JP4911232B2

JP4911232B2 - ビード検査方法及びビード検査装置

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Publication number: JP4911232B2
Application number: JP2010040063A
Authority: JP
Inventors: 博成足立; 直大久保; 雅之東; 匡弘西尾; 雅樹丹沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: WO2011104608A3; CN102791412B; DE112011100678B4; DE112011100678T8; US20120314225A1; JP2011174855A; US8724122B2; CN102791412A; WO2011104608A2; DE112011100678T5

Description

本発明は、ろう付けによって複数の金属母材を接合する際に形成されるビードの品質を検査するビード検査方法及びビード検査装置に関する。

従来、複数の金属母材を接合する手法として、ろう付けが知られている。
例えば、図２１に示すように、ろう付けは、約９０度に湾曲された金属板である第一母材Ｍ１及び第二母材Ｍ２をそれらの上下平坦部（図２１における垂直方向に沿った平坦部）同士で当接させ、第一母材Ｍ１の左右平坦部（図２１における水平方向に沿った平坦部）が第二母材Ｍ２の左右平坦部（図２１における水平方向に沿った平坦部）よりも上方に配置された状態で、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に形成された空隙Ｓにレーザ等により溶融した合金（ろう）を流入させて、第一母材Ｍ１の上下平坦部から第二母材Ｍ２の湾曲部にかけてビードＢを形成することで、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２とを接合する手法である。

上記のようなろう付けを行った後には、ビードＢが所定の強度を有しているか否かの検査が行われる。
当該ビードＢの検査は、ビードＢののど厚（ビードＢの表裏面にかけての最短部分の長さ）を計測し、当該のど厚が一定の基準を満たすか否かを判定するものである。

ビードＢののど厚は、直接計測することが困難であるため、抜き取りでビードＢを切断し、その断面からのど厚が計測されている。
そのため、上記のビードＢを検査する際の工数、及び廃品ワーク数の増加等を招いて、前記検査に要するコストが上昇し、延いては製品の製造コストが高くなる等の問題があった。

特許文献１には、検査対象となるビードに接触して移動すると共に、超音波を送受信する探触子を有し、超音波によって非破壊でビードののど厚を計測する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、検査対象となるビードが探触子に対して小さい場合に、所望の結果を得ることができない点で不利である。

特開平９−７９８３３号公報

本発明は、検査対象の大きさに関わらず、非破壊でビードののど厚を算出可能なビード検査方法及びビード検査装置を提供することを課題とする。

本発明のビード検査方法は、複数の金属母材の接合部分に連続的に供給されるろう付けワイヤを溶融して、前記複数の金属母材同士をろう付けすることで形成されるビードの品質を検査するビード検査方法であって、前記複数の金属母材、及びビードの特定部分における形状情報であり、前記ビードののど厚に影響する特徴量の実測値と、当該特徴量の実測値に対する前記のど厚の実測値とに基づいて作成される回帰式から前記のど厚の予測値を算出し、前記のど厚の予測値を予め設定される基準値と比較することで前記ビードの良否を判定し、前記複数の金属母材は、二つの金属板であり、前記二つの金属板の表面同士が近接する状態で、一方の金属板が他方の金属板と離間する方向に湾曲することによって形成される空隙に前記ビードが形成され、前記特徴量は、前記ビード高低差、前記ビードヒケ深さ、及び前記ビード断面積である。

本発明のビード検査方法において、前記ビード断面積の予測値は、前記ろう付けワイヤの供給速度と、前記ビード断面積の実測値とに基づいて作成される回帰式から算出されることが好ましい。

本発明のビード検査装置は、複数の金属母材の接合部分に連続的に供給されるろう付けワイヤを溶融して、前記複数の金属母材同士をろう付けすることで形成されるビードの品質を検査するビード検査装置であって、前記接合部分に連続的に供給される前記ろう付けワイヤの供給速度を計測するワイヤ供給速度計測部と、前記複数の金属母材、及び前記ビードの表面の位置座標データを計測し、当該位置座標データを解析する解析部とを具備し、前記解析部は、ろう付け前の前記接合部分を含む、前記複数の金属母材の表面の位置座標データである第一形状データを計測し、前記第一形状データの計測位置と同一位置で、ろう付け後の前記複数の金属母材、及び前記ビードの表面の位置座標データである第二形状データを計測し、前記第一形状データ及び前記第二形状データ、並びに前記ろう付けワイヤの供給速度に基づいて、前記複数の金属母材、及びビードの特定部分における形状情報であり、前記ビードののど厚に影響する特徴量の予測値を算出し、前記特徴量の実測値と、当該特徴量の実測値に対する前記のど厚の実測値とに基づいて作成される回帰式に、前記特徴量の予測値を代入することで前記のど厚の予測値を算出し、当該のど厚の予測値を予め設定される基準値と比較することで前記ビードの良否を判定し、前記複数の金属母材は、二つの金属板であり、前記二つの金属板の表面同士が近接する状態で、一方の金属板が他方の金属板と離間する方向に湾曲することによって形成される空隙に前記ビードが形成され、前記特徴量は、前記ビード高低差、前記ビードヒケ深さ、及び前記ビード断面積である。

