(57)【要約】【課題】溶接等によって接合されている接合部に係る解析を新たな方式によって実現する非接触音響解析システムを提供する。【解決手段】複数の部材を溶接等によって接合されている接合部３を内部に含んでいる被照射体１の表面に送波音波を照射することをもって接合部３を解析する非接触音響解析システムであって、被照射体１の表面の振動速度を計測する計測器１３と、送波音波を所定の送波時間間隔ごとに送出し、送出する各回の送波音波が送波時間間隔以下の時間長である音響発信源１１と、計測器１３によって計測された振動速度に係る波形の位相を表面の部位ごとに算出し、接合部３上に予め定めた参照点における位相と表面の各部位における位相との位相差に基づいて接合部３に係る解析結果を出力する解析装置１５１と、を備える。【選択図】図１
2018132480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部を内部に含んでいる被照射体の表面に送波音波を照射することをもって前記接合部を解析する非接触音響解析システムであって、
前記被照射体の前記表面の振動速度を計測する計測器と、
前記送波音波を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出し、送出する各回の前記送波音波が前記送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）である音響発信源と、
前記計測器によって計測された振動速度に係る波形の位相を前記表面の部位ごとに算出し、前記接合部上に予め定めた参照点における位相と前記表面の各部位における位相との位相差に基づいて前記接合部に係る解析結果を出力する解析装置と、を備える非接触音響解析システム。
【請求項２】
前記解析装置は、前記表面の部位ごとに得られた前記位相差を、各部位を座標位置とする平面画像に描画し、得られた前記平面画像を出力する請求項１に記載の非接触音響解析システム。
【請求項３】
前記解析装置は、
互いに隣接しており且つ前記位相差が所定の閾値以下である部位の群に対応している前記平面画像上の島部分を求め、
求められた前記島部分の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する請求項２に記載の非接触音響解析システム。
【請求項４】
前記解析装置は、算出された前記表面の部位ごとの前記位相差を用いた演算処理によって前記接合部が存在する位置と前記接合部が存在しない位置との境界を特定する請求項１に記載の非接触音響解析システム。
【請求項５】
前記解析装置は、特定した前記境界に囲われている領域を求め、求められた前記領域の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する請求項４に記載の非接触音響解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波を用いた非接触音響解析システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の部材を接合することによって構成されている製品や部品は世に広く流通しており、このような製品等の検査では接合部の健全性を解析することが品質保持の観点からきわめて重要である。
可能であれば製品等を破壊せずに接合部の健全度を検査できることが望ましいが、このような検査方法の実現に向けて様々な研究及び開発が行われている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、第２の部材に溶接されている第１の部材の表面にレーザ光を照射して超音波振動を生起させ、第１の部材から第２の部材に伝播した超音波振動の周波数及び波長を求め、求められた値を所定の関係式に代入することによって、溶接部の断面寸法を算出する検査装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に例示するように、非接触で接合部を解析する方式は従来においても種々提案されているものの、計測条件が十分に整っている環境において実現可能であったとしても実際の製作現場においては導入できない事例が多々存在しており、このような製作現場にも適用可能な新たな解析方式の開発が求められている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溶接等によって接合されている接合部に係る解析を新たな方式によって実現する非接触音響解析システム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】
