(57)【要約】  【課題】１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測できるようにする。  【解決手段】超音波トランスデューサとしての振動子群１０が、それぞれ超音波を個々独立して発振可能および受信可能とされた複数の振動子１１〜１４を同心円状に配設して構成される。複数の振動子１１〜１４から時間をずらして順次スポット溶接部に向けて超音波を発振させて、発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、スポット溶接部におけるナゲット３３の径が推測される。【選択図】  図１２
2008203082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物におけるスポット溶接部のナゲット径を超音波を利用して検査するスポット溶接部の超音波検査方法であって、
それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定された検査プローブを準備する準備工程と、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて超音波を発振させて、該発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、該スポット溶接部のナゲット径を推測する検査工程と、
を備えていることを特徴とするスポット溶接部の超音波検査方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記検査工程が、
ナゲットを通して反射される第１反射エコーのみが受信される第１状態と、該第１反射エコーに加えてナゲットの外周囲部分を通して反射される第２反射エコーが受信される第２状態とを得る第１ステップと、
超音波を発振した複数の振動子のうち、前記第１状態が得られる範囲でもって最外周に位置する第１特定振動子の径と、前記第２状態が得られる範囲でもって最内周に位置する第２特定振動子の径との少なくとも一方の径に基づいて、ナゲット径の推測値を決定する第２ステップと、
を備えていることを特徴とするスポット溶接部の超音波検査方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記検査工程が、
ナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーのみが受信される第３状態と、該第２反射エコーに加えてナゲットを通して反射される第１反射エコーが受信される第２状態とを得る第１ステップと、
超音波を発振した複数の振動子のうち、前記第３状態が得られる範囲でもって最内周に位置する第３特定振動子の径と、前記第２状態が得られる範囲でもって最外周に位置する第１特定振動子の径との少なくとも一方の径に基づいて、ナゲット径の推測値を決定する第２ステップと、
を備えていることを特徴とするスポット溶接部の超音波検査方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記検査工程の前に、前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させて、該発振された超音波の該中央の振動子での受信状態に基づいて該検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する角度調整行程をさらに備えている、ことを特徴とするスポット溶接部の超音波検査方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
前記検査工程の前に、前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させつつ、前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅とナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅とに基づいて該検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する位置調整行程をさらに備えている、ことを特徴とするスポット溶接部の超音波検査方法。
【請求項６】
検査対象物におけるスポット溶接部のナゲット径を超音波を利用して検査するスポット溶接部の超音波検査装置であって、
それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定された検査プローブと、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて超音波を発振させる発振制御手段と、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、該スポット溶接部のナゲット径を推測するナゲット径推測手段と、
を備えていることを特徴とするスポット溶接部の超音波検査装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させる角度変更手段と、
前記角度変更手段によって前記検査プローブの前記スポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させる発振制御手段と、
