(57)【要約】【課題】重ね合わせ溶接部のループ状溶接線を超音波により簡易に検査し得るレーザ溶接部の非破壊検査装置および方法を提供する。【解決手段】重ね合わせた被溶接部材の一側におけるループ状溶接線２の内側領域４Ａまたは外側領域４Ｂに、超音波を半径方向外側または内側に向けて放射する発信プローブ５を配置し、他側におけるループ状溶接線２の外側領域または内側領域に、発信プローブから半径方向外側または内側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブ６を配置し、前記ループ状溶接線の外側領域に配置した発信プローブまたは受信プローブは、前記ループ状溶接線２を取り囲むリング状プローブ８として構成し、発信プローブから発生され受信プローブで受信される超音波のエコーの波形を解析してレーザ溶接部１の良否を判断する波形解析手段９〜１２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた被溶接部材に形成したループ状溶接線からなるレーザ溶接部を超音波により検査する非破壊検査装置において、
前記重ね合わせた被溶接部材の一側における前記ループ状溶接線の内側領域または外側領域に、超音波を半径方向外側または内側に向けて放射する超音波の発信プローブを配置し、
前記重ね合わせた被溶接部材の他側における前記ループ状溶接線の外側領域または内側領域に、前記発信プローブから半径方向外側または内側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブを配置し、
前記ループ状溶接線の外側領域に配置した前記発信プローブまたは前記受信プローブは、前記ループ状溶接線を取り囲むリング状プローブとして構成し、
前記発信プローブから発生され前記受信プローブで受信される超音波のエコーの波形を解析して前記レーザ溶接部の良否を判断する波形解析手段を設けた、
ことを特徴とするレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項２】
前記超音波の発信プローブおよび前記超音波の受信プローブの双方を、前記ループ状溶接線を取り囲むリング状プローブの形に構成した、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記リング状プローブは、複数個のプローブセグメントを同一円上に間隔を置いて配設した構成とすることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記リング状プローブを構成樹脂で構成し、その樹脂内に、当該リング状プローブを前記被溶接部材に吸着させる永久磁石を埋設したことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記発信プローブおよび受信プローブの少なくとも一方を、前記ループ状溶接線を取り囲むリング部とその背面側を覆う蓋部材とを有するカップ状プローブにより構成し、前記カップ状プローブを構成樹脂で構成し、その樹脂内に、当該カップ状プローブを前記被溶接部材に吸着させる永久磁石を埋設したことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記カップ状プローブの内部に、前記被溶接部材側の溶接部を撮影するイメージセンサを設けた、ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記発信プローブおよび前記受信プローブの双方をループ状溶接線を取り囲むリンク部とその背面側を覆う蓋部材とを有するカップ状プローブにより構成し、その一方の前記カップ状プローブの内部に、前記被溶接部材側の溶接部を照明する発光素子を設け、
他方の前記カップ状プローブの内部に、前記被溶接部材側の溶接部を撮影するイメージセンサを設けた、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記リング状プローブを内部に光の入らない暗室として構成したことを特徴とする請求項７に記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項９】
前記レーザ溶接部は、ループ状でかつ溶接開始点と溶接終了点とが重ならないＣ字形状などの丸型の溶接線からなる、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザ溶接部の非破壊検査装置。
【請求項１０】
重ね合わせた被溶接部材に形成したループ状溶接線からなるレーザ溶接部を超音波により検査する非破壊検査方法において、
前記重ね合わせた被溶接部材の一側における前記ループ状溶接線の内側領域または外側領域に、超音波を半径方向外側または内側に向けて放射する超音波の発信プローブを配置し、
前記重ね合わせた被溶接部材の他側における前記ループ状溶接線の外側領域または内側領域に、前記発信プローブから半径方向外側または内側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブを配置し、
前記ループ状溶接線の外側領域に配置した前記発信プローブまたは前記受信プローブは、前記ループ状溶接線を取り囲むリング状プローブとして構成し、
