インライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ−ＭＩＧ溶接方法
【課題】所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することのできるインライン検査方法および装置を提供すること。
【解決手段】インライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査する方法である。インライン検査装置１０は、ワークに形成された貫通孔の下孔径とプラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データをワークの板厚および溶接条件ごとに記憶する記憶手段１２と、処理手段１３とを備え、処理手段１３は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程Ｓ１と、アーク電圧を監視し、ワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程Ｓ２とを実行する。
【解決手段】インライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査する方法である。インライン検査装置１０は、ワークに形成された貫通孔の下孔径とプラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データをワークの板厚および溶接条件ごとに記憶する記憶手段１２と、処理手段１３とを備え、処理手段１３は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程Ｓ１と、アーク電圧を監視し、ワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程Ｓ２とを実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接品質を検査するためのインライン検査方法およびインライン検査装置に関し、特に貫通溶接における貫通孔を検査するためのインライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ-ＭＩＧ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下２枚の鋼板を重ね合わせて貫通溶接する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された貫通溶接の手順は次の通りである。すなわち、まず、溶接を行う位置でプラズマアークを着火し、続いて、比較的に大きいパワーのプラズマアークを用いて、穴を貫通させる。穴が貫通すると、直ちにプラズマアークのパワーを溶接に適した値まで低減させて、上下の鋼板を適正に溶融させて溶接する。このとき、フィラーをプラズマアーク内に送り込む。すると、アーク熱で溶融したフィラーが溶接スポットへ供給されて、最終的に穴が埋め戻され、かつ、上下の鋼板間の隙間も埋まって、２枚の鋼板間の溶接が確立する。この段階で、フィラーをプラズマアーク外へ引出しその送給を停止させ、続いて、プラズマアークを消す。これで、１回の溶接が終了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３７９９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、貫通溶接において、溶接姿勢の変化やワーク間の隙間などに起因して貫通孔径は変わってしまう。また、貫通孔を形成した後に穴を即座に埋めてしまうため、貫通孔径を直接的に観測することは困難であった。また、既存の電圧モニタにより、貫通孔の有無を間接的に観測すれば貫通したこと自体を検出することはできるが、従来の方法では、所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することはできなかった。なお、インライン検査とは、抜き取り検査（引張試験や断面観察のような破壊検査）ではなく、破壊することなく、全数検査を行うことをいう。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することのできるインライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ-ＭＩＧ溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本願発明者らは、貫通溶接において形成した貫通孔のサイズと強度との関係について種々検討を行った。その結果、貫通孔に充填されたナゲットの径の大きさと継手強度との間に相関があることと、貫通孔の下孔の径の大きさと継手強度との間にも同様な相関があることとを見出した。
【０００７】
そこで、本発明の第１の観点に係るインライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、前記インライン検査装置が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、前記処理手段が、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、前記アーク電圧を監視し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の観点に係るインライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、前記インライン検査装置が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、前記処理手段が、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、前記アーク電圧を監視し、該アーク電圧の累積移動平均データを検出し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧累積移動平均データを前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るインライン検査方法は、前記検量線データが、前記重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められ、前記重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、前記貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧との対応関係を示す下孔径−電圧データであることが好ましい。
【００１０】
かかる手順によれば、インライン検査方法では、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視し、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。したがって、本発明のインライン検査方法は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。
【００１１】
また、本発明に係るインライン検査方法は、前記インライン検査装置の前記記憶手段が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、前記重ね合わせた複数のワークに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内のアーク電圧と前記下孔径との対応関係を示す再点弧データをさらに記憶し、前記処理手段が、前記貫通孔径検出工程において前記貫通孔の下孔径を検出した後、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧する再点弧ステップと、前記アークを再点弧した後のアーク電圧を、前記検量線データである再点弧データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する再検出ステップとを実行することが好ましい。
【００１２】
かかる手順によれば、インライン検査方法は、形成された貫通孔に対してアークを再点弧したときに測定されたアーク電圧の立上り電圧を検量線データと照合することで所望の貫通孔が確実に形成されていることを判定できる。これによれば、アーク点弧時の立上り電圧はアークが安定したときの安定電圧よりも大きいので、下孔径を高精度で検出することができる。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明に係るインライン検査装置は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置であって、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、前記アーク電圧を所定の頻度で測定する電圧監視手段と、測定されたアーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出手段と、測定されたアーク電圧に基づいて、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、インライン検査装置は、電圧監視手段によって、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視する。そして、インライン検査装置は、貫通検出手段によって貫通を検出し、貫通孔径検出手段によって、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。したがって、本発明のインライン検査装置は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。
【００１５】
また、本発明に係るプラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、プラズマアーク溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせたプラズマ-ＭＩＧ溶接方法であって、重ね合わせた複数のワークにプラズマアークによって貫通孔を形成する工程と、前記インライン検査方法で前記貫通孔をインラインで検査する工程と、ＭＩＧ溶接により前記貫通孔を埋めて前記重ね合わせた複数のワークを溶接する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
かかる手順によれば、プラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、重ね合わせた複数のワークにプラズマアークにより貫通孔を形成してこの貫通孔をＭＩＧ溶接により埋めて溶接する貫通溶接の一連の手順において、貫通孔を形成する工程にて測定されたアーク電圧値を、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データと照合する。これにより、プラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、貫通溶接と同時に、所望の強度を実現できるような良好な貫通孔が形成されているか否かを全数検査で確かめることができる。したがって、本発明のプラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、強度を支配するナゲット径や下板の孔径をインラインで検査することができるので、品質保証精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法の概要を模式的に示すワーク断面図であって、（ａ）はトーチ高さ検出ステップ、（ｂ）はアーク長検出ステップ、（ｃ）は下板貫通検出ステップ、（ｄ）は孔径拡大ステップ、（ｅ）は孔径確保ステップを示している。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法にて監視される電圧の時間変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法の説明図であって、（ａ）は溶接前のテストピースの平面図、（ｂ）は３φの孔が穿設されたテストピース、（ｃ）は６φの孔が穿設されたテストピース、（ｄ）は貫通を実際に検出したときの孔の形状、（ｅ）は下孔径を実際に検出したときの孔の形状を示している。
【図４】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置を含む溶接システムの構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した下孔径ごとに取得したアーク長−電圧データの一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した下孔径−電圧データの一例を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した再点弧データの一例を示すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置による処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法においてアークが安定するまで測定した電圧の測定データの一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法においてアークが安定するよりも前までに測定した電圧の測定データの一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るインライン検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るインライン検査方法にて３枚のワークの貫通前後に実測した電圧値の一例を示すグラフであって、（ａ）は所定サンプリング周期で測定した電圧の時系列データ、（ｂ）は（ａ）の時間微分の時系列データを示している。
【図１４】図１３（ａ）に示す実測電圧値から求めた分析データを示すグラフであって、図１４（ａ）は図１３（ａ）の電圧値の移動平均、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の二点鎖線の時間範囲における実測電圧値および累積移動平均を示している。
【図１５】本発明の第２実施形態に係るインライン検査方法にて間に隙間のある３枚のワークの貫通前後に実測した電圧値の一例を示すグラフであって、（ａ）は所定サンプリング周期で測定した電圧の時系列データ、（ｂ）は（ａ）の時間微分の時系列データを示している。
【図１６】図１５（ａ）に示す実測電圧値から求めた分析データを示すグラフであって、図１６（ａ）は図１５（ａ）の電圧値の移動平均、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の二点鎖線の時間範囲における実測電圧値および累積移動平均を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照して本発明を実施するための形態（実施形態という）について詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
以下では、説明の都合上、１．インライン検査方法の概要、２．溶接システムの構成、３．インライン検査装置の構成、４．インライン検査装置による処理の流れ、５．検量線データの具体例の各章について説明する。
【００２０】
［１．インライン検査方法の概要］
インライン検査方法は、図１に示すように、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査する方法である。ここで、ワークＷの用途、形状、材質、サイズは特に限定されないが、例えば亜鉛メッキ鋼板等であるものとして説明する。図１では、一例として２枚のワークＷを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、上板と下板との隙間はないものとして説明する。このインライン検査方法では、プラズマトーチ８を用いてプラズマアーク溶接で貫通孔を形成する。また、インライン検査方法は、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データがワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められていることを前提としている。
【００２１】
インライン検査方法は、大別して、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す貫通検出工程Ｓ１と、図１（ｃ）〜図１（ｅ）に示す貫通孔径検出工程Ｓ２と、を有する。これら貫通検出工程Ｓ１および貫通孔径検出工程Ｓ２と、測定されたアーク電圧の時間変化との対応関係の一例を図２に示す。図２に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸はアーク電圧を示す。ここでは、図１および図２を参照して説明する。
【００２２】
貫通検出工程Ｓ１は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークＷが貫通したことを検出する工程である。この貫通検出工程Ｓ１は、例えば、トーチ高さ検出ステップ、アーク長検出ステップ、および下板貫通検出ステップのように形式的に分けることができる。
【００２３】
トーチ高さ検出ステップは、図１（ａ）に示すように、測定されたアーク電圧の初期値と検量線データに基づいて、プラズマトーチ８から上板（ワークＷ）の表面までの長さと等しいときのアーク長（以下、トーチ高さという）を検出するステップである。図２に示す例では、初期のアーク点弧時に絶縁破壊のためアーク電圧が一旦急上昇するが、その後に電圧が安定し、これが初期電圧である。この安定した電圧にてトーチ高さが検出される。なお、トーチ高さは、板厚変動の影響を受けて変化したり、溶接条件を変更したりすれば、それに応じて変化するので、前記したように検量線データは重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められている。溶接条件には、例えば、トーチ高さ、溶接電流、ガス流量などを含む。
【００２４】
アーク長検出ステップは、図１（ｂ）に示すように、ワークＷを堀り進むときにリアルタイムにモニタされるアーク電圧と検量線データとに基づいて、堀り進められた穴の長さとしてアーク長を検出するステップである。図２に示す例では、測定されたアーク電圧は、初期電圧から上昇する。このように初期電圧から電圧が上昇していくときにアーク長が検出される。アーク長を検出するとは、対応するアーク電圧を検出することと同様の意味である。
【００２５】
下板貫通検出ステップは、図１（ｃ）に示すように、測定されたアーク電圧と検量線データとに基づいて、下板まで貫通したことを検出するステップである。堀り進められた穴が下板に到達した状態は、ワークの裏面側に孔が見えるが所望の径の孔とはなっていない状態である。このときアーク長がプラズマトーチ８からワーク裏面までの長さと等しくなる。なお、貫通したか否かについては、電圧の増分や増加率を演算することで検出することができる。図２のグラフにおいて、測定されたアーク電圧は、ある時点を境として電圧の増加率が緩やかになる。このように電圧増加率が増加から減少に転じる変極点において、下板まで貫通したことが検出される。
【００２６】
貫通孔径検出工程Ｓ２は、アーク電圧を監視し、複数のワークＷの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する工程である。この貫通孔径検出工程Ｓ２は、孔径拡大ステップおよび孔径確保ステップのように形式的に分けることができる。
【００２７】
孔径拡大ステップは、図１（ｄ）に示すように、下板まで貫通した後に、その貫通孔の孔径を拡大するステップである。ここで、プラズマトーチ８からのアークはワーク裏面の孔の部分では導通をとれないため、アークは孔を迂回する。よって、時間経過に伴ってアークは孔の周囲に広がることでアーク長が徐々に増加し、併せて下孔径も増加していく。
図２に示す例では、測定されたアーク電圧が変極点から緩やかに上昇していく過程で孔径が拡大される。
【００２８】
