JPH0763694A - 点溶接部の非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線画像を用いて、点溶接部の非破壊かつ
非接触の検査を行う。 【構成】 溶接直後の点溶接部を赤外線カメラ２で撮影
する。この画像をコンピュータ４で画像処理して基準デ
ータと比較し、溶接（ナゲット）の合否を判定して結果
をモニタ５に表示する。これにより点溶接部の合否検査
を非破壊、非接触かつ連続的に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スポット溶接、プロ
ジェクション溶接等の点溶接部の溶接の合否を検査する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、点溶接として例えば図４に示
すようなスポット溶接が２枚の薄板（ワーク）Ｗの接合
等に広く用いられている。一対の電極１００で２枚のワ
ークＷを挟み通電することにより、金属溶融部であるナ
ゲットＮが形成されるが、従来、その溶接が適正に行わ
れているかどうかの検査に際しては、抜き取りでそのナ
ゲットＮを含む部分を切断し、ナゲットＮの直径を測定
して基準値以上であれば合格として、その一連の溶接工
程は適正に実施されているものと推定していた。

【０００３】また、スポット溶接等の電極１００は一般
に銅合金でできており、電極自身の摩耗のため、所定の
溶接回数ごとに電極を交換する必要がある。そして、電
極の交換の都度、その電極による溶接が適正に行われる
か否かを検査する場合があるが、その際は図５に示すよ
うに、２枚の板状テストピース１０２を重ねて試し溶接
を行い、その部分を切断してナゲットＮの大きさを計測
することにより溶接の合否、ひいてはその電極の良否を
判定していた。

【０００４】一方、点溶接箇所の非破壊検査法として、
超音波による非破壊検査法がある。この方法は、図６に
示すように超音波プローブ１０３を溶接箇所に接触させ
て板厚を測定するもので、溶接が行われていない箇所は
１枚分の板厚Ｔ１のみが計測されるが、溶接ナゲットＮ
の部分は、Ｔ１＋Ｔ２の２枚分の板厚Ｔｔが測定される
ことを利用している。超音波プローブ１０３を任意に動
かし、溶接ナゲットＮの大きさを推定してその溶接の合
否を判定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
抜き取りによる破壊検査は、溶接製品の破壊を伴う欠点
があるとともに、全数検査ができず、また電極の交換時
におけるテストピースを用いる検査方法は切断が面倒で
あるほか、電極の良否から間接的に溶接製品の合否を推
定するに過ぎない。さらに、超音波による非破壊検査法
では、非破壊で全数の検査が可能であるが、被溶接材に
超音波プローブを一々接触させなければならず、検査が
面倒な欠点がある。

【０００６】本発明は、スポット溶接、プロジェクショ
ン溶接等における点溶接部の合否を非破壊かつ非接触で
検査できるようにすることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、点溶接を行
った直後のナゲット領域の温度状態を検出する赤外線カ
メラと、その赤外線カメラの画像処理を行う画像処理
手段と、画像処理されたナゲット領域の温度状態に基
づき溶接の合否を判定する合否判定手段と、その合否
結果を出力する出力装置を備えたものである。

【０００８】

【作用】このような点溶接部の検査装置においては、溶
接直後のナゲットを赤外線カメラにより赤外線画像とし
て捕え、これを画像処理してその特徴を判別することに
より溶接部の合否を判定し、その結果を出力する。赤外
線カメラは非接触かつ非破壊で溶接ナゲットの大きさを
検出することができるので、多数箇所に対する溶接が次
々と行われる場合でも、その全箇所を非接触で連続的に
検査することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１の（ａ）〜（ｃ）において溶接手順及び機
器構成を説明する。スポット溶接を例にとれば、２枚の
被溶接材Ｓ１及びＳ２を重ね、次に電極１ａ及び１ｂに
より溶接箇所を挟み加圧、通電することにより、電流と
加圧力を集中させて、被溶接材Ｓ１及びＳ２間の接触面
に溶接部であるナゲットＮを形成する。被溶接材Ｓ１及
びＳ２の材料と板厚が決まっていれば、ナゲット径が両
者の溶接強度を支配する。また、適正な溶接が行われた
状態では、ナゲット径は電極先端径に依存し、おおよそ
ナゲット径ｄｎ＝０．９〜１．１Ｄ（Ｄ：電極先端径）
の範囲となるのが一般的である。

