(57)【要約】【課題】鉄道車両の構体等において施工される、長大なレーザ溶接線の長手方向に沿って、連続的に効率よく検査することができるようにする。【解決手段】主材１に、付帯材２を、この付帯材２の長手方向にレーザ溶接したレーザ溶接継手１００のレーザ溶接の良否を超音波にて判定するのに、超音波発信子５と超音波受信子６とを溶接ライン３を跨いで主材１と付帯材３とに当てがって、超音波発信子５と超音波受信子６との転動を伴い、溶接ライン３の方向に走査したときの超音波発信子５から発信される超音波が主材１および付帯材２、レーザ溶接域を介し超音波受信子６に伝達されるようにし、超音波受信子６で受信される超音波の音圧にて溶接ライン３各部での溶接の良否を判定することにより、上記の課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板などの主材に、補強材などの付帯材を、この付帯材の長手方向にレーザ溶接したレーザ溶接継手のレーザ溶接の良否を超音波にて判定するレーザ溶接非破壊検査方法において、
超音波発信子と超音波受信子とを溶接ラインを跨いで主材と付帯材とに当てがって、超音波発信子と超音波受信子との転動を伴い、溶接ライン方向に走査したときの超音波発信子から発信される超音波が主材および付帯材、レーザ溶接域を介し超音波受信子に伝達されるようにし、超音波受信子で受信される超音波の音圧にて溶接ライン各部での溶接の良否を判定することを特徴とするレーザ溶接継手のレーザ溶接非破壊検査方法。
【請求項２】
超音波発信子および超音波受信子は共に、対応する溶接継ぎ手のレーザ照射側および反レーザ照射側のいずれかで、対応する主材、付帯材に対し同じ側から当てがう請求項１に記載のレーザ溶接非破壊検査方法。
【請求項３】
超音波発信子および超音波受信子は、対応する溶接継ぎ手の主材および付帯材の高さの違う面に、同じ側から当てがう請求項２に記載のレーザ溶接非破壊検査方法。
【請求項４】
超音波発信子および超音波受信子を自動的な移動手段によりレーザ溶接中のレーザ溶接トーチに追随させて、自動的な移動手段によりレーザ溶接ラインを走査し、溶接の良否を判定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ溶接非破壊検査方法。
【請求項５】
溶接不良の判定情報は、レーザ溶接トーチによる溶接位置の制御データまたは溶接位置検出データからレーザ溶接トーチと超音波発信子および超音波受信子による走査位置との距離を相殺して得た溶接不良位置情報と併せ、後に行う溶接不良部のリカバリー処理の情報に供する請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ溶接非破壊検査方法。
【請求項６】
平板などの主材に、補強材などの付帯材を、この付帯材の長手方向にレーザ溶接したレーザ溶接継手のレーザ溶接の良否を超音波にて判定するレーザ溶接非破壊検査装置において、
超音波発信子と超音波受信子とを同じ側に突出した位置にて転動できるように支持した走査ヘッドと、この走査ヘッドを支持して、走査ヘッド上の超音波発信子および超音波受信子を、レーザ溶接の溶接ラインを跨ぐようにして主材および付帯材に同じ側から当てがい、かつ、超音波発信子と超音波受信子との転動を伴い溶接ライン方向に走査させる走査機構と、走査ヘッドの走査移動中の超音波受信子が受信した超音波の音圧信号を基に、レーザ溶接の良否を判定する判定器と、これら超音波発信子および超音波受信子、走査機構、判定器のそれぞれをプログラムに従い動作制御する制御器とを備えたことを特徴とするレーザ溶接非破壊検査装置。
【請求項７】
超音波発信子および超音波受信子によるその時々の良否判定情報を、その判定をした走査位置情報と併せ、記憶し、外部出力に供する記憶器を備えた請求項６に記載のレーザ溶接非破壊検査装置。
【請求項８】
ロボットなどによる走査機構は、超音波発信子および超音波受信子とレーザ溶接トーチとを支持して、レーザ溶接するレーザ溶接トーチに超音波発信子および超音波受信子を追随させるものであり、制御器は、溶接不良の判定情報とそれに対応する走査位置情報とに基づき、レーザ溶接終了後、もしくはレーザ溶接途中にて、溶接不良位置にリカバリー処理を行わせる請求項７に記載のレーザ溶接非破壊検査装置。
