ナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置
【課題】スポット溶接された鋼材におけるナゲットの径を簡易に、しかも精度良く非破壊検査することのできるナゲット径測定方法を提供する。
【解決手段】一対の電流電極針および一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いてスポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査し、この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧変化のプロフィールから、その電圧が前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出し、これらの特異点を検出した走査位置から前記スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求める。
【解決手段】一対の電流電極針および一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いてスポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査し、この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧変化のプロフィールから、その電圧が前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出し、これらの特異点を検出した走査位置から前記スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接により鋼材に形成されるナゲットの径を高精度に非破壊検査することのできるナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材Ａにおける焼き入れ層Ｂの深さｄを検出する手段として、例えば図６に示すように鋼材表面の任意の２点間に電流Ｉを流す一対の電流電極針１ａ,１ｂと上記電流Ｉによって前記鋼材Ａに生じる表面電位の差（電圧）Ｖ１,Ｖ２を検出する少なくとも一対の電圧電極針２ａ,２ｂ,３ａ,３ｂとを備えた探針プローブを用いた非接触検査法が知られている（例えば特許文献１を参照）。この探針プローブを用いた非接触検査法は６探針法と称され、前述した各電極針間の距離Ｓ,ｒ１,ｒ２と前記電位差Ｖ１,Ｖ２との情報に従い、鋼材Ａに生起された電位分布と前記鋼材（母材）Ａおよび焼き入れ層Ｂの各抵抗率ρo,ρとの関係に従って焼き入れ層Ｂの深さｄを算出するものである。
【０００３】
また最近では上述した６探針法を応用してスポット溶接した鋼材におけるナゲットの径を計測することが試みられている。尚、上記ナゲットとは２枚の鋼材を重ね合わせてスポット溶接により接合した際、そのスポット溶接部分において２枚の鋼材が互いに溶融固化した塊部分を指す。
【特許文献１】特開２００４−３９３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで従来のナゲット径計測においては、専ら、前述した探針プローブを用いた検査部位を、鋼材ＡにおけるナゲットＮの形成領域を横切るように走査し、一対の電圧電極針２ａ,２ｂを介して検出される電圧Ｖ１の変化の様子を、その走査方向に亘って検出している。そして、例えば図７に示すように求められる検出電圧変化のプロフィールを所定の閾値ＴＨにて弁別し、これによって検出される上記プロフィールの幅ＷをナゲットＮの径Ｄとして求めている。しかし上述した如くして求められるプロフィールの幅Ｗは、概ねナゲットＮの径Ｄを表しているに過ぎない。しかも上記閾値ＴＨをどの程度に設定するかによってその計測値（ナゲット径Ｄ）が変化すると言う課題が残される。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、スポット溶接された鋼材におけるナゲットの径を簡易に、しかも精度良く非破壊検査することのできるナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るナゲット径測定方法は、
<Ａ> 計測対象物である鋼材表面の任意の２点間に一定の電流または電圧を加える一対の電極針および上記電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を検出する少なくとも一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いて、スポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査し、
<Ｂ> この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧の前記走査方向に亘る変化のプロフィールから、その電圧が前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出し、これらの特異点を検出した走査位置から前記スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求める
ことを特徴としている。
【０００７】
具体的には、例えば前記探針プローブによる走査ラインを前記鋼材のスポット溶接領域の中心を横切る直線として設定した場合には、前記ナゲットの径を前記走査ラインにおいて検出された２つの特異点間の距離として求めることを特徴とする。或いは前記探針プローブによる走査ラインを、互いに交差して前記鋼材のスポット溶接領域をそれぞれ横切る２つの直線として設定した場合には、前記ナゲットの径を上記各走査ラインにおいてそれぞれ検出された特異点の中の少なくとも３つの特異点の検出位置により決定される前記ナゲットの外形形状を示す円の径として求めることを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記探針プローブは、例えば複数の探触針を一定のピッチで直線上に配列したものであって、この探針プローブによる前記鋼材の走査は、上記複数の探触針の中から前記一対の電極針および前記一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えて行われる。
【０００９】
また本発明に係るナゲット径測定装置は、
<ａ> 複数の探触針を一定のピッチで直線上に配列した探針プローブと、
<ｂ> この探針プローブにおける複数の探触針の中から一対の電極針および一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えるプローブ走査手段と、
<ｃ> 前記一対の電極針を介して鋼材に一定の電流または電圧を印加する共に、この電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電圧を前記一対の電圧電極針を介して検出する鋼材検査手段と、
<ｄ> 前記プローブ走査手段による前記探触針の走査に伴って上記鋼材検査手段にて検出された電圧の上記走査方向に亘る変化のプロフィールから上記電圧が前記鋼材のスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出する解析手段と、
<ｅ> この解析手段により求められた上記特異点の前記走査方向における検出位置からスポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めるナゲット径算出手段と
を具備したことを特徴としている。
【００１０】