【００１０】本実施例では、溶接直後のナゲットＮの大
きさを検出するために、溶接電極１ａ及び１ｂの近傍に
位置して溶接跡撮影用の赤外線カメラ２が設けられてい
る。この赤外線カメラ２は、ナゲットＮ及びその近傍か
ら溶接熱に基づいて発生する赤外線を取り込み、温度分
布を反映する赤外線画像からナゲットＮの大きさを検出
するものであり、Ａ／Ｄコンバータ３を介してコンピュ
ータ４に接続されている。

【００１１】画像解像度向上のためには、溶接後できる
だけ早い段階の赤外線画像を得る必要があるため、赤外
線カメラ２は電極１ａ及び１ｂの近辺に配置される。例
えば溶接ロボットのアーム又はヘッドに赤外線カメラ２
を取り付け、その溶接ロボットのアームやヘッドととも
に赤外線カメラ２が動くように構成することもできる
し、赤外線カメラ２は位置固定に設置し、被溶接材Ｓ１
及びＳ２をあるポイントでの溶接が終るごとに順次移動
させるように構成することもできる。なお、赤外線カメ
ラ２には、溶接スパッタからカメラレンズを保護するた
めの保護具を設けることが望ましく、またコンピュータ
４は任意の場所に設置が可能である。

【００１２】次に、図２において機器の機能ブロックを
説明する。赤外線カメラ２内部には、画像センサである
ＩＲ（赤外線）／ＣＣＤ２ａ、このＣＣＤ２ａからの信
号を増幅するアンプ２ｂ、増幅後のアナログ信号の高周
波成分をカットするローパスフィルタ２ｃ、信号の標本
化を行うサンプルホールド回路２ｄなどが組み込まれて
いる。

【００１３】ＩＲ／ＣＣＤ２ａの各セルには、入ってく
る赤外線の量に比例した電荷が蓄えられる。ＩＲ／ＣＣ
Ｄ２ａは、これらの電荷を順次移送、増幅させ、画面の
ラスターデータとなるアナログ信号２ｅを生成する。生
成されたアナログ信号２ｅは、ローパスフィルタ２ｃに
より高周波成分をカットされ、滑らかな信号２ｆとな
る。次いでサンプルホールド回路２ｄにより、いわゆる
ＰＡＭ波２ｇとなる。

【００１４】なお、一般的な汎用ＣＣＤでは、検出可能
な光は可視光線から近赤外線までと幅広いが、波長が長
くなると分解能が悪くなる傾向にある。したがって、ナ
ゲットＮに対応する赤外線画像の分解能を高めるために
は、ＩＲ（赤外線）／ＣＣＤ２ａを用いることが望まし
い。

【００１５】上述のＡ／Ｄコンバータ３は、赤外線カメ
ラ２からのビデオ信号をＡ／Ｄ変換するものであって、
コンピュータ４の入力インタフェース部４ａに接続され
ている。コンピュータ４はこの入力インタフェース部４
ａのほか、ワークエリアとしての画像メモリ４ｂ、各種
の処理をプログラムに応じて実行する信号処理装置４
ｃ、そのプログラムを記憶するプログラムメモリ４ｄ、
そして処理結果等を出力する出力インタフェース部４ｅ
等を含んでいる。さらに、出力インタフェース部４ｅに
は出力装置として表示モニタ５が接続されて、このモニ
タ５に溶接不良等の情報が表示されるようになってい
る。

【００１６】赤外線カメラ２からのビデオ信号は、Ａ／
Ｄコンバータ３によりＡ／Ｄ変換され、濃度を表わすデ
ジタル信号になる。すなわち、後述する判定パターンを
構成する画素の一つ一つに、例えば８ビットで表わされ
る２５６段階の濃度信号が当てはめられる。これらの濃
度信号は画像メモリ４ｂに取り込まれ、ＣＰＵをはじめ
とする信号処理装置４ｃによって各種の画像処理が施さ
れる。この信号処理装置４ｃは、プログラム（４ｄ）に
より逐次駆動される。

【００１７】次に、図３に基づいて画像処理の流れを説
明する。ステップＳ１でＡ／Ｄコンバータ３により赤外
線カメラ２からの信号がデジタル化され、その信号はス
テップＳ２で画像メモリ４ｂに赤外線画像データ、すな
わち判定パターンとして取り込まれる。そして、ステッ
プＳ３でノイズの除去処理が行われる。すべての画素一
つ一つに対して、その着目画素に隣接する四方の画素の
濃度を調べ、すべてがある濃度以下である場合はその着
目画素をノイズと見なし、その着目画素の濃度をゼロに
してノイズを取り除く。