前記発信プローブから発生され前記受信プローブで受信される超音波のエコーの波形を観測し、その観測波形中に、評価の基準レベルＬを上回る大きさのピーク波形が所定の時間幅Δｔ内に現出する場合に、溶接が良好であると判断することを特徴とするレーザ溶接部の非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループ状溶接線からなるレーザ溶接部の非破壊検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二枚の鋼材の突き合わせ部をレーザ溶接した直線状の溶接部（溶接ビード）の非破壊検査装置として、特開２００２−１３９４７９号公報（特許文献１）に開示されたものがある。これは二枚の鋼板の同一側において、直線状の溶接部の両側に、溶接部から等距離だけ離れた位置にて超音波の発信プローブ（超音波発生用探触子）と超音波の受信プローブ（超音波受信用探触子）とを配置し、発信プローブから鋼材中に伝搬させた超音波の探傷エコーを受信プローブで受信し、この受信した超音波を波形解析して欠陥部位の有無を判断する構成のものである。
【特許文献１】特開２００２−１３９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の非破壊検査装置においては、二枚の鋼板の同一側において、突き合わせ溶接部を挟んで発信プローブおよび受信プローブを配置し、この発信プローブおよび受信プローブ間において、発振プローブから溶接ビードを経て受信プローブへ伝播する超音波を測定することを前提としている。これは、突き合わせ溶接のように、反射波を無視してよい直線状の溶接部を検査対象とする場合においては有効な構成である。
【０００４】
しかしながら、重ね合わせた鋼板をレーザ溶接した重ね合わせ溶接部を検査対象とする場合には、次のような問題がある。すなわち、鋼板の板端部からの超音波の反射波がノイズとして作用する。また、受信プローブとは反対側へ超音波が伝播して受信プローブへの入力信号が減少する。
【０００５】
上記影響は、溶接ビードの直近に発信プローブと受信プローブをセットすることで軽減されるが、重ね合わせ溶接の場合は上下の両鋼板側に発信プローブと受信プローブを配置し、この両プローブを正しく位置決めすることが高精度の検査に不可欠である。この発信プローブと受信プローブのセット位置が、溶接ビードに対する正しい位置関係からずれていると、測定結果に誤りを生じる。
【０００６】
特に溶接ビードが直線形状でなくループ状の溶接線の場合は、その溶接ビードの湾曲形状に合わせて複数回の測定が必要となる。例えば溶接ビードがＣ字形状の溶接線である場合、その内側から外側へある方向に超音波を発生させて１回の測定を実施し、その後、超音波の発生方向つまり発信プローブのセット位置を溶接線の湾曲形状に合わせて徐々にずらせながら、Ｃ字形状の溶接ビードの全範囲にわたり超音波測定を実施する。このため、測定工数が増加するという問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、重ね合わせ溶接部のループ状溶接線を超音波により簡易に検査し得るレーザ溶接部の非破壊検査装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明によるレーザ溶接部の非破壊検査装置は、重ね合わせた被溶接部材の一側においては、ループ状溶接線の内側領域または外側領域に、超音波を半径方向外側または内側に向けて放射する発信プローブを配置する。また、重ね合わせた被溶接部材の他側においては、ループ状溶接線の外側領域または内側領域に、前記発信プローブから半径方向外側または内側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブを配置する。その際、ループ状溶接線の外側領域に配置した発信プローブまたは受信プローブは、前記ループ状溶接線を取り囲むリング状プローブとして構成する。そして、発信プローブから発生され受信プローブで受信される超音波のエコーの波形を解析してレーザ溶接部の良否を判断する波形解析手段を設ける。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明によるレーザ溶接部の非破壊検査方法は、重ね合わせた被溶接部材の一側においては、ループ状溶接線の内側領域または外側領域に、超音波を半径方向外側または内側に向けて放射する発信プローブを配置する。また、重ね合わせた被溶接部材の他側においては、ループ状溶接線の外側領域または内側領域に、前記発信プローブから半径方向外側または内側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブを配置する。その際、ループ状溶接線の外側領域に配置した発信プローブまたは受信プローブは、前記ループ状溶接線を取り囲むリング状プローブとして構成する。そして、発信プローブから発生されプローブで受信される超音波のエコーの波形を観測し、その観測波形中に、評価の基準レベルＬを上回る大きさのピーク波形が所定の時間幅Δｔ内に現出する場合に、溶接が良好であると判断する。
【００１０】
