(57)【要約】【課題】溶接アセンブリを製作するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】  溶接アセンブリを製作するシステムおよび方法。本システムは、溶接システムおよび超音波検査装置を含むことができる。溶接システムを、第１部品を第２部品に溶接するように構成することができる。超音波検査装置は、溶接前検査および／または溶接後検査を容易にするように超音波ビームを送信することができる。【選択図】図１
2016061782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接アセンブリを製作する方法であって、
超音波ビームを送信する超音波検査装置を用いて第１部品と第２部品との間の間隙プロファイルを求めるステップであって、前記間隙プロファイルが、前記超音波ビームを送信し、前記第１部品と前記第２部品との間の間隙を示す反射信号を受信することによって求められる、ステップと、
前記間隙プロファイルの間隙が間隙閾値を超えているか否かを判断するステップと、
前記間隙が前記間隙閾値以下である場合、前記間隙プロファイルに基づいて溶接部パラメータを選択するステップと、
前記選択された溶接部パラメータに基づいて前記第１部品を前記第２部品に溶接して溶接部を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記間隙プロファイルの最大間隙が前記間隙閾値を超える場合、前記第１部品が前記第２部品に溶接されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記間隙プロファイルが、前記第１部品および前記第２部品を、前記第１部品が前記第２部品に対して回転しないように、前記超音波検査装置に対して軸を中心に回転させることにより求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１部品および前記第２部品が回転する時、前記第１部品および前記第２部品が前記軸を中心に少なくとも１回転する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記間隙プロファイルが、前記超音波検査装置を、前記第１部品および前記第２部品に対して軸を中心に回転させることによって求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記溶接部パラメータが、前記間隙プロファイルに応じて前記溶接部のサイズを変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１部品を前記第２部品に溶接した後、超音波検査装置を用いて、前記超音波ビームを、前記第１部品を通して前記第２部品まで送信し、前記溶接部における不連続部を示す反射信号を受信することにより、溶接後検査を実施するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶接後検査が、前記超音波検査装置に対して軸を中心に前記第１部品および前記第２部品を回転させることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
溶接アセンブリを製作する方法であって、
第１部品を第２部品に溶接して溶接部を形成するステップと、
前記第１部品を前記第２部品に溶接した後、超音波検査装置を用いて、前記超音波ビームを、前記第１部品を通して前記第２部品まで送信し、前記溶接部における不連続部を示す反射信号を受信することにより、溶接後検査を実施するステップであって、前記溶接後検査が、前記超音波検査装置に対して軸を中心に前記第１部品および前記第２部品を回転させること、または前記第１部品および前記第２部品に対して軸を中心に前記超音波検査装置を回転させることを含む、ステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記溶接部において検出された不連続部の総数が不連続部量閾値以下である場合に、前記溶接部を合格にするステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接部における前記不連続部の総内部体積が不連続部体積閾値以下である場合に、前記溶接部を合格にするステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶接部において検出された不連続部の総数が不連続部量閾値以下であり、かつ前記溶接部における前記不連続部の総内部体積が不連続部体積閾値以下である場合に、前記溶接部を合格にするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶接後検査が、前記反射信号に基づいて溶込み距離を求めることを含み、前記溶込み距離が溶込み距離閾値以上の場合、前記溶込み距離が十分である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶込み距離が前記溶込み距離未満である場合に、前記溶接部が不合格にされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶込み距離が前記溶込み距離閾値未満である場合に、前記溶込み距離に基づいて、後続する溶接部の位置決めを調整するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
溶接アセンブリを製作するシステムであって、
第１部品を第２部品に溶接するように構成された溶接システムと、
超音波ビームを、前記第１部品を通して送信し、前記第１部品と前記第２部品との間の間隙を示す反射信号を受信する超音波検査装置と、
