(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果から多重反射波が検出される部分を抽出し、抽出された前記部分における前記反射波に基づいて、前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行する処理装置を備えた処理システム。
【請求項２】
前記処理装置は、前記検出器が前記溶接対象に接触していると判定したとき、前記検出結果に基づいて、前記溶接対象に対する前記検出器の傾きの算出又は前記溶接対象の検査を実行する請求項１記載の処理システム。
【請求項３】
前記処理装置は、前記検出器が前記溶接対象に接触していると判定したとき、前記第１判定で用いた前記検出結果に基づいて、前記溶接対象に対する前記検出器の傾きの算出又は前記溶接対象の検査を実行する請求項１記載の処理システム。
【請求項４】
前記処理装置は、抽出された前記部分における前記反射波の強度を積算又は平均した第１判定値を、予め設定された第１閾値と比較することで、前記第１判定を実行する請求項１〜３のいずれか１つに記載の処理システム。
【請求項５】
前記処理装置は、
部材に前記検出器を接触させたときの前記反射波の第１検出結果から、多重反射波が検出される第１部分を抽出し、前記第１部分における前記反射波の強度を平均又は積算して第１参照値を算出し、
前記部材と前記検出器を離したときの前記反射波の第２検出結果から、多重反射波が検出される第２部分を抽出し、前記第２部分における前記反射波の強度を平均又は積算して第２参照値を算出し、
前記第１参照値と前記第２参照値との間に前記第１閾値を設定する、
請求項４記載の処理システム。
【請求項６】
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果に基づいて前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行する処理装置を備えた処理システムであって、
前記処理装置は、前記検出結果に含まれる前記反射波のピークの周期、ピークの位置、又はスペクトルの位置を、予め設定された条件と比較することで、前記第１判定を実行する、処理システム。
【請求項７】
前記処理装置は、前記検出器が前記溶接対象に接触していないと判定したとき、ユーザに報知する請求項１〜６のいずれか１つに記載の処理システム。
【請求項８】
前記検出器と、
アクチュエータを含み、前記検出器が取り付けられる可動機構と、
前記検出器及び前記可動機構を制御する制御装置と、
をさらに備えた請求項１〜７のいずれか１つに記載の処理システム。
【請求項９】
前記検出結果を示す画像を含むユーザインタフェースを表示させる表示装置をさらに備えた請求項１〜８のいずれか１つに記載の処理システム。
【請求項１０】
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果に基づいて前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行する処理装置と、
前記検出結果を示す画像を含むユーザインタフェースを表示させる表示装置と、
を備えた処理システムであって、
前記処理装置は、
前記ユーザインタフェースにおいて、ユーザが前記画像に対して入力した範囲の指定を受け付け、
指定された前記範囲における前記反射波の強度を積算又は平均した第１判定値を、予め設定された第１閾値と比較することで、前記第１判定を実行する、
処理システム。
【請求項１１】
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果から多重反射波が検出される部分を抽出し、抽出された前記部分における前記反射波に基づいて、前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行する、処理方法。
【請求項１２】
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果に基づいて前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行する、処理方法であって、
前記検出結果に含まれる前記反射波のピークの周期、ピークの位置、又はスペクトルの位置を、予め設定された条件と比較することで、前記第１判定を実行する、処理方法。
【請求項１３】
前記検出器が前記溶接対象に接触していると判定したとき、前記検出結果に基づいて、前記溶接対象に対する前記検出器の傾きの算出又は前記溶接対象の検査を実行する請求項１１又は１２に記載の処理方法。
【請求項１４】
コンピュータに、
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果から多重反射波が検出される部分を抽出させ、
抽出された前記部分における前記反射波に基づいて、前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行させる、
プログラム。
【請求項１５】
コンピュータに、
第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果に基づいて前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定する第１判定を実行させる、
プログラムであって、
前記検出結果に含まれる前記反射波のピークの周期、ピークの位置、又はスペクトルの位置を、予め設定された条件と比較させることで、前記第１判定を実行させる、プログラム。
【請求項１６】
前記検出器が前記溶接対象に接触していると判定されたとき、前記コンピュータに、前記検出結果に基づいて、前記溶接対象に対する前記検出器の傾きの算出又は前記溶接対象の検査を実行させる請求項１４又は１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１つに記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、処理システム、処理方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接では、２つ以上の部材の一部同士が溶融して接合させる。溶接された部材は、溶接された部分（以下、溶接部という）が、適切に接合されているか検査される。例えば、非破壊の検査では、検出器を把持した人（検査者）が、検出器を溶接部に接触させる。検出器から溶接部に向けて超音波が送信され、その反射波に基づいて接合の有無が検査される。
【０００３】
検査の際に、検出器が適切に溶接部と接触していないと、溶接部の状態を反映した反射波が検出できない。従って、検査時には、検出器が溶接部と適切に接触していることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１９−９０７２７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】牛島彰、齊藤真拡、松本真（２０１９）「非破壊検査で省人化と信頼性向上に貢献するスポット溶接検査ロボット」『東芝レビュー』ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．４，ｐｐ．２５−２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、検出器が溶接対象へ接触しているか判定できる、処理システム、処理方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る処理システムは、第１判定を実行する処理装置を備える。前記第１判定では、第１方向に配列された複数の検出素子を含み、溶接対象に向けて超音波を送信して反射波を検出する検出器によって前記反射波が検出されると、検出結果に基づいて前記検出器が前記溶接対象に接触しているか判定される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る処理システムの構成を表すブロック図である。
【図２】非破壊検査の様子を表す模式図である。
【図３】検出器先端の内部構造を表す模式図である。
【図４】実施形態に係る処理システムを用いた検出器の接触判定の流れを表すフローチャートである。
【図５】検出器による探査の様子を表す模式図である。
【図６】反射波の検出結果を示す画像の模式図である。
【図７】反射波の強度分布を例示するグラフである。
【図８】表示装置に表示されるユーザインタフェースの一例である。
【図９】反射波の強度分布を例示するグラフである。
【図１０】スペクトルを例示するグラフである。
【図１１】実施形態に係る処理システムを用いた検査の流れを表すフローチャートである。
【図１２】一断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