前記発振制御手段の制御によって前記振動子から発振されたときに、前記中央の振動子での受信強度がもっとも大きくなる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する角度決定手段と、
をさらに備えていることを特徴とするスポット溶接部の超音波検査装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させる位置変更手段と、
前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅に対するナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅の比が最小となる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する位置決定手段と、
をさらに備えていることを特徴とするスポット溶接部の超音波検査装置。
【請求項９】
スポット溶接部の超音波検査に用いる検査プローブの角度調整方法であって、
前記検査プローブが、それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定され、
前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させて、該発振された超音波の該中央の振動子での受信強度がもっとも大きくなる傾斜角度となるように、該検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する、
ことを特徴とする検査プローブの角度調整方法。
【請求項１０】
スポット溶接部の超音波検査に用いる検査プローブの位置調整方法であって、
前記検査プローブが、それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定され、
前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させつつ、前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅に対するナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅の比が最小となる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する、
ことを特徴とする検査プローブの位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接部の超音波検査方法、超音波検査装置、検査プローブの角度調整方法および位置調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車ボディのインナパネルとアウタパネルとのフランジ部同士を接合する場合等、金属板同士を重ねた状態でスポット溶接することが多く行われている。スポット溶接においては、重なり合う２枚の金属板の境界部分に、ナゲットと呼ばれる接合部位が構成され、接合強度は実質的にナゲットの大きさつまりナゲット径によって決定されることになる。したがって、ナゲット径を計測（検査）することによって、スポット溶接の良否が判定できることになる。
【０００３】
特許文献１には、超音波を利用してスポット溶接が適切に行われているか否かを判定する技術が開示されており、その図１１の例では、超音波を発振すると共にその反射エコーを受信するための複数の振動子を、互いに同士円状に配設したものが開示されている。この特許文献１における図１１に開示のものは、スポット溶接部の径に応じて、発振すべき振動子の数を選択するもの、つまり複数の振動子を組み合わせせて得られる実質的に１つの振動子の最大径を選択しようとするものであって、ナゲット径そのものを計測するものとはなっていない。すなわち、従来は、スポット溶接部の径の大きさに応じた径を有する検査プローブを選択的に用いていたものを、１つの検査プローブでもって異なる径のスポット溶接部に対応できるようにしたもので、ナゲット径を計測するために振動子を同士円状に配設するということまでを意図したものとはなっていない。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０４７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スポット溶接部の外観は同一であっても、接合強度に大きな影響を与えるナゲット径はかなり大きく相違するのが実情である。このため、品質管理の観点から、例えば抜きとり検査や全数検査による品質向上の簡単から、ナゲット径を非破壊検査によって知ることが強く望まれることになる。
【０００６】
超音波をスポット溶接部に発振させた場合、ナゲットが存在する部分と、ナゲットが存在しない部分とでは、超音波の反射エコーが相違するということが知られている。このような反射エコーの相違を利用してナゲット径を計測することが考えられるが、この場合は、径の異なる（超音波の発振面積の異なる）検査プローブを多数用意して、検査プローブを順次交換しつつ、最終的にナゲット径に応じた径を有する検査プローブを選択することにより、最終選択された検査プローブの径をナゲット径として決定することになる。しかしながら、この場合は、互いに径の異なる検査プローブを多数用意しなければならず、また検査プローブを何回も交換する必要があることから検査終了までに多大の時間を要することになってしまう。