本発明によれば、検査対象の大きさに関わらず、非破壊でビードののど厚を算出することが可能となる。
したがって、低コストでビードの品質を検査することができる。

本発明に係るビード検査装置を示す図。本発明に係るビード検査方法を示すフローチャート。第一形状データ計測工程を示す図。第一形状データ計測工程において計測された第一形状データを示す図。ろう付け工程を示す図。第二形状データ計測工程を示す図。第二形状データ計測工程において計測された第二形状データを示す図。第一形状データと第二形状データとの重ね合わせによるビードの両端部の検出を示す図。ビード幅を示す図。ビード高低差を示す図。ビード端位置差を示す図。ビードヒケ深さを示す図。ビードヒケＲを示す図。ロア面角度を示す図。ロアＲを示す図。板スキを示す図。ビード断面積を示す図。ワイヤ供給速度に対するビード断面積の実測値及び予測値を示すグラフ。ビード高低差の実測値に対するのど厚の実測値の分布を示すグラフ。のど厚の実測値と、のど厚の予測値との関係を示すグラフ。ビードによって接合された、第一母材及び第二母材を示す図。

以下では、図１を参照して、本発明に係るビード検査装置の一実施形態であるビード検査装置１について説明する。
ビード検査装置１は、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２とを接合する際に形成されるビードＢののど厚［ｍｍ］の予測値を、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの特定部分における形状情報に基づいて算出し、当該のど厚［ｍｍ］の予測値が一定の基準を満たすか否かを判定する装置である。
第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２との接合は、約９０度に湾曲された金属板である第一母材Ｍ１及び第二母材Ｍ２をそれらの上下平坦部（図１における垂直方向に沿った平坦部）同士で当接させ、第一母材Ｍ１の左右平坦部（図１における水平方向に沿った平坦部）が第二母材Ｍ２の左右平坦部（図１における水平方向に沿った平坦部）よりも上方に配置された状態で、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に形成された空隙Ｓ（接合部分）に、ろう付け装置２によるろう付けによってビードＢを形成することで行われる。
ここで、本発明におけるビードＢの『のど厚』とは、ビードＢにおいて厚みが最も薄い部分の長さであり、詳細には、ろう付け方向と直交する面でビードＢを断面視した場合に、当該ビードＢの断面におけるろう付け表面からその反対側の面にかけての最短部分の長さのことである（図１において両矢印で示す部分参照）。
なお、以下においては、図１における上下方向をビード検査装置１及びろう付け装置２の上下方向、図１における左右方向をビード検査装置１及びろう付け装置２の左右方向とし、図１における紙面手前側をビード検査装置１及びろう付け装置２の前方、同じく紙面奥側をビード検査装置１及びろう付け装置２の後方として説明する。

図１に示すように、ビード検査装置１は、ワイヤ供給速度計測装置１１、及び解析部１２を具備し、ワイヤ供給部２１、溶融部２２、及びアーム部２３を具備するろう付け装置２に一体的に取り付けられている。

ろう付け装置２のワイヤ供給部２１は、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に前後方向に沿って形成された空隙Ｓに連続的にワイヤ状の合金（ろう）であるろう付けワイヤＷを供給する部位である。
なお、ワイヤ供給部２１によって供給されるろう付けワイヤＷは、限定するものではなく、例えば、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｎからなるワイヤを適用することが可能である。

溶融部２２は、ワイヤ供給部２１によって空隙Ｓに供給されたろう付けワイヤＷに対してレーザを照射し、ろう付けワイヤＷを溶融させる部位である。
溶融部２２によって溶融されたろう付けワイヤＷは、空隙Ｓで凝固することでビードＢとなり、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２とを接合する。つまり、第一母材Ｍ１の上下平坦部から第二母材Ｍ２の湾曲部にかけてビードＢが形成される。
なお、本実施形態においては、レーザを用いてろう付けを行う構成としたが、それに限定するものではなく、例えば、アーク放電を用いてろう付けを行う構成とすることも可能である。

アーム部２３は、ワイヤ供給部２１、溶融部２２、及びビード検査装置１を一体的に保持し、それらの相対的な位置関係を維持した状態で、ワイヤ供給部２１、溶融部２２、及びビード検査装置１を所望の位置及び角度に設定するための部位である。
詳細には、アーム部２３によって、ワイヤ供給部２１、溶融部２２、及びビード検査装置１が空隙Ｓの上方を前後方向に沿って移動可能となっている。
更に、アーム部２３によって、ワイヤ供給部２１、及び溶融部２２がろう付けを行う角度と、ビード検査装置１がビードＢの表面形状データ（表面の位置座標を示す多数の値）を計測する角度とを切替可能となっている。