特に前記探針プローブとして、複数の探触針をそれぞれ一定のピッチで直線配列した２組の探触針アレイを、互いに交差させて設けたものを用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るナゲット径測定方法においては、上述したように一対の電極針および一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いて、スポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査することで、この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧の前記走査方向に亘る変化のプロフィール（電位分布）が求められる。その上で走査方向における前記検出電圧の変化のプロフィールを解析したところ、特に前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超えて変化する２つの特異点が存在することに着目している。
【００１２】
そしてこれらの特異点の電圧は、専ら、ナゲットの形成領域における電位勾配が比較的急峻であり、これに対してナゲットが形成されていなす領域での電位勾配が比較的緩慢であることに起因して、ナゲットのエッジを挟む部位間での電位勾配が急激であり、この急峻な電位勾配によって生じているとの考察結果に基づいてなされている。そこで本発明においては上記プロフィールにおける上述した特異点を検出し、例えば２つの特異点間の幅（距離）をナゲットの径として検出することで、スポット溶接により鋼材に形成されたナゲットの径を簡易に精度良く、しかも再現性良く計測し得るものとなっている。
【００１３】
また本発明に係るナゲット径測定装置は、複数の探触針を一定のピッチで直線上に配列した探針プローブを用い、この探針プローブにおける複数の探触針の中から一対の電極針および一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えることで探針プローブを走査するプローブ走査手段と、この走査に連動して前記一対の電流電極針を介して鋼材に一定の電流または電圧を加えると共に、この電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を前記一対の電圧電極針を介して検出する鋼材検査手段とを備えるので、計測対象物である鋼材を簡易に走査することができる。
【００１４】
しかも上述した走査によって求められる電圧の上記走査方向に亘る変化のプロフィールから上記電圧が前記鋼材のスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える点を特異点として検出し（解析手段）、この解析手段により求められた２つの特異点の前記走査方向における検出位置から、スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めるので（ナゲット径算出手段）、簡易な構成でありながらナゲット径を精度良く、しかも再現性良く検出することができる。
【００１５】
換言すれば探針プローブの電気的な走査と、検出された電圧変化のプロフィールに対する簡易な解析処理だけで、スポット溶接により鋼材に形成されたナゲットの径を簡易に精度良く、しかも再現性良く計測することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置について説明する。
本発明に係るナゲット径測定方法は、例えば２枚の鋼材Ａを重ね合わせて、その重ね合わせ部をスポット溶接したときに生じるナゲットＮの径を上記鋼材の表面から非破壊検査により計測するものであって、例えば図１に示すように構成されたナゲット径測定装置を用いて実施される。
【００１７】
このナゲット径測定装置は、概略的には複数（例えば１０〜２０本）の探触針１１を一定のピッチ、例えば１ｍｍピッチで直線配列してアレイ構造化した探針プローブ１２と、この探針プローブ１２における複数の探触針１１の中から一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂおよび一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとして用いる探触針１１をそれぞれ選択する電子スイッチ１３と、この電子スイッチ１３の作動を制御して前記電流電極針Ｉａ,Ｉｂおよび前記電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとして選択する探触針１１をその配列方向に順次切り換える走査制御部（プローブ走査手段）１４とを備える。
【００１８】
前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂは、例えば前記鋼材に電流Ｉを流すことで該鋼材に、その内部抵抗に応じた電位分布を生起する為のものであって、前記一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは上記電流Ｉによって前記鋼材に生じる表面電位を検出する為のものである。尚、前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂを介して一定の電流Ｉを流すことに代えて、一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に一定の電圧Ｅを印加して前記鋼材に、その内部抵抗に応じた電位分布を生起するようにしても良い。
【００１９】
ちなみに上記電流電極針Ｉａ,Ｉｂおよび前記電圧電極針Ｖａ,Ｖｂの選択は、上述した複数（ｎ本）の探触針１１の配列順序を＃１,＃２,＃３,＃４,＃５〜＃ｎとした場合、例えば＃１,＃４の探触針１１を電流電極針Ｉａ,Ｉｂとし、＃２,＃３の探触針１１を電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとして用いるように、連続する４本の探触針１１を１組として捉え、その外側の２本を電流電極針Ｉａ,Ｉｂ、内側の２本を電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとしてそれぞれ選択することによって行われる。そしてこの探針プローブ１２の走査は、上述したように選択する探触針１１の組を［＃１,＃２,＃３,＃４］から［＃２,＃３,＃４,＃５］へと変更し、次いで［＃３,＃４,＃５,＃６］へと変更すると言う手順を繰り返すことにより、探触針１１を順次１本ずつシフトさせて行われる。
【００２０】
このようにして選択される一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂとしての２本の探触針１１は直流電源１５に接続される。また一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは電圧検出器１６に接続される。即ち、上述した探針プローブ１２は、検査対象物である鋼材Ａの表面に複数の探触針１１を一括して接触させて該鋼材Ａの非破壊検査に供せられるものであって、前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂは鋼材Ａとの接触点間に、例えば前述した直流電源１５から一定の電圧Ｅを印加することで、その間に前記鋼材Ａの内部抵抗に応じた電流Ｉを流す役割を担う。尚、前述したように一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂを介して前記直流電源１５から鋼材Ａに一定の電流Ｉを流すようにしても良い。また前記一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは、上述した一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に加えられた一定の電圧Ｅまたは一定の電流Ｉによって鋼材Ａの内部に生じる電位分布を、該電圧電極針Ｖａ,Ｖｂ間に生じる電圧Ｖとして検出する役割を担い、この電圧が前記電圧検出器１６にて検出される。これらの直流電源１５および電圧検出器１６は、探針プローブ１２を用いて鋼材Ａの内部状況に応じて変化する情報を求める鋼材検査手段としての役割を担う。
【００２１】