【請求項９】
走査機構は、超音波発信子および超音波受信子の主材、付帯材に対する当接の位置、高さ、向きの少なくとも１つを個別に調整できる調節部を有している請求項６〜８のいずれか１項に記載のレーザ溶接非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の構体の製造等に使用されるレーザ溶接継手のレーザ溶接の良否を超音波にて判定するレーザ溶接非破壊検査方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接継ぎ手を、超音波を用いて溶接非破壊検査する方法は既に知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
特許文献１は、重ね合わせ溶接したビードがなしている溶接線、具体的には重ね合わせ材を貫通しているビードを、タイヤ型の送信側超音波探触子とタイヤ型の受信側超音波探触子との間に挟んだ状態で、溶接線に倣って移動したときの、送信側探触子からの超音波が溶接線を介し受信側探触子に伝達されたときの音圧に基づいて、溶接の良否を判定する技術を開示している。
【０００４】
特許文献２は、鉄道車両の構体等の組み立てに使用される非貫通の重ねレーザ溶接において、超音波垂直探触子が溶接ラインを横断する走査にて検出される未接合部と接合部における表材または裏材の底面エコー高さに基づき溶接部の良否を判定する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−５０９４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術は、溶接部のビードを表裏から受信側超音波探触子および送信側探触子にて挟持して走査するもので、主材が幅広いものである場合走査しにくく、走査できるにも走査機構が大型になってしまう。また、溶接ビード面は平滑でないので、走査上振動が生じたり超音波伝達にむらがあったりして精度よく検査し難い問題があるし、溶接部が高温の間は超音波探触子への熱影響の問題があるので、検査できない不便がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、レーザにより重ね溶接した表材および裏材の両面のいずれかの側だけで検査できるが、特許文献1に記載のものと同様の問題がある。また、超音波垂直探触子が溶接ラインを横断する走査にて検査するので、溶接ラインの全長につき検査するには、超音波垂直探触子を溶接ラインに対し往復走査することを溶接ラインの長さ方向に繰り返していく必要があるので、走査が複雑になり検査に時間がかかるし、走査機構も複雑高価なものが必要になる。
【０００８】
特許文献２の実施例に記載されているように、溶接ビード表面の凹凸に影響を受けないレーザ照射を行わない側で検査をするのでは、鉄道車両の構体を製造する場合、製造効率の悪化も招く。通常、レーザ溶接作業は定盤状の治具の上に主材、つまり外板をセットし、その上に補強骨を位置決めした状態で、上部からレーザ光を照射して行われる。よって、溶接作業の直後は外板面が下向きになっており、この状態では検査できない。検査を行うためには、製品を治具から分離し、外板面を上向きまたは横向きにする必要がある。そして検査で溶接不良が発見された場合、再度治具に戻して補修溶接することになり、搬送時間の無駄が発生する。
【０００９】
