溶融部界面位置検出方法及びその装置
【課題】スポット溶接の最中にワークに生成する溶融部の界面の位置を精確に検出する。
【解決手段】ワークの上端面から溶融部２０の界面までの距離Ｆは、第１超音波に含まれる横波が第１溶接チップ１２で反射された第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間Ａ、第１超音波に含まれる縦波（透過波２４）が第１送受信器１６から発信されて第２送受信器１８に到達するに至るまでの時間Ｂ、第１超音波に含まれる横波が溶融部２０の界面で反射された第２反射波２６が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間Ｃ、第２超音波に含まれる横波が第２溶接チップ１４で反射された第３反射波２８が第２送受信器１８から発信されて該第２送受信器１８に戻るまでの時間Ｄ、第１溶接チップ１２と第２溶接チップ１４とのチップ間距離Ｅとから求まる。Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２
【解決手段】ワークの上端面から溶融部２０の界面までの距離Ｆは、第１超音波に含まれる横波が第１溶接チップ１２で反射された第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間Ａ、第１超音波に含まれる縦波（透過波２４）が第１送受信器１６から発信されて第２送受信器１８に到達するに至るまでの時間Ｂ、第１超音波に含まれる横波が溶融部２０の界面で反射された第２反射波２６が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間Ｃ、第２超音波に含まれる横波が第２溶接チップ１４で反射された第３反射波２８が第２送受信器１８から発信されて該第２送受信器１８に戻るまでの時間Ｄ、第１溶接チップ１２と第２溶接チップ１４とのチップ間距離Ｅとから求まる。Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接の一手法であるスポット溶接は、周知の通り、互いに当接したワーク同士を１組の溶接チップで挟持し、これら溶接チップ同士の間に通電を行うことで前記ワーク同士を点状に溶接するものである。この過程において、当接箇所の内部に溶融部が生成し、さらに、この溶融部が成長した後に凝固する。
【０００３】
スポット溶接においては、溶融部が如何なるタイミングで成長・凝固するのかを検査することがある。特許文献１には、この種の検査を行うべく、溶融部の界面の位置を検出する方法及び装置が提案されている。すなわち、特許文献１記載の検出方法及び検出装置では、溶接チップに組み込まれた送受信器から溶融部に向けて超音波を発信し、溶融部から反射された反射波、又は溶融部を透過した透過波を検出するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来技術は、超音波の速度が一定であると仮定して溶融部を検出するようにしている。しかしながら、本発明者らの鋭意検討によれば、超音波の速度はワークの温度が上昇することに伴って遅くなる。従って、スポット溶接の進行に追従してワークの温度が変化すると、上記した従来技術では、若干ではあるものの、溶融部の位置の検出精度が低下する懸念がある。
【０００６】
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、溶融部の界面の位置を一層精確に検出することが可能な溶融部界面位置検出方法及びその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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の瞬間界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの少なくとも一方の表面から超音波を入射し、該超音波が前記溶融部の瞬間界面に到達するまでの到達時間を求め、
前記超音波が前記溶融部を透過する透過時間と、前記ワークの一方の表面から他方の表面までに至る距離とから前記超音波の瞬間速度を求め、
前記到達時間に前記超音波の瞬間速度を乗することで前記溶融部の瞬間界面位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明においては、検出時における超音波の瞬間速度を求め、この瞬間速度に基づいて溶融部の界面位置を検出するようにしている。換言すれば、超音波の速度が変化したとしても、その変化後の速度に基づいて溶融部の界面位置が検出される。このため、溶融部の位置を精度良く検出することができる。
【０００９】
また、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第２超音波中の前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波が前記第２送受信器に戻るまでの時間をＤとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（１）によって求めることを特徴とする。
Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２ …（１）
【００１０】
本発明においては、溶融部の界面位置を検出するとき、その時点での超音波の実速度ないしはそれに極めて近い値が求められる。すなわち、超音波の速度がワークの温度に応じて変化するような場合であっても、本発明では、その時点での超音波の実速度ないしはそれに極めて近い値を用いて溶融部の界面位置を検出する。従って、溶融部の界面位置を精度よく検出することができ、結局、界面位置の検出精度が向上する。
【００１１】
第１送受信器から第１溶接チップの先端までの距離と、第２送受信器から第２溶接チップの先端までの距離とは、異なっていてもよい。この場合、双方の距離を求め、この距離を計算に組み入れるようにすればよい。
【００１２】
すなわち、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥ、前記第１送受信器から前記第１溶接チップの先端までの距離をａ、前記第２送受信器から前記第２溶接チップの先端までの距離をｂとし、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立するとき、
第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（２）によって求めることを特徴とする。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−（１＋γ）Ａ／２）］×（Ｃ−Ａ）／２ …（２）
【００１３】
なお、第１送受信器又は第２送受信器の一方を受信器に代替することも可能である。すなわち、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの受信器に向けて超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＣとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（３）によって求めることを特徴とする。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−Ａ］×（Ｃ−Ａ）／２ …（３）