孔径確保ステップは、図１（ｅ）に示すように、測定されたアーク電圧と検量線データとに基づいて、下孔径が所望の径となったことを検出するステップである。図２に示す例では、測定されたアーク電圧が、所望の下孔径が形成されるときの閾値電圧となったときに、プラズマアークを消す。この閾値電圧となったときに所望の孔径が確保されたと判定される。
【００２９】
インライン検査方法において用いる検量線データとしては、様々な種類のデータを用いることができる。例えば、図２に示すような電圧の時間変化のデータであってもよい。この場合、図２に示すような折れ線全体のデータである必要はなく、その一部でもよい。
【００３０】
また、検量線データとして、例えば図６ないし図８に示すように、下孔径、アーク長およびアーク電圧との関係を示すデータを用いてもよい。これら図６ないし図８に示す検量線データを構築するために用いたテストピースの溶接前の平面図を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。図３（ａ）に示すテストピースは孔が穿設されていない（以下、孔なしと表記する）。図３（ｂ）に示すテストピースは直径３ｍｍの孔が穿設されている（以下、３φと表記する）。図３（ｃ）に示すテストピースは直径６ｍｍの孔が穿設されている（以下、６φと表記する）。これら図６ないし図８に示す検量線データについての説明は後記する。
【００３１】
図３（ｄ）に、孔が穿設されていない２枚重ねのワークの貫通を実際に検出したときのワーク表面側からみた孔の形状の一例を示し、図３（ｅ）に下孔径を実際に検出したときのワーク表面側からみた孔の形状の一例を示す。
【００３２】
なお、本願発明者らが、所定の溶接条件でワークを３枚重ねて貫通溶接した際に、形成した貫通孔のサイズと継手強度との関係について実測したところ、下から１枚目のワークと２枚目のワークとの界面の高さにおける孔径（以下、ナゲット径という）の大きさが大きいほど継手強度が大きいという相関があった。このとき、下から１枚目のワークの裏面における孔径（下孔径）の大きさが大きいほど継手強度が大きいという同様の相関があった。つまり、ナゲット径や下孔径が強度を支配する要因となっていることを確かめた。したがって、下孔径を所望の大きさとすることで、所望の強度を保証することができると結論付けられる。
【００３３】
［２．溶接システムの構成］
ここでは、本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置を含む溶接システムの構成について図４を参照して説明する。溶接システム１は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接するためのロボットアーク溶接システムであって、図４に示すように、主として、溶接トーチ２と、ロボット３と、ロボット制御装置４と、溶接電源５と、フィラー供給装置６と、溶接制御装置７と、インライン検査装置１０と、を備えている。また、図示を省略するが、溶接システム１は、動作ガスボンベ、シールドガスボンベ、ガス流量調整器、遠隔制御器などを備えている。図４では、一例として３枚のワークＷを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、上板と下板との隙間はないものとして説明する。
【００３４】
なお、ロボット制御装置４と、溶接制御装置７と、インライン検査装置１０とは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力インタフェース等を備えている。
【００３５】
溶接トーチ２は、プラズマトーチ８と、ＭＩＧトーチ９とを備える。
プラズマトーチ８は、貫通溶接においてフィラーを充填する前の段階（以下、貫通溶接のフェーズＰ１と称する）にて先行して使用される先行トーチであって、重ね合わされた複数のワークＷを貫通する貫通孔を形成するためのトーチである。プラズマトーチ８には、プラズマアーク溶接を行うための電極やノズルが形成されており、アルゴン等の動作ガス及びシールドガスが供給される。プラズマトーチ８は、タングステン電極と水冷された拘束ノズルとの間にパイロットアークを発生させ、このパイロットアークの熱により動作ガスをプラズマ化して噴出させ、ワークＷとの間にプラズマアークを発生させる。シールドガスとしては、一般的に用いられるＭＡＧガス（Ａｒ＋ＣＯ2混合ガス）などが供給される。
【００３６】
ＭＩＧトーチ９は、貫通溶接のフェーズＰ１の後であってフィラーを充填する段階（以下、貫通溶接のフェーズＰ２と称する）にて使用される後行トーチであって、貫通孔を埋めて重ね合わされた複数のワークＷを融合するためのトーチである。ＭＩＧトーチ９は、貫通孔にフィラーを充填するためのＭＩＧ溶接（metal inert gas welding）を行うためのトーチである。ＭＩＧトーチ９には、その中心に消耗電極としてのフィラー６１がフィラー供給装置６から送り込まれ、フィラー６１の周囲にはシールドガス（Ａｒ＋ＣＯ2）が供給される。
【００３７】
ロボット３は、例えば、多軸多関節型の溶接ロボットであり、先端側のアーム３ａには溶接トーチ２が取り付けられている。ロボット３は、モータで各関節を動かすことにより溶接トーチ２を移動させることができる。
ロボット制御装置４は、ロボット３に接続されており、溶接経路等の入力コマンドまたは予め記憶されたコマンドに基づいてロボット３の動作や姿勢を制御するものである。
【００３８】
溶接電源５は、アーク溶接のための電力を溶接トーチ２に供給するものである。ここでは、溶接電源５は、図４に示すように、主として、プラズマ電源５１と、ＭＩＧ電源５２と、ガス供給装置５３と、電圧検出器５４とを備える。なお、図示を省略するが、溶接電源５は、電流検出器やＭＩＧ溶接に必要な制御回路などを備えている。
【００３９】
プラズマ電源５１は、商用３相交流電源を図示しないトランスにより直流電源に変換するものであり、貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にてプラズマトーチ８に電力を供給する。このプラズマ電源５１の負極は、プラズマトーチ８のタングステン電極に電気的に接続され、プラズマ電源５１の陽極は、ワークＷに電気的に接続される。プラズマ電源５１の出力特性は、一般的に定電流特性であり、これによりアーク安定後のアーク電流を一定値に保持する。この定電流制御により、測定されたアーク電圧からアーク長を推定することができる。
【００４０】
ＭＩＧ電源５２は、商用３相交流電源を図示しないトランスにより直流電源に変換するものであり、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）にてＭＩＧトーチ９に電力を供給する。このＭＩＧ電源５２の陽極は、ＭＩＧトーチ９のフィラー６１（消耗電極）に電気的に接続され、ＭＩＧ電源５２の負極は、ワークＷに電気的に接続される。ＭＩＧ電源５２の出力特性は、定電圧特性であり、これにより、アーク安定後のアーク長を一定値に保持する。
【００４１】
ガス供給装置５３は、図示しないガスボンベから溶接トーチ２（プラズマトーチ８、ＭＩＧトーチ９）に溶接用のシールドガスを供給する。また、ガス供給装置５３は、図示しないガスボンベから、プラズマを形成するための動作ガスを溶接トーチ２に供給する。
【００４２】
電圧検出器５４は、プラズマ溶接電源５１による溶接電圧であるアーク電圧を検出するものである。電圧検出器５４は、貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて検出されたアーク電圧をインライン検査装置１０に出力する。電圧検出器５４は、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）にて検出されたアーク電圧を溶接制御装置７に出力する。
【００４３】
フィラー供給装置６は、ＭＩＧ電源５２と接続されている。フィラー供給装置６は、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）において、図示しないフィラー収納器から送出路を介して送出されるワイヤ状のフィラーを、ＭＩＧトーチ９に送り出す。
【００４４】
溶接制御装置７は、貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて溶接電源５およびインライン検査装置１０を駆動することで、プラズマアーク溶接により、重ね合わされた複数のワークＷを貫通する貫通孔を形成する。
溶接制御装置７は、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）にて溶接電源５を駆動することで、ＭＩＧ溶接により、貫通孔にワイヤを充填する。すなわち、溶接制御装置７は、ＭＩＧ電源５２、ガス供給装置５３およびＭＩＧトーチ９を駆動する。
【００４５】
［３．インライン検査装置の構成］
ここでは、本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置の構成について図５を参照（適宜図４参照）して説明する。
インライン検査装置１０は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するものであって、電圧監視手段１１と、記憶手段１２と、処理手段１３と、を備える。
電圧監視手段１１は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧を所定の頻度で測定するものである。
【００４６】
記憶手段１２は、ワークＷの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、例えば、下孔径−電圧データ２１と、再点弧データ２２と、アーク長−電圧データ２３とを記憶するものである。記憶手段１２は、例えば、一般的なハードディスクやメモリ等から構成される。
【００４７】
（下孔径−電圧データ２１）
下孔径−電圧データ２１は、ワークＷの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークＷに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データである。本実施形態では、下孔径−電圧データ２１は、重ね合わせた複数のワークＷの板厚および溶接条件ごとに求められ、重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、当該貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧と、の対応関係を示す。下孔径−電圧データ２１の一例を図７に示す。なお、下孔径−電圧データ２１についての説明は後記する。
【００４８】
（再点弧データ２２）
再点弧データ２２は、重ね合わせた複数のワークＷに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内（例えば５ミリ秒）のアーク電圧と下孔径との対応関係を示す。再点弧データ２２の一例を図８に示す。なお、再点弧データ２２についての説明は後記する。
【００４９】
（アーク長−電圧データ２３）
アーク長−電圧データ２３は、重ね合わせた複数のワークＷの板厚および溶接条件ごとに求められた、複数の下孔径−電圧データ２１から得られる。アーク長−電圧データ２３の一例を図６に示す。なお、アーク長−電圧データ２３についての説明は後記する。
【００５０】
処理手段１３は、図５に示すように、貫通検出手段３１と、貫通孔径検出手段３２と、貫通孔径保証手段３３とを備える。ここで、処理手段１３は、貫通検出手段３１を、インライン検査方法として図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す貫通検出工程Ｓ１を実行するための構成として備えると共に、貫通孔径検出手段３２および貫通孔径保証手段３３を、インライン検査方法として図１（ｃ）〜図１（ｅ）に示す貫通孔径検出工程Ｓ２を実行するための構成として備えることとした。なお、貫通孔径検出手段３２および貫通孔径保証手段３３のように形式的に区分したが併合した１つの手段であってもよいことは勿論である。
【００５１】
貫通検出手段３１は、測定されたアーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークＷが貫通したことを検出するものである。ワークＷが貫通したこと自体を検出する方法は特に限定されないが、例えば、測定されたアーク電圧の増分や増加率を用いて検出することできる。本実施形態では、一例として、測定されたアーク電圧の増分により貫通を検出する構成と、増加率により貫通を検出する構成と、を備え、所定の切り替え指示操作または事前設定によって、いずれか一方の構成による処理が実行可能となるように構成した。このため、貫通検出手段３１は、図５に示すように、トーチ高さ算出手段３１１と、増分演算手段３１２と、増分判別手段３１３と、増加率演算手段３１４と、増加率判別手段３１５とを備えることとした。
【００５２】
トーチ高さ算出手段３１１は、アーク長−電圧データ２３と、測定されたアーク電圧についての初期電圧とに基づいて、初期電圧からアーク長−電圧データ２３により換算されるアーク長さをトーチ高さとして算出するものである。このトーチ高さ算出手段３１１は、孔なしのテストピースを用いて測定された検量線（図６のグラフにおいて三角形で示す）から、トーチ高さを算出する。例えば、図６のグラフにおいて、アーク長さが５ｍｍのときに三角形で示す電圧値（約３０．３Ｖ）がリアルタイムモニタにて測定されたときには、トーチ高さ算出手段３１１は、トーチ高さが５ｍｍであることを検出する。
【００５３】
増分演算手段３１２は、初期電圧測定以後に測定されたアーク電圧について初期電圧からの増分を演算すると共に、アーク長−電圧データ２３においてアーク長さが、トーチ高さからワークの板厚の合計の長さだけ増加するまでの電圧の増分を算出するものである。
増分判別手段３１３は、初期電圧からの増分がアーク長−電圧データ２３における電圧の増分に一致したか否かを判別し、電圧の増分が一致した場合、重ね合わせた複数のワークＷが貫通したと判定する。これら増分演算手段３１２および増分判別手段３１３は、電圧の増分により貫通を検出する構成である。
【００５４】
増加率演算手段３１４は、初期電圧測定以後に測定されたアーク電圧について単位時間当たりの増加率を演算するものである。
増加率判別手段３１５は、増加率が所定の閾値を越える時点である変極点となったか否かを判別し、変極点となった場合、重ね合わせた複数のワークＷが貫通したと判定する（下板貫通検出ステップ：図２参照）。これら増加率演算手段３１４および増加率判別手段３１５は、電圧の増加率により貫通を検出する構成である。
【００５５】
貫通孔径検出手段３２は、測定されたアーク電圧に基づいて、複数のワークＷの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を下孔径−電圧データ（検量線データ）２１と照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。
【００５６】
貫通孔径検出手段３２は、測定されたアーク電圧を、次のように下孔径−電圧データ２１（図７に示すグラフ）と照合する。図７に示すグラフの横軸はテストピースの下孔径を示し、縦軸はアーク点弧後０．２秒のときのアーク電圧を示している。ここで、下孔径＝０ｍｍのデータは、図３（ａ）に示す孔なしのテストピースによる測定結果である。グラフにおいて、トーチ高さ５ｍｍの条件のアーク電圧を三角形で示す。同様に、グラフにおいて、トーチ高さ１０ｍｍの条件のアーク電圧を丸で示し、トーチ高さ１３ｍｍの条件のアーク電圧を四角形で示す。
【００５７】
貫通孔径検出手段３２は、検出されたトーチ高さが例えば５ｍｍの場合、図７のグラフにおいて、トーチ高さ５ｍｍの場合の三角形で示す３つのアーク電圧値を結んだ検量線（トーチ高さ５ｍｍ検量線）を用いる。このとき、リアルタイムにモニタされた電圧値として約３１．４Ｖの電圧値が検出されたときには、下孔径が３ｍｍになったことを検出することができる。同様に約３４．１Ｖの電圧値が検出されたときには、下孔径が６ｍｍになったことを検出することができる。なお、この検量線は一例であり、これに限定されるものではない。
【００５８】
貫通孔径保証手段３３は、アーク点弧制御手段３３１と、立上り電圧照合手段３３２と、孔径確認手段３３３とを備える。
【００５９】
アーク点弧制御手段３３１は、貫通孔径検出手段３２において貫通孔の下孔径を検出した場合、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧するものである。本実施形態では、アーク点弧制御手段３３１は、溶接制御装置７を介して溶接電源５にアークオフ／アークオンの指令を出すこととした。なお、アーク点弧制御手段３３１は、溶接電源５に直接指令を出してもよい。
【００６０】
立上り電圧照合手段３３２は、アークを再点弧した後に測定されたアーク電圧を、検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。つまり、前記した貫通孔径検出手段３２が検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する処理を行い、さらに、アークを再点弧した後に、この立上り電圧照合手段３３２が、検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を再検出する。
本実施形態では、立上り電圧照合手段３３２は、アーク再点弧時に測定されたアーク電圧を、再点弧データ２２における立上り電圧（アーク電圧）と一致するか否か照合することとした。この立上り電圧照合手段３３２は、測定されたアーク電圧を、次のように再点弧データ２２（図８に示すグラフ）と照合する。図８に示すグラフの横軸はテストピースの孔径を示し、縦軸は５ミリ秒のときのアーク電圧を示している。なお、図８のグラフの見方は図７のグラフと同様なので詳細な説明を省略する。また、この立上り電圧照合手段３３２と、前記貫通孔径検出手段３２とは検量線を用いた検出方法が同様なので詳細な説明は省略する。
【００６１】
孔径確認手段３３３は、照合により、測定されたアーク電圧が再点弧データ２２における立上り電圧に一致した場合、所望サイズの貫通孔が確実に形成されていると判定するものである。ここで一致とは、所望の孔径になっているはずの貫通孔にアーク再点弧したときに測定されたアーク電圧の立上り電圧の値が、再点弧データ２２における前記所望の孔径の立上り電圧の値以上になることを意味する。
【００６２】
［４．インライン検査装置による処理の流れ］
インライン検査装置１０による処理の流れについて図９を参照（適宜、図４および図５参照）して説明する。図９は、本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置による処理の流れの概略を示すフローチャートである。ここで、溶接電源５は、電圧検出器５４によって、アーク電圧を検出し、インライン検査装置１０に出力している。これにより、インライン検査装置１０の電圧監視手段１１は、アーク電圧を監視している。
【００６３】
まず、インライン検査装置１０の貫通検出手段３１は、トーチ高さ算出手段３１１によって、初期電圧のアーク長をトーチ高さＨ0として検出する（ステップＳ１１）。そして、貫通検出手段３１は、引き続きアーク長に対応したアーク電圧を検出し（ステップＳ１２）、電圧増分または電圧増加率により貫通を検出できない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻って、アーク長に対応したアーク電圧の検出を続行する。一方、貫通を検出した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、貫通検出手段３１は処理を貫通孔径検出手段３２に渡す。
【００６４】
貫通孔径検出手段３２は、引き続きアーク長に対応したアーク電圧を検出し（ステップＳ１４）、下孔径を検出できない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、所定のタイムリミットになっていなければ（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１４に戻ってアーク長に対応したアーク電圧の検出を続行する。一方、ワークの貫通から所定時間経過したときに測定されたアーク電圧によって下孔径を検出した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、貫通孔径検出手段３２は、処理を貫通孔径保証手段３３に渡し、貫通孔径保証手段３３が、アーク点弧制御手段３３１によって、アークオフの制御を行う（ステップＳ１７）。これにより、溶接制御装置７が溶接電源５にアークオフの指令を出し、プラズマトーチ８のアークが切れる。直後に、貫通孔径保証手段３３は、アーク点弧制御手段３３１によって、アークを再点弧する制御を行う（ステップＳ１８）。これにより、溶接制御装置７が溶接電源５にアーク再点弧の指令を出し、プラズマトーチ８のアークが再点弧される。
