(57)【要約】      （修正有）【課題】  超音波探傷器を用いたスポット溶接部の良否判定の高精度化及び高速度化を図る。【解決手段】  自動超音波検査装置１は、超音波探傷器２と、ロボットアーム４と、制御装置５とを備えている。超音波探傷器２は、スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子２ａと、反射波検知信号を探傷情報に変換するための超音波探傷器本体２ｂとを有している。ロボットアーム４は、複数の関節を有しており、超音波探触子２ａのスポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能となっている。制御装置５は、予め設定されたスポット溶接部の仮中心位置の周辺において得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の実中心位置を特定するための実中心位置演算手段５４と、実中心位置において得られた探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定を行うための判定手段５６とを有している。【選択図】      図２
2006220608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物のスポット溶接部の良否判定を自動的に行うための自動超音波検査装置であって、
前記スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子と、前記超音波探触子に接続され前記超音波探触子から受け取った反射波検知信号を探傷情報に変換するための超音波探傷器本体とを有する超音波探傷器と、
複数の関節を有し、前記超音波探触子の前記スポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能なロボットアームと、
前記超音波探傷器及びロボットアームに接続され、前記超音波探傷器及びロボットアームに対してデータ及び信号を送受信可能な制御装置とを備え、
前記制御装置は、予め設定された前記スポット溶接部の仮中心位置の周辺において得られた複数の前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の実中心位置を特定するための実中心位置特定手段と、前記実中心位置において得られた前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の良否判定を行うための判定手段とを有している、自動超音波検査装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記超音波探触子と前記実中心位置との接点を支点に前記実中心位置の中心軸周りにおいて得られた複数の前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の良否判定に最適な前記探傷情報を得るための最適探傷情報手段をさらに有しており、
前記判定手段は、前記最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う、
請求項１に記載の自動超音波検査装置。
【請求項３】
前記複数の探傷点の配置及び点数は、前記制御装置において予め設定可能である、
請求項１または２に記載の自動超音波検査装置。
【請求項４】
隣接する前記探傷点の間隔は、前記制御装置において予め設定可能である、
請求項１から３のいずれかに記載の自動超音波検査装置。
【請求項５】
前記複数の探傷点は、前記仮中心位置周辺に格子状に配置されている、
請求項１から４のいずれかに記載の自動超音波検査装置。
【請求項６】
前記制御装置に接続され、前記スポット溶接部の画像データを取り込み画像処理により前記仮中心位置を特定するための仮中心位置特定手段をさらに備えている、
請求項１から５のいずれかに記載の自動超音波検査装置。
【請求項７】
検査対象物から探傷情報を得るための超音波探傷器と、前記超音波探傷器を前記検査対象物に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能なロボットアームとを備えた自動超音波検査装置において、前記検査対象物のスポット溶接部の良否判定を自動的に行うための自動超音波検査方法であって、
予め設定された前記スポット溶接部の仮中心位置周辺において前記超音波探傷器により得られた複数の前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の実中心位置を特定する実中心位置特定工程と、
前記実中心位置において得られた前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の良否判定を行う判定工程とを含む、自動超音波検査方法。
【請求項８】
前記超音波探触子と前記実中心位置との接点を支点に前記実中心位置の中心軸周りにおいて得られた複数の前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の良否判定に最適な前記探傷情報を得るための最適探傷情報取得工程をさらに含む、
前記判定工程では、前記最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う、
請求項７に記載の自動超音波検査方法。
【請求項９】
前記スポット溶接部の画像データを画像処理することにより前記仮中心位置を特定するための仮中心位置特定工程をさらに含む、
請求項７または８に記載の自動超音波検査方法。
【請求項１０】
スポット溶接が施されているスポット溶接製品の製造方法であって、
複数の金属製素材に対してスポット溶接を施すスポット溶接工程と、
請求項７から９に記載の自動超音波検査方法を用いて前記スポット溶接製品の溶接部の良否判定を行う超音波探傷工程とを含む、
スポット溶接製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動超音波検査装置、その検査方法及びその検査方法を用いた製造方法、特にロボットを用いて自動的に行われるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からスポット溶接部の非破壊検査方法として、超音波探傷器を用いた方法が知られている。超音波探傷器は、例えば、スポット溶接部に接触させて超音波を送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子と、超音波探触子に接続され超音波探触子から反射波検知信号を受け取り探傷データに変換するための超音波探傷器本体とから構成されている。この超音波探傷器では、スポット溶接部の内部に形成されたナゲットにより超音波が減衰することを利用して溶接部の良否判定を行うことが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２６２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、スポット溶接部の探傷を正確に行うためには、ナゲットの中心位置で超音波探触子を接触させて超音波探傷を行う必要がある。しかし、ナゲットの正確な中心位置は外部に残る溶接痕の中心位置とは異なる場合が多く、外観から正確な中心位置を特定するのは困難である。また、正確な中心位置を特定したとしても、ナゲットに対する超音波の入射角によって反射波のレベルが異なるため、スポット溶接部の良否判定を正確に行うことが困難であり、また超音波探触子の角度調整に手間がかかる。特に、スポット溶接部が曲面に設けられている場合は、作業時間が非常に長くなる。したがって、作業員により探傷作業を行う場合は、良否判定の精度や作業効率が著しく低下する。
【０００４】
また、探傷作業をロボットにより行う装置も提案されているが、スポット溶接部のナゲットの中心位置の特定作業や超音波の最適な入射角の調整作業を効率よく高精度に行う方法は未だ提案されていない。
【０００５】
本発明の課題は、超音波探傷器を用いたスポット溶接部の良否判定の高精度化及び高速度化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の自動超音波検査装置は、検査対象物のスポット溶接部の探傷を自動的に行うためのものである。この自動超音波検査装置は、超音波探傷器と、ロボットアームと、制御装置とを備えている。超音波探傷器は、スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子と、超音波探触子に接続され超音波探触子から受け取った反射波検知信号を探傷情報に変換するための超音波探傷器本体とを有している。ロボットアームは、複数の関節を有しており、超音波探触子のスポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能となっている。制御装置は、超音波探傷器及びロボットアームに接続されており、超音波探傷器及びロボットアームに対してデータ及び信号を送受信可能となっている。制御装置は、予め設定されたスポット溶接部の仮中心位置の周辺において得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の実中心位置を特定するための実中心位置特定手段と、実中心位置において得られた探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定を行うための判定手段とを有している。
【０００７】