【００１８】次に、ステップＳ４の２値化処理として、
判定パターンのすべての画素に対して濃度信号が、ある
しきい値以上であるか又はしきい値未満であるかを調
べ、しきい値以上の場合は１とし、しきい値未満の場合
は０とする１ビット信号に置き換える。この処理は赤外
線画像の輪郭を明確にして、画像の測定を行いやすくす
る目的で行われる。

【００１９】２値化後の判定パターン画像は、さらに画
像を明確化するために、ステップＳ５で穴埋め処理が行
われる。これは２値化処理後の輪郭が明瞭になったデー
タに対して、濃度信号が０であるすべての画素一つ一つ
に対して、その着目画素に隣接する四方の画素の濃度を
調べ、すべてが１である場合はその着目画素を穴と見な
し、その着目画素の濃度を１にしてパターンの穴埋めを
行う。この処理を経てステップＳ６で判定パターンは完
成し、次の画像判定を行うデータとする。

【００２０】以上のノイズ除去処理及び穴埋め処理につ
いては他に種々の方法があり、例えば濃度信号１の集合
体の輪郭、すなわち境界画素を検知し、輪郭を一律に縮
小した上で再び輪郭を拡張して小さなノイズを除去する
方法もある。したがって、ここでの記述は一例に過ぎな
い。

【００２１】前述の方法で明確化された判定パターン
は、電極１ａ、１ｂの通電により赤熱化されて溶接が行
われたと考えられる箇所、すなわちナゲットＮに相当す
る部分である。ステップＳ７でこの判定パターンと上昇
温度レベルを検証し基準データＲＤと比較して、水準以
上であれば十分な溶接が行われたと考えることができ
る。検証する項目は、まず判定パターンの面積である。
濃度信号が１である画素の数をカウントするなどして面
積を求め、基準面積以上の場合は、十分なナゲット面積
があったと考えることができる。

【００２２】次に、判定パターンの周囲長を、パターン
変形度を求めるパラメータとして算出する。その後、判
定パターンの面積と周囲長から判定パターンの変形度を
算出する。例えば、実際の判定パターンの面積から、前
述の周囲長に見合った真円の面積の差の絶対値を算出
し、その面積差を基準値と比較する。この差が一定以上
であれば判定パターンは、いびつな形状と判定される。
つまり十分な溶接面積があっても、その形状がいびつな
ものであれば適正な溶接とは言えない。

【００２３】一般的に電極の形状が丸型をしているので
極端なパターン変形は考えにくいが、溶接を行った際に
電極が被溶接材の表面に対して直角に当たらなかった場
合、あるいは電極が偏摩耗したような場合は、パターン
変形が起こり得るため、判定パターンの変形度を考慮す
ることは有益である。このように、溶接面積で十分な溶
接強度を確保しているかを判定し、変形度で正しい溶接
パターンが形成されているかを判定するのである。

【００２４】このようなステップＳ７の判定に基づき、
ステップＳ８で溶接部の合否をモニタ５等の出力装置に
表示してその旨を知らしめる。溶接工程の管理者は、そ
のモニタ５を確認して、溶接の合否を知ることができ
る。また、不合格の場合は、この表示に併せて、図２に
示すコンピュータ４の出力インタフェース部４ｅを通じ
てスポット溶接装置６を停止させることも可能である。
さらに、溶接不良をブザー音やその他の音で警報する警
報装置を付加してもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明においては、溶接直後のナゲット
を赤外線カメラの赤外線画像として捕え、これに基づい
て点溶接部の合否を判定するものであるため、検査自体
を非破壊かつ非接触で、溶接工程を妨げることなく効率
的に行うことができる。また、多数の箇所に対する連続
的な点溶接において、それに対応した連続的な合否検査
も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を溶接工程とともに示す説明
図。

【図２】その機能ブロック図。

【図３】画像信号処理の流れを示すフローチャート。

【図４】一般的なスポット溶接の説明図。

【図５】従来のテストピースによる溶接部検査の断面斜
視図。

【図６】従来の超音波による溶接部検査の説明図。

【符号の説明】

１ａ 電極 １ｂ 電極 ２ 赤外線カメラ ３ Ａ／Ｄコンバータ ４ コンピュータ ４ｂ 画像メモリ ４ｃ 信号処理装置 ４ｄ プログラムメモリ ５ モニタ Ｎ ナゲット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点溶接を行った直後のナゲット領域の温
   度状態を検出する赤外線カメラと、 その赤外線カメラの画像処理を行う画像処理手段と、 画像処理されたナゲット領域の温度状態に基づき溶接の
   合否を判定する合否判定手段と、 その合否結果を出力する出力装置と、 を含むことを特徴とする点溶接部の非破壊検査装置。