ここで評価の基準レベルＬは、正常な溶接ビードについて観測される超音波のエコー波形と、欠陥部位の有る溶接ビードについて観測される超音波のエコー波形とを区画するレベルであり、予め多数の実験により求められる既知の値である。また所定の時間幅Δｔは、正常な溶接ビードについて超音波を発生させてからそのエコー波形のピークが現れる時刻が収まる最大許容時間幅であり、予め多数の実験により求められる既知の値である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ溶接部の非破壊検査装置によれば、Ｃの字形状、リング形状および渦巻き形状などのループ状溶接線の溶接ビードに対して、被溶接部材の両面から、ループ状溶接線の内側領域と外側領域という溶接ビード基準で、発信プローブおよび受信プローブをセットすることで、容易にループ状溶接線の非破壊検査を実施し、その溶接品質を確認することができる。したがって、発信プローブおよび受信プローブのセットを容易化し、一つの溶接ビードに対するセット回数および検査回数を減少させて、全体の検査工数の短縮を図ることができる。その際、ループ状溶接線の外側領域には、該ループ状溶接線を取り囲むように、リング状プローブを配置しているので、ループ状溶接線を内側から外側へと通過した超音波を、リング状プローブ外に逃がすことなく捕らえることができる。
【００１２】
また本発明のレーザ溶接部の非破壊検査方法によれば、ループ状溶接線の長さや径が変化すると、超音波の観測波形の強度やピークの発生する時間位置が変化するため、そのピーク波形が基準レベルＬを上回る大きさで所定の時間幅Δｔ内に発生するか否かを知ることにより、溶接品質の良否を評価することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して本発明を適用した最良の実施形態を説明する。
［実施形態１］
図１は本発明の第１の実施形態に係る非破壊検査装置と検査対象のレーザ溶接部との関係を示した図、図２はその非破壊検査装置のプローブと検査対象であるレーザ溶接部の形状を示した上面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
【００１４】
図１において、１は超音波により非破壊検査する対象のレーザ溶接部１であり、鋼板３ａ、３ｂを重ね合わせた被溶接部材３にレーザビームをループ状に照射して形成したループ状の溶接線（ループ状溶接線）２による溶接ビードからなる。この実施形態では、溶接ビード１のループ状溶接線２の代表例としてＣ字形状の溶接線（図８（ａ）参照）を示す。しかし、ループ状でかつ溶接開始点２ａと溶接終了点２ｂとが重ならない他の丸型の溶接線も、このループ状溶接線２に含まれる。ここで丸型の溶接線と言った場合、図８（ａ）に示すＣ字形状の溶接線の他、図８（ｂ）に示すリング形状や、図８（ｃ）に示す渦巻き形状の溶接線が含まれる。これらの溶接線において、溶接開始点２ａと溶接終了点２ｂとが重ならないことを前提としているのは、レーザビームが溶接開始点２ａと溶接終了点２ｂで重なってしまった場合、通常、その重なり部に孔が開いてしまい、外観不良となるためである。しかし非破壊検査においては、そのような重なり部が存在しているかどうか、さらには孔が開いている溶接線であるかどうかが、不明なものについても検査対象となり得る。その意味において、上記のループ状溶接線２には、レーザビームが描く溶接軌跡がループ状であれば、溶接開始点２ａと溶接終了点２ｂとが重なった形状であるかを問わず、すべてループ状溶接線２に含まれる。
【００１５】
レーザ溶接部１の非破壊検査装置は、二つのプローブを有する。第１は、被溶接部材３として重ね合わせた二枚の鋼板３ａ、３ｂの一側（ここでは表板である鋼板３ａ側）において、上記ループ状溶接線２の内側領域４Ａに配置され、超音波を半径方向外側に向けて放射する発信プローブ５である。第２は、重ね合わせた二枚の鋼板３ａ、３ｂの他側である鋼板３ｂ（ここでは裏板）側において、ループ状溶接線２の外側領域４Ｂにループ状溶接線２を取り囲む形で配置されており、発信プローブから半径方向外側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブ６である。
【００１６】
この実施形態の場合、ループ状溶接線２の内側領域４Ａに位置する発信プローブ５は柱状プローブ７からなり、ループ状溶接線２の外側領域４Ｂに位置する受信プローブ６はドーナツ状に中央部が貫通したリング状プローブ８からなる。この実施形態によれば、Ｃの字形状、リング形状および渦巻き形状などのループ状溶接線２の溶接ビードに対して、被溶接部材の両面から、ループ状溶接線２の内側領域４Ａと外側領域４Ｂという溶接ビード基準で、発信プローブ５および受信プローブ６を容易にセットすることができる。このため、容易にループ状溶接線２の非破壊検査を実施し、その溶接品質を確認することが可能である。
【００１７】
このように発信プローブおよび受信プローブのセットが容易である結果、一つの溶接ビードに対するセット回数および検査回数を減少させて、全体の検査工数の短縮を図ることができる。また、ループ状溶接線の外側領域には、該ループ状溶接線を取り囲むように、リング状プローブを配置しているので、ループ状溶接線を内側から外側へと通過した超音波を、リング状プローブ外に逃がすことなく捕らえることができる。
【００１８】
しかし、ループ状溶接線２の内側領域４Ａに位置する発信プローブ５と、ループ状溶接線２の外側領域４Ｂに位置する受信プローブ６の双方を、リング状プローブ８で構成することができ、上記と同じ効果を得ることができる。また、このいずれの形態においても、ループ状溶接線２の内側領域４Ａと外側領域４Ｂに配置するプローブの送信と受信の種類を入れ替えて、ループ状溶接線２の外側領域４Ｂに超音波を半径方向内側に向けて放射する発信プローブ５を位置させ、ループ状溶接線２の内側領域４Ａに、発信プローブから半径方向内側に向けて放射される超音波を受信する受信プローブ６を位置させることもできる。その際、発信プローブ５は、超音波が溶接ビード１を全範囲にわたり通過する様に超音波を発振させるリング状プローブ８として構成する。これらの構成の下でも上記した図１〜図３の構成の場合と同じ効果を得ることができる。