本発明は、長大な溶接ラインに亘って効率よく検査することができるレーザ溶接非破壊検査方法と装置を提供することを課題とし、例えば、鉄道車両の構体を構成する長尺な溶接継手に好適なものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような課題を達成するために、本発明のレーザ溶接非破壊検査方法は、主材に、補強材などの付帯材を、この付帯材の長手方向にレーザ溶接したレーザ溶接継手のレーザ溶接の良否を超音波にて判定する溶接非破壊検査方法において、超音波発信子と超音波受信子とを溶接ラインを跨いで、主材と付帯材とに当てがって、超音波発信子と超音波受信子との転動を伴い、溶接ライン方向に走査したときの超音波発信子から発信される超音波が主材からレーザ溶接域、付帯材を介し超音波受信子に伝達されるようにし、超音波受信子で受信される超音波の音圧にて溶接ライン各部での溶接の良否を判定することを主たる特徴としている。
【００１１】
このような構成では、超音波発信子と超音波受信子とを用いるが、レーザ溶接した溶接継手の溶接ラインを跨いで、主材と付帯材とに当てがって、それらの転動を伴い溶接ライン方向に走査し、超音波発信子から発信される超音波が主材からレーザ溶接域、付帯材を介し超音波受信子に伝達される超音波の音圧にて溶接ライン各部での溶接の良否を溶接ビードに接触しない溶接ビードの両側での接触走査にて判定することができる。
【００１２】
上記において、さらに、超音波発信子および超音波受信子は共に、対応する溶接継手のレーザ照射側および反レーザ照射側のいずれかで、対応する主材、付帯材に対し同じ側から当てがうことを特徴とすることができる。
【００１３】
このような構成では、上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、溶接継手構造によってレーザ照射側ではもとより、反照射側でも、溶接継手の同じ側から当てがうだけで、溶接ラインを跨った溶接ビードと接触しない接触走査が、レーザ照射側または反レーザ照射側のいずれにても実現する。
【００１４】
上記において、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、対応する主材および付帯材の高さの違う面にも、同じ側から当てがうことを特徴とすることができる。
【００１５】
このような構成では、上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、対応する主材および付帯材の高さの違う面に対しても、同じ側から接触検査が行える。
【００１６】
上記において、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、ロボットなどの自動的な移動装置により、レーザ溶接中のレーザ溶接トーチに追随させて、レーザ溶接ラインを走査し、溶接の良否を判定することを特徴とすることができる。
【００１７】
このような構成では、上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、レーザ溶接中のレーザ溶接トーチに追随させてレーザ溶接ラインを走査するので、溶接作業機構を検査の走査機構に共用できる。
【００１８】
上記において、さらに、溶接不良の判定情報は、制御データまたは溶接位置検出データからレーザ溶接トーチと超音波発信子および超音波受信子による走査位置との距離を相殺して得た溶接不良位置情報と併せ、後に行うリカバリー処理の情報に供することを特徴とすることができる。
【００１９】
このような構成によれば、上記に加え、さらに、レーザ溶接トーチに追随した走査で得た溶接不良の判定情報が、溶接不良位置情報と併せ、リカバリー処理の情報に供されるので、それをレーザ溶接作業の途中またはレーザ溶接終了時点で利用し溶接不良箇所のリカバリー作業を実施することができる。
【００２０】
また、本発明のレーザ溶接非破壊検査装置は、主材に、補強材などの付帯材を、この付帯材の長手方向にレーザ溶接したレーザ溶接継手のレーザ溶接の良否を超音波にて判定する溶接非破壊検査装置において、超音波発信子と超音波受信子とを同じ側に突出した位置にて転動できるように支持した走査ヘッドと、この走査ヘッドを支持して、走査ヘッド上の超音波発信子および超音波受信子を、レーザ溶接の溶接ラインを跨ぐようにして主材および付帯材に同じ側から当てがい、かつ、超音波発信子と超音波受信子との転動を伴い溶接ライン方向に走査させる走査機構と、走査ヘッドの走査移動中の超音波受信子が受信した超音波の音圧信号を基に、レーザ溶接の良否を判定する判定器と、これら超音波発信子および超音波受信子、走査機構、判定器のそれぞれをプログラムに従い動作制御する制御器とを備えたことを主たる特徴とし、上記主たる特徴の方法を自動的に達成することができる。