本発明に係るナゲット径測定装置は、上述した探針プローブ１１とその駆動手段に加えて、前述したプローブ走査に連動して前記電圧電極針Ｖａ,Ｖｂを介して検出された電圧Ｖを順次記録し、その電圧変化のプロフィール（電圧変化パターン）を上記走査方向に亘って求めるメモリ１７を備える。そして本装置の特徴的な処理機能である特異点検出手段（解析手段）１８は、上記メモリ１７に求められた検出電圧の走査方向に亘る変化のプロフィールを解析し、その電圧Ｖが前記鋼材Ａのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）を外れた部位での検出電圧Ｖoを超える２つの特異点Ｘａ,Ｘｂを検出しており、ナゲット径算出手段１９は、上記特異点検出手段（解析手段）１８により求められた２つの特異点Ｘａ,Ｘｂの前記鋼材Ａの表面における検出位置間の距離Ｌとして、スポット溶接により前記鋼材Ａに形成されたナゲットＮの径Ｄを求めている。
【００２２】
即ち、スポット溶接された鋼材Ａの表面を、前述した探針プローブ１１を用いてそのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）を横切って走査したとき、該プローブ１１によって検出される電圧Ｖは、スポット溶接領域（ナゲット形成領域）とこのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域とで異なり、例えば図２に示すように変化する。具体的には上記検出電圧Ｖは、その走査線上の両端部であるスポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域においては或る一定の電圧Ｖoとなり、走査線上の中央部であるスポット溶接領域（ナゲット形成領域）においては、ナゲットＮの中心部程その電圧が上記電圧Ｖoよりも低くなる。特にナゲットＮのエッジ部においては、スポット溶接領域（ナゲット形成領域）での電位分布と、上記スポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域での電位分布の異なりに起因して、その検出電圧は前記一定電圧Ｖoよりも若干高くなる。
【００２３】
前述した特異点検出手段（解析手段）１８は、スポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域において検出される一定電圧Ｖoよりも若干高くなる電圧が検出された位置を図２に示すように特異点Ｘａ,Ｘｂとして検出しており、ナゲット径算出手段１９は上記２つの特異点Ｘａ,ＸｂがそれぞれナゲットＮのエッジ位置を示していることに着目して、上記特異点Ｘａ,Ｘｂの検出位置間の距離ＬとしてそのナゲットＮの径Ｄを求めている。
【００２４】
今少し詳しく説明すると、２枚の鋼板を重ね合わせてスポット溶接すると、そのスポット溶接領域においては上記２枚の鋼板が溶融固化して一体化してナゲットＮを形成する。従ってのこのナゲットＮの形成領域における鋼板Ａの厚みは、上記２枚の鋼板が重なり合って一体化した厚みとなる。しかし上記ナゲットＮの形成領域から外れた領域においては上記２枚の鋼板が単に重なり合っているだけであり、これらの鋼板は物理的には離れていると看做し得る。これ故、前述した一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂから前記鋼材Ａに一定の電圧Ｅを印加したとき、或いは一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に一定の電流Ｉを流したときに該鋼材Ａに生じる電位分布は、前記電流電極針Ｉａ,Ｉｂの接触位置が鋼材Ａのどの領域であるかによって異なる。即ち、鋼材Ａに生じる電位分布は、例えば図３(ａ)〜(ｄ)に模式的に示すように電流電極針Ｉａ,Ｉｂの位置とナゲットＮの形成領域との位置関係によって異なる。
【００２５】
具体的には一対の電流電極針Ｉａ,ＩｂをナゲットＮの形成領域から外れた領域に位置付けた場合には、専ら、該電流電極針Ｉａ,Ｉｂが接触した表面側の鋼材中だけに電界が形成されるので、図３(ａ)に示すように表面側の鋼材にだけ電位分布が生じる。しかも電界の形成幅が狭く、電界生成領域での内部抵抗が大きいので、鋼材Ａに生じる電位分布の様子を示す等電位線は、例えば図３(ａ)に示すように略一定間隔で密となる。これ故、前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に設けられた一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂによって検出される電位差（電圧）は高くなる。このような鋼材Ａの一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間における電位分布の形成状態は、前記電流電極針Ｉａ,Ｉｂの位置を徐々にずらしながら、その一方がナゲットＮのエッジ位置に掛かる状態まで移動させた場合にも、図３(ｂ)に示すように殆ど変わることがない。従って一対の電流電極針Ｉａ,ＩｂをナゲットＮの形成領域から外れた領域において移動させても、一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂによって検出される電位差（電圧）は殆ど変化することがなく、表面側の鋼材の内部抵抗だけに依存して或る程度高い一定の電圧Ｖoとして検出される。
【００２６】
これに対して一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂの一方が、図３(ｃ)に示すようにナゲットＮのエッジを跨いでナゲットＮの形成領域に位置付けられると、電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に形成される電界はナゲットＮを介して裏面側の鋼材にまで拡がる。そしてナゲットＮの形成領域においては電界の形成幅が広くなり、その内部抵抗も小さくなるので、ナゲットＮの形成領域における電位分布の様子を示す等電位線は、例えば図３(ｃ)に示すように粗くなる。しかしナゲットＮの形成領域から外れた周辺領域においては、表面側の鋼材と裏面側の鋼材との間に隙間（空間）が存在するので（表裏の鋼材を一体化するナゲットＮが存在しないので）、上述した如く裏面側にまで拡がった電界は表面側の鋼材まで延びることはない。
【００２７】
そして鋼材Ａ内に形成される電位分布は、図３(ｃ)に示すようにナゲットＮのエッジを境として大きく変化し、ナゲットＮの形成領域においては等電位線の間隔が粗くなり、ナゲットＮの形成領域から外れた周辺領域においては上記ナゲットＮの形成領域においては等電位線の間隔が粗くなった分、その等電位線の間隔が前述した図３(ａ)(ｂ)にそれぞれ示す等電位線の間隔よりも狭くなる。この結果、ナゲットＮのエッジを跨いで位置付けられる一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂにて検出される電圧が前述した一定電圧Ｖoを超えて高くなることがある。特に前記ナゲットＮのエッジを横切って前記一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂによる電圧検出位置を移動させた場合、上述した如く等電位線の間隔がより密に狭まった領域の電圧を検出することになるので、その検出電圧が前述した一定電圧Ｖoよりも僅かではあるが高くなることになる。
【００２８】
その後、一対の電流電極針Ｉａ,ＩｂがナゲットＮの形成領域に位置付けられた場合には、例えば図３(ｄ)に示すように鋼材Ａの電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に形成される電位分布の等電位線はナゲットＮを介して裏面側の鋼材にまで幅広く拡がり、その等電位線の間隔が粗くなる。そして電流電極針Ｉａ,Ｉｂの近傍領域においてのみ、その周囲の影響を受けて等電位線の間隔が若干狭くなる。この結果、前述した一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは、ナゲットＮの形成領域における等電位線の間隔が広い電位分布の領域の電位差を検出することになるので、その検出電圧は前述した一定電圧Ｖoよりも低くなる。このようにして一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂにて検出される電圧が最も低くなる位置は、ナゲットＮのエッジの影響が最も少なくなる該ナゲットＮの中心である。