この自動超音波検査装置では、実中心位置特定手段によりスポット溶接部の実中心位置、すなわち外観からでは判断できないナゲットの中心位置を特定することができるため、作業員が行う場合に比べてスポット溶接部の良否判定の高精度化を図ることができる。また、これらの作業を制御装置及びロボットアームにより自動的に行うため、作業員が行う場合に比べてより作業の高速化を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の自動超音波検査装置は、請求項１において、制御装置が、超音波探触子と実中心位置との接点を支点に実中心位置の中心軸周りにおいて得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定に最適な探傷情報を得るための最適探傷情報手段をさらに有している。判定手段は、最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う。
【０００９】
この自動超音波検査装置では、最適探傷情報に基づいて判定手段が良否判定を行うため、判定手段における良否判定がより高精度となる。
【００１０】
請求項３に記載の自動超音波検査装置は、請求項１または２において、複数の探傷点の配置及び点数が制御装置において予め設定可能である。
【００１１】
この自動超音波検査装置では、探傷点の配置及び点数が予め設定可能であるため、様々な大きさのスポット溶接部に対応可能である。
【００１２】
請求項４に記載の自動超音波検査装置は、請求項１から３のいずれかにおいて、隣接する探傷点の間隔が制御装置において予め設定可能である。
【００１３】
この自動超音波検査装置では、隣接する探傷点の間隔がそれぞれ予め設定可能であるため、様々な大きさのスポット溶接部に対応可能である。
【００１４】
請求項５に記載の自動超音波検査装置は、請求項１から４のいずれかにおいて、複数の探傷点が仮中心位置周辺に格子状に配置されている。
【００１５】
この自動超音波検査装置では、複数の探傷点が格子状に配置されているため、実中心位置をより正確に特定することができる。
【００１６】
請求項６に記載の自動超音波検査装置は、請求項１から５のいずれかにおいて、制御装置に接続され、スポット溶接部の画像データを取り込み画像処理により仮中心位置を特定するための仮中心位置特定手段をさらに備えている。
【００１７】
この自動超音波検査装置では、仮中心特定手段により外観から判断した仮中心位置を特定することができるため、より実中心位置に近い仮中心位置を特定することができ、実中心位置特定手段において取得する探傷情報の数を少なくすることができる。これにより、スポット溶接部の良否判定の高精度化及び作業の高速化を図ることができる。
【００１８】
請求項７に記載の自動超音波探傷方法は、検査対象物から探傷情報を得るための超音波探傷器と、超音波探傷器を検査対象物に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能なロボットアームとを備えた自動超音波検査装置において、検査対象物のスポット溶接部を自動的に探傷するための方法である。この自動超音波探傷方法は、予め設定されたスポット溶接部の仮中心位置周辺において超音波探傷器により得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の実中心位置を特定する実中心位置特定工程と、実中心位置において得られた探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定を行う判定工程とを含んでいる。
【００１９】
この自動超音波探傷方法では、実中心位置特定工程を含んでいるため、作業員が行う場合に比べてスポット溶接部の良否判定の高精度化を図ることができる。
【００２０】
請求項８に記載の自動超音波探傷方法は、請求項７において、超音波探触子と実中心位置との接点を支点に実中心位置の中心軸周りにおいて得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定に最適な探傷情報を得るための最適探傷情報取得工程をさらに含んでいる。判定工程では、最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う。記載の  この自動超音波探傷方法では、最適探傷情報に基づいて良否判定を行うため、スポット溶接部の良否判定がより高精度となる。
【００２１】
請求項９に記載の自動超音波探傷方法は、請求項７または８において、スポット溶接部の画像データを画像処理することにより仮中心位置を特定するための仮中心位置特定工程をさらに含んでいる。
【００２２】
この自動超音波探傷方法では、スポット溶接部の外観から仮中心位置を特定することができるため、実中心位置特定工程において取得する探傷情報の数を少なくすることができる。これにより、スポット溶接部の良否判定の高精度化及び作業の高速化を図ることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の製造方法は、スポット溶接が施されているスポット溶接製品の製造方法である。この製造方法は、複数の金属製素材に対してスポット溶接を施すスポット溶接工程と、請求項７から９に記載の自動超音波探傷方法を用いてスポット溶接製品の溶接部の良否判定を行う超音波探傷工程とを含んでいる。
【００２４】
この製造方法では、請求項７から９に記載の自動超音波探傷方法を用いて溶接部の良否判定を行っているため、作業員が行う場合に比べて、溶接部の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができ、スポット溶接製品の品質及び生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る自動超音波検査装置及びその探傷方法では、ナゲットの中心位置の特定や探傷評価を前述のように行うことで、探傷検査の高精度化及び高速化を図ることができる。
【００２６】
また本発明に係る製造方法では、自動超音波探傷方法を用いることで、スポット溶接製品の品質及び生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
１．自動超音波検査装置の構成
図１に、本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の全体構成図、図２に、本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の詳細構成図を示す。自動超音波検査装置１は、検査対象物７のスポット溶接部の探傷を自動的に行うためのものであって、超音波探傷器２と、ロボットアーム４と、仮中心位置特定装置６（仮中心位置特定手段）と、固定台８と、制御装置５とから構成されている。
【００２８】
（１）超音波探傷器２
超音波探傷器２は、スポット溶接部に対して超音波探傷を行うためのものであり、超音波探触子２ａと、超音波探傷器本体２ｂとから構成されている。超音波探触子２ａは、スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うためのものであり、ロボットアーム４の先端に装着されている。超音波探触子２ａは超音波探傷器本体２ｂと接続されており、超音波探傷器本体２ｂへ反射波検知信号を送信可能となっている。超音波探傷器本体２ｂは、超音波探触子２ａから反射波検知信号を受け取り、反射波検知信号を探傷データに変換するためのものであり、超音波探触子２ａに接続されている。
【００２９】
超音波探傷器本体２ｂとしては、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを装備したＰＣ等が挙げられる。図２に示すように、超音波探傷器本体２ｂに予めインストールされているソフトウェアにより、探傷データ変換手段２１と、第１通信手段２２とを実現している。探傷データ変換手段２１は、超音波探触子２ａから反射波検知信号を受け取り、探傷データに変換する機能を有している。第１通信手段２２は、後述する制御装置５と通信する機能を有している。ここで、探傷データとは、超音波の移動距離と反射波レベルとから構成されるデータのことをいう。
【００３０】
（２）ロボットアーム４
ロボットアーム４は、超音波探触子２ａのスポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能にするめのものである。ロボットアーム４は複数の関節を有しており、後述する制御装置５のロボット制御手段５０からの指令により、超音波探触子２ａを任意の位置へ移動させることができる。
【００３１】
（３）仮中心位置特定装置６
仮中心位置特定装置６は、スポット溶接部の外観から仮中心位置を特定するためのものであり、カメラ６ａと、画像処理装置６ｂとから構成されている。カメラ６ａは、ロボットアーム４の先端であって超音波探触子２ａと干渉しない位置に取り付けられている。また、超音波探触子２ａの先端をスポット溶接部に接触させた場合にスポット溶接部が撮影できるよう、カメラ６ａの取付位置及び角度等は調整されている。
【００３２】
画像処理装置６ｂとしては、例えば超音波探傷器本体２ｂと同様にＰＣ等が挙げられる。図２に示すように、画像処理装置６ｂに予めインストールされているソフトウェアにより、画像処理手段６１と、第２通信手段６２とを実現している。画像処理手段６１は、スポット溶接部の仮中心位置を画像処理により特定する機能を有している。第２通信手段６２は、後述する制御装置５と通信する機能を有している。画像処理手段６１の機能の詳細については後述する。
