溶接検査方法および装置
【課題】検査員の熟練度を必要とせず、また、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要が無く、また、プローブが消耗または破損することがない溶接検査方法を提供する。
【解決手段】金属板表面の溶接部位近傍に載置したプローブが、複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる。このときに、複数の金属板の境界に生じた溶接部を、境界面に対して斜め方向から入射した超音波が通り抜ける位置にプローブを載置する。また、表示処理手段が、超音波の反射波の強度を表示する。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する。
【解決手段】金属板表面の溶接部位近傍に載置したプローブが、複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる。このときに、複数の金属板の境界に生じた溶接部を、境界面に対して斜め方向から入射した超音波が通り抜ける位置にプローブを載置する。また、表示処理手段が、超音波の反射波の強度を表示する。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接箇所の検査に関する。特に、非破壊検査に利用する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の組み立て工程では、溶接が多用されている。その理由は、薄板の鋼板の端部を合わせて、そこを溶接した構造材を用いることが多いためである。例えば、トラックのフレームは厚板の鋼板をコの字状に曲げたものであるが、キャビンやルーフなどは、曲げた薄板の鋼板を合わせて、断面がロの字状の構造材を作り、それを用いる。このように、自動車の生産では、プレス加工して折り曲げた薄板の鋼板を溶接した材料を多用している。
【０００３】
本発明に関連する従来の溶接検査方法として超音波による検査について図１から図９を参照して説明する。図１および図２は、従来の溶接検査方法を説明するための図であり、従来の超音波プローブ（以下では、単にプローブという）１０と被検査材である鋼板１３−１および１３−２との位置関係を示す図である。また、図３は、溶接部（ナゲットという）１２を示す図である。以下の説明では、スポット溶接について説明を行うが、本発明の適用範囲をスポット溶接に限定するものではない。
【０００４】
プローブ１０には探触子１１を備えており、探触子１１は、超音波の送受信素子を備えている。探触子１１は、図外の溶接検査装置に接続され、パルス信号としての超音波の送受信を行う。溶接検査装置は、一つのパルス信号の送信毎に、反射波の受信を行い、その強度を測定する。
【０００５】
また、プローブ１０は、接触部１４を備えており、この接触部１４の内部は、水などの液体で満たされている。これにより、探触子１１から発射された超音波を効率良く、鋼板１３−１に伝えることができる。また、プローブ１０の角度が多少変化してもプローブ１０と鋼板１３−１との密着度が変わらないように、接触部１４は弾力性のあるゴムなどにより形成されている。
【０００６】
図３に示すように、ナゲット１２は、重ね合わされた複数の鋼板１３−１および１３−２の境界面に形成される。図３は二枚の鋼板１３−１および１３−２が重ね合わされた例であるが、重ね合わせる枚数は二枚以上であっても同様である。
【０００７】
図１および図２に示すように、従来の超音波による溶接検査方法では、ナゲット１２の直上、すなわちスポット溶接部位１５の直上にプローブ１０を当てて検査をする必要がある。
【０００８】
その理由は、プローブ１０から発射した超音波がナゲット１２を通過すると共に、その超音波の反射波を必ず受信しなければ検査が成立しないので、必然的に、スポット溶接部位１５の直上にプローブ１０を当てることになる。さらに、効率良く反射波を得るためには、超音波の反射面が超音波の進行方向に対してほぼ直角でなければならず、プローブ１０の角度調整に精度を要する。
【０００９】
図４から図９は、従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である。図５は、正常なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００１０】
プローブ１０から鋼板１３−１に向けて発せられた超音波は、ある一定の時間の間に鋼板１３−１の表面と、鋼板１３−２の裏面との間で何度か往復し、最終的にはエネルギが減衰して消失する。この超音波が鋼板１３−１および１３−２内を往復する間に、鋼板１３−１の表面と鋼板１３−２の裏面との間で反射した超音波の一部はプローブ１０に戻る。プローブ１０に戻った超音波の波形を検査者が視認できるように画像表示装置（オシロスコープなど）を用いて画像表示した例を図５に示す。
【００１１】
図５は、ナゲット１２の状態が正常である場合の超音波波形であり、鋼板１３−１および１３−２の板厚による繰り返し波形が複数本現れ、それらの繰り返し波形が所定の減衰カーブを描くといった波形パターンが出力される。ナゲット１２の良否判定では、これらの波形の本数、各波形の波高値、各波形間の距離、本来出現しない波形の有無などを評価することにより行う。
【００１２】
なお、超音波のナゲット１２内を伝播する速度は一定であるから、鋼板１３−２の裏面で反射される複数の反射波は、鋼板１３−１および１３−２の板厚に応じた超音波の伝送時間間隔で現れるので、横軸は鋼板１３−１および１３−２の板厚方向の距離を示す時間軸となっている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
これに対し、図６は、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態を示す図である。図７は、剥がれが生じた不完全なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００１４】
ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態では、図７に示すように、減衰量の少ない探傷面側の板厚の繰り返し反射波が出現する。すなわち、鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態では、プローブ１０から発した超音波は、鋼板１３−１の表面と裏面との間だけで往復する。したがって、図５の例に比べると超音波の伝播距離が短くなるため、波形間の距離は、図５に比べて短くなる。また、超音波の伝播距離が短いために、図５に比べて減衰量も少ないので、同じ強度の波形が短い間隔で連続する。このような波形が現れた場合には、鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが有ると判定することができる。
【００１５】
また、図８は、小さなナゲット１２が形成された状態を示す図である。図９は、小さなナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００１６】
正常の場合よりも小さなナゲット１２が形成された場合には、プローブ１０による検査範囲内に、図５に示した正常なナゲット１２が形成された状態と、図７に示した剥がれが生じた状態とが並列に出現したことと同じ状態になる。したがって、図５に示した大きな波形と図７に示した小さな波形とが混在した波形が現れる。特に、大きな波形の間に現れる小さな波形をナポレオンハットと呼ぶ。このようなナポレオンハットが現れた場合には、正常の場合よりも小さなナゲット１２が形成されたと判定することができる。