【００２１】
上記において、さらに、超音波発信子および超音波受信子によるその時々の良否判定情報を、その判定をした走査位置情報と併せ、記憶し、外部出力に供する記憶器を備えたことを特徴とすることができる。
【００２２】
このような構成では、溶接不良の判定情報が、溶接不良位置情報と併せ記憶されたデータを基に、溶接不良箇所のリカバリー作業を自動的に実施することができる。
【００２３】
上記において、さらに、走査機構は、超音波発信子および超音波受信子とレーザ溶接トーチとを支持して、レーザ溶接するレーザ溶接トーチに超音波発信子および超音波受信子を追随させるものであり、制御器は、溶接不良の判定情報とそれに対応する走査位置情報とに基づき、レーザ溶接終了後、もしくは、レーザ溶接作業途中にて、溶接不良位置につきレーザ溶接を再度行わせることを特徴とすることができる。
【００２４】
このような構成では、上記に加え、さらに、レーザ溶接トーチに超音波発信子および超音波受信子を追随させての走査方式による検査方法に併せ、検査結果に基づく溶接不良箇所へのリカバリー作業を溶接作業途中または溶接作業終了時点で自動的に達成することができる。
【００２５】
上記において、さらに、ロボットなどの走査機構は、超音波発信子および超音波受信子の主材、付帯材に対する当接の位置、高さ、向きの少なくとも１つを調整できる調節部を有していることを特徴とすることができる。
【００２６】
このような構成では、上記に加え、さらに、走査機構に支持される超音波発信子および超音波受信子は、調節部によって、対応する主材、付帯材に対する当接の位置、高さ、向きの少なくとも１つを調整することによって、主材、付帯材の溶接ラインを跨ぐ両側への当てがい部の面の高さや向き、位置に違いがあっても、より好適な、または最適な当てがい条件を満足することができる。
【００２７】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限り種々な組み合わせで複合して採用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の、レーザ溶接検査方法の主たる特徴によれば、超音波発信子と超音波受信子とで転動を伴い無理なく溶接ラインを走査して検査するのに、溶接継手の溶接ラインを跨いで主材と付帯材とに当てがっての超音波発信子から主材、付帯材およびそれらの間の溶接域を介し超音波受信子に伝達される超音波の音圧にて、溶接ライン各部での溶接の良否を、溶接ビードの表面の凹凸などの影響なくかつ超音波伝達が確実な接触検査にて高精度に判定することができるし、溶接ビードに接触せずしかも熱影響を受け難い離れた位置に手より早期に判定し、溶接作業の延長としての早期のリカバリー作業ができる上、溶接ラインを倣う必要がないなど走査の自由度が高く走査しやすく、走査機構の簡略化も図りやすい。
【００２９】
上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、対応する主材および付帯材にレーザ照射側および反レーザ照射側のいずれかで、同じ側から当てがって、さらに簡略な走査機構にて溶接ラインを跨った走査でのビードと接触しない検査ができる。また、溶接ラインに沿って長手方向にのみ走査するため、特許文献２の２方向に走査する方法に比べて検査効率が高いし、使用する超音波発信子および超音波受信子の表面は弾性体で構成されたいわゆるタイヤ状のものを採用すると、被検査物に超音波を伝達しやすくなるため、接触媒質が不要である。さらに、検査はレーザを照射した側から可能である。そのため、溶接継手はレーザ溶接作業の直後に治具から分離しない状態で検査ができる。また、検査で未接合、接合不良部が発見された場合でも、直ぐにリカバリー作業に戻れるため、作業効率が向上する。
【００３０】