【００３３】
（４）固定台８
固定台８は、検査対象物７を装着するためのもので、検査対象物７に合わせて位置決めピン等が設けられている。固定台８は、水平回転や水平方向への移動が可能となっており、後述する制御装置５の固定台制御手段５１によりそれらの動作が制御されている。制御装置５では、予め固定台８の中心座標及び中心から３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の座標系が設定されている。したがって、検査対象物７におけるスポット溶接部の位置が分かっていれば、固定台８の中心からのスポット溶接部の位置座標を制御装置５にて予め設定でき、スポット溶接部の大まかな中心位置（初期中心位置）へ超音波探触子２ａを移動させることが可能となる。
【００３４】
本実施形態では、検査対象物７としてトルクコンバータに用いられるタービンシェル７３を例に説明する。図３に、タービンシェル７３の断面図を示す。図３のＯ−Ｏは、トルクコンバータの回転軸を示している。タービンシェル７３は、環状のシェル本体７４と、ドリブンプレート７５とから構成されている。ドリブンプレート７５は、環状部７６と、環状部７６の内周側から軸方向へ突出した複数の突起部７７とから構成されている。環状部７６はシェル本体７４の外周側表面にスポット溶接にて固定されているため、タービンシェル７３は複数のスポット溶接部７０を有している。本実施形態の自動超音波検査装置１は、これらのスポット溶接部７０に対して超音波探傷を行う。
【００３５】
（５）制御装置５
制御装置５は、自動超音波検査装置１が自動的に探傷作業を行うよう制御するためのものであり、周辺の各装置との間でデータ及び信号の送受信を行うことが可能となっている。制御装置５としては、例えば前述の超音波探傷器本体２ｂと同様にＰＣ等が挙げられる。図２に示すように、制御装置５に予めインストールされているソフトウェアにより、ロボット制御手段５０、固定台制御手段５１と、評価値演算手段５２と、仮中心位置演算手段５３と、実中心位置演算手段５４と、最適評価値演算手段５５と、判定手段５６と、初期設定手段５７と、第３通信手段５８と、画像処理装置制御手段５９とを実現している。
【００３６】
ロボット制御手段５０は、ロボットアーム４の動作を制御する機能を有している。固定台制御手段５１は、固定台８の動作を制御する機能を有している。評価値演算手段５２は、超音波探傷器２で取得された探傷データを評価値に変換する機能を有している。仮中心位置演算手段５３は、仮中心位置特定装置６により得られた仮中心位置データの座標を算出する機能を有している。
【００３７】
実中心位置演算手段５４（実中心位置特定手段）は、仮中心位置周辺の複数の評価値からスポット溶接部の実中心位置を特定する機能を有している。最適評価値演算手段５５は、実中心位置において超音波探触子２ａの角度を変えて得た複数の評価値から良否判定に最適な評価値を得る機能を有している。判定手段５６は、最適評価値演算手段５５で得られた最適評価値によりスポット溶接部の良否判定を行う機能を有している。
【００３８】
初期設定手段５７は、各演算手段等で必要とされる数値を予め設定する機能を有している。第３通信手段５８は、各手段を接続しており、周辺機器と通信する機能を有している。画像処理装置制御手段５９は、画像処理手段６１へ画像処理指令を送信する機能を有している。各手段の機能の詳細については後述する。
【００３９】
２．自動超音波検査装置の動作フロー
図４に、本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置１を用いた動作フローの一例を示す。図４に示すように、自動超音波検査装置１の動作フローは、主に、第１工程Ｓ１から第９工程Ｓ９により構成されている。
【００４０】
（１）第１工程Ｓ１
第１工程Ｓ１では、ロボットアーム４によりタービンシェル７３を固定台８へ装着する。このとき、超音波探触子２ａはロボットアーム４の先端に装着されていない。この工程は、自動超音波検査装置１のロボットアーム４ではなく隣接する設備のロボット等が行う場合は省略することができる。
【００４１】
（２）第２工程Ｓ２
第２工程Ｓ２では、スポット溶接部の径によって最適な超音波探触子２ａの径が異なるため、ロボットアーム４が最適な超音波探触子２ａを取り出す。これは、検査対象物７の種類に応じて制御装置５の初期設定手段５７により予め設定しておく。第１工程Ｓ１を隣接する設備のロボット等が行う場合、検査対象物７の種類に変更がない限りこの工程は省略することができる。
【００４２】
（３）第３工程Ｓ３（仮中心位置特定工程）
第３工程Ｓ３では、スポット溶接部の外観から仮中心位置を仮中心位置特定装置６により特定する。ここで、スポット溶接部の中心位置について説明する。
【００４３】
図５に、スポット溶接部７０の縦断面図及び平面図を示す。図５に示すように、スポット溶接部７０には、溶接痕７１のように歪んだ円形の痕が残る。また、ドリブンプレート７５と環状部７６との間には、スポット溶接によりナゲット７２が形成される。ナゲット７２は、ドリブンプレート７５及び環状部７６が溶着された部分である。
【００４４】
溶接痕７１及びナゲット７２はいずれも平面図においては若干歪んだ円形状を有している。溶接痕７１の中心位置を外観中心位置７１ａ、ナゲット７２の中心位置を内部中心位置７２ａとすると、一般的には図５に示すように両中心位置７１ａ、７２ａは一致しない。一方、スポット溶接部７０の良否判定を正確に行うためには、ナゲット７２の内部中心位置７２ａを探傷するのが望ましい。
【００４５】
この工程では、図６に示すフローにしたがって、内部中心位置７２ａの特定を容易にするために、まず仮中心位置特定装置６により外観から外観中心位置７１ａに相当する仮中心位置を特定する。
【００４６】
まず、ロボット制御手段５０からロボットアーム４へ指令が送られ、ロボットアーム４により超音波探触子２ａをスポット溶接部の初期中心位置へ移動させる（ステップＳ３１）。そして、超音波探触子２ａの先端を初期中心位置に接触させる。この結果、ロボットアーム４の先端に取り付けられたカメラ６ａによりスポット溶接部が撮影可能となる。
【００４７】
次に、制御装置５の画像処理装置制御手段５９から画像処理装置６ｂに対して撮影指令が送られ、スポット溶接部７０の画像データを画像処理手段６１により取得する（ステップＳ３２）。そして、スポット溶接部７０の溶接痕７１の形状が明確になるよう、取得された画像データに対して画像処理が行われる（ステップＳ３３）。具体的には、溶接痕７１の外形の座標が算出できるよう、溶接痕７１とその周辺部分との輝度や色彩の相違を利用して、画像処理装置６ｂにより画像処理を行い、溶接痕７１の形状を把握する。
【００４８】
そして、画像データ上における溶接痕７１の外周縁の座標を算出し（ステップＳ３４）、外周縁の座標から画像データ上における仮中心位置の座標を算出する（ステップＳ３５）。その後、仮中心位置データが制御装置５へ送信される（ステップＳ３６）。
【００４９】
制御装置５の仮中心位置演算手段５３により、初期設定手段５７により予め設定された画像データ上の初期中心位置と得られた仮中心位置データから固定台８上に設けられた座標系における仮中心位置の座標データを算出する。算出された仮中心位置の座標は、制御装置５に格納される。
【００５０】
このように、第３工程Ｓ３では、固定台８上に設けられた座標系におけるスポット溶接部７０の仮中心位置の座標データを得ることができる。
【００５１】
（４）第４工程Ｓ４（実中心位置特定工程）
第４工程Ｓ４では、第３工程Ｓ３で特定した仮中心位置を基準に複数の探傷データを取得し、スポット溶接部７０の内部中心位置７２ａに相当する実中心位置を特定する。
【００５２】
ここで、実中心位置の特定方法について説明する。前述のように、スポット溶接部７０の内部にはナゲット７２が形成される（図５参照）。このナゲット７２は、一般的に中心が最も厚く形成されており、中心において超音波が最も減衰する部分となっている。したがって、ナゲット７２の内部中心位置７２ａを特定するためには、仮中心位置７１ｂ周辺の複数箇所において最も超音波の減衰が大きい点が内部中心位置７２ａ（正確には、内部中心位置７２ａに最も近い点）と考えることができる。第５工程Ｓ５では、このように複数の探傷点において超音波探傷を行うことで、実中心位置を特定する。
【００５３】
複数の探傷点について、より具体的に説明する。図７に、第５工程における探傷点の配置の一例を示す。図７は、図５に示すスポット溶接部の平面図を拡大したものである。図７では便宜上、仮中心位置７１ｂは外観中心位置７１ａと同一の点として表す。図７に示すように、スポット溶接部７０を含む平面及びその平面上に互いに直交するＰ軸及びＱ軸を予め設定する。Ｐ軸及びＱ軸方向に沿って格子状に配置された複数の探傷点Ａｎで超音波探傷を行う。Ｐ軸及びＱ軸方向の点数を探傷点数ＮＰ、ＮＱとすると、本実施形態においては制御装置５によりＮＰ＝５、ＮＱ＝５の計２５点（探傷点Ａ１〜Ａ２５）と設定している。また、隣接する探傷点同士のＰ軸及びＱ軸方向の間隔は、探傷間隔δＰ、δＱとして制御装置５により予め設定している。このように設定された各探傷点において、図８に示すフローにしたがって超音波探傷を行う。
【００５４】
まず超音波探触子２ａをロボットアーム４により探傷点Ａ１へ移動させ、超音波探触子２ａの先端を探傷点Ａ１に接触させる（ステップＳ４１）。次に、超音波探触子２ａ送られる反射波検知信号をもとに超音波探傷器本体２ｂにおいて探傷データが取得される（ステップＳ４２）。
【００５５】