ビード検査装置１のワイヤ供給速度計測装置１１は、ろう付け装置２のワイヤ供給部２１に取り付けられており、ろう付けワイヤＷがワイヤ供給部２１から排出される速度であるワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］を計測可能となっている。

解析部１２は、レーザスリット光を照射する光源、及びＣＣＤカメラを含み、光切断法により第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの表面形状データ（表面の位置座標を示す多数の値）を計測する部位であり、ろう付け装置２の溶融部２２に取り付けられている。
また、解析部１２は、前記表面形状データに基づいて、ビードＢののど厚［ｍｍ］の予測値を算出し、当該のど厚［ｍｍ］の予測値が一定の基準を満たすか否かを判定する。
なお、本実施形態においては、レーザスリット光及びＣＣＤカメラを用いて光切断法による前記表面形状データの計測を行う構成としたが、当該表面形状データを計測できれば三角測量法等、他の光学的手法を適用することも可能である。

また、本実施形態においては、ビード検査装置１のワイヤ供給速度計測装置１１をろう付け装置２のワイヤ供給部２１に取り付けると共に、ビード検査装置１の解析部１２をろう付け装置２の溶融部２２に取り付けて、ビード検査装置１とろう付け装置２とを一体とする構成としたが、ビード検査装置１とろう付け装置２とをそれぞれ別体とする構成でもよい。

以下では、図２〜図２０を参照して、本発明に係るビード検査方法の一実施形態であるビード検査工程Ｓ１について説明する。

図２に示すように、ビード検査工程Ｓ１は、第一形状データ計測工程Ｓ１０、ろう付け工程Ｓ２０、第二形状データ計測工程Ｓ３０、特徴量算出工程Ｓ４０、及びのど厚算出工程Ｓ５０を具備する。

第一形状データ計測工程Ｓ１０は、ろう付けによって接合される前の第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２の表面形状データである第一形状データＤ１を計測する工程である。
図３に示すように、第一形状データ計測工程Ｓ１０においては、まず、第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２における上下平坦部の表面同士を当接させ、第一母材Ｍ１の左右平坦部が第二母材Ｍ２の左右平坦部よりも上方に位置した状態で、第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２を固定する。
次に、アーム部２３（図１参照）により、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２、並びにビード検査装置１を、ビード検査装置１の解析部１２によって第一形状データＤ１を計測することが可能な角度に設定し、第一形状データＤ１の計測開始位置へと移動する。
そして、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に前後方向に沿って形成された空隙Ｓの上方において、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２、並びにビード検査装置１を後方に向けて一定の速度で移動させつつ（図３における矢印参照）、ビード検査装置１の解析部１２によって第一形状データＤ１を断続的に計測する。

詳細には、解析部１２は、第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２の表面（上面）における左右方向の一定範囲（図３において第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２の表面に示される太線参照）において、第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２の表面（上面）の位置座標データを異なる箇所で所定の個数（以下、『Ｎｘ』個と定義する）計測する。この一定範囲におけるＮｘ個の位置座標データを『１ライン分の位置座標データ』とする。
更に、解析部１２は、一定の速度で後方に移動しつつ計測範囲を後方へずらしながら、１ライン分の位置座標データの計測を移動方向における異なる箇所で所定の回数（以下、
『Ｎｙ』回と定義する）行い、Ｎｙライン分の位置座標データを計測する。
つまり、第一形状データＤ１は、Ｎｙライン分の位置座標データであり、Ｎｘ×Ｎｙ個の位置座標データにより構成される。
なお、解析部１２による第一形状データＤ１の計測は、ビードＢが形成されることとなる空隙Ｓが計測範囲に含まれるように設定されるものとする。

こうして、図４に示すように、左右方向をＸ軸、上下方向をＨ軸、前後方向をＹ軸にそれぞれ対応させ、計測した第一形状データＤ１をプロット（図４における複数の三角形参照）してグラフを作成する。
図４は、Ｘ軸、及びＨ軸からなる二次元座標において、第一形状データＤ１における１ライン分の位置座標データ、つまり第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２の所定の前後方向断面における表面のＮｘ個の位置座標データを示しており、更に、１ライン分の位置座標データがＹ軸にＮｙ個存在することを示している。

ろう付け工程Ｓ２０は、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２とをろう付けにより接合する工程である。
図５に示すように、ろう付け工程Ｓ２０においては、まず、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２、並びにビード検査装置１を、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２によってろう付けを行うことが可能な角度に設定し、ろう付け開始位置へと移動する。
そして、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に形成された空隙Ｓの上方において、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２、並びにビード検査装置１を後方に向けて一定の速度で移動させつつ（図５における矢印参照）、ワイヤ供給部２１によって空隙Ｓに前後方向に沿って連続的にろう付けワイヤＷを供給すると共に、ろう付けワイヤＷを溶融部２２から照射されるレーザによって溶融させる。

