(57)【要約】【課題】従来の溶接検査装置においては、点状のビームの焦点を検査対象物の溶接領域内において走査させる必要があるため、測定に時間がかかるとともに、集束探触子を走査させるための機構が必要となり、簡易な構成で正確な検査が実現できないという課題があった。また、溶接領域の大きさが変更となるごとに、垂直探触子をカスタマイズする必要があるため、汎用性が低いという課題があった。【解決手段】検査対象物２０の溶接領域２００に所望の周波数を照射して、その反射波を測定することにより溶接領域２００の検査を行う溶接検査装置１０であって、超音波を溶接領域２００に面照射する集束型探触子１を具備するようにした。【選択図】図１
2008107121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物が有する溶接領域に超音波を照射し、当該超音波の反射波を測定することにより前記溶接領域の検査を行う溶接検査装置であって、
前記超音波を前記溶接領域に面照射する集束型探触子を具備する溶接検査装置。
【請求項２】
前記集束型探触子と、前記溶接領域との距離は、前記超音波が照射される領域が前記溶接領域全体を含む領域となるよう設定されている請求項１記載の溶接検査装置。
【請求項３】
前記集束型探触子と、前記溶接領域との距離は、前記超音波が照射される領域が前記溶接領域全体を含み、かつ、領域の面積が最小となるよう設定されている請求項１記載の溶接検査装置。
【請求項４】
良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度と、
不良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度とを、
それぞれの距離についてあらかじめ測定し、それぞれの距離について前記良品である検査対象物の反射波の強度と前記不良品である検査対象物の反射波の強度との差を求め、
前記差が最大となる距離近傍に、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を設定した請求項１記載の溶接検査装置。
【請求項５】
良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度が、立ち上がる位置に対応した距離近傍に、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を設定した請求項１記載の溶接検査装置。
【請求項６】
検査対象物が有する溶接領域に超音波を照射し、当該超音波の反射波を測定することにより前記溶接領域の検査を行う溶接検査方法であって、
集束型探触子を用いて、超音波を前記溶接領域に面照射するステップを具備する溶接検査方法。
【請求項７】
前記面照射するステップは、
前記集束型探触子と、前記溶接領域との距離を、前記超音波を面照射する領域が、前記溶接領域全体を含む領域となるよう設定して行われる請求項６記載の溶接検査方法。
【請求項８】
前記面照射するステップは、
前記集束型探触子と、前記溶接領域との距離を、前記超音波が照射される領域が前記溶接領域全体を含み、かつ、領域の面積が最小となるよう設定して行われる請求項６記載の溶接検査方法。
【請求項９】
良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度と、
不良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度とを、
それぞれの距離についてあらかじめ測定し、それぞれの距離について前記良品である検査対象物の反射波の強度と前記不良品である検査対象物の反射波の強度との差を求めるステップを更に備え、
前記面照射するステップは、
前記差が最大となる距離近傍に、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を設定して行われる請求項６記載の溶接検査方法。
【請求項１０】
良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて超音波の反射波の強度を測定するステップをさらに備え、
前記面照射するステップは、
前記測定した超音波の反射波の強度が、立ち上がる位置に対応した距離近傍に、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を設定して行われる請求項６記載の溶接検査方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０いずれか記載の溶接検査方法の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
請求項１１記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接領域を含む検査対象物の、溶接領域を検査する溶接検査装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接部を検査する方法として、集束探触子のビームの焦点が、スポット溶接部の下部に位置するように設定し、探触子をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ一定ピッチでスキャンさせて、界面エコーの走査グラフを得ることで、溶接のナゲットの全貌を検知するものがあった（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