本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出し、本発明を完成させた。
本発明は次の（i）〜（v）である。
（i）複数の部材を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部を内部に含んでいる被照射体の表面に送波音波を照射することをもって前記接合部を解析する非接触音響解析システムであって、前記被照射体の前記表面の振動速度を計測する計測器と、前記送波音波を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出し、送出する各回の前記送波音波が前記送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）である音響発信源と、前記計測器によって計測された振動速度に係る波形の位相を前記表面の部位ごとに算出し、前記接合部上に予め定めた参照点における位相と前記表面の各部位における位相との位相差に基づいて前記接合部に係る解析結果を出力する解析装置と、を備える非接触音響解析システム。
（ii）前記解析装置は、前記表面の部位ごとに得られた前記位相差を、各部位を座標位置とする平面画像に描画し、得られた前記平面画像を出力する（i）に記載の非接触音響解析システム。
（iii）前記解析装置は、互いに隣接しており且つ前記位相差が所定の閾値以下である部位の群に対応している前記平面画像上の島部分を求め、求められた前記島部分の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する（ii）に記載の非接触音響解析システム。
（iv）前記解析装置は、算出された前記表面の部位ごとの前記位相差を用いた演算処理によって前記接合部が存在する位置と前記接合部が存在しない位置との境界を特定する（i）に記載の非接触音響解析システム。
（v）前記解析装置は、特定した前記境界に囲われている領域を求め、求められた前記領域の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する（iv）に記載の非接触音響解析システム。
【０００８】
本発明者による検証により、接合部を内包している被照射体に対して音響発信源から所定の送波時間間隔（Ｔ０）で送波時間間隔（Ｔ０）以下である時間長（Ｔａ）の送波音波を照射することによって被照射体を振動させた場合、被照射体の表面の振動速度を計測すると、接合部上における振動の位相差と非接合部上における振動の位相差との間に明らかな相違が認められるとの知見に想到した。
本発明は、上記の知見に基づいて接合部の大きさや形状等を解析するものであり、その解析結果に基づいて接合部の健全性を判定することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、溶接等によって接合されている接合部に係る解析を新たな方式によって実現する非接触音響解析システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の非接触音響検査システムの構成を示す説明図である。
【図２】本実施例で使用した被照射体を示す図である。
【図３】（ａ）は、シングルトーンバースト波の送出方法を説明する説明図である。（ｂ）は、本実施例で被照射体に照射したシングルトーンバースト波の波形を示す図である。
【図４】被照射体にシングルトーンバースト波を照射した場合に、溶接部上と非溶接部上において計測された振動速度のタイムチャートである。
【図５】被照射体の計測結果を描画した平面画像と、実際に円痕部を撮影した撮影画像と、の比較を示す図である。
【図６】画像化処理によって出力された平面画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明について説明する。
図１は、本発明の実施形態の非接触音響解析システム（以下、「解析システム」と略記する場合がある）１０の構成を示す説明図である。はじめに、解析システム１０の概要について説明する。