【００６５】
そして、貫通孔径保証手段３３は、立上り電圧照合手段３３２によって、測定されたアーク電圧の立上り電圧が、再点弧データの立上り電圧に一致するか否かを判別する（ステップＳ１９：再検出ステップ）。両者の立上り電圧が一致する場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、貫通孔径保証手段３３は、孔径確認手段３３３によって、貫通孔の良否判定を「良」とし（ステップＳ２０）、処理を終了する。一方、両者の立上り電圧が一致しない場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、貫通孔径保証手段３３は、孔径確認手段３３３によって、貫通孔の良否判定を「否」とし（ステップＳ２１）、処理を終了する。
【００６６】
なお、下孔径を検出できず（ステップＳ１５：Ｎｏ）、タイムリミットになった場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、貫通孔径検出手段３２は、処理を貫通孔径保証手段３３に渡し、貫通孔径保証手段３３が、孔径確認手段３３３によって、貫通孔の良否判定を「否」とし（ステップＳ２２）、処理を終了する。
【００６７】
貫通孔の良否判定結果により、例えば、「良」を、貫通溶接のフェーズＰ２に移行できるワーク、「否」をフェーズＰ２に移行できないワークとして分類することができる。また、「否」と判定された場合、加修などの工程に移行させる。
【００６８】
［５．検量線データの具体例］
（下孔径−電圧データ２１）
下孔径−電圧データ２１（例えば図７に示すグラフ）は、図１０に示す検量線データ等を用いることで作成することができる。ここで、図１０に示す検量線データについて説明する。図１０に示すグラフの横軸は時間、縦軸はアーク電圧を示している。図１０に示す電圧ライン１０１は、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いて、トーチ高さを５ｍｍとした所定の溶接条件のときに、既に穿設されている直径３ｍｍの孔に向かってプラズマアーク溶接によりアークを点弧したときのアーク電圧の時間変化をおよそ１秒間に亘って測定した結果を示す。
【００６９】
また、図１０に示す電圧ライン１０２は、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いつつ、トーチ高さを１０ｍｍに変更したときに同様に求めたアーク電圧の時間変化の測定結果を示す。さらに、図１０に示す電圧ライン１０３は、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いつつ、トーチ高さを１３ｍｍに変更したときに同様に求めたアーク電圧の時間変化の測定結果を示す。これら電圧ライン１０１，１０２，１０３は、どれもアーク点弧時にはアーク電圧の急上昇が認められるものの、およそ０．２秒以降はアークが安定した電圧（以下、安定電圧という）を示している。また、図示を省略するが、図３（ｃ）に示す６φのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様のアーク電圧の測定結果を得た。さらに、図示を省略するが、図３（ａ）に示す孔なしのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様のアーク電圧の測定結果を得た。各テストピースを用いた計９つの測定結果において時間が０．２秒のときのアーク電圧を抽出したものが図７に示すグラフ（下孔径−電圧データ２１）である。
【００７０】
（再点弧データ２２）
再点弧データ２２（例えば図８に示すグラフ）は、図１１に示す検量線データ等を用いることで作成することができる。ここで、図１１に示す検量線データについて説明する。図１１は、図１０の拡大図である。図１１に示すグラフの横軸は時間、縦軸はアーク電圧を示している。図１１に示す電圧ライン１１１は、図１０に示す電圧ライン１０１のデータについてアークを点弧してから０．０２秒までのアーク電圧の時間変化を示す。すなわち、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いて、トーチ高さを５ｍｍとした所定の溶接条件のときに、既に穿設されている直径３ｍｍの孔に向かってプラズマアーク溶接によりアークを点弧したときのアーク電圧の時間変化をおよそ０．０２秒間測定した結果を示す。ここで、図１０および図１１のグラフは、時間軸だけではなく、縦軸の電圧値の目盛りも異なる。なお、図１０のグラフでは振り切れていた電圧値を図１１のグラフには収めるようにした。
【００７１】
また、図１１に示す電圧ライン１１２は、図１０に示す電圧ライン１０２のデータについてアークを点弧してから０．０２秒までのアーク電圧の時間変化を示す（３φのテストピース、トーチ高さ１０ｍｍ）。さらに、図１１に示す電圧ライン１１３は、図１０に示す電圧ライン１０３のデータについてアークを点弧してから０．０２秒までのアーク電圧の時間変化を示す（３φのテストピース、トーチ高さ１３ｍｍ）。これら電圧ライン１１１，１１２，１１３には、どれもアーク点弧直後の５ミリ秒程度までの間において、図１０に示す安定電圧よりも大きなアーク電圧（以下、立上り電圧という）が認められる。また、図示を省略するが、図３（ｃ）に示す６φのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様の立上り電圧の測定結果を得た。さらに、図示を省略するが、図３（ａ）に示す孔なしのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様の立上り電圧の測定結果を得た。各テストピースを用いた計９つの測定結果において時間が５ミリ秒のときのアーク電圧を抽出したものが図８に示すグラフである。
【００７２】
（アーク長−電圧データ２３）
アーク長−電圧データ２３（図６に示すグラフ）は、図７に示す検量線データ（下孔径−電圧データ２１）を用いることで作成することができる。以下、図６に示すグラフについて図７と対比させて説明する。図６に示すグラフの横軸はアーク長さを示し、縦軸はアーク電圧を示している。ここで、アーク長さとは、検量線データとして測定されたトーチ高さから換算されるアークの長さのことなので、測定されたアーク電圧から換算されたアーク長とは区別して、アーク長さと称する。
【００７３】
図６のグラフにおいて丸印は、図７のグラフにおける３φのテストピース（孔径３ｍｍ）の３つのデータ（三角形、丸、四角形）を示す。ここで、図７のグラフにおける３φのテストピースのトーチ高さ（５，１０，１３ｍｍ）を、図６のグラフにおいてアーク長さとした。同様に、図６のグラフにおいて四角印は、図７のグラフにおける６φのテストピース（孔径６ｍｍ）の３つのデータ（三角形、丸、四角形）を示す。さらに、図６のグラフにおいて三角印は、図７のグラフにおける孔なしのテストピース（孔径０ｍｍ）の３つのデータ（三角形、丸、四角形）を示す。
【００７４】
よって、図６のグラフにおいて三角形印の３つのデータを結ぶライン（孔径０ｍｍ）を、左下から右上に向けて見るとき、このライン（以下、孔なし検量線という）はトーチ高さ５ｍｍにて、例えば合計３ｍｍの板厚の穴のないワークに穴を堀り続けるときに変動するアーク長とそのときのアーク電圧値との関係を示す。詳細には、グラフにおいて、アーク長さが５ｍｍのときに三角形で示す電圧値（約３０．３Ｖ）が検出されたときには、トーチ高さが５ｍｍであることが検出される。この場合、次に、グラフにてアーク長さが５ｍｍのときに（トーチ高さが５ｍｍのときに）、ワークが貫通していないが穴掘りが進んだ状態で、グラフにおいて三角形よりも上にある丸で示す電圧値（約３１．４Ｖ：３φのデータ）が検出されたとする。このときには、孔なし検量線によれば、検出電圧値はアーク長さ６ｍｍ（トーチ高さ６ｍｍ）に対応していることから、ワークが貫通していないがワークの板厚１ｍｍ分だけ垂直に掘り進んだことが分かる。
【００７５】
続いて、例えば合計３ｍｍの板厚のワークが貫通した後にワークの下板の孔径を６φに広げて強度を保証することを想定する。この場合、グラフにてアーク長さが５ｍｍのときに（トーチ高さが５ｍｍのときに）、合計３ｍｍの板厚のワークが貫通した後もアーク電圧を増加させていき、グラフにおいて丸よりも上にある四角形で示す電圧値（約３４．１Ｖ：６φのデータ）が検出されたとする。このようにワークが貫通する場合（ワーク板厚が合計３ｍｍ）、トーチ高さが５ｍｍならば、この検出電圧値（約３４．１Ｖ：６φのデータ）にて、ワークの下板の孔径が６φになることが分かる。
このように、例えば３φ、６φのように孔径を変えたテストピースで検量線を作成し、孔径を保証する電圧の閾値を求めておき、測定されたアーク電圧が、閾値以上であれば所定の孔径を保証することができる。
【００７６】
以上の説明では、グラフにて、アーク長さが５ｍｍのときを起点（つまりトーチ高さが５ｍｍ）としてアーク長を推定するものとしたが、アーク長さが１０ｍｍのときを起点にしてもよい。また、グラフ上のこれらアーク長さのデータを補間することで、５〜１０ｍｍの間や１０〜１３ｍｍの間を起点としても下孔径が検出可能である。
【００７７】
（アーク長−電圧データ２３を用いた貫通検出）
アーク長−電圧データ２３を用いると、次のように、電圧の増分により貫通を検出することができる。例えば、図６のグラフにて、アーク長さが５ｍｍのときを起点としたときに（トーチ高さが５ｍｍのとき）、ワーク間の隙間のないときに合計の板厚３ｍｍ分だけ掘り進むのに必要なアーク長さが８ｍｍ（＝５＋３）であることから、孔なし検量線によれば、所定の電圧値（約３３．７Ｖ）が検出されたときには、貫通することになる。よって、この場合に、三角形で示す初期電圧値（約３０．３Ｖ）が検出された後、電圧が約３．４Ｖ（＝３３．７−３０．３）増加したときに、増分判別手段３１３（図５参照）は貫通したことを検出できる。
【００７８】
また、電圧の増加率により貫通を検出する場合、アーク長−電圧データ２３を用いなくとも、増加率演算手段３１４（図５参照）が増加率を演算することで、増加率判別手段３１５（図５参照）が、例えば、図２のグラフに示す変極点を検出し、貫通を検出することができる。なお、先ほどの例のようにトーチ高さが５ｍｍの場合に、変極点が検出されたときには、同様の所定の電圧値（約３３．７Ｖ）が検出されることとなる。
【００７９】
以上説明したように、本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法およびインライン検査装置では、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視し、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。また、本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法を用いることにより、新たな装置を用いることなく、インラインで貫通孔長および孔径の検出が可能となり、品質保証精度が向上する。
【００８０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るインライン検査方法において、このインライン検査方法の概要および溶接システムの構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００８１】
［６．インライン検査装置の構成］
第２実施形態に係るインライン検査方法を実施するためのインライン検査装置の構成について図１２を参照（適宜図５参照）して説明する。図１２に示すインライン検査装置１０Ａにおいて、図５に示すインライン検査装置１０と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を適宜省略し、相違点について説明する。インライン検査装置１０Ａは、処理手段１３の貫通検出手段３１Ａおよび貫通孔径検出手段３２Ａがインライン検査装置１０とは相違している。以下では、説明の都合上、６−１．貫通検出手段３１Ａの構成、６−２．貫通検出手段３１Ａの動作の具体例、６−３．貫通孔径検出手段３２Ａの構成、６−４．貫通孔径検出手段３２Ａの動作の具体例の各節に分けてこの順番で説明する。
【００８２】
（６−１．貫通検出手段３１Ａの構成）
貫通検出手段３１Ａは、図１２に示すように、トーチ高さ算出手段３１１と、増加率演算手段３１４と、増加率判別手段３１５とを備えることとした。つまり、ワークＷが貫通したことを検出する方法として、測定されたアーク電圧の増加率を用いて検出する構成のみを採用した点が、図５の貫通検出手段３１と相違している。
【００８３】
増加率演算手段３１４は、予め定められたサンプリング周期で、測定されたアーク電圧の時間変化率を算出する。測定されたアーク電圧の時間変化率（時間微分）は、プラス符号の場合（増加率の場合）と、マイナス符号の場合（減少率の場合）とがある。
【００８４】
増加率判別手段３１５は、増加率演算手段３１４が算出する増加率に基づいて、測定されたアーク電圧の変極点となったか否かを判別し、変極点となった場合、重ね合わせた複数のワークＷが貫通したと判定する（下板貫通検出ステップ：図２参照）。この増加率判別手段３１５は、アーク電圧の時間微分が所定の閾値を超えたときに変極点となったと判別することとした。例えば、１秒当たりの電圧変化値が、比較的小さい値で推移しているときにある時刻で急激に大きくなって所定の閾値を越え、その後小さくなるような時間変化をする場合、所定の閾値を越えた瞬間が変極点を示す。増加率判別手段３１５は、ワークが貫通したと判定した場合、その旨を貫通孔径検出手段３２Ａに通知する。
【００８５】
（６−２．貫通検出手段３１Ａの動作の具体例）
貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて、所定の溶接条件で３枚重ねのワークの貫通前後に実測したアーク電圧の時系列データを図１３（ａ）に示す。ここでは、ワーク間の隙間はなく、３枚のワークの板厚は、下から２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍであるものとした。溶接条件として、プラズマ電流は１５０Ａ（一定）とした。また、プラズマガス流量は３Ｌ／ｍｉｎとした。アーク電圧を測定するサンプリング周期は、２ミリ秒とした。
【００８６】
図１３（ａ）のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は測定されたアーク電圧（生データ）を示す。電圧の波形１３１には、時刻が約２．８７秒（一点差線１３２で仕切った時刻）より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ２７Ｖの電圧値が観測され、この一定電圧値を振動の中心として微小ノイズ振動が生じている。また、図１３（ａ）に示すように、電圧の波形１３１には、その後の時間帯では、前よりも電圧が上昇し、前よりも大きな振幅の小刻みなノイズ振動が生じながら、およそ２８〜３１Ｖの変動幅を有した大きな振動（うねり）も合わせて生じている。
【００８７】
以下では、一点差線１３２で仕切った時刻以降の波形について、前記ノイズ振動をミクロの時間単位の振動、前記うねりをマクロの時間単位の振動、うねりより大きな時間単位（約１秒のオーダー）をグローバルな期間とも言う。
【００８８】
この場合の所定時刻に３枚重ねのワークの裏面から観察したアーク洩れ光の画像を、測定されたアーク電圧のグラフと共に図１３（ａ）に示す。
時刻がおよそ２．７秒であるとき、画像１３３に示すように、貫通孔の位置にうっすらと光が洩れはじめる。
時刻が約２．８７秒（一点差線１３２で仕切った時刻）になった直後であるとき、画像１３４に示すように、貫通孔の位置に光が洩れており、貫通したことが分かる。ただし、この時刻のとき、充分な孔径にはなっていない。
時刻がおよそ３．３秒であるとき、画像１３５に示すように、貫通孔の下孔からアークが洩れており、充分な孔径が確保されたことが分かる。
【００８９】
図１３（ａ）のグラフにおいて一点差線１３２で仕切った時刻より前の時間帯のように、電圧の波形１３１として、ほぼ一定の電圧値が観測されている状態のときには、例えば画像１３３に示すように、ワークの掘削が最下層の下板まで到達していない。そのため、ワークの溶融した金属が穴の下に溶け落ちることができない。そして、溶融池の表面（上面）近傍でガス圧（アーク圧）で温度が高くなって空気が膨張し、このガス圧と、溶融池の表面張力とによってほぼ一定の圧力でバランスが保たれているため、およそ２７Ｖの一定電圧が観測される。そして、溶融池に例えばプラズマが当たったり、シールドガスが吹き付けられたりして、溶融している金属が揺れるために溶融池表面に振動が生じる。このため、測定されたアーク電圧の生データには、ノイズ振動が生じる。
【００９０】
図１３（ａ）のグラフにおいて一点差線１３２で仕切った時刻以後の時間帯は、ワークの掘削が最下層の下板まで到達しており、画像１３４に示すような孔径を拡大している最中の状態と、画像１３５に示すように充分な孔径が確保された状態がある。
このうち、孔径を拡大している最中には、孔径拡大に伴って、ワークの溶融した金属が孔の下に溶け落ちつつ、貫通孔周囲の金属が次から次に溶融するため、溶融池表面の振動が激しくなる。このとき、溶融池の表面が、ミクロの時間単位で上下に大きく振動（ノイズ振動）しつつも、マクロの時間単位で時間経過にしたがい、孔のより深い位置に徐々に移動するので、波形にうねりが生じる。この測定例の測定条件のように短いサンプリング周期でアーク電圧をモニタすると、細かな電圧変動を精度良く拾い上げることができる反面、アークや溶融池の不安定さに伴う突発的な増減も同時に拾ってしまうことになる。なお、貫通前よりも高い電圧値で大きく振動しつつ貫通検出から貫通孔径検出までのグローバルな期間では、電圧波形において電圧の増加傾向が観測される。また、孔径確保後には、ガス圧と溶融池の表面張力とのバランスがどんどん崩れていくため、測定されたアーク電圧の生データには、ミクロおよびマクロの大きな振幅の振動が生じている。
【００９１】
このように測定されたアーク電圧を所定の閾値と比較することで、貫通検出は可能である。ただし、測定されたアーク電圧の生データの波形は、上下動の振幅があるため、アーク電圧をどのタイミングで測定するかによって所定の閾値との比較結果が異なる場合が生じる。そこで、第２実施形態では、貫通検出手段３１Ａにおいてアーク電圧の時間微分（電圧増加率）に基づいて精度よく検出することとした。
【００９２】
図１３（ａ）の例の場合に、貫通検出手段３１Ａの増加率演算手段３１４が算出したアーク電圧の時間微分の時系列データを図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）のグラフの横軸は時間を示し、図１３（ａ）のグラフの横軸の目盛りと一致している。図１３（ｂ）のグラフの縦軸は測定されたアーク電圧（生データ）の単位時間当たりの電圧変化（時間微分値）を示す。
【００９３】
電圧の時間微分値の波形１３６（時間微分値）には、時刻が約２．８７秒（一点差線１３２で仕切った時刻）より前の時間帯では、プラス符号の場合（増加率の場合）と、マイナス符号の場合（減少率の場合）とがあるものの、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ変化率０の状態が観測され、この変化率０を振動の中心とする微小振動が生じている。また、その後の時間帯では、電圧の時間微分値の波形１３６には、変化率０を振動の中心として前よりも大きな振幅の振動が生じている。そして、一点差線１３２で仕切った時刻において、電圧変化５０Ｖ／ｓを超える大きな電圧増加率が観測される。
【００９４】
したがって、この例の場合には、貫通検出手段３１Ａの増加率判別手段３１５は、予め定められた閾値（例えば５０Ｖ／ｓ）を基準に、増加率演算手段３１４が算出したアーク電圧の時間微分値から、電圧時間微分値が所定の閾値を越える時点である変極点となったことを判別することで、アーク電圧の生データを用いることなくワークの貫通を精度よく検出することができる。
【００９５】