【００２９】
この結果、前述した探針プローブ１１にてナゲットＮの形成領域を横切って走査し、その電圧変化（表面電位分布）を検出した場合、前述した図２に示すようにナゲットＮの形成領域に対応してその検出電圧が低くなり、ナゲットＮのエッジにおいてその検出電圧が、ナゲットＮの周囲にて検出される電圧Ｖoよりも若干高くなる。そしてこの検出電圧が周囲電圧Ｖoよりも若干高くなる位置、つまり検出電圧の変化プロフィール（変化パターン）における上述した特異点は、ナゲットＮのエッジ位置を示していることになる。
【００３０】
本発明に係るナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置は上述した考察に立脚してなされており、図４にその概略的な処理手順を示すように前述した探針プローブ１１を用いてスポット溶接した鋼材ＡのナゲットＮの形成位置を横切るように走査することにより開始される［ステップＳ１］。好ましくは探針プローブ１１による走査は、ナゲットＮの形成領域の中心を通るようにして行われる。この探針プローブ１１の走査は、前述したように探針プローブ１１を構成する複数本の探触針１１を電気的にその接続を順次切り替えることにより行われる。
【００３１】
しかる後、上記探針プローブ１１の走査によって検出される電圧を、その走査に連動して展開することで電圧変化のプロフィール（変化パターン）をその走査方向に亘って検出し［ステップＳ２］、前述したようにナゲットＮの周辺部において検出される電圧Ｖoよりも若干高い電圧となる２つの特異点Ｘａ,Ｘｂを検出する［ステップＳ３］。そしてこれらの特異点Ｘａ,Ｘｂ間の距離Ｌと、探針プローブ１１による鋼材Ａの走査幅との関係から上記特異点Ｘａ,Ｘｂ間の距離Ｌに相当するナゲットＮの径Ｄを求める［ステップＳ４］。
【００３２】
尚、ナゲットＮの形成領域の中心を通るように前記探針プローブ１１による鋼材Ａの走査位置を設定することが困難な場合には、例えば複数の探触針をそれぞれ一定のピッチで直線配列した２組の探触針アレイ２１,２２を互いに交差させて設けた探針プローブを用い、図５に示すように上記２組の探触針アレイにて鋼材Ａのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）をそれぞれ横切って走査するようにすれば良い。そしてこれらの２組の探触針アレイにてそれぞれ検出される特異点（ナゲットＮのエッジ位置）ｘａ,ｘｂ,ｙａ,ｙｂの中の少なくとも３つの特異点の検出位置からナゲットＮの外形形状を示す円を求め、この円の径としてナゲット径Ｄを求めるようにすれば良い。但し、この場合、２組の探触針アレイが互いに干渉しないように、その駆動・走査を制御することは勿論のことである。
【００３３】
以上説明したようにしてナゲットＮの径Ｄを計測する本発明方法および装置によれば、ナゲット領域を走査したときに得られる電圧変化の特異点に着目しているので、ナゲットＮの径Ｄを簡易に、しかも精度良く計測することができる。しかも従来のようにナゲット領域を走査したときに得られる電圧変化のパターンを、図７に示したように或る閾値ＴＨで弁別してナゲット径を求めるものとは異なるので計測値に対する信頼性が高く、しかも計測再現性も高い等の効果が奏せられる。
【００３４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば探針プローブ１１の構成、つまり複数本の探触針１２の数やその配列ピッチ等は、要求される測定仕様に応じて設定すれば良いものである。また２つの特異点Ｘａ,Ｘｂの間隔と、その電圧プロフィールのボトム点をなすナゲットＮの中心位置とを基準にしてナゲットＮの径を最定義することも勿論可能である。また電圧検出器１６の出力をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に取り込み、前述した処理をソフトウェア的に実行することも勿論可能である。また前述した２組の探触針アレイ２１,２２については、必ずしもその探触針１１の配列方向を互いに直交させて設ける必要はない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るナゲット径測定方法を実施するナゲット径測定装置の概略構成図。
【図２】スポット溶接した鋼材を走査して求められる電位分布の変化パターンの例と、この変化パターンにおける特異点とナゲット径との関係を示す図。
【図３】走査位置よって変化する鋼材内部の電位分布の様子を模式的に示す図。
【図４】本発明に係るナゲット径測定方法の概略的な処理手順を示す図。
【図５】２組の探触針アレイを用いたナゲット径計測の原理を説明する為の図。
【図６】６探針法による鋼材内部の状態検出の原理を説明する為の図。
【図７】従来の一般的なナゲット径計測の測定原理を説明する為の図。
【符号の説明】
【００３６】
１１ 探針プローブ
１２ 探触針
１３ 電子スイッチ
１４ 走査制御部
１５ 直流電源
１６ 電圧検出器
１７ メモリ
１８ 特異点検出部
１９ ナゲット径算出部
２１,２２ 探触針アレイ
Ｉａ,Ｉｂ 電流電極針
Ｖａ,Ｖｂ 電圧電極針
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接により鋼材に形成されるナゲットの径を高精度に非破壊検査することのできるナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材Ａにおける焼き入れ層Ｂの深さｄを検出する手段として、例えば図６に示すように鋼材表面の任意の２点間に電流Ｉを流す一対の電流電極針１ａ,１ｂと上記電流Ｉによって前記鋼材Ａに生じる表面電位の差（電圧）Ｖ１,Ｖ２を検出する少なくとも一対の電圧電極針２ａ,２ｂ,３ａ,３ｂとを備えた探針プローブを用いた非接触検査法が知られている（例えば特許文献１を参照）。この探針プローブを用いた非接触検査法は６探針法と称され、前述した各電極針間の距離Ｓ,ｒ１,ｒ２と前記電位差Ｖ１,Ｖ２との情報に従い、鋼材Ａに生起された電位分布と前記鋼材（母材）Ａおよび焼き入れ層Ｂの各抵抗率ρo,ρとの関係に従って焼き入れ層Ｂの深さｄを算出するものである。
【０００３】
また最近では上述した６探針法を応用してスポット溶接した鋼材におけるナゲットの径を計測することが試みられている。尚、上記ナゲットとは２枚の鋼材を重ね合わせてスポット溶接により接合した際、そのスポット溶接部分において２枚の鋼材が互いに溶融固化した塊部分を指す。
【特許文献１】特開２００４−３９３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで従来のナゲット径計測においては、専ら、前述した探針プローブを用いた検査部位を、鋼材ＡにおけるナゲットＮの形成領域を横切るように走査し、一対の電圧電極針２ａ,２ｂを介して検出される電圧Ｖ１の変化の様子を、その走査方向に亘って検出している。そして、例えば図７に示すように求められる検出電圧変化のプロフィールを所定の閾値ＴＨにて弁別し、これによって検出される上記プロフィールの幅ＷをナゲットＮの径Ｄとして求めている。しかし上述した如くして求められるプロフィールの幅Ｗは、概ねナゲットＮの径Ｄを表しているに過ぎない。しかも上記閾値ＴＨをどの程度に設定するかによってその計測値（ナゲット径Ｄ）が変化すると言う課題が残される。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、スポット溶接された鋼材におけるナゲットの径を簡易に、しかも精度良く非破壊検査することのできるナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るナゲット径測定方法は、