【００１２】
解析システム１０は、複数の部材（例えば、第一部材２及び第二部材４）を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部３を内部に含んでいる被照射体１の表面に対して送波音波１２を照射することをもって接合部３を解析するシステムである。
解析システム１０は、音響発信源１１、計測器１３、および解析装置１５１を含むコンピュータ１５を備える。
計測器１３は、被照射体１の表面の振動速度を計測する計器である。
音響発信源１１は、送波音波１２を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出する。音響発信源１１によって送出される各回の送波音波１２は、送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）になっている。
解析装置１５１は、計測器１３によって計測された振動速度に係る波形の位相差を表面の部位ごとに算出し、接合部３上に予め定めた参照点における位相と表面の各部位における位相との位相差に基づいて接合部３に係る解析結果を出力する機能を有する。
【００１３】
解析システム１０は、任意波形発生装置１７およびアンプ１９を更に有している。コンピュータ１５は、解析装置１５１に加えて制御装置１５２および表示部１５３を含んでおり、制御装置１５２によって任意波形発生装置１７を制御して、所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させる。計測器１３は、任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測する。表示部１５３には、後に説明する振動速度分布図等を表示することができる。表示部とはディスプレイ画面等を意味する。
【００１４】
以下、解析システム１０について更に詳細に説明する。
【００１５】
解析システム１０によって解析される被照射体１としては、例えば、金属、樹脂、セラミック等を接合することによって構成されているものが挙げられる。
被照射体１に内包されている接合部３において接合されている第一部材２と第二部材４とは、同種の材料であってもよいし、異種の材料であってもよい。また、第一部材２と第二部材４とを接合する方法については、特に制限されず、各部材に適した接合方法が適宜選択されればよい。
【００１６】
音響発信源１１には、被照射体１に面的に加振を加えうるフラットスピーカを好ましく用いることができる。フラットスピーカとしては、具体的に、エフ・ピー・エス社のＦＰＳ２０３０Ｍ３Ｐ１Ｒが挙げられる。音響発信源１１には、フラットスピーカの他、パラメトリックスピーカも好ましく用いることができ、更にはラウドスピーカやパルスレーザ、高圧ガスガン、衝撃波管を用いることができる。なお、音響発信源１１の数やスピーカの角度等は特に限定されない。
音響発信源１１から被照射体１へ照射される送波音波１２は、所望の周波数（ω）に調整することができ、かつ、被照射体１の表面をその振動速度が計測器１３によって測定できる程度に、表面に対して平行方向ではない方向（好ましくは、表面に対する垂直方向）へ振動させることができる音波であればよい。送波音波１２は、空気中で振動振幅が減衰し難い可聴帯域の音波（音響波）が好ましい。超音波は空気中で振動振幅の減衰が大きいものの、音響発信源１１が発する送波音波１２としての使用を排除するものではなく、音波には超音波を含む。送波音波１２の強度は、音響発信源１１から被照射体１へ当該送波音波１２を照射することで、被照射体１の表面に９０ｄＢ以上の音圧を発生させる強度であることが好ましく、１００ｄＢ程度の音圧を発生させる強度であることがより好ましい。
【００１７】
計測器１３は、送波音波１２により加振された被照射体１の振動を光学的に計測する手段である。本実施形態に用いられる計測器１３は、被照射体１の表面の振動速度を非接触で測定できるものであれば特に限定されず、レーザ変位計を用いることができ、レーザドップラ振動計であることが好ましい。計測器１３にレーザドップラ振動計を用いる場合、計測器１３はレーザ（観察波１３１）を被照射体１に照射する。送波音波１２が照射されて振動する被照射体１の表面で観察波１３１が反射されて計測器１３の受光部（図示せず）で受光されることにより、計測器１３は被照射体１の表面の振動速度を計測する。この観察波１３１は、接合部３を内包する被照射体１の振動状況を示す目的信号である。計測器１３で得られた振動速度の計測データは解析装置１５１で解析するために用いられる。