また、測定されたアーク電圧を所定の閾値と比較することで、貫通孔径の検出は可能である。ただし、貫通検出後に測定されたアーク電圧の生データの波形は、貫通検出前よりも上下動の振幅が激しくなるため、所定の閾値との比較が、貫通検出前よりもいっそう難しくなる。そこで、第２実施形態では、貫通孔径検出手段３２Ａにおいて累積移動平均に基づいて精度よく検出することとした。
【００９６】
（６−３．貫通孔径検出手段３２Ａの構成）
貫通孔径検出手段３２Ａは、図１２に示すように、累積移動平均算出手段３２１と、照合手段３２２とを備えることとした。
累積移動平均算出手段３２１は、測定されたアーク電圧についての累積移動平均ＣＡ（Cumulative Moving Average）を算出するものである。この累積移動平均算出手段３２１は、所定のサンプリング周期（例えば１〜１０ｍｓ）で累積移動平均を算出する。
例えば１番目からｉ番目までのｉ個の測定値ｘ1，…，ｘiの累積移動平均ＣＡiは、次の式（１）で表されることが知られている。
【００９７】
【数１】
【００９８】
そして、例えばｊ番目の測定値ｘjの次に、（ｊ＋１）番目の測定値ｘj+1が入力したとき、１番目から（ｊ＋１）番目までの（ｊ＋１）個の測定値ｘ1，…，ｘj，ｘj+1の累積移動平均ＣＡj+1は、累積移動平均ＣＡjを用いた漸化式の式（２）で表される。
【００９９】
【数２】
【０１００】
ここで、式（２）においてｊ＝０，１，２，…のときの計算値は、式（１）においてｉ＝１，２，３，…のときの計算値と同じ結果となる。つまり、式（２）は、測定のサンプリング周期で、測定値を累積する演算をしながらその時刻における累積移動平均を算出できることを示している。
【０１０１】
累積移動平均算出手段３２１は、測定されたアーク電圧について実質的には式（２）を演算することで、前記式（１）の累積移動平均ＣＡiを検出する。また、本実施形態では、累積移動平均算出手段３２１は、貫通検出手段３１Ａで貫通を検出したことをトリガに累積移動平均の演算を開始することとした。累積移動平均算出手段３２１は、検出したアーク電圧の累積移動平均データを照合手段３２２に出力する。
【０１０２】
照合手段３２２は、図５の貫通孔径検出手段３２と同様に、測定されたアーク電圧を下孔径−電圧データ（検量線データ）２１と照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。この照合手段３２２は、測定されたアーク電圧の生データを用いるのではなく、累積移動平均算出手段３２１で検出されたアーク電圧の累積移動平均データを用いて下孔径−電圧データ（検量線データ）２１と照合する点が第１実施形態と相違する。また、検量線データについても、測定されたアーク電圧の生データを用いるのではなく、アーク電圧の累積移動平均データを用いて予め求められている。検量線データとの照合方法は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【０１０３】
（６−４．貫通孔径検出手段３２Ａの動作の具体例）
ここでは、前記６−２節にて説明した貫通溶接の具体例を取り上げて貫通孔径検出手段３２Ａの動作について図１４を参照（適宜図１２および図１３参照）して説明する。
ここでは、貫通孔径検出手段３２Ａと比較するために、移動平均ＳＭＡ（単純移動平均（Simple Moving Average）を算出する場合を想定する。以下、測定されたアーク電圧についての移動平均ＳＭＡを算出する装置を比較例と呼ぶ。
【０１０４】
例えばＭで識別される移動平均ＳＭＡMであって、ｎ個の測定値ｐM，ｐM-1，…，ｐM-(n-1)の移動平均ＳＭＡMは、次の式（３）で表されることが知られている。ここで、ｎは測定のサンプリング周期によって予め定められる。この比較例の場合、ｎは５〜１０程度を想定している。例えばｎが１０であれば、式（３）は式（３ａ）のように記述される。
【０１０５】
【数３】
【０１０６】
そして、式（４）に示すように、例えばＭで識別される移動平均ＳＭＡMが求められているときに、新しい測定値ｐM+1を加えて、最も古い測定値ｐM-(n-1)を除いた新たなｎ個の組み合わせの測定値を平均することによって、例えばＴで識別される移動平均ＳＭＡTを求めることができる。
【０１０７】
【数４】
【０１０８】
比較例が図１３（ａ）に示す実測電圧値から、式（３ａ）を計算することによって求めた、測定アーク電圧の移動平均ＳＭＡのデータを図１４（ａ）に示す。
電圧の移動平均ＳＭＡの波形１４１は、図１３（ａ）に示す電圧の波形１３１から求められている。図１４において一点差線１４２で仕切った時刻（約２．８７秒）は、図１３において一点差線１３２で仕切った時刻と同じである。全体的には、電圧の移動平均ＳＭＡの波形１４１は、電圧の波形１３１と比べて、ノイズのような小刻みな微小振幅の程度が小さくなっていることが分かる。
【０１０９】
しかしながら、電圧の移動平均ＳＭＡの波形１４１は、時刻が約２．８７秒（一点差線１４２で仕切った時刻）以降の時間帯においては、ミクロの時間単位の振動が平滑化されているものの、図１３（ａ）に示す電圧の波形１３１（生データ）と同様に、マクロの時間単位の大きな振幅の振動（うねり）が生じている。また、グローバルな期間の波形全体の傾向は生データよりも分かりづらくなっている。したがって、比較例のように測定アーク電圧の移動平均ＳＭＡのデータを用いるだけでは、アーク電圧の測定タイミングによって所定の閾値との比較結果が異なる場合が多く生じると考えられる。
【０１１０】
これに対して、図１２に示す貫通孔径検出手段３２Ａの累積移動平均算出手段３２１は、測定されたアーク電圧についての累積移動平均ＣＡを算出することとした。
図１４（ａ）の二点鎖線で示す時間帯１４３、すなわち、２．５〜３．５秒の時間帯における実測電圧値を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）に示す電圧の波形１３１ａは、図１３（ａ）に示す電圧の波形１３１の一部分（２．５〜３．５秒の時間帯）を拡大して示したものである。
【０１１１】
累積移動平均算出手段３２１は、時刻が約２．８７秒（図１４（ａ）の一点差線１４２で仕切った時刻）に累積移動平均の演算を開始する。図１４（ｂ）に示す電圧の累積移動平均の波形１４４は、約２．８７秒の時刻以降に出現している。
全体的には、電圧の累積移動平均の波形１４４は、アーク電圧（生データ）の波形１３１ａと比べて、ノイズが大幅に小さくなっていることが分かる。また、図１４（ｂ）のグラフの縦軸の１目盛りは、図１４（ａ）のグラフの約半分なので、電圧の累積移動平均の波形１４４は、比較例によるＳＭＡの波形１４１と比べても、ノイズ振幅がおよそ半分になっていることが分かる。
【０１１２】
また、図１４（ｂ）に示すように、電圧の累積移動平均の波形１４４からは、マクロの時間単位の振動（うねり）がほとんど除去されている。さらに、電圧の累積移動平均の波形１４４は、グローバルな期間において、ワーク貫通後の孔径拡大に伴って生じる電圧の生データの波形全体の傾向もよく再現している。すなわち、電圧の累積移動平均の波形１４４によれば、比較例によるＳＭＡの波形１４１と比べて、ノイズおよびうねりの低減効果を奏するだけではなく、貫通検出後のグローバルな期間においてアーク電圧が増加傾向にあるという観測データの情報を欠落させることなく分析処理後のデータに保持しておくことができていることが分かる。
【０１１３】
第２実施形態に係るインライン検査装置１０Ａによる処理の全体の流れについては、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【０１１４】
以上説明したように、第２実施形態に係るインライン検査方法によれば、インライン検査装置１０Ａが、測定されたアーク電圧について累積移動平均データを算出するので、累積移動平均の移動平均処理の観点から電圧生データの小刻みなノイズを処理する効果と、累積移動平均の累積平均処理の観点から電圧生データのうねりを処理する効果との両方を合わせ持つことができる。したがって、インライン検査において短いサンプリング周期でアーク電圧をモニタしたときに、細かな電圧変動と共に、アークや溶融池の不安定さに伴う突発的な増減を同時に拾って波形にノイズやうねりが生じたとしても、アーク電圧の累積移動平均化によって、検量線データと比較し易いデータを生成できる。そのため、貫通孔径検出手段３２Ａの照合手段３２２は、貫通検出前よりも上下動の振幅が激しいアーク電圧の生データを用いることなく、検出された累積移動平均データを検量線データと比較することで、貫通孔径を精度よく検出することができる。
【０１１５】
（第２実施形態の変形例）
ワーク間に隙間がある場合の貫通溶接におけるインライン検査方法を変形例として説明する。貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて、所定の溶接条件で３枚重ねのワークの貫通前後に実測したアーク電圧の時系列データを図１５（ａ）に示す。ここでは、３枚のワークの板厚は、下から２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍであり、例えば下から１枚目のワークとその上のワークとの間に１．０ｍｍのギャップ（隙間）があるものとした。ギャップがあること以外は、図１３を参照して説明した例と条件が同じなので説明を適宜省略する。
【０１１６】
図１５（ａ）に示すように、電圧の波形１５１には、時刻が約２．７秒（一点差線１５２で仕切った時刻）より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ２８Ｖの電圧値が観測され、この一定電圧値を振動の中心とする微小振動が生じている。また、図１５（ａ）に示すように、電圧の波形１５１には、その後の時間帯では、前よりも電圧が上昇し、前よりも大きな振幅の小刻みな振動が生じながら、およそ２９〜３２Ｖの変動幅を有した大きなうねりも合わせて生じている。
【０１１７】
この場合の所定時刻に３枚重ねのワークの裏面から観察したアーク洩れ光の画像を、測定されたアーク電圧のグラフと共に図１５（ａ）に示す。
時刻がおよそ２．６秒であるとき、画像１５３に示すように、貫通孔の位置にうっすらと光が洩れはじめる。
時刻が約２．８秒であるとき、画像１５４に示すように、貫通孔の位置に光が洩れており、貫通していることが分かる。
時刻がおよそ３．５秒であるとき、画像１５５に示すように、貫通孔の下孔からアークが洩れており、充分な孔径が確保されたことが分かる。
【０１１８】
図１５（ｂ）に示すように、電圧の時間微分値の波形１５６（時間微分値）には、時刻が約２．７秒（一点差線１５２で仕切った時刻）より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ変化率０の状態が観測され、この変化率０を振動の中心とする微小振動が生じている。また、その後の時間帯では、電圧の時間微分値の波形１５６には、変化率０を振動の中心として前よりも大きな振幅の振動が生じている。そして、一点差線１５２で仕切った時刻において、電圧変化５０Ｖ／ｓを超える大きな電圧増加率が観測される。したがって、この変形例の場合であっても、貫通検出手段３１Ａの増加率判別手段３１５はワークの貫通を精度よく検出することができる。
【０１１９】
図１５（ａ）に示す実測電圧値から、前記した式（３ａ）を計算することによって求めた、測定アーク電圧の移動平均ＳＭＡのデータを図１６（ａ）に示す。
電圧の移動平均ＳＭＡの波形１６１は、図１５（ａ）に示す電圧の波形１５１から求められている。図１６において一点差線１６２で仕切った時刻（約２．７秒）は、図１５において一点差線１５２で仕切った時刻と同じである。図１６において一点差線１６３で仕切った時刻（約２．８秒）は、図１５において画像１５４が観測された時刻と同じである。電圧の移動平均ＳＭＡの波形１６１には、全体的にはノイズ低減効果があらわれ、時刻が約２．７秒（一点差線１６２で仕切った時刻）以降の時間帯では、生データと同様な大きな振幅の振動が生じている。約２．８秒の時刻に波形１６１のピークが現れたことはワーク間のギャップによるものと考えられる。仮に移動平均ＳＭＡで貫通孔径を検出しようとするならば、このピークを誤検出する虞があると考えられる。
【０１２０】
図１６（ａ）の二点鎖線で示す時間帯１６４、すなわち、２．５〜３．５秒の時間帯における実測電圧値を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）に示す電圧の波形１５１ａは、図１５（ａ）に示す電圧の波形１５１の一部分（２．５〜３．５秒の時間帯）を拡大して示したものである。
【０１２１】
累積移動平均算出手段３２１は、時刻が約２．７秒（図１６（ａ）の一点差線１６２で仕切った時刻）に累積移動平均の演算を開始する。図１６（ｂ）に示す電圧の累積移動平均の波形１６５は、約２．７秒の時刻以降に出現している。
全体的には、電圧の累積移動平均の波形１６５は、アーク電圧（生データ）の波形１５１ａと比べて、ノイズが大幅に小さくなっていることが分かる。また、比較例によるＳＭＡの波形１６１と比べても、ノイズ振幅がおよそ半分になっていることが分かる。
【０１２２】
また、図１６（ｂ）に示すように、電圧の累積移動平均の波形１６５からは、比較例によるＳＭＡの波形１６１に現れたピークの影響が除去されている。すなわち、波形１６５には、約２．８秒の時刻に目立ったピークが現れなかった。そして、ワーク貫通後の孔径拡大に伴って生じる電圧の生データの波形全体の電圧増加傾向もよく再現している。したがって、ワーク間に隙間がある場合であっても、貫通溶接におけるインライン検査方法は、ワーク間に隙間がない場合と同様の効果を奏することができる。
【０１２３】
また、第１実施形態に係るインライン検査方法を、ワーク間に隙間がある場合に適用した場合であっても、ワーク間に隙間がない場合と同様の効果を奏することができる。
さらに、プラズマアーク溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせたプラズマ-ＭＩＧ溶接方法に対して本発明の各実施形態に係るインライン検査方法を用いることにより、このプラズマ-ＭＩＧ溶接方法を実施するための溶接システム（例えば図４参照）において各実施形態と同様に品質保証精度を向上させることができる。
【０１２４】
以上、本発明のインライン検査装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態のインライン検査装置１０（１０Ａ）は、貫通検出手段３１、貫通孔径検出手段３２（３２Ａ）および貫通孔径保証手段３３を備えるベストモードで説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通検出手段３１および貫通孔径検出手段３２（３２Ａ）を備え、アーク再点弧はしないこととしてもよい。アーク再点弧をしない場合、つまり貫通孔の下孔径を再検出しない場合、構成が簡易になり、インライン検査を迅速に行うことができ、製造コストを低減することもできる。
【０１２５】
一方、アーク再点弧をする場合、つまり貫通孔の下孔径を再検出する場合、インライン検査を高精度に行うことができるというメリットがある。ここで、アーク再点弧をする場合、高精度に行うことができる理由は、図７および図８のグラフから自明である。図７および図８のグラフは、横軸の目盛りがほぼ同じであるが、縦軸の電圧値の目盛りが大きく異なる。具体的には、図７のグラフにおいて、例えばトーチ高さ５ｍｍの場合、３φのテストピースを用いたときのアーク電圧値と、６φのテストピースを用いたときのアーク電圧値との間の電圧変化幅７０１は２Ｖ程度であった。一方、図８のグラフにおいて同様な電圧変化幅８０１は５０Ｖ程度である。したがって、貫通孔径保証手段３３の立上り電圧照合手段３３２は、貫通孔径検出手段３２よりも高精度に下孔径を検出することができる。
【０１２６】
また、各実施形態では、インライン検査装置１０を溶接電源５や溶接制御装置７とは別に設けたが、これに限定されず、溶接電源５または溶接制御装置７の中に組み込んでもよい。あるいはそれらを１つのユニットに組み込む構成としてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 溶接システム
２ 溶接トーチ
３ ロボット
４ ロボット制御装置
５ 溶接電源
６ フィラー供給装置
７ 溶接制御装置
８ プラズマトーチ
９ ＭＩＧトーチ
１０，１０Ａ インライン検査装置
１１ 電圧監視手段
１２ 記憶手段
１３ 処理手段
２１ 下孔径−電圧データ（検量線データ）
２２ 再点弧データ（検量線データ）
２３ アーク長−電圧データ（検量線データ）
３１，３１Ａ 貫通検出手段
３１１ トーチ高さ算出手段
３１２ 増分演算手段
３１３ 増分判別手段
３１４ 増加率演算手段
３１５ 増加率判別手段
３２，３２Ａ 貫通孔径検出手段
３２１ 累積移動平均算出手段
３２２ 照合手段
３３ 貫通孔径保証手段
３３１ アーク点弧制御手段
３３２ 立上り電圧照合手段
３３３ 孔径確認手段
５１ プラズマ電源
５２ ＭＩＧ電源
５３ ガス供給装置
５４ 電圧検出器
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接品質を検査するためのインライン検査方法およびインライン検査装置に関し、特に貫通溶接における貫通孔を検査するためのインライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ-ＭＩＧ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下２枚の鋼板を重ね合わせて貫通溶接する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された貫通溶接の手順は次の通りである。すなわち、まず、溶接を行う位置でプラズマアークを着火し、続いて、比較的に大きいパワーのプラズマアークを用いて、穴を貫通させる。穴が貫通すると、直ちにプラズマアークのパワーを溶接に適した値まで低減させて、上下の鋼板を適正に溶融させて溶接する。このとき、フィラーをプラズマアーク内に送り込む。すると、アーク熱で溶融したフィラーが溶接スポットへ供給されて、最終的に穴が埋め戻され、かつ、上下の鋼板間の隙間も埋まって、２枚の鋼板間の溶接が確立する。この段階で、フィラーをプラズマアーク外へ引出しその送給を停止させ、続いて、プラズマアークを消す。これで、１回の溶接が終了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３７９９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、貫通溶接において、溶接姿勢の変化やワーク間の隙間などに起因して貫通孔径は変わってしまう。また、貫通孔を形成した後に穴を即座に埋めてしまうため、貫通孔径を直接的に観測することは困難であった。また、既存の電圧モニタにより、貫通孔の有無を間接的に観測すれば貫通したこと自体を検出することはできるが、従来の方法では、所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することはできなかった。なお、インライン検査とは、抜き取り検査（引張試験や断面観察のような破壊検査）ではなく、破壊することなく、全数検査を行うことをいう。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することのできるインライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ-ＭＩＧ溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本願発明者らは、貫通溶接において形成した貫通孔のサイズと強度との関係について種々検討を行った。その結果、貫通孔に充填されたナゲットの径の大きさと継手強度との間に相関があることと、貫通孔の下孔の径の大きさと継手強度との間にも同様な相関があることとを見出した。
【０００７】