【図１３】Ｚ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
【図１４】反射波の強度分布をフィルタリングした結果を例示するグラフである。
【図１５】反射波の検出結果を例示する模式図である。
【図１６】Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布の一例である。
【図１７】反射波の検出結果を例示する模式図である。
【図１８】実施形態に係る処理システムにおける範囲の推定の流れを表すフローチャートである。
【図１９】反射波の検出結果を例示する画像である。
【図２０】実施形態に係る処理システムによる処理を説明するための図である。
【図２１】実施形態に係る処理システムにより得られた画像の一例である。
【図２２】実施形態に係る処理システムにより得られた画像の一例である。
【図２３】実施形態に係る処理システムによる検査方法を説明するための模式図である。
【図２４】実施形態の変形例に係る処理システムの構成を表す模式図である。
【図２５】実施形態の変形例に係る処理システムの一部を表す斜視図である。
【図２６】実施形態の変形例に係る処理システムの動作を表すフローチャートである。
【図２７】システムのハードウェア構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る処理システムの構成を表すブロック図である。
図１に表したように、実施形態に係る処理システム１００は、処理装置１１０及び記憶装置１２０を備える。記憶装置１２０は、溶接検査に関するデータを記憶する。処理装置１１０は、溶接検査に関するデータを処理する。
【００１１】
図１に表した処理システム１００は、検出器１３０、入力装置１４０、及び表示装置１５０をさらに備える。検出器１３０は、対象に向けて超音波を送信し、その反射波を検出（受信）する。検出器１３０は、例えばプローブを含む。以降では、検出器１３０による超音波の送信及び反射波の検出を、探査（プロ−ビング）という。
【００１２】
処理装置１１０は、検出された反射波に基づいて、様々な処理を実行する。例えば、処理装置１１０は、表示装置１５０にユーザインタフェースを表示させる。ユーザは、表示装置１５０に表示されたユーザインタフェースを通して、処理によって得られたデータを容易に確認できる。また、ユーザは、入力装置１４０により、ユーザインタフェースを介して処理装置１１０へデータを入力できる。
【００１３】
ここで、溶接検査について具体的に説明する。溶接検査では、溶接部の非破壊検査が行われる。
【００１４】
図２は、非破壊検査の様子を表す模式図である。
検出器１３０は、溶接部を検査するための複数の検出素子を含む。検出器１３０は、例えば図２に表したように、人が手で把持できる形状を有する。検出器１３０を把持した人は、検出器１３０の先端を溶接部１３に接触させ、溶接部１３を検査する。ここでは、人が検出器１３０を把持し、溶接検査を実行する例について説明する。以降では、検出器１３０を把持し、溶接検査を実行する人（例えば検査者）を、ユーザという。
【００１５】
図３は、検出器先端の内部構造を表す模式図である。
検出器１３０先端の内部には、図３に表したように、複数の検出素子１３２を含む素子アレイ１３１が設けられている。検出素子１３２は、例えば、トランスデューサである。素子アレイ１３１は、例えば、１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の超音波を発する。複数の検出素子１３２は、一方向に線状に配列されても良いし、互いに交差する二方向にマトリクス状に配列されても良い。図３に表した例では、複数の検出素子１３２は、互いに直交するＸ方向（第１方向）及びＹ方向（第２方向）に配列されている。
【００１６】
素子アレイ１３１は、例えば硬質伝搬部材１３３により被覆されている。検出器１３０の先端を溶接部１３に接触させた際、硬質伝搬部材１３３は、素子アレイ１３１と溶接部１３との間に位置する。硬質伝搬部材１３３は、超音波が伝搬し易い樹脂材料などにより構成される。溶接部１３表面の形状に応じた硬質伝搬部材１３３を設けることで、溶接部１３の内部まで超音波を伝搬させ易くなる。また、硬質伝搬部材１３３により、検出器１３０が溶接部１３へ接触した際の素子アレイ１３１の変形、損傷などを抑制できる。硬質伝搬部材１３３は、溶接部１３への接触時の変形、損傷などを抑制するために、十分な硬さを有する。
【００１７】
図２及び図３は、溶接対象としての部材１０を検査する様子を表している。部材１０は、金属板１１（第１部材）と金属板１２（第２部材）が、溶接部１３においてスポット溶接されて作製されている。図３に表したように、溶接部１３では、金属板１１の一部と金属板１２の一部が溶融し、混ざり合って凝固した凝固部１４が形成されている。
【００１８】
検査時には、対象と検出器１３０との間で超音波が伝搬し易くなるように、対象の表面にカプラント１５が塗布される。それぞれの検出素子１３２は、カプラント１５が塗布された部材１０に向けて超音波ＵＳを送信し、部材１０からの反射波ＲＷを受信する。
【００１９】
又は、カプラント１５に代えて、超音波が伝搬し易い軟質の伝搬部材が検出器１３０の先端に設けられていても良い。この軟質伝搬部材は、硬質伝搬部材１３３よりも軟らかい。溶接部１３に接触した際、軟質伝搬部材は、溶接部１３の表面の形状に倣って変形する。軟質伝搬部材は、例えばゲル状の樹脂で構成される。
【００２０】
例えば図３に表したように、１つの検出素子１３２が溶接部１３に向けて超音波ＵＳを送信する。超音波ＵＳの一部は、部材１０の上面又は下面などで反射される。複数の検出素子１３２のそれぞれは、この反射波ＲＷを受信（検出）する。それぞれの検出素子１３２が順次超音波ＵＳを送信し、それぞれの反射波ＲＷを複数の検出素子１３２で受信する。
【００２１】
処理装置１１０は、得られた反射波の検出結果に基づいて、検出器１３０が溶接対象に接触しているかを判定する。また、処理装置１１０は、得られた反射波の検出結果に基づいて、溶接部１３に対する傾きの算出、及び溶接部１３の検査を実行しても良い。例えば、処理装置１１０は、接触の判定結果、傾きの算出結果、溶接部１３の検査結果などを記憶装置１２０に記憶する。
【００２２】
ここでは、溶接部１３の表面の法線方向と検出器１３０の方向との間の角度を傾きと言う。検出器１３０の方向は、例えば、検出素子１３２の配列方向に垂直なＺ方向に対応する。検出器１３０が溶接部１３の表面と垂直に接しているとき、傾きはゼロである。
【００２３】
処理装置１１０は、有線通信、無線通信、又はネットワークを介して記憶装置１２０、検出器１３０、入力装置１４０、及び表示装置１５０と接続される。
【００２４】
図４は、実施形態に係る処理システムを用いた検出器の接触判定の流れを表すフローチャートである。
まず、検出器１３０が溶接対象に接触しているか判定するための条件を設定する（ステップＳ１）。条件を設定した後、ユーザは、検出器１３０が溶接部１３へ接触するように、検出器１３０を移動させる。検出器１３０の先端が溶接部１３へ接触したとユーザが判断すると、ユーザは、検出器１３０による探査を実行する（ステップＳ２）。例えば、検出器１３０には、探査を実行するためのボタンが設けられる。ユーザは、ボタンを操作することで、検出器１３０による探査を実行できる。又は、表示装置１５０に表示されたユーザインタフェースを通して、ユーザが検出器１３０による探査を実行できても良い。
【００２５】
探査によって反射波が検出されると、処理装置１１０は、検出器１３０が溶接対象へ接触しているか判定する第１判定を実行する（ステップＳ３）。処理装置１１０は、検出された反射波と、ステップＳ１で設定された条件と、に基づいて、第１判定を実行する。
【００２６】
第１判定の結果、検出器１３０が溶接対象へ接触していないと判定されると、処理装置１１０は、例えばユーザへ報知する（ステップＳ４）。報知の方法は、任意である。検出器１３０がユーザに向けて音又は光を発しても良い。表示装置１５０の表示が変化しても良い。例えば、表示装置１５０にエラーメッセージが表示されても良い。検出器１３０が溶接対象へ接触していると判定されると、例えば、検出器１３０の傾きの算出又は溶接対象の検査が実行される。
【００２７】
検出器１３０が溶接対象に接触していないと、溶接部１３の状態を反映した検出結果が得られない。検出器１３０が接触していないときの検出結果を用いて傾きの算出又は検査が実行されると、誤った結果が出力される可能性がある。第１判定が実行されることで、検出器１３０が接触していないときの検出結果を用いて傾きの算出又は検査が実行されることを抑制できる。
【００２８】