【００１９】
また、非破壊検査装置は、上記発信プローブ５および受信プローブ６に接続した超音波送受信器９と、該超音波送受信器９に縦続接続した波形評価装置１０と、画像処理装置１１と、モニタ装置１２とを有する。超音波送受信器９は、超音波を生成して発信プローブ５に供給し、発信プローブ５から超音波を鋼板３ａ、３ｂ中に放射状に放出させると共に、鋼板３ａ、３ｂ中を伝播し受信プローブ６で検知される超音波の探傷エコーを受信する。波形評価装置１０は、この超音波送受信器９で受信される探傷エコーの波形を評価し、溶接部の溶接の良否を判定する。またモニタ装置１２はこの探傷エコーの波形および評価結果を表示する。
【００２０】
図３に発信プローブ５から発信された超音波が受信プローブ６で受信されるまでの通過経路例を示す。図３では、超音波が溶接ビード１を通過し、受信プローブ６で探傷エコーとして受信される場合を、超音波の通過する経路３１にて示している。
【００２１】
超音波の場合、溶接ビード１の存在しない部分や上下鋼板の未溶着の部分では超音波が通らない、という性質がある。このため受信プローブ６で受信される探傷エコーの波形は、溶接ビード１の欠陥部位（本来溶着されているべき部位が未溶着あるいは溶接が不十分な部位）の存在を反映したものとなる。
【００２２】
図４および図５に、溶接ビード１の溶接品質の良否とそのときの探傷エコーの受信波形を例示する。図４（ｂ）および図５（ｂ）において、横軸は超音波が発信プローブ５を出てから受信プローブ６で観測するまでの時間であり、また縦軸は観測波形の強度である。
【００２３】
図４は溶接ビード１の溶接品質がループ状溶接線２の全長にわたって良好である場合であり、（ａ）はその場合の超音波の通過方向を示した図、（ｂ）はそのときの探傷エコーの受信波形を示した図である。溶接ビード１の溶接品質が全長にわたって良好である場合、図４（ａ）に実線矢印で示すように、溶接ビード１の全体を超音波が通ることになる。このため、受信プローブ６で受信される探傷エコーは、図４（ｂ）に示すように、その観測波形の強度が強くなり、比較的レベルの高いピークを有する波形として観測される。
【００２４】
これに対し、図５（ａ）に示すように溶接ビード１に欠陥部位２ｃがある場合は、図５（ｂ）に示すような観測波形となる。ここで、図５（ａ）はその超音波の通過方向を実線矢印で示した図、図５（ｂ）はそのときの探傷エコーの受信波形を示した図である。溶接ビード１に欠陥部位２ｃがある場合、図５（ａ）に示すように欠陥部位２ｃでは超音波が透過しない（点線矢印はこのことを示す）。このため、受信プローブ６で受信される探傷エコーは、その観測波形の強度が、図４（ｂ）と図５（ｂ）の比較から判るように、溶接ビード１の長さが短くなった分だけ弱くなり、レベルの低いピークを有する波形として観測される。
［変形例１］
図６は、重ね合わせた二枚の鋼板３ａ、３ｂの一側と他側にプローブを配置する作業を容易にするため、発信プローブ５と受信プローブ６を把持機構（プローブ把持機構）１５に取り付けた変形例である。
【００２５】
このプローブ把持機構１５は断面コ字状の枠部材を有する。具体的には、図６に示すように、取手１６を設けた支柱部１７と、その上端から延在させた上アーム１８と、下端から延在させた下アーム１９とを有する。上アーム１８の先端には、リング状プローブ８からなる受信プローブ６が取り付けられており、また下アーム１９の先端には、シリンダ機構（昇降機構）２０を介して柱状プローブ７からなる発信プローブ５が設けられている。具体的には、下アーム１９の先端に昇降機構として、シリンダ機構２０のエアシリンダ２１を取り付け、そのピストンロッド２２の先端に、発信プローブ５の下端を固定してある。このエアシリンダ２１のピストンロッド２２の進退位置を切り換えることにより、発信プローブ５を測定が可能な作用位置（閉状態）まで受信プローブ６に接近させ、また、受信プローブ６から発信プローブ５を非作用位置（開状態）まで離す、という開閉動作をさせることができる。
【００２６】
この実施形態の場合、受信プローブ６と発信プローブ５はプローブ把持機構１５を介して中心が合った状態に保たれており、シリンダ機構２０により発信プローブ５である柱状プローブ７が一定圧力で鋼板３ａに対接する位置に押し付けられて上記の閉状態になる。
【００２７】
図６には、検査対象の部位として、自動車ボデーフロア部のドアオープニング部分における幅の短いフランジ部分２３を示してあり、検査対象は、このフランジ部分２３に打点した溶接ビード１のループ状溶接線２である。
【００２８】
溶接品質の検査作業に際しては、まず開状態にある把持機構１５の取手１６をもって、二枚の鋼板３ａ、３ｂの一方の側に存在するプローブ、この例では受信プローブ６であるリング状プローブ８を、検査予定の溶接部位置まで持ち来たす。具体的には、ドーナツ状に中央部が貫通したリング状プローブ８の貫通部分内にループ状溶接線２が収まるように、受信プローブ６であるリング状プローブ８をセットする。
【００２９】
リング状プローブ８の位置が確定したならば、その位置で昇降機構２０を作動させて、発信プローブ５である柱状プローブ７を作用位置まで上昇させて閉状態とする。具体的には、シリンダにより発信プローブ５である柱状プローブ７を一定圧力で測定部位の鋼板３ａに押し付ける。この操作によって、重ね合わせた二枚の鋼板３ａ、３ｂの両側に、正しく発信プローブ５と受信プローブ６が位置決めされる。