<Ａ> 計測対象物である鋼材表面の任意の２点間に一定の電流または電圧を加える一対の電極針および上記電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を検出する少なくとも一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いて、スポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査し、
<Ｂ> この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧の前記走査方向に亘る変化のプロフィールから、その電圧が前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出し、これらの特異点を検出した走査位置から前記スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求める
ことを特徴としている。
【０００７】
具体的には、例えば前記探針プローブによる走査ラインを前記鋼材のスポット溶接領域の中心を横切る直線として設定した場合には、前記ナゲットの径を前記走査ラインにおいて検出された２つの特異点間の距離として求めることを特徴とする。或いは前記探針プローブによる走査ラインを、互いに交差して前記鋼材のスポット溶接領域をそれぞれ横切る２つの直線として設定した場合には、前記ナゲットの径を上記各走査ラインにおいてそれぞれ検出された特異点の中の少なくとも３つの特異点の検出位置により決定される前記ナゲットの外形形状を示す円の径として求めることを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記探針プローブは、例えば複数の探触針を一定のピッチで直線上に配列したものであって、この探針プローブによる前記鋼材の走査は、上記複数の探触針の中から前記一対の電極針および前記一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えて行われる。
【０００９】
また本発明に係るナゲット径測定装置は、
<ａ> 複数の探触針を一定のピッチで直線上に配列した探針プローブと、
<ｂ> この探針プローブにおける複数の探触針の中から一対の電極針および一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えるプローブ走査手段と、
<ｃ> 前記一対の電極針を介して鋼材に一定の電流または電圧を印加する共に、この電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電圧を前記一対の電圧電極針を介して検出する鋼材検査手段と、
<ｄ> 前記プローブ走査手段による前記探触針の走査に伴って上記鋼材検査手段にて検出された電圧の上記走査方向に亘る変化のプロフィールから上記電圧が前記鋼材のスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出する解析手段と、
<ｅ> この解析手段により求められた上記特異点の前記走査方向における検出位置からスポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めるナゲット径算出手段と
を具備したことを特徴としている。
【００１０】
特に前記探針プローブとして、複数の探触針をそれぞれ一定のピッチで直線配列した２組の探触針アレイを、互いに交差させて設けたものを用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るナゲット径測定方法においては、上述したように一対の電極針および一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いて、スポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査することで、この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧の前記走査方向に亘る変化のプロフィール（電位分布）が求められる。その上で走査方向における前記検出電圧の変化のプロフィールを解析したところ、特に前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超えて変化する２つの特異点が存在することに着目している。
【００１２】
そしてこれらの特異点の電圧は、専ら、ナゲットの形成領域における電位勾配が比較的急峻であり、これに対してナゲットが形成されていなす領域での電位勾配が比較的緩慢であることに起因して、ナゲットのエッジを挟む部位間での電位勾配が急激であり、この急峻な電位勾配によって生じているとの考察結果に基づいてなされている。そこで本発明においては上記プロフィールにおける上述した特異点を検出し、例えば２つの特異点間の幅（距離）をナゲットの径として検出することで、スポット溶接により鋼材に形成されたナゲットの径を簡易に精度良く、しかも再現性良く計測し得るものとなっている。
【００１３】
また本発明に係るナゲット径測定装置は、複数の探触針を一定のピッチで直線上に配列した探針プローブを用い、この探針プローブにおける複数の探触針の中から一対の電極針および一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えることで探針プローブを走査するプローブ走査手段と、この走査に連動して前記一対の電流電極針を介して鋼材に一定の電流または電圧を加えると共に、この電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を前記一対の電圧電極針を介して検出する鋼材検査手段とを備えるので、計測対象物である鋼材を簡易に走査することができる。
【００１４】
しかも上述した走査によって求められる電圧の上記走査方向に亘る変化のプロフィールから上記電圧が前記鋼材のスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える点を特異点として検出し（解析手段）、この解析手段により求められた２つの特異点の前記走査方向における検出位置から、スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めるので（ナゲット径算出手段）、簡易な構成でありながらナゲット径を精度良く、しかも再現性良く検出することができる。
【００１５】
換言すれば探針プローブの電気的な走査と、検出された電圧変化のプロフィールに対する簡易な解析処理だけで、スポット溶接により鋼材に形成されたナゲットの径を簡易に精度良く、しかも再現性良く計測することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置について説明する。
本発明に係るナゲット径測定方法は、例えば２枚の鋼材Ａを重ね合わせて、その重ね合わせ部をスポット溶接したときに生じるナゲットＮの径を上記鋼材の表面から非破壊検査により計測するものであって、例えば図１に示すように構成されたナゲット径測定装置を用いて実施される。
【００１７】
このナゲット径測定装置は、概略的には複数（例えば１０〜２０本）の探触針１１を一定のピッチ、例えば１ｍｍピッチで直線配列してアレイ構造化した探針プローブ１２と、この探針プローブ１２における複数の探触針１１の中から一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂおよび一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとして用いる探触針１１をそれぞれ選択する電子スイッチ１３と、この電子スイッチ１３の作動を制御して前記電流電極針Ｉａ,Ｉｂおよび前記電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとして選択する探触針１１をその配列方向に順次切り換える走査制御部（プローブ走査手段）１４とを備える。
【００１８】