【００１８】
計測器１３には、１回の計測で被照射体１の表面の１点における振動計測が可能なシングルレーザタイプのレーザ振動計を用いることも可能であるが、スキャニングレーザタイプのレーザ振動計を用いることが好ましい。スキャニング振動計であるレーザドップラ振動計としては、具体的に、ポリテックジャパン社製のＰＳＶ−５００−ＨやＰＳＶ−５００Ｘｔｒａが挙げられる。このレーザドップラ振動計は解析装置の一部および制御装置を含むものである。
【００１９】
解析装置１５１は、上述した接合部３に係る解析処理を行うことができるものであれば特に限定されず、本実施形態の解析システム１０を実現するプログラムが格納された汎用コンピュータを用いることができる。
ここで、解析処理に用いられる各部位の位相差を算出する際に基準となる接合部３上に予め定めた参照点（リファレンス）は、被照射体１の表面上に予め定められた特定の位置であり、且つ、その直下に接合部３が存在する可能性が高いと推定される位置（例えば、スポット溶接による接合であれば、そのスポット径の中心位置）であることが好ましい。
【００２０】
任意波形発生装置１７は、制御装置１５２の指令によって所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させる装置である。言い換えると、制御装置１５２は、音響発信源１１から送波音波１２が出力される時間関係を制御する手段である。任意波形発生装置１７には、バースト波を発生可能な市販のファンクションジェネレータ等を用いることができる。任意波形発生装置１７は、簡単のために手動で制御してもよく、または解析装置１５１側から制御するようにシステムを構成してもよい。アンプ１９に用いられる機器は特に限定されず、例えば、市販のオーディオアンプを用いることができる。
【００２１】
制御装置１５２は、送波音波１２を特定時刻に限局して音響発信源１１から出力させる。解析装置１５１は、計測器１３の計測結果のうち被照射体１が振動している時間帯を判定する。
【００２２】
計測器１３の受光部（図示せず）には、被照射体１の表面で反射した観察波１３１のほか、音響発信源１１が発する送波音波１２の一部である直接音波１２１と、被照射体１の表面で送波音波１２が反射した反射音波１２２とが入射する。直接音波１２１は音響発信源１１から計測器１３に直接に到達する送波音波１２であり、反射音波１２２は被照射体１で反射して計測器１３に到達する送波音波１２である。
計測器１３に入射する直接音波１２１および反射音波１２２は、計測器１３を不要に振動させ、目的とする対象物（被照射体１）の振動を検出する感度を低下させる要因になりうる。また、直接音波１２１や反射音波１２２が被照射体１の周囲に存在する種々の部材（不図示）において反射することによって生じる多重反射波が計測器１３に到達することも振動検出の感度を低下する要因になりうる。
従って、直接音波１２１、反射音波１２２および多重反射波の影響を低減させる対策を施して、被照射体１の振動計測を行うことが好ましい。なお、以下の説明において、このような対策を不要信号対策と称して、いくつか例示する。これらは本発明の実施において必ずしも適用されなくてもよく、本発明を実施する環境において許容される場合に適用すればよい。
【００２３】
不要信号対策として、解析システム１０に所望の周波数特性を持つ周波数ゲートを適用してもよい。ここで周波数ゲートとは、一部の周波数帯域を選択的に抽出又は除去する処理である。具体的な周波数ゲートとしては、計測器１３がバンドパスフィルタを備えてもよく、または解析装置１５１において周波数解析して振動速度の計測信号から不要信号を除去してもよい。
たとえば、音響発信源１１によって送出される送波音波の周波数範囲及びその近傍帯域を抽出する周波数ゲートを、解析システム１０に適用してもよい。或いは、被照射体１の振動計測を繰り返し行うことにより不要信号の周波数帯域が経験的に定まる場合には、経験的に定められた当該周波数帯域を除去する周波数ゲートを用いてもよい。
【００２４】