【００１４】
この場合においても、上記と同様に、溶融部の界面位置を検出する際、超音波の速度として実速度ないしはそれに極めて近い値を用いることができる。このため、溶融部の界面位置を一層精確に検出することができる。
【００１５】
この場合、例えば、第１溶接チップに送受信器を組み込むとともに第２溶接チップに受信器を組み込み、且つ第１溶接チップの先端から送受信器までの距離と、第２溶接チップの先端から受信器までの距離とを同一とすればよい。又は、上記と同様に、第１溶接チップの先端から送受信器までの距離と、第２溶接チップの先端から受信器までの距離とを求めてその比を算出し、この比を計算に組み入れるようにしてもよい。
【００１６】
ここで、液相となった溶融部を透過することが可能な透過波は縦波であり、横波では溶融部を透過することはできずに該溶融部に反射される。すなわち、いずれの場合においても、全ての反射波を横波とし、且つ前記透過波を縦波として計測を行うようにすればよい。
【００１７】
なお、縦波と横波は速度が互いに異なるため、上記の式（１）〜（３）の計算を行うためには、いずれかの波の速度を残余の波の速度に換算することが必要である。
【００１８】
また、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第１送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第２送受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記第１送受信器は、該第１送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記第２送受信器は、前記第１送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波と、前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波とを受信することを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすることにより、時々刻々と変化する温度及び伝播距離を反映した透過波の瞬間速度を容易に求めることができる。この瞬間速度に基づき、界面の位置を一層精確に検出することができるようになる。
【００２０】
なお、第１送受信器から第１溶接チップの先端までの距離がａ、第２送受信器から第２溶接チップの先端までの距離がｂであり、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立する場合、上記の式（２）によって離間距離Ｆを求めるようにすればよい。
【００２１】
上記したように、第１送受信器又は第２送受信器の一方を受信器に代替するようにしてもよい。すなわち、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を受信可能な受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記送受信器は、該送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記受信器は、前記送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波を受信することを特徴とする。
【００２２】
この構成においても、超音波の速度として実速度ないしはそれに極めて近い値を求めることができる。この速度に基づき、溶融部の界面位置を精確に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ワーク及び溶接チップの温度が変化することに伴って超音波の速度が変化することを考慮し、超音波の速度として実速度ないしはそれに極めて近い値を求めた上で、この速度に基づいて溶融部の界面位置を求めるようにしている。このため、溶融部の界面位置を精確に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る溶融部界面位置検出方法につき、それを実施する検出装置との関連で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る溶融部界面位置検出装置（以下、単に検出装置ということもある）１０の要部概略構成図である。この検出装置は、スポット溶接装置に付設される。
【００２６】
スポット溶接装置は、図示しないロボットのアーム部先端に配設された開閉可能な図示しない溶接ガンを有する。溶接ガンの先端には、第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４が設けられる。図１に示すように、これら第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４は、互いに積層された２枚のワークＷ１、Ｗ２を挟持する。従って、第１溶接チップ１２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２溶接チップ１４の先端は下方のワークＷ２に当接する。
【００２７】
第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４には、それぞれ、第１送受信器１６、第２送受信器１８が内蔵されている。これら第１送受信器１６及び第２送受信器１８は、超音波を発信及び受信することが可能である。なお、以下においては、第１送受信器１６から発信された超音波を第１超音波と表記し、第２送受信器１８から発信された超音波を第２超音波と表記する。
【００２８】
溶接ガンには、第１溶接チップ１２の先端と第２溶接チップ１４の先端との離間距離、換言すれば、チップ間距離を測定するための図示しないエンコーダが設けられている。前記チップ間距離は、このエンコーダによって常時測定される。このエンコーダは、第１送受信器１６及び第２送受信器１８とともに検出装置１０を構成する。
【００２９】
なお、上記したように、第１溶接チップ１２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２溶接チップ１４の先端は下方のワークＷ２に当接する。従って、チップ間距離は、実質的にワークＷ１、Ｗ２の厚み方向寸法の和である。
【００３０】
本実施の形態に係る溶融部界面位置検出方法は、このように構成された検出装置１０を用い、以下のようにして実施される。
【００３１】
はじめに、互いに積層されたワークＷ１、Ｗ２を前記溶接ガンの第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４の間に挿入する。勿論、この時点では溶接ガンは開いており、従って、第１溶接チップ１２と第２溶接チップ１４は最大に離間している。
【００３２】