また、従来、超音波垂直探触子により反射エコーを測定し、その測定結果から、コーティング膜の膜厚を算出する膜厚測定方法があった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−１３８１００号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献２】特許第２８６６９６４号明細書（第１頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されているような技術においては、集束探触子から出力されるビームの焦点を検査に用いるため、点状のビームの焦点を検査対象物の溶接領域内において走査させる必要があるため、測定に時間がかかるという課題があった。従って、このような検査方法を、生産ライン等におけるインライン検査の方法として利用することができなかった。また、このように集束探触子を走査させるための機構が必要となり、装置が複雑化するという課題があった。
【０００５】
一方、特許文献２に示されているような技術においては、超音波垂直探触子を用いているため、検査対象物の溶接領域に対して面状に超音波を照射することが可能である。しかしながら、通常、市販されている垂直探触子の照射領域は、最小のもので直径が３ｍｍ程度であり、直径が１ｍｍ以下の微細な溶接領域等に対する検査に、このような超音波垂直探触子を用いると、検査対象の溶接領域以外の領域に照射される超音波が増大するため、測定結果に占めるノイズの割合が増大してしまい、正確な検査結果が得られないという課題があった。また、正確な検査結果を得るために、溶接領域に合わせた照射領域を有する垂直探触子をオーダー製作すると、コストが高くなり、時間がかかり、さらに、溶接領域の大きさが変更となるごとに、垂直探触子をカスタマイズする必要があるため、汎用性に欠けていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の溶接検査装置は、検査対象物が有する溶接領域に超音波を照射し、当該超音波の反射波を測定することにより前記溶接領域の検査を行う溶接検査装置であって、超音波を前記溶接領域に面照射する集束型探触子を具備する溶接検査装置である。
【０００７】
かかる構成により、溶接領域上を走査することなく、一度に、溶接の状態を検査することが可能となり、検査時間を短縮できる。また、走査のための機構等を設ける必要がなく、簡易な構成で検査が実現できる。また、集束型探触子と溶接領域との距離を調節することで、溶接領域に合わせたサイズの超音波を照射して、検査を行うことができ、汎用性が高いとともに、溶接領域以外の領域に照射される超音波を最低限にして、精度の良い、正確な検査を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の溶接検査装置は、前記溶接検査装置において、前記集束型探触子と、前記溶接領域との距離は、前記超音波が照射される領域が前記溶接領域全体を含む領域となるよう設定されている溶接検査装置である。
【０００９】
かかる構成により、溶接領域以外の領域に照射される超音波を最低限にして、精度の良い、正確な検査を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の溶接検査装置は、前記溶接検査装置において、前記集束型探触子と、前記溶接領域との距離は、前記超音波が照射される領域が前記溶接領域全体を含み、かつ、領域の面積が最小となるよう設定されている溶接検査装置である。
【００１１】
かかる構成により、溶接領域以外の領域に照射される超音波を最低限にして、精度の良い、正確な検査を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の溶接検査装置は、前記溶接検査装置において、良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度と、不良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度とを、それぞれの距離についてあらかじめ測定し、それぞれの距離について前記良品である検査対象物の反射波の強度と前記不良品である検査対象物の反射波の強度との差を求め、前記差が最大となる距離近傍に、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を設定した溶接検査装置である。
【００１３】
かかる構成により、溶接領域に最適なサイズの超音波を照射して、検査を行うことができ、精度の良い、正確な検査を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の溶接検査装置は、前記溶接検査装置において、良品である検査対象物について、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を変化させて測定した超音波の反射波の強度が、立ち上がる位置に対応した距離近傍に、前記集束型探触子と前記溶接領域との距離を設定した溶接検査装置である。
【００１５】
かかる構成により、溶接領域に最適なサイズの超音波を照射して、検査を行うことができ、精度の良い、正確な検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検査時間を短縮できるとともに、簡易な構成で正確な検査が実現可能な溶接検査装置等を提供することができる。
【００１７】
また、検査対象となる溶接領域の大きさにあわせて、超音波の照射領域のサイズを変更可能であり、汎用性の高い溶接検査装置等を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、溶接検査装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【００１９】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態にかかる溶接検査装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