【０００７】
また、超音波を発振する検査プローブは、スポット溶接部に対する傾斜角度のずれ（角度のずれ）やナゲット中心からの位置ずれに応じて、反射エコーの状態がかなり大きく変化するものであり、したがって検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度設定および位置設定を所定のものに精度良く行うことは、超音波を利用したスポット溶接部の検査を精度よく行う上で重要となる。
【０００８】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の目的は、１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測できるようにしたスポット溶接部の超音波検査方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測できるようにしたスポット溶接部の超音波検査装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を精度良く決定できるようにした検査プローブの角度調整方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、検査プローブのスポット溶接部に対する位置を精度良く決定できるようにした検査プローブの位置調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記第１の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
検査対象物におけるスポット溶接部のナゲット径を超音波を利用して検査するスポット溶接部の超音波検査方法であって、
それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定された検査プローブを準備する準備工程と、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて超音波を発振させて、該発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、該スポット溶接部のナゲット径を推測する検査工程と、
を備えているようにしてある。
【００１０】
上記解決手法によれば、最外周の振動子の径を、実際に得られるナゲット径よりも大きいものとなるように設定して、検査プローブの中心（同心円状の複数の振動子の中心）をナゲットのほぼ中心に設定した状態においては、中央付近の振動子から発振された超音波については、その反射エコーとしてナゲットのみを通過する第１反射エコーを得ることができる。また、最外周に位置する振動子から発振された超音波については、ナゲットの外周囲のみから反射する第２反射エコーを得ることができ、径方向中間に位置する振動子から発振された超音波の反射エコーは、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在したものとなる。したがって、実際のナゲット径は、発振された振動子のうち、第１反射エコーのみが得られる範囲でもって最大径となる振動子の径よりも大きいと推測でき、第２反射エコーのみが得られる範囲でもって最小径となる振動子の径よりも小さいと推測することができ、さらには、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在した範囲でもって最大径となる振動子の径よりも小さく、かつ最小径となる振動子の径よりも大きいと推測できる。したがって、例えば、第１反射エコーのみが得られる状態と、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在して得られる状態との境界部位に相当する振動子の径を、実際のナゲット径であると最終決定することができる。同様に、第２反射エコーのみが得られる状態と、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在して得られる状態との境界部位に相当する振動子の径を、実際のナゲット径であると最終決定することができる。
【００１１】
請求項１を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項５に記載のとおりである。すなわち、
前記検査工程が、
ナゲットを通して反射される第１反射エコーのみが受信される第１状態と、該第１反射エコーに加えてナゲットの外周囲部分を通して反射される第２反射エコーが受信される第２状態とを得る第１ステップと、
超音波を発振した複数の振動子のうち、前記第１状態が得られる範囲でもって最外周に位置する第１特定振動子の径と、前記第２状態が得られる範囲でもって最内周に位置する第２特定振動子の径との少なくとも一方の径に基づいて、ナゲット径の推測値を決定する第２ステップと、
を備えているようにしてある（請求項２対応）。この場合、実際のナゲット径を推測するより具体的な手法が提供される。
【００１２】
前記検査工程が、
ナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーのみが受信される第３状態と、該第２反射エコーに加えてナゲットを通して反射される第１反射エコーが受信される第２状態とを得る第１ステップと、
超音波を発振した複数の振動子のうち、前記第３状態が得られる範囲でもって最内周に位置する第３特定振動子の径と、前記第２状態が得られる範囲でもって最外周に位置する第１特定振動子の径との少なくとも一方の径に基づいて、ナゲット径の推測値を決定する第２ステップと、
を備えているようにしてある（請求項３対応）。この場合、実際のナゲット径を推測するより別の具体的な手法が提供される。
【００１３】
前記検査工程の前に、前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させて、該発振された超音波の該中央の振動子での受信状態に基づいて該検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する角度調整行程をさらに備えている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの軸線を、ナゲットに対して所定傾斜角度（好ましくは垂直）に精度良く設定することが可能となる。
【００１４】
前記検査工程の前に、前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させつつ、前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅とナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅とに基づいて該検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する位置調整行程をさらに備えている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの中心（軸線位置）を、ナゲットに対して所定位置（好ましくはナゲットの中心位置）に精度良く設定することが可能となる。
【００１５】
前記第２の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項６に記載のように、
検査対象物におけるスポット溶接部のナゲット径を超音波を利用して検査するスポット溶接部の超音波検査装置であって、
それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定された検査プローブと、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて超音波を発振させる発振制御手段と、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、該スポット溶接部のナゲット径を推測するナゲット径推測手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１に対応した検査方法を実現するための検査装置が提供される。
【００１６】
前記検査装置を前提とした好ましい態様は、請求項７，請求項８に記載のとおりである。すなわち、
前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させる角度変更手段と、
前記角度変更手段によって前記検査プローブの前記スポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させる発振制御手段と、
前記発振制御手段の制御によって前記振動子から発振されたときに、前記中央の振動子での受信強度がもっとも大きくなる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する角度決定手段と、
をさらに備えているようにしてある（請求項７対応）。この場合、請求項４に対応した検査方法（角度調整方法）を実現することのできる検査装置が提供される。
【００１７】
前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させる位置変更手段と、
前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅に対するナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅の比が最小となる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する位置決定手段と、
をさらに備えているようにしてある（請求項８対応）。この場合、請求項５に対応した検査方法（位置調整方法）を実現することのできる検査装置が提供される。
【００１８】
前記第３の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項９に記載のように、
スポット溶接部の超音波検査に用いる検査プローブの角度調整方法であって、
前記検査プローブが、それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定され、
前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させて、該発振された超音波の該中央の振動子での受信強度がもっとも大きくなる傾斜角度となるように、該検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの軸線をナゲットに対して精度良く垂直に設定することができる。