超音波探傷器本体２ｂにより得られた探傷点Ａ１における探傷データＢ１が制御装置５に取り込まれる（ステップＳ４３）。そして、制御装置５の評価値演算手段により探傷データＢ１から評価値Ｃ１が算出される（ステップＳ４４）。本実施形態では、反射エコー数Ｎと測定板厚ｔとから算出される評価値Ｃ＝２×Ｎ×ｔを用いることとするが、その他の方法で算出される評価値を用いてもよい。算出された評価値Ｃ１は、制御装置５の実中心位置演算手段により第１探傷データ群として探傷点Ａ１の座標データとともに制御装置５に格納される（ステップＳ４５）。探傷点Ａ１〜Ａ２５における評価値Ｃ１〜Ｃ２５を取得するまで、これらのステップＳ４１〜Ｓ４５が繰り返される（ステップＳ４６）。このとき、各探傷点Ａｎにおける超音波探触子２ａの角度は、Ｐ軸及びＱ軸を含む平面に対して一定（垂直）としている。
【００５６】
全ての評価値Ｃ１〜Ｃ２５から、最小の評価値が選択される（ステップＳ４７）。そして、最小評価値Ｃｎに対応する探傷点Ａｎの座標データが実中心位置データとして制御装置５に格納される（ステップＳ４８）。
【００５７】
このように、第４工程Ｓ４では、スポット溶接部の実中心位置の座標データを得ることができる。
【００５８】
（５）第５工程Ｓ５（最適探傷情報取得工程）
第５工程Ｓ５では、第５工程Ｓ５で特定した実中心位置に超音波探触子２ａを接触させて、超音波探触子２ａの角度を変えて複数の探傷データを取得し、それらの探傷データからスポット溶接部の良否判定に最適な探傷データを選択する。
【００５９】
ここで、最適評価値を得る方法について説明する。図９に、第５工程Ｓ５における超音波探触子２ａの角度設定を示す。超音波探触子２ａの初期状態におけるスポット溶接部に対する角度は、Ｐ軸及びＱ軸により設定された平面に対して垂直となっている。この軸位置を中心に、Ｐ軸及びＱ軸方向へそれぞれ一定の角度を変えた複数の探傷軸Ｄｎおいて探傷を行う。Ｐ軸及びＱ軸方向の設定軸数を探傷軸数ＭＰ、ＭＱは、本実施形態においては初期設定手段５７によりＭＰ＝５、ＭＱ＝５の計２５点と設定されている。また、隣接する探傷軸Ｄｎ同士のＰ軸及びＱ軸方向の角度は、探傷角度αＰ、αＱとして初期設定手段５７により予め設定されている。このように設定された各探傷軸Ｄｎにおいて、以下に示すように超音波探傷を行う。
【００６０】
図１０のフローに示すように、まず超音波探触子２ａをロボットアーム４により実中心位置へ移動させ、超音波探触子２ａの先端を実中心位置に接触させる（ステップＳ５１）。次に、超音波探触子２ａ送られる反射波検知信号をもとに超音波探傷器本体２ｂにおいて探傷データが取得される（ステップＳ５２）。
【００６１】
超音波探傷器本体２ｂにより得られた探傷軸Ｄ１における探傷データＥ１が制御装置５に取り込まれる（ステップＳ５３）。そして、制御装置５の評価値演算手段により探傷データＥ１から評価値Ｆ１が算出される（ステップＳ５４）。評価値は第５工程Ｓ５と同じ計算式により算出されたものを用いる。算出された評価値Ｆ１は、制御装置５の最適評価値演算手段により第２探傷データ群として探傷軸Ｄ１の角度データとともに制御装置５に格納される（ステップＳ５５）。探傷軸Ｄ１〜Ｄ２５の評価値Ｆ１〜Ｆ２５を取得するまで、これらのステップＳ６１〜Ｓ６５が繰り返される（ステップＳ５６）。
【００６２】
全ての評価値Ｆ１〜Ｆ２５から、最小である評価値Ｆｎが選択される（ステップＳ５７）。そして、選択された最小評価値が最適評価値として制御装置５に格納される（ステップＳ５８）。
【００６３】
このように、第５工程Ｓ５では、スポット溶接部の良否判定に最適な評価値を得ることができる。
【００６４】
（６）第６工程Ｓ６（判定工程）
第６工程Ｓ６では、第５工程Ｓ５で得られた最適評価値と実験等で得られた判定基準値とを比較し、スポット溶接部の良否判定を行う。具体的には、最適評価値が判定基準値以下の場合は、スポット溶接部の溶接状態は良好であると判断される。最適評価値が判定基準値よりも大きい場合は、スポット溶接部の溶接状態は良くないと判断される。
【００６５】
（７）第７工程Ｓ７〜第９工程Ｓ９
第７工程Ｓ７では、第４工程Ｓ４から第６工程Ｓ６までの探傷工程を１つのタービンシェル７３における複数のスポット溶接部に対して行う。第７工程Ｓ７で全てのスポット溶接部に対して探傷を行った後、第８工程Ｓ８ではロボットアーム４が超音波探触子２ａを収納部へ戻すため、超音波探触子２ａが取り外される。そして、第９工程Ｓ９では、第６工程Ｓ６での判定結果に基づいてロボットアーム４によりタービンシェル７３を該当する位置へ搬出する。
【００６６】
以上に述べたように、自動超音波検査装置１では、仮中心位置特定装置６及び制御装置５に備えられた各手段等により、作業員が行う場合に比べてスポット溶接部の良否判定を高速かつ高精度に行うことが可能となる。
【００６７】
３．作用効果
本発明に係る自動超音波検査装置１及び検査方法により、得られる効果を以下にまとめる。
【００６８】
自動超音波検査装置１では、制御装置５の実中心位置演算手段５４によりスポット溶接部の実中心位置、すなわち外観からでは判断できないナゲット７２の中心位置を特定することができるため、作業員が探傷作業を行う場合に比べてスポット溶接部７０の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができる。また、複数の探傷点Ａｎが格子状に配置されているため、実中心位置をより正確に特定することができる。さらに、Ｐ軸及びＱ軸方向の探傷点数ＮＰ、ＮＱや探傷間隔δＰ、δＱが初期設定手段５７により設定可能であるため、様々な大きさのスポット溶接部に対応可能である。
【００６９】
また、この自動超音波検査装置１では、制御装置５の最適評価値演算手段５５により複数の探傷軸Ｄｎにおける第２探傷データ群から最適な評価値が選択される。この結果、作業員が行う場合に比べてより良否判定に最適な評価値を得ることができ、スポット溶接部の良否判定の高精度化を図ることができる。
【００７０】
この自動超音波検査装置１では、仮中心位置特定装置６により外観から判断した仮中心位置を特定することができるため、制御装置５の実中心位置演算手段５４において第１探傷データ群を取得する範囲を小さくすることができ、よりスポット溶接部の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができる。
【００７１】
また、以上に述べた自動超音波検査装置１及び検査方法を用いて溶接部の良否判定を行うことで、作業員が行う場合に比べて、溶接部の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができ、スポット溶接製品の品質及び生産性を向上させることができる。
【００７２】
４．他の実施形態
本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。以下に他の実施形態について説明する。
【００７３】
（１）仮中心位置特定装置６
前述の実施形態では、仮中心位置特定装置６により溶接痕７１の中心を画像上で平面的に特定しているが、３次元的に画像処理を行う画像処理ソフトを用いて３次元的に仮中心位置を特定することで、より正確に仮中心位置（特にスポット溶接部７０を含むよう設定された平面に垂直な方向）を特定することができる。この場合、カメラ６ａは１台に限られず、複数台使用することもあり得る。
【００７４】
また、前述の実施形態では、仮中心位置特定装置６により仮中心位置を特定するよう記載しているが、予め設定された初期中心位置が仮中心位置にかなり近い場合や、あるいは探傷点数ＮＰ、ＮＱや探傷間隔δＰ、δＱの設定を調整して第５工程Ｓ５における探傷範囲を拡大した場合は、仮中心位置特定装置６を使用しなくても、仮中心位置として初期中心位置を使用すれば足りる。
【００７５】
（２）制御装置５
前述の実施形態では、超音波探傷器本体２ｂ、制御装置５及び画像処理装置６ｂをそれぞれ別個の装置としているが、これらの装置の機能を全て備えたソフトウェアをインストールしたＰＣ等であってもよい。
【００７６】
（３）実中心位置演算手段５４
前述の実施形態では、第４工程Ｓ４において実中心位置演算手段５４により複数の探傷点を格子状に設定しているが、これに限定されず、スポット溶接部の大きさ等に応じて様々な探傷点の配置の設定を行ってもよい。
【００７７】
（４）最適評価値演算手段５５
前述の実施形態では、第５工程Ｓ５において最適評価値演算手段５５により複数の探傷軸を設定しているが、軸の設定方法はこれに限定されない。例えば、超音波探触子２ａを傾けた状態で中心軸周りに一定角度毎に旋回させて評価値を取得する等、精度や時間に応じて様々な探傷軸の設定を行ってもよい。製品によっては、設定軸数を減らすことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の詳細構成図。
【図３】検査対象物７としてのタービンシェル７３の断面図。
【図４】本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置１を用いた動作フローの一例を示す図。
【図５】スポット溶接部７０の縦断面図及び平面図。
【図６】第３工程Ｓ３の詳細フロー図。
【図７】第４工程Ｓ４における探傷点の配置の一例を示す図。
【図８】第４工程Ｓ４の詳細フロー図。
【図９】第５工程Ｓ５における探傷軸の設定の一例を示す図。
【図１０】第５工程Ｓ５の詳細フロー図。
【符号の説明】
【００７９】
１    自動超音波検査装置
２    超音波探傷器
２ａ  超音波探触子
２ｂ  超音波探傷器本体
４    ロボットアーム
５    制御装置