【００３０】
上記のように、目視などにより最初に一方のリング状プローブ８の位置決めを行うと、柱状プローブ７の水平面内の位置がリング状プローブ８に対する相対的位置として自然に定まり、またこの柱状プローブ７の垂直面内の位置は、シリンダ機構２０により鋼板３ａに押し付けることで自動的に定まる。このため、溶接品質の検査のためにプローブをセットする作業の工数を減少させ、作業時間を短縮することができる。そして、発信、受信両プローブが超音波による測定可能な位置に配置されたことで、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すような観測波形を得ることができる。
【００３１】
上記実施形態で対象としている検査部位は、自動車ボデーフロア部のドアオープニング部分におけるフランジ部２３であり、そのフランジ幅はほぼ一定で短い。このような検査部位では、鋼板３ａ、３ｂのいずれの側からも、プローブの位置を目視により容易に確認することができる。したがって、検査のためのプローブのセット作業工数を減少させ、作業時間を短縮することができる。
【００３２】
一方、車両の床パネルのように、鋼板の中心付近に溶接の打点があり、両側から別々にプローブをセットするのに工数がかかる場所がある。このような検査部位に対しては、上記の大型の把持機構１５を使用することにより、プローブの位置決めを容易にし、簡便にプローブをセットすることができる。この場合も、最初に目視などによりリング状プローブ８の位置決めを行う。これにより、柱状プローブ７の水平面内の位置が相対的に定まる。また柱状プローブ７を鋼板３ａに対接させることで垂直面内の位置も自動的に定まる。このため、同様に検査の作業工数の短縮を図ることができる。
［実施形態２］
図７に、本発明の第２の実施形態を示す。これは、発信プローブ５や受信プローブ６として用いるリング状プローブ８を、複数個のプローブセグメント２４を同一円上に配置することにより構成したものである。ここでは、リング状プローブ８のリングを描くサークル上に、計６個のプローブセグメント２４を間隔（空白部分）２５を置いて配設した構成となっている。この間隔２５は、二枚の鋼板３ａ、３ｂを合わせた板厚程度の隙間とする。すなわち、リング状プローブにおいて、全周に測定子を配置するのではなく、許容できない欠陥を確実に配置できるような割合で、測定子のプローブセグメント２４を配置する。
【００３３】
間隔２５を二枚の鋼板３ａ、３ｂを合わせた板厚程度の隙間としているのは、通常、板厚より小さい幅での未溶着は発生しないため、プローブセグメント２４間に板厚程度の隙間があっても問題ないからである。なおこの実施形態の場合、プローブセグメント２４は円弧状を有しているが、円弧状でない小型プローブ要素を使用しもよく、このような小型プローブ要素もプローブセグメント２４に含まれる。
【００３４】
このようにプローブセグメント２４の集合としてリング状プローブ８を構成すれば、リング状プローブ８全体を一体のものとして作成する必要がなくなる。この第２の実施形態によれば、セグメントの組み合わせで一体的なリング状プローブ８が作成可能となり、プローブの大幅なコスト低減が可能となる。具体的には、振動子と受信測定子の数を減らすことができ、材料費の低減による低コスト化、形状のスリム化が達成できる。
［実施形態３］
第３の実施形態を図９に示す。これは重ね合わせた二枚の鋼板３ａ、３ｂの一側と他側に配置する発信プローブ５と受信プローブ６を、双方とも蓋付のリング状プローブ（カップ状プローブ２６と称する）の形とした形態のものである。
【００３５】
このカップ状プローブ２６は、上述のリング状プローブ８に相当するリング部２７と、その背面側、すなわち鋼板３ａ、３ｂに対向しない外側の端面を覆う蓋部材２８とから構成されている。また、このカップ状プローブ２６のリング部２７の大きさは、ループ状溶接線２の外側領域４Ｂにおいてループ状溶接線２を取り囲む直径Ｄ１の円形状となっている。
【００３６】
矢印２９は発信プローブ５としてのカップ状プローブ２６から発せられる超音波の発信方向を示している。この超音波が探傷エコーとして受信プローブ６としてのカップ状プローブ２６に受信されるまでの通過経路は大別して次の二種類である。第１は溶接ビード１を通過して受信プローブ６に至る破線で示す経路３０であり、第２は溶接ビード１を通過せず溶接ビード１で反射されて受信プローブ６に至る実線で示す経路３１である。このような通過経路は数多く存在するが、図９にはこの通過経路のうちの下側のみを示してある。
【００３７】
図１０に、発信プローブ５を出てから受信プローブ６で受信され観測されるまでの時間と、探傷エコーの観測波形の強度との関係を示す。図１０では、図４（ｂ）や図５（ｂ）に比べ、双峰性の波形となっていることが判る。図１０中、１３は破線の経路３０で生じるピーク波形であり、１４は実線の経路３１で生じるピーク波形である。
【００３８】
図１１は、溶接ビード１のループ状溶接線２の直径をＤ１からＤ２に小さくした場合に、超音波の通過経路が変わることを示す。溶接ビード１を通過して受信プローブ６に至る破線で示す経路３０と、溶接ビード１を通過せず溶接ビード１で反射されて受信プローブ６に至る実線で示す経路３１の二種類が存在する点は同じである。しかし、図１１の如く溶接ビード１のループ状溶接線２の直径をＤ１からＤ２へと小さくした場合、直径方向反対側のリング部２７への破線の経路長（経路３０）の長さは変化しないが、半径方向同一側のリング部２７への実線の経路３１は、図９の場合よりも長くなり、図１０のグラフにおけるピーク１４が右方向へ移動する。