検出器１３０が溶接対象と接触しているか否かの判定は、換言すると、適切な反射波の検出結果が得られているか否かの判定である。例えば、検出器１３０は、溶接対象と直接的に接触しておらず、カプラントを介して接触していても良い。この場合、検出器１３０と溶接対象との間でカプラントを介して超音波が十分に伝搬する。このため、傾きの算出又は検査に適した検出結果が得られる。検出器１３０が溶接対象と直接的に接触していても、検出器１３０と溶接対象との間がカプラントで十分に充填されていないときは、適切な検出結果が得られない可能性がある。ここでは、反射波の検出結果に基づいて、その検出結果が傾きの算出又は検査に使用可能と判定されることを、検出器１３０が溶接対象と接触していると言う。
【００２９】
例えば、検出器１３０が溶接対象と接触しているように見えても、実際には、検出器１３０と溶接対象との間に、ゴミや加工時の残差などの異物が存在することがある。また、溶接対象の表面に凹部又は凸部がある場合、検出器１３０と溶接対象との間に隙間が生じることがある。実施形態によれば、これらの場合において、カプラントを介しても検出器１３０と溶接対象との間で超音波が十分に伝搬しないときは、ユーザに向けた報知が実行される。これにより、目視による検出器１３０の接触の判定が難しいケースにおいても、検出器１３０が溶接対象に適切に接触しているか、ユーザが知ることができる。
【００３０】
ステップＳ１における条件の設定及びステップＳ３における第１判定について、具体的に説明する。
ステップＳ１では、検出器１３０が部材に接触した状態と、検出器１３０が部材から離れた状態と、において探査を実行する。処理装置１１０は、検出器１３０が部材に接触しているときの反射波の検出結果（第１検出結果）と、検出器１３０が部材から離れているときの反射波の検出結果（第２検出結果）と、を用いて、第１閾値を設定する。
【００３１】
図５は、検出器による探査の様子を表す模式図である。
検出器１３０から超音波ＵＳが送信されると、図５に表したように、超音波ＵＳの一部は金属板１１の上面１１ａ又は溶接部１３の上面１３ａで反射される。超音波ＵＳの別の一部は、部材１０に入射し、金属板１１の下面１１ｂ、溶接部１３の下面１３ｂなどで反射する。検出器１３０は、各面からの反射波の強度を検出する。
【００３２】
反射波の強度は、任意の態様で表現されて良い。例えば、検出素子１３２から出力される反射波強度は、位相に応じて、正の値及び負の値を含む。正の値及び負の値を含む反射波強度に基づいて、各種処理が実行されても良い。正の値及び負の値を含む反射波強度を、絶対値に変換しても良い。各時刻における反射波強度から、反射波強度の平均値を減じても良い。又は、各時刻における反射波強度から、反射波強度の加重平均値、重み付き移動平均値などを減じても良い。反射波強度にこれらの処理を加えた結果を用いた場合でも、ここで説明する各種処理を実行可能である。
【００３３】
図６は、反射波の検出結果を示す画像の模式図である。
図６は、図５に表したように、検出器１３０が溶接対象である部材１０に接触しているときの検出結果を表す。図６は、Ｘ−Ｚ断面における溶接対象の状態を表している。
【００３４】
図６では、反射波の強度が高い点は、白色で表されている。ここでは、模式的に、反射波の強度を二値化して表している。Ｚ方向における位置は、超音波を発してから、反射波が受信されるまでの時間に対応する。Ｘ方向又はＹ方向に沿って延びる白線は、部材の面を表している。
【００３５】
図６において、Ｘ方向又はＹ方向の中央に存在する複数の白線は、溶接部１３の上面１３ａ及び下面１３ｂからの反射波に基づく。Ｘ方向又はＹ方向の端側に存在する複数の白線は、金属板１１の上面１１ａ、金属板１１の下面１１ｂ、及び金属板１２の下面１２ｂからの反射波に基づく。図６では、Ｚ方向において３本以上の白線が存在する。これは、図５に表したように、部材１０の各部の上面と下面との間を、超音波ＵＳが多重反射していることを表している。
【００３６】
例えば、白線ＷＬ１は、溶接部１３の上面１３ａからの反射波に基づく。白線ＷＬ２は、溶接部１３の下面１３ｂからの反射波に基づく。白線ＷＬ３は、上面１３ａと下面１３ｂとの間で反射した多重反射波に基づく。同様に、白線ＷＬ４は、金属板１１の上面１１ａからの反射波に基づく。白線ＷＬ５は、金属板１１の下面１１ｂからの反射波に基づく。白線ＷＬ６は、上面１１ａと下面１１ｂとの間で反射した多重反射波、及び金属板１２の下面１２ｂからの反射波に基づく。また、白線ＷＬ０は、硬質伝搬部材１３３の表面からの反射波に基づく。
【００３７】
なお、図５に表した部材１０では、金属板１１の下面１１ｂは、金属板１２の上面１２ａと接しており、これらの面の間には空間が存在しない。また、金属板１１の厚さは、金属板１２の厚さと同じである。このため、図６に表した検出結果には、金属板１２の上面１２ａからの反射波が含まれていない。また、上面１１ａ、下面１１ｂ、及び下面１２ｂからの反射波に基づく白線同士の間隔は、略同一となっている。
【００３８】
条件を設定する際、処理装置１１０は、検出された反射波の少なくとも一部の強度を平均又は積算する。
具体的には、処理装置１１０は、第１検出結果に含まれる反射波の少なくとも一部の強度を平均し、第１参照値を算出する。処理装置１１０は、第２検出結果に含まれる反射波の少なくとも一部の強度を平均し、第２参照値を算出する。又は、処理装置１１０は、第１検出結果に含まれる反射波の少なくとも一部の強度を積算し、第１参照値を算出しても良い。処理装置１１０は、第２検出結果に含まれる反射波の少なくとも一部の強度を積算し、第２参照値を算出しても良い。強度を平均又は積算する際、処理装置１１０は、反射波の強度を絶対値に変換しても良い。又は、処理装置１１０は、各強度の符号が同じになるように、各強度に所定の処理を加えても良い。処理装置１１０は、第１参照値と第２参照値との間の値を第１閾値として設定する。
【００３９】
検出器１３０が対象から離れているとき、検出器１３０が対象に接触しているときに比べて、反射波は弱くなる。例えば、反射波が強いほど強度を示す正の値が大きくなる場合、第２参照値は、第１参照値よりも小さい。例えば、処理装置１１０は、第１参照値と第２参照値の中間値を、第１閾値として設定する。処理装置１１０は、第１参照値又は第２参照値に対して、第１参照値と第２参照値との差に応じた値を加算又は減算することで、第１閾値を設定しても良い。
【００４０】
ステップＳ１で条件（第１閾値）が設定されると、処理装置１１０は、条件を記憶装置１２０に記憶する。ステップＳ３では、処理装置１１０は、その条件を用いて第１判定を実行する。具体的には、処理装置１１０は、ステップＳ２の探査によって検出された反射波の少なくとも一部の強度を用いて、第１判定値を算出する。第１判定値を算出する際、第１参照値及び第２参照値を算出したときと同じ演算が用いられる。すなわち、強度を平均して第１参照値及び第２参照値を算出する場合は、同様に、強度を平均して第１判定値を算出する。強度を積算して第１参照値及び第２参照値を算出する場合は、強度を積算して第１判定値を算出する。
【００４１】
処理装置１１０は、第１判定値と第１閾値を比較する。例えば、反射波が強いほど強度を示す正の値が大きくなる場合、処理装置１１０は、第１判定値が第１閾値を超えているか判定する。第１判定値が第１閾値を超えているとき、処理装置１１０は、検出器１３０が溶接対象に接触していると判定する。第１判定値が第１閾値以下のとき、処理装置１１０は、検出器１３０が溶接対象から離れていると判定する。
【００４２】
第１判定値の算出には、検出された全ての反射波の強度が用いられても良いし、検出された一部の反射波の強度が用いられても良い。計算量を低減し、判定に要する時間を短縮するためには、一部の反射波の強度のみを用いて第１判定値を算出することが好ましい。一部の反射波の強度のみを用いて第１判定値を算出する場合、第１参照値及び第２参照値も、同様に、第１検出結果及び第２検出結果に含まれる一部の反射波の強度を用いてそれぞれ算出される。
【００４３】
図７は、反射波の強度分布を例示するグラフである。
図７において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図７は、１つのＸ−Ｚ断面でのＺ方向における反射波の強度分布を表している。また、図７では、反射波強度を絶対値に変換した結果を表している。
【００４４】
図７に表した強度分布には、複数のピークが表れている。ピークＰｅ０は、硬質伝搬部材１３３とカプラント１５との界面からの反射波に基づく。ピークＰｅ１は、溶接部１３の上面１３ａからの反射波に基づく。ピークＰｅ２は、溶接部１３の下面１３ｂからの反射波に基づく。ピークＰｅ３及びそれ以降の周期的な複数のピークは、上面１３ａと下面１３ｂとの間の多重反射波に基づく。図６に表した白線ＷＬ０〜ＷＬ３は、それぞれ、ピークＰｅ０〜Ｐｅ３に対応する。また、ピークＰｅ０〜Ｐｅ３よりも強度が小さい複数のピークは、溶接部１３以外の金属板１１及び１２の各上面及び各下面からの反射波及び多重反射波に基づく。
【００４５】