溶接検査装置１０は、集束型探触子１と、信号出力部２と、信号受付部３と、処理部４と、出力部５とを備えている。
【００２１】
溶接検査装置１０は、検査対象である溶接領域を有する検査対象物の、当該溶接領域の検査に用いられる装置である。具体的には、溶接検査装置１０は、溶接領域に所望の周波数の超音波を照射して、その反射波を用いて溶接領域の検査を行う装置である。例えば、溶接検査装置１０は、超音波の反射波の強度等を用いて溶接領域の検査を行う。溶接領域の検査とは、溶接が良好であるか否かを判断するための検査である。通常、金属同士等の溶接が良好に行われていた場合、溶接される金属同士が十分にとけ込んでいるため、溶接された金属間にほとんど界面が形成されていない。このため、照射される超音波は溶接領域であまり反射されず、透過して外に出射される。この結果、反射波の強度は小さくなる。また、金属同士等の溶接が良好に行われていなかった場合、溶接される金属同士が十分にとけ込んでいないため、溶接された金属間に界面が多く残る。このため、照射される超音波は溶接領域で反射され、反射波の強度は大きくなる。溶接検査装置１０は、このような原理を利用して、反射波強度を用いて溶接領域の状態を検査するための装置である。
【００２２】
集束型探触子１は、信号出力部２が出力する信号に応じた超音波を送波し、送信した超音波の反射波を受波し、受波した反射波に応じた信号を出力する。集束型探触子１は、送波する超音波が所定の焦点において集束する探触子である。送波される超音波の周波数は、検査対象等に応じて任意に設定可能である。集束型探触子１は、超音波を検査対象である溶接領域に面照射する。具体的には、集束型探触子１を、検査対象物の溶接領域上方に配置するとともに、集束型探触子１と検査領域との距離を調整して、超音波を溶接領域に面照射する。面照射とは、超音波が照射される領域が面であることを意味する。すなわち、集束型探触子１から送波される超音波は、溶接領域に、点ではなく面として照射される。面照射するために、集束型探触子１と検査領域との距離を、少なくとも、集束型探触子１の焦点距離以外の距離に設定する。好ましくは、集束型探触子１と、検査対象物との距離を、超音波が照射される領域が溶接領域全体を含む領域となるよう設定する。より好ましくは、集束型探触子１と、検査対象物との距離を、超音波が照射される領域が溶接領域全体を含む、最小の領域となるよう設定する。なお、検査対象物の良品や不良品のサンプル等を用いた測定結果等に基づいて、最適な集束型探触子１と検査領域との距離を設定しても良い。このような集束型探触子１と検査領域との距離の設定方法の具体例については後述する。なお、集束型探触子１は溶接領域に超音波を照射可能であれば、検査対象物の上方以外、例えば下方や側方等、に配置するようにしても良い。集束型探触子１を検査対象物の上方等に保持する機構等については問わない。例えば、スタンドと、クランプ等を組み合わせた保持機構を用いても良い。ただし、高さが変更可能なものであることが好適である。集束型探触子１の構成については、例えば特許文献１等に開示されているように、公知であるので、説明は省略する。
【００２３】
信号出力部２は、所望の周波数を有する高周波の信号を生成し、集束型探触子１に出力する。通常は、信号出力部２の生成する高周波信号の周波数と同じ周波数の超音波が、集束型探触子１から送波される。ここで述べる出力とは、具体例としては、専用の信号線等の電線等を介した電気信号の出力である。信号出力部２は、どのようなタイミングや指示に応じて電気信号の生成および出力を行うようにしても良い。例えば、信号出力部２は、処理部４から送信される制御信号等に応じて、電気信号の生成および出力を行ってもよい。信号出力部２は出力コネクタ等を含むと考えても含まないと考えても良い。なお、信号出力部２が所望の周波数を有する高周波の電気信号を生成する構成については、公知技術であるので、ここでは説明を省略する。
【００２４】
信号受付部３は、集束型探触子１が出力する信号を受け付ける。ここで述べる受付とは、具体例としては、専用の信号線等の電線等を用いた信号の受付である。信号受付部３は入力コネクタ等を含むと考えても含まないと考えても良い。通常、集束型探触子１が出力する信号はアナログ信号であるため、処理部４がデジタル信号の処理を行う場合、信号受付部３は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換手段（図示せず）等を備えていてもよい。信号受付部３がアナログ信号を受け付ける構成や、アナログ信号をデジタル信号に変換する構成等については、公知技術であるので、ここでは説明を省略する。
【００２５】
処理部４は、信号受付部３の受け付けた信号に応じて所定の処理を行う。処理部４が行う所定の処理は、検査対象物の検査対象である溶接領域の検査に利用される処理である。例えば、所定の処理は、検査対象物の溶接領域の異常を検知する処理である。具体的には、処理部４は、集束型探触子１が出力する信号から反射波の強度（以下、反射波強度と称す）を取得し、この反射波強度と、予め設定した基準値とを比較し、この比較結果に応じて、検査対象物の溶接領域が正常であるか否か等を判断して、異常を検知する。基準値については後述する。ただし、処理部４が行う処理は溶接領域の検査に利用される処理であれば、処理内容は問わない。例えば、単に信号受付部３の受け付けた信号を数値化したり、信号受付部３の受け付けた信号をグラフ化する処理であっても良いし、信号受付部３の受け付けた信号に対し、予め設定された演算、例えば平均を求めたり、信号出力部２が出力した信号に対する比を算出する処理であっても良い。例えば、処理部４が、予めメモリ等に格納されている演算式を読み出し、集束型探触子１が出力する信号の値をこの演算式に代入し、演算を実行した結果を出力しても良い。処理部４の処理の具体例については、後述する。処理部４は、通常、所定の処理をデジタル処理するが、アナログ信号で処理しても良い。処理部４の処理は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。処理部４の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。