上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、対応する主材および付帯材の高さの違う面に対しても、同じ側から当てがっての接触検査ができる。
【００３１】
上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は溶接作業機構を共用して、レーザ溶接作業に対する所定の時差にて、レーザ溶接中のレーザ溶接トーチに追随させて走査し、溶接後比較的時間を置かない、従って、溶接作業途中、溶接作業直後での溶接不良に対するリカバリー処理を可能にするタイミングで溶接の良否を判定することができる。
【００３２】
上記に加え、さらに、レーザ溶接トーチに追随した走査で得た溶接不良の判定情報が、溶接不良位置情報と併せ、リカバリー処理の情報に供されるので、それをレーザ溶接作業の途中またはレーザ溶接終了時点で利用し溶接不良箇所のリカバリー作業を実施することができる。
【００３３】
また、本発明のレーザ溶接の非破壊検査装置の主たる特徴によれば、上記主たる特徴の方法を自動的に達成することができる。
【００３４】
上記に加え、さらに、溶接不良の判定情報が、溶接不良位置情報と併せ記憶されたデータを基に、溶接不良箇所のリカバリー作業を自動的に実施することができる。
【００３５】
上記に加え、さらに、レーザ溶接トーチに超音波発信子および超音波受信子を追随させての走査方式による検査方法に併せ、検査結果に基づく溶接不良箇所へのリカバリー作業を溶接作業途中または溶接作業終了時点で自動的に達成することができる。
【００３６】
上記に加え、さらに、超音波発信子および超音波受信子は、調節部によって、対応する主材、付帯材に対する当接の位置、高さ、向きの少なくとも１つを調整して、主材、付帯材の溶接ラインを跨ぐ両側への当てがい部の面の高さや向き、位置に違いに対応し、より好適な、または最適な当てがい条件にて精度良く検査が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ溶接された溶接継手例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるレーザ溶接非破壊検査装置の１つの例を示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるレーザ溶接非破壊検査装置の他の例を示す正面図、側面図および平面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるレーザ溶接非破壊検査装置の他の溶接作業機構を共用した別の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるレーザ溶接非破壊検査方法と装置により得られる超音波受信レベルと走査距離との関係、溶接の良否の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明のレーザ溶接非破壊検査方法と装置に係る実施の形態につき、図１〜図５を参照しながら具体的に説明し、本発明の理解に供する。
【００３９】
本実施の形態に係るレーザ溶接非破壊検査方法は、図１を参照して、主材１に、補強材などの付帯材２を、この付帯材２の長手方向に、レーザ溶接したレーザ溶接継手１００のレーザ溶接の良否を超音波にて判定するのに、図２を参照して、超音波発信子５と超音波受信子６とを溶接ライン３を跨いで主材１と付帯材２とに当てがって、超音波発信子５と超音波受信子６との転動を伴い、溶接ライン３の長手方向に走査したときの超音波発信子５から発信される超音波が主材１および付帯材６、レーザ溶接域４を介し超音波受信子６に伝達されるようにし、超音波受信子６で受信される超音波の音圧にて溶接ライン３各部での溶接の良否を判定するようにしている。このように、超音波発信子５と超音波受信子６とを用いるが、レーザ溶接した溶接継手１００の溶接ライン３を跨いで主材１と付帯材２とに当てがって、それらの転動を伴い溶接ライン３の長手方向に走査し、超音波発信子５から発信される超音波が主材１および付帯材２、溶接域４を介し超音波受信子６に伝達される超音波の音圧にて溶接ライン３各部での溶接の良否を、溶接ライン３のビードに接触しないビードから離れた両側位置にて判定することができる。