前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂは、例えば前記鋼材に電流Ｉを流すことで該鋼材に、その内部抵抗に応じた電位分布を生起する為のものであって、前記一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは上記電流Ｉによって前記鋼材に生じる表面電位を検出する為のものである。尚、前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂを介して一定の電流Ｉを流すことに代えて、一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に一定の電圧Ｅを印加して前記鋼材に、その内部抵抗に応じた電位分布を生起するようにしても良い。
【００１９】
ちなみに上記電流電極針Ｉａ,Ｉｂおよび前記電圧電極針Ｖａ,Ｖｂの選択は、上述した複数（ｎ本）の探触針１１の配列順序を＃１,＃２,＃３,＃４,＃５〜＃ｎとした場合、例えば＃１,＃４の探触針１１を電流電極針Ｉａ,Ｉｂとし、＃２,＃３の探触針１１を電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとして用いるように、連続する４本の探触針１１を１組として捉え、その外側の２本を電流電極針Ｉａ,Ｉｂ、内側の２本を電圧電極針Ｖａ,Ｖｂとしてそれぞれ選択することによって行われる。そしてこの探針プローブ１２の走査は、上述したように選択する探触針１１の組を［＃１,＃２,＃３,＃４］から［＃２,＃３,＃４,＃５］へと変更し、次いで［＃３,＃４,＃５,＃６］へと変更すると言う手順を繰り返すことにより、探触針１１を順次１本ずつシフトさせて行われる。
【００２０】
このようにして選択される一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂとしての２本の探触針１１は直流電源１５に接続される。また一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは電圧検出器１６に接続される。即ち、上述した探針プローブ１２は、検査対象物である鋼材Ａの表面に複数の探触針１１を一括して接触させて該鋼材Ａの非破壊検査に供せられるものであって、前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂは鋼材Ａとの接触点間に、例えば前述した直流電源１５から一定の電圧Ｅを印加することで、その間に前記鋼材Ａの内部抵抗に応じた電流Ｉを流す役割を担う。尚、前述したように一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂを介して前記直流電源１５から鋼材Ａに一定の電流Ｉを流すようにしても良い。また前記一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは、上述した一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に加えられた一定の電圧Ｅまたは一定の電流Ｉによって鋼材Ａの内部に生じる電位分布を、該電圧電極針Ｖａ,Ｖｂ間に生じる電圧Ｖとして検出する役割を担い、この電圧が前記電圧検出器１６にて検出される。これらの直流電源１５および電圧検出器１６は、探針プローブ１２を用いて鋼材Ａの内部状況に応じて変化する情報を求める鋼材検査手段としての役割を担う。
【００２１】
本発明に係るナゲット径測定装置は、上述した探針プローブ１１とその駆動手段に加えて、前述したプローブ走査に連動して前記電圧電極針Ｖａ,Ｖｂを介して検出された電圧Ｖを順次記録し、その電圧変化のプロフィール（電圧変化パターン）を上記走査方向に亘って求めるメモリ１７を備える。そして本装置の特徴的な処理機能である特異点検出手段（解析手段）１８は、上記メモリ１７に求められた検出電圧の走査方向に亘る変化のプロフィールを解析し、その電圧Ｖが前記鋼材Ａのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）を外れた部位での検出電圧Ｖoを超える２つの特異点Ｘａ,Ｘｂを検出しており、ナゲット径算出手段１９は、上記特異点検出手段（解析手段）１８により求められた２つの特異点Ｘａ,Ｘｂの前記鋼材Ａの表面における検出位置間の距離Ｌとして、スポット溶接により前記鋼材Ａに形成されたナゲットＮの径Ｄを求めている。
【００２２】
即ち、スポット溶接された鋼材Ａの表面を、前述した探針プローブ１１を用いてそのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）を横切って走査したとき、該プローブ１１によって検出される電圧Ｖは、スポット溶接領域（ナゲット形成領域）とこのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域とで異なり、例えば図２に示すように変化する。具体的には上記検出電圧Ｖは、その走査線上の両端部であるスポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域においては或る一定の電圧Ｖoとなり、走査線上の中央部であるスポット溶接領域（ナゲット形成領域）においては、ナゲットＮの中心部程その電圧が上記電圧Ｖoよりも低くなる。特にナゲットＮのエッジ部においては、スポット溶接領域（ナゲット形成領域）での電位分布と、上記スポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域での電位分布の異なりに起因して、その検出電圧は前記一定電圧Ｖoよりも若干高くなる。
【００２３】
前述した特異点検出手段（解析手段）１８は、スポット溶接領域（ナゲット形成領域）から外れた領域において検出される一定電圧Ｖoよりも若干高くなる電圧が検出された位置を図２に示すように特異点Ｘａ,Ｘｂとして検出しており、ナゲット径算出手段１９は上記２つの特異点Ｘａ,ＸｂがそれぞれナゲットＮのエッジ位置を示していることに着目して、上記特異点Ｘａ,Ｘｂの検出位置間の距離ＬとしてそのナゲットＮの径Ｄを求めている。
【００２４】
今少し詳しく説明すると、２枚の鋼板を重ね合わせてスポット溶接すると、そのスポット溶接領域においては上記２枚の鋼板が溶融固化して一体化してナゲットＮを形成する。従ってのこのナゲットＮの形成領域における鋼板Ａの厚みは、上記２枚の鋼板が重なり合って一体化した厚みとなる。しかし上記ナゲットＮの形成領域から外れた領域においては上記２枚の鋼板が単に重なり合っているだけであり、これらの鋼板は物理的には離れていると看做し得る。これ故、前述した一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂから前記鋼材Ａに一定の電圧Ｅを印加したとき、或いは一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に一定の電流Ｉを流したときに該鋼材Ａに生じる電位分布は、前記電流電極針Ｉａ,Ｉｂの接触位置が鋼材Ａのどの領域であるかによって異なる。即ち、鋼材Ａに生じる電位分布は、例えば図３(ａ)〜(ｄ)に模式的に示すように電流電極針Ｉａ,Ｉｂの位置とナゲットＮの形成領域との位置関係によって異なる。
【００２５】
具体的には一対の電流電極針Ｉａ,ＩｂをナゲットＮの形成領域から外れた領域に位置付けた場合には、専ら、該電流電極針Ｉａ,Ｉｂが接触した表面側の鋼材中だけに電界が形成されるので、図３(ａ)に示すように表面側の鋼材にだけ電位分布が生じる。しかも電界の形成幅が狭く、電界生成領域での内部抵抗が大きいので、鋼材Ａに生じる電位分布の様子を示す等電位線は、例えば図３(ａ)に示すように略一定間隔で密となる。これ故、前記一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に設けられた一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂによって検出される電位差（電圧）は高くなる。このような鋼材Ａの一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間における電位分布の形成状態は、前記電流電極針Ｉａ,Ｉｂの位置を徐々にずらしながら、その一方がナゲットＮのエッジ位置に掛かる状態まで移動させた場合にも、図３(ｂ)に示すように殆ど変わることがない。従って一対の電流電極針Ｉａ,ＩｂをナゲットＮの形成領域から外れた領域において移動させても、一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂによって検出される電位差（電圧）は殆ど変化することがなく、表面側の鋼材の内部抵抗だけに依存して或る程度高い一定の電圧Ｖoとして検出される。