そこで、本発明の第１の観点に係るインライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、前記インライン検査装置が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、前記処理手段が、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、前記アーク電圧を監視し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の観点に係るインライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、前記インライン検査装置が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、前記処理手段が、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、前記アーク電圧を監視し、該アーク電圧の累積移動平均データを検出し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧累積移動平均データを前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るインライン検査方法は、前記検量線データが、前記重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められ、前記重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、前記貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧との対応関係を示す下孔径−電圧データであることが好ましい。
【００１０】
かかる手順によれば、インライン検査方法では、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視し、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。したがって、本発明のインライン検査方法は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。
【００１１】
また、本発明に係るインライン検査方法は、前記インライン検査装置の前記記憶手段が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、前記重ね合わせた複数のワークに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内のアーク電圧と前記下孔径との対応関係を示す再点弧データをさらに記憶し、前記処理手段が、前記貫通孔径検出工程において前記貫通孔の下孔径を検出した後、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧する再点弧ステップと、前記アークを再点弧した後のアーク電圧を、前記検量線データである再点弧データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する再検出ステップとを実行することが好ましい。
【００１２】
かかる手順によれば、インライン検査方法は、形成された貫通孔に対してアークを再点弧したときに測定されたアーク電圧の立上り電圧を検量線データと照合することで所望の貫通孔が確実に形成されていることを判定できる。これによれば、アーク点弧時の立上り電圧はアークが安定したときの安定電圧よりも大きいので、下孔径を高精度で検出することができる。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明に係るインライン検査装置は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置であって、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、前記アーク電圧を所定の頻度で測定する電圧監視手段と、測定されたアーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出手段と、測定されたアーク電圧に基づいて、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、インライン検査装置は、電圧監視手段によって、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視する。そして、インライン検査装置は、貫通検出手段によって貫通を検出し、貫通孔径検出手段によって、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。したがって、本発明のインライン検査装置は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。
【００１５】
また、本発明に係るプラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、プラズマアーク溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせたプラズマ-ＭＩＧ溶接方法であって、重ね合わせた複数のワークにプラズマアークによって貫通孔を形成する工程と、前記インライン検査方法で前記貫通孔をインラインで検査する工程と、ＭＩＧ溶接により前記貫通孔を埋めて前記重ね合わせた複数のワークを溶接する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
かかる手順によれば、プラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、重ね合わせた複数のワークにプラズマアークにより貫通孔を形成してこの貫通孔をＭＩＧ溶接により埋めて溶接する貫通溶接の一連の手順において、貫通孔を形成する工程にて測定されたアーク電圧値を、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データと照合する。これにより、プラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、貫通溶接と同時に、所望の強度を実現できるような良好な貫通孔が形成されているか否かを全数検査で確かめることができる。したがって、本発明のプラズマ-ＭＩＧ溶接方法は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、強度を支配するナゲット径や下板の孔径をインラインで検査することができるので、品質保証精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法の概要を模式的に示すワーク断面図であって、（ａ）はトーチ高さ検出ステップ、（ｂ）はアーク長検出ステップ、（ｃ）は下板貫通検出ステップ、（ｄ）は孔径拡大ステップ、（ｅ）は孔径確保ステップを示している。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法にて監視される電圧の時間変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法の説明図であって、（ａ）は溶接前のテストピースの平面図、（ｂ）は３φの孔が穿設されたテストピース、（ｃ）は６φの孔が穿設されたテストピース、（ｄ）は貫通を実際に検出したときの孔の形状、（ｅ）は下孔径を実際に検出したときの孔の形状を示している。
【図４】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置を含む溶接システムの構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した下孔径ごとに取得したアーク長−電圧データの一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した下孔径−電圧データの一例を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した再点弧データの一例を示すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置による処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法においてアークが安定するまで測定した電圧の測定データの一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法においてアークが安定するよりも前までに測定した電圧の測定データの一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るインライン検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るインライン検査方法にて３枚のワークの貫通前後に実測した電圧値の一例を示すグラフであって、（ａ）は所定サンプリング周期で測定した電圧の時系列データ、（ｂ）は（ａ）の時間微分の時系列データを示している。
【図１４】図１３（ａ）に示す実測電圧値から求めた分析データを示すグラフであって、図１４（ａ）は図１３（ａ）の電圧値の移動平均、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の二点鎖線の時間範囲における実測電圧値および累積移動平均を示している。
【図１５】本発明の第２実施形態に係るインライン検査方法にて間に隙間のある３枚のワークの貫通前後に実測した電圧値の一例を示すグラフであって、（ａ）は所定サンプリング周期で測定した電圧の時系列データ、（ｂ）は（ａ）の時間微分の時系列データを示している。
【図１６】図１５（ａ）に示す実測電圧値から求めた分析データを示すグラフであって、図１６（ａ）は図１５（ａ）の電圧値の移動平均、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の二点鎖線の時間範囲における実測電圧値および累積移動平均を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照して本発明を実施するための形態（実施形態という）について詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
以下では、説明の都合上、１．インライン検査方法の概要、２．溶接システムの構成、３．インライン検査装置の構成、４．インライン検査装置による処理の流れ、５．検量線データの具体例の各章について説明する。
【００２０】
［１．インライン検査方法の概要］
インライン検査方法は、図１に示すように、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査する方法である。ここで、ワークＷの用途、形状、材質、サイズは特に限定されないが、例えば亜鉛メッキ鋼板等であるものとして説明する。図１では、一例として２枚のワークＷを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、上板と下板との隙間はないものとして説明する。このインライン検査方法では、プラズマトーチ８を用いてプラズマアーク溶接で貫通孔を形成する。また、インライン検査方法は、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データがワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められていることを前提としている。
【００２１】
インライン検査方法は、大別して、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す貫通検出工程Ｓ１と、図１（ｃ）〜図１（ｅ）に示す貫通孔径検出工程Ｓ２と、を有する。これら貫通検出工程Ｓ１および貫通孔径検出工程Ｓ２と、測定されたアーク電圧の時間変化との対応関係の一例を図２に示す。図２に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸はアーク電圧を示す。ここでは、図１および図２を参照して説明する。
【００２２】
貫通検出工程Ｓ１は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークＷが貫通したことを検出する工程である。この貫通検出工程Ｓ１は、例えば、トーチ高さ検出ステップ、アーク長検出ステップ、および下板貫通検出ステップのように形式的に分けることができる。
【００２３】
トーチ高さ検出ステップは、図１（ａ）に示すように、測定されたアーク電圧の初期値と検量線データに基づいて、プラズマトーチ８から上板（ワークＷ）の表面までの長さと等しいときのアーク長（以下、トーチ高さという）を検出するステップである。図２に示す例では、初期のアーク点弧時に絶縁破壊のためアーク電圧が一旦急上昇するが、その後に電圧が安定し、これが初期電圧である。この安定した電圧にてトーチ高さが検出される。なお、トーチ高さは、板厚変動の影響を受けて変化したり、溶接条件を変更したりすれば、それに応じて変化するので、前記したように検量線データは重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められている。溶接条件には、例えば、トーチ高さ、溶接電流、ガス流量などを含む。
【００２４】
アーク長検出ステップは、図１（ｂ）に示すように、ワークＷを堀り進むときにリアルタイムにモニタされるアーク電圧と検量線データとに基づいて、堀り進められた穴の長さとしてアーク長を検出するステップである。図２に示す例では、測定されたアーク電圧は、初期電圧から上昇する。このように初期電圧から電圧が上昇していくときにアーク長が検出される。アーク長を検出するとは、対応するアーク電圧を検出することと同様の意味である。
【００２５】
下板貫通検出ステップは、図１（ｃ）に示すように、測定されたアーク電圧と検量線データとに基づいて、下板まで貫通したことを検出するステップである。堀り進められた穴が下板に到達した状態は、ワークの裏面側に孔が見えるが所望の径の孔とはなっていない状態である。このときアーク長がプラズマトーチ８からワーク裏面までの長さと等しくなる。なお、貫通したか否かについては、電圧の増分や増加率を演算することで検出することができる。図２のグラフにおいて、測定されたアーク電圧は、ある時点を境として電圧の増加率が緩やかになる。このように電圧増加率が増加から減少に転じる変極点において、下板まで貫通したことが検出される。
【００２６】
貫通孔径検出工程Ｓ２は、アーク電圧を監視し、複数のワークＷの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する工程である。この貫通孔径検出工程Ｓ２は、孔径拡大ステップおよび孔径確保ステップのように形式的に分けることができる。
【００２７】
孔径拡大ステップは、図１（ｄ）に示すように、下板まで貫通した後に、その貫通孔の孔径を拡大するステップである。ここで、プラズマトーチ８からのアークはワーク裏面の孔の部分では導通をとれないため、アークは孔を迂回する。よって、時間経過に伴ってアークは孔の周囲に広がることでアーク長が徐々に増加し、併せて下孔径も増加していく。
図２に示す例では、測定されたアーク電圧が変極点から緩やかに上昇していく過程で孔径が拡大される。
【００２８】
孔径確保ステップは、図１（ｅ）に示すように、測定されたアーク電圧と検量線データとに基づいて、下孔径が所望の径となったことを検出するステップである。図２に示す例では、測定されたアーク電圧が、所望の下孔径が形成されるときの閾値電圧となったときに、プラズマアークを消す。この閾値電圧となったときに所望の孔径が確保されたと判定される。
【００２９】
インライン検査方法において用いる検量線データとしては、様々な種類のデータを用いることができる。例えば、図２に示すような電圧の時間変化のデータであってもよい。この場合、図２に示すような折れ線全体のデータである必要はなく、その一部でもよい。
【００３０】
また、検量線データとして、例えば図６ないし図８に示すように、下孔径、アーク長およびアーク電圧との関係を示すデータを用いてもよい。これら図６ないし図８に示す検量線データを構築するために用いたテストピースの溶接前の平面図を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。図３（ａ）に示すテストピースは孔が穿設されていない（以下、孔なしと表記する）。図３（ｂ）に示すテストピースは直径３ｍｍの孔が穿設されている（以下、３φと表記する）。図３（ｃ）に示すテストピースは直径６ｍｍの孔が穿設されている（以下、６φと表記する）。これら図６ないし図８に示す検量線データについての説明は後記する。
【００３１】
図３（ｄ）に、孔が穿設されていない２枚重ねのワークの貫通を実際に検出したときのワーク表面側からみた孔の形状の一例を示し、図３（ｅ）に下孔径を実際に検出したときのワーク表面側からみた孔の形状の一例を示す。
【００３２】
なお、本願発明者らが、所定の溶接条件でワークを３枚重ねて貫通溶接した際に、形成した貫通孔のサイズと継手強度との関係について実測したところ、下から１枚目のワークと２枚目のワークとの界面の高さにおける孔径（以下、ナゲット径という）の大きさが大きいほど継手強度が大きいという相関があった。このとき、下から１枚目のワークの裏面における孔径（下孔径）の大きさが大きいほど継手強度が大きいという同様の相関があった。つまり、ナゲット径や下孔径が強度を支配する要因となっていることを確かめた。したがって、下孔径を所望の大きさとすることで、所望の強度を保証することができると結論付けられる。
【００３３】
［２．溶接システムの構成］
ここでは、本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置を含む溶接システムの構成について図４を参照して説明する。溶接システム１は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接するためのロボットアーク溶接システムであって、図４に示すように、主として、溶接トーチ２と、ロボット３と、ロボット制御装置４と、溶接電源５と、フィラー供給装置６と、溶接制御装置７と、インライン検査装置１０と、を備えている。また、図示を省略するが、溶接システム１は、動作ガスボンベ、シールドガスボンベ、ガス流量調整器、遠隔制御器などを備えている。図４では、一例として３枚のワークＷを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、上板と下板との隙間はないものとして説明する。
【００３４】
なお、ロボット制御装置４と、溶接制御装置７と、インライン検査装置１０とは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力インタフェース等を備えている。
【００３５】
溶接トーチ２は、プラズマトーチ８と、ＭＩＧトーチ９とを備える。
プラズマトーチ８は、貫通溶接においてフィラーを充填する前の段階（以下、貫通溶接のフェーズＰ１と称する）にて先行して使用される先行トーチであって、重ね合わされた複数のワークＷを貫通する貫通孔を形成するためのトーチである。プラズマトーチ８には、プラズマアーク溶接を行うための電極やノズルが形成されており、アルゴン等の動作ガス及びシールドガスが供給される。プラズマトーチ８は、タングステン電極と水冷された拘束ノズルとの間にパイロットアークを発生させ、このパイロットアークの熱により動作ガスをプラズマ化して噴出させ、ワークＷとの間にプラズマアークを発生させる。シールドガスとしては、一般的に用いられるＭＡＧガス（Ａｒ＋ＣＯ2混合ガス）などが供給される。
【００３６】
ＭＩＧトーチ９は、貫通溶接のフェーズＰ１の後であってフィラーを充填する段階（以下、貫通溶接のフェーズＰ２と称する）にて使用される後行トーチであって、貫通孔を埋めて重ね合わされた複数のワークＷを融合するためのトーチである。ＭＩＧトーチ９は、貫通孔にフィラーを充填するためのＭＩＧ溶接（metal inert gas welding）を行うためのトーチである。ＭＩＧトーチ９には、その中心に消耗電極としてのフィラー６１がフィラー供給装置６から送り込まれ、フィラー６１の周囲にはシールドガス（Ａｒ＋ＣＯ2）が供給される。
【００３７】
ロボット３は、例えば、多軸多関節型の溶接ロボットであり、先端側のアーム３ａには溶接トーチ２が取り付けられている。ロボット３は、モータで各関節を動かすことにより溶接トーチ２を移動させることができる。
ロボット制御装置４は、ロボット３に接続されており、溶接経路等の入力コマンドまたは予め記憶されたコマンドに基づいてロボット３の動作や姿勢を制御するものである。
【００３８】
溶接電源５は、アーク溶接のための電力を溶接トーチ２に供給するものである。ここでは、溶接電源５は、図４に示すように、主として、プラズマ電源５１と、ＭＩＧ電源５２と、ガス供給装置５３と、電圧検出器５４とを備える。なお、図示を省略するが、溶接電源５は、電流検出器やＭＩＧ溶接に必要な制御回路などを備えている。
