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インプロセス溶接深さ検査を実現する「OCT搭載ガルバノヘッド」の技術紹介

ホワイトペーパー

抜き取りによる破壊検査からリアルタイムによる非破壊・全数検査へ展開可能な 「溶接深さ検査(OCT検査)」の技術概要・事例紹介など記載。レーザ溶接システムに新たな価値(インプロセス溶接検査)をご提案。

  溶接保証へ展開可能な「OCT搭載ガルバノヘッド」の技術紹介は下記の内容です。
   ①会社紹介
   ②OCT搭載ガルバノヘッドのご説明
   ③OCT事例のご紹介
   ④アプリケーションラボのご紹介

このカタログについて

ドキュメント名 インプロセス溶接深さ検査を実現する「OCT搭載ガルバノヘッド」の技術紹介
ドキュメント種別 ホワイトペーパー
ファイルサイズ 6Mb
登録カテゴリ
取り扱い企業 パナソニックプロダクションエンジニアリング株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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OCT搭載ガルバノヘッド 2022年1月17日 パナソニック プロダクションエンジニアリング株式会社 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 1
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●Agenda 01 弊社の会社紹介 02 OCT搭載ガルバノヘッド 03 事例のご紹介 04 アプリケーションラボのご紹介 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 2
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●Agenda 01 弊社の会社紹介 02 OCT搭載ガルバノヘッド 03 事例のご紹介 04 アプリケーションラボのご紹介 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 3
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会社概要 パナソニック株式会社 コーポレート戦略・技術部門 マニュファクチャリングイノベーション本部 テクノロジー&エンジニアリング部門 事業部門 オペレーショナルエクセレンス社 パナソニックプロダクションエンジニアリング株式会社 (PPE) 新規事業センター 成形事業センター 事業会社 生産設備事業センター 標準機事業センター くらし事業本部 オートモーティブ社 エンターテインメント&コミュニケーション事業部 沿革 ハウジングシステム事業部 2014年4月1日 コネクティッドソリューションズ社 パナソニック株式会社・生産技術本部傘下の「設備・金型開発部門」と インダストリー社 「パナソニックプロダクションテクノロジー株式会社」を統合し、 エナジー社 パナソニック株式会社100%出資子会社として 「パナソニック プロダクションエンジニアリング株式会社」を設立 4
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会社概要 活動拠点 設備開発サポート 蘇州 研究・開発・製造 香港 大阪(本社) クアラルンプール 設備開発サポート 技術・技能者 福岡 山梨 設備開発サポート 品質保証 CS 技術者 シンガポール 4 2 機構要素技術者 製造技術者 技能検定・有資格者 29 40 製造技能検定 特級:47 名、1級:213 名 機械製図・CAD 1級:39名 25 情報処理技術 1種:22 名 ソフト技術者 5
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事業内容 マニュファクチャリングイノベーション本部で長年培ってきた蓄積技術とパナソニックの 生産技術ノウハウを融合したソリューションを、5つの事業領域で提供します ●ITシステム、設計技術サービス、 実装 成形 ソフト・技術サービス カスタマーサービスを提供します 新規事業 CSソリューション インキュベーション シミュレーション 開発設備 ●医療・環境などの分野に技術を 成膜 ソリューション 新展開した商品やソリューションを提供します ロボティクス 成形 標準機 ●精密加工・成膜・検査・レーザなどの ソリューション ソリューション 高度技術をカスタム設備として提供します 熱・流体制御 精密加工 結晶成長 機能材料 計測・検査 ●モールド・プレス・加飾技術を ●計測・検査技術を中心に 提供します 標準設備として提供します マニュファクチャリングイノベーション本部で長年培ってきた蓄積技術 6
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開発設備 4 ソリューション 精密加工・成膜・検査・レーザを Development equipment コアコンピタンスとした強い生産財 & solutions 電池分野 ディスプレイ分野 Li二次電池・太陽電池・燃料電池等で培った、 各種ディスプレイの量産ノウハウに基づいた、 独自の機構・プロセス技術で最適な 膜付け・印刷・検査など、小型検証機から 生産システムを提案します。 大型量産機まで提案します。 ●各種蓄電池製造システム ●インクジェット印刷装置 (切断・捲回・塗工・溶接・検査) ●透明誘電膜スパッタリング装置 ●太陽電池製造システム ●塗工・乾燥装置 (成膜・表面加工・接合・切断) ●エージング装置 ●燃料電池製造システム ●各種検査装置 (混練・延伸・乾燥・塗工) ●品質管理システム 半導体・デバイス分野 その他自動化設備 半導体や回路部品などの量産実績に基づいた、 工場自動化の豊富な経験を活かし、自動車分野や 高品位・高効率を実現する、 環境分野を中心に工場内物流・工程分析による、 当社独自のプロセス設備を提案します。 最適なシステムを提案します。 ●スパッタリング装置(R to R・ウエハ) ●各種自動化組立ライン ●塗工乾燥装置(R to R) ●各種自動検査装置 ●レーザパターニング装置 ●搬送システム ●外観検査装置 7 Development equipment & solutions