音響発信源１１から被照射体１の表面までの距離をｄ１とし、計測器１３から、被照射体１に対する観察波１３１の照射位置までの距離をｄ２とする。送波音波１２が音響発信源１１より送出されてから被照射体１の表面で反射して計測器１３に到達するまでの距離はｄ１＋ｄ２となる。すなわち、送波音波１２が音響発信源１１より送出されてから被照射体１の表面に到達するまでの時間（以下、目標到達時間Ｔ１という場合がある）は、ｄ１／音速（Ｖｓ）となる。
なお、観察波１３１（レーザ）の速度は音速に比べて十分に高いため、被照射体１の表面の振動が開始する目標到達時間Ｔ１の直後から被照射体１の振動計測を行うことができる。
【００２５】
送波音波１２はバースト波であり、所定の送波時間間隔Ｔ０ごとに音響発信源１１から送出される。各回の送波音波１２（以下、バースト群という場合がある）の送波時間間隔Ｔ０は一定であることが好ましい。送波音波１２はバースト波であるため、バースト群の一個あたりの時間長Ｔａは送波時間間隔Ｔ０よりも当然短い。
【００２６】
また、音響発信源１１が送波音波１２を送出してから反射音波１２２が計測器１３に入射するまでの反射到達時間Ｔ２は、（ｄ１＋ｄ２）／音速（Ｖｓ）となる。
反射音波１２２が不要信号として計測器１３に入射する反射到達時間Ｔ２の瞬間までに、計測器１３が被照射体１の振動を検出できるようにバースト群の一個あたりの時間長Ｔａを設定することにより、反射音波１２２の影響を低減させる不要信号対策になりうる。この場合、時間長Ｔａは少なくとも反射到達時間Ｔ２より短くなる。
【００２７】
また、計測器１３と音響発信源１１との距離をｄ３とする。音響発信源１１より送出された送波音波１２は、ｄ３／音速（Ｖｓ）の時間（以下、直接到達時間Ｔ３という場合がある）で直接音波１２１として計測器１３に到達する。
計測器１３が直接音波１２１による影響を受ける時間帯が、計測器１３が被照射体１の振動計測を開始するタイミング（目標到達時間Ｔ１）までに含まれるようにバースト群の一個あたりの時間長Ｔａを設定することにより、直接音波１２１の影響を低減させる不要信号対策になりうる。この場合、直接到達時間Ｔ３と時間長Ｔａとの合計が少なくとも目標到達時間Ｔ１以下になる。
【００２８】
＜送波音波の送信方法について＞
以下、送波音波の送信方法について説明する。
本発明者は、解析システム１０に好ましく適用可能な送波音波の送信方法を二通り確立している。
一つ目の送信方法は、周波数の異なる要素波形を送波音波として送波時間間隔Ｔ０ごとに順次送信することによって、接合部３の解析に必要な周波数帯域をカバーする方法である。この送信方法では、十分な長さの送波時間間隔Ｔ０ごとに送出される個々の送波音波において周波数は一定である。便宜上、この送信方法によって送信される送波音波をシングルトーンバースト波と呼ぶことにする。
二つ目の送信方法は、送波時間間隔Ｔ０ごとに到来する１回の音波送信の際に１つの周波数だけでなく、複数の周波数を含む送波音波（バースト波）を送信することによって、接合部３の解析に必要な周波数帯域を１回の音波送信で複数の帯域にわたってカバーする方法である。便宜上、この送信方法によって送信される送波音波をマルチトーンバースト波と呼ぶことにする。
【００２９】
＜解析システム１０を用いた解析の実施例について＞
以下、解析システム１０を用いた解析の実施例について説明する。
図２は、本実施例で使用した被照射体１を示す図である。同図に示す被照射体１は、本発明を検証するために新たに製作したものであり、上面側に１００ミリメートル角で厚さ１．２ミリメートルの鉄板である第一部材２が設けられており、下面側に３００ミリメートル角で厚さ２．３ミリメートルの鉄板である第二部材４が設けられている。
被照射体１を製作するにあたって第一部材２より第二部材４を大きく且つ厚くした理由は、第一部材２の上面にシングルトーンバースト波を照射して加振した場合、第一部材２の振動は第二部材４にも伝播するが、この伝播した振動の影響を計測上無視できる程度に抑制するためである。
【００３０】
図２に示すように、第一部材２と第二部材４とは互いの中央付近においてスポット溶接を行ったことにより円痕部５が形成されている。
本検証のために、被照射体１の製作にあたって第一部材２と第二部材４とをスポット溶接する際に電流の大きさを変化させ、接合部３の状態（ナゲット径の大小）がそれぞれ異なる三種類の被照射体１が製作された。