【００４０】
図５は超音波受信子６での超音波の受信レベルと溶接ライン３上での走査位置との関係例を示すグラフであり、未接合域、接合不良域では図５の閾値レベル以下に受信レベルが低下するので、この低下している範囲が溶接不良範囲として認識できる。
【００４１】
以上から、超音波発信子５と超音波受信子６とで転動を伴い無理なく溶接ライン３を走査して検査するのに、溶接継手１００の溶接ライン３を跨いで主材１と付帯材２とに当てがっての、超音波発信子５から主材１、付帯材２およびそれらの間のレーザ溶接域４を介し超音波受信子６に伝達される超音波の音圧にて、溶接ライン３各部での溶接の良否を、溶接ビードに接触しない両側での接触検査にて判定することができる。この結果、溶接ライン各部での溶接、接合の良否を溶接作業の延長として、溶接ビードの表面の凹凸などの影響なくかつ超音波伝達が確実な接触検査にて判別することができるし、溶接ビードに接触せずしかも熱影響を受け難い離れた位置にてより早期に判定し、早期のリカバリー作業ができる上、溶接ライン３を倣う必要がないなど走査の自由度が高く走査しやすく、走査機構２０の簡略化も図りやすい。
【００４２】
このような検査方法を実現するのに、本実施の形態のレーザ溶接非破壊検査装置２００は、図１に示すように、主材１に、補強材などの付帯材２を、この付帯材２の長手方向にレーザ溶接したレーザ溶接継手１００のレーザ溶接の良否を超音波にて判定するのに、超音波発信子５と超音波受信子６とを同じ側に突出した位置にて転動できるように支持した走査ヘッド２３と、この走査ヘッド２３を支持して、走査ヘッド上の超音波発信子５および超音波受信子６を、レーザ溶接の溶接ライン３を跨ぐようにして主材１および付帯材２に同じ側から当てがい、かつ、超音波発信子５と超音波受信子６との転動を伴い溶接ライン３の方向に走査させる走査機構２０と、図２に示すような、走査ヘッド２３の走査移動中の超音波発信子５を発振制御して超音波受信子６が受信して入力される超音波の音圧信号を基に、レーザ溶接の良否を判定する判定器２４と、これら超音波発信子５および超音波受信子６、走査機構２０、判定器２４のそれぞれをプログラム２８に従い動作制御する制御器２５とを備えたものとして、自動的に非破壊検査を達成できるようにしている。
【００４３】
以上のような、溶接継手１００の溶接ライン３での溶接の良否検査は、超音波発信子５と超音波受信子６とは、溶接ライン３を跨いでの主材１、付帯材２のいずれの側に当てがってもよいし、主材１にはＢ側から、付帯材２はＡ側から当てがうなどしてもよいが、例えば図１に示すようにＡ方向からレーザ溶接された付帯材２である場合、同じＡ方向から超音波発信子５および超音波受信子６を当てがうと、溶接継手１００はレーザ溶接作業をしたままの向きにて、溶接ラインを跨った走査でのビードと接触しない検査ができ、走査機構も溶接継手１００の片面側で走査移動するだけの簡略なものとすることができる。
【００４４】
なお、図２に示す例では、主材１側に貫通しない非貫通溶接としてあるが、これは、主材１側表面が鉄道車両の外面など意匠に影響する面に対して有効で、そのような要求のない用途では、非貫通溶接に限られることはない。
【００４５】
また、超音波発信子５および超音波受信子６は、図２に示すように対応する主材１および付帯材２への当てがい面の、当てがい方向で見た高さが違っていても、同じ側から当てがうようにしている。これにより、超音波発信子５および超音波受信子６は、対応する主材１および付帯材２の高さの違う面に対しても、同じ側から当てがっての接触検査ができる。
【００４６】