を具備し、
前記溶接システムが、前記第１部品を前記第２部品に接合する溶接部のサイズを、前記反射信号に基づきかつ前記溶接システムによって前記溶接部を作成する前に生成される間隙プロファイルに基づいて変更する、システム。
【請求項１７】
前記溶接部が、前記第１部品および前記第２部品内に延在する軸の周囲に連続的に延在する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記溶接部が、前記第１部品を前記第２部品に溶接した後、前記超音波検査装置により、前記超音波ビームを、前記第１部品を通して前記第２部品まで送信し、前記溶接部における不連続部を示す反射信号を受信することにより検査される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１部品がディファレンシャルケースであり、前記第２部品がリングギアであり、前記ディファレンシャルケースおよび前記リングギアが協働して、ディファレンシャルアセンブリの少なくとも一部を形成する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１部品がディファレンシャルケースであり、前記第２部品がディファレンシャルキャップであり、前記ディファレンシャルケースおよび前記ディファレンシャルキャップが協働してディファレンシャルアセンブリの少なくとも一部を形成する、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、溶接アセンブリを製作するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接検査スキャナが、（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，０３７，７６３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少なくとも１つの実施形態では、溶接アセンブリを製作する方法が提供される。本方法は、超音波ビームを送信する超音波検査装置を用いて第１部品と第２部品との間の間隙プロファイルを求めるステップを含むことができる。間隙プロファイルを、超音波ビームを送信し、第１部品と第２部品との間の間隙を示す反射信号を受信することによって求めることができる。第１部品および第２部品を、間隙プロファイルの間隙が間隙閾値以下である場合に間隙プロファイルに基づいて選択することができる溶接パラメータに基づいて、溶接することができる。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態では、溶接アセンブリを製作する方法が提供される。本方法は、第１部品を第２部品に溶接して溶接部を形成するステップと、第１部品を第２部品に溶接した後、超音波検査装置を用いて溶接後検査を実施するステップとを含むことができる。溶接後検査を、超音波ビームを、第１部品を通して第２部品まで送信し、溶接部における不連続部を示す反射信号を受信することによって実施することができる。溶接後検査は、超音波検査装置に対して軸を中心に第１部品および第２部品を回転させること、または第１部品および第２部品に対して軸を中心に超音波検査装置を回転させることを含むことができる。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態では、溶接アセンブリを製作するシステムが提供される。本システムは、溶接システムおよび超音波検査装置を含むことができる。溶接システムを、第１部品を第２部品に溶接するように構成することができる。超音波検査装置は、超音波ビームを、第１部品を通して送信し、第１部品と第２部品との間の間隙を示すことができる反射信号を受信することができる。溶接システムは、間隙プロファイルに基づいて、第１部品を第２部品に接合することができる溶接部のサイズを変更することができる。間隙プロファイルは反射信号に基づくことができ、間隙プロファイルを、溶接システムによって溶接部を作成する前に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】溶接アセンブリを製作する例示的なシステムを示す。
【図２】ディファレンシャルアセンブリとして構成される溶接アセンブリの断面図である。
【図３】溶接アセンブリを製作する方法のフローチャートである。
【図４】溶接の前の第１部品および第２部品の拡大図である。
【図５Ａ】適切に配置された溶接部の拡大図である。
【図５Ｂ】図５Ａの溶接部の超音波検査装置からの画像を表す。
【図６Ａ】不適切に配置された溶接部の拡大図である。
【図６Ｂ】図６Ａの溶接部の超音波検査装置からの画像を表す。
【図７Ａ】不連続部がある例示的な溶接部の拡大図である。
【図７Ｂ】図７Ａの溶接部の超音波検査装置からの画像を表す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
必要に応じて、本明細書では本発明の詳細な実施形態について開示するが、開示される実施形態は、さまざまな形態および代替形態で具現化することができる本発明の単に例示的なものであることが理解されるべきである。図は、必ずしも正確な縮尺ではなく、特定の構成要素の詳細を示すためにいくつかの特徴が誇張されているかまたは最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示する具体的な構造的詳細および機能的詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に、当業者に対して本発明をさまざまに採用する方法を教示する代表的な基礎として解釈されるべきである。