こうして、第一母材Ｍ１の上下平坦部から第二母材Ｍ２の湾曲部にかけて、前後方向に沿って連続的にビードＢを形成することで、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２とを接合する。
なお、ワイヤ供給部２１、及び溶融部２２によるろう付けの際には、ワイヤ供給速度計測装置１１によりワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］が計測されている。

第二形状データ計測工程Ｓ３０は、ろう付け工程Ｓ２０でろう付けされた第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２、つまり第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの表面形状データである第二形状データＤ２を計測する工程である。
図６に示すように、第二形状データ計測工程Ｓ３０においては、まず、アーム部２３（図１参照）により、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２、並びにビード検査装置１を、ビード検査装置１の解析部１２によって第二形状データＤ２を計測することが可能な角度に設定し、第二形状データＤ２の計測開始位置へと移動する。第二形状データＤ２を計測する角度、及び計測開始位置は、第一形状データＤ１を計測する角度、及び計測開始位置と同一に設定される。これは、第一形状データＤ１の計測位置と、第二形状データＤ２の計測位置とを同一にするためである。
そして、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に前後方向に沿って形成された空隙Ｓの上方、つまりビードＢの上方において、ワイヤ供給部２１及び溶融部２２、並びにビード検査装置１を後方に向けて一定の速度で移動させつつ（図６における矢印参照）、ビード検査装置１の解析部１２によって第二形状データＤ２を断続的に計測する。

詳細には、解析部１２は、第一形状データ計測工程Ｓ１０と同様に、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの表面（上面）における左右方向の一定範囲（図６において第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの表面に示される太線参照）において、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの表面（上面）の位置座標データを異なる箇所でＮｘ個計測する。
更に、解析部１２は、第一形状データ計測工程Ｓ１０と同様に、後方に移動しつつ計測範囲を後方へずらしながら、１ライン分の位置座標データの計測を移動方向における異なる箇所でＮｙ回行い、Ｎｙライン分の位置座標データを計測する。
つまり、第二形状データＤ２は、第一形状データＤ１と同様に、Ｎｙライン分の位置座標データであり、Ｎｘ×Ｎｙ個の位置座標データにより構成される。
ただし、第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２における位置座標データの計測位置は同一に設定されるものとする。

こうして、図７に示すように、左右方向をＸ軸、上下方向をＨ軸、前後方向をＹ軸にそれぞれ対応させ、計測した第二形状データＤ２をプロット（図７における複数の点参照）してグラフを作成する。
図７は、Ｘ軸、及びＨ軸からなる二次元座標において、第二形状データＤ２における１ライン分の位置座標データ、つまり第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの所定の前後方向断面における表面のＮｘ個の位置座標データを示しており、更に、１ライン分の位置座標データがＹ軸にＮｙ個存在することを示している。

特徴量算出工程Ｓ４０は、解析部１２により、第一形状データ計測工程Ｓ１０、及び第二形状データ計測工程Ｓ３０で計測された第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２、並びにワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に基づいて、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの特徴量の予測値を算出する工程である。
ここで、『特徴量』とは、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの特定部分における長さ、及び角度等、非破壊で外部から取得し得る形状情報であり、その数値によってのど厚［ｍｍ］の増減に影響するものである。

図８に示すように、特徴量算出工程Ｓ４０においては、まず、第一形状データＤ１と第二形状データＤ２とを互いの共通部分（第一母材Ｍ１における左右平坦部に対応する部分等）の位置座標データを基準として重ね合わせることで、ビードＢの表面における左右方向の両端部（以下、単に『ビードＢの両端部』と記す）を検出する（図８における点Ｅ１がビードＢの表面における左端部の位置座標を示し、点Ｅ２がビードＢの表面における右端部の位置座標を示す）。
これは、第二形状データＤ２だけでは、ビードＢの両端部を検出することが困難なためである。
つまり、第一形状データＤ１と第二形状データＤ２とを重ね合わせると、第一母材Ｍ１における左右平坦部に対応する部分等のビードＢが形成されない部分のデータは両者で一致するが、第二形状データＤ２におけるビードＢが形成されている部分のデータと、第一形状データＤ１における当該部分に対応する部分のデータとは一致しないため、第一形状データＤ１及び第二形状データＤ２のデータが一致する部分と一致しない部分との境界点を、ビードＢの両端部として検出することが可能となる。

こうして、第二形状データＤ２における点Ｅ１から点Ｅ２までがビードＢの表面の位置座標データを示すこととなり、ビードＢの表面の位置を特定することができる。
なお、図８においては、説明の便宜上、第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２における１ライン分の位置座標データのみを図示し、第一形状データＤ１における１ライン分の位置座標データを近似した曲線を実線で図示し、第二形状データＤ２における１ライン分の位置座標データを近似した曲線を点線で図示している。
また、第一形状データＤ１と第二形状データＤ２とを重ね合わせる際に、互いの共通部分の位置座標データが相違する場合には、第一形状データＤ１、又は第二形状データＤ２に対して適宜の補正を施してもよい。