以下の説明において、溶接時の電流が標準であるものを被照射体１Ｂ、溶接時の電流が標準より大きいものを被照射体１Ａ、溶接時の電流が標準より小さいものを被照射体１Ｃ、と呼称する。なお、被照射体１Ａ、被照射体１Ｂ及び被照射体１Ｃのいずれについても、中央付近に形成された円痕部５の径（スポット径）は外観上では約６ミリメートル程度になっている。
【００３１】
本実施例では、被照射体１の表面から音響発信源１１までの距離ｄ１を約３７０ミリメートルとし、計測器１３から被照射体１に対する観察波１３１の照射位置までの距離ｄ２を約６５０ミリメートルとして、被照射体１にシングルトーンバースト波を照射した。
【００３２】
図３（ａ）は、シングルトーンバースト波の送出方法を説明する説明図である。シングルトーンバースト波を送出する場合、接合部３の共振周波数を探すために、送波音波の周波数を音波送出毎に変化させていく（たとえば、周波数ＳＦ１、周波数ＳＦ２、周波数ＳＦ３の順に変化させる）ことにより、必要な周波数帯域をカバーする。
図３（ｂ）は、本実施例で被照射体１に照射したシングルトーンバースト波の波形を示す図である。縦軸は任意波形発生装置１７が発生させる送波音波１２の振幅であり、横軸は音響発信源１１が送波音波１２を発生させてからの時間である。
本実施例では、音響発信源１１から音響出力される送波音波１２の強度を、被照射体１の表面において９０ｄＢとなるように調整している。また、１回のシングルトーンバースト波の持続時間を３ミリ秒とし、各送波音波間のインターバル（送波時間間隔Ｔ０）を５０ミリ秒としている。周波数範囲を２ｋＨｚから５ｋＨｚとし、周波数変調インターバルを２００Ｈｚとすると１６回の送波音波を送出する必要があるため、波形全体の時間は５０ミリ秒×（１６−１）回＋３ミリ秒≒０．８秒である。この時間が１スキャンに要する送波音波の照射時間である。被照射体１を解析するにあたっては、被照射体１の表面の１箇所あたり行うスキャンの回数は１回であってもよいし、複数回であってもよい。
【００３３】
図４は、被照射体１にシングルトーンバースト波を照射した場合に、円痕部５の範囲内の或る位置（以下の説明において、当該位置を溶接部上と称する）と、円痕部５の範囲外の近傍の或る位置（以下の説明において、当該位置を非溶接部上と称する）と、において計測された振動速度のタイムチャートである。図４に示す結果より、以下の二点が明らかになった。
一点目は、溶接部上でも振動が観測されるということである。これは接合部３の周辺がたわみ共振を起こした後に、接合部３にエネルギーが集中するために起こる現象であると考えられる。そのため、単純に接合部３の周辺における振動エネルギーを用いて接合部３について解析しても、接合部３の抽出が困難になることが判明した。
二点目は、振動速度のタイムチャートの波形には、溶接部上の動きと溶接部上の近傍付近の動きに明らかな時間差（位相差）が生じているということである。すなわち、この位相差に係る現象に着目した手法を用いて、被照射体１に内包されている接合部３を特定し、接合部３の健全性を評価するといった解析処理が実現可能であることが判明した。
【００３４】
図４からは、溶接部上の振動振幅が非溶接部上の振動振幅より小さいことも見てとれるが、音波（超音波を含む）による計測において、振動振幅は伝搬媒質による変動が大きいステータスである。より多様な計測条件又は計測環境にも対応できる解析システム１０を開発する目的に鑑み、円痕部５の中心を参照点とした振動速度波形の位相差に着目して、接合部３を解析することを検討する。
各測定点における位相（θ）と、各測定点の振動速度波形に対してフーリエ変換を行うことによって得られる実部（Ｒ）と虚部（Ｉ）の関係は下式（１）のように表すことができる。
（数１）
位相θ＝atan(虚部I/実部R)      ・・・（１）
【００３５】
円痕部５の近傍周辺の範囲（図２に図示する計測範囲６）に限定し、より詳細に振動振幅を計測した場合の計測を行った。図２に示すように計測範囲６は、円痕部５を中心とした３６．５ミリメートル×１２．５ミリメートルの方形領域である。なお、この詳細測定においてはシングルトーンバースト波の周波数範囲は３ｋＨｚから４ｋＨｚとし、周波数インターバルは１００Ｈｚとし、シングルトーンバースト波の持続時間は５ミリ秒とし、各送波音波間のインターバル（送波時間間隔Ｔ０）は２０ミリ秒とした。
【００３６】
被照射体１Ａ、被照射体１Ｂ及び被照射体１Ｃのそれぞれについて、上記の条件で詳細測定を同様に行い、円痕部５の中心を参照点とした振動速度波形の位相差を計測範囲６の範囲内で映像化する画像化処理を行った。