さらに、図示例では、鉄道車両の外板となる主材１とその内面に当てがった補強材としての付帯材２とのレーザ溶接の場合であって、溶接ライン３に跨って主材１および付帯材２の双方に同じ側から超音波発信子５および超音波受信子６を当てがえるのは、レーザ照射側に限られるが、例え、鉄道車両の外板であっても、その出入り口の開口縁に外周部をレーザ溶接する枠部材との関係のように、主材１との溶接ラインを挟んで付帯材２が主材１から食み出す関係においては、主材１と付帯材２との双方に反レーザ照射側でも同じ側から超音波発信子５および超音波受信子６を当てがえることになる。なお、必要に応じ採用できるが、反レーザ照射側での同じ側から当てがえる溶接継手構造では、超音波発信子５および超音波受信子６は対応する主材１および付帯材２に対し、レーザ照射側および反レーザ照射側の互いに異なった側から当てがうこともできる。
【００４７】
ここで、超音波発信子５および超音波受信子６は、図４に示すように、レーザ溶接中のレーザ溶接トーチ２１に追随させてレーザ溶接ライン３を走査し、溶接の良否を判定することできる。これにより、超音波発信子５および超音波受信子６は、レーザ溶接中のレーザ溶接トーチ２１に追随させてレーザ溶接ライン３を走査するので、ＸＹ方向各駆動機構６１、６２、作業ヘッド６３を含む溶接作業機構２２自体を検査の走査機構２０として共用できるし、ビードと接触せずかつ離れていることを利用して溶接後比較的時間を置かないで溶接の良否を判定することができる。結果、超音波発信子５および超音波受信子６は溶接作業機構２２を走査機構２０に共用して、しかもビードと接触せずかつ離れていることを利用してレーザ溶接作業に対する所定の時差にて、レーザ溶接中のレーザ溶接トーチ２１に追随させて走査し、溶接後比較的時間を置かない、従って、溶接作業途中、溶接作業直後での溶接不良に対する再溶接作業といったリカバリー処理を可能にするタイミングで溶接の良否を判定することができる。
【００４８】
このようなリカバリー作業のために、溶接不良の判定情報は、レーザ溶接トーチ２１による溶接位置の制御データからレーザ溶接トーチ２１と超音波発信子５および超音波受信子６による走査位置との距離を相殺して得た溶接不良位置情報と併せ、レーザ溶接トーチ２１による、またはこれに代わる人為的な、あるいは自動的なリカバリー処理の情報に供するのが好適となり、これによって、レーザ溶接トーチ２１に追随した走査で得た溶接不良の判定情報が、溶接不良位置情報と併せレーザ溶接トーチ２１によるリカバリー処理の情報に供されるので、それを利用してレーザ溶接途中またはレーザ溶接終了時点で利用し溶接不良箇所のリカバリー作業を実施することができる。
【００４９】
そこで、レーザ溶接非破壊検査装置２００としては、図２と共に既述したように、超音波発信子５および超音波受信子６によるその時々の良否判定情報を、その判定をした走査位置情報と併せ、記憶し、外部出力に供する記憶器２６を備えたものとしている。これにより、溶接不良の判定情報が、溶接不良位置情報と併せ記憶されたデータを基に、溶接不良箇所のリカバリー作業を自動的に実施することができる。
【００５０】
さらに、図３において走査機構２０に支持される超音波発信子５および超音波受信子６は、調節部２７によって、対応する主材１、付帯材２に対する当接の位置、高さ、向きの少なくとも１つを調整することによって、主材１、付帯材２の溶接ライン３を跨ぐ両側への当てがい部の面の高さや向き、位置に違いがあっても、より好適な、または最適な当てがい条件を満足し、精度良く検査が行える。
【００５１】
さらに詳述すると、走査機構２０は、図２に示すように走査ヘッド２３を溶接ライン３に平行で紙面に直角なＹ方向駆動テーブル３１によってＹ方向に往復駆動し、Ｚ方向に昇降できるように支持して、対応する溶接継手の主材１および付帯材２の溶接ライン３を跨ぐ所定位置に自重で、あるいはばね付勢して接触させ、Ｙ方向の一方に向け駆動することにより、溶接ライン３の長手方向に走査できるようにしている。また、溶接継手１００の付帯材２がいわゆるハット型断面を有した補強用の骨材であって、両側のフランジ２ａ、２ｂを平板である主材１の片面に重ね合わせて付帯材２の側からレーザ溶接された鉄道車両の側構体をなし、付帯材２のフランジ２ａ、２ｂの溶接ライン３を跨ぐ幅が超音波発信子５の幅未満であることにより、超音波発信子５を当てがう対象面は天面２ｃが適当となり、主材１に超音波受信子６を当てがう対象面はフランジ２ａ、２ｂの直近面１ａ、１ｂとなる。