【００３９】
プラズマ電源５１は、商用３相交流電源を図示しないトランスにより直流電源に変換するものであり、貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にてプラズマトーチ８に電力を供給する。このプラズマ電源５１の負極は、プラズマトーチ８のタングステン電極に電気的に接続され、プラズマ電源５１の陽極は、ワークＷに電気的に接続される。プラズマ電源５１の出力特性は、一般的に定電流特性であり、これによりアーク安定後のアーク電流を一定値に保持する。この定電流制御により、測定されたアーク電圧からアーク長を推定することができる。
【００４０】
ＭＩＧ電源５２は、商用３相交流電源を図示しないトランスにより直流電源に変換するものであり、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）にてＭＩＧトーチ９に電力を供給する。このＭＩＧ電源５２の陽極は、ＭＩＧトーチ９のフィラー６１（消耗電極）に電気的に接続され、ＭＩＧ電源５２の負極は、ワークＷに電気的に接続される。ＭＩＧ電源５２の出力特性は、定電圧特性であり、これにより、アーク安定後のアーク長を一定値に保持する。
【００４１】
ガス供給装置５３は、図示しないガスボンベから溶接トーチ２（プラズマトーチ８、ＭＩＧトーチ９）に溶接用のシールドガスを供給する。また、ガス供給装置５３は、図示しないガスボンベから、プラズマを形成するための動作ガスを溶接トーチ２に供給する。
【００４２】
電圧検出器５４は、プラズマ溶接電源５１による溶接電圧であるアーク電圧を検出するものである。電圧検出器５４は、貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて検出されたアーク電圧をインライン検査装置１０に出力する。電圧検出器５４は、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）にて検出されたアーク電圧を溶接制御装置７に出力する。
【００４３】
フィラー供給装置６は、ＭＩＧ電源５２と接続されている。フィラー供給装置６は、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）において、図示しないフィラー収納器から送出路を介して送出されるワイヤ状のフィラーを、ＭＩＧトーチ９に送り出す。
【００４４】
溶接制御装置７は、貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて溶接電源５およびインライン検査装置１０を駆動することで、プラズマアーク溶接により、重ね合わされた複数のワークＷを貫通する貫通孔を形成する。
溶接制御装置７は、貫通溶接のフェーズＰ２（ＭＩＧ溶接中）にて溶接電源５を駆動することで、ＭＩＧ溶接により、貫通孔にワイヤを充填する。すなわち、溶接制御装置７は、ＭＩＧ電源５２、ガス供給装置５３およびＭＩＧトーチ９を駆動する。
【００４５】
［３．インライン検査装置の構成］
ここでは、本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置の構成について図５を参照（適宜図４参照）して説明する。
インライン検査装置１０は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するものであって、電圧監視手段１１と、記憶手段１２と、処理手段１３と、を備える。
電圧監視手段１１は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧を所定の頻度で測定するものである。
【００４６】
記憶手段１２は、ワークＷの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、例えば、下孔径−電圧データ２１と、再点弧データ２２と、アーク長−電圧データ２３とを記憶するものである。記憶手段１２は、例えば、一般的なハードディスクやメモリ等から構成される。
【００４７】
（下孔径−電圧データ２１）
下孔径−電圧データ２１は、ワークＷの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークＷに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データである。本実施形態では、下孔径−電圧データ２１は、重ね合わせた複数のワークＷの板厚および溶接条件ごとに求められ、重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、当該貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧と、の対応関係を示す。下孔径−電圧データ２１の一例を図７に示す。なお、下孔径−電圧データ２１についての説明は後記する。
【００４８】
（再点弧データ２２）
再点弧データ２２は、重ね合わせた複数のワークＷに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内（例えば５ミリ秒）のアーク電圧と下孔径との対応関係を示す。再点弧データ２２の一例を図８に示す。なお、再点弧データ２２についての説明は後記する。
【００４９】
（アーク長−電圧データ２３）
アーク長−電圧データ２３は、重ね合わせた複数のワークＷの板厚および溶接条件ごとに求められた、複数の下孔径−電圧データ２１から得られる。アーク長−電圧データ２３の一例を図６に示す。なお、アーク長−電圧データ２３についての説明は後記する。
【００５０】
処理手段１３は、図５に示すように、貫通検出手段３１と、貫通孔径検出手段３２と、貫通孔径保証手段３３とを備える。ここで、処理手段１３は、貫通検出手段３１を、インライン検査方法として図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す貫通検出工程Ｓ１を実行するための構成として備えると共に、貫通孔径検出手段３２および貫通孔径保証手段３３を、インライン検査方法として図１（ｃ）〜図１（ｅ）に示す貫通孔径検出工程Ｓ２を実行するための構成として備えることとした。なお、貫通孔径検出手段３２および貫通孔径保証手段３３のように形式的に区分したが併合した１つの手段であってもよいことは勿論である。
【００５１】
貫通検出手段３１は、測定されたアーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークＷが貫通したことを検出するものである。ワークＷが貫通したこと自体を検出する方法は特に限定されないが、例えば、測定されたアーク電圧の増分や増加率を用いて検出することできる。本実施形態では、一例として、測定されたアーク電圧の増分により貫通を検出する構成と、増加率により貫通を検出する構成と、を備え、所定の切り替え指示操作または事前設定によって、いずれか一方の構成による処理が実行可能となるように構成した。このため、貫通検出手段３１は、図５に示すように、トーチ高さ算出手段３１１と、増分演算手段３１２と、増分判別手段３１３と、増加率演算手段３１４と、増加率判別手段３１５とを備えることとした。
【００５２】
トーチ高さ算出手段３１１は、アーク長−電圧データ２３と、測定されたアーク電圧についての初期電圧とに基づいて、初期電圧からアーク長−電圧データ２３により換算されるアーク長さをトーチ高さとして算出するものである。このトーチ高さ算出手段３１１は、孔なしのテストピースを用いて測定された検量線（図６のグラフにおいて三角形で示す）から、トーチ高さを算出する。例えば、図６のグラフにおいて、アーク長さが５ｍｍのときに三角形で示す電圧値（約３０．３Ｖ）がリアルタイムモニタにて測定されたときには、トーチ高さ算出手段３１１は、トーチ高さが５ｍｍであることを検出する。
【００５３】
増分演算手段３１２は、初期電圧測定以後に測定されたアーク電圧について初期電圧からの増分を演算すると共に、アーク長−電圧データ２３においてアーク長さが、トーチ高さからワークの板厚の合計の長さだけ増加するまでの電圧の増分を算出するものである。
増分判別手段３１３は、初期電圧からの増分がアーク長−電圧データ２３における電圧の増分に一致したか否かを判別し、電圧の増分が一致した場合、重ね合わせた複数のワークＷが貫通したと判定する。これら増分演算手段３１２および増分判別手段３１３は、電圧の増分により貫通を検出する構成である。
【００５４】
増加率演算手段３１４は、初期電圧測定以後に測定されたアーク電圧について単位時間当たりの増加率を演算するものである。
増加率判別手段３１５は、増加率が所定の閾値を越える時点である変極点となったか否かを判別し、変極点となった場合、重ね合わせた複数のワークＷが貫通したと判定する（下板貫通検出ステップ：図２参照）。これら増加率演算手段３１４および増加率判別手段３１５は、電圧の増加率により貫通を検出する構成である。
【００５５】
貫通孔径検出手段３２は、測定されたアーク電圧に基づいて、複数のワークＷの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を下孔径−電圧データ（検量線データ）２１と照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。
【００５６】
貫通孔径検出手段３２は、測定されたアーク電圧を、次のように下孔径−電圧データ２１（図７に示すグラフ）と照合する。図７に示すグラフの横軸はテストピースの下孔径を示し、縦軸はアーク点弧後０．２秒のときのアーク電圧を示している。ここで、下孔径＝０ｍｍのデータは、図３（ａ）に示す孔なしのテストピースによる測定結果である。グラフにおいて、トーチ高さ５ｍｍの条件のアーク電圧を三角形で示す。同様に、グラフにおいて、トーチ高さ１０ｍｍの条件のアーク電圧を丸で示し、トーチ高さ１３ｍｍの条件のアーク電圧を四角形で示す。
【００５７】
貫通孔径検出手段３２は、検出されたトーチ高さが例えば５ｍｍの場合、図７のグラフにおいて、トーチ高さ５ｍｍの場合の三角形で示す３つのアーク電圧値を結んだ検量線（トーチ高さ５ｍｍ検量線）を用いる。このとき、リアルタイムにモニタされた電圧値として約３１．４Ｖの電圧値が検出されたときには、下孔径が３ｍｍになったことを検出することができる。同様に約３４．１Ｖの電圧値が検出されたときには、下孔径が６ｍｍになったことを検出することができる。なお、この検量線は一例であり、これに限定されるものではない。
【００５８】
貫通孔径保証手段３３は、アーク点弧制御手段３３１と、立上り電圧照合手段３３２と、孔径確認手段３３３とを備える。
【００５９】
アーク点弧制御手段３３１は、貫通孔径検出手段３２において貫通孔の下孔径を検出した場合、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧するものである。本実施形態では、アーク点弧制御手段３３１は、溶接制御装置７を介して溶接電源５にアークオフ／アークオンの指令を出すこととした。なお、アーク点弧制御手段３３１は、溶接電源５に直接指令を出してもよい。
【００６０】
立上り電圧照合手段３３２は、アークを再点弧した後に測定されたアーク電圧を、検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。つまり、前記した貫通孔径検出手段３２が検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する処理を行い、さらに、アークを再点弧した後に、この立上り電圧照合手段３３２が、検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を再検出する。
本実施形態では、立上り電圧照合手段３３２は、アーク再点弧時に測定されたアーク電圧を、再点弧データ２２における立上り電圧（アーク電圧）と一致するか否か照合することとした。この立上り電圧照合手段３３２は、測定されたアーク電圧を、次のように再点弧データ２２（図８に示すグラフ）と照合する。図８に示すグラフの横軸はテストピースの孔径を示し、縦軸は５ミリ秒のときのアーク電圧を示している。なお、図８のグラフの見方は図７のグラフと同様なので詳細な説明を省略する。また、この立上り電圧照合手段３３２と、前記貫通孔径検出手段３２とは検量線を用いた検出方法が同様なので詳細な説明は省略する。
【００６１】
孔径確認手段３３３は、照合により、測定されたアーク電圧が再点弧データ２２における立上り電圧に一致した場合、所望サイズの貫通孔が確実に形成されていると判定するものである。ここで一致とは、所望の孔径になっているはずの貫通孔にアーク再点弧したときに測定されたアーク電圧の立上り電圧の値が、再点弧データ２２における前記所望の孔径の立上り電圧の値以上になることを意味する。
【００６２】
［４．インライン検査装置による処理の流れ］
インライン検査装置１０による処理の流れについて図９を参照（適宜、図４および図５参照）して説明する。図９は、本発明の第１実施形態に係るインライン検査装置による処理の流れの概略を示すフローチャートである。ここで、溶接電源５は、電圧検出器５４によって、アーク電圧を検出し、インライン検査装置１０に出力している。これにより、インライン検査装置１０の電圧監視手段１１は、アーク電圧を監視している。
【００６３】
まず、インライン検査装置１０の貫通検出手段３１は、トーチ高さ算出手段３１１によって、初期電圧のアーク長をトーチ高さＨ0として検出する（ステップＳ１１）。そして、貫通検出手段３１は、引き続きアーク長に対応したアーク電圧を検出し（ステップＳ１２）、電圧増分または電圧増加率により貫通を検出できない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻って、アーク長に対応したアーク電圧の検出を続行する。一方、貫通を検出した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、貫通検出手段３１は処理を貫通孔径検出手段３２に渡す。
【００６４】
貫通孔径検出手段３２は、引き続きアーク長に対応したアーク電圧を検出し（ステップＳ１４）、下孔径を検出できない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、所定のタイムリミットになっていなければ（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１４に戻ってアーク長に対応したアーク電圧の検出を続行する。一方、ワークの貫通から所定時間経過したときに測定されたアーク電圧によって下孔径を検出した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、貫通孔径検出手段３２は、処理を貫通孔径保証手段３３に渡し、貫通孔径保証手段３３が、アーク点弧制御手段３３１によって、アークオフの制御を行う（ステップＳ１７）。これにより、溶接制御装置７が溶接電源５にアークオフの指令を出し、プラズマトーチ８のアークが切れる。直後に、貫通孔径保証手段３３は、アーク点弧制御手段３３１によって、アークを再点弧する制御を行う（ステップＳ１８）。これにより、溶接制御装置７が溶接電源５にアーク再点弧の指令を出し、プラズマトーチ８のアークが再点弧される。
【００６５】
そして、貫通孔径保証手段３３は、立上り電圧照合手段３３２によって、測定されたアーク電圧の立上り電圧が、再点弧データの立上り電圧に一致するか否かを判別する（ステップＳ１９：再検出ステップ）。両者の立上り電圧が一致する場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、貫通孔径保証手段３３は、孔径確認手段３３３によって、貫通孔の良否判定を「良」とし（ステップＳ２０）、処理を終了する。一方、両者の立上り電圧が一致しない場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、貫通孔径保証手段３３は、孔径確認手段３３３によって、貫通孔の良否判定を「否」とし（ステップＳ２１）、処理を終了する。
【００６６】
なお、下孔径を検出できず（ステップＳ１５：Ｎｏ）、タイムリミットになった場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、貫通孔径検出手段３２は、処理を貫通孔径保証手段３３に渡し、貫通孔径保証手段３３が、孔径確認手段３３３によって、貫通孔の良否判定を「否」とし（ステップＳ２２）、処理を終了する。
【００６７】
貫通孔の良否判定結果により、例えば、「良」を、貫通溶接のフェーズＰ２に移行できるワーク、「否」をフェーズＰ２に移行できないワークとして分類することができる。また、「否」と判定された場合、加修などの工程に移行させる。
【００６８】
［５．検量線データの具体例］
（下孔径−電圧データ２１）
下孔径−電圧データ２１（例えば図７に示すグラフ）は、図１０に示す検量線データ等を用いることで作成することができる。ここで、図１０に示す検量線データについて説明する。図１０に示すグラフの横軸は時間、縦軸はアーク電圧を示している。図１０に示す電圧ライン１０１は、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いて、トーチ高さを５ｍｍとした所定の溶接条件のときに、既に穿設されている直径３ｍｍの孔に向かってプラズマアーク溶接によりアークを点弧したときのアーク電圧の時間変化をおよそ１秒間に亘って測定した結果を示す。
【００６９】
また、図１０に示す電圧ライン１０２は、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いつつ、トーチ高さを１０ｍｍに変更したときに同様に求めたアーク電圧の時間変化の測定結果を示す。さらに、図１０に示す電圧ライン１０３は、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いつつ、トーチ高さを１３ｍｍに変更したときに同様に求めたアーク電圧の時間変化の測定結果を示す。これら電圧ライン１０１，１０２，１０３は、どれもアーク点弧時にはアーク電圧の急上昇が認められるものの、およそ０．２秒以降はアークが安定した電圧（以下、安定電圧という）を示している。また、図示を省略するが、図３（ｃ）に示す６φのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様のアーク電圧の測定結果を得た。さらに、図示を省略するが、図３（ａ）に示す孔なしのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様のアーク電圧の測定結果を得た。各テストピースを用いた計９つの測定結果において時間が０．２秒のときのアーク電圧を抽出したものが図７に示すグラフ（下孔径−電圧データ２１）である。
【００７０】
（再点弧データ２２）
再点弧データ２２（例えば図８に示すグラフ）は、図１１に示す検量線データ等を用いることで作成することができる。ここで、図１１に示す検量線データについて説明する。図１１は、図１０の拡大図である。図１１に示すグラフの横軸は時間、縦軸はアーク電圧を示している。図１１に示す電圧ライン１１１は、図１０に示す電圧ライン１０１のデータについてアークを点弧してから０．０２秒までのアーク電圧の時間変化を示す。すなわち、図３（ｂ）に示す３φのテストピースを用いて、トーチ高さを５ｍｍとした所定の溶接条件のときに、既に穿設されている直径３ｍｍの孔に向かってプラズマアーク溶接によりアークを点弧したときのアーク電圧の時間変化をおよそ０．０２秒間測定した結果を示す。ここで、図１０および図１１のグラフは、時間軸だけではなく、縦軸の電圧値の目盛りも異なる。なお、図１０のグラフでは振り切れていた電圧値を図１１のグラフには収めるようにした。
【００７１】
また、図１１に示す電圧ライン１１２は、図１０に示す電圧ライン１０２のデータについてアークを点弧してから０．０２秒までのアーク電圧の時間変化を示す（３φのテストピース、トーチ高さ１０ｍｍ）。さらに、図１１に示す電圧ライン１１３は、図１０に示す電圧ライン１０３のデータについてアークを点弧してから０．０２秒までのアーク電圧の時間変化を示す（３φのテストピース、トーチ高さ１３ｍｍ）。これら電圧ライン１１１，１１２，１１３には、どれもアーク点弧直後の５ミリ秒程度までの間において、図１０に示す安定電圧よりも大きなアーク電圧（以下、立上り電圧という）が認められる。また、図示を省略するが、図３（ｃ）に示す６φのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様の立上り電圧の測定結果を得た。さらに、図示を省略するが、図３（ａ）に示す孔なしのテストピースを用いて、トーチ高さを５，１０，１３ｍｍとした同様の立上り電圧の測定結果を得た。各テストピースを用いた計９つの測定結果において時間が５ミリ秒のときのアーク電圧を抽出したものが図８に示すグラフである。