次に、第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２等に基づいて、九種類の特徴量の予測値を算出する。当該九種類の特徴量は、ビード幅［ｍｍ］、ビード高低差［ｍｍ］、ビード端位置差［ｍｍ］、ビードヒケ深さ［ｍｍ］、ビードヒケＲ［ｍｍ］、ロア面角度［ｒａｄ］、ロアＲ［ｍｍ］、板スキ［ｍｍ］、及びビード断面積［ｍｍ²］である。
各特徴量の予測値は、１ライン（１断面）毎に算出され、それぞれＮｙ個の特徴量の予測値が算出されることとなる。
以下では、１ラインに限定して、各特徴量について説明する。

第一の特徴量として、ビード幅［ｍｍ］について説明する。
ビード幅［ｍｍ］は、ビードＢの両端部間の距離を表す特徴量である。
図９に示すように、ビード幅［ｍｍ］の予測値は、第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２に基づいて、点Ｅ１と点Ｅ２との距離を算出することで求めることが可能である。

第二の特徴量として、ビード高低差［ｍｍ］について説明する。
ビード高低差［ｍｍ］は、第一母材Ｍ１における上下平坦部を基準とした場合におけるビードＢの両端部の高低差を表す特徴量である。
図１０に示すように、ビード高低差［ｍｍ］の予測値を求める際には、まず、点Ｅ１を通り、かつ第一形状データＤ１における上下方向の平坦部分（第一母材Ｍ１における上下平坦部に対応する部分）の近似直線ｆ１を算出する。
次に、点Ｅ１を通り、かつ近似直線ｆ１に直交する直線ｆ２を算出する。
最後に、点Ｅ２から直線ｆ２までの最短距離を算出することで、ビード高低差［ｍｍ］の予測値を求めることが可能である。

第三の特徴量として、ビード端位置差［ｍｍ］について説明する。
ビード端位置差［ｍｍ］は、第一母材Ｍ１における上下平坦部を基準とした場合におけるビードＢの両端部の左右方向の位置差を表す特徴量である。
図１１に示すように、ビード端位置差［ｍｍ］の予測値は、点Ｅ２から近似直線ｆ１までの最短距離を算出することで求めることが可能である。

第四の特徴量として、ビードヒケ深さ［ｍｍ］について説明する。
ビードヒケ深さ［ｍｍ］は、ビードＢの表面におけるヒケの深さを表す特徴量である。
図１２に示すように、ビードヒケ深さ［ｍｍ］の予測値を求める際には、まず、点Ｅ１と点Ｅ２とを通る直線ｆ３を算出する。
そして、第二形状データＤ２における点Ｅ１から点Ｅ２までの曲線から直線ｆ３までの長さが最大、かつ直線ｆ３と垂直となるような線分を算出することで、ビードヒケ深さ［ｍｍ］の予測値を求めることが可能である。

第五の特徴量として、ビードヒケＲ［ｍｍ］について説明する。
ビードヒケＲ［ｍｍ］は、ビードＢの表面におけるヒケのＲを表す特徴量である。
図１３に示すように、ビードヒケＲ［ｍｍ］の予測値は、第二形状データＤ２における点Ｅ１から点Ｅ２までの曲線に近似する円を算出し、その円の半径（曲率半径であり、図１３におけるＯ１は、曲率中心を示す）を算出することで求めることが可能である。

第六の特徴量として、ロア面角度［ｒａｄ］について説明する。
ロア面角度［ｒａｄ］は、第二母材Ｍ２の湾曲角度を表す特徴量である。
図１４に示すように、ロア面角度［ｒａｄ］の予測値を求める際には、まず、第一形状データＤ１における上下方向の平坦部分（第一母材Ｍ１における上下平坦部に対応する部分）の近似直線ｆ４を算出する。
次に、第一形状データＤ１における点Ｅ２側の左右方向の平坦部分（第二母材Ｍ２における左右平坦部に対応する部分）の近似直線ｆ５を算出する。
最後に、近似直線ｆ４と近似直線ｆ５とが成す角度であって、近似直線ｆ４よりもＥ２側かつ近似直線ｆ５よりもＥ１側の角度を算出することで、ロア面角度［ｒａｄ］の予測値を求めることが可能である。

第七の特徴量として、ロアＲ［ｍｍ］について説明する。
ロアＲ［ｍｍ］は、第二母材Ｍ２の湾曲部のＲを表す特徴量である。
図１５に示すように、ロアＲ［ｍｍ］の予測値は、第一形状データＤ１における点Ｅ２側の湾曲部分（第二母材Ｍ２の湾曲部に対応する部分）の曲線に近似する円を算出し、その円の半径（曲率半径であり、図１５におけるＯ２は、曲率中心を表す）を算出することで求めることが可能である。