【００３９】
図１２に、波形評価装置１０が評価する探傷エコーの観測波形の種類を示す。
【００４０】
図１２の（ａ）は溶接が良好な場合の観測波形であり、（ｂ）（ｃ）は溶接が不良な場合の観測波形である。溶接が良好な場合、図１２（ａ）に示すように、ピーク波形３４の強度は評価の基準レベルＬを上回る大きさであり、かつ所定の時間幅Δｔ内にピーク波形３４が存在する。しかし溶接が不良になると、例えば図１２（ｂ）（ｃ）に示すように、ピーク波形３４が所定の時間幅Δｔ内に現れず、しかも評価の基準レベルＬを下回る大きさとなる。この評価の基準レベルＬと時間幅Δｔを判断の指標として、波形評価装置１０は探傷エコーの観測波形を評価する。
【００４１】
すなわち、波形評価装置１０は、探傷エコーのピーク波形３４の強度が評価の基準レベルＬを上回る大きさで、かつ、所定の時間幅Δｔ内に現出する場合（図１２（ａ））には、溶接が良好であると判断する。しかし、ピーク波形３４が評価の基準レベルＬを下回る大きさである場合（図１２（ｂ））は、例えばループ状溶接線２の長さの不足を生じさせるような欠陥部位が溶接部にある場合であり、溶接が不良であると判断する。また、ピーク波形３４が所定の時間幅Δｔ内から外れた位置に現れている場合（図１２（ｃ））は、ループ状溶接線２のループ形状が小さいと見なされるような欠陥部位がある場合であり、溶接が不良であると判断する。
【００４２】
この評価結果は、探傷エコーの波形と共にモニタ装置１２に画像表示される。
［実施形態４］
図１３に第４の実施形態を示す。この第４の実施形態は、発信プローブ５および受信プローブ６の双方をカップ状プローブ３６により構成し、このカップ状プローブ３６を永久磁石の吸着力を利用して、重ね合わせた二枚の鋼板３ａ、３ｂの両側に配置した形態のものである。
【００４３】
このカップ状プローブ３６は、上述のカップ状プローブ２６における合成樹脂製のリング部２７に、固定用の永久磁石３７を埋設し、これによりリング部２７を鋼板３ａ、３ｂに対して磁気的に吸着しうる構造としている。
【００４４】
図１３の例では、永久磁石３７として外側半径がリング部２７と同じ大きさのリング状の永久磁石３７を用い、この永久磁石３７を合成樹脂製のリング部２７と合成樹脂製の蓋部材２８の接合面において、外周部がリング部２７と同じ面一になるように埋め込んでいる。したがってリング状永久磁石３７は、その外周部がリング部２７と同じ面一にて露出している。このような構造にしたのは、できるだけ大径のリング状永久磁石３７を用いることで吸着力を確保すると共に、超音波の複雑な反射を抑えるようにしたためである。しかし、外周面を露出させずに、永久磁石３７を完全に合成樹脂内に埋設させることもできる。
【００４５】
上記構造のカップ状プローブ３６からなる発信プローブ５および受信プローブ６のセット作業は、永久磁石３７の磁気的吸着力により行われる。したがって、セット作業が簡単であると共に、セットした発信プローブ５および受信プローブ６は永久磁石３７により鋼板３ａ、３ｂに強固に固定され、ずれる恐れはない。
【００４６】
ここでカップ状プローブ３６は、そのリング部２７がＣ字形状溶接線からなる溶接ビード１を覆うように、溶接ビード１周辺の平面部にセットされる。検査部位の表面が平坦である限り、リング部２７と鋼板３ａ、３ｂの密着性が確実に得られる。しかし、リング部２７の端面と鋼板３ａ、３ｂの表面との間に形状上のずれに起因して隙間が生じる場合は、必要に応じて弾性部材などの接触媒質を用い、リング部２７と鋼板３ａ、３ｂの密着性を確実にするとよい。
【００４７】
この実施形態では、カップ状プローブ３６に永久磁石３７を埋設しているが、リング状プローブや柱状プローブに永久磁石を設けることができる。すなわち、本明細書のどの実施形態においても、測定対象に磁石が付く場合は、マグネット式のプローブとすることで操作性を向上することができる。
［実施形態５］
図１４に第５の実施形態を示す。これは溶接部を撮影し、その画像から溶接部の表面品質についての外観検査を行えるようにしたものである。
【００４８】
この第５の実施形態においても、重ね合わせた鋼板３ａ、３ｂの一側に、ループ状溶接線２の内側領域４Ａに位置するように発信プローブ５である柱状プローブ７（図１〜図３）を配置し、また重ね合わせた鋼板３ａ、３ｂの他側に、ループ状溶接線２を取り囲むように受信プローブ６としてカップ状プローブ２６（図９）を配置している。しかし、図９で説明した第３の実施形態のように、重ね合わせた鋼板３ａ、３ｂの両側に、カップ状プローブ２６を配置した形態とすることもできる。
【００４９】
この第５の実施形態の特徴は、カップ状プローブ２６の内部、ここでは受信プローブ６の内部に、被溶接部材３側の溶接部を撮影する撮像装置としてイメージセンサ３５を追加的に設けている点である。このイメージセンサ３５は、代表的にはＣＣＤカメラからなるが、この他にレーザスキャナセンサなどで表面形状を取得する手段も含まれる。このイメージセンサ３５は、上述した画像処理装置１１およびモニタ装置１２と共に外観検査装置を構成する要素であり、撮像した溶接部の画像を画像処理装置１１で画像処理した後、モニタ装置１２の画面にカラー画像表示させる。
【００５０】