ピークＰｅ０は、硬質伝搬部材１３３とカプラント１５との界面からの反射波に基づく。このため、ピークＰｅ０は、検出器１３０の対象への接触に拘わらず検出される。また、ピークＰｅ０の位置は、検出器１３０の対象への接触に拘わらず、一定である。ピークＰｅ０以外の強度は、検出器１３０が溶接対象へ接触しているか否かに応じて変化する。従って、反射波の強度を平均又は積算するとき、ピークＰｅ０よりも後に検出された反射波の強度を用いることが好ましい。
【００４６】
特に、溶接部１３の検査では、超音波が、溶接部１３の下面１３ｂで反射され、且つ上面１３ａと下面１３ｂとの間で多重反射される。これらの反射波の強度は、検出器１３０が溶接対象へ接触しているか否かに応じて大きく変化する。処理装置１１０は、図７に表したように、溶接部１３の下面１３ｂからの反射波が検出される部分Ｐ１における強度と、上面１３ａと下面１３ｂとの間での多重反射波が検出される部分Ｐ２における強度と、の少なくともいずれかの強度を、第１判定値の算出に用いる。これにより、第１判定において、検出器１３０の溶接対象への接触をより精度良く判定できる。
【００４７】
部分Ｐ１及び部分Ｐ２の範囲は、予め設定されても良い。ピークＰｅ０以外のピークの周期は、溶接部１３の厚みに依存する。溶接部１３の厚みが既知のとき、その厚みに基づいて、部分Ｐ１及び部分Ｐ２の範囲を設定できる。部分Ｐ２は、ピークＰｅ３以降の全てのピークを含むように設定されても良いし、図７に表したように、ピークＰｅ３以降の一部のピークのみを含むように設定されても良い。
【００４８】
例えば、処理装置１１０は、第１検出結果から、多重反射波が検出される第１部分を抽出し、その第１部分における反射波の強度を平均又は積算して第１参照値を算出する。処理装置１１０は、第２検出結果から、多重反射波が検出される第２部分を抽出し、その第２部分における反射波の強度を平均又は積算して第２参照値を算出する。
【００４９】
また、図６及び図７では、１つのＸ−Ｚ断面における検出結果を例示した。第１判定値は、１つのＸ−Ｚ断面における強度分布に基づいて算出されても良いし、１つのＸ−Ｚ断面及び１つのＹ−Ｚ断面における強度分布に基づいて算出されても良い。処理装置１１０は、Ｚ方向の各点においてＸ−Ｙ面の少なくとも一部における強度を平均又は積算して強度分布を生成し、この強度分布に基づいて第１判定値を算出しても良い。
【００５０】
例えば、溶接部１３の径が既知のとき、処理装置１１０は、溶接部１３の径に基づいて、Ｘ−Ｙ面において第１判定値の算出に用いる範囲を設定しても良い。溶接部１３の径は、金属板１１と１２を重ね合わせた方向に対して垂直な方向における溶接部１３の長さである。Ｘ−Ｙ面の一部の強度のみを用いることで、計算量を低減できる。
【００５１】
ユーザが、表示装置１５０に表示されたユーザインタフェースを通して、第１判定値、第１参照値、及び第２参照値の算出に用いる検出結果の範囲を指定可能であっても良い。
【００５２】
図８は、表示装置に表示されるユーザインタフェースの一例である。
例えば、処理装置１１０は、図８に表したユーザインタフェース９００を表示装置１５０に表示させる。例えば、ユーザインタフェース９００には、第１画像９１０、第２画像９２０、及び第３画像９３０が表示される。第１画像９１０〜第３画像９３０は、各点の反射波の強度を表す。反射波の強度が高い点は、白色で表されている。ここでは、模式的に、反射波の強度を二値化して表している。
【００５３】
第１画像９１０は、Ｘ−Ｙ面の各点において、Ｚ方向に反射波の強度を積算した結果を表している。第２画像９２０は、第１画像９１０のＹ方向の中心におけるＸ−Ｚ断面における反射波の強度を表している。第３画像９３０は、第１画像９１０のＸ方向の中心におけるＹ−Ｚ断面における反射波の強度を表している。
【００５４】
例えば、ユーザは、入力装置１４０を用いてポインタ９０１を操作し、第２画像９２０又は第３画像９３０の上に枠線Ｆ１又はＦ２を描写できる。例えば、枠線Ｆ１及びＦ２の一方が設定されると、枠線Ｆ１及びＦ２のその一方と同じＺ方向の位置に、枠線Ｆ１及びＦ２の他方が自動で設定される。枠線Ｆ１の大きさ、枠線Ｆ１のＸ方向における位置、枠線Ｆ２の大きさ、及び枠線Ｆ２のＹ方向における位置は、ユーザが自由に設定できる。又は、枠線Ｆ１のＸ方向における中心は、第２画像９２０のＸ方向における中心に固定され、枠線Ｆ２のＹ方向における中心は、第３画像９３０のＹ方向における中心に固定されても良い。例えば、ユーザが枠線Ｆ１及びＦ２の一方の大きさを変化させると、それに連動して枠線Ｆ１及びＦ２の他方の大きさが変化しても良い。
【００５５】
例えば、ユーザは、ポインタ９０１を操作して、枠線Ｆ１及びＦ２をドラッグ＆ドロップすることで、枠線Ｆ１及びＦ２の大きさを調整できる。枠線Ｆ１及びＦ２の大きさが変更されると、処理装置１１０は、変更後の枠線Ｆ１及びＦ２の位置を記憶する。処理装置１１０は、第１検出結果において、枠線Ｆ１及びＦ２に含まれる反射波の強度に基づき、第１参照値を算出する。処理装置１１０は、第２検出結果において、枠線Ｆ１及びＦ２に含まれる反射波の強度に基づき、第２参照値を算出する。処理装置１１０は、ステップＳ２の探査によって得られた検出結果において、枠線Ｆ１及びＦ２に含まれる反射波の強度に基づき、第１判定値を算出する。
【００５６】
処理装置１１０は、第１参照値と第２参照値に基づいて第１範囲を設定しても良い。処理装置１１０は、第１範囲に加えて、第１閾値を設定しても良い。第１範囲の下限値及び上限値は、第１参照値と第２参照値との間に設定される。反射波が強いほど強度を示す正の値が大きくなる場合、第１範囲の下限値及び上限値は、第２参照値よりも大きく、第１参照値よりも小さい。例えば、処理装置１１０は、第１参照値と第２参照値の第１中間値を算出する。処理装置１１０は、第１中間値と第１参照値との中間値を、第１範囲の上限値として設定する。処理装置１１０は、第１中間値と第２参照値との中間値を、第１範囲の下限値として設定する。
【００５７】
例えば、処理装置１１０は、第１中間値と第１参照値との中間値を、第１閾値として設定する。第１閾値は、第１範囲の外に設定されても良い。処理装置１１０は、設定した第１閾値及び第１範囲を記憶装置１２０に記憶する。
【００５８】
第１閾値及び第１範囲が設定される場合、処理装置１１０は、第１判定値が第１閾値以下のときに、第１判定値が第１範囲の中にあるか判定する。処理装置１１０は、第１判定値が第１範囲の外（第１範囲の下限値未満）のとき、検出器１３０が対象から離れていると判定する。処理装置１１０は、第１判定値が第１範囲の下限値以上、上限値以下のとき、検出器１３０の状態を特定できないと判定する。
【００５９】
処理装置１１０は、ステップＳ３において、検出器１３０が対象から離れている又は検出器１３０の状態を特定できないと判定したとき、ステップＳ４においてユーザへ報知する。
【００６０】
図９は、反射波の強度分布を例示するグラフである。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図７と同様に、１つのＸ−Ｚ断面における、Ｚ方向の各点での反射波の強度を表している。処理装置１１０は、ステップＳ１において、ピークの周期又は位置に関する条件を設定しても良い。
【００６１】
ステップＳ１では、実際に検査する対象と同じ構造の部材１０を用いる。検出器１３０を、溶接部１３に接触させ、探査を実行する。処理装置１１０は、検出器１３０が溶接部１３に接触しているときに得られた検出結果から、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成する。処理装置１１０は、強度分布に存在するピークを検出する。処理装置１１０は、検出されたピークから、例えば図９（ａ）に表したように、予め設定された閾値ＴＨ１を上回るピークＰｅ０〜Ｐｅ４を抽出する。処理装置１１０は、Ｚ方向における一番目のピークＰｅ０を除去し、部材１０からの反射波に起因するピークＰｅ１〜Ｐｅ４のみを残す。閾値ＴＨ１は、ユーザにより予め設定されても良いし、強度分布の少なくとも一部における平均値などに基づいて設定されても良い。
【００６２】
例えば、処理装置１１０は、図９（ａ）に表したように、ピークＰｅ１〜Ｐｅ４のそれぞれの間の周期Ｉｎ１〜Ｉｎ３の平均を算出する。処理装置１１０は、その平均値を基準に、ピークの周期に関する条件を設定する。又は、処理装置１１０は、ピークＰｅ１〜Ｐｅ４のそれぞれの位置を基準に、ピークの位置に関する条件を設定しても良い。例えば図９（ｂ）に表したように、処理装置１１０は、ピークＰｅ１〜Ｐｅ４に基づいて、ピークの範囲ＰＲａ１〜ＰＲａ４を設定する。例えば、範囲ＰＲａ１〜ＰＲａ４の中心の位置は、ピークＰｅ１〜Ｐｅ４の最大強度の位置にそれぞれ対応する。ピークの範囲の大きさは、ユーザにより予め設定されても良いし、検出されたピークの半値全幅等に基づいて設定されても良い。処理装置１１０は、ピークの周期又は位置に関する条件を、記憶装置１２０に記憶する。
【００６３】
処理装置１１０は、第１判定において、検出された反射波の強度分布から、閾値ＴＨ１以上の強度のピークを抽出する。