【００２６】
これに対して一対の電流電極針Ｉａ,Ｉｂの一方が、図３(ｃ)に示すようにナゲットＮのエッジを跨いでナゲットＮの形成領域に位置付けられると、電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に形成される電界はナゲットＮを介して裏面側の鋼材にまで拡がる。そしてナゲットＮの形成領域においては電界の形成幅が広くなり、その内部抵抗も小さくなるので、ナゲットＮの形成領域における電位分布の様子を示す等電位線は、例えば図３(ｃ)に示すように粗くなる。しかしナゲットＮの形成領域から外れた周辺領域においては、表面側の鋼材と裏面側の鋼材との間に隙間（空間）が存在するので（表裏の鋼材を一体化するナゲットＮが存在しないので）、上述した如く裏面側にまで拡がった電界は表面側の鋼材まで延びることはない。
【００２７】
そして鋼材Ａ内に形成される電位分布は、図３(ｃ)に示すようにナゲットＮのエッジを境として大きく変化し、ナゲットＮの形成領域においては等電位線の間隔が粗くなり、ナゲットＮの形成領域から外れた周辺領域においては上記ナゲットＮの形成領域においては等電位線の間隔が粗くなった分、その等電位線の間隔が前述した図３(ａ)(ｂ)にそれぞれ示す等電位線の間隔よりも狭くなる。この結果、ナゲットＮのエッジを跨いで位置付けられる一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂにて検出される電圧が前述した一定電圧Ｖoを超えて高くなることがある。特に前記ナゲットＮのエッジを横切って前記一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂによる電圧検出位置を移動させた場合、上述した如く等電位線の間隔がより密に狭まった領域の電圧を検出することになるので、その検出電圧が前述した一定電圧Ｖoよりも僅かではあるが高くなることになる。
【００２８】
その後、一対の電流電極針Ｉａ,ＩｂがナゲットＮの形成領域に位置付けられた場合には、例えば図３(ｄ)に示すように鋼材Ａの電流電極針Ｉａ,Ｉｂ間に形成される電位分布の等電位線はナゲットＮを介して裏面側の鋼材にまで幅広く拡がり、その等電位線の間隔が粗くなる。そして電流電極針Ｉａ,Ｉｂの近傍領域においてのみ、その周囲の影響を受けて等電位線の間隔が若干狭くなる。この結果、前述した一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂは、ナゲットＮの形成領域における等電位線の間隔が広い電位分布の領域の電位差を検出することになるので、その検出電圧は前述した一定電圧Ｖoよりも低くなる。このようにして一対の電圧電極針Ｖａ,Ｖｂにて検出される電圧が最も低くなる位置は、ナゲットＮのエッジの影響が最も少なくなる該ナゲットＮの中心である。
【００２９】
この結果、前述した探針プローブ１１にてナゲットＮの形成領域を横切って走査し、その電圧変化（表面電位分布）を検出した場合、前述した図２に示すようにナゲットＮの形成領域に対応してその検出電圧が低くなり、ナゲットＮのエッジにおいてその検出電圧が、ナゲットＮの周囲にて検出される電圧Ｖoよりも若干高くなる。そしてこの検出電圧が周囲電圧Ｖoよりも若干高くなる位置、つまり検出電圧の変化プロフィール（変化パターン）における上述した特異点は、ナゲットＮのエッジ位置を示していることになる。
【００３０】
本発明に係るナゲット径測定方法およびナゲット径測定装置は上述した考察に立脚してなされており、図４にその概略的な処理手順を示すように前述した探針プローブ１１を用いてスポット溶接した鋼材ＡのナゲットＮの形成位置を横切るように走査することにより開始される［ステップＳ１］。好ましくは探針プローブ１１による走査は、ナゲットＮの形成領域の中心を通るようにして行われる。この探針プローブ１１の走査は、前述したように探針プローブ１１を構成する複数本の探触針１１を電気的にその接続を順次切り替えることにより行われる。
【００３１】
しかる後、上記探針プローブ１１の走査によって検出される電圧を、その走査に連動して展開することで電圧変化のプロフィール（変化パターン）をその走査方向に亘って検出し［ステップＳ２］、前述したようにナゲットＮの周辺部において検出される電圧Ｖoよりも若干高い電圧となる２つの特異点Ｘａ,Ｘｂを検出する［ステップＳ３］。そしてこれらの特異点Ｘａ,Ｘｂ間の距離Ｌと、探針プローブ１１による鋼材Ａの走査幅との関係から上記特異点Ｘａ,Ｘｂ間の距離Ｌに相当するナゲットＮの径Ｄを求める［ステップＳ４］。
【００３２】
尚、ナゲットＮの形成領域の中心を通るように前記探針プローブ１１による鋼材Ａの走査位置を設定することが困難な場合には、例えば複数の探触針をそれぞれ一定のピッチで直線配列した２組の探触針アレイ２１,２２を互いに交差させて設けた探針プローブを用い、図５に示すように上記２組の探触針アレイにて鋼材Ａのスポット溶接領域（ナゲット形成領域）をそれぞれ横切って走査するようにすれば良い。そしてこれらの２組の探触針アレイにてそれぞれ検出される特異点（ナゲットＮのエッジ位置）ｘａ,ｘｂ,ｙａ,ｙｂの中の少なくとも３つの特異点の検出位置からナゲットＮの外形形状を示す円を求め、この円の径としてナゲット径Ｄを求めるようにすれば良い。但し、この場合、２組の探触針アレイが互いに干渉しないように、その駆動・走査を制御することは勿論のことである。
【００３３】
以上説明したようにしてナゲットＮの径Ｄを計測する本発明方法および装置によれば、ナゲット領域を走査したときに得られる電圧変化の特異点に着目しているので、ナゲットＮの径Ｄを簡易に、しかも精度良く計測することができる。しかも従来のようにナゲット領域を走査したときに得られる電圧変化のパターンを、図７に示したように或る閾値ＴＨで弁別してナゲット径を求めるものとは異なるので計測値に対する信頼性が高く、しかも計測再現性も高い等の効果が奏せられる。
【００３４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば探針プローブ１１の構成、つまり複数本の探触針１２の数やその配列ピッチ等は、要求される測定仕様に応じて設定すれば良いものである。また２つの特異点Ｘａ,Ｘｂの間隔と、その電圧プロフィールのボトム点をなすナゲットＮの中心位置とを基準にしてナゲットＮの径を最定義することも勿論可能である。また電圧検出器１６の出力をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に取り込み、前述した処理をソフトウェア的に実行することも勿論可能である。また前述した２組の探触針アレイ２１,２２については、必ずしもその探触針１１の配列方向を互いに直交させて設ける必要はない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るナゲット径測定方法を実施するナゲット径測定装置の概略構成図。
【図２】スポット溶接した鋼材を走査して求められる電位分布の変化パターンの例と、この変化パターンにおける特異点とナゲット径との関係を示す図。
【図３】走査位置よって変化する鋼材内部の電位分布の様子を模式的に示す図。
【図４】本発明に係るナゲット径測定方法の概略的な処理手順を示す図。
【図５】２組の探触針アレイを用いたナゲット径計測の原理を説明する為の図。