【００２６】
出力部５は、処理部４の処理した結果の情報を出力する。例えば、上述したように、処理部４が、検査対象物の溶接領域が正常であるか否かを判断した場合、その判断結果を出力する。ここで述べる出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタによる紙等への印字、警告灯の点灯、ブザー等からの音の出力、外部の装置への送信、メモリ等への蓄積等を含む概念である。出力部５は、ディスプレイやプリンタ、ブザー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部５は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。
【００２７】
次に、溶接検査装置の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２８】
（ステップＳ２０１）信号出力部２は、信号を出力するか否かを判断する。信号出力部２が、どのように信号を出力するか否かを判断するかは問わない。例えば、信号出力部２は、図示しない受付部等が、他の装置やユーザからの信号を出力する指示を受け付けたことをトリガーとして電気信号を出力することを判断してもよい。また、処理部４等から信号を出力する指示を受け付けた場合に、信号を出力を判断しても良い。また、信号出力部２は、所定のタイミングで電気信号を出力するか否かを判断しても良い。信号を出力すると判断した場合、ステップＳ２０２へ進み、信号を出力しないと判断した場合、ステップＳ２０１に戻る。
【００２９】
（ステップＳ２０２）信号出力部２は、処理部４の指示に応じて、所定の周波数の信号を生成し、集束型探触子１に出力する。信号出力部２は、この周波数の値を、例えば、予めメモリ等に格納されている周波数の値を読み出すことで取得してもよいし、図示しない受付部や他の装置等から受け付けても良い。集束型探触子１は、この電気信号に応じた周波数の超音波を送波する。
【００３０】
（ステップＳ２０３）信号受付部３は、集束型探触子１からの信号を受け付けたか否かを判断する。具体的には集束型探触子１が超音波を受波すると、この超音波に応じた電気信号が集束型探触子１から出力される。信号受付部３は、この集束型探触子１から出力される信号を受け付ける。信号受付部３が信号を受け付けた場合、ここでは例として信号をデジタル信号に変換し、ステップＳ２０４に進み、受け付けていない場合、ステップＳ２０３に戻る。
【００３１】
（ステップＳ２０４）処理部４は、信号受付部３が受け付けた信号を用いて反射波強度を取得する。反射波強度は、具体的には、信号受付部３が受け付けた信号の強度、例えば振幅や電圧である。
【００３２】
（ステップＳ２０５）処理部４は、ステップＳ２０４において算出した反射波強度を、予め設定されている所定の値である基準値と比較して、反射波強度が、基準値より小さいか否か判断する。この基準値は、具体的には、反射波強度から検査対象物の溶接領域が正常か否かを判断するための閾値であり、例えば、予め実験等を行うことにより設定される。例えば、基準値は、製品のうちの良品から得られる反射波強度の最大値よりも大きい値等に設定される。基準値は、例えばメモリ等に予め蓄積されており、適宜、処理部４が読み出す。この基準値は外部から受け付けても良い。基準値は、集束型探触子１と溶接領域との距離が変更されるごとに、距離に合わせて再設定する必要がある。また、基準値は、検査対象物の変更等により溶接領域が変わるごとに、溶接領域のサイズ等に合わせて再設定する必要がある。なお、予め、これらの距離や、溶接領域のサイズ等に合わせた基準値を予め用意してメモリ等に蓄積しておき、距離や溶接領域等が変わるごとに、これらに適した基準値をメモリ等から読み出すようにしても良い。ここでは処理部４は、この比較によって、検査対象物が、良品であるか、不良品であるかを判断する。反射波強度が基準値よりも小さい場合、ステップＳ２０６へ進み、基準値よりも小さくない場合、ステップＳ２０７へ進む。なお、ここでは、基準値よりも小さいか否かを判断しているが、閾値を変更して、基準値以下であるか、否かを判断することも、ここでは同じ処理であると考える。なお、この処理部４による判断は、ステップＳ２０４において算出した反射波強度が、所定の範囲内であるか否かの判断であってもよい。例えば、このような判断を行った際に、反射波強度が所定の範囲よりも小さかった場合、検査対象物が存在しないことや、別の検査対象物が混入していることや、装置が故障していること等が、判断可能となる。
【００３３】
（ステップＳ２０６）出力部５は、検査対象物が良品であることを示す判定結果を出力を行う。例えば、出力部５は、検査対象物が良品であることを示す表示を行う。なお、出力部５の出力は、溶接領域が正常であることを示す出力であれば、他のどのような出力であっても良い。そして、処理を終了する。
【００３４】