【０００９】
図１を参照すると、溶接アセンブリ１２を製作する例示的なシステム１０が示されている。システム１０は、溶接システム２０、超音波検査装置２２および制御システム２４を含むことができる。
【００１０】
溶接システム２０を、第２部品２８に第１部品２６を溶接して溶接アセンブリ１２を形成するように構成することができる。図１では、溶接システム２０が複数の部品を合わせて溶接することができることを明らかにするために、２つの部品が第２部品２８と標識付けされている。溶接システム２０は、固定サブシステム３０、１つまたは複数の溶接ユニット３２およびエンコーダ３４を含むことができる。
【００１１】
固定サブシステム３０を、１つまたは複数の部品を支持するように構成することができる。たとえば、固定サブシステム３０は、第１部品２６および／または第２部品２８を直接または間接的に支持しかつ／または受け入れることができる。図１に示す実施形態では、固定サブシステム３０は、第１固定具４０および第２固定具４２を含む。第１固定具４０および／または第２固定具４２を、１つまたは複数の部品を、固定サブシステム３０に対して移動することができないように把持し固定するように構成することができる。さらに、固定サブシステム３０を、第１部品２６および第２部品２８等の１つまたは複数の部品を、軸４４を中心に回転させるように構成することができる。たとえば、固定サブシステム３０の軸４４を中心とする回転を容易にすることができるモータ等のアクチュエータを設けることができる。１つまたは複数の実施形態において、固定サブシステム３０が回転機能を提供しない場合があることも企図される。
【００１２】
１つまたは複数の溶接ユニット３２を、固定サブシステム３０に近接して配置することができる。溶接ユニット３２を、第１部品２６を第２部品２８に結合することができる１つまたは複数の溶接部を作成するように構成することができる。図１において、２つの溶接ユニット３２が示されているが、より多いかまたは少ない溶接ユニット３２を設けることができることが企図される。溶接ユニット３２は、任意の好適なタイプであり得る。たとえば、溶接ユニット３２を、レーザ溶接部またはアーク溶接部等、任意の好適なタイプの溶接部を提供するように構成することができる。図１において、溶接ユニット３２はレーザ溶接ユニットとして示されており、そこでは、例示的なレーザ溶接ビームは破線で示されている。溶接ユニット３２を固定することができ、または、軸４４の周囲を少なくとも部分的に延在することができる溶接部を設けることができるように、軸４４を中心に移動または回転するように構成することができる。
【００１３】
エンコーダ３４は、軸４４に対する固定サブシステム３０ならびに／または第１部品２６および第２部品２８の回転位置または角度位置を示すデータを提供することができる。エンコーダ３４は、任意の好適なタイプとすることができ、回転移動または角移動を検出するために任意の好適な位置に配置することができる。エンコーダ３４からの角度位置データを、超音波検査装置２２によって得られるデータと関連付けることができ、それにより、超音波検査装置２２によって検出されたデータまたはデータ点の角度位置を知り格納することができる。固定サブシステム３０が固定されている構成では、エンコーダ３４を省略することができる。
【００１４】
超音波検査装置２２を、溶接システム２０で溶接部を作成する前にかつ／または後に検査するために使用することができる。超音波検査装置２２は、１つまたは複数の超音波ビームを、第１部品２６、第２部品２８および／または第１部品２６を第２部品２８に接合することができる溶接部内にまたはそれを通過するように送信することができる。任意の好適な超音波検査装置を使用することができる。好適な超音波検査装置２２の例は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｈａｓｏｒ  ＸＳシリーズ、ポータブルフェーズドアレイ超音波深傷器である。超音波検査装置２２は、主ユニット４６およびプローブ４８を含むことができる。
【００１５】
主ユニット４６は、超音波検査装置２２の動作を制御することができるコントローラまたは制御ユニットを含むことができる。さらに、主ユニット４６は、キーパッドまたはオペレータ入力デバイスおよびディスプレイを含むことができる。
【００１６】
プローブ４８は、主ユニットと通信することができ、超音波ビームを送信することができる１つまたは複数の超音波ビームトランスデューサを含むことができる。たとえば、各々が超音波ビームを固定方向に送信または放出する複数のトランスデューサを設けることができ、または超音波検査装置２２は、電子的に操縦することができる超音波ビームを送信または放出するためにフェーズドアレイ超音波を採用することができる１つまたは複数のトランスデューサを有することができる。さらに、１つまたは複数のトランスデューサは、反射信号または反射超音波波形を受信することができる。超音波検査装置２２は、反射信号を処理し、第１部品２６を第２部品２８に溶接する前に、第１部品２６と第２部品２８との間に位置する１つまたは複数の間隙を示すことができる反射信号に基づいて、定量的データを特定し提供することができる。こうしたデータを用いて、後により詳細に考察するように、第１部品２６を第２部品２８に接合することができる溶接部のサイズを変更するように、溶接システム２０を制御することができる。さらに、超音波検査装置２２は、後により詳細に考察するように、溶接部にかつ／または溶接部に隣接して位置する不連続部を示すことができる反射信号に基づいて、定量的データを特定し提供することができる。
【００１７】