６    仮中心位置特定装置
６ａ  カメラ
６ｂ  画像処理装置
７    検査対象物
８    固定台
２１    探傷データ変換手段
２２    第１通信手段
５０    ロボット制御手段
５１    固定台制御手段
５２    評価値演算手段
５３    仮中心位置演算手段
５４    実中心位置演算手段
５５    最適評価値演算手段
５６    判定手段
５７    初期設定手段
５８    第３通信手段
５９    画像処理装置制御手段
６１    画像処理手段
６２    第２通信手段
７０    スポット溶接部
７１    溶接痕
７１ａ  外観中心位置
７２    ナゲット
７２ａ  内部中心位置
７３    タービンシェル
７４    シェル本体
７５    ドリブンプレート
７６    環状部
７７    突起部
【図１】
2006220608.tif 000003
【図２】
2006220608.tif 000004
【図３】
2006220608.tif 000005
【図４】
2006220608.tif 000006
【図５】
2006220608.tif 000007
【図６】
2006220608.tif 000008
【図７】
2006220608.tif 000009
【図８】
2006220608.tif 000010
【図９】
2006220608.tif 000011
【図１０】
2006220608.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月16日(2006.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物のスポット溶接部の良否判定を自動的に行うための自動超音波検査装置であって、
前記スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子と、前記超音波探触子に接続され前記超音波探触子から受け取った反射波検知信号を探傷情報に変換するための超音波探傷器本体とを有する超音波探傷器と、
複数の関節を有し、前記超音波探触子の前記スポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能なロボットアームと、
前記超音波探傷器及びロボットアームに接続され、前記超音波探傷器及びロボットアームに対してデータ及び信号を送受信可能な制御装置とを備え、
前記制御装置は、予め設定された前記スポット溶接部の仮中心位置の周辺において得られた複数の前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の実中心位置を特定するための実中心位置特定手段と、前記実中心位置において得られた前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の良否判定を行うための判定手段と、前記超音波探触子と前記実中心位置との接点を支点に前記実中心位置の中心軸周りに前記超音波探触子の角度を変化させて得られた複数の前記探傷情報から、前記探傷情報に含まれる評価値が最良である最適探傷情報を得るための最適探傷情報手段と、を有し、
前記判定手段は、前記最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う、
自動超音波検査装置。
【請求項２】
前記複数の探傷点の配置及び点数は、前記制御装置において予め設定可能である、
請求項１に記載の自動超音波検査装置。
【請求項３】
隣接する前記探傷点の間隔は、前記制御装置において予め設定可能である、
請求項１または２に記載の自動超音波検査装置。
【請求項４】
前記複数の探傷点は、前記仮中心位置周辺に格子状に配置されている、
請求項１から３のいずれかに記載の自動超音波検査装置。
【請求項５】
前記制御装置に接続され、前記スポット溶接部の画像データを取り込み画像処理により前記仮中心位置を特定するための仮中心位置特定手段をさらに備えている、
請求項１から４のいずれかに記載の自動超音波検査装置。
【請求項６】
検査対象物から探傷情報を得るための超音波探傷器と、前記超音波探傷器を前記検査対象物に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能なロボットアームとを備えた自動超音波検査装置において、前記検査対象物のスポット溶接部の良否判定を自動的に行うための自動超音波検査方法であって、
予め設定された前記スポット溶接部の仮中心位置周辺において前記超音波探傷器により得られた複数の前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の実中心位置を特定する実中心位置特定工程と、
前記実中心位置において得られた前記探傷情報に基づいて、前記スポット溶接部の良否判定を行う判定工程と、
前記超音波探触子と前記実中心位置との接点を支点に前記実中心位置の中心軸周りに前記超音波探触子の角度を変化させて得られた複数の前記探傷情報から、前記探傷情報に含まれる評価値が最良である最適探傷情報を得るための最適探傷情報取得工程と、を含み、
前記判定工程では、前記最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う、
自動超音波検査方法。
【請求項７】
前記スポット溶接部の画像データを画像処理することにより前記仮中心位置を特定するための仮中心位置特定工程をさらに含む、
請求項６に記載の自動超音波検査方法。
【請求項８】
スポット溶接が施されているスポット溶接製品の製造方法であって、
複数の金属製素材に対してスポット溶接を施すスポット溶接工程と、
請求項６または７に記載の自動超音波検査方法を用いて前記スポット溶接製品の溶接部の良否判定を行う超音波探傷工程とを含む、
スポット溶接製品の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動超音波検査装置、その検査方法及びその検査方法を用いた製造方法、特にロボットを用いて自動的に行われるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からスポット溶接部の非破壊検査方法として、超音波探傷器を用いた方法が知られている。超音波探傷器は、例えば、スポット溶接部に接触させて超音波を送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子と、超音波探触子に接続され超音波探触子から反射波検知信号を受け取り探傷データに変換するための超音波探傷器本体とから構成されている。この超音波探傷器では、スポット溶接部の内部に形成されたナゲットにより超音波が減衰することを利用して溶接部の良否判定を行うことが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２６２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、スポット溶接部の探傷を正確に行うためには、ナゲットの中心位置で超音波探触子を接触させて超音波探傷を行う必要がある。しかし、ナゲットの正確な中心位置は外部に残る溶接痕の中心位置とは異なる場合が多く、外観から正確な中心位置を特定するのは困難である。また、正確な中心位置を特定したとしても、ナゲットに対する超音波の入射角によって反射波のレベルが異なるため、スポット溶接部の良否判定を正確に行うことが困難であり、また超音波探触子の角度調整に手間がかかる。特に、スポット溶接部が曲面に設けられている場合は、作業時間が非常に長くなる。したがって、作業員により探傷作業を行う場合は、良否判定の精度や作業効率が著しく低下する。
【０００４】
また、探傷作業をロボットにより行う装置も提案されているが、スポット溶接部のナゲットの中心位置の特定作業や超音波の最適な入射角の調整作業を効率よく高精度に行う方法は未だ提案されていない。
【０００５】
本発明の課題は、超音波探傷器を用いたスポット溶接部の良否判定の高精度化及び高速度化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の自動超音波検査装置は、検査対象物のスポット溶接部の探傷を自動的に行うためのものである。この自動超音波検査装置は、超音波探傷器と、ロボットアームと、制御装置とを備えている。超音波探傷器は、スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うための超音波探触子と、超音波探触子に接続され超音波探触子から受け取った反射波検知信号を探傷情報に変換するための超音波探傷器本体とを有している。ロボットアームは、複数の関節を有しており、超音波探触子のスポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能となっている。制御装置は、超音波探傷器及びロボットアームに接続されており、超音波探傷器及びロボットアームに対してデータ及び信号を送受信可能となっている。制御装置は、予め設定されたスポット溶接部の仮中心位置の周辺において得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の実中心位置を特定するための実中心位置特定手段と、実中心位置において得られた探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定を行うための判定手段とを有している。
【０００７】