次に、前記溶接ガンが閉じられ、第１溶接チップ１２の先端が上方のワークＷ１に当接するとともに、第２溶接チップ１４の先端が下方のワークＷ２に当接する。すなわち、ワークＷ１、Ｗ２が第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４に挟持される。
【００３３】
次に、第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４に電圧が印加され、これら第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４の間に通電がなされる。勿論、これに伴ってワークＷ１、Ｗ２の内部を電流が通過し、その結果、ワークＷ１、Ｗ２の界面が溶融する。すなわち、溶融部２０が生成する。後述するように、本実施の形態においては、上方のワークＷ１の上端面から溶融部２０の界面までの距離Ｆが求められる。
【００３４】
そして、前記溶接ガンの駆動と略同時に、第１送受信器１６及び第２送受信器１８の双方から第１超音波、第２超音波がそれぞれ発信される。
【００３５】
第１超音波には横波及び縦波が含まれる。この中、横波の一部は第１溶接チップ１２の先端で反射され、第１反射波２２となる。この第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間をＡとする。
【００３６】
また、透過波２４は、液相である溶融部２０を透過することが可能な縦波であり、最終的には第２送受信器１８に到達する。この透過波２４が第１送受信器１６から発信されて第２送受信器１８に到達するまでの時間をＢとする。
【００３７】
一方、第１溶接チップ１２の先端で反射されずにワークＷ１の内部に進入した横波であっても、液相である溶融部２０を透過することはできない。すなわち、この横波は、該溶融部２０の界面で反射されて第２反射波２６となる。この第２反射波２６が第１送受信器１６から発信され、前記溶融部２０の界面で反射されて該第１送受信器１６に戻るまでの全行程に要した時間をＣとする。
【００３８】
残余の第２超音波も同様に、横波の一部が第２溶接チップ１４の先端で反射され、これにより第３反射波２８が生成する。この第３反射波２８が第２送受信器１８から発信されて該第２送受信器１８に戻るまでの時間をＤとする。
【００３９】
なお、図１中の参照符号３０は、ワークＷ１、Ｗ２を透過するワーク内透過波を示す。このワーク内透過波３０がワークＷ１の上端面を起点としてワークＷ２の下端面に到達するまでの時間をＴとする。
【００４０】
ここで、ワークＷ１、Ｗ２の厚み方向寸法の和、換言すれば、チップ間距離をＥ、透過波２４の瞬間的な透過波速度をα、透過波２４が第１溶接チップ１２の先端から発信されて溶融部２０の界面に到達するまでの時間をβとし、且つ上方のワークＷ１の上端面から溶融部２０の界面までの距離をＦとする。この中、距離Ｆは、透過波２４の瞬間速度αに時間βを乗した積として求められる。すなわち、下記の式（４）が成立する。
Ｆ＝α×β …（４）
【００４１】
次に、式（４）におけるα、βを求める。
【００４２】
ワーク内透過波３０の瞬間速度αは、上記のように定義したチップ間距離Ｅと時間Ｔに基づき、下記の式（５）によって算出される。
α＝Ｅ／Ｔ …（５）
【００４３】
Ｔは、第１送受信器１６から発信された第１超音波に含まれる縦波（透過波２４）がワークＷ１、Ｗ２を透過して第２送受信器１８に到達するまでの時間Ｂから、第１超音波が第１溶接チップ１２の先端に到達するまでの時間と、透過波２４が第２溶接チップ１４の先端から第２送受信器１８に到達するまでの時間を差し引くことによって求められる。
【００４４】
第１超音波が第１溶接チップ１２の先端に到達するまでの時間は、第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るに至るまでの時間の半分、すなわち、Ａ／２である。また、透過波２４が第２溶接チップ１４の先端から第２送受信器１８に到達するまでの時間は、第２超音波が第２溶接チップ１４の先端に到達するまでの時間、換言すれば、第３反射波２８が第２送受信器１８から発信されて該第２送受信器１８に戻るまでの時間の半分（Ｄ／２）に等しい。すなわち、下記の式（６）が成立する。
Ｔ＝Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２） …（６）
【００４５】
上記式（３）に上記式（４）を代入すれば、下記の式（７）が得られる。
α＝Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］ …（７）
【００４６】
また、βは、第２反射波２６が第１送受信器１６から発信された後に溶融部２０に反射されて第１送受信器１６に戻るまでの時間から、第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間を差し引き、さらに、その差を１／２にすることで求められる。すなわち、下記の式（８）が成り立つ。
β＝（Ｃ−Ａ）／２ …（８）
【００４７】
式（６）、（７）を式（３）に代入すれば、下記の式（９）が得られる。
Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２ …（９）
【００４８】
なお、縦波（透過波２４）と横波（反射波）とでは速度が異なるので、上記の各計算を行う際には、いずれか一方の速度を換算する必要がある。
【００４９】
スポット溶接の進行に伴い、溶融部２０が成長する。成長した溶融部２０の界面の位置を再度検出する必要がある場合、上記の計算が再び実施される。すなわち、式（４）〜（９）までの計算は、溶融部２０の界面の位置を検出する毎に繰り返し実施される。溶融部２０が成長することに伴ってワークＷ１、Ｗ２の温度が上昇すると、超音波の瞬間速度が変化するからである。
【００５０】
このようにして溶融部２０の界面の位置を検出する毎に上記の計算を行うことにより、溶接部位の温度変化に伴って透過波２４の速度が変化するような状況下であっても、当該温度に応じた瞬間速度αに基づいて溶融部２０の界面位置（上方のワークＷ１の上端面から溶融部２０の界面までの距離Ｆ）を検出することができる。
【００５１】
すなわち、本実施の形態によれば、溶融部２０の界面位置の検出を行う時点で透過波２４の瞬間速度αとして実速度ないしはそれに極めて近い値を求め、この瞬間速度αに基づいて溶融部２０の界面位置を検出するようにしている。これにより、界面位置を一層精確に検出することが可能となる。
【００５２】
なお、上記に準拠してワークＷ２の下端面から溶融部２０の界面までの距離を求めるようにしてもよいことは勿論である。
【００５３】
また、第１送受信器１６から第１溶接チップ１２の先端までの距離と、第２送受信器１８から第２溶接チップ１４の先端までの距離とは互いに異なっていてもよい。第１送受信器１６から第１溶接チップ１２の先端までの距離をａ、第２送受信器１８から第２溶接チップ１４の先端までの距離をｂとすれば、ａとｂはともに直線であるから、比例関係が成り立つ。すなわち、比例係数をγとすれば、下記の式（１０）が成立する。
ａ＝γｂ …（１０）
【００５４】
従って、上記式（９）を変形すれば、以下の式（１１）が導出される。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−（１＋γ）Ａ／２）］×（Ｃ−Ａ）／２ …（１１）