エンコーダ３４を、超音波検査装置２２に関連付けることができる。エンコーダは、軸４４に対するプローブの回転位置または角度位置を示すデータを提供することができる。エンコーダ３４からの角度位置データを、超音波検査装置２２によって得られるデータと関連付けることができ、それにより、超音波検査装置２２によって検出されるデータまたはデータ点の角度位置を知り格納することができる。プローブ４８が固定されている構成では、プローブ４８の角移動または角度位置を検出するエンコーダ３４を省略することができる。
【００１８】
制御システム２４は、システム１０の構成要素の動作をモニタリングし制御することができる。制御システム２４は、溶接システム２０および超音波検査装置２２等のさまざまな構成要素をモニタリングしかつ／または制御することができる、マイクロプロセッサベースのコントローラまたは制御モジュールを含むことができる。制御システム２４はまた、さまざまなセンサまたは入力デバイスと通信することができる。たとえば、制御システム２４を、エンコーダ３４および／または主ユニット４６から信号またはデータを受け取るように構成することができる。
【００１９】
図２を参照すると、例示的な溶接アセンブリ１２が示されている。図２では、溶接アセンブリ１２は、車軸アセンブリ、トランスファケースまたは車輪ハブアセンブリ等の車両動力伝達系アセンブリを設けることができるディファレンシャルアセンブリとして構成されている。ディファレンシャルアセンブリは、車軸等の２つの異なるシャフトが異なる速度で回転するのを可能にするようにトルクを伝達することができる。少なくとも１つの実施形態では、ディファレンシャルアセンブリは、リングギア５０、ディファレンシャルケース５２、ディファレンシャルキャップ５４およびディファレンシャルユニット５６を含むことができる。例示の目的で、ディファレンシャルケース５２を第１部品２６とすることができ、リングギア５０および／またはディファレンシャルキャップ５４を第２部品２８とすることができる。
【００２０】
リングギア５０を、軸４４を中心に回転するように構成することができる。リングギア５０は、中心穴６０および一組の歯６２を有することができる。中心穴６０は、軸４４の周囲に延在することができ、ディファレンシャルケース５２を受け入れることができる。リングギア５０を、ディファレンシャルケース５２の上に固定して配置することができる。たとえば、リングギア５０を、第１溶接部６４によってディファレンシャルケース５２に溶接することができる。第１溶接部６４は、軸４４の周囲に連続して延在することができ、リングギア５０の一組の歯６２とは反対側に配置され得る。１つまたは複数の実施形態では、第１溶接部６４は、軸４４に対して概して垂直に延在することができる。一組の歯６２を、中心穴６０の周囲に配置することができ、それら一組の歯６２は、軸４４とは異なる軸を中心に回転することができる、ピニオンギア等の別のギアの対応する歯と係合し嵌合することができる。
【００２１】
ディファレンシャルケース５２は、ディファレンシャルアセンブリのさまざまな構成要素を受け入れることができる。たとえば、ディファレンシャルケース５２を、ディファレンシャルキャップ５４および／またはディファレンシャルユニット５６に近接して配置することができ、かつそれらを受け入れることができる。ディファレンシャルケース５２を、ディファレンシャルアセンブリを支持することができるハウジングに対して回転するように構成することができる。たとえば、ディファレンシャルケース５２を軸受の上に回転可能に配置することができ、軸受を、ハウジング内に配置することができ、軸受はディファレンシャルアセンブリの軸４４を中心とする回転を容易にすることができる。少なくとも１つの実施形態では、ディファレンシャルケース５２は、第１開口部７０、第２開口部７２、空洞７４および一組のスパイダピン穴７６を含むことができる。
【００２２】
第１開口部７０は、軸４４の周囲に延在することができ、第１開口部７０を、ディファレンシャルユニット５６に動作可能に結合することができる第１シャフトを受け入れるように構成することができる。たとえば、第１シャフトは、ディファレンシャルユニット５６からトルクを受け取ることができる。
【００２３】
第２開口部７２は、軸４４の周囲に延在することができ、第２開口部７２を、第１開口部７０の反対側に配置することができる。第２開口部７２を、ディファレンシャルキャップ５４を受け入れるように構成することができる。
【００２４】
空洞７４を、第１開口部７０と第２開口部７２との間に配置することができる。空洞７４は、軸４４に沿って延在することができ、空洞７４を、ディファレンシャルユニット５６を受け入れるように構成することができる。
【００２５】
一組のスパイダピン穴７６を、軸４４の周囲に配置することができる。一組のスパイダピン穴７６は、空洞７４から延在することができ、一組のスパイダピン穴７６を、リングギア５０と空洞７４との間に配置することができる。
【００２６】
ディファレンシャルキャップ５４を、ディファレンシャルケース５２の第２開口部７２に近接して配置することができ、その第２開口部７２内に受け入れることができる。ディファレンシャルキャップ５４は、ディファレンシャルキャップ開口部を含むことができる。ディファレンシャルキャップ開口部は、軸４４の周囲に延在して、ディファレンシャルユニット５６に動作可能に結合することができる第２シャフトを受け入れるように構成することができる。たとえば、第２シャフトは、ディファレンシャルユニット５６からトルクを受け取ることができる。
【００２７】
ディファレンシャルキャップ５４を、ディファレンシャルケース５２の上に固定して配置することができる。したがって、ディファレンシャルキャップ５４は、軸４４を中心にディファレンシャルケース５２とともに回転することができる。さらに、ディファレンシャルキャップ５４を、軸受の上に回転可能に配置することができ、軸受を、ハウジング内に配置することができ、軸受は、ディファレンシャルアセンブリの軸４４を中心とする回転を容易にすることができる。