処理装置１１０は、抽出されたピークの周期が、ステップＳ１で設定されたピークの周期に関する条件を満たすか判定する。例えば、抽出されたピークの周期が、ステップＳ１で算出されたピークの周期の平均値ＡＶＧの（１−ｘ）倍以上（１＋ｘ）倍以下のとき、処理装置１１０は、条件が満たされたと判定する。ｘは、ユーザにより予め設定される。又は、ｘは、ピークの周期の標準偏差等に基づいて設定されても良い。
【００６４】
又は、処理装置１１０は、抽出されたピークの位置が、ステップＳ１で設定されたピークの位置に関する条件を満たすか判定する。例えば、処理装置１１０は、ステップＳ１で設定された範囲ＰＲａ１〜ＰＲａ４に、抽出されたピークがそれぞれ位置するか判定する。第１判定において、範囲ＰＲａ１〜ＰＲａ４にピークが位置するとき、処理装置１１０は、条件が満たされたと判定する。
【００６５】
処理装置１１０は、ピークの周期に関する条件及びピークの位置に関する条件の両方を用いて、第１判定を実行しても良い。
【００６６】
又は、処理装置１１０は、反射波強度のスペクトルに基づいて、検出器１３０の接触を判定しても良い。ステップＳ１では、実際に検査する対象と同じ構造の部材１０を用いる。検出器１３０を、溶接部１３に接触させ、探査を実行する。処理装置１１０は、検出器１３０が溶接部１３に接触しているときに得られた検出結果から、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成する。処理装置１１０は、その強度分布をスペクトル解析し、部材の厚み（ｍｍ）の逆数と、反射波強度と、の関係を示すスペクトルを生成する。スペクトル解析には、フーリエ変換が用いられる。
【００６７】
図１０は、スペクトルを例示するグラフである。
図１０において、横軸は、部材の厚み（ｍｍ）の逆数を表し、縦軸は、横軸の各成分に対応する反射波の強度を表す。図５に表したように、超音波は、金属板１１、金属板１２、又は溶接部１３において多重反射する。このため、反射波の強度は、金属板１１の厚み、金属板１２の厚み、及び溶接部１３の厚みに応じた周期性を有する。例えば、金属板１１の厚みと金属板１２の厚みが同じとき、図１０に表したように、金属板１１、１２の厚みの逆数と、溶接部１３の厚みの逆数と、において強度のピークが現れる。
【００６８】
処理装置１１０は、ステップＳ１においてスペクトルを生成すると、図１０に表したように、閾値ＴＨ２以上の強度を有するピークを抽出する。処理装置１１０は、各ピークが現れた厚みの逆数の値Ｖ１を基準に、条件を設定する。その後、処理装置１１０は、第１判定においてスペクトルを生成すると、閾値ＴＨ２以上の強度を有するピークを抽出する。処理装置１１０は、各ピークが現れた厚みの逆数の値Ｖ２が条件を満たすか判定する。例えば、各ピークが現れた厚みの逆数の値Ｖ２が、値Ｖ１の（１−ｙ）倍以上（１＋ｙ）倍以下のとき、処理装置１１０は、条件が満たされたと判定する。ｙは、ユーザにより予め設定される。又は、ｙは、周期の標準偏差等に基づいて設定されても良い。
【００６９】
ピークの周期、ピークの位置、又はスペクトルにおけるピークの位置は、溶接対象に特有の値である。これらの値を第１判定の条件に用いることで、検出器１３０が接触しているかをより精度良く判定できる。
【００７０】
処理システム１００は、検出器１３０が溶接対象に接触していると判定されたとき、検出器１３０の傾きの算出又は溶接部１３の検査を実行しても良い。また、処理システム１００は、傾きの算出に使用する検出結果の範囲を設定しても良い。
【００７１】
図１１は、実施形態に係る処理システムを用いた検査の流れを表すフローチャートである。
ステップＳ１〜Ｓ４は、図４に表したフローチャートと同様に実行される。ステップＳ３において、検出器１３０が溶接対象へ接触していると判定されると、処理装置１１０は、検出結果において、溶接部１３からの反射波に対応する範囲を推定済みか判定する（ステップＳ５）。範囲が未だ推定されていないときは、処理装置１１０は、範囲を推定する（ステップＳ６）。
【００７２】
例えば図５、図６、及び図８に表したように、超音波は、溶接部１３以外の面からも反射される。処理装置１１０は、溶接部１３からの反射波に対応する範囲を推定し、この範囲に含まれる反射波に基づいて、後の傾きの算出を実行する。これにより、必要な計算量を低減できる。また、算出される傾きの精度を向上させることができる。
【００７３】
処理装置１１０は、推定された範囲内の反射波の検出結果に基づいて、検出器１３０の傾きを算出する（ステップＳ７）。算出された傾きが許容範囲内にあるか判定される（ステップＳ８）。判定は、ユーザが実行しても良いし、処理装置１１０が実行しても良い。処理装置１１０が判定する場合、許容範囲は、ユーザにより予め設定されても良いし、過去の検査結果の履歴に基づいて設定されても良い。
【００７４】
例えば、処理装置１１０は、溶接部１３の検査を実行した際に、検出結果に基づいて溶接部１３の径も測定する。溶接部１３の径は、溶接部１３の上面及び下面からの反射波が検出された部分のＸ方向及びＹ方向の長さに対応する。例えば、検出器１３０の傾きが大きすぎると、溶接部１３の径が実際よりも小さく算出される。検出器１３０の傾きが小さくなるに連れて、算出される溶接部１３の径が大きくなる。検出器１３０の傾きが十分に小さくなると、算出される溶接部１３の径は、ほとんど変化しなくなる。記憶装置１２０には、このような過去に算出された検出器１３０の傾きと溶接部１３の径との関係が記憶される。処理装置１１０は、記憶装置１２０に記憶されたデータを基に、検出器１３０の傾きの変化に対して、溶接部１３の径の変化が小さくなる境界値を決定する。処理装置１１０は、この境界値に基づいて許容範囲の大きさを設定する。例えば、処理装置１１０は、境界値を許容範囲の大きさとして設定する。又は、検査の精度をより高めるために、処理装置１１０は、境界値に基づいて算出される、より小さな値を許容範囲として設定しても良い。
【００７５】
ステップＳ６及びＳ７を実行する際、検出器１３０による探査が再度実行されても良い。好ましくは、ステップＳ６及びＳ７を実行する際、ステップＳ３における第１判定で使用された検出結果が用いられる。これにより、探査の実行回数を低減し、処理装置１１０及び検出器１３０における計算量を低減できる。
【００７６】
傾きが許容範囲内に無いとき、ユーザは、検出器１３０の傾きを調整する（ステップＳ９）。処理装置１１０がステップＳ８を実行する場合、ユーザに向けて、傾きが許容範囲内に無いことが報知されても良い。ステップＳ９の後は、調整した後の傾きで、ステップＳ２が再度実行される。この結果、傾きを調整した後においても、検出器１３０が溶接対象に接触しているかが再度判定される。これにより、傾きの調整後において、検出器１３０が接触していないときの検出結果を用いて、傾きが再度算出されることを抑制できる。
【００７７】
又は、傾きを調整し、ステップＳ２の探査を実行した後は、ステップＳ３を省略しても良い。傾きを調整する前のステップＳ３において、検出器１３０は溶接対象に接触していると判定されている。従って、傾きを調整した後に、検出器１３０が溶接対象から離れている可能性は低い。ステップＳ３を省略することで、処理装置１１０の計算量を低減できる。
【００７８】
傾きが許容範囲内にあるとき、検査が実行される（ステップＳ１０）。ユーザが傾きと許容範囲を比較する場合、ユーザは、傾きが許容範囲内にあるときに、処理装置１１０に検査を実行させる。処理装置１１０が傾きと許容範囲を比較する場合、処理装置１１０は、傾きが許容範囲内のときに自動的に検査を実行する。処理装置１１０は、表示装置１５０に検査の結果を出力する（ステップＳ１１）。検査結果は、溶接されているか否かを示す情報、溶接部の径、溶接部の最小径、溶接部の最大径などを含む。
【００７９】
以下で、範囲の推定、傾きの算出、及び検査について、具体的な処理の一例を説明する。
【００８０】
（範囲の推定）
図１２〜図１９を参照して、ステップＳ６について具体的に説明する。
例えば、図６では、反射波の検出結果が２次元的に表されていた。反射波の検出結果は、３次元的に表されても良い。例えば、部材１０は、複数のボクセルで表される。各ボクセルには、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれの座標が設定される。反射波の検出結果に基づき、各ボクセルには、反射波強度が紐付けられる。処理装置１１０は、複数のボクセルにおいて、溶接部１３に対応する範囲（ボクセルのグループ）を推定する。
【００８１】
設定されるボクセルの数及び各ボクセルの大きさは、自動で決定されても良いし、ユーザインタフェース９００を通してユーザにより設定されても良い。
【００８２】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、一断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