【００５５】
このように、比例係数を計算に組み入れることにより、溶融部２０の位置を容易に検出することが可能となる。
【００５６】
さらに、上記した実施の形態においては、第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４の双方に送受信器を内蔵するようにしているが、例えば、第２溶接チップ１４の第２送受信器１８に代替し、受信器を内蔵するようにしてもよい。この場合、例えば、第１溶接チップ１２の先端と第１送受信器１６との間の距離と、第２溶接チップ１４の先端と前記受信器との間の距離とを同一に設定すれば、透過波２４が第２溶接チップ１４の先端から前記受信機に到達するまでの時間は、第１反射波２２が第１溶接チップ１２の先端から第１送受信器１６に到達するまでの時間に等しくなる。従って、この場合の距離Ｆは、上記式（９）を変形した以下の式（１２）によって求められる。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−Ａ］×（Ｃ−Ａ）／２ …（１２）
【００５７】
勿論、第１送受信器１６から第１溶接チップ１２の先端までの距離と、第２送受信器１８から第２溶接チップ１４の先端までの距離とが互いに異なっていてもよい。この場合、上記式（１０）、（１１）に準じて両距離の比を求め、この比を計算に組み入れるようにすればよい。
【００５８】
いすれの場合においても、溶融部２０の界面位置の検出を行う時点での透過波２４の瞬間的な透過波速度αに基づいて溶融部２０の界面位置を検出するので、界面位置を精確に検出することができる。
【００５９】
さらに、第１送受信器１６に代替して受信器を内蔵する一方、第２溶接チップ１４に第２送受信器１８を内蔵して検出装置を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態に係る溶融部界面位置検出装置の要部概略構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…溶融部界面位置検出装置 １２…第１溶接チップ
１４…第２溶接チップ １６…第１送受信器
１８…第２送受信器 ２０…溶融部
２２…第１反射波 ２４…透過波
２６…第２反射波 ２８…第３反射波
３０…ワーク内透過波 Ｗ１、Ｗ２…ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接の一手法であるスポット溶接は、周知の通り、互いに当接したワーク同士を１組の溶接チップで挟持し、これら溶接チップ同士の間に通電を行うことで前記ワーク同士を点状に溶接するものである。この過程において、当接箇所の内部に溶融部が生成し、さらに、この溶融部が成長した後に凝固する。
【０００３】
スポット溶接においては、溶融部が如何なるタイミングで成長・凝固するのかを検査することがある。特許文献１には、この種の検査を行うべく、溶融部の界面の位置を検出する方法及び装置が提案されている。すなわち、特許文献１記載の検出方法及び検出装置では、溶接チップに組み込まれた送受信器から溶融部に向けて超音波を発信し、溶融部から反射された反射波、又は溶融部を透過した透過波を検出するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来技術は、超音波の速度が一定であると仮定して溶融部を検出するようにしている。しかしながら、本発明者らの鋭意検討によれば、超音波の速度はワークの温度が上昇することに伴って遅くなる。従って、スポット溶接の進行に追従してワークの温度が変化すると、上記した従来技術では、若干ではあるものの、溶融部の位置の検出精度が低下する懸念がある。
【０００６】
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、溶融部の界面の位置を一層精確に検出することが可能な溶融部界面位置検出方法及びその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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の瞬間界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの少なくとも一方の表面から超音波を入射し、該超音波が前記溶融部の瞬間界面に到達するまでの到達時間を求め、
前記超音波が前記溶融部を透過する透過時間と、前記ワークの一方の表面から他方の表面までに至る距離とから前記超音波の瞬間速度を求め、
前記到達時間に前記超音波の瞬間速度を乗することで前記溶融部の瞬間界面位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明においては、検出時における超音波の瞬間速度を求め、この瞬間速度に基づいて溶融部の界面位置を検出するようにしている。換言すれば、超音波の速度が変化したとしても、その変化後の速度に基づいて溶融部の界面位置が検出される。このため、溶融部の位置を精度良く検出することができる。
【０００９】
また、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第２超音波中の前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波が前記第２送受信器に戻るまでの時間をＤとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（１）によって求めることを特徴とする。
Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２ …（１）
【００１０】
本発明においては、溶融部の界面位置を検出するとき、その時点での超音波の実速度ないしはそれに極めて近い値が求められる。すなわち、超音波の速度がワークの温度に応じて変化するような場合であっても、本発明では、その時点での超音波の実速度ないしはそれに極めて近い値を用いて溶融部の界面位置を検出する。従って、溶融部の界面位置を精度よく検出することができ、結局、界面位置の検出精度が向上する。
【００１１】
第１送受信器から第１溶接チップの先端までの距離と、第２送受信器から第２溶接チップの先端までの距離とは、異なっていてもよい。この場合、双方の距離を求め、この距離を計算に組み入れるようにすればよい。
【００１２】
すなわち、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥ、前記第１送受信器から前記第１溶接チップの先端までの距離をａ、前記第２送受信器から前記第２溶接チップの先端までの距離をｂとし、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立するとき、
第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（２）によって求めることを特徴とする。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−（１＋γ）Ａ／２）］×（Ｃ−Ａ）／２ …（２）