【００２８】
ディファレンシャルキャップ５４を、第２溶接部７８によってディファレンシャルケース５２に溶接することができる。第２溶接部７８は、軸４４の周囲に連続して延在することができ、第２溶接部７８を、概して、リングギア５０の一組の歯６２から反対側に配置することができる。１つまたは複数の実施形態では、第２溶接部７８は、軸４４に対して概して平行に延在することができる。第２溶接部７８を、第１溶接部６４から完全に間隔を空けて配置することができる。さらに、第２溶接部７８は、第１溶接部６４に対して角度をなして延在することができる。たとえば、第１溶接部６４は、１つまたは複数の実施形態では、第２溶接部７８に対して実質的に垂直に延在することができる。
【００２９】
ディファレンシャルユニット５６を、第１シャフトおよび第２シャフトが異なる速度で回転するのを可能にするように、または第１シャフトおよび第２シャフトが異なる速度で回転するのを阻止するように構成することができる。ディファレンシャルユニット５６を、概してリングギア５０の中心穴６０に配置することができ、ディファレンシャルケース５２の空洞７４内に配置することができる。少なくとも１つの実施形態では、ディファレンシャルユニット５６は、第１ギア８０、第２ギア８２、スパイダ８４および複数のピニオンギア８６を含むことができる。
【００３０】
第１ギア８０を、ディファレンシャルケース５２に近接して配置することができ、第１シャフトに結合することができる。たとえば、第１ギア８０を、軸４４に沿って配置することができ、第１ギア８０は中心ボアを有することができる。中心ボアは第１シャフトを、第１ギア８０が第１シャフトに対して回転することができないように受け入れることができる。第１ギア８０は、スパイダ８４およびピニオンギア８６の方に面している第１ギア８０の側または面に配置することができる一組の歯を含むことができる。第１ギア８０とディファレンシャルケース５２との間に、第１ギア８０の第２ギア８２から離れる軸４４に沿った移動または軸方向移動を阻止するように、スラストワッシャ８８を設けることができる。
【００３１】
第２ギア８２を、第１ギア８０から間隔を空けて配置することができ、かつ第１ギア８０に対向して配置することができる。第２ギア８２は、１つまたは複数の実施形態では、第１ギア８０と実質的に同じ構成を有することができる。第２ギア８２を、ディファレンシャルキャップ５４に近接して配置することができ、第２シャフトに結合することができる。たとえば、第２ギア８２は、軸４４に沿って延在することができ、中心ボアを有することができる。中心ボアは第２シャフトを、第２ギア８２が第２シャフトに対して回転することができないように受け入れることができる。第２ギア８２もまた、スパイダ８４およびピニオンギア８６の方に面している第２ギア８２の側または面に配置することができる一組の歯を含むことができる。第２ギア８２とディファレンシャルキャップ５４との間に、第２ギア８２の第１ギア８０から離れる軸方向移動を阻止するように、スラストワッシャ８８を設けることができる。
【００３２】
スパイダ８４を、ディファレンシャルケース５２内に配置することができ、第１ギア８０および／または第２ギア８２に対して軸４４を中心に回転するように構成することができる。スパイダ８４は、第１スパイダ軸９２および第２スパイダ軸９４に沿って配置することができる一組のピン９０を含むことができる。第１スパイダ軸９２および第２スパイダ軸９４は、交差することができ、それらを、互いに対して実質的に垂直にかつ軸４４に対して実質的に垂直に配置することができる。ピン９０の端部を、ディファレンシャルケース５２の対応するスパイダピン穴７６内に受け入れることができ、ディファレンシャルユニット５６の回転を妨げないようにハウジングから間隔を空けて配置することができる。
【００３３】
ピニオンギア８６を、各ピン９０の上に回転可能に配置することができる。各ピニオンギア８６を、概して、ディファレンシャルケース５２の空洞７４内に配置することができ、スラストワッシャ８８によって対応するピン９０の上に保持することができる。たとえば、２つのピニオンギア８６は、第１スパイダ軸９２に沿って延在することができる対応するピン９０を中心に回転することができ、２つのピニオンギア８６は、第２スパイダ軸９４に沿って延在することができる対応するピン９０を中心に回転することができる。各ピニオンギア８６は、第１ギア８０および第２ギア８２の歯と嵌合することができる一組の歯を含むことができる。
【００３４】
図３を参照すると、溶接アセンブリを製作する方法のフローチャートが示されている。溶接アセンブリを、上述したシステム１０を用いて製作することができる。本方法について、主に、第１部品を第２部品に溶接することに関して説明する。たとえば、ディファレンシャルアセンブリに関して、第１部品２６をディファレンシャルケースとすることができ、第２部品２８をリングギアおよび／またはディファレンシャルキャップとすることができる。
【００３５】