ここで画像化処理とは、解析装置１５１によって行われる情報処理であって、具体的には、計測範囲６に含まれる測定点（被照射体１の表面の部位）ごとに得られた位相差を、各部位を座標位置とする平面画像に描画し、得られた平面画像を出力する処理である。平面画像の出力は、コンピュータ１５の表示部１５３に表示出力することであってもよいし、不図示の印刷装置から印刷出力することであってもよいし、不図示の外部装置に外部出力することであってもよい。
【００３７】
被照射体１Ｂの計測結果を描画した平面画像Ｐ２（図５（ａ）参照）と、実際に円痕部５を撮影した撮影画像Ｐ４（図５（ｂ）参照）と、の比較を図５に示す。また、上記の画像化処理によって出力された平面画像を図６に示す。図６に示す３つの平面画像Ｐ１（図６（ａ）参照）、平面画像Ｐ２（図６（ｂ）参照）、平面画像Ｐ３（図６（ｃ）参照）は、それぞれ被照射体１Ａ、被照射体１Ｂ、被照射体１Ｃに係る測定結果を描画したものである。即ち、図５の平面画像Ｐ２と図６の平面画像Ｐ２とは同じ平面画像である。
なお、図５及び図６に示す平面画像では、各測定点における位相差の大小を画像の濃淡によって表しており、濃い部分ほど位相差が小さく、淡い部分ほど位相差が大きくなっている。なお、視認容易とするため、位相差のスケール範囲を０（零）度から１０度までとしており、１０度を超える位相差については１０度に対応する濃度と同じ濃度で表している。
【００３８】
図５に示すように、平面画像Ｐ２の中央付近に形成されている位相差が低い島状の部分（例えば、３度以下の部分）は、撮影画像Ｐ４に撮影されている円痕部５の大きさよりもやや大きめではあるものの、円痕部５が存在する位置とほぼ同じ位置に形成されていることがわかる。
【００３９】
図６に示す平面画像から、スポット溶接時に流した電流値に比例して、各平面画像において位相差が低い部分の面積が変化することが明らかである。
また、被照射体１Ａや被照射体１Ｂに対応する平面画像に示すように、スポット溶接時の電流が標準以上である場合には位相差が低い部分が連続的（一塊）に形成される傾向であるのに対して、被照射体１Ｃに対応する平面画像に示すように、スポット溶接時の電流が標準より小さい場合には位相差が低い部分が離散的に形成される傾向であることが明らかになった。
【００４０】
上記のように、画像化処理によって平面画像を得ることにより、接合部３の大きさや形状を目視確認することができる。
通常の製造現場においてスポット溶接の健全性は、該当箇所を破壊して溶接部（ナゲット）を露わにし、その大きさを測定することをもって判定しているが、上記の画像化処理によって得られた平面画像の目視確認に代替することにより同様の判定を非破壊的に行うことが期待できる。
【００４１】
また、本発明に係る解析システム１０は送波音波で加振して、レーザで振動を計測する方法であるため、非接触かつ非破壊的に計測できるという利点を本質的に持っている。同じく非接触の方法である赤外線を用いた手法と比較すると、加熱する必要がないために周囲の環境条件に影響されにくいという利点を持っている。さらに加熱用のランプ交換等も必要としないために、導入後のランニングコスト面でも有利であると思われる。
或いは、三次元開口合成を用いたフェーズドアレイ型の超音波検査装置も市販されているが、計測時にはあくまでも対象部に接触する必要があるという欠点があるため、オフラインの抽出検査程度にしか使用されていないというのが実情である。
本発明に係る解析システム１０であれば、環境条件の変化にも対応可能であり、且つ、非接触で接合部の健全性を検査可能であるため、様々な分野のインラインで使用されることが期待できる。
【００４２】
＜本発明の変形例について＞
ここまで図１から図６を用いて説明される実施例に即して本発明を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
【００４３】
上記の実施例では、シングルトーンバースト波を用いた計測を解析システム１０に適用して説明したが、マルチトーンバースト波を用いた測定に代えてもよい。
マルチトーンバースト波を用いた場合、１回の音波送信の際に複数の周波数を含む送波音波を送信するため、計測に必要な周波数範囲のすべてを網羅するために要する音波送出の回数がシングルトーンバースト波を用いる場合に比べて低減するため、計測速度が向上することが見込まれる。