かかる第５の実施形態によれば、溶接部の外観品質と超音波測定結果を同時に取得することで、発信および受信の両プローブのセット状態の不良や、異物の混入の有無などによる測定不良についても判別し、記録することができる。また遠隔地に多数存在する溶接部の表面を、撮影した画像に基づき、一箇所のモニタ室において観察し、その溶接部ないしループ状溶接線２の表面品質の良否を判断することができる。
［実施形態６］
ところで、レーザ溶接においては、ループ状溶接線２の溶接開始点２ａと溶接終了点２ｂとが重ならない溶接ビード１を形成することを前提としている。これは、レーザビームが溶接開始点２ａと溶接終了点２ｂで重なってしまうと、通常、その重なり部に孔が開いてしまうためである。したがって、外観検査を行って貫通孔の存否を確認することは、非破壊検査の実施と同様に極めて重要である。
【００５１】
しかし通常の環境下での目視による外観検査では、貫通孔の存否を確認することは、必ずしも容易ではない。そこで、この第６の実施形態では、バックライトの漏れ光から貫通孔の存在を容易に発見しうるプローブ構造とする。
【００５２】
図１５にこの第６の実施形態を示す。この第６の実施形態では、図１３で説明した永久磁石３７を埋設したカップ状プローブ３６を前提としている。そして、このカップ状プローブ３６を内部に光が入らない暗室化して、漏れ光を検出し易い構造としている。このため、蓋部材２８を遮光部材により構成すると共に、リング部２７と蓋部材２８間も光が入らない遮光構造としている。リング部２７の背面は遮光部材である蓋部材２８で包囲された形となっており、リング部２７を鋼板３ａ、３ｂに吸着させて取り付け時には、カップ状プローブ３６の内部が暗室状態になる構造としている。
【００５３】
このようにカップ状プローブで溶接ビードを覆うことで、溶接ビードの表面形状や貫通穴あきの有無といった外観検査において、外光の進入を防ぎ、確実かつ高精度に外観の評価ができる。
【００５４】
また、各カップ状プローブ３６の内部において、蓋部材２８の内側面には、鋼板３ａ、３ｂ側の溶接部を照明する光源として、発光素子（ＬＥＤ）３８を設けてある。この実施形態の場合、発光素子３８は面状の発光体の形で設けられている。また、この面状の発光素子３８上の中央には、被溶接部材３側の溶接部を撮影する撮像装置として、図１４の説明で述べたイメージセンサ３５を設けてある。
【００５５】
超音波による非破壊検査対象は、薄い鋼板３ａ、３ｂをＣ字形状にレーザで重ね溶接して得た溶接ビード１、つまりＣ字形状の溶接線である。
【００５６】
次に、図１５の検査装置の動作について説明する。まず、発信プローブ５および受信プローブ６をセットする。このために、発信プローブ５のＣＣＤカメラからなるイメージセンサ３５の画像を、画像処理装置１１を通してモニタ装置１２に映し出す。画像が暗い場合は、発光素子３８によるライトを点灯し、明るく鮮明な画像を得るようにする。このモニタ画像を参考に、視野内に測定対象である溶接ビード１の表面が入るように、発信プローブ５を位置決めし、その位置にセットする。
【００５７】
同様に、受信プローブ６についても、モニタ画像を参考に、視野内に測定対象である溶接ビード１の表面画像が入るように、受信プローブ６を位置決めし、その位置にセットする。この発信プローブ５および受信プローブ６のセット作業は、永久磁石３７の磁気的吸着力により行われる。したがって、セット作業が簡単である。
【００５８】
なお、カップ状プローブ２６は、そのリング部２７がＣ字形状溶接線からなる溶接ビード１を覆うようにセットされる。
【００５９】
両側のプローブをセットした後、発信プローブ５からの超音波を受信プローブ６で測定し、図１０に示すような観測波形を得る。評価装置１０は、あらかじめ決定されたＯＫ／ＮＧ判定基準（図１２の基準レベルＬを参照）と比較し、溶着長さの良否を判断する。
【００６０】
一方、鋼板３ａ、３ｂの両側の発信プローブ５および受信プローブ６とも、発光素子３８のライト消灯状態または発光素子３８による撮影に適したライトの照明下で、溶接部の表面をイメージセンサ３５で撮影し、その撮影画像に基づいて、プローブのセット位置の確認、溶接品質の外観評価をおこなう。
【００６１】
次に、貫通穴検査のため、発信プローブ５および受信プローブ６の一方、ここでは発信プローブ５の側における発光素子３８のライトの光量を上げ、他側の受信プローブ６への光の漏れを確認する。この貫通孔検査は、光源側と受光側を入れ替えて、他側の受信プローブ６から一側の発信プローブ５への光の漏れを確認することで行っても良い。あるいはまた、一側から他側への検査と他側から一側への検査を、交互に繰り返し行っても良い。このような貫通穴検査により、真上から撮影しただけでは見逃す可能性のある、斜め方向の貫通穴についても検出可能となる。
【００６２】
上記の観測波形および外観検査の評価結果を記録して、レーザ溶接部の非破壊検査および外観検査が終了となる。この実施形態における長所は、発信プローブおよび受信プローブを１回セットするのみで、溶着長さの検査に代表されるレーザ溶接部の欠陥部位の有無についての非破壊検査と、レーザ溶接部の表面品質や貫通孔の有無についての外観品質の検査とが完了することである。
【００６３】
上記実施形態において、発光素子により溶接部を照らすライトは、自然光と相違する光、例えばパルス光とすることができる。このように外光と区別した光を外観検査のために使用することにより、片側のみがリング状プローブ（図１４参照）であっても、外光の影響を受けずに判定することが可能となる。
【００６４】