（ステップＳ２０７）出力部５は、検査対象物が不良品であることを示す判定結果の出力を行う。例えば、検査対象物が不良品であることを示す表示を行う。なお、出力部５の出力は、溶接領域が正常でないことを示す出力であれば、他の出力を行っても良い。そして、処理を終了する。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る溶接検査装置の具体例について説明する。
【００３６】
図３は、本実施の形態にかかる溶接検査装置１０の集束型探触子１の配置を説明するための概略図である。図３において、集束型探触子１は、検査対象物２０の溶接領域２００上方に、超音波が送受波される面が、溶接領域２００に対向するよう配置されている。また、ここでは、集束型探触子１から出力される超音波が、溶接領域２００に面照射されるとともに、超音波の照射領域が、溶接領域２００に対して最適な領域となるよう、集束型探触子１の高さ位置を調整して、集束型探触子１と、溶接領域２００との距離が調節されているものとする。なお、この距離の設定の仕方については、後述する。集束型探触子１は、ここでは例として、スタンド３０に上下方向に位置調節可能に取り付けられたクランプ３１に固定されている。スタンド３０とクランプ３１とが、ここでは、集束型探触子１を、溶接領域２００に対する距離を調節可能に保持する保持部材を構成している。なお保持部材は、集束型探触子１と溶接領域２００との距離が調節可能となるよう、集束型探触子１を保持可能なものであれば、どのような構成であってもよい。また、保持部材を調節して、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を調節する代わりに、検査対象物２０を移動させて、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を調節するようにしても良い。検査対象物２０は、例えば、図示しないベルトコンベア等の搬送路上に配置されていることが、複数の検査対象物について連続してインライン検査を行ううえで好適である。検査対象物２０は、第一の金属片２１と、この第一の金属片２１の表面に溶接された第二の金属片２２とにより構成されているものとする。溶接領域２００は、第一の金属片２１と第二の金属片２２とが溶接により接合されている部分である。この溶接領域２００の平面形状における直径は、例えば、１ｍｍ程度であるとする。
【００３７】
まず、ユーザが、ボタンやメニュー画面等を操作して、検査開始の指示を溶接検査装置１０に与えると、この検査開始の指示の受付をトリガーとして、信号出力部２は、所望の周波数の高周波の信号を生成し、集束型探触子１に出力する。これにより、集束型探触子１から超音波が送波される。集束型探触子１から送波された超音波は、検査対象物２０に面照射される。なお、検査の開始の操作は、手動で行うようにしても良いし、生産ライン等において自動化させてもよい。
【００３８】
検査対象物２０に面照射された超音波は、第一の金属片６０１と第二の金属片６０２との境界の溶接領域２００を含む領域に面照射され、溶接領域２００等で反射されて、集束型探触子１において受波される。このとき、集束型探触子１から送波される超音波は、溶接領域２００に面照射されるとともに、超音波の照射領域が、溶接領域２００全体を含む最小の領域となるよう、集束型探触子１の高さ位置が調整されているため、照射領域における検査対象となる溶接領域以外の領域の割合を小さくすることができる。これにより、溶接領域以外の領域による反射波等のノイズを小さくすることができる。
【００３９】
集束型探触子１は、受波した超音波に対応した信号を出力する。そして、信号受付部３は、集束型探触子１が出力した信号を受け付ける。
【００４０】
次に、処理部４は、この信号受付部３の受け付けた信号の電圧を取得する。ここでは、この電圧が反射波強度である。そして、処理部４は、この反射波強度を、予め設定しておいた基準値と比較する。
【００４１】
検査対象物２０の第一の金属片２１と第二の金属片２２との溶接箇所が、正常に溶接されている場合、溶接される金属同士が十分にとけ込んでいるため、溶接された金属間にほとんど界面が形成されていない。このため、集束型探触子１から送波される超音波は第一の金属片２１と第二の金属片２２との溶接箇所であまり反射されず、検査対象物を透過して外に出射される。この結果、反射波強度は小さくなる。また、溶接が正常に行われていない場合、第一の金属片２１と第二の金属片２２との溶接箇所の金属同士が十分にとけ込んでいないことから、この溶接箇所に界面等が多く残っていることとなる。このため、この界面等で、集束型探触子１から送波される超音波が反射されやすい。この結果、反射波強度が大きくなる。
【００４２】
従って、この反射波強度の大小を、良品の測定値等に基づいて設定された基準値等を用いて比較することで、溶接箇所が正常に溶接されているか否か、すなわち検査対象物が良品であるか否かを判断することが可能となる。具体的には、反射波強度が基準値よりも小さいと判断されれば、溶接が十分であり、検査対象物２０が良品であることとなる。また、反射波強度が基準値よりも小さくないと判断されれば、溶接が不十分であり、検査対象物２０が不良品であることとなる。
【００４３】
出力部５は、処理部４の判断結果が、反射波強度が基準値よりも小さいことを示すものである場合、検査対象物２０が良品であることを示す検査結果を図示しないディスプレイ等に表示する。また、出力部５は、処理部４の判断結果が、反射波強度が基準値よりも小さくないことを示すものである場合、検査対象物２０が不良品であることを示す検査結果をディスプレイ等に表示する。
【００４４】
次に、集束型探触子１と溶接領域２００との距離の調節方法について説明する。まず、溶接領域２００が正常に溶接されている検査対象物２０の良品と、溶接領域２００が正常に溶接されていない検査対象物２０の不良品とを用意する。なお、ここでは、便宜上、不良品の溶接領域は、良品の溶接領域よりも小さいものとする。