図１３は、Ｚ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
処理装置１１０は、反射波の検出結果に基づいて、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、その一例である。検出器１３０の接触を判定する際に強度分布を既に生成している場合は、その強度分布を用いても良い。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図１２（ａ）は、１つのＸ−Ｚ断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示している。図１２（ｂ）は、１つのＹ−Ｚ断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示している。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）では、反射波強度を絶対値に変換した結果を表している。
【００８３】
又は、処理装置１１０は、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波強度を合算し、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成しても良い。図１３は、その一例である。図１３において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図１３では、反射波強度を絶対値に変換し、且つＺ方向の各点における反射波強度から、反射波強度の平均値を減じた結果を表している。
【００８４】
Ｚ方向における反射波の強度分布は、溶接部１３の上面１３ａ及び下面１３ｂで反射した成分と、その他の部分の上面及び下面で反射した成分と、を含む。処理装置１１０は、フィルタリングにより、反射波の強度分布から、溶接部１３の上面１３ａ及び下面１３ｂで反射した成分のみを抽出する。例えば、溶接部１３のＺ方向における厚さ（上面１３ａと下面１３ｂとの間の距離）の半分の整数倍に対応する値が、予め設定される。処理装置１１０は、その値を参照し、その値の周期成分だけを抽出する。
【００８５】
フィルタリングとしては、バンドパスフィルタ、ゼロ位相フィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又はフィルタ後の強度に対する閾値判定などを用いることができる。
【００８６】
図１４は、反射波の強度分布をフィルタリングした結果を例示するグラフである。
図１４において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図１４に表したように、フィルタリングの結果、溶接部の上面及び下面で反射した成分のみが抽出される。
【００８７】
処理装置１１０は、抽出結果に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲を推定する。例えば、処理装置１１０は、抽出結果に含まれるピークを検出する。処理装置１１０は、１つ目のピークのＺ方向における位置及び２つ目のピークのＺ方向における位置を検出する。処理装置１１０は、これらの位置を基準に、例えば図１４に表した範囲Ｒａ１を、溶接部のＺ方向における範囲と推定する。
【００８８】
溶接部の構造、素子アレイ１３１の構成などにより、溶接部の上面からの反射波強度の符号（正又は負）と、溶接部の下面からの反射波強度の符号と、が互いに反転することがある。この場合、処理装置１１０は、正と負の一方のピークと、正と負の他方の別のピークと、を検出しても良い。処理装置１１０は、これらのピークの位置を基準に、溶接部のＺ方向における範囲を推定する。また、反射波強度への処理によっては、反射波強度が正の値と負の値の一方のみで表される場合がある。この場合、溶接部のＺ方向における範囲は、複数のピークの位置に基づいて推定されても良いし、ピークとボトムの位置に基づいて推定されても良いし、複数のボトムの位置に基づいて推定されても良い。すなわち、処理装置１１０は、フィルタリングした後の反射波強度について、複数の極値の位置に基づいて溶接部のＺ方向における範囲を推定する。
【００８９】
Ｘ−Ｚ断面及びＹ−Ｚ断面のそれぞれにおける反射波の強度分布を生成したときは、Ｘ−Ｚ断面における強度分布に基づくＺ方向の範囲と、Ｙ−Ｚ断面における強度分布に基づくＺ方向の範囲と、が推定される。例えば、処理装置１１０は、これらの複数の推定結果について、平均、加重平均、重み付き移動平均などを計算し、その計算結果を溶接部全体のＺ方向における範囲と推定する。
【００９０】
又は、処理装置１１０は、Ｘ−Ｚ断面及びＹ−Ｚ断面の一方における反射波の強度分布に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲を推定し、その推定結果を、溶接部全体のＺ方向における範囲とみなしても良い。処理装置１１０は、Ｘ方向の一部且つＹ方向の一部における反射波の強度分布に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲を推定し、その推定結果を、溶接部全体のＺ方向における範囲とみなしても良い。これらの処理によれば、反射波の強度分布の生成に必要な計算量を低減できる。
【００９１】
図１４の例では、範囲Ｒａ１の下限のＺ方向における位置は、１つ目のピークのＺ方向における位置から、所定の値を減じた値に設定されている。範囲Ｒａ１の上限のＺ方向における位置は、２つ目のピークのＺ方向における位置から、所定の値を加えた値に設定されている。こうすることで、溶接部の上面及び下面が、検出素子１３２の配列方向に対して傾いているときに、溶接部のＸ−Ｙ面におけるいずれかの点で、２つ目のピークがＺ方向の範囲から外れることを抑制できる。
【００９２】
溶接部のＺ方向の範囲を推定した後、処理装置１１０は、溶接部のＸ方向の範囲及びＹ方向の範囲を推定する。
図１５及び図１７は、反射波の検出結果を例示する模式図である。
図１５及び図１７において、領域Ｒは、素子アレイ１３１によって反射波の検出結果が得られた全体の領域を表す。領域Ｒの一断面では、溶接部の上面及び下面における反射波の成分と、その他の部分の上面及び下面における反射波の成分と、が含まれている。
【００９３】
処理装置１１０は、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布を生成する。処理装置１１０は、予め設定されたＺ方向の範囲内において、強度分布を生成しても良い。これにより、計算量を低減できる。又は、処理装置１１０は、推定したＺ方向の範囲内において、強度分布を生成しても良い。これにより、計算量を低減しつつ、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布を生成する際に、溶接部の下面からの反射波成分が外れることを抑制できる。
【００９４】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布の一例である。図１６（ａ）は、Ｚ＝１の座標でのＸ−Ｙ面における反射波の強度分布を表している。図１６（ｂ）は、Ｚ＝２の座標でのＸ−Ｙ面における反射波の強度分布を表している。図１６（ｃ）は、Ｚ＝３５０の座標でのＸ−Ｙ面における反射波の強度分布を表している。図１５、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）、及び図１７では、模式的に、反射波の強度を二値化して表している。
【００９５】
処理装置１１０は、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布の重心位置を計算する。ここでは、強度分布を示す画像の重心位置を計算することで、強度分布の重心位置を得ている。例えば図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に表したように、処理装置１１０は、各画像における重心位置Ｃ１〜Ｃ３５０を計算する。図１７において、線分Ｌは、Ｚ＝０〜Ｚ＝３５０までの全ての重心位置を繋いだ結果を表している。
【００９６】
処理装置１１０は、Ｚ＝０〜Ｚ＝３５０までの重心位置を平均化する。これにより、Ｘ方向における重心の平均位置及びＹ方向における重心の平均位置が得られる。図１７において、平均位置ＡＰは、Ｘ方向における重心の平均位置及びＹ方向における重心の平均位置を表す。処理装置１１０は、平均位置ＡＰを中心として、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて所定の範囲を、溶接部のＸ方向の範囲Ｒａ２、及び溶接部のＹ方向の範囲Ｒａ３とする。
【００９７】