【００４４】
上記の実施例では、解析装置１５１によって行われる解析処理は、測定点ごとに得られた位相差を、各測定点を座標位置とする平面画像に描画して出力するのみであり、その良否の判断は目視確認に委ねる内容であった。この処理に合わせて、又はこの処理に代えて、解析装置１５１は、得られた平面画像に対する画像処理によって接合部３の良否判定を行ってもよい。
例えば、解析装置１５１は、互いに隣接しており且つ位相差が所定の閾値以下である部位の群に対応している平面画像上の島部分を求め、求められた島部分の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、被照射体１の接合部３の健全度に係る良否判定を行い、良否判定の結果を出力してもよい。
ここで島部分の大きさ又は形状に基づいて行われる接合部３の健全度に係る良否判定とは、例えば、島部分の面積と円痕部５の面積との誤差が所定範囲内であれば良好と判定し、所定範囲外であれば不良と判定する処理であってもよい。或いは、求められた島部分が円形に近似している場合には良好と判定し、円形に近似していない場合には不良と判定する処理であってもよい。
【００４５】
上記の実施例では、解析装置１５１による位相差の演算処理の結果を描画した平面画像を、解析結果として出力することについて述べたが、解析結果の出力方式はこれに限られるものではない。
例えば、解析装置１５１は、被照射体１の表面の部位ごとに算出された位相差を用いた演算処理によって接合部３が存在する位置と接合部３が存在しない位置との境界を特定し、その特定した境界を示すデータ等（画像データも含む）を解析結果として出力してもよい。ここで境界を特定するために実行される演算処理とは、例えば、被照射体１の表面の部位ごとに算出された位相差を結果変数とする統計解析処理であってもよい。
更には、解析装置１５１は、特定した境界に囲われている領域を求め、求められた領域の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、被照射体の接合部の健全度に係る良否判定を行い、良否判定の結果を出力してもよい。ここで特定した境界に囲われている領域とは、境界として特定された部位群に完全に包囲されている領域に限らず、当該部位群に部分的に囲われている領域が含まれてもよい。
【００４６】
本実施形態は以下の技術思想を包含するものである。
複数の部材を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部を内部に含んでいる被照射体の表面に送波音波を照射することをもって前記接合部を解析する非接触音響解析システムであって、
前記被照射体の前記表面の振動速度を計測する計測器と、
前記送波音波を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出し、送出する各回の前記送波音波が前記送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）である音響発信源と、
前記計測器によって計測された振動速度に係る波形の位相を前記表面の部位ごとに算出し、前記接合部上に予め定めた参照点における位相と前記表面の各部位における位相との位相差に基づいて前記接合部に係る解析結果を出力する解析装置と、を備える非接触音響解析システム。
【符号の説明】
【００４７】
１      被照射体
２      第一部材
３      接合部
４      第二部材
５      円痕部
６      計測範囲
１０      解析システム
１１      音響発信源
１２      送波音波
１２ａ〜１２ｃ      目的信号
１３      計測器
１５      コンピュータ
１７      任意波形発生装置
１９      アンプ
１２１      直接音波
１２２      反射音波
１３１      観察波
１５１      解析装置
１５２      制御装置
１５３      表示部
【図１】
2018132480.tif 000003
【図２】
2018132480.tif 000004
【図３】
2018132480.tif 000005
【図４】
2018132480.tif 000006
【図５】
2018132480.tif 000007
【図６】
2018132480.tif 000008