【００４５】
まず、良品について、本実施の形態にかかる溶接検査装置１０を用いて、集束型探触子１と、溶接領域２００との距離を変えながら、順次、反射波強度を測定する。なお、結果的に集束型探触子１と溶接領域２００との距離を変更することとなるので、溶接領域２００との距離を変える代わりに、集束型探触子１と、検査対象物２０との距離を変更してもよい。この距離は、集束型探触子１を上下方向に移動させて変更するようにしても良いし、検査対象物２０を載置しているステージ等を上下方向に移動させても良い。
【００４６】
また、不良品についても、同様に、距離を変えながら、順次、反射波強度を測定する。
【００４７】
図４は、測定により得られた反射波強度と、集束型探触子１と溶接領域２００との間の距離との関係を説明するためのグラフである。図において、実線は良品の測定結果を示し、点線は、不良品の測定結果を示す。ただし、これらの測定値は、実測値ではなく、説明の便宜上用意した値である。
【００４８】
図５は、図４に示した不良品の反射波強度から良品の反射波強度を減算して得られた差分のグラフである。
【００４９】
図６〜図８は、集束型探触子１と良品および不良品の溶接領域との位置関係を説明するための図である。
【００５０】
図６に示すように、集束型探触子１と、良品２０ａの溶接領域２００ａおよび良品２０ｂの溶接領域２００ｂとの距離が、超音波の照射領域が不良品２０ｂの溶接領域２００ｂよりも小さくなるような、距離Ａであったとすると、良品２０ａおよび不良品２０ｂのいずれにおいても、超音波は反射されにくい。このため、図４に示すように、距離Ａにおいては、反射波強度は、良品２０ａおよび不良品２０ｂのいずれにおいても同程度の低い値となる。このため、距離Ａに示す位置においては、良品２０ａと不良品２０ｂとの反射波強度の差分も、図５に示すように低い値となる。このような距離Ａでは、溶接領域が良好であっても不良であっても、反射波強度の値が同程度となるため、反射波強度から溶接の良否を精度良く判断することが困難である。
【００５１】
また、図８に示すように、集束型探触子１と、良品２０ａの溶接領域２００ａおよび良品２０ｂの溶接領域２００ｂとの距離が、超音波の照射領域が良品２０ａの溶接領域２００ｂよりも大きくなるような、距離Ｃであったとすると、良品２０ａおよび不良品２０ｂのいずれにおいても、溶接領域以外の領域が増加することから、超音波の反射される量は大きくなり、図４に示すように、距離Ｃにおいては、反射波強度は、良品および不良品のいずれにおいても高い値となる。このため、距離Ｃに示す位置においては、良品２０ａと不良品２０ｂとの反射波強度の差分も、図５に示すように低い値となる。なお、この距離Ｃよりも距離が短くなって、良品２０ａにおける溶接領域以外の領域の比率が高くなると、良品２０ａの反射波強度と不良品２０ｂの反射波強度は同程度となり、反射波強度の差分も、距離Ａの場合と同程度の小さい値となる。このような距離Ｃでは、溶接領域が良好であっても不良であっても、反射波強度の値が大きく異ならないため、測定誤差等を考慮すると、溶接の良否を判断することが困難である。
【００５２】
ここで、図７に示すように、集束型探触子１と、良品２０ａの溶接領域２００ａおよび良品２０ｂの溶接領域２００ｂとの距離が、超音波の照射領域が良品２０ａの溶接領域２００ｂと同程度となる距離Ｂであったとすると、良品２０ａにおいては、溶接領域以外の領域は、わずか、もしくは０となり、超音波の反射波強度は、距離Ａの場合と同程度に小さいのに対し、不良品２０ｂにおいては、溶接領域以外の領域が存在することから、超音波の反射波強度は距離Ａの場合よりも大きくなる。従って、図４に示すように、距離Ｂにおいては、不良品２０ｂの反射波強度は、良品２０ａの反射波強度よりも高い値となる。従って、集束型探触子１と、溶接領域２００との距離を、このような距離Ｂに設定することで、良品と不良品との反射波強度の差が、明確に検出可能となり、反射波強度の値から不良品を精度よく検出することが可能となる。このため、溶接の異常を検査するうえで、最適な集束型探触子１と溶接領域２００との距離となる。
【００５３】
ここで、上記の距離Ｂに示す位置においては、良品２０ａと不良品２０ｂとの反射波強度の差分が、図５に示すように、ほぼ最大の値となる。従って、良品および不良品について距離を変えながら測定した反射波強度の差分の絶対値が、最も大きくなる距離が、溶接の異常を検査するうえで、最適な集束型探触子１と溶接領域２００との距離となり、集束型探触子１と溶接領域２００との距離をこのような距離に設定することで、適切に溶接箇所の検査を行うことが可能となる。なお、検出に要求される精度が高くない場合等においては、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を、反射波強度の差分の絶対値が最も大きくなる距離の近傍の距離に設定するようにしても良い。
【００５４】
なお、上述したような距離の設定方法においては、一つの良品と不良品とのサンプルの測定結果から、上述したような最適な距離を設定するようにしても良いし、複数の良品と不良品のサンプルの測定結果から、それぞれの平均等を求めることにより、上述したような最適な距離を決定するようにしても良い。
【００５５】