第八の特徴量として、板スキ［ｍｍ］について説明する。
図１６に示すように、板スキ［ｍｍ］は、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２との間隔を表す特徴量である。
なお、本実施形態においては、第一母材Ｍ１と第二母材Ｍ２とが当接した状態、つまり板スキ［ｍｍ］がゼロの状態でそれらが接合されているものとしている。

第九の特徴量として、ビード断面積［ｍｍ²］について説明する。
図１７に示すように、ビード断面積［ｍｍ²］は、ビードＢにおける前後方向断面の面積を表す特徴量である。

ビード断面積［ｍｍ²］の予測値は、第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２から算出することができないため、ビード断面積［ｍｍ²］と密接に関連するワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に基づいて算出する。
ろう付け工程Ｓ２０におけるろう付けの際、ワイヤ供給部２１、及び溶融部２２を後方に移動させる速度は、前述のように一定であり、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に形成された空隙Ｓにろう付けワイヤＷが単位時間あたりに供給される量は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に比例する。また、空隙Ｓにろう付けワイヤＷが単位時間あたりに供給される量は、ビード断面積［ｍｍ²］に比例する。
このことから、ビード断面積［ｍｍ²］は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に比例するといえる。

上記のように、ビード断面積［ｍｍ²］は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に比例し、互いに密接に関連しているため、回帰分析により、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に基づいて、ビード断面積［ｍｍ²］の予測値を算出することが可能である。
詳細には、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に対するビード断面積［ｍｍ²］の蓄積された多数の実測値に基づいて、下記の数１のような回帰式を作成し、ろう付け工程Ｓ２０でワイヤ供給速度計測装置１１により計測されたワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］を代入することで、ビード断面積［ｍｍ²］の予測値を統計的に算出することが可能である。

数１における係数であるＡ、及び定数項であるＣは、蓄積されたワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］と、ビード断面積［ｍｍ²］の実測値との関係に基づいて決定され、ワイヤ供給部２１、及び溶融部２２の移動速度（ろう付け速度）、及びろう付けワイヤＷの種類等、様々な要因により変化するものである。

例えば、ろう付けワイヤＷとして、Ｃｕ−Ｓｉ−ＭｎからなるΦ１．２のワイヤを適用した場合においては、数１におけるＡが０．７３２７、Ｃが０．１１９０となって、下記の数２が作成される。

数２から算出されたビード断面積［ｍｍ²］の予測値と、ビード断面積［ｍｍ²］の実測値とを、対応するワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］ごとにプロットする（図１８参照）。
図１８は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に対するビード断面積［ｍｍ²］を示すグラフであり、グラフ中の実線が数２から算出されるビード断面積［ｍｍ²］の予測値の分布、点線が数２から算出されたビード断面積［ｍｍ²］の予測値に対するビード断面積［ｍｍ²］の実測値の誤差の許容範囲を示し、点がビード断面積［ｍｍ²］の実測値の分布を示している。

図１８に示すように、数２から算出されるビード断面積［ｍｍ²］の予測値の約±０．０４［ｍｍ²］の誤差範囲内に、ビード断面積［ｍｍ²］の実測値が分布しており、高精度にビード断面積［ｍｍ²］を予測することができた。

このように、ビード断面積［ｍｍ²］の予測値は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］に基づいて算出することが可能である。
そのため、検査対象であるビードＢの大きさに関わらず、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢを切断することなく、ビード断面積［ｍｍ²］の予測値を算出することができる。
これにより、ビードＢの品質を検査する際のコストを低減することができる。

以上のように、ビード幅［ｍｍ］、ビード高低差［ｍｍ］、ビード端位置差［ｍｍ］、ビードヒケ深さ［ｍｍ］、ビードヒケＲ［ｍｍ］、ロア面角度［ｒａｄ］、ロアＲ［ｍｍ］、板スキ［ｍｍ］、及びビード断面積［ｍｍ²］からなる九種類の特徴量の予測値を算出した後は、のど厚算出工程Ｓ５０を行う。

のど厚算出工程Ｓ５０は、解析部１２により、特徴量算出工程Ｓ４０で算出された九種類の特徴量の予測値に基づいて、ビードＢののど厚［ｍｍ］の予測値を算出する工程である。
のど厚［ｍｍ］の予測値は、各特徴量の予測値と同様に、１ライン（１断面）毎に算出され、Ｎｙ個ののど厚［ｍｍ］の予測値が算出されることとなる。
以下では、１ラインに限定して、のど厚算出工程Ｓ５０について説明する。

のど厚算出工程Ｓ５０においては、九種類の特徴量の実測値に対するのど厚［ｍｍ］の実測値を示す蓄積された多数の情報に基づいて、下記の数３のような回帰式を作成し、特徴量算出工程Ｓ４０で算出された九種類の特徴量の予測値を代入することで、のど厚［ｍｍ］の予測値を統計的に算出する。