この結果、超音波発信子５と超音波受信子６との同じ高さからの天面２ｃおよび直近面１ａ、１ｂへの当てがい高さに差があることにつき、超音波発信子５と超音波受信子６との走査ヘッド２３に対する支持高さを異ならせて対応している。また、走査位置情報は、超音波発信子５および超音波受信子６の一方、具体的には超音波発信子５の回転軸３２に連結したエンコーダ３３からの回転信号を制御器２５に取り込んで、超音波発信子５の回転数に比例した走査開始位置からの走査距離を演算し、判定器２４が溶接ライン３の各部で判定した溶接不良の信号と、この溶接不良の判定信号が出た走査位置との関係を記憶器２６に記憶し、これを制御器２５がプログラム２８に従い、全溶接作業終了後の所定のタイミングで、溶接不良判定位置または範囲での再溶接等によるリカバリー作業を行うようにしている。
【００５２】
図３に示す例では、ハット型断面の付帯材２は、天面２ｃを持った矩形部２ｄが、溶接ライン３に平行なことから、走査ヘッド２０に矩形部２ｄの左右側面に走査方向前後で接触する４つのガイドローラ７〜１０を支持して、走査ヘッド２０を溶接ライン３に沿って移動するように案内できるようにしている。これによって、走査ヘッド２０に仮想線で示す操作ハンドル１６を設けて、この操作ハンドル１６を手で握って走査ヘッド２０を移動させて手で走査することもできる。しかし、鉄道車両の側構体といった長尺物での溶接ライン３に沿った走査には自動走査が好適である。そのために、図３に示す例では、走査ヘッド２０をＸ方向ガイドレール４１にＸ方向に移動可能に支持し、このＸ方向ガイドレール４１をＹ方向駆動テーブル４３に支持してＹ方向に移動させ、溶接ライン３に沿った走査をして検査できるようにしている。Ｙ方向の駆動に対して走査ヘッド２０は、溶接ライン３を跨ぐ左右方向にはＸ方向ガイドレール４１により自由度を与えられ、Ｙ方向駆動テーブル４３による操作力に対して、ガイドローラ７〜１０により案内される左右方向位置や向きにずれがあっても各部に干渉や拗れなくスムーズに走査できるようにしている。この結果、走査ヘッド２０の走査移動によって超音波発信子５および超音波受信子６の走査位置が溶接ライン３に対し振れることがあっても、溶接ライン３を倣うものでないので、検査精度に影響することはない。また、鉄道車両の側構体などにおいて、主材１となる外板にレーザ溶接する付帯材２としての補強骨などは、高さに違いがあることに対応して、付帯材２に当てがう側、図示例では超音波発信子５の側を高さ調節する調節部２７を介して走査ヘッド２０に支持している。調節部２７は、発振制御される超音波発信子５を支持して上下に移動できるリニアベアリング１１を備え、リニアベアリング１１は予圧のためのコイルばね１５を介し別のリニアベアリング１２に接続され、リニアベアリング１１、１２はガイドレール１３を上下動でき、付帯材２の主材１からの高さに合わせた状態で固定ハンドル１４により固定されるようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明はレーザ溶接の非破壊検査に実用して、長大な溶接ラインの長手方向に沿って連続的に効率よく検査することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  主材
２  付帯材
３  溶接ライン
４  溶接域
５  超音波発信子
６  超音波受信子
２０  操作機構
２１  レーザ溶接トーチ
２２  溶接作業機構
２３  走査ヘッド
２４  判定器
２５  制御器
２６  記憶器
２７  調節部
２８  プログラム
３１  Ｙ方向駆動テーブル
３２  回転軸
３３  エンコーダ
４１  Ｘ方向ガイドレール
４２  回動軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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