また、上記のような、最適な距離に設定する処理は、集束型探触子１の保持部材や検査対象物２０を載置するステージ等の高さを変更可能な駆動装置と、当該駆動装置および溶接検査装置１０とを制御する制御装置等を用いて、自動化させるようにしてもよい。この場合、良品および不良品のサンプル毎に、駆動装置により保持部材等の高さ位置を変更して、集束型探触子１と検査対象物２０との距離を変えながら、順次、自動的に反射波強度を測定し、その測定した反射波強度の差分から、制御装置等が、上述したような差分が最大となる距離を算出し、この距離となる位置に、駆動装置により保持部材等の高さを変更して、集束型探触子１または検査対象物２０を保持させるようにすればよい。また、この場合、このように設定した位置において測定された良品の反射波強度に、ばらつき等を見込んだ値を、上述した基準値として利用するようにしても良い。
【００５６】
図１１は、溶接領域と集束型探触子との距離を最適な距離に設定して測定を行う溶接検査装置の具体例を示す図である。この溶接検査装置１０ａは、上述した集束型検査装置１０において、集束型探触子１を自動的に上下方向に移動させることが可能な駆動部１１を備えたものである。溶接検査装置１０ａの集束型探触子１と駆動部１１以外の部分は、ここではコンピュータ１２により、プログラム等を用いて、実現されているものとする。駆動部１１は、例えば、溶接検査装置１０ａの処理部４等により、制御される。駆動部１１の構成については公知技術であるので説明は省略する。
【００５７】
この溶接検査装置１０ａにおいては、良品の検査対象物２０について、駆動部１１を駆動させて、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を所定の距離だけ変更させて、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を変化させた後、上述した検査方法と同様に、集束型探触子１から超音波を面照射し、その反射波強度を測定する。また、集束型探触子１と溶接領域２００との距離も算出、もしくは測定する。この変更する所定の距離は、一定であっても不定であっても良い。そして、この測定結果を、集束型探触子１と溶接領域２００との距離の情報と対応付けて、メモリ等の図示しない記録媒体に蓄積する。この処理を、所定の回数だけ繰り返す。所定の回数は、一定であっても不定であっても良い。集束型探触子１と溶接領域２００との距離を変更する毎に、反射波強度を測定する処理の繰り返しは、プログラムをコンピュータ１２に実行させることにより、自動的に行われる。また、同様の処理を不良品の検査対象物２０に対しても行う。
【００５８】
次に、それぞれの距離について良品である検査対象物２０の反射波強度と、不良品である検査対象物２０の反射波強度との差を、処理部４等により算出する。そして、その差が最大となる距離を取得し、集束型探触子１と溶接領域２００との距離が、この取得した距離となるように、駆動部１１を駆動して、集束型探触子１の位置を設定する。これにより、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を最適な距離に自動的に設定することができる。
【００５９】
また、処理部４等が、良品である検査対象物２０の反射波強度と、不良品である検査対象物２０の反射波強度との差の最大値に、予め設定しておいたばらつきを指定する値を与えることにより、上述した基準値を取得する。
【００６０】
なお、図１１に示した溶接検査装置１０ａの最適な距離を設定するための構成や機能を、ハードウェアで実現しても良いし、コンピュータにプログラムを実行させることで実現しても良い。
【００６１】
また、図１１では、駆動部１１が集束型探触子１を上下に移動させる場合について説明したが、駆動部１１が検査対象物を上下に移動させる構成としても良い。
【００６２】
なお、ここでは、距離を変更しながら順次測定した、良品についての反射波強度と、不良品についての反射波強度との差分から、集束型探触子１と溶接領域２００との最適な距離を求めるようにしたが、距離を変更しながら順次測定した、良品についての反射波強度から、集束型探触子１と溶接領域２００との最適な距離を設定するようにしても良い。この場合の反射波強度の測定は、上述したような良品についての測定方法と同様に行われる。
【００６３】
図９は、測定により得られた良品についての反射波強度と、集束型探触子１と溶接領域２００との間の距離との関係を説明するためのグラフである。ただし、これらの測定値は、実測値ではなく、説明の便宜上用意した値である。
【００６４】
図１０は、集束型探触子１と良品の溶接領域との位置関係を説明するための図である。
【００６５】
集束型探触子１からの超音波の照射領域が、良品２０ａの溶接領域２００ａよりも小さい状態から、図１０に示すように、溶接領域２００ａとほぼ同じ大きさとなる直前までは、超音波は反射されにくく、反射波強度はほぼ同様の低い値となるが、溶接領域２００ａとほぼ同じ大きさとなった時点以降、すなわち、照射領域が溶接領域２００ａよりも大きくなった時点から、反射波強度が大きくなる。すなわち、照射領域が溶接領域２００ａよりも大きくなった時点から、反射波強度が立ち上がる。また、上述したように、不良品については、超音波の照射領域に占める溶接領域以外の領域の面積が大きいほど、反射波強度が大きくなる。このため、良品と不良品とから測定される反射波強度の差が大きくなるように、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を、超音波の照射領域が溶接領域２００ａとほぼ同じとなる距離に設定することが、適切に溶接箇所の検査を行うためには好ましい。このため、図９に示したような、良品についての距離を変更した場合の反射波強度の測定結果において、反射波強度の立ち上がり位置を検出し、その立ち上がり位置の近傍の距離、好ましくは立ち上がり位置の直前の距離Ｄに、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を、設定するようにすればよい。
【００６６】