ブロック１００において、方法は、溶接すべき部品を位置決めすることができる。たとえば、第１部品２６および第２部品２８を、溶接すべき位置または領域において、第１部品２６を第２部品２８に隣接して配置することができるように、固定サブシステム３０の締付具または固定具において位置決めすることができる。したがって、第１部品２６の少なくとも一面を、所望の溶接位置に近接する第２部品２８の少なくとも一面に近接して配置することができ、かつそれと係合させることができる。溶接の前に第１部品２６および第２部品２８を位置決めする一例を図４に示す。図４において、第１部品２６の表面は、第２部品２８の表面に隣接して配置されている。理想的には、第１部品２６の表面および第２部品２８の表面は、溶接すべき領域において表面の間に間隙が存在し得ないように互いに当接することができる。しかしながら、不連続部（たとえば、汚染物質、空隙、突起等）、表面仕上げのばらつきまたは他の要因のために、表面の間に１つまたは複数の間隙９８が存在する場合がある。したがって、第１部品２６の表面は第２部品２８の表面と異なる可能性があり、それにより、それらの表面の間に１つまたは複数の間隙が存在する可能性がある。
【００３６】
ブロック１０２において、間隙プロファイルを求めるために、溶接前検査を行うことができる。溶接前検査を、超音波検査装置２２を用いて行うことができる。間隙プロファイルを、１つまたは複数の超音波ビームを送信し、その後、第１部品２６と第２部品２８との間の相対的な位置決めを示すことができる反射信号を受信することによって求めることができる。たとえば、超音波検査装置２２は、１つまたは複数の超音波ビームを、第１部品２６を通して第２部品２８にまたはそれに向かって送信し、その後、第１部品２６と第２部品２８との間の間隙または距離を示すことができる反射信号を受信することができる。
【００３７】
間隙プロファイルを、溶接部が提供されるべき領域に沿って溶接の前に求めることができる。第１部品２６および第２部品２８ならびに超音波検査装置２２は、溶接前検査中、延長された距離に沿って間隙プロファイルを生成することができるように、互いに対して移動することができる。たとえば、第１部品２６および第２部品２８を固定位置で保持することができ、一方で、超音波検査装置２２が、第１部品２６および第２部品２８に対して軸４４を中心に移動または回転する。超音波検査装置２２は、溶接前検査中、所定の角度距離にわたって移動または回転することができる。たとえば、超音波検査装置２２は、溶接部が軸４４の周囲に連続して延在することになる場合、軸４４の周囲にまたはそれを中心におよそ３６０°または少なくとも１回転、回転することができる。別法として、超音波検査装置２２を固定位置で保持することができ、一方で、第１部品２６、第２部品２８が、超音波検査装置２２に対して軸４４を中心に合わせて移動または回転する。たとえば、溶接システム２０の固定サブシステム３０は、溶接部が軸４４の周囲に連続して延在することになる場合、第１部品２６および第２部品２８を軸４４の周囲におよそ３６０°または少なくとも１回転、回転させることができる。別のオプションとして、超音波検査装置２２ならびに第１部品２６および第２部品２８は、互いに対して軸４４を中心に同時に回転することができる。たとえば、超音波検査装置２２は軸４４を中心に第１方向に回転することができ、一方で、第１部品２６および第２部品２８は、軸４４を中心に第２方向または反対方向に合わせて回転することができる。したがって、複数の角度位置でしたがって３次元領域にわたって第１部品２６と第２部品２８との間の間隙または距離を示すことができるデータ点を含むことができる、間隙プロファイルを生成することができる。間隙プロファイルを、上述したように１つまたは複数のエンコーダ３４によって提供される角度位置に関連付けることができる。
【００３８】
超音波検査装置２２のプローブ４８は、超音波信号が送信され反射される時、第１部品２６または第２部品２８等の部品と直接物理的に接触することができる。たとえば、プローブ４８は、第１部品２６の表面と係合することができ、かつプローブ４８を、検査されている溶接部から間隔を空けて配置することができる。別法として、またはさらに、超音波検査および／またはプローブ４８と第１部品２６および第２部品２８との間との間の相対的な回転移動を容易にするために、プローブ４８と部品との間に潤滑剤またはゲルを施すことができる。プローブ４８に対するあり得る熱損傷を回避するために、溶接の前にプローブ４８を部品から分離することができる。さらに、水浴に部品を浸漬することなく、溶接前検査を行うことができる。
【００３９】
ブロック１０４において、方法は、間隙サイズが間隙閾値以下であるか否かを判断することができる。たとえば、方法は、間隙プロファイルの最大間隙または第１部品２６と第２部品２８との間の最大距離を求め、その最大距離を間隙閾値と比較することができる。間隙閾値は、溶接システム２０が適切な溶接部を提供することができない可能性がある間隙サイズまたは超えると適切な溶接部を提供することができなくなる可能性がある間隙サイズを示すことができる。間隙閾値は、開発試験に基づくことができる所定値であり得る。間隙サイズまたは最大間隙が間隙閾値を超える場合、方法または方法反復は、第１部品を第２部品に溶接することなくブロック１０６において終了する可能性がある。間隙サイズまたは最大間隙が間隙閾値以下である場合、方法はブロック１０８において続けることができる。
【００４０】
ブロック１０８において、間隙プロファイルに基づいて溶接部パラメータを選択することができる。溶接部パラメータを、溶接中に、間隙プロファイルに応じて溶接部のサイズを変化させるように調整することができる。したがって、システム１０を、第１部品２６を第２部品２８に適切に接合し、所望のまたは目標溶込み距離にわたって第１部品２６と第２部品２８との間の間隙をなくすように、溶接部の構成を変化させるように操作することができる。たとえば、溶接システム２０と第１部品２６および第２部品２８との間の回転速度または角速度を、より大きい溶接部サイズが望まれる場合に相対的な角速度を低下させることによる等、変化させることができる。採用される溶接のタイプによって決まる可能性がある他の溶接部パラメータもまた、変更することができる。たとえば、レーザ溶接を採用する溶接システム２０において、レーザに提供される出力は、焦点に近接する間隙サイズが増大するに従って増大する可能性がある。アーク溶接またはブレーズ溶接等、消耗ワイヤ電極のような充填材を採用する溶接システム２０では、充填材の量またはワイヤ電極供給速度は、間隙サイズが増大するに従って増大する可能性がある。