【図６】６探針法による鋼材内部の状態検出の原理を説明する為の図。
【図７】従来の一般的なナゲット径計測の測定原理を説明する為の図。
【符号の説明】
【００３６】
１１ 探針プローブ
１２ 探触針
１３ 電子スイッチ
１４ 走査制御部
１５ 直流電源
１６ 電圧検出器
１７ メモリ
１８ 特異点検出部
１９ ナゲット径算出部
２１,２２ 探触針アレイ
Ｉａ,Ｉｂ 電流電極針
Ｖａ,Ｖｂ 電圧電極針
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材表面の任意の２点間に一定の電流または電圧を印加する一対の電極針および上記電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を検出する少なくとも一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いて、スポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査し、
この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧の前記走査方向に亘る変化のプロフィールから、その電圧が前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出し、これらの特異点を検出した走査位置から前記スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めることを特徴とするナゲット径測定方法。
【請求項２】
前記探針プローブによる走査ラインは、前記鋼材のスポット溶接領域の中心を横切る直線として設定されるものであって、
前記ナゲットの径は、前記走査ラインにおいて検出された２つの特異点間の距離として求められる請求項１に記載のナゲット径測定方法。
【請求項３】
前記探針プローブによる走査ラインは、互いに交差して前記鋼材のスポット溶接領域をそれぞれ横切る２つの直線として設定されるものであって、
前記ナゲットの径は、上記各走査ラインにおいてそれぞれ検出された特異点の中の少なくとも３つの特異点の検出位置により決定される前記ナゲットの外形形状を示す円の径として求められる請求項１に記載のナゲット径測定方法。
【請求項４】
前記探針プローブは、複数の探触針を一定のピッチで直線配列したものであって、
前記探針プローブによる前記鋼材の走査は、上記複数の探触針の中から前記一対の電極針および前記一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えて行われるものである請求項１に記載のナゲット径測定方法。
【請求項５】
複数の探触針を一定のピッチで直線配列した探針プローブと、
この探針プローブにおける複数の探触針の中から一対の電極針および一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えるプローブ走査手段と、
前記一対の電極針を介して鋼材に一定の電流または電圧を加えると共に、この電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を前記一対の電圧電極針にて検出する鋼材検査手段と、
前記プローブ走査手段による前記探触針の走査に伴って上記鋼材検査手段にて検出された電圧の上記走査方向に亘る変化のプロフィールから上記電圧が前記鋼材のスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出する解析手段と、
この解析手段により求められた上記特異点の前記走査方向における検出位置からスポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めるナゲット径算出手段と
を具備したことを特徴とするナゲット径測定装置。
【請求項６】
前記探針プローブは、複数の探触針をそれぞれ一定のピッチで直線配列した２組の探触針アレイを、互いに交差させて設けたものである請求項５に記載のナゲット径測定装置。
【請求項１】
鋼材表面の任意の２点間に一定の電流または電圧を印加する一対の電極針および上記電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を検出する少なくとも一対の電圧電極針を備えた探針プローブを用いて、スポット溶接された鋼材の表面を所定のラインに沿って走査し、
この走査に伴って前記一対の電圧電極針により検出される電圧の前記走査方向に亘る変化のプロフィールから、その電圧が前記鋼材におけるスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出し、これらの特異点を検出した走査位置から前記スポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めることを特徴とするナゲット径測定方法。
【請求項２】
前記探針プローブによる走査ラインは、前記鋼材のスポット溶接領域の中心を横切る直線として設定されるものであって、
前記ナゲットの径は、前記走査ラインにおいて検出された２つの特異点間の距離として求められる請求項１に記載のナゲット径測定方法。
【請求項３】
前記探針プローブによる走査ラインは、互いに交差して前記鋼材のスポット溶接領域をそれぞれ横切る２つの直線として設定されるものであって、
前記ナゲットの径は、上記各走査ラインにおいてそれぞれ検出された特異点の中の少なくとも３つの特異点の検出位置により決定される前記ナゲットの外形形状を示す円の径として求められる請求項１に記載のナゲット径測定方法。
【請求項４】
前記探針プローブは、複数の探触針を一定のピッチで直線配列したものであって、
前記探針プローブによる前記鋼材の走査は、上記複数の探触針の中から前記一対の電極針および前記一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えて行われるものである請求項１に記載のナゲット径測定方法。
【請求項５】
複数の探触針を一定のピッチで直線配列した探針プローブと、
この探針プローブにおける複数の探触針の中から一対の電極針および一対の電圧電極針として用いる探触針をそれぞれ選択すると共に、前記電極針および前記電圧電極針として選択する探触針をその配列方向に順次切り換えるプローブ走査手段と、
前記一対の電極針を介して鋼材に一定の電流または電圧を加えると共に、この電流または電圧によって前記鋼材に生じる表面電位を前記一対の電圧電極針にて検出する鋼材検査手段と、
前記プローブ走査手段による前記探触針の走査に伴って上記鋼材検査手段にて検出された電圧の上記走査方向に亘る変化のプロフィールから上記電圧が前記鋼材のスポット溶接領域を外れた部位での検出電圧を超える２つの特異点を検出する解析手段と、
この解析手段により求められた上記特異点の前記走査方向における検出位置からスポット溶接により前記鋼材に形成されたナゲットの径を求めるナゲット径算出手段と
を具備したことを特徴とするナゲット径測定装置。
【請求項６】
前記探針プローブは、複数の探触針をそれぞれ一定のピッチで直線配列した２組の探触針アレイを、互いに交差させて設けたものである請求項５に記載のナゲット径測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２４１４１９（Ｐ２００８−２４１４１９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８１３５４（Ｐ２００７−８１３５４）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５９１０１１７７５）電子磁気工業株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５９１０１１７７５）電子磁気工業株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
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