例えば、範囲Ｒａ２及び範囲Ｒａ３を推定するために、検出器１３０（素子アレイ１３１）の径を示す値Ｖが予め設定される。処理装置１１０は、Ｘ方向及びＹ方向において、ＡＰ−Ｖ／２からＡＰ＋Ｖ／２までを、それぞれ範囲Ｒａ２及び範囲Ｒａ３とする。この場合、Ｘ−Ｙ面における推定範囲は、四角形状となる。この例に限らず、Ｘ−Ｙ面における推定範囲は、５角以上の多角形状又は円状などであっても良い。Ｘ−Ｙ面における推定範囲の形状は、溶接部の形状に応じて適宜変更可能である。
【００９８】
値Ｖに基づく別の値を用いて範囲Ｒａ２及び範囲Ｒａ３が決定されても良い。検出器１３０の径を示す値に代えて、溶接部の径を示す値が予め設定されても良い。溶接部の径は、検出器１３０の径と対応するためである。溶接部の径を示す値は、実質的に、検出器１３０の径を示す値とみなすことができる。
【００９９】
以上の処理によって、溶接部のＺ方向の範囲Ｒａ１、Ｘ方向の範囲Ｒａ２、及びＹ方向の範囲Ｒａ３が推定される。範囲が推定された後は、推定した範囲における反射波の検出結果に基づいて、図１１に表したステップＳ７が実行される。
【０１００】
図１８は、実施形態に係る処理システムにおける範囲の推定の流れを表すフローチャートである。
処理装置１１０は、検出器１３０による反射波の検出結果に基づき、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成する（ステップＳ６０１）。処理装置１１０は、溶接部の厚さの値に基づいて強度分布をフィルタリングする（ステップＳ６０２）。これにより、溶接部１３における反射波成分だけが、強度分布から抽出される。処理装置１１０は、抽出結果に基づき、溶接部のＺ方向における範囲を推定する（ステップＳ６０３）。処理装置１１０は、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波強度の重心位置を計算する（ステップＳ６０４）。処理装置１１０は、計算した複数の重心位置を平均化することで、平均位置を計算する（ステップＳ６０５）。処理装置１１０は、平均位置と、検出器１３０の径と、に基づいて、Ｘ方向及びＹ方向におけるそれぞれの範囲を推定する（ステップＳ６０６）。
【０１０１】
なお、Ｚ方向における範囲の推定は、Ｘ方向及びＹ方向における範囲の推定の後に実行されても良い。例えば、図１８に表したフローチャートにおいて、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３は、ステップＳ６０４〜Ｓ６０６の後に実行されても良い。この場合、処理装置１１０は、推定されたＸ方向及びＹ方向の範囲内に基づいて、Ｚ方向における反射波の強度分布を計算しても良い。これにより、計算量を低減できる。
【０１０２】
（傾きの算出）
図１９は、反射波の検出結果を例示する画像である。
図１９において、色が白いほど、その点における反射波の強度が大きいことを示している。処理装置１１０は、図１９に表した検出結果について、図１８に表した動作を実行する。この結果、範囲Ｒａが推定される。
【０１０３】
以下では、範囲Ｒａにおける傾きの算出方法について具体的な一例を説明する。
図２０は、実施形態に係る処理システムによる処理を説明するための図である。
図２１及び図２２は、実施形態に係る処理システムにより得られた画像の一例である。
【０１０４】
図２１は、反射波の検出結果に基づいて描写される３次元のボリュームデータである。図２２（ａ）は、図２１に表したボリュームデータにおける溶接部１３の表面を表す。図２２（ｂ）は、図２１に表したボリュームデータにおける溶接部１３近傍のＹ−Ｚ断面を表す。図２２（ｃ）は、図２１に表したボリュームデータにおける溶接部１３近傍のＸ−Ｚ断面を表す。図２２（ｂ）及び図２２（ｃ）では、上側が溶接部の表面で、下向きに深さ方向のデータが示されている。輝度が高い部分は、超音波の反射強度が大きい部分である。超音波は、溶接部１３の底面、未接合の部材同士の間の面などで強く反射される。
【０１０５】
検出器１３０の傾きは、図２０に表した、溶接部１３に垂直な方向１３ｄと、検出器１３０の方向１３０ａと、の間の角度に対応する。この角度は、Ｘ方向まわりの角度θｘと、Ｙ方向まわりの角度θｙと、によって表される。検出器１３０の方向１３０ａは、検出素子１３２の配列方向に対して垂直である。
【０１０６】
角度θｘは、図２２（ｂ）に表したように、Ｙ−Ｚ断面での検出結果に基づいて算出される。角度θｙは、図２２（ｃ）に表したように、Ｘ−Ｚ断面での検出結果に基づいて算出される。処理装置１１０は、各断面ついて，３次元の輝度勾配の平均を角度θｘ及びθｙとして算出する。処理装置１１０は、算出した角度θｘ及びθｙを、検出器１３０の傾きとして記憶装置１２０に記憶する。処理装置１１０は、算出した傾きを表示装置１５０に表示させても良い。
【０１０７】
（検査）
図２３は、実施形態に係る処理システムによる検査方法を説明するための模式図である。
図２３（ａ）に表したように、超音波ＵＳの一部は、金属板１１の上面１１ａまたは溶接部１３の上面１３ａで反射される。超音波ＵＳの別の一部は、部材１０に入射し、金属板１１の下面１１ｂまたは溶接部１３の下面１３ｂで反射する。
【０１０８】
上面１１ａ、上面１３ａ、下面１１ｂ、及び下面１３ｂのＺ方向における位置は、互いに異なる。すなわち、これらの面と検出素子１３２との間のＺ方向における距離が、互いに異なる。検出素子１３２が、これらの面からの反射波を受信すると、反射波の強度のピークが検出される。超音波ＵＳを送信した後、各ピークが検出されるまでの時間を算出することで、どの面で超音波ＵＳが反射されているか調べることができる。
【０１０９】
図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）は、超音波ＵＳを送信した後の時間と、反射波ＲＷの強度と、の関係を例示するグラフである。図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）において、縦軸は、超音波ＵＳを送信した後の経過時間を表す。横軸は、検出された反射波ＲＷの強度を表す。ここでは、反射波ＲＷの強度を絶対値で表している。図２３（ｂ）のグラフは、金属板１１の上面１１ａ及び下面１１ｂからの反射波ＲＷの検出結果を例示している。図２３（ｃ）のグラフは、溶接部１３の上面１３ａ及び下面１３ｂからの反射波ＲＷの検出結果を例示している。
【０１１０】
図２３（ｂ）のグラフにおいて、１回目のピークＰｅ１１は、上面１１ａからの反射波ＲＷに基づく。２回目のピークＰｅ１２は、下面１１ｂからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ１１及びピークＰｅ１２が検出された時間は、それぞれ、金属板１１の上面１１ａ及び下面１１ｂのＺ方向における位置に対応する。ピークＰｅ１１が検出された時間とピークＰｅ１２が検出された時間との時間差ＴＤ１は、上面１１ａと下面１１ｂとの間のＺ方向における距離Ｄｉ１に対応する。
【０１１１】
同様に、図２３（ｃ）のグラフにおいて、１回目のピークＰｅ１３は、上面１３ａからの反射波ＲＷに基づく。２回目のピークＰｅ１４は、下面１３ｂからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ１３及びピークＰｅ１４が検出された時間は、それぞれ、溶接部１３の上面１３ａ及び下面１３ｂのＺ方向における位置に対応する。ピークＰｅ１３が検出された時間とピークＰｅ１４が検出された時間との時間差ＴＤ２は、上面１３ａと下面１３ｂとの間のＺ方向における距離Ｄｉ２に対応する。
【０１１２】
処理装置１１０は、Ｘ−Ｙ面内の各点において、ピーク間の時間差が、溶接部１３の厚みに対応するか判定する。ピーク間の時間差が溶接部１３の厚みに対応すると判定されると、その点では溶接されていると判定される。溶接されていると判定された点の集合は、溶接部１３に対応する。このため、点の集合のサイズに基づいて、溶接部１３の径を算出できる。例えば、処理装置１１０は、算出された溶接部１３の径を予め設定された閾値と比較し、溶接の良否を判定する。
【０１１３】
また、溶接部１３の上面１３ａ及び下面１３ｂは、金属板１１の上面１１ａに対して傾斜していることがある。これは、溶接部１３が凝固部１４を含むことや、溶接の過程における形状の変形などに基づく。この場合、上面１３ａ又は下面１３ｂに対して平均的に垂直な方向に沿って超音波ＵＳが送信されることが望ましい。これにより、上面１３ａ及び下面１３ｂにおいてより強く超音波が反射され、検査の精度を向上させることができる。
【０１１４】
（変形例）
以上で説明した溶接部の検査は、ロボットにより自動的に実行されても良い。
図２４は、実施形態の変形例に係る処理システムの構成を表す模式図である。
図２５は、実施形態の変形例に係る処理システムの一部を表す斜視図である。
【０１１５】