この自動超音波検査装置では、実中心位置特定手段によりスポット溶接部の実中心位置、すなわち外観からでは判断できないナゲットの中心位置を特定することができるため、作業員が行う場合に比べてスポット溶接部の良否判定の高精度化を図ることができる。また、これらの作業を制御装置及びロボットアームにより自動的に行うため、作業員が行う場合に比べてより作業の高速化を図ることができる。
【０００８】
この自動超音波検査装置は、制御装置が、超音波探触子と実中心位置との接点を支点に実中心位置の中心軸周りに超音波探触子の角度を変化させて得られた複数の探傷情報から、探傷情報に含まれる評価値が最良である最適探傷情報を得るための最適探傷情報手段をさらに有している。判定手段は、最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う。
【０００９】
この自動超音波検査装置では、最適探傷情報に基づいて判定手段が良否判定を行うため、判定手段における良否判定がより高精度となる。
【００１０】
請求項２に記載の自動超音波検査装置は、請求項１において、複数の探傷点の配置及び点数が制御装置において予め設定可能である。
【００１１】
この自動超音波検査装置では、探傷点の配置及び点数が予め設定可能であるため、様々な大きさのスポット溶接部に対応可能である。
【００１２】
請求項３に記載の自動超音波検査装置は、請求項１または２において、隣接する探傷点の間隔が制御装置において予め設定可能である。
【００１３】
この自動超音波検査装置では、隣接する探傷点の間隔がそれぞれ予め設定可能であるため、様々な大きさのスポット溶接部に対応可能である。
【００１４】
請求項４に記載の自動超音波検査装置は、請求項１から３のいずれかにおいて、複数の探傷点が仮中心位置周辺に格子状に配置されている。
【００１５】
この自動超音波検査装置では、複数の探傷点が格子状に配置されているため、実中心位置をより正確に特定することができる。
【００１６】
請求項５に記載の自動超音波検査装置は、請求項１から４のいずれかにおいて、制御装置に接続され、スポット溶接部の画像データを取り込み画像処理により仮中心位置を特定するための仮中心位置特定手段をさらに備えている。
【００１７】
この自動超音波検査装置では、仮中心特定手段により外観から判断した仮中心位置を特定することができるため、より実中心位置に近い仮中心位置を特定することができ、実中心位置特定手段において取得する探傷情報の数を少なくすることができる。これにより、スポット溶接部の良否判定の高精度化及び作業の高速化を図ることができる。
【００１８】
請求項６に記載の自動超音波探傷方法は、検査対象物から探傷情報を得るための超音波探傷器と、超音波探傷器を検査対象物に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能なロボットアームとを備えた自動超音波検査装置において、検査対象物のスポット溶接部を自動的に探傷するための方法である。この自動超音波探傷方法は、予め設定されたスポット溶接部の仮中心位置周辺において超音波探傷器により得られた複数の探傷情報に基づいて、スポット溶接部の実中心位置を特定する実中心位置特定工程と、実中心位置において得られた探傷情報に基づいて、スポット溶接部の良否判定を行う判定工程とを含んでいる。
【００１９】
この自動超音波探傷方法では、実中心位置特定工程を含んでいるため、作業員が行う場合に比べてスポット溶接部の良否判定の高精度化を図ることができる。
【００２０】
この自動超音波探傷方法は、超音波探触子と実中心位置との接点を支点に実中心位置の中心軸周りに超音波探触子の角度を変化させて得られた複数の探傷情報から、探傷情報に含まれる評価値が最良である最適探傷情報を得るための最適探傷情報取得工程をさらに含んでいる。判定工程では、最適探傷情報に基づいてスポット溶接部の良否判定を行う。
【００２１】
この自動超音波探傷方法では、最適探傷情報に基づいて良否判定を行うため、スポット溶接部の良否判定がより高精度となる。
【００２２】
請求項７に記載の自動超音波探傷方法は、請求項６において、スポット溶接部の画像データを画像処理することにより仮中心位置を特定するための仮中心位置特定工程をさらに含んでいる。
【００２３】
この自動超音波探傷方法では、スポット溶接部の外観から仮中心位置を特定することができるため、実中心位置特定工程において取得する探傷情報の数を少なくすることができる。これにより、スポット溶接部の良否判定の高精度化及び作業の高速化を図ることができる。
【００２４】
請求項８に記載の製造方法は、スポット溶接が施されているスポット溶接製品の製造方法である。この製造方法は、複数の金属製素材に対してスポット溶接を施すスポット溶接工程と、請求項６または７に記載の自動超音波探傷方法を用いてスポット溶接製品の溶接部の良否判定を行う超音波探傷工程とを含んでいる。
【００２５】
この製造方法では、請求項７から９に記載の自動超音波探傷方法を用いて溶接部の良否判定を行っているため、作業員が行う場合に比べて、溶接部の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができ、スポット溶接製品の品質及び生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る自動超音波検査装置及びその探傷方法では、ナゲットの中心位置の特定や探傷評価を前述のように行うことで、探傷検査の高精度化及び高速化を図ることができる。
【００２７】
また本発明に係る製造方法では、自動超音波探傷方法を用いることで、スポット溶接製品の品質及び生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
１．自動超音波検査装置の構成
図１に、本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の全体構成図、図２に、本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の詳細構成図を示す。自動超音波検査装置１は、検査対象物７のスポット溶接部の探傷を自動的に行うためのものであって、超音波探傷器２と、ロボットアーム４と、仮中心位置特定装置６（仮中心位置特定手段）と、固定台８と、制御装置５とから構成されている。
【００３０】
（１）超音波探傷器２
超音波探傷器２は、スポット溶接部に対して超音波探傷を行うためのものであり、超音波探触子２ａと、超音波探傷器本体２ｂとから構成されている。超音波探触子２ａは、スポット溶接部に接触させて超音波の送信及び反射波の検知を行うためのものであり、ロボットアーム４の先端に装着されている。超音波探触子２ａは超音波探傷器本体２ｂと接続されており、超音波探傷器本体２ｂへ反射波検知信号を送信可能となっている。超音波探傷器本体２ｂは、超音波探触子２ａから反射波検知信号を受け取り、反射波検知信号を探傷データに変換するためのものであり、超音波探触子２ａに接続されている。
【００３１】
超音波探傷器本体２ｂとしては、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを装備したＰＣ等が挙げられる。図２に示すように、超音波探傷器本体２ｂに予めインストールされているソフトウェアにより、探傷データ変換手段２１と、第１通信手段２２とを実現している。探傷データ変換手段２１は、超音波探触子２ａから反射波検知信号を受け取り、探傷データに変換する機能を有している。第１通信手段２２は、後述する制御装置５と通信する機能を有している。ここで、探傷データとは、超音波の移動距離と反射波レベルとから構成されるデータのことをいう。
【００３２】
（２）ロボットアーム４
ロボットアーム４は、超音波探触子２ａのスポット溶接部に対する姿勢及び位置を三次元的に調整可能にするめのものである。ロボットアーム４は複数の関節を有しており、後述する制御装置５のロボット制御手段５０からの指令により、超音波探触子２ａを任意の位置へ移動させることができる。
【００３３】
（３）仮中心位置特定装置６
仮中心位置特定装置６は、スポット溶接部の外観から仮中心位置を特定するためのものであり、カメラ６ａと、画像処理装置６ｂとから構成されている。カメラ６ａは、ロボットアーム４の先端であって超音波探触子２ａと干渉しない位置に取り付けられている。また、超音波探触子２ａの先端をスポット溶接部に接触させた場合にスポット溶接部が撮影できるよう、カメラ６ａの取付位置及び角度等は調整されている。
【００３４】
画像処理装置６ｂとしては、例えば超音波探傷器本体２ｂと同様にＰＣ等が挙げられる。図２に示すように、画像処理装置６ｂに予めインストールされているソフトウェアにより、画像処理手段６１と、第２通信手段６２とを実現している。画像処理手段６１は、スポット溶接部の仮中心位置を画像処理により特定する機能を有している。第２通信手段６２は、後述する制御装置５と通信する機能を有している。画像処理手段６１の機能の詳細については後述する。
【００３５】
（４）固定台８
固定台８は、検査対象物７を装着するためのもので、検査対象物７に合わせて位置決めピン等が設けられている。固定台８は、水平回転や水平方向への移動が可能となっており、後述する制御装置５の固定台制御手段５１によりそれらの動作が制御されている。制御装置５では、予め固定台８の中心座標及び中心から３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の座標系が設定されている。したがって、検査対象物７におけるスポット溶接部の位置が分かっていれば、固定台８の中心からのスポット溶接部の位置座標を制御装置５にて予め設定でき、スポット溶接部の大まかな中心位置（初期中心位置）へ超音波探触子２ａを移動させることが可能となる。