【００１３】
なお、第１送受信器又は第２送受信器の一方を受信器に代替することも可能である。すなわち、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの受信器に向けて超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＣとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（３）によって求めることを特徴とする。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−Ａ］×（Ｃ−Ａ）／２ …（３）
【００１４】
この場合においても、上記と同様に、溶融部の界面位置を検出する際、超音波の速度として実速度ないしはそれに極めて近い値を用いることができる。このため、溶融部の界面位置を一層精確に検出することができる。
【００１５】
この場合、例えば、第１溶接チップに送受信器を組み込むとともに第２溶接チップに受信器を組み込み、且つ第１溶接チップの先端から送受信器までの距離と、第２溶接チップの先端から受信器までの距離とを同一とすればよい。又は、上記と同様に、第１溶接チップの先端から送受信器までの距離と、第２溶接チップの先端から受信器までの距離とを求めてその比を算出し、この比を計算に組み入れるようにしてもよい。
【００１６】
ここで、液相となった溶融部を透過することが可能な透過波は縦波であり、横波では溶融部を透過することはできずに該溶融部に反射される。すなわち、いずれの場合においても、全ての反射波を横波とし、且つ前記透過波を縦波として計測を行うようにすればよい。
【００１７】
なお、縦波と横波は速度が互いに異なるため、上記の式（１）〜（３）の計算を行うためには、いずれかの波の速度を残余の波の速度に換算することが必要である。
【００１８】
また、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第１送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第２送受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記第１送受信器は、該第１送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記第２送受信器は、前記第１送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波と、前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波とを受信することを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすることにより、時々刻々と変化する温度及び伝播距離を反映した透過波の瞬間速度を容易に求めることができる。この瞬間速度に基づき、界面の位置を一層精確に検出することができるようになる。
【００２０】
なお、第１送受信器から第１溶接チップの先端までの距離がａ、第２送受信器から第２溶接チップの先端までの距離がｂであり、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立する場合、上記の式（２）によって離間距離Ｆを求めるようにすればよい。
【００２１】
上記したように、第１送受信器又は第２送受信器の一方を受信器に代替するようにしてもよい。すなわち、本発明は、互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を受信可能な受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記送受信器は、該送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記受信器は、前記送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波を受信することを特徴とする。
【００２２】
この構成においても、超音波の速度として実速度ないしはそれに極めて近い値を求めることができる。この速度に基づき、溶融部の界面位置を精確に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ワーク及び溶接チップの温度が変化することに伴って超音波の速度が変化することを考慮し、超音波の速度として実速度ないしはそれに極めて近い値を求めた上で、この速度に基づいて溶融部の界面位置を求めるようにしている。このため、溶融部の界面位置を精確に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る溶融部界面位置検出方法につき、それを実施する検出装置との関連で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る溶融部界面位置検出装置（以下、単に検出装置ということもある）１０の要部概略構成図である。この検出装置は、スポット溶接装置に付設される。
【００２６】
スポット溶接装置は、図示しないロボットのアーム部先端に配設された開閉可能な図示しない溶接ガンを有する。溶接ガンの先端には、第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４が設けられる。図１に示すように、これら第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４は、互いに積層された２枚のワークＷ１、Ｗ２を挟持する。従って、第１溶接チップ１２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２溶接チップ１４の先端は下方のワークＷ２に当接する。
【００２７】
第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４には、それぞれ、第１送受信器１６、第２送受信器１８が内蔵されている。これら第１送受信器１６及び第２送受信器１８は、超音波を発信及び受信することが可能である。なお、以下においては、第１送受信器１６から発信された超音波を第１超音波と表記し、第２送受信器１８から発信された超音波を第２超音波と表記する。
【００２８】
溶接ガンには、第１溶接チップ１２の先端と第２溶接チップ１４の先端との離間距離、換言すれば、チップ間距離を測定するための図示しないエンコーダが設けられている。前記チップ間距離は、このエンコーダによって常時測定される。このエンコーダは、第１送受信器１６及び第２送受信器１８とともに検出装置１０を構成する。
【００２９】
なお、上記したように、第１溶接チップ１２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２溶接チップ１４の先端は下方のワークＷ２に当接する。従って、チップ間距離は、実質的にワークＷ１、Ｗ２の厚み方向寸法の和である。
【００３０】
本実施の形態に係る溶融部界面位置検出方法は、このように構成された検出装置１０を用い、以下のようにして実施される。
【００３１】
