポット溶接部
１１ａ、１１ｂ・・・溶接チップ
２・・・熱センサアレイ（高速度赤外線カメラ）
３・・・情報処理装置
４・・・タイマコンタクタ
５・・・溶接トランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spot welding part 11a, 11b ... Welding tip 2 ... Thermal sensor array (high-speed infrared camera)
3 ... Information processing device 4 ... Timer contactor 5 ... Welding transformer
Claims (4)
前記熱センサアレイで溶接中の溶接チップ先端部の周囲の温度分布をリアルタイムで計測し、前記温度分布に基づいて温度変化データを作成する手段と、
前記溶接中に、前記温度変化データと、予めデータベースに記憶した最良の温度変化データとを比較して溶接の良否を予測する手段と、
前記溶接が不良と予測された場合に、リアルタイムで溶接条件を制御する手段とを備えることを特徴とする溶接品質保証装置。 A welding quality assurance device including a thermal sensor array for imaging the surface of a weld,
Means for measuring in real time the temperature distribution around the tip of the welding tip being welded by the thermal sensor array, and creating temperature change data based on the temperature distribution;
Means for predicting the quality of welding by comparing the temperature change data and the best temperature change data stored in advance in a database during the welding;
And a means for controlling welding conditions in real time when the welding is predicted to be defective.
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