また上記実施形態では鋼板３ａ、３ｂの両側に外観検査のためのイメージセンサ３５を配置して、溶接ビード１の表面と裏面の両方の外観検査をおこなっているが、鋼板３ａ、３ｂの片側にのみイメージセンサ３５を配置しても良い。
【００６５】
この第６の実施形態によれば、バックライトの漏れ光から貫通孔の存在を容易に発見しうるプローブ構造が得られる。反対面からのライトで溶接部を照らし、溶接部に存在する貫通孔を確実かつ容易に検出できるようにすることで、例えば、水密打点など、微小な貫通穴も在ってはならない部位の検査においても、貫通孔の有無を効果的に検出することができる。このとき、光源側もリング形状に包囲し暗室化しているので外光の影響を無視することができる。
【００６６】
またリング形状の暗室を作り、受光側のイメージセンサに外光が入射するのを阻止するようにしたので、外光が撮影に与える悪影響を排除して、溶接部の表面品質について行う外観検査の判定精度を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、レーザ溶接部の非破壊検査および外観検査に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る非破壊検査装置と検査対象のレーザ溶接部との関係を示した図である。
【図２】非破壊検査装置のプローブと検査対象であるレーザ溶接部の形状を示した上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】溶接ビードが全長にわたって良好である場合であり、（ａ）はその場合の超音波の通過方向を示した図、（ｂ）はそのときの探傷エコーの受信波形を示した図である。
【図５】溶接ビードに欠陥部位がある場合であり、（ａ）はその超音波の通過方向を実線矢印で示した図、（ｂ）はそのときの探傷エコーの受信波形を示した図である。
【図６】発信プローブと受信プローブを把持機構に取り付けた変形例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る検査装置のリング状プローブの構成を示した図である。
【図８】検査対象となり得る溶接ビードの代表的な形状を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るカップ状プローブを用いた検査装置と超音波の通過経路を示した図である。
【図１０】図９の検査装置を用いた場合の探傷エコーの観測波形の一例を示す図である。
【図１１】図９において溶接ビームの大きさを小さくした場合の超音波の通過経路を示した図である。
【図１２】図９の検査装置を用いて得られる探傷エコーの観測波形の種類を示したもので、（ａ）は溶接が良好な場合の観測波形であり、（ｂ）（ｃ）は溶接が不良な場合の観測波形である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る永久磁石を埋め込んだカップ状プローブを用いた検査装置を示した図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る外観検査を可能にした検査装置を示した図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る暗室化した構造のカップ状プローブを用いた検査装置を示した図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    溶接ビーム（レーザ溶接部）、
２    ループ状溶接線、
２ａ  溶接開始点、
２ｂ  溶接終了点、
２ｃ  欠陥部位、
３    被溶接部材、
４Ａ  内側領域、
４Ｂ  外側領域、
５    発信プローブ、
６    受信プローブ、
７    柱状プローブ、
８    リング状プローブ、
９    超音波送受信器、
１０    波形評価装置、
１１    画像処理装置、
１２    モニタ装置、
１３    レベルの高いピーク、
１４    レベルの低いピーク、
１５    把持機構、
１６    取手、
１７    支柱部、
１８    上アーム、
１９    下アーム、
２０    シリンダ機構（昇降機構）、
２１    エアシリンダ、
２２    ピストンロッド、
２３    フランジ部分、
２４    プローブセグメント、
２５    間隔、
２６    カップ状プローブ、
２７    リング部、
２８    蓋部材、
２９    矢印、
３０、３１    経路、
３４    ピーク波形、
３５    イメージセンサ、
３６    カップ状プローブ、
３７    永久磁石、
３８    発光素子。
【図１】
2009156701.tif 000003
【図２】
2009156701.tif 000004
【図３】
2009156701.tif 000005
【図４】
2009156701.tif 000006
【図５】
2009156701.tif 000007
【図６】
2009156701.tif 000008
【図７】
2009156701.tif 000009
【図８】
2009156701.tif 000010
【図９】
2009156701.tif 000011
【図１０】
2009156701.tif 000012
【図１１】
2009156701.tif 000013
【図１２】
2009156701.tif 000014
【図１３】
2009156701.tif 000015
【図１４】
2009156701.tif 000016
【図１５】
2009156701.tif 000017