【００７２】
（アーク長−電圧データ２３）
アーク長−電圧データ２３（図６に示すグラフ）は、図７に示す検量線データ（下孔径−電圧データ２１）を用いることで作成することができる。以下、図６に示すグラフについて図７と対比させて説明する。図６に示すグラフの横軸はアーク長さを示し、縦軸はアーク電圧を示している。ここで、アーク長さとは、検量線データとして測定されたトーチ高さから換算されるアークの長さのことなので、測定されたアーク電圧から換算されたアーク長とは区別して、アーク長さと称する。
【００７３】
図６のグラフにおいて丸印は、図７のグラフにおける３φのテストピース（孔径３ｍｍ）の３つのデータ（三角形、丸、四角形）を示す。ここで、図７のグラフにおける３φのテストピースのトーチ高さ（５，１０，１３ｍｍ）を、図６のグラフにおいてアーク長さとした。同様に、図６のグラフにおいて四角印は、図７のグラフにおける６φのテストピース（孔径６ｍｍ）の３つのデータ（三角形、丸、四角形）を示す。さらに、図６のグラフにおいて三角印は、図７のグラフにおける孔なしのテストピース（孔径０ｍｍ）の３つのデータ（三角形、丸、四角形）を示す。
【００７４】
よって、図６のグラフにおいて三角形印の３つのデータを結ぶライン（孔径０ｍｍ）を、左下から右上に向けて見るとき、このライン（以下、孔なし検量線という）はトーチ高さ５ｍｍにて、例えば合計３ｍｍの板厚の穴のないワークに穴を堀り続けるときに変動するアーク長とそのときのアーク電圧値との関係を示す。詳細には、グラフにおいて、アーク長さが５ｍｍのときに三角形で示す電圧値（約３０．３Ｖ）が検出されたときには、トーチ高さが５ｍｍであることが検出される。この場合、次に、グラフにてアーク長さが５ｍｍのときに（トーチ高さが５ｍｍのときに）、ワークが貫通していないが穴掘りが進んだ状態で、グラフにおいて三角形よりも上にある丸で示す電圧値（約３１．４Ｖ：３φのデータ）が検出されたとする。このときには、孔なし検量線によれば、検出電圧値はアーク長さ６ｍｍ（トーチ高さ６ｍｍ）に対応していることから、ワークが貫通していないがワークの板厚１ｍｍ分だけ垂直に掘り進んだことが分かる。
【００７５】
続いて、例えば合計３ｍｍの板厚のワークが貫通した後にワークの下板の孔径を６φに広げて強度を保証することを想定する。この場合、グラフにてアーク長さが５ｍｍのときに（トーチ高さが５ｍｍのときに）、合計３ｍｍの板厚のワークが貫通した後もアーク電圧を増加させていき、グラフにおいて丸よりも上にある四角形で示す電圧値（約３４．１Ｖ：６φのデータ）が検出されたとする。このようにワークが貫通する場合（ワーク板厚が合計３ｍｍ）、トーチ高さが５ｍｍならば、この検出電圧値（約３４．１Ｖ：６φのデータ）にて、ワークの下板の孔径が６φになることが分かる。
このように、例えば３φ、６φのように孔径を変えたテストピースで検量線を作成し、孔径を保証する電圧の閾値を求めておき、測定されたアーク電圧が、閾値以上であれば所定の孔径を保証することができる。
【００７６】
以上の説明では、グラフにて、アーク長さが５ｍｍのときを起点（つまりトーチ高さが５ｍｍ）としてアーク長を推定するものとしたが、アーク長さが１０ｍｍのときを起点にしてもよい。また、グラフ上のこれらアーク長さのデータを補間することで、５〜１０ｍｍの間や１０〜１３ｍｍの間を起点としても下孔径が検出可能である。
【００７７】
（アーク長−電圧データ２３を用いた貫通検出）
アーク長−電圧データ２３を用いると、次のように、電圧の増分により貫通を検出することができる。例えば、図６のグラフにて、アーク長さが５ｍｍのときを起点としたときに（トーチ高さが５ｍｍのとき）、ワーク間の隙間のないときに合計の板厚３ｍｍ分だけ掘り進むのに必要なアーク長さが８ｍｍ（＝５＋３）であることから、孔なし検量線によれば、所定の電圧値（約３３．７Ｖ）が検出されたときには、貫通することになる。よって、この場合に、三角形で示す初期電圧値（約３０．３Ｖ）が検出された後、電圧が約３．４Ｖ（＝３３．７−３０．３）増加したときに、増分判別手段３１３（図５参照）は貫通したことを検出できる。
【００７８】
また、電圧の増加率により貫通を検出する場合、アーク長−電圧データ２３を用いなくとも、増加率演算手段３１４（図５参照）が増加率を演算することで、増加率判別手段３１５（図５参照）が、例えば、図２のグラフに示す変極点を検出し、貫通を検出することができる。なお、先ほどの例のようにトーチ高さが５ｍｍの場合に、変極点が検出されたときには、同様の所定の電圧値（約３３．７Ｖ）が検出されることとなる。
【００７９】
以上説明したように、本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法およびインライン検査装置では、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視し、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。また、本発明の第１実施形態に係るインライン検査方法を用いることにより、新たな装置を用いることなく、インラインで貫通孔長および孔径の検出が可能となり、品質保証精度が向上する。
【００８０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るインライン検査方法において、このインライン検査方法の概要および溶接システムの構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００８１】
［６．インライン検査装置の構成］
第２実施形態に係るインライン検査方法を実施するためのインライン検査装置の構成について図１２を参照（適宜図５参照）して説明する。図１２に示すインライン検査装置１０Ａにおいて、図５に示すインライン検査装置１０と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を適宜省略し、相違点について説明する。インライン検査装置１０Ａは、処理手段１３の貫通検出手段３１Ａおよび貫通孔径検出手段３２Ａがインライン検査装置１０とは相違している。以下では、説明の都合上、６−１．貫通検出手段３１Ａの構成、６−２．貫通検出手段３１Ａの動作の具体例、６−３．貫通孔径検出手段３２Ａの構成、６−４．貫通孔径検出手段３２Ａの動作の具体例の各節に分けてこの順番で説明する。
【００８２】
（６−１．貫通検出手段３１Ａの構成）
貫通検出手段３１Ａは、図１２に示すように、トーチ高さ算出手段３１１と、増加率演算手段３１４と、増加率判別手段３１５とを備えることとした。つまり、ワークＷが貫通したことを検出する方法として、測定されたアーク電圧の増加率を用いて検出する構成のみを採用した点が、図５の貫通検出手段３１と相違している。
【００８３】
増加率演算手段３１４は、予め定められたサンプリング周期で、測定されたアーク電圧の時間変化率を算出する。測定されたアーク電圧の時間変化率（時間微分）は、プラス符号の場合（増加率の場合）と、マイナス符号の場合（減少率の場合）とがある。
【００８４】
増加率判別手段３１５は、増加率演算手段３１４が算出する増加率に基づいて、測定されたアーク電圧の変極点となったか否かを判別し、変極点となった場合、重ね合わせた複数のワークＷが貫通したと判定する（下板貫通検出ステップ：図２参照）。この増加率判別手段３１５は、アーク電圧の時間微分が所定の閾値を超えたときに変極点となったと判別することとした。例えば、１秒当たりの電圧変化値が、比較的小さい値で推移しているときにある時刻で急激に大きくなって所定の閾値を越え、その後小さくなるような時間変化をする場合、所定の閾値を越えた瞬間が変極点を示す。増加率判別手段３１５は、ワークが貫通したと判定した場合、その旨を貫通孔径検出手段３２Ａに通知する。
【００８５】
（６−２．貫通検出手段３１Ａの動作の具体例）
貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて、所定の溶接条件で３枚重ねのワークの貫通前後に実測したアーク電圧の時系列データを図１３（ａ）に示す。ここでは、ワーク間の隙間はなく、３枚のワークの板厚は、下から２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍであるものとした。溶接条件として、プラズマ電流は１５０Ａ（一定）とした。また、プラズマガス流量は３Ｌ／ｍｉｎとした。アーク電圧を測定するサンプリング周期は、２ミリ秒とした。
【００８６】
図１３（ａ）のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は測定されたアーク電圧（生データ）を示す。電圧の波形１３１には、時刻が約２．８７秒（一点差線１３２で仕切った時刻）より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ２７Ｖの電圧値が観測され、この一定電圧値を振動の中心として微小ノイズ振動が生じている。また、図１３（ａ）に示すように、電圧の波形１３１には、その後の時間帯では、前よりも電圧が上昇し、前よりも大きな振幅の小刻みなノイズ振動が生じながら、およそ２８〜３１Ｖの変動幅を有した大きな振動（うねり）も合わせて生じている。
【００８７】
以下では、一点差線１３２で仕切った時刻以降の波形について、前記ノイズ振動をミクロの時間単位の振動、前記うねりをマクロの時間単位の振動、うねりより大きな時間単位（約１秒のオーダー）をグローバルな期間とも言う。
【００８８】
この場合の所定時刻に３枚重ねのワークの裏面から観察したアーク洩れ光の画像を、測定されたアーク電圧のグラフと共に図１３（ａ）に示す。
時刻がおよそ２．７秒であるとき、画像１３３に示すように、貫通孔の位置にうっすらと光が洩れはじめる。
時刻が約２．８７秒（一点差線１３２で仕切った時刻）になった直後であるとき、画像１３４に示すように、貫通孔の位置に光が洩れており、貫通したことが分かる。ただし、この時刻のとき、充分な孔径にはなっていない。
時刻がおよそ３．３秒であるとき、画像１３５に示すように、貫通孔の下孔からアークが洩れており、充分な孔径が確保されたことが分かる。
【００８９】
図１３（ａ）のグラフにおいて一点差線１３２で仕切った時刻より前の時間帯のように、電圧の波形１３１として、ほぼ一定の電圧値が観測されている状態のときには、例えば画像１３３に示すように、ワークの掘削が最下層の下板まで到達していない。そのため、ワークの溶融した金属が穴の下に溶け落ちることができない。そして、溶融池の表面（上面）近傍でガス圧（アーク圧）で温度が高くなって空気が膨張し、このガス圧と、溶融池の表面張力とによってほぼ一定の圧力でバランスが保たれているため、およそ２７Ｖの一定電圧が観測される。そして、溶融池に例えばプラズマが当たったり、シールドガスが吹き付けられたりして、溶融している金属が揺れるために溶融池表面に振動が生じる。このため、測定されたアーク電圧の生データには、ノイズ振動が生じる。
【００９０】
図１３（ａ）のグラフにおいて一点差線１３２で仕切った時刻以後の時間帯は、ワークの掘削が最下層の下板まで到達しており、画像１３４に示すような孔径を拡大している最中の状態と、画像１３５に示すように充分な孔径が確保された状態がある。
このうち、孔径を拡大している最中には、孔径拡大に伴って、ワークの溶融した金属が孔の下に溶け落ちつつ、貫通孔周囲の金属が次から次に溶融するため、溶融池表面の振動が激しくなる。このとき、溶融池の表面が、ミクロの時間単位で上下に大きく振動（ノイズ振動）しつつも、マクロの時間単位で時間経過にしたがい、孔のより深い位置に徐々に移動するので、波形にうねりが生じる。この測定例の測定条件のように短いサンプリング周期でアーク電圧をモニタすると、細かな電圧変動を精度良く拾い上げることができる反面、アークや溶融池の不安定さに伴う突発的な増減も同時に拾ってしまうことになる。なお、貫通前よりも高い電圧値で大きく振動しつつ貫通検出から貫通孔径検出までのグローバルな期間では、電圧波形において電圧の増加傾向が観測される。また、孔径確保後には、ガス圧と溶融池の表面張力とのバランスがどんどん崩れていくため、測定されたアーク電圧の生データには、ミクロおよびマクロの大きな振幅の振動が生じている。
【００９１】
このように測定されたアーク電圧を所定の閾値と比較することで、貫通検出は可能である。ただし、測定されたアーク電圧の生データの波形は、上下動の振幅があるため、アーク電圧をどのタイミングで測定するかによって所定の閾値との比較結果が異なる場合が生じる。そこで、第２実施形態では、貫通検出手段３１Ａにおいてアーク電圧の時間微分（電圧増加率）に基づいて精度よく検出することとした。
【００９２】
図１３（ａ）の例の場合に、貫通検出手段３１Ａの増加率演算手段３１４が算出したアーク電圧の時間微分の時系列データを図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）のグラフの横軸は時間を示し、図１３（ａ）のグラフの横軸の目盛りと一致している。図１３（ｂ）のグラフの縦軸は測定されたアーク電圧（生データ）の単位時間当たりの電圧変化（時間微分値）を示す。
【００９３】
電圧の時間微分値の波形１３６（時間微分値）には、時刻が約２．８７秒（一点差線１３２で仕切った時刻）より前の時間帯では、プラス符号の場合（増加率の場合）と、マイナス符号の場合（減少率の場合）とがあるものの、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ変化率０の状態が観測され、この変化率０を振動の中心とする微小振動が生じている。また、その後の時間帯では、電圧の時間微分値の波形１３６には、変化率０を振動の中心として前よりも大きな振幅の振動が生じている。そして、一点差線１３２で仕切った時刻において、電圧変化５０Ｖ／ｓを超える大きな電圧増加率が観測される。
【００９４】
したがって、この例の場合には、貫通検出手段３１Ａの増加率判別手段３１５は、予め定められた閾値（例えば５０Ｖ／ｓ）を基準に、増加率演算手段３１４が算出したアーク電圧の時間微分値から、電圧時間微分値が所定の閾値を越える時点である変極点となったことを判別することで、アーク電圧の生データを用いることなくワークの貫通を精度よく検出することができる。
【００９５】
また、測定されたアーク電圧を所定の閾値と比較することで、貫通孔径の検出は可能である。ただし、貫通検出後に測定されたアーク電圧の生データの波形は、貫通検出前よりも上下動の振幅が激しくなるため、所定の閾値との比較が、貫通検出前よりもいっそう難しくなる。そこで、第２実施形態では、貫通孔径検出手段３２Ａにおいて累積移動平均に基づいて精度よく検出することとした。
【００９６】
（６−３．貫通孔径検出手段３２Ａの構成）
貫通孔径検出手段３２Ａは、図１２に示すように、累積移動平均算出手段３２１と、照合手段３２２とを備えることとした。
累積移動平均算出手段３２１は、測定されたアーク電圧についての累積移動平均ＣＡ（Cumulative Moving Average）を算出するものである。この累積移動平均算出手段３２１は、所定のサンプリング周期（例えば１〜１０ｍｓ）で累積移動平均を算出する。
例えば１番目からｉ番目までのｉ個の測定値ｘ1，…，ｘiの累積移動平均ＣＡiは、次の式（１）で表されることが知られている。
【００９７】
【数１】
【００９８】
そして、例えばｊ番目の測定値ｘjの次に、（ｊ＋１）番目の測定値ｘj+1が入力したとき、１番目から（ｊ＋１）番目までの（ｊ＋１）個の測定値ｘ1，…，ｘj，ｘj+1の累積移動平均ＣＡj+1は、累積移動平均ＣＡjを用いた漸化式の式（２）で表される。
【００９９】
【数２】
【０１００】
ここで、式（２）においてｊ＝０，１，２，…のときの計算値は、式（１）においてｉ＝１，２，３，…のときの計算値と同じ結果となる。つまり、式（２）は、測定のサンプリング周期で、測定値を累積する演算をしながらその時刻における累積移動平均を算出できることを示している。
【０１０１】
累積移動平均算出手段３２１は、測定されたアーク電圧について実質的には式（２）を演算することで、前記式（１）の累積移動平均ＣＡiを検出する。また、本実施形態では、累積移動平均算出手段３２１は、貫通検出手段３１Ａで貫通を検出したことをトリガに累積移動平均の演算を開始することとした。累積移動平均算出手段３２１は、検出したアーク電圧の累積移動平均データを照合手段３２２に出力する。
【０１０２】
照合手段３２２は、図５の貫通孔径検出手段３２と同様に、測定されたアーク電圧を下孔径−電圧データ（検量線データ）２１と照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。この照合手段３２２は、測定されたアーク電圧の生データを用いるのではなく、累積移動平均算出手段３２１で検出されたアーク電圧の累積移動平均データを用いて下孔径−電圧データ（検量線データ）２１と照合する点が第１実施形態と相違する。また、検量線データについても、測定されたアーク電圧の生データを用いるのではなく、アーク電圧の累積移動平均データを用いて予め求められている。検量線データとの照合方法は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【０１０３】
（６−４．貫通孔径検出手段３２Ａの動作の具体例）
ここでは、前記６−２節にて説明した貫通溶接の具体例を取り上げて貫通孔径検出手段３２Ａの動作について図１４を参照（適宜図１２および図１３参照）して説明する。
ここでは、貫通孔径検出手段３２Ａと比較するために、移動平均ＳＭＡ（単純移動平均（Simple Moving Average）を算出する場合を想定する。以下、測定されたアーク電圧についての移動平均ＳＭＡを算出する装置を比較例と呼ぶ。
【０１０４】
例えばＭで識別される移動平均ＳＭＡMであって、ｎ個の測定値ｐM，ｐM-1，…，ｐM-(n-1)の移動平均ＳＭＡMは、次の式（３）で表されることが知られている。ここで、ｎは測定のサンプリング周期によって予め定められる。この比較例の場合、ｎは５〜１０程度を想定している。例えばｎが１０であれば、式（３）は式（３ａ）のように記述される。
【０１０５】
【数３】
【０１０６】
そして、式（４）に示すように、例えばＭで識別される移動平均ＳＭＡMが求められているときに、新しい測定値ｐM+1を加えて、最も古い測定値ｐM-(n-1)を除いた新たなｎ個の組み合わせの測定値を平均することによって、例えばＴで識別される移動平均ＳＭＡTを求めることができる。
【０１０７】
【数４】
【０１０８】
比較例が図１３（ａ）に示す実測電圧値から、式（３ａ）を計算することによって求めた、測定アーク電圧の移動平均ＳＭＡのデータを図１４（ａ）に示す。
電圧の移動平均ＳＭＡの波形１４１は、図１３（ａ）に示す電圧の波形１３１から求められている。図１４において一点差線１４２で仕切った時刻（約２．８７秒）は、図１３において一点差線１３２で仕切った時刻と同じである。全体的には、電圧の移動平均ＳＭＡの波形１４１は、電圧の波形１３１と比べて、ノイズのような小刻みな微小振幅の程度が小さくなっていることが分かる。
【０１０９】
しかしながら、電圧の移動平均ＳＭＡの波形１４１は、時刻が約２．８７秒（一点差線１４２で仕切った時刻）以降の時間帯においては、ミクロの時間単位の振動が平滑化されているものの、図１３（ａ）に示す電圧の波形１３１（生データ）と同様に、マクロの時間単位の大きな振幅の振動（うねり）が生じている。また、グローバルな期間の波形全体の傾向は生データよりも分かりづらくなっている。したがって、比較例のように測定アーク電圧の移動平均ＳＭＡのデータを用いるだけでは、アーク電圧の測定タイミングによって所定の閾値との比較結果が異なる場合が多く生じると考えられる。
【０１１０】
これに対して、図１２に示す貫通孔径検出手段３２Ａの累積移動平均算出手段３２１は、測定されたアーク電圧についての累積移動平均ＣＡを算出することとした。
図１４（ａ）の二点鎖線で示す時間帯１４３、すなわち、２．５〜３．５秒の時間帯における実測電圧値を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）に示す電圧の波形１３１ａは、図１３（ａ）に示す電圧の波形１３１の一部分（２．５〜３．５秒の時間帯）を拡大して示したものである。
【０１１１】