はじめに、互いに積層されたワークＷ１、Ｗ２を前記溶接ガンの第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４の間に挿入する。勿論、この時点では溶接ガンは開いており、従って、第１溶接チップ１２と第２溶接チップ１４は最大に離間している。
【００３２】
次に、前記溶接ガンが閉じられ、第１溶接チップ１２の先端が上方のワークＷ１に当接するとともに、第２溶接チップ１４の先端が下方のワークＷ２に当接する。すなわち、ワークＷ１、Ｗ２が第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４に挟持される。
【００３３】
次に、第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４に電圧が印加され、これら第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４の間に通電がなされる。勿論、これに伴ってワークＷ１、Ｗ２の内部を電流が通過し、その結果、ワークＷ１、Ｗ２の界面が溶融する。すなわち、溶融部２０が生成する。後述するように、本実施の形態においては、上方のワークＷ１の上端面から溶融部２０の界面までの距離Ｆが求められる。
【００３４】
そして、前記溶接ガンの駆動と略同時に、第１送受信器１６及び第２送受信器１８の双方から第１超音波、第２超音波がそれぞれ発信される。
【００３５】
第１超音波には横波及び縦波が含まれる。この中、横波の一部は第１溶接チップ１２の先端で反射され、第１反射波２２となる。この第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間をＡとする。
【００３６】
また、透過波２４は、液相である溶融部２０を透過することが可能な縦波であり、最終的には第２送受信器１８に到達する。この透過波２４が第１送受信器１６から発信されて第２送受信器１８に到達するまでの時間をＢとする。
【００３７】
一方、第１溶接チップ１２の先端で反射されずにワークＷ１の内部に進入した横波であっても、液相である溶融部２０を透過することはできない。すなわち、この横波は、該溶融部２０の界面で反射されて第２反射波２６となる。この第２反射波２６が第１送受信器１６から発信され、前記溶融部２０の界面で反射されて該第１送受信器１６に戻るまでの全行程に要した時間をＣとする。
【００３８】
残余の第２超音波も同様に、横波の一部が第２溶接チップ１４の先端で反射され、これにより第３反射波２８が生成する。この第３反射波２８が第２送受信器１８から発信されて該第２送受信器１８に戻るまでの時間をＤとする。
【００３９】
なお、図１中の参照符号３０は、ワークＷ１、Ｗ２を透過するワーク内透過波を示す。このワーク内透過波３０がワークＷ１の上端面を起点としてワークＷ２の下端面に到達するまでの時間をＴとする。
【００４０】
ここで、ワークＷ１、Ｗ２の厚み方向寸法の和、換言すれば、チップ間距離をＥ、透過波２４の瞬間的な透過波速度をα、透過波２４が第１溶接チップ１２の先端から発信されて溶融部２０の界面に到達するまでの時間をβとし、且つ上方のワークＷ１の上端面から溶融部２０の界面までの距離をＦとする。この中、距離Ｆは、透過波２４の瞬間速度αに時間βを乗した積として求められる。すなわち、下記の式（４）が成立する。
Ｆ＝α×β …（４）
【００４１】
次に、式（４）におけるα、βを求める。
【００４２】
ワーク内透過波３０の瞬間速度αは、上記のように定義したチップ間距離Ｅと時間Ｔに基づき、下記の式（５）によって算出される。
α＝Ｅ／Ｔ …（５）
【００４３】
Ｔは、第１送受信器１６から発信された第１超音波に含まれる縦波（透過波２４）がワークＷ１、Ｗ２を透過して第２送受信器１８に到達するまでの時間Ｂから、第１超音波が第１溶接チップ１２の先端に到達するまでの時間と、透過波２４が第２溶接チップ１４の先端から第２送受信器１８に到達するまでの時間を差し引くことによって求められる。
【００４４】
第１超音波が第１溶接チップ１２の先端に到達するまでの時間は、第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るに至るまでの時間の半分、すなわち、Ａ／２である。また、透過波２４が第２溶接チップ１４の先端から第２送受信器１８に到達するまでの時間は、第２超音波が第２溶接チップ１４の先端に到達するまでの時間、換言すれば、第３反射波２８が第２送受信器１８から発信されて該第２送受信器１８に戻るまでの時間の半分（Ｄ／２）に等しい。すなわち、下記の式（６）が成立する。
Ｔ＝Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２） …（６）
【００４５】
上記式（３）に上記式（４）を代入すれば、下記の式（７）が得られる。
α＝Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］ …（７）
【００４６】
また、βは、第２反射波２６が第１送受信器１６から発信された後に溶融部２０に反射されて第１送受信器１６に戻るまでの時間から、第１反射波２２が第１送受信器１６から発信されて該第１送受信器１６に戻るまでの時間を差し引き、さらに、その差を１／２にすることで求められる。すなわち、下記の式（８）が成り立つ。
β＝（Ｃ−Ａ）／２ …（８）
【００４７】
式（６）、（７）を式（３）に代入すれば、下記の式（９）が得られる。
Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２ …（９）
【００４８】
なお、縦波（透過波２４）と横波（反射波）とでは速度が異なるので、上記の各計算を行う際には、いずれか一方の速度を換算する必要がある。
【００４９】
スポット溶接の進行に伴い、溶融部２０が成長する。成長した溶融部２０の界面の位置を再度検出する必要がある場合、上記の計算が再び実施される。すなわち、式（４）〜（９）までの計算は、溶融部２０の界面の位置を検出する毎に繰り返し実施される。溶融部２０が成長することに伴ってワークＷ１、Ｗ２の温度が上昇すると、超音波の瞬間速度が変化するからである。
【００５０】
このようにして溶融部２０の界面の位置を検出する毎に上記の計算を行うことにより、溶接部位の温度変化に伴って透過波２４の速度が変化するような状況下であっても、当該温度に応じた瞬間速度αに基づいて溶融部２０の界面位置（上方のワークＷ１の上端面から溶融部２０の界面までの距離Ｆ）を検出することができる。
【００５１】
すなわち、本実施の形態によれば、溶融部２０の界面位置の検出を行う時点で透過波２４の瞬間速度αとして実速度ないしはそれに極めて近い値を求め、この瞬間速度αに基づいて溶融部２０の界面位置を検出するようにしている。これにより、界面位置を一層精確に検出することが可能となる。
【００５２】
なお、上記に準拠してワークＷ２の下端面から溶融部２０の界面までの距離を求めるようにしてもよいことは勿論である。
【００５３】
また、第１送受信器１６から第１溶接チップ１２の先端までの距離と、第２送受信器１８から第２溶接チップ１４の先端までの距離とは互いに異なっていてもよい。第１送受信器１６から第１溶接チップ１２の先端までの距離をａ、第２送受信器１８から第２溶接チップ１４の先端までの距離をｂとすれば、ａとｂはともに直線であるから、比例関係が成り立つ。すなわち、比例係数をγとすれば、下記の式（１０）が成立する。