【００３６】
本実施形態では、検査対象物７としてトルクコンバータに用いられるタービンシェル７３を例に説明する。図３に、タービンシェル７３の断面図を示す。図３のＯ−Ｏは、トルクコンバータの回転軸を示している。タービンシェル７３は、環状のシェル本体７４と、ドリブンプレート７５とから構成されている。ドリブンプレート７５は、環状部７６と、環状部７６の内周側から軸方向へ突出した複数の突起部７７とから構成されている。環状部７６はシェル本体７４の外周側表面にスポット溶接にて固定されているため、タービンシェル７３は複数のスポット溶接部７０を有している。本実施形態の自動超音波検査装置１は、これらのスポット溶接部７０に対して超音波探傷を行う。
【００３７】
（５）制御装置５
制御装置５は、自動超音波検査装置１が自動的に探傷作業を行うよう制御するためのものであり、周辺の各装置との間でデータ及び信号の送受信を行うことが可能となっている。制御装置５としては、例えば前述の超音波探傷器本体２ｂと同様にＰＣ等が挙げられる。図２に示すように、制御装置５に予めインストールされているソフトウェアにより、ロボット制御手段５０、固定台制御手段５１と、評価値演算手段５２と、仮中心位置演算手段５３と、実中心位置演算手段５４と、最適評価値演算手段５５と、判定手段５６と、初期設定手段５７と、第３通信手段５８と、画像処理装置制御手段５９とを実現している。
【００３８】
ロボット制御手段５０は、ロボットアーム４の動作を制御する機能を有している。固定台制御手段５１は、固定台８の動作を制御する機能を有している。評価値演算手段５２は、超音波探傷器２で取得された探傷データを評価値に変換する機能を有している。仮中心位置演算手段５３は、仮中心位置特定装置６により得られた仮中心位置データの座標を算出する機能を有している。
【００３９】
実中心位置演算手段５４（実中心位置特定手段）は、仮中心位置周辺の複数の評価値からスポット溶接部の実中心位置を特定する機能を有している。最適評価値演算手段５５は、実中心位置において超音波探触子２ａの角度を変えて得た複数の評価値から良否判定に最適な評価値を得る機能を有している。判定手段５６は、最適評価値演算手段５５で得られた最適評価値によりスポット溶接部の良否判定を行う機能を有している。
【００４０】
初期設定手段５７は、各演算手段等で必要とされる数値を予め設定する機能を有している。第３通信手段５８は、各手段を接続しており、周辺機器と通信する機能を有している。画像処理装置制御手段５９は、画像処理手段６１へ画像処理指令を送信する機能を有している。各手段の機能の詳細については後述する。
【００４１】
２．自動超音波検査装置の動作フロー
図４に、本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置１を用いた動作フローの一例を示す。図４に示すように、自動超音波検査装置１の動作フローは、主に、第１工程Ｓ１から第９工程Ｓ９により構成されている。
【００４２】
（１）第１工程Ｓ１
第１工程Ｓ１では、ロボットアーム４によりタービンシェル７３を固定台８へ装着する。このとき、超音波探触子２ａはロボットアーム４の先端に装着されていない。この工程は、自動超音波検査装置１のロボットアーム４ではなく隣接する設備のロボット等が行う場合は省略することができる。
【００４３】
（２）第２工程Ｓ２
第２工程Ｓ２では、スポット溶接部の径によって最適な超音波探触子２ａの径が異なるため、ロボットアーム４が最適な超音波探触子２ａを取り出す。これは、検査対象物７の種類に応じて制御装置５の初期設定手段５７により予め設定しておく。第１工程Ｓ１を隣接する設備のロボット等が行う場合、検査対象物７の種類に変更がない限りこの工程は省略することができる。
【００４４】
（３）第３工程Ｓ３（仮中心位置特定工程）
第３工程Ｓ３では、スポット溶接部の外観から仮中心位置を仮中心位置特定装置６により特定する。ここで、スポット溶接部の中心位置について説明する。
【００４５】
図５に、スポット溶接部７０の縦断面図及び平面図を示す。図５に示すように、スポット溶接部７０には、溶接痕７１のように歪んだ円形の痕が残る。また、ドリブンプレート７５と環状部７６との間には、スポット溶接によりナゲット７２が形成される。ナゲット７２は、ドリブンプレート７５及び環状部７６が溶着された部分である。
【００４６】
溶接痕７１及びナゲット７２はいずれも平面図においては若干歪んだ円形状を有している。溶接痕７１の中心位置を外観中心位置７１ａ、ナゲット７２の中心位置を内部中心位置７２ａとすると、一般的には図５に示すように両中心位置７１ａ、７２ａは一致しない。一方、スポット溶接部７０の良否判定を正確に行うためには、ナゲット７２の内部中心位置７２ａを探傷するのが望ましい。
【００４７】
この工程では、図６に示すフローにしたがって、内部中心位置７２ａの特定を容易にするために、まず仮中心位置特定装置６により外観から外観中心位置７１ａに相当する仮中心位置を特定する。
【００４８】
まず、ロボット制御手段５０からロボットアーム４へ指令が送られ、ロボットアーム４により超音波探触子２ａをスポット溶接部の初期中心位置へ移動させる（ステップＳ３１）。そして、超音波探触子２ａの先端を初期中心位置に接触させる。この結果、ロボットアーム４の先端に取り付けられたカメラ６ａによりスポット溶接部が撮影可能となる。
【００４９】
次に、制御装置５の画像処理装置制御手段５９から画像処理装置６ｂに対して撮影指令が送られ、スポット溶接部７０の画像データを画像処理手段６１により取得する（ステップＳ３２）。そして、スポット溶接部７０の溶接痕７１の形状が明確になるよう、取得された画像データに対して画像処理が行われる（ステップＳ３３）。具体的には、溶接痕７１の外形の座標が算出できるよう、溶接痕７１とその周辺部分との輝度や色彩の相違を利用して、画像処理装置６ｂにより画像処理を行い、溶接痕７１の形状を把握する。
【００５０】
そして、画像データ上における溶接痕７１の外周縁の座標を算出し（ステップＳ３４）、外周縁の座標から画像データ上における仮中心位置の座標を算出する（ステップＳ３５）。その後、仮中心位置データが制御装置５へ送信される（ステップＳ３６）。
【００５１】
制御装置５の仮中心位置演算手段５３により、初期設定手段５７により予め設定された画像データ上の初期中心位置と得られた仮中心位置データから固定台８上に設けられた座標系における仮中心位置の座標データを算出する。算出された仮中心位置の座標は、制御装置５に格納される。
【００５２】
このように、第３工程Ｓ３では、固定台８上に設けられた座標系におけるスポット溶接部７０の仮中心位置の座標データを得ることができる。
【００５３】
（４）第４工程Ｓ４（実中心位置特定工程）
第４工程Ｓ４では、第３工程Ｓ３で特定した仮中心位置を基準に複数の探傷データを取得し、スポット溶接部７０の内部中心位置７２ａに相当する実中心位置を特定する。
【００５４】
ここで、実中心位置の特定方法について説明する。前述のように、スポット溶接部７０の内部にはナゲット７２が形成される（図５参照）。このナゲット７２は、一般的に中心が最も厚く形成されており、中心において超音波が最も減衰する部分となっている。したがって、ナゲット７２の内部中心位置７２ａを特定するためには、仮中心位置７１ｂ周辺の複数箇所において最も超音波の減衰が大きい点が内部中心位置７２ａ（正確には、内部中心位置７２ａに最も近い点）と考えることができる。第５工程Ｓ５では、このように複数の探傷点において超音波探傷を行うことで、実中心位置を特定する。
【００５５】
複数の探傷点について、より具体的に説明する。図７に、第５工程における探傷点の配置の一例を示す。図７は、図５に示すスポット溶接部の平面図を拡大したものである。図７では便宜上、仮中心位置７１ｂは外観中心位置７１ａと同一の点として表す。図７に示すように、スポット溶接部７０を含む平面及びその平面上に互いに直交するＰ軸及びＱ軸を予め設定する。Ｐ軸及びＱ軸方向に沿って格子状に配置された複数の探傷点Ａｎで超音波探傷を行う。Ｐ軸及びＱ軸方向の点数を探傷点数ＮＰ、ＮＱとすると、本実施形態においては制御装置５によりＮＰ＝５、ＮＱ＝５の計２５点（探傷点Ａ１〜Ａ２５）と設定している。また、隣接する探傷点同士のＰ軸及びＱ軸方向の間隔は、探傷間隔δＰ、δＱとして制御装置５により予め設定している。このように設定された各探傷点において、図８に示すフローにしたがって超音波探傷を行う。
【００５６】
まず超音波探触子２ａをロボットアーム４により探傷点Ａ１へ移動させ、超音波探触子２ａの先端を探傷点Ａ１に接触させる（ステップＳ４１）。次に、超音波探触子２ａ送られる反射波検知信号をもとに超音波探傷器本体２ｂにおいて探傷データが取得される（ステップＳ４２）。
【００５７】
超音波探傷器本体２ｂにより得られた探傷点Ａ１における探傷データＢ１が制御装置５に取り込まれる（ステップＳ４３）。そして、制御装置５の評価値演算手段により探傷データＢ１から評価値Ｃ１が算出される（ステップＳ４４）。本実施形態では、反射エコー数Ｎと測定板厚ｔとから算出される評価値Ｃ＝２×Ｎ×ｔを用いることとするが、その他の方法で算出される評価値を用いてもよい。算出された評価値Ｃ１は、制御装置５の実中心位置演算手段により第１探傷データ群として探傷点Ａ１の座標データとともに制御装置５に格納される（ステップＳ４５）。探傷点Ａ１〜Ａ２５における評価値Ｃ１〜Ｃ２５を取得するまで、これらのステップＳ４１〜Ｓ４５が繰り返される（ステップＳ４６）。このとき、各探傷点Ａｎにおける超音波探触子２ａの角度は、Ｐ軸及びＱ軸を含む平面に対して一定（垂直）としている。