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標準機 4 ソリューション パナソニックのモノづくりから Standard equipment 生まれた高機能商品 & solutions 計測・検査装置 加工設備 先端材料 高精度位置決め、流体制御、 量産現場で培った、精密加工・ 研究開発から生み出された 検査アルゴリズムにより、 成膜技術を搭載した設備により 高機能(高均一性・高熱伝導性) お客様の高品質モノづくりに 生産性と品質向上に貢献します。 材料により、お客様の商品価値を 貢献します。 高めます。 ●超高精度三次元測定機 ●多層膜スパッタリング装置 ●単結晶グラファイト ・ブロック/薄板 ●圧痕検査機 ●ピコ秒レーザ加工機 ●燃料電池評価装置 ●コンパクト接合レーザ 用途: ●インクジェット曲面加飾装置 ・X線モノクロメータ ・中性子線フィルタ ・中性子線モノクロメータ 超高精度三次元測定機 ・ヒートシンク (UA3P-4000) ピコ秒レーザ加工機 多層膜スパッタリング装置 圧痕検査機(FPX101AI) (S600) 燃料電池評価装置 コンパクト接合レーザ (CB1BL) インクジェット曲面加飾装置 8 Standard equipment & solutions
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●Agenda 01 弊社の会社紹介 02 OCT搭載ガルバノヘッド 03 事例のご紹介 04 アプリケーションラボのご紹介 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 9
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OCT(光干渉断層法)とは ●OCT(光干渉断層法)とは ●OCTの原理 ・Optical Coherence Tomography ・物体からの反射/散乱光を干渉計測することで,距離計測を行う。 →「光干渉を利用した精密な距離計測」 光 干渉 断層計測 ●歴史 ・1985年に原理が報告され,1991年に装置実現 ・医療用途(眼科用検査器)として普及し, その後に産業用途として発展 眼科用検査器の事例(TPOCON様HPより引用) Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 10 = = =
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レーザ溶接におけるOCTの活用 ◆ レーザ溶接によるOCTの活用 →キーホール底の到達位置を測定することで,溶け込み深さとの相関が得られ,「溶接深さ検査」に活用できる。 ●前提条件 ●溶接プロセスとの関係 ・キーホール溶接に適用可能(熱伝導溶接には適用不可) シングルモード使用時 マルチモード使用時 OCT計測光 レーザ光 レーザ光 溶接レーザ光 溶融 金属 凝固部 キーホール底 金属部材 精密に計測 溶け込み深さは, 溶け込み深さは, キーホール キーホール底位置とほぼ一致 キーホール底位置+熱伝導層 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 11
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OCTの導入メリット ◆ OCT検査により,「抜取りによる破壊検査」から,「リアルタイムによる非破壊・全数検査」が可能になる。 ●工程フロー ●導入メリット 量産時の導入メリット 開発・試作時の導入メリット Before Afftterr 「従来からの,抜取りによる破壊検査」 「破壊検査による断面検査」 →「リアルタイムによる非破壊・全数検査」 →「非破壊による断面検査」 インプロセス溶接保証への展開が可能 溶接深さを確認したワークで強度検査可能 溶接 溶接 + 「検査工程・検査工数の削減」, 「稼働率向上」 「評価工数の削減」, 「リードタイムの削減」 OCT検査 外観検査 (溶接深さ検査) Totalコスト削減が可能 開発検証サイクルを素早く回すことが可能 「全数の溶接品質裏付けデータを集積・保管」 「測定者に依存しない溶接深さ測定」 抜取検査 トレーサビリティ―が可能 以前の測定結果との比較が可能 ※断面検査 ※引張試験 【現状の量産工程課題】 【導入後】 ・過剰な検査・保全によるロス 検査頻度,保全タイミングの最適化が図れ, 完成品 完成品 ・突発不具合による事後調査によるロス Totalコストが削減可能 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 12
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弊社OCT搭載ガルバノヘッドの特徴 ◆ 弊社OCT搭載ガルバノヘッドは,「溶接深さ検査」に特徴をもち,大きく5つの強みがあります。 ●OCT搭載ガルバノヘッド概略図 ●5つの特徴 ① ガルバノスキャン光学系でOCT検査を実現 ガルバノ 加工用レーザ OCT用レーザ ② 溶接中のWobbling動作に追従したキー ホール深さ計測が可能 溶接方向 ③ シングルモードファイバーレーザの使用において も測定可能 Wobbling加工例 (マイクロキーホールも測定可能) ④ 従来はキーホール底の位置合せに時間を要 すると言われていましたが,調整レスを実現 OCT測定(溶接深さ測定)結果 ⑤ 適用が難しいと言われているアルミ材も測定 断面実測値とOCT測定値の相関 可能 3σ=77~135.5um ※詳細は「03 事例のご紹介」を参照のこと Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 13