なお、このような距離の設定処理においても、上記と同様に自動化が可能である。
【００６７】
例えば、図１１を用いて説明したような溶接検査装置１０ａを用いて、良品である検査対象物について、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を変化させて超音波の反射強度を測定する処理を繰り返し、測定した超音波の反射波の強度が、立ち上がる位置を、処理部４等により、反射波強度の変化率等を算出して検出し、この立ち上がる位置に対応した距離近傍に、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を設定するようにすればよい。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、集束型探触子１を用いて、超音波を検査対象物２０の溶接領域２００に面照射するようにしたので、溶接領域２００上を走査することなく、一度に、溶接の状態を検査することが可能となり、検査時間を短縮できる。
【００６９】
また、本実施の形態によれば、超音波を溶接領域２００上において走査させる必要がないため、走査のための機構等を設ける必要がなく、簡易な構成で検査が実現できる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を調節することで、溶接領域に合わせたサイズの超音波を照射して、検査を行うことができるため、検査対象である溶接領域以外の領域に照射される超音波を最低限にすることができ、精度の良い、正確な検査を行うことができる。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を調節することで、溶接領域に合わせたサイズの超音波を照射することができるため、一つの集束型探触子１で、さまざまな径の溶接領域の検査が可能となり、汎用性が高く、低コストな溶接検査装置や溶接検査方法等を提供可能である。例えば、本実施の形態においては、直径が１ｍｍ程度の溶接領域に対しても、集束型探触子１と溶接領域２００との距離を調節して超音波の照射領域を最適化することができる。
【００７２】
なお、上記各実施の形態において、各処理（各機能）は、単一の装置（システム）によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。
【００７３】
また、上記各実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、あるいは、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。
【００７４】
なお、上記プログラムにおいて、情報を送信する送信ステップや、情報を受信する受信ステップなどでは、ハードウェアによって行われる処理、例えば、送信ステップにおけるモデムやインターフェースカードなどで行われる処理（ハードウェアでしか行われない処理）は含まれない。
【００７５】
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
【００７６】
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
【００７７】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる溶接検査装置等は、溶接領域の状態を検査する検査装置等として適しており、特に超音波を用いて検査を行う溶接検査装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施の形態にかかる溶接検査装置のブロック図
【図２】同溶接検査装置の動作について説明するフローチャート
【図３】同溶接検査装置の、集束型探触子の配置を説明するための概略図
【図４】同溶接検査装置の、反射波強度と、集束型探触子と溶接領域との間の距離との関係を示す図
【図５】同溶接検査装置の、不良品の反射波強度から良品の反射波強度を減算して得られた差分と、集束型探触子と溶接領域との間の距離との関係を示す図
【図６】同溶接検査装置の、同集束型探触子と良品および不良品の溶接領域との位置関係を説明するための図
【図７】同溶接検査装置の、同集束型探触子と良品および不良品の溶接領域との位置関係を説明するための図
【図８】同溶接検査装置の、同集束型探触子と良品および不良品の溶接領域との位置関係を説明するための図
【図９】同溶接検査装置の、測定により得られた良品についての反射波強度と、集束型探触子と溶接領域との間の距離との関係を示す図
【図１０】同溶接検査装置の、集束型探触子と良品の溶接領域との位置関係を説明するための図
【図１１】同溶接検査装置の変形例を示す図
【符号の説明】
【００８０】
１  集束型探触子
２  信号出力部
３  信号受付部
４  処理部
５  出力部
１０、１１  溶接検査装置
１１  駆動部
２０、２０ａ、２０ｂ  検査対象物
２００、２００ａ、２００ｂ  溶接領域
【図１】
2008107121.tif 000003
【図２】
2008107121.tif 000004
【図３】
2008107121.tif 000005
【図４】
2008107121.tif 000006
【図５】
2008107121.tif 000007
【図６】
2008107121.tif 000008
【図７】
2008107121.tif 000009
【図８】
2008107121.tif 000010
【図９】
2008107121.tif 000011
【図１０】
2008107121.tif 000012
【図１１】
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