【００４１】
ブロック１１０において、第１部品２６および第２部品２８を合わせて溶接するか、またはそれらに１つあるいは複数の溶接部６４、７８を提供することができる。第１部品２６および第２部品２８を、溶接システム２０を用いて合わせて溶接することができ、選択された溶接部パラメータを用いて操作することができる。第１部品２６および第２部品２８ならびに溶接ユニット３２は、溶接中、互いに対して移動することができる。たとえば、第１部品２６および第２部品２８を、固定された溶接ユニット３２に対して軸４４を中心に回転させることができ、溶接ユニット３２を、固定された第１部品２６および第２部品２８に対して軸４４を中心に回転させることができ、または、第１部品２６および第２部品２８ならびに溶接ユニット３２を、ブロック１０２に関して上述したプローブ４８と第１部品２６および第２部品２８との間の相対移動オプションと同様に、反対方向に同時に回転させることができる。たとえば、軸４４の周囲に完全に延在する連続した溶接部を、溶接ユニット３２ならびに／または第１部品２６および第２部品２８を、軸４４を中心にまたはその周囲でおよそ３６０°回転させることにより、提供することができる。
【００４２】
ブロック１１２において、溶接部の構成および品質を評価するために、溶接後検査を行うことができる。溶接後検査を、ブロック１０２において上述した溶接前検査と同様に、超音波検査装置２２を用いて実施または実行することができる。したがって、１つまたは複数の超音波ビームを放出または送信することができ、その後、反射信号を受信することができる。さらに、溶接部全体または溶接部６４、７８の所望の部分の検査を容易にするために、溶接された第１部品２６および第２部品２８とプローブ４８との間の相対移動を可能にすることができる。たとえば、溶接された第１部品２６および第２部品２８を、超音波検査装置２２のプローブ４８に対して軸４４を中心に回転させることができ、またはその逆も可能である。反射信号は、溶接部の構成（たとえば、溶接部サイズ、溶込み距離等）を示すことができ、溶接部内にまたはその近くに位置する不連続部を示すことができる。不連続部は、溶接部内の空隙または空洞（溶接部の孔、溶接部の亀裂等）、および溶接部に隣接する空隙または空洞（溶接部に隣接する熱影響域に沿った亀裂、溶接部によって充填されなかった空隙または間隙等）を含むことができる。さらに、不連続部のサイズ、形状および／または位置を測定し定量化することができる。
【００４３】
ブロック１１４において、溶込み距離または溶込み深さを評価することができる。溶込み距離は、溶接後検査中に得られる反射信号に基づくことができる。溶込み距離を、図５Ａおよび図５Ｂならびに図６Ａおよび図６Ｂを参照して最もよく理解することができる。
【００４４】
図５Ａには、適切な位置を有する溶接部が示されている。図５Ａにおいて、第１溶接部６４または第２溶接部７８であり得る溶接部２００は、線２０２を中心とし、溶込み距離Ｄ１を有している。線２０２を、溶接部中心線２０２と呼ぶことができる。図５Ａにおいて、溶接部中心線２０２は、目標溶接部位置または所望の溶接部中心線２０４と実質的に一致することができる。溶込み距離Ｄ１を、溶接部２００の頂部から溶接部２００の底部まで測定することができる。
【００４５】
図５Ｂには、超音波検査装置２２によって提供することができるこの溶接部２００の関連画像が示されている。境界線２１０および２１２は、溶接部２００の頂部および底部の予測される位置をそれぞれ表すかまたは含むことができ、境界線２１０と境界線２１２との間の領域は、溶接部２００の頂部と底部との間の領域を示すことができる。図５Ｂでは、境界線２１０と境界線２１２との間にいかなる線もアーチファクトも示されておらず、それは適切な溶込み距離を示す。
【００４６】
図６Ａには、適切な位置を有していない溶接部２００’が示されている。図６Ａにおいて、溶接部２００’は、この場合もまた線２０２を中心とし、溶込み距離Ｄ２を有している。溶込み距離Ｄ２、すなわち溶接部２００’の頂部から溶接部２００’の底部までの距離は、溶込み距離Ｄ１のおよそ半分である。このように溶込み距離の低減は、溶接部中心線２０２と目標溶接部位置または所望の溶接部中心線２０４との位置ずれの結果である。この位置ずれにより、距離Ｄ３に沿って溶接部が提供されないことになる。
【００４７】
図６Ｂにおいて、距離Ｄ３に沿って溶接部がないことが、線２１４として示されており、線２１４は、下方境界線２１２から溶接部２００’の底部を表す点まで延在している。線２１４の長さは、溶接部２００’の底部から境界線２１２までの距離に比例することができる。したがって、超音波検査装置２２によって実行される溶接後検査は、溶込み距離を検出しかつ定量化することができ、それにより、実際の溶接部中心線２０２と所望の溶接部中心線２０４との間の位置ずれ距離を定量化し、溶接部中心線２０２を所望の溶接部中心線２０４または所望の溶接部位置により近接するように調整する品質制御に使用することができる。たとえば、（溶接部中心線２０２に対応する位置を有する）溶接ユニット３２を（第１部品２６および第２部品２８の位置ならびに所望の溶接部位置に対応することができる位置を有する）固定サブシステム３０に対して移動させるべき距離および方法を、計算するか、または開発試験中に投入することができるルックアップテーブルのデータに基づかせることができる。