ａ＝γｂ …（１０）
【００５４】
従って、上記式（９）を変形すれば、以下の式（１１）が導出される。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−（１＋γ）Ａ／２）］×（Ｃ−Ａ）／２ …（１１）
【００５５】
このように、比例係数を計算に組み入れることにより、溶融部２０の位置を容易に検出することが可能となる。
【００５６】
さらに、上記した実施の形態においては、第１溶接チップ１２及び第２溶接チップ１４の双方に送受信器を内蔵するようにしているが、例えば、第２溶接チップ１４の第２送受信器１８に代替し、受信器を内蔵するようにしてもよい。この場合、例えば、第１溶接チップ１２の先端と第１送受信器１６との間の距離と、第２溶接チップ１４の先端と前記受信器との間の距離とを同一に設定すれば、透過波２４が第２溶接チップ１４の先端から前記受信機に到達するまでの時間は、第１反射波２２が第１溶接チップ１２の先端から第１送受信器１６に到達するまでの時間に等しくなる。従って、この場合の距離Ｆは、上記式（９）を変形した以下の式（１２）によって求められる。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−Ａ］×（Ｃ−Ａ）／２ …（１２）
【００５７】
勿論、第１送受信器１６から第１溶接チップ１２の先端までの距離と、第２送受信器１８から第２溶接チップ１４の先端までの距離とが互いに異なっていてもよい。この場合、上記式（１０）、（１１）に準じて両距離の比を求め、この比を計算に組み入れるようにすればよい。
【００５８】
いすれの場合においても、溶融部２０の界面位置の検出を行う時点での透過波２４の瞬間的な透過波速度αに基づいて溶融部２０の界面位置を検出するので、界面位置を精確に検出することができる。
【００５９】
さらに、第１送受信器１６に代替して受信器を内蔵する一方、第２溶接チップ１４に第２送受信器１８を内蔵して検出装置を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態に係る溶融部界面位置検出装置の要部概略構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…溶融部界面位置検出装置 １２…第１溶接チップ
１４…第２溶接チップ １６…第１送受信器
１８…第２送受信器 ２０…溶融部
２２…第１反射波 ２４…透過波
２６…第２反射波 ２８…第３反射波
３０…ワーク内透過波 Ｗ１、Ｗ２…ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の瞬間界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの少なくとも一方の表面から超音波を入射し、該超音波が前記溶融部の瞬間界面に到達するまでの到達時間を求め、
前記超音波が前記溶融部を透過する透過時間と、前記ワークの一方の表面から他方の表面までに至る距離とから前記超音波の瞬間速度を求め、
前記到達時間に前記超音波の瞬間速度を乗することで前記溶融部の瞬間界面位置を検出することを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
【請求項２】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第２超音波中の前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波が前記第２送受信器に戻るまでの時間をＤとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（１）によって求めることを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２ …（１）
【請求項３】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥ、前記第１送受信器から前記第１溶接チップの先端までの距離をａ、前記第２送受信器から前記第２溶接チップの先端までの距離をｂとし、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立するとき、
第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（２）によって求めることを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−（１＋γ）Ａ／２）］×（Ｃ−Ａ）／２ …（２）
【請求項４】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの受信器に向けて超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＣとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（３）によって求めることを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−Ａ］×（Ｃ−Ａ）／２ …（３）
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出方法において、全ての反射波を横波とし、且つ前記透過波を縦波として計測を行うことを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
【請求項６】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第１送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第２送受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記第１送受信器は、該第１送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記第２送受信器は、前記第１送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波と、前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波とを受信することを特徴とする溶融部界面位置検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記第１送受信器から前記第１溶接チップの先端までの距離がａ、前記第２送受信器から前記第２溶接チップの先端までの距離がｂであり、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立することを特徴とする溶融部界面位置検出装置。