【００１７】
以上説明したように、従来は、ナゲット１２の直上に鋼板１３−１に対してほぼ直角にプローブ１０を置き、検査を実施していた。
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−１５３７１０号公報
【特許文献２】特開２００６−７１４２２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２５２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２３２５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来の溶接検査方法では、ナゲットの直上、すなわちスポット溶接部位の直上で鋼板に対して直角にプローブを当てなければ正確に測定できない。これを検査者が手動で行うとすれば、検査者の熟練度によって検査の精度にバラツキが出ることは否めないという課題がある。
【００２０】
また、スポット溶接部位の直上にプローブを当てるためには、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要があり、検査効率が低下するという課題がある。
【００２１】
また、一般的に、プローブは、ゴムなどの弾力性を有する材料により形成された接触部（図１の符号１４）を有し、この接触部を鋼板に押し付けることによりプローブと鋼板との密着を図るように構成されている。このような柔軟な材質により形成された接触部をスポット溶接部位に密着させて検査することにより、接触部が消耗または破損し易いという課題がある。
【００２２】
本発明は、このような課題を解決するために行われたものであって、検査者の熟練度を必要とせず、また、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要が無く、また、接触部が消耗または破損することがない溶接検査方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明を溶接検査方法としての観点から観ると、本発明は、重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査方法において、前記金属板表面の溶接部位近傍に載置したプローブが、前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させることを特徴とする。
【００２４】
このときに、金属板の境界面に対して斜め方向から入射した超音波が前記複数の金属板の境界に生じたナゲットを通り抜ける位置に前記プローブを載置するようにする。
【００２５】
また、表示処理手段が、超音波の反射波の画像を表示するようにすることができる。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示することができる。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力することができる。
【００２６】
例えば、前記溶接は、スポット溶接である。
【００２７】
これによれば、ナゲットの直上、すなわちスポット溶接部位の直上で鋼板に対してほぼ直角にプローブを当てる必要がなく、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。
【００２８】
さらに、スポット溶接部位の直上にプローブを当てる必要がないため、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要がなく、検査効率を向上させることができる。
【００２９】
さらに、プローブは、ゴムなどの柔軟な材質により形成された接触部を有しておらず、プローブが消耗または破損することがない。
【００３０】
また、本発明を溶接検査装置としての観点から観ると、本発明は、重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査装置において、前記金属板表面の溶接部位近傍に載置するプローブと、このプローブを介して前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
さらに、超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段を備えることができる。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段を備えることができる。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する表示処理手段を備えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。また、プローブが消耗または破損することがない。さらに、溶接部位の形状の精度に依存しない。これにより検査効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施形態を図１０から図２３を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態の溶接検査装置のブロック構成図である。本発明の実施形態の溶接検査装置は、図１０に示すように、鋼板１３−１の表面の溶接部位近傍に載置するプローブ１と、このプローブ１を介して鋼板１３−１および１３−２の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段である探触子２とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
さらに、超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段である表示処理部８を備える。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段である表示処理部８を備える。また、表示処理部８は、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報を外部装置９に対して出力することもできる。外部装置９は、例えば、検査結果の記録装置、検査結果の転送装置、検査結果の異常警報装置などである。
【００３５】
以下では、スポット溶接について説明するが、本発明の適用範囲をスポット溶接に限定するものではない。
【００３６】
探触子２は、超音波の送受信素子（図示省略）を備えている。パルス発振器３は、探触子２の超音波の送受信素子に対して電気信号としてのパルス信号を与える。電気信号としてのパルス信号を与えられた超音波の送受信素子は、与えられたパルス信号に応じて超音波を発生させる。また、超音波の送受信素子は、超音波の反射波としてのパルス信号を受信し、電気信号に変換して受信器４に出力する。受信器４は、探触子２の送受信素子から電気信号として入力した超音波の反射波としてのパルス信号を、データ解析部５が入力可能な信号形態に変換してデータ解析部５に出力する。
【００３７】
データ解析部５は、受信器４とパルス発振器３とからパルス信号を受け取り、両者からのパルス信号の時間差と強度差とを解析する。これにより、プローブ１から発した超音波が鋼板１３−１および１３−２内でどのように反射し減衰したかを解析することができる。
【００３８】
データ解析部