【００４８】
溶込み距離が溶込み距離閾値未満である場合、溶込み距離は十分でない可能性があり、方法はブロック１１６で続けることができる。溶込み距離が溶込み距離閾値以上の場合、溶込み距離は十分である可能性があり、方法はブロック１１８において続けることができる。
【００４９】
ブロック１１６において、溶接部を不合格にするかまたは再加工することができ、溶接部位置または位置合せを、後続する溶接部に対して調整することができる。溶接部位置または位置合せを、溶込み距離を、少なくとも後に溶接される部品に対する溶込み距離閾値まで増大させるように調整することができる。たとえば、溶接ユニット３２の位置を、固定サブシステム３０に対して調整することができ、その逆も可能である。したがって、溶接部中心線２０２を所望の溶接部中心線２０４に位置合せするかまたはそれにより近接して配置することができ、それにより、後続して溶接される部品に対して溶込み距離を増大させることができる。したがって、方法は、先に溶接された部品の検出された溶込み距離が溶込み距離閾値未満である場合、その検出された溶込み距離に基づいて、後続する溶接部の位置決めを調整することができる。したがって、方法は、不適切な溶込み距離を自動的に検出することができ、かつ仕様を満たしスクラップを低減するように、後続して溶接される部品に対して溶接システム２０を自動的に調整することができる、閉ループシステムを提供することができる。
【００５０】
ブロック１１８において、方法は、溶接部における検出された不連続部が許容可能であるか否かを判断することができる。不連続部を、量および／または体積等、検出された不連続部の特性に基づいて評価することができる。不連続部の例を図７Ａおよび図７Ｂに示す。図７Ａにおいて、凝固割れ２２０、空隙２２２および未溶接領域２２４を有する溶接部が示されている。これらの欠陥を、超音波検査装置２２によって検出することができ、これらの欠陥により図７Ｂに示す例示的な画像をもたらすことができる。超音波検査装置２２のソフトウェアを、当業者に既知であるように不連続部を検出し定量化しまたは定義するように構成することができ、それにより、個々の欠陥を計数することができ、それらの内部体積を測定することができる。超音波検査装置２２によって検出される溶接部不連続部の総数が不連続部量閾値未満である場合、かつ／または溶接部不連続部の総内部体積が、不連続部体積閾値以下である場合、溶接部２００は許容可能であり得る。閾値不連続部量および閾値不連続部体積は、開発試験に基づくことができる所定値であり得る。
【００５１】
溶接部不連続部または溶接部において検出された不連続部の総数が、不連続部量閾値以上でなく、かつ／または溶接部不連続部の総内部体積が不連続部体積閾値を超える場合、ブロック１２０において、溶接部２００を不合格にすることができる。不合格にされた溶接部を有する溶接アセンブリ１２を、後に修復しあるいは再加工することができ、または溶接部を適切に修復または再加工することができない場合、廃棄することができる。溶接部不連続部または溶接部２００において検出された不連続部の総数が不連続部量閾値以下であり、かつ／または溶接部不連続部の総内部体積が不連続部体積閾値以下である場合、ブロック１２２において溶接部を合格にすることができる。
【００５２】
少なくとも１つの実施形態では、上述したシステムおよび方法により、溶接部を、破壊試験なしに、（染色浸透液を用いる等の）視覚的検査なしに、かつ溶接部および関連する部品を水浴に浸漬させることなく検査することができる。したがって、検査時間および関連する検査コストを低減させることができる。さらに本システムおよび方法により、溶接部検査を、自動化し、溶接アセンブリラインの一部として実行することができる。さらに、本システムおよび方法により、正しい溶接部位置決めを維持するようにフィードバックを提供することができる。
【００５３】
例示的な実施形態について上述しているが、これらの実施形態は本発明のあり得るすべての形態を記述するようには意図されていない。むしろ、本明細書で使用する用語は、限定ではなく説明の用語であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくさまざまな変更を行うことができることが理解される。さらに、さまざまな実施する実施形態の特徴を結合して、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  システム
１２  溶接アセンブリ
２０  溶接システム
２２  超音波検査装置
２４  制御システム
２６  第１部品
２８  第２部品
３０  固定サブシステム
３２  溶接ユニット
３４  エンコーダ
４４  軸
４６  主ユニット
４８  プローブ
５０  リングギア
５２  ディファレンシャルケース
５４  ディファレンシャルキャップ
５６  ディファレンシャルユニット
６０  中心穴
６２  歯
６４  第１溶接部
７０  第１開口部
７２  第２開口部
７４  空洞
７６  スパイダピン穴
７８  第２溶接部
８０  第１ギア
８２  第２ギア
８４  スパイダ
８６  ピニオンギア
８８  スラストワッシャ
９０  ピン
９２  第１スパイダ軸
９４  第２スパイダ軸
９８  空隙
２００  溶接部
２０２  溶接部中心線
２０４  溶接部中心線
２１０  境界線
２１２  境界線
２２２  空隙
２２４  未溶接領域
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2016061782.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【外国語明細書】
2016061782000001.pdf