【００１９】
前記第４の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１０に記載のように、
スポット溶接部の超音波検査に用いる検査プローブの位置調整方法であって、
前記検査プローブが、それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定され、
前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させつつ、前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅に対するナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅の比が最小となる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの中心（軸線）を、ナゲットの中心に精度良く位置決めすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による検査方法および検査装置によれば、１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測することができる。
また、本発明による角度調整方法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの軸線をナゲットに対して垂直角度に精度良く位置決めすることができる。
さらに、本発明による位置調整方法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの中心をナゲットの中心に対して精度良く位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１において、１は検査プローブである。検査プローブ１は、ゴム等の弾性材によって密閉構造に形成された本体（筐体）２を有し、本体２の内部には、その上部において後述する振動子群（トランスデューサ）１０が配設されると共に、振動子群１０の下方空間が例えば水等の音響伝播媒体３で充満されている。また、本体２の外部下面には、スポット溶接部に当接されるメンブレン４が一体化されている。このような検査プローブ１の中心軸線が符合Ｏで示される。
【００２２】
上記検査プローブ１の本体２は、例えばロボットハンド２０に把持されて、その軸線Ｏの傾斜角度が変更可能とされ、また前後、上下、左右の３次元方向に移動可能とされている。このロボットハンド２０が、角度変更手段および位置変更手段を構成している。
【００２３】
検査プローブ１の本体２には、その外周においてフランジ状に取付基板２１が固定され、この取付基板２１の下面には、左右一対の照射手段としてのランプ２２、２３が固定されている。左右一対のランプ２２、２３は、例えばＬＥＤ等によって構成されて、指向性を有するように発光されて、その発光光線の指向方向が互いに交差するように設定されている。より具体的には、ランプ２２，２３からの発光光線の指向方向が符合Ｌ１、Ｌ２で示され、このＬ１とＬ２との交差位置が、検査プローブ１の軸線０上でかつメンブレン４の直下方に位置する焦点Ｓを構成するように設定されている。これにより、作業者は、検査プローブ１のメンブレン４をスポット溶接部の表面に接近させたときに、焦点Ｓを目視することによって、検査プローブ１の軸線０とスポット溶接部（のナゲット）の中心との位置合わせを容易に行うことができる。
【００２４】
検査プローブ１内に配設された振動子群１０は、図２，図３に示すように、複数の振動子１１〜１４を組み合わせることによって構成されている。中央の振動子１１は、円板状に構成されると共に、振動子１２，１３、１４はそれぞれ円環状に形成されて、円環状の各振動子１２〜１４は、中央の振動子１１を取り巻くように配設されている。すなわち、各振動子１１〜１４は、互いに同心円状に配設されており、かつ各振動子１１〜１４の厚さは同一に設定されている。そして、内外の振動子同士は、例えば接着材等を利用して互いに一体化されている（径方向に実質的に隙間のないように互いに近接した状態での一体化）。
【００２５】
各振動子１１〜１４は、例えば圧電素子によって形成することができ、各振動子１１〜１４毎に個々独立してその両面（上面、下面）に電極が形成されている。これにより、電圧印可された振動子のみが、個々独立して超音波を発振することが可能となっており、例えば、最外周の振動子１４から中央の振動子１１に向けて順次電圧印可（順次の超音波発振）することもでき、あるいは中央の振動子１１から最外周の振動子１４に向けて順次超音波を発振することもでき、さらには全ての振動子１１〜１４から同時に超音波を発振することができる。
【００２６】
各振動子１１〜１４は、超音波の反射波となる反射エコーを個々独立して受信することが可能であり、受信された反射エコーは電気信号となって振動子１１〜１４から出力されるものである。勿論、反射エコーが強いほど、受信信号の振幅（電圧）が大きくなる。なお、発振のための電圧印可および反射エコーに対応した受信信号の外部への出力のために、図１に示すように、検査プローブ１の本体２の外部に突出させてコネクタ６が設けられている。