つまり、数３に示す回帰式は、のど厚［ｍｍ］に影響を及ぼす各特徴量の予測値に所定の係数を乗じ、所定の係数を乗じた各特徴量の予測値を合算することによりのど厚［ｍｍ］の予測値を算出するものである。
数３における係数であるＡ１〜Ａ９、及び定数項であるＣ１は、蓄積された九種類の特徴量の実測値と、のど厚［ｍｍ］の実測値との関係に基づいて決定され、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの形状、並びにろう付けワイヤＷの種類等、様々な要因により変化するものである。

また、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢの形状、並びにろう付けワイヤＷの種類等、様々な要因により、九種類の特徴量のうち、のど厚［ｍｍ］と密接に関連しないものが存在することとなる。
そこで、蓄積された九種類の特徴量の実測値と、のど厚［ｍｍ］の実測値との関係を示す多変量連関図を作成し、九種類の特徴量のうち、のど厚［ｍｍ］と密接に関連する傾向、つまり、のど厚［ｍｍ］との間に比例関係等の顕著な規則性が表れているもののみを抽出し、それ以外の特徴量においては、数３から除外する。
本実施形態においては、ビード高低差［ｍｍ］、ビードヒケ深さ［ｍｍ］、及びビード断面積［ｍｍ²］に、それぞれのど厚［ｍｍ］と密接に関連する傾向（比例関係等）が見受けられた。

こうして、のど厚［ｍｍ］と、ビード高低差［ｍｍ］、ビードヒケ深さ［ｍｍ］、及びビード断面積［ｍｍ²］との関係は、下記の数４のような回帰式で表すことができる。

また、ビード高低差［ｍｍ］は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］の大小によって、のど厚［ｍｍ］との関係に異なる傾向が表れる（図１９参照）。
図１９は、ビード高低差［ｍｍ］の実測値に対するのど厚［ｍｍ］の実測値の分布を示すグラフである。
図１９に示すように、右肩上がりの傾向が表れている部分は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］が比較的小さい場合におけるビード高低差［ｍｍ］の実測値に対するのど厚［ｍｍ］の実測値の分布を表しており、右肩下がりの傾向が表れている部分は、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］が比較的大きい場合におけるビード高低差［ｍｍ］の実測値に対するのど厚［ｍｍ］の実測値の分布を表している。

このように、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］の大小によって、ビード高低差［ｍｍ］とのど厚［ｍｍ］との関係に異なる傾向が表れた場合には、ワイヤ供給速度［ｍ／ｍｉｎ］と密接に関連するビード断面積［ｍｍ²］を用いて、ビード高低差［ｍｍ］とのど厚［ｍｍ］との関係における異なる傾向を考慮した、下記の数５のような回帰式を作成することによって、のど厚［ｍｍ］の予測値を統計的に算出することが好ましい。
なお、数５におけるビード断面積平均［ｍｍ²］は、蓄積された多数のビード断面積［ｍｍ²］の実測値の平均値であり、ビード高低差平均［ｍｍ］は、蓄積された多数のビード高低差［ｍｍ］の実測値の平均値である。

例えば、ろう付けワイヤＷとして、Ｃｕ−Ｓｉ−ＭｎからなるΦ１．２のワイヤを適用した場合においては、数５におけるＡ２が０．０６６４、Ａ４が０．２６４７、Ａ９が０．５９３１、Ａ１０が（−０．２１０３）、Ｃ３が０．１３２７９となる。
更に、数５におけるビード断面積［ｍｍ²］に上記の数２を代入することで、下記の数６が作成される。

数６から算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値と、のど厚［ｍｍ］の実測値とをプロットする（図２０参照）。
図２０は、数６から算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値と、当該のど厚［ｍｍ］の予測値を算出するために第一形状データＤ１、及び第二形状データＤ２が計測された部分ののど厚［ｍｍ］の実測値との関係を示すグラフであり、グラフ中の実線が数６から算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値と、のど厚［ｍｍ］の実測値とが完全に一致する位置、点線が数６から算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値に対するのど厚［ｍｍ］の実測値の誤差の許容範囲を示し、点が数６から算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値に対するのど厚［ｍｍ］の実測値の分布を示している。

図２０に示すように、数６から算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値と、のど厚［ｍｍ］の実測値との誤差は、約±０．１４［ｍｍ］であり、高精度にのど厚［ｍｍ］を予測することができた。
なお、この誤差を考慮して、のど厚［ｍｍ］の予測値の判定を行うことが好ましい。

このように、検査対象であるビードＢの大きさに関わらず、第一母材Ｍ１、第二母材Ｍ２、及びビードＢを切断することなく、それらの特定部分における形状情報である特徴量からビードＢののど厚［ｍｍ］を高精度に予測することが可能である。
これにより、破壊検査が不要となって、ビードＢの品質を検査する際の工数、及び廃品ワーク数を低減することができる。
したがって、低コストでビードＢの品質を検査することができる。
また、全数検査が可能となり、製品の品質が向上すると共に、ろう付けの際の異常等を早期に察知することができる。