【００５８】
全ての評価値Ｃ１〜Ｃ２５から、最小の評価値が選択される（ステップＳ４７）。そして、最小評価値Ｃｎに対応する探傷点Ａｎの座標データが実中心位置データとして制御装置５に格納される（ステップＳ４８）。
【００５９】
このように、第４工程Ｓ４では、スポット溶接部の実中心位置の座標データを得ることができる。
【００６０】
（５）第５工程Ｓ５（最適探傷情報取得工程）
第５工程Ｓ５では、第５工程Ｓ５で特定した実中心位置に超音波探触子２ａを接触させて、超音波探触子２ａの角度を変えて複数の探傷データを取得し、それらの探傷データからスポット溶接部の良否判定に最適な探傷データを選択する。
【００６１】
ここで、最適評価値を得る方法について説明する。図９に、第５工程Ｓ５における超音波探触子２ａの角度設定を示す。超音波探触子２ａの初期状態におけるスポット溶接部に対する角度は、Ｐ軸及びＱ軸により設定された平面に対して垂直となっている。この軸位置を中心に、Ｐ軸及びＱ軸方向へそれぞれ一定の角度を変えた複数の探傷軸Ｄｎおいて探傷を行う。Ｐ軸及びＱ軸方向の設定軸数を探傷軸数ＭＰ、ＭＱは、本実施形態においては初期設定手段５７によりＭＰ＝５、ＭＱ＝５の計２５点と設定されている。また、隣接する探傷軸Ｄｎ同士のＰ軸及びＱ軸方向の角度は、探傷角度αＰ、αＱとして初期設定手段５７により予め設定されている。このように設定された各探傷軸Ｄｎにおいて、以下に示すように超音波探傷を行う。
【００６２】
図１０のフローに示すように、まず超音波探触子２ａをロボットアーム４により実中心位置へ移動させ、超音波探触子２ａの先端を実中心位置に接触させる（ステップＳ５１）。次に、超音波探触子２ａ送られる反射波検知信号をもとに超音波探傷器本体２ｂにおいて探傷データが取得される（ステップＳ５２）。
【００６３】
超音波探傷器本体２ｂにより得られた探傷軸Ｄ１における探傷データＥ１が制御装置５に取り込まれる（ステップＳ５３）。そして、制御装置５の評価値演算手段により探傷データＥ１から評価値Ｆ１が算出される（ステップＳ５４）。評価値は第５工程Ｓ５と同じ計算式により算出されたものを用いる。算出された評価値Ｆ１は、制御装置５の最適評価値演算手段により第２探傷データ群として探傷軸Ｄ１の角度データとともに制御装置５に格納される（ステップＳ５５）。探傷軸Ｄ１〜Ｄ２５の評価値Ｆ１〜Ｆ２５を取得するまで、これらのステップＳ６１〜Ｓ６５が繰り返される（ステップＳ５６）。
【００６４】
全ての評価値Ｆ１〜Ｆ２５から、最小である評価値Ｆｎが選択される（ステップＳ５７）。そして、選択された最小評価値が最適評価値として制御装置５に格納される（ステップＳ５８）。
【００６５】
このように、第５工程Ｓ５では、スポット溶接部の良否判定に最適な評価値を得ることができる。
【００６６】
（６）第６工程Ｓ６（判定工程）
第６工程Ｓ６では、第５工程Ｓ５で得られた最適評価値と実験等で得られた判定基準値とを比較し、スポット溶接部の良否判定を行う。具体的には、最適評価値が判定基準値以下の場合は、スポット溶接部の溶接状態は良好であると判断される。最適評価値が判定基準値よりも大きい場合は、スポット溶接部の溶接状態は良くないと判断される。
【００６７】
（７）第７工程Ｓ７〜第９工程Ｓ９
第７工程Ｓ７では、第４工程Ｓ４から第６工程Ｓ６までの探傷工程を１つのタービンシェル７３における複数のスポット溶接部に対して行う。第７工程Ｓ７で全てのスポット溶接部に対して探傷を行った後、第８工程Ｓ８ではロボットアーム４が超音波探触子２ａを収納部へ戻すため、超音波探触子２ａが取り外される。そして、第９工程Ｓ９では、第６工程Ｓ６での判定結果に基づいてロボットアーム４によりタービンシェル７３を該当する位置へ搬出する。
【００６８】
以上に述べたように、自動超音波検査装置１では、仮中心位置特定装置６及び制御装置５に備えられた各手段等により、作業員が行う場合に比べてスポット溶接部の良否判定を高速かつ高精度に行うことが可能となる。
【００６９】
３．作用効果
本発明に係る自動超音波検査装置１及び検査方法により、得られる効果を以下にまとめる。
【００７０】
自動超音波検査装置１では、制御装置５の実中心位置演算手段５４によりスポット溶接部の実中心位置、すなわち外観からでは判断できないナゲット７２の中心位置を特定することができるため、作業員が探傷作業を行う場合に比べてスポット溶接部７０の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができる。また、複数の探傷点Ａｎが格子状に配置されているため、実中心位置をより正確に特定することができる。さらに、Ｐ軸及びＱ軸方向の探傷点数ＮＰ、ＮＱや探傷間隔δＰ、δＱが初期設定手段５７により設定可能であるため、様々な大きさのスポット溶接部に対応可能である。
【００７１】
また、この自動超音波検査装置１では、制御装置５の最適評価値演算手段５５により複数の探傷軸Ｄｎにおける第２探傷データ群から最適な評価値が選択される。この結果、作業員が行う場合に比べてより良否判定に最適な評価値を得ることができ、スポット溶接部の良否判定の高精度化を図ることができる。
【００７２】
この自動超音波検査装置１では、仮中心位置特定装置６により外観から判断した仮中心位置を特定することができるため、制御装置５の実中心位置演算手段５４において第１探傷データ群を取得する範囲を小さくすることができ、よりスポット溶接部の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができる。
【００７３】
また、以上に述べた自動超音波検査装置１及び検査方法を用いて溶接部の良否判定を行うことで、作業員が行う場合に比べて、溶接部の良否判定の高精度化及び高速化を図ることができ、スポット溶接製品の品質及び生産性を向上させることができる。
【００７４】
４．他の実施形態
本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。以下に他の実施形態について説明する。
【００７５】
（１）仮中心位置特定装置６
前述の実施形態では、仮中心位置特定装置６により溶接痕７１の中心を画像上で平面的に特定しているが、３次元的に画像処理を行う画像処理ソフトを用いて３次元的に仮中心位置を特定することで、より正確に仮中心位置（特にスポット溶接部７０を含むよう設定された平面に垂直な方向）を特定することができる。この場合、カメラ６ａは１台に限られず、複数台使用することもあり得る。
【００７６】
また、前述の実施形態では、仮中心位置特定装置６により仮中心位置を特定するよう記載しているが、予め設定された初期中心位置が仮中心位置にかなり近い場合や、あるいは探傷点数ＮＰ、ＮＱや探傷間隔δＰ、δＱの設定を調整して第５工程Ｓ５における探傷範囲を拡大した場合は、仮中心位置特定装置６を使用しなくても、仮中心位置として初期中心位置を使用すれば足りる。
【００７７】
（２）制御装置５
前述の実施形態では、超音波探傷器本体２ｂ、制御装置５及び画像処理装置６ｂをそれぞれ別個の装置としているが、これらの装置の機能を全て備えたソフトウェアをインストールしたＰＣ等であってもよい。
【００７８】
（３）実中心位置演算手段５４
前述の実施形態では、第４工程Ｓ４において実中心位置演算手段５４により複数の探傷点を格子状に設定しているが、これに限定されず、スポット溶接部の大きさ等に応じて様々な探傷点の配置の設定を行ってもよい。
【００７９】
（４）最適評価値演算手段５５
前述の実施形態では、第５工程Ｓ５において最適評価値演算手段５５により複数の探傷軸を設定しているが、軸の設定方法はこれに限定されない。例えば、超音波探触子２ａを傾けた状態で中心軸周りに一定角度毎に旋回させて評価値を取得する等、精度や時間に応じて様々な探傷軸の設定を行ってもよい。製品によっては、設定軸数を減らすことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置の詳細構成図。
【図３】検査対象物７としてのタービンシェル７３の断面図。
【図４】本発明の一実施形態としての自動超音波検査装置１を用いた動作フローの一例を示す図。
【図５】スポット溶接部７０の縦断面図及び平面図。
【図６】第３工程Ｓ３の詳細フロー図。
【図７】第４工程Ｓ４における探傷点の配置の一例を示す図。
【図８】第４工程Ｓ４の詳細フロー図。
【図９】第５工程Ｓ５における探傷軸の設定の一例を示す図。
【図１０】第５工程Ｓ５の詳細フロー図。
【符号の説明】
【００８１】
１    自動超音波検査装置
２    超音波探傷器
２ａ  超音波探触子
２ｂ  超音波探傷器本体
４    ロボットアーム
５    制御装置
６    仮中心位置特定装置
６ａ  カメラ
６ｂ  画像処理装置
７    検査対象物
８    固定台
２１    探傷データ変換手段
２２    第１通信手段
５０    ロボット制御手段
５１    固定台制御手段
５２    評価値演算手段
５３    仮中心位置演算手段
５４    実中心位置演算手段
５５    最適評価値演算手段
５６    判定手段
５７    初期設定手段
５８    第３通信手段
５９    画像処理装置制御手段
６１    画像処理手段
６２    第２通信手段
７０    スポット溶接部
７１    溶接痕
７１ａ  外観中心位置
７２    ナゲット
７２ａ  内部中心位置
７３    タービンシェル
７４    シェル本体
７５    ドリブンプレート
７６    環状部
７７    突起部