図２４に表した処理システム１００ａは、処理装置１１０及びロボット１６０を有する。ロボット１６０は、検出器１３０、撮像装置１６１、塗布装置１６２、アーム１６３、及び制御装置１６４を含む。
【０１１６】
撮像装置１６１は、溶接された部材を撮影し、画像を取得する。撮像装置１６１は、画像から溶接痕を抽出し、溶接部１３の大凡の位置を検出する。塗布装置１６２は、カプラントを溶接部１３の上面に塗布する。
【０１１７】
検出器１３０、撮像装置１６１、及び塗布装置１６２は、図２５に表したように、アーム１６３の先端に設けられている。アーム１６３は、例えば、複数のリンク及び複数の回転軸を含む、６自由度の垂直多関節ロボットである。アーム１６３は、複数のアクチュエータ（例えばモータ）を含む。複数のアクチュエータは、それぞれ複数の回転軸を動作させる。アーム１６３の駆動により、検出器１３０、撮像装置１６１、及び塗布装置１６２を変位させることができる。制御装置１６４は、ロボット１６０の各構成要素（検出器１３０、撮像装置１６１、塗布装置１６２、アーム１６３）の動作を制御する。
【０１１８】
図２６は、実施形態の変形例に係る処理システムの動作を表すフローチャートである。
まず、処理システム１００ａの動作前に、検出器１３０の溶接対象への接触を判定するための条件を予め設定する。条件の設定方法は、上述した通りである。条件の設定後、処理装置１１０は、制御装置１６４へ、記憶装置１２０に記憶された溶接部１３の座標を送信する。制御装置１６４は、アーム１６３を駆動させ、受信した座標に向けてアームの先端を移動させる（ステップＳ２１）。受信した座標付近に検出器１３０を移動させると、撮像装置１６１が部材１０を撮影し、取得した画像から溶接部１３の詳細な位置を検出する（ステップＳ２２）。制御装置１６４は、アーム１６３を駆動させ、塗布装置１６２を検出した位置近傍に移動させる（ステップＳ２３）。塗布装置１６２は、カプラントを溶接部１３に塗布する（ステップＳ２４）。制御装置１６４は、アーム１６３を駆動させ、カプラントを塗布した溶接部１３に検出器１３０の先端が接触するように、検出器１３０を移動させる（ステップＳ２５）。以降は、図１１に表したフローチャートのステップＳ２〜Ｓ１１と同様に、ステップＳ２〜Ｓ１１が実行される。
【０１１９】
ステップＳ３における第１判定の結果、検出器１３０が溶接対象へ接触していないと判定されたとき、処理システム１００ａは、報知以外の動作を実行しても良い。例えば、処理システム１００ａは、ステップＳ２２で撮影された溶接部に向けて、検出器１３０の先端をさらに移動させても良い。撮影時の溶接部への光の当たり形によっては、溶接部の位置を誤検出する可能性がある。検出器１３０の先端を移動させることで、検出器１３０の先端が溶接部に適切に接触する可能性がある。又は、処理システム１００ａは、ステップＳ２２を再度実行しても良い。このとき、処理システム１００ａは、画像処理の条件、溶接部の位置検出の条件などを、直前の条件から変更しても良い。これにより、溶接部の位置がより正確に検出されうる。溶接部の位置を検出した後は、例えば、ステップＳ２３以降が再度実行される。処理システム１００ａは、これらの動作に加えて、さらに報知を実行しても良い。
【０１２０】
変形例に係る処理システム１００ａにおいて、アーム１６３に代えて、アクチュエータを含む２自由度以上の別の可動機構が設けられても良い。検出器１３０は、可動機構に取り付けられる。例えば、可動機構は、６自由度のパラレルリンク機構、６自由度の水平多関節機構、及び２自由度のゴニオヘッドから選択される少なくとも１つを含む。制御装置１６４は、可動機構を制御し、駆動させる。可動機構が動作することで、検出器１３０の傾きが変化する。可動機構の自由度が６自由度未満のとき、部材１０は、不図示の搬送機構によって、検出器１３０に接触するように搬送されることが好ましい。搬送機構の動作は、第１判定の結果に基づいて制御されても良い。
【０１２１】
図２７は、システムのハードウェア構成を表すブロック図である。
例えば、実施形態に係る処理システム１００の処理装置１１０は、コンピュータであり、ＲＯＭ(Read Only Memory)１１１、ＲＡＭ(Random Access Memory)１１２、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１１３、およびＨＤＤ(Hard Disk Drive)１１４を有する。
【０１２２】
ＲＯＭ１１１は、コンピュータの動作を制御するプログラムを記憶している。ＲＯＭ１１１には、コンピュータに上述した各処理を実現させるために必要なプログラムが記憶されている。
【０１２３】
ＲＡＭ１１２は、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムが展開される記憶領域として機能する。ＣＰＵ１１３は、処理回路を含む。ＣＰＵ１１３は、ＲＯＭ１１１に記憶された制御プログラムを読み込み、当該制御プログラムに従ってコンピュータの動作を制御する。また、ＣＰＵ１１３は、コンピュータの動作によって得られた様々なデータをＲＡＭ１１２に展開する。ＨＤＤ１１４は、読み取りに必要なデータや、読み取りの過程で得られたデータを記憶する。ＨＤＤ１１４は、例えば、図１に表した記憶装置１２０として機能する。
【０１２４】
処理装置１１０は、ＨＤＤ１１４に代えて、ｅＭＭＣ（embedded Multi Media Card）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＳＳＨＤ（Solid State Hybrid Drive）などを有していても良い。
【０１２５】
処理装置１１０のそれぞれの処理及び機能は、より多くのコンピュータの協働により実現されても良い。
【０１２６】
入力装置１４０は、マウス、キーボード、及びタッチパッドの少なくともいずれかを含む。表示装置１５０は、モニタ及びプロジェクタの少なくともいずれかを含む。タッチパネルのように、入力装置１４０及び表示装置１５０の両方として機能する装置が用いられても良い。
【０１２７】
以上では、処理システム１００又は１００ａによってスポット溶接された溶接部１３を検査する例について説明した。この例に限らず、処理システム１００又は１００ａによって、他の方法で溶接された部材が検査されても良い。例えば、処理システム１００又は１００ａは、アーク溶接、レーザ溶接、又はシーム溶接された部材を検査しても良い。これらの方法によって溶接された部材についても、検出器１３０を用いた非破壊検査が可能である。
【０１２８】
以上で説明した実施形態に係る処理システム、処理方法を用いることで、検出器の溶接対象への接触をより精度良く判定できる。検出器の溶接対象への接触判定を実行することで、その後に実行される傾きの算出又は検査の精度を向上させることができる。また、コンピュータを、処理システムとして動作させるためのプログラムを用いることで、同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
上記の種々のデータの処理は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク及びハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、または、他の記録媒体に記録されても良い。
【０１３０】
例えば、記録媒体に記録されたデータは、コンピュータ（または組み込みシステム）により読み出されることが可能である。記録媒体において、記録形式（記憶形式）は任意である。例えば、コンピュータは、記録媒体からプログラムを読み出し、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させる。コンピュータにおいて、プログラムの取得（または読み出し）は、ネットワークを通じて行われても良い。
【０１３１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１０ 部材、  １１ 金属板、  １１ａ 上面、  １１ｂ 下面、  １２ 金属板、  １２ａ 上面、  １２ｂ 下面、  １３ 溶接部、  １３ａ 上面、  １３ｂ 下面、  １４ 凝固部、  １５ カプラント、  １００，１００ａ 処理システム、  １１０ 処理装置、  １２０ 記憶装置、  １３０ 検出器、  １３１ 素子アレイ、  １３２ 検出素子、  １３３ 硬質伝搬部材、  １４０ 入力装置、  １５０ 表示装置、  １６０ ロボット、  １６１ 撮像装置、  １６２ 塗布装置、  １６３ アーム、  １６４ 制御装置、  ９００ ユーザインタフェース、  ９０１ ポインタ、  ９１０ 第１画像、  ９２０ 第２画像、  ９３０ 第３画像、  ＲＷ 反射波
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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