累積移動平均算出手段３２１は、時刻が約２．８７秒（図１４（ａ）の一点差線１４２で仕切った時刻）に累積移動平均の演算を開始する。図１４（ｂ）に示す電圧の累積移動平均の波形１４４は、約２．８７秒の時刻以降に出現している。
全体的には、電圧の累積移動平均の波形１４４は、アーク電圧（生データ）の波形１３１ａと比べて、ノイズが大幅に小さくなっていることが分かる。また、図１４（ｂ）のグラフの縦軸の１目盛りは、図１４（ａ）のグラフの約半分なので、電圧の累積移動平均の波形１４４は、比較例によるＳＭＡの波形１４１と比べても、ノイズ振幅がおよそ半分になっていることが分かる。
【０１１２】
また、図１４（ｂ）に示すように、電圧の累積移動平均の波形１４４からは、マクロの時間単位の振動（うねり）がほとんど除去されている。さらに、電圧の累積移動平均の波形１４４は、グローバルな期間において、ワーク貫通後の孔径拡大に伴って生じる電圧の生データの波形全体の傾向もよく再現している。すなわち、電圧の累積移動平均の波形１４４によれば、比較例によるＳＭＡの波形１４１と比べて、ノイズおよびうねりの低減効果を奏するだけではなく、貫通検出後のグローバルな期間においてアーク電圧が増加傾向にあるという観測データの情報を欠落させることなく分析処理後のデータに保持しておくことができていることが分かる。
【０１１３】
第２実施形態に係るインライン検査装置１０Ａによる処理の全体の流れについては、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【０１１４】
以上説明したように、第２実施形態に係るインライン検査方法によれば、インライン検査装置１０Ａが、測定されたアーク電圧について累積移動平均データを算出するので、累積移動平均の移動平均処理の観点から電圧生データの小刻みなノイズを処理する効果と、累積移動平均の累積平均処理の観点から電圧生データのうねりを処理する効果との両方を合わせ持つことができる。したがって、インライン検査において短いサンプリング周期でアーク電圧をモニタしたときに、細かな電圧変動と共に、アークや溶融池の不安定さに伴う突発的な増減を同時に拾って波形にノイズやうねりが生じたとしても、アーク電圧の累積移動平均化によって、検量線データと比較し易いデータを生成できる。そのため、貫通孔径検出手段３２Ａの照合手段３２２は、貫通検出前よりも上下動の振幅が激しいアーク電圧の生データを用いることなく、検出された累積移動平均データを検量線データと比較することで、貫通孔径を精度よく検出することができる。
【０１１５】
（第２実施形態の変形例）
ワーク間に隙間がある場合の貫通溶接におけるインライン検査方法を変形例として説明する。貫通溶接のフェーズＰ１（プラズマアーク溶接中）にて、所定の溶接条件で３枚重ねのワークの貫通前後に実測したアーク電圧の時系列データを図１５（ａ）に示す。ここでは、３枚のワークの板厚は、下から２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍであり、例えば下から１枚目のワークとその上のワークとの間に１．０ｍｍのギャップ（隙間）があるものとした。ギャップがあること以外は、図１３を参照して説明した例と条件が同じなので説明を適宜省略する。
【０１１６】
図１５（ａ）に示すように、電圧の波形１５１には、時刻が約２．７秒（一点差線１５２で仕切った時刻）より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ２８Ｖの電圧値が観測され、この一定電圧値を振動の中心とする微小振動が生じている。また、図１５（ａ）に示すように、電圧の波形１５１には、その後の時間帯では、前よりも電圧が上昇し、前よりも大きな振幅の小刻みな振動が生じながら、およそ２９〜３２Ｖの変動幅を有した大きなうねりも合わせて生じている。
【０１１７】
この場合の所定時刻に３枚重ねのワークの裏面から観察したアーク洩れ光の画像を、測定されたアーク電圧のグラフと共に図１５（ａ）に示す。
時刻がおよそ２．６秒であるとき、画像１５３に示すように、貫通孔の位置にうっすらと光が洩れはじめる。
時刻が約２．８秒であるとき、画像１５４に示すように、貫通孔の位置に光が洩れており、貫通していることが分かる。
時刻がおよそ３．５秒であるとき、画像１５５に示すように、貫通孔の下孔からアークが洩れており、充分な孔径が確保されたことが分かる。
【０１１８】
図１５（ｂ）に示すように、電圧の時間微分値の波形１５６（時間微分値）には、時刻が約２．７秒（一点差線１５２で仕切った時刻）より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ変化率０の状態が観測され、この変化率０を振動の中心とする微小振動が生じている。また、その後の時間帯では、電圧の時間微分値の波形１５６には、変化率０を振動の中心として前よりも大きな振幅の振動が生じている。そして、一点差線１５２で仕切った時刻において、電圧変化５０Ｖ／ｓを超える大きな電圧増加率が観測される。したがって、この変形例の場合であっても、貫通検出手段３１Ａの増加率判別手段３１５はワークの貫通を精度よく検出することができる。
【０１１９】
図１５（ａ）に示す実測電圧値から、前記した式（３ａ）を計算することによって求めた、測定アーク電圧の移動平均ＳＭＡのデータを図１６（ａ）に示す。
電圧の移動平均ＳＭＡの波形１６１は、図１５（ａ）に示す電圧の波形１５１から求められている。図１６において一点差線１６２で仕切った時刻（約２．７秒）は、図１５において一点差線１５２で仕切った時刻と同じである。図１６において一点差線１６３で仕切った時刻（約２．８秒）は、図１５において画像１５４が観測された時刻と同じである。電圧の移動平均ＳＭＡの波形１６１には、全体的にはノイズ低減効果があらわれ、時刻が約２．７秒（一点差線１６２で仕切った時刻）以降の時間帯では、生データと同様な大きな振幅の振動が生じている。約２．８秒の時刻に波形１６１のピークが現れたことはワーク間のギャップによるものと考えられる。仮に移動平均ＳＭＡで貫通孔径を検出しようとするならば、このピークを誤検出する虞があると考えられる。
【０１２０】
図１６（ａ）の二点鎖線で示す時間帯１６４、すなわち、２．５〜３．５秒の時間帯における実測電圧値を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）に示す電圧の波形１５１ａは、図１５（ａ）に示す電圧の波形１５１の一部分（２．５〜３．５秒の時間帯）を拡大して示したものである。
【０１２１】
累積移動平均算出手段３２１は、時刻が約２．７秒（図１６（ａ）の一点差線１６２で仕切った時刻）に累積移動平均の演算を開始する。図１６（ｂ）に示す電圧の累積移動平均の波形１６５は、約２．７秒の時刻以降に出現している。
全体的には、電圧の累積移動平均の波形１６５は、アーク電圧（生データ）の波形１５１ａと比べて、ノイズが大幅に小さくなっていることが分かる。また、比較例によるＳＭＡの波形１６１と比べても、ノイズ振幅がおよそ半分になっていることが分かる。
【０１２２】
また、図１６（ｂ）に示すように、電圧の累積移動平均の波形１６５からは、比較例によるＳＭＡの波形１６１に現れたピークの影響が除去されている。すなわち、波形１６５には、約２．８秒の時刻に目立ったピークが現れなかった。そして、ワーク貫通後の孔径拡大に伴って生じる電圧の生データの波形全体の電圧増加傾向もよく再現している。したがって、ワーク間に隙間がある場合であっても、貫通溶接におけるインライン検査方法は、ワーク間に隙間がない場合と同様の効果を奏することができる。
【０１２３】
また、第１実施形態に係るインライン検査方法を、ワーク間に隙間がある場合に適用した場合であっても、ワーク間に隙間がない場合と同様の効果を奏することができる。
さらに、プラズマアーク溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせたプラズマ-ＭＩＧ溶接方法に対して本発明の各実施形態に係るインライン検査方法を用いることにより、このプラズマ-ＭＩＧ溶接方法を実施するための溶接システム（例えば図４参照）において各実施形態と同様に品質保証精度を向上させることができる。
【０１２４】
以上、本発明のインライン検査装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態のインライン検査装置１０（１０Ａ）は、貫通検出手段３１、貫通孔径検出手段３２（３２Ａ）および貫通孔径保証手段３３を備えるベストモードで説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通検出手段３１および貫通孔径検出手段３２（３２Ａ）を備え、アーク再点弧はしないこととしてもよい。アーク再点弧をしない場合、つまり貫通孔の下孔径を再検出しない場合、構成が簡易になり、インライン検査を迅速に行うことができ、製造コストを低減することもできる。
【０１２５】
一方、アーク再点弧をする場合、つまり貫通孔の下孔径を再検出する場合、インライン検査を高精度に行うことができるというメリットがある。ここで、アーク再点弧をする場合、高精度に行うことができる理由は、図７および図８のグラフから自明である。図７および図８のグラフは、横軸の目盛りがほぼ同じであるが、縦軸の電圧値の目盛りが大きく異なる。具体的には、図７のグラフにおいて、例えばトーチ高さ５ｍｍの場合、３φのテストピースを用いたときのアーク電圧値と、６φのテストピースを用いたときのアーク電圧値との間の電圧変化幅７０１は２Ｖ程度であった。一方、図８のグラフにおいて同様な電圧変化幅８０１は５０Ｖ程度である。したがって、貫通孔径保証手段３３の立上り電圧照合手段３３２は、貫通孔径検出手段３２よりも高精度に下孔径を検出することができる。
【０１２６】
また、各実施形態では、インライン検査装置１０を溶接電源５や溶接制御装置７とは別に設けたが、これに限定されず、溶接電源５または溶接制御装置７の中に組み込んでもよい。あるいはそれらを１つのユニットに組み込む構成としてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 溶接システム
２ 溶接トーチ
３ ロボット
４ ロボット制御装置
５ 溶接電源
６ フィラー供給装置
７ 溶接制御装置
８ プラズマトーチ
９ ＭＩＧトーチ
１０，１０Ａ インライン検査装置
１１ 電圧監視手段
１２ 記憶手段
１３ 処理手段
２１ 下孔径−電圧データ（検量線データ）
２２ 再点弧データ（検量線データ）
２３ アーク長−電圧データ（検量線データ）
３１，３１Ａ 貫通検出手段
３１１ トーチ高さ算出手段
３１２ 増分演算手段
３１３ 増分判別手段
３１４ 増加率演算手段
３１５ 増加率判別手段
３２，３２Ａ 貫通孔径検出手段
３２１ 累積移動平均算出手段
３２２ 照合手段
３３ 貫通孔径保証手段
３３１ アーク点弧制御手段
３３２ 立上り電圧照合手段
３３３ 孔径確認手段
５１ プラズマ電源
５２ ＭＩＧ電源
５３ ガス供給装置
５４ 電圧検出器
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、
前記インライン検査装置は、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、
前記処理手段は、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、
前記アーク電圧を監視し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とするインライン検査方法。
【請求項２】
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、
前記インライン検査装置は、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、
前記処理手段は、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、
前記アーク電圧を監視し、該アーク電圧の累積移動平均データを検出し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧累積移動平均データを前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とするインライン検査方法。
【請求項３】
前記検量線データは、前記重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められ、前記重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、前記貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧との対応関係を示す下孔径−電圧データであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインライン検査方法。
【請求項４】
前記インライン検査装置の前記記憶手段は、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、前記重ね合わせた複数のワークに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内のアーク電圧と前記下孔径との対応関係を示す再点弧データをさらに記憶し、
前記処理手段は、
前記貫通孔径検出工程において前記貫通孔の下孔径を検出した後、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧する再点弧ステップと、
前記アークを再点弧した後のアーク電圧を、前記検量線データである再点弧データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する再検出ステップとを実行することを特徴とする請求項３に記載のインライン検査方法。
【請求項５】
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置であって、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、前記アーク電圧を所定の頻度で測定する電圧監視手段と、
測定されたアーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出手段と、
測定されたアーク電圧に基づいて、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出手段と、
を備えることを特徴とするインライン検査装置。
【請求項６】
プラズマアーク溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせたプラズマ-ＭＩＧ溶接方法であって、
重ね合わせた複数のワークにプラズマアークによって貫通孔を形成する工程と、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のインライン検査方法で前記貫通孔をインラインで検査する工程と、
ＭＩＧ溶接により前記貫通孔を埋めて前記重ね合わせた複数のワークを溶接する工程と、を有することを特徴とするプラズマ-ＭＩＧ溶接方法。
【請求項１】
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、
前記インライン検査装置は、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、
前記処理手段は、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、
前記アーク電圧を監視し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とするインライン検査方法。
【請求項２】
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、
前記インライン検査装置は、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、
前記処理手段は、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、
前記アーク電圧を監視し、該アーク電圧の累積移動平均データを検出し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧累積移動平均データを前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とするインライン検査方法。
【請求項３】
前記検量線データは、前記重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められ、前記重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、前記貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧との対応関係を示す下孔径−電圧データであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインライン検査方法。
【請求項４】
前記インライン検査装置の前記記憶手段は、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、前記重ね合わせた複数のワークに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内のアーク電圧と前記下孔径との対応関係を示す再点弧データをさらに記憶し、
前記処理手段は、
前記貫通孔径検出工程において前記貫通孔の下孔径を検出した後、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧する再点弧ステップと、
前記アークを再点弧した後のアーク電圧を、前記検量線データである再点弧データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する再検出ステップとを実行することを特徴とする請求項３に記載のインライン検査方法。
【請求項５】
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置であって、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、前記アーク電圧を所定の頻度で測定する電圧監視手段と、
測定されたアーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出手段と、
測定されたアーク電圧に基づいて、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出手段と、
を備えることを特徴とするインライン検査装置。
【請求項６】
プラズマアーク溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせたプラズマ-ＭＩＧ溶接方法であって、
重ね合わせた複数のワークにプラズマアークによって貫通孔を形成する工程と、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のインライン検査方法で前記貫通孔をインラインで検査する工程と、
ＭＩＧ溶接により前記貫通孔を埋めて前記重ね合わせた複数のワークを溶接する工程と、を有することを特徴とするプラズマ-ＭＩＧ溶接方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１６】
【図３】
【図１３】
【図１５】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１６】
【図３】
【図１３】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−９９７７３（Ｐ２０１３−９９７７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４４３７２（Ｐ２０１２−４４３７２）
【出願日】平成２４年２月２９日（２０１２．２．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２９日（２０１２．２．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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