特徴量算出工程Ｓ４０で算出された九種類の特徴量に基づいて、のど厚［ｍｍ］の予測値を算出した後は、解析部１２により、算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値が予め設定された上限値から下限値までの範囲内にあるか否かを判定する。
解析部１２は、算出されたのど厚［ｍｍ］の予測値が前記範囲内にある場合は、ろう付けされた第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２を良品とし、前記範囲内にない場合は、ろう付けされた第一母材Ｍ１、及び第二母材Ｍ２を不良品とする。

以上のように、第一形状データ計測工程Ｓ１０、ろう付け工程Ｓ２０、第二形状データ計測工程Ｓ３０、特徴量算出工程Ｓ４０、及びのど厚算出工程Ｓ５０を順番に行うビード検査工程Ｓ１を経て、ビードＢの品質が検査される。
なお、第二形状データＤ２のみからビードＢの両端部を検出することができれば、第一形状データＤ１を計測するために第一形状データ計測工程Ｓ１０を行わなくてもよい。
また、第一形状データＤ１をマスターデータとして予め記憶させておいてもよい。
また、本実施形態においては、九種類の特徴量の予測値を算出したが、のど厚［ｍｍ］と密接に関連する傾向のある特徴量の予測値のみを算出する構成としてもよい。
また、本実施形態においては、第一母材Ｍ１を湾曲部を有した形状の部材としたが、第一母材Ｍ１の湾曲部の有無に関わらず、第一母材Ｍ１の上下平坦部と第二母材Ｍ２の湾曲部との間に空隙Ｓが形成され、第一母材Ｍ１の上下平坦部から第二母材Ｍ２の湾曲部にかけてビードＢが形成されていればよい。

１ビード検査装置
２ろう付け装置
１１ワイヤ供給速度計測装置
１２解析部
２１ワイヤ供給部
２２溶融部
２３アーム部
Ｂビード
Ｍ１第一母材
Ｍ２第二母材
Ｓ空隙
Ｗろう付けワイヤ

Claims

複数の金属母材の接合部分に連続的に供給されるろう付けワイヤを溶融して、前記複数の金属母材同士をろう付けすることで形成されるビードの品質を検査するビード検査方法であって、
前記複数の金属母材、及びビードの特定部分における形状情報であり、前記ビードののど厚に影響する特徴量の実測値と、当該特徴量の実測値に対する前記のど厚の実測値とに基づいて作成される回帰式から前記のど厚の予測値を算出し、
前記のど厚の予測値を予め設定される基準値と比較することで前記ビードの良否を判定し、
前記複数の金属母材は、二つの金属板であり、
前記二つの金属板の表面同士が近接する状態で、一方の金属板が他方の金属板と離間する方向に湾曲することによって形成される空隙に前記ビードが形成され、
前記特徴量は、前記ビード高低差、前記ビードヒケ深さ、及び前記ビード断面積である、
ビード検査方法。
前記ビード断面積の予測値は、前記ろう付けワイヤの供給速度と、前記ビード断面積の実測値とに基づいて作成される回帰式から算出される請求項１に記載のビード検査方法。
複数の金属母材の接合部分に連続的に供給されるろう付けワイヤを溶融して、前記複数の金属母材同士をろう付けすることで形成されるビードの品質を検査するビード検査装置であって、
前記接合部分に連続的に供給される前記ろう付けワイヤの供給速度を計測するワイヤ供給速度計測部と、
前記複数の金属母材、及び前記ビードの表面の位置座標データを計測し、当該位置座標データを解析する解析部とを具備し、
前記解析部は、
ろう付け前の前記接合部分を含む、前記複数の金属母材の表面の位置座標データである第一形状データを計測し、
前記第一形状データの計測位置と同一位置で、ろう付け後の前記複数の金属母材、及び前記ビードの表面の位置座標データである第二形状データを計測し、
前記第一形状データ及び前記第二形状データ、並びに前記ろう付けワイヤの供給速度に基づいて、前記複数の金属母材、及びビードの特定部分における形状情報であり、前記ビードののど厚に影響する特徴量の予測値を算出し、
前記特徴量の実測値と、当該特徴量の実測値に対する前記のど厚の実測値とに基づいて作成される回帰式に、前記特徴量の予測値を代入することで前記のど厚の予測値を算出し、当該のど厚の予測値を予め設定される基準値と比較することで前記ビードの良否を判定し、
前記複数の金属母材は、二つの金属板であり、
前記二つの金属板の表面同士が近接する状態で、一方の金属板が他方の金属板と離間する方向に湾曲することによって形成される空隙に前記ビードが形成され、
前記特徴量は、前記ビード高低差、前記ビードヒケ深さ、及び前記ビード断面積である、
ビード検査装置。