【請求項８】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を受信可能な受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記送受信器は、該送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記受信器は、前記送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波を受信することを特徴とする溶融部界面位置検出装置。
【請求項１】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の瞬間界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの少なくとも一方の表面から超音波を入射し、該超音波が前記溶融部の瞬間界面に到達するまでの到達時間を求め、
前記超音波が前記溶融部を透過する透過時間と、前記ワークの一方の表面から他方の表面までに至る距離とから前記超音波の瞬間速度を求め、
前記到達時間に前記超音波の瞬間速度を乗することで前記溶融部の瞬間界面位置を検出することを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
【請求項２】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第２超音波中の前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波が前記第２送受信器に戻るまでの時間をＤとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（１）によって求めることを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
Ｆ＝｛Ｅ／［Ｂ−（Ａ／２＋Ｄ／２）］｝×（Ｃ−Ａ）／２ …（１）
【請求項３】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの第１送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの第２送受信器に向けて第１超音波を発信するとともに、前記第２溶接チップの送受信器から前記第１溶接チップの送受信器に向けて第２超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記第２送受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記第１送受信器に戻るまでの時間をＣ、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥ、前記第１送受信器から前記第１溶接チップの先端までの距離をａ、前記第２送受信器から前記第２溶接チップの先端までの距離をｂとし、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立するとき、
第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（２）によって求めることを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−（１＋γ）Ａ／２）］×（Ｃ−Ａ）／２ …（２）
【請求項４】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出方法であって、
前記ワークの一方の表面に当接した第１溶接チップの送受信器から、前記ワークの他方の表面に当接した第２溶接チップの受信器に向けて超音波を発信し、
前記第１超音波中の前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＡ、前記溶融部を透過した透過波が前記受信器に到達するまでの時間をＢ、前記溶融部の界面から反射された第２反射波が前記送受信器に戻るまでの時間をＣとし、且つ前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離をＥとするとき、第１溶接チップの先端と前記溶融部の界面との離間距離Ｆを下記の式（３）によって求めることを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
Ｆ＝［Ｅ／Ｂ−Ａ］×（Ｃ−Ａ）／２ …（３）
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出方法において、全ての反射波を横波とし、且つ前記透過波を縦波として計測を行うことを特徴とする溶融部界面位置検出方法。
【請求項６】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第１送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な第２送受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記第１送受信器は、該第１送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記第２送受信器は、前記第１送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波と、前記第２溶接チップの先端から反射された第３反射波とを受信することを特徴とする溶融部界面位置検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記第１送受信器から前記第１溶接チップの先端までの距離がａ、前記第２送受信器から前記第２溶接チップの先端までの距離がｂであり、且つａとｂとの間にａ＝γｂ（γは比例係数）の関係が成立することを特徴とする溶融部界面位置検出装置。
【請求項８】
互いに当接してスポット溶接される最中のワークに生成する溶融部の界面の位置を検出する溶融部界面位置検出装置であって、
スポット溶接装置を構成する第１溶接チップに組み込まれて超音波を発信及び受信可能な送受信器と、
前記第１溶接チップとともにスポット溶接を行うための第２溶接チップに組み込まれて超音波を受信可能な受信器と、
前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとのチップ間距離を測定するチップ間距離測定手段と、
を備え、
前記送受信器は、該送受信器が発信して前記第１溶接チップの先端から反射された第１反射波と、前記溶融部の界面から反射された第２反射波とを受信し、
且つ前記受信器は、前記送受信器が発信して前記溶融部を透過した透過波を受信することを特徴とする溶融部界面位置検出装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−３８６６９（Ｐ２０１０−３８６６９Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２００３７０（Ｐ２００８−２００３７０）
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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