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検証事例 ※Wobbling加工時のOCT計測結果 ◆ その他検証事例は,「03 事例のご紹介」を参照のこと。 ●実験条件 ●実験結果 ・部材:C1020 ・溶接条件 ・溶接送り速度:6㎜/s ・Wobbling直径:φ1㎜ 上面写真 ・Wobbling周波数:100Hz ※レーザ走査速度:314㎜/s Cu小片 断面写真 約1.4mm Cu小片 2×4mm 部材 C1020 約1.4mm OCT検査 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 14
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OCT搭載ガルバノヘッド仕様 ◆ 2022年7月に,正式販売開始予定。(評価等は,随時対応可能。) ◆ 詳細は,お問い合わせ下さい。 ●OCT搭載ガルバノヘッド外観 ●仕様 ガルバノヘッド部 OCT計測部 適用波長 1030~1070nm 測定方式 SS-OCT レーザ出力 MAX:3kW(MAX:6kW用開発中) 測定波長 1310nm 周波数 ~CW サンプリング周波数 100kHz 走査範囲 □100mm@ f255 測定分解能 10μm ビームプロファイル DOE方式(カスタム対応可能) 測定深さレンジ 0.1~6mm 接続ファイバー QBH 測定範囲 □100mm@f255 サイズ / 重量 65×210×806mm/30kg サイズ / 重量 238×177×250mm/10kg ● 製品仕様,およびデザインは改善等のため予告無く変更する場合があります。 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 15
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OCTと各溶接検査の比較 ◆ 溶接検査は,溶接後検査・インプロセス検査(パッシブ式・アクティブ式)に分類できる。 ◆ OCT検査(溶接深さ検査)は,インプロセス検査のアクティブ式であり,計測器として使用可能。 ◆ 溶接欠陥は,内部欠陥と外部欠陥に分類できる。ただし,溶接強度に影響する内部欠陥を計測可能な検査方式は少ない。 インプロセス検査 インプロセス検査 溶接後検査 (パッシブ式) (アクティブ式) オフライン インライン 断面研磨 X線検査 画像検査 抵抗検査 レーザ超音波 戻り光モニタ スパッタ計測 OCT 引張り試験 超音波探傷 高さ検査 磁粉探傷 気密試験 浸透探傷 方式 溶け込み深さ ○ 内 △ (引張り試験) - - - - - 接合面積 接合面積を計測 溶け込み深さを計測 部 欠 ボイド 断面研磨 X線検査 - 抵抗検査? - - - - 溶 陥 接 クラック 断面研磨 超音波探傷 - - - - - - 欠 穴あき 磁粉探傷 気密試験 △ - - ○ △ - 陥 表 面 スパッタ - - △ - - △ ○ - 欠 ビード外観 磁粉探傷 陥 - ○ - - △ - - ※欠け・ヒゲ 浸透探傷 抜取り検査 投資コスト:大 外観検査のみ 用途:限定的 用途:限定的 条件抽出に時間:大 量産適用:難 数値管理:可能 備考 インライン化:難 ※計測器ではなく, ※計測器として使用可能。 あくまでモニタリングのみ Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 16
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インプロセス検査の歴史と今後の展望 ◆ ガルバノスキャン光学系に対応可能なOCT検査により,幅広い分野への導入が加速すると推測する。 ●インプロセス検査の歴史と今後の展望 現在 ガルバノスキャン式 自動車業界を中心に OCT 幅広い分野への導入が加速する… アクティブ式 同軸式 OCT 【欧州・中国】 導入開始 【日本】 車両の溶接を中心に導入開始 【自動車部品を中心に普及】 パッシブ式 ・O2センサー ※戻り光モニタ(3波長モニタ) ・TWB ・エアーバック 2000年 2010年 2020年 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 17
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●Agenda 01 弊社の会社紹介 02 OCT搭載ガルバノヘッド 03 事例のご紹介 04 アプリケーションラボのご紹介 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 18
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検証事例 ※Wobbling加工時のOCT計測結果(Cuを用いて評価) ◆ Wobbling加工時もキーホール深さ計測が可能。 ●円Wobblingと直線Wobblingの例 ●円Wobbling加工時の溶接断面,およびOCT計測結果 ・条件①:円Wobbling ●実験条件 ・部材:C1020プレート 溶接方向 ・溶接条件 ・レーザ出力:1.8kW ・溶接長さ:3㎜ 約1. 4㎜ 溶接方向 ・溶接送り速度:6㎜/s ・Wobbling直径:φ1㎜ ・ Wobbling周波数:100Hz ※レーザ走査速度:314㎜/s 溶接断面 ・条件②:直線Wobbling 約1. 4㎜ 溶接方向 OCT計測結果 Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 19
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検証事例 ※実断面の溶け込み深さとOCT測定値の相関評価(Alを用いて評価) ◆ 溶け込み深さ0.4mm~1.2mmの範囲で実断面と測定値の相関は,135.5um@3σ。 ●溶接条件 ●断面実測値-OCT測定値 相関グラフ A1050P 部材 (純アルミ) レーザ走査方向 パワー 700~1500W 溶接速度 240mm/s 溶け込み部 約1.1㎜ 溶け込み底 ±40um程度 400μm 未溶融部 3σ=135.5um (±40um程度の比較時誤差含む) 実断面確認の溶け込み深さ[μm] Panasonic Production Engineering Co., Ltd. 20 OCT測定による溶け込み深さ[μm]