【００２７】
図３〜図５には、振動子群１０からの超音波の発振状態を互いに相違させた場合の例が示される。図３は、全ての振動子１１〜１４から同時に超音波を発振させた場合を示すもので、矢印で示すように、超音波の進行方向は、検査プローブ１０の軸線０に沿っって直線的に進行される。この図３の発振状態は、振動子群１０と同様の径（最外周に位置する振動子１４の外径と同じ外径）を有する１つの振動子でもって超音波を発振させた場合と同様の超音波発振状態となる。
【００２８】
図４は、振動子１１と１２のみから超音波を発振させた状態を示すもので、矢印で示すように、超音波の進行方向は、検査プローブ１０の軸線０に沿っって直線的に進行される。ただし、図４の場合は、図３の場合に比して、超音波の発振面積が小さいものとなる。すなわち、振動子１１と１２とを合算した面積を有する１つの振動子でもって超音波を発振させたときの状態に相当する。
【００２９】
図５は、中央の振動子１１から外側の振動子へ向けて順次時間を遅らせて超音波を発振させた場合を示す。この図５の場合は、各振動子１１〜１４で発振された超音波は、干渉作用によって、軸線０上において焦点Ｓ２を構成するようになっており、遅れ時間の設定によって、焦点Ｓ２が、図１に示す焦点Ｓと一致するように設定されている。なお、焦点Ｓ２（Ｓ）の位置は、検査プローブ１のメンブレン４をスポット溶接部の表面に当接させた状態で、スポット溶接された２枚の板の境界部位に位置するように設定されている（板厚の相違に応じて、焦点Ｓ２の位置調整を行うことも可能）。
【００３０】
図６は、スポット溶接部つまりナゲットに対して検査プローブ１から超音波を発振したときの一例が示される。この図６において、３１，３２は、スポット溶接された検査対象物としての２枚の金属板（例えば鉄板）であり、３３はスポット溶接によって形成されたナゲットである。図６では、全ての振動子１１〜１４のうち、中央側から複数の振動子（例えば振動子１１〜１３）のみから超音波を発振させた状態を示し（最外周の振動子１４は駆動されてないで休止）、実際に形成されているナゲット３３の径が、駆動されている（超音波を発振している）振動子のうち最外周側に位置する振動子（例えば振動子１３）の外径よりも大きい場合を示す。
【００３１】
図６での超音波発振態様において、得られる反射エコー（受信信号）は、図７に示すようになる。すなわち、ナゲット径が、駆動されている振動子の最大径よりも大きいために、発振された超音波およびその反射エコーは全てナゲットを通過したものとなり、下側の金属板３２の下面でもって反射された反射エコーを以下の説明では底面エコーと称する。この場合、図７で、もっとも左側に現れる波形は、表面エコーと呼ばれるもので、もっとも大きな振幅を示すが、ナゲット径には無関係な要素となる。また、この表面エコーの次から現れる波形が、全て底面エコーであって、破線丸印で示すそのピーク値が徐々に減衰されたものとなる。
【００３２】
図８は、図６に対応したものであるが、実際のナゲット径が、駆動されている３つの振動子１１〜１３の最大径（振動子１４は休止）よりも小さいものとなっている。この図６の場合に得られる反射エコーは、図９に示すようになる。この図９は、図７に対応したものであるが、超音波を発振する振動子の最大径よりもナゲット径が小さいために、反射エコーとしては、ナゲットのみを通過した底面エコーの他に、ナゲット３３の外周囲のみを通過して上側の金属板３１の下面（上下の金属板３１と３２との境界）でもって反射された中間エコーが得られることになる。この中間エコーは、底面エコーの間に出現されて、そのピーク値は、隣合う底面エコーよりも小さいものとなる（ピーク値の減衰状態が、底面エコーのピーク値の減衰状態とは相違する）。なお、図７，図９において、底面エコーとして示されるものが特許請求の範囲における第１反射エコーに相当し、中間エコーとして示されるものが特許請求の範囲における第２反射エコーに相当する。
【００３３】
前述した図６〜図９の説明から明かなように、図示を略すが、ナゲット３３が全く存在しないときは、図９の中間エコーのみが得られることになる。
【００３４】
前述した底面エコーと中間エコーとは、明確に区別できるものである。したがって、振動子１１〜１４について、例えば、中央の振動子１１から順次外側の振動子へ向けて超音波を発振することにより、図７に示すように底面エコーのみが得られる第１状態から、底面エコーの他に中間エコーをも得られる図９に示すような第２状態へと変化される。この第１状態のときは、実際のナゲット径は、駆動されている振動子のうち最大径となる振動子の径（外径）よりも大きいということが推測される。また、上記第２状態のときは、実際のナゲット径は、駆動されている振動子のうち最大径となる振動子の径（内径）よりも小さいということが推測される。したがって、この第１状態と第２状態との間で変化が生じたときに、実際のナゲット径は、駆動されている振動子のうちもっとも外側に位置する振動子の径（停止されている振動子のうちもっとも内側に位置する振動子の径）に相当する大きさであると推定することができる。各振動子１１〜１４の径方向幅を小さく設定することにより（例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ）の範囲に設定することにより、ナゲット径を各振動子の径方向幅の誤差範囲でもって極めて精度よく知ることができる。
【００３５】
上述したナゲット径の計測は、複数の振動子１１〜１４を、中央側の振動子１１から外側の振動子へと順次駆動した場合であるが、最外側の振動子１４から中央の振動子１１へ向けて順次超音波を発振する場合も同様にして、実際のナゲット径を計測できる。すなわち、最外側の振動子１４のみを駆動したときに、中間エコーのみが得られる第３状態であり、この状態から中央に向けて振動子を順次駆動したときに、第３状態から前述した第２状態へと移行した直後の状態において、そのときに駆動されている振動子のうちもっとも内側に位置する振動子の径（停止されている振動子のうちもっとも外側に位置する振動子の径）が、実際のナゲット径であると推測されることになる。
【００３６】
ここで、図６，図８の場合共に、検査プローブ１の軸線０が、スポット溶接部（ナゲット３３）に対して垂直となり、かつスポット溶接部（ナゲット３３）の中心に合致した理想状態を前提としている。このうような理想状態（検査条件）を満足するために、検査プローブ１のスポット溶接部（ナゲット３３）に対する傾斜角度の調整および位置調整を行うための好ましい手法について説明する。なお、傾斜角度の調整および位置調整のための検査プローブ１の駆動は、ロボットハンド２０によって行われるものである。
【００３７】
まず、検査プローブ１の角度調整の点について説明する。この角度調整の際には、検査プローブ１の傾斜角度を微妙に変更しつつ、図５に示すような超音波の発振を行って（焦点Ｓ２を構成させる）、反射エコーの受信を中央の振動子１１のみによって行う。この場合、スポット溶接部（ナゲット３３）に対して検査プローブ１の軸線Ｏが垂直となったときに、中央の振動子１１で受信される反射エコーの振幅（受信強度）がもっとも大きくなるので、反射エコーの振幅がもっとも大きくなる傾斜角度に固定設定する。これにより、検査プローブ１のスポット溶接部（ナゲット３３）に対する傾斜角度の設定が終了される。
【００３８】
次に、検査プローブ１の位置調整（中心位置合わせ）について説明する。この位置値せのときは、検査プローブ１を、スポット溶接部の表面に沿って移動させつつ、各振動子１１〜１４から同時に超音波を発振させる。このとき、図１０に示すように（図１０は、図９に対応）、底面エコーと中間エコーとが得られるが、１番目の底面エコーの振幅Ｌ１に対する１番目の中間エコーの振幅Ｌ２の比がもっとも小さくなった位置でもって検査プローブ１の位置を固定して、位置調整が終了される。すなわち、検査プローブ１の軸Ｏがナゲット３３の中心から大きくずれているほど、底面エコーの振幅に対して相対的に中間エコーの振幅が大きくなるので、上記した「振幅の比」がもっとも小さくなる位置が、軸線Ｏがナゲット３３の調中心に合致した位置となる。
【００３９】
なお、前述した角度調整および位置調整は、図１に示すランプ２２，２３の焦点Ｓを利用して、作業者の目視によってのみ行うようにしてもよい。また、この作業者の目視による調整後に、微調整の範囲でもって角度と位置とを変更しつつ、前述した反射エコーを利用した自動的な角度調整と位置調整とを行うようにしてもよい。
【００４０】
図１１は、複数の振動子１１〜１４の個々独立した超音波発振と、その反射エコーの個々独立した受信とを行うための制御回路例を示すものである。この図１１において、４１はパルスの発振回路である。中央の振動子１１は、発振回路４１に対して、サーキュレータ５１を介して接続されている。振動子１２は、サーキュレータ５２および遅延回路４２を介して発振回路４１に接続されている。振動子１３は、サーキュレータ５３および遅延回路４３を介して発振回路４１に接続されている。振動子１４は、サーキュレータ５４および遅延回路４４を介して発振回路４１に接続されている。
【００４１】
図１１中、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）であり、発振回路４１の制御と、遅延回路４２〜４４の制御とを行う。すなわち、発振回路４１の駆動と停止との切替を行うと共に、遅延回路４２〜４４の作動（遅延あり）と停止（遅延なし）との切替えを行う。また、各サーキュレータ５１〜５４は、発振回路４１からの信号を対応する振動子に出力する一方、各振動子からの受信信号をコントローラＵへ入力させるようになっている。コントローラＵは、各振動子１１〜１４からの受信信号を受信する受信回路の機能を有する他、前述した角度調整のための制御、位置調整のための制御、ナゲット径の推測のための制御を行う。そして、コントローラＵは、表示画面からなる表示手段４５に、計測（推測）されたナゲット径の表示を行うようになっている（ナゲット径の正常、異常の識別表示であってもよく、この場合は、表示手段４５をランプ、ブザー等の簡易なものを利用できる）。
【００４２】
次に、図１２に示すフローチャートを参照しつつ、コントローラＵの制御例について説明するが、実施形態では、検査プローブ１の角度調整制御と、位置調整制御と、２種類のナゲット径推測の制御とを行うものとなっている。角度調整および位置調整のために、コントローラＵは、ロボットハンド２０の制御をも行う。なお、以下の説明でＱはステップを示す。また、図１２の制御は、例えば、検査プローブ１のメンブレン４をスポット溶接部（の表面）に当接させ、かつ作業者が図示を略す開始スイッチを操作したときに開始される。
【００４３】
まず、Ｑ１において、検査プローブ１の傾斜角度を変更しつつ、図５の発振態様とさせる（焦点Ｓ２を設定する）。次いで、Ｑ２において、中央の振動子１１でのみ反射エコーを受信して、受信強度がもっとも強くなったときの傾斜角度となったときに、検査プローブ１の傾斜角度を固定する（傾斜角度調整の終了）。
【００４４】
Ｑ２の後、Ｑ３において、基準となるナゲット径に応じて、図９のような反射エコーが得られるように、振動子を駆動する（全振動子を駆動してもよい）。この後、Ｑ４において、図１０に示す１番目の底面エコーと１番目の中間エコーとの振幅の比がもっとも小さくなる位置となった位置でもって、検査プローブ１を固定する（位置調整の終了）。
【００４５】
Ｑ４の後は、Ｑ５において、現在中間エコーが発生（検出）しているか否かが判別される。このＱ５の判別でＮＯのとき、つまり中間エコーが発生しないときは、駆動されている振動子の最大外径よりも実際のナゲット径が大きいときである。このときは、Ｑ６、Ｑ７の処理において、現在駆動されている振動子の１つ外側の振動子を駆動して、反射エコーを再測定し、中間エコーが発生するまでこのような処理を繰り返す。中間エコーが発生されたことが確認された時点でもって、Ｑ８において、ナゲット径の推測が行われる（推測されたナゲット径は表示手段４５に表示される）。上述したＱ６からＱ８を経る処理は、中央の振動子１１から外側の振動子へ向けて順次駆動していくことによるナゲット径の推測手法となる。
【００４６】
前記Ｑ５の判別でＹＥＳのとき、つまり図７に示すように中間エコーが存在するときは、現在駆動されている振動子のうち最大径となる振動子の径よりも、ナゲット径が小さいときである。このときは、Ｑ９，Ｑ１０の処理によって、駆動される振動子が径方向内側へ１つづつ移動し（駆動されない振動子が径方向外側から順次増加させていく）、反射エコーを再測定し、中間エコーが発生しなくなるまでこのような処理を繰り返す。中間エコーが発生しなくなったことが確認された時点でもって、Ｑ８において、ナゲット径の推測が行われる（推測されたナゲット径は表示手段４５に表示される）。上述したＱ９からＱ８を経る処理は、外側の振動子から中央の振動子１１へ向けて順次駆動していく（外側の振動子から順次駆動停止していく）ことによるナゲット径の推測手法となる。
【００４７】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。振動子の数は、適宜変更できるものであり、同じ最大外径であれば、振動子の数を増加させるほど、ナゲット径の推測の精度を向上させることができる。ナゲット径の推測に際しては、例えば、図１２において、Ｑ６〜Ｑ８の処理の後にＱ９〜Ｑ８の処理を実行するようにし、またＱ９〜Ｑ８の処理の後にＱ６〜Ｑ８の処理を実行するようにして、得られる２つの推測値の例えば相加平均値を最終的なナゲット径の推測値として決定するようにしてもよい（より精度のよいナゲット径の推測）。ランプ２２，２３は、検査プローブ１の周囲に３個以上設けるようにしてもよく、またその照射方向を変更可能として、例えば金属板３１，３２の板厚の相違等に対応して、焦点Ｓの位置を変更可能にしてもよい。検査プローブ１の角度調整および位置調整の手法は、ナゲット径の推測を行うためのみならず、特許文献１に示すような技術に適用する場合等においても用いることができる。スポット溶接される検査対象物としての金属板は、３枚以上であってもよい。フローチャートに示された各ステップあるいはステップ群は、その機能に手段の名称を付した特定の機能部として把握することが可能である。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明が適用された検査プローブの一例を示す一部断面側面図。
【図２】図１に示す振動子群の平面図。
【図３】全ての振動子から超音波を発振させたときの状態を示す側面図。
【図４】中央側の一部の振動子からのみ超音波を発振させたときの状態を示す側面図。
【図５】中央側の振動子から外側の振動子へ向けて順次時間を遅らせて超音波を発振させたときの状態を示す側面図。
【図６】駆動されている振動子の最大外径よりもナゲット径が大きいときの超音波と反射エコーを示す説明図。
【図７】図６の状態のときに得られる反射エコーの一例を示す特性図。
【図８】駆動されている振動子の最大外径よりもナゲット径が小さいときの超音波と反射エコーを示す説明図。
【図９】図８の状態のときに得られる反射エコーの一例を示す特性図。
【図１０】検査プローブとナゲットとの中心位置合わせをを説明するための特性図。
【図１１】各振動子が接続される制御回路例を示す図。
【図１２】本発明の制御例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４９】
１：検査プローブ
３：音響伝達媒体
１０：振動子群
１１〜１４：振動子
２０：ロボットハンド（角度変更、位置変更用）
３１，３２：金属板（検査対象物）
３３：ナゲット
４１：発振回路
４２〜４４：遅延回路
４５：表示手段
Ｓ、Ｓ２：焦点
Ｌ１、Ｌ２；反射エコーの振幅
Ｏ：中心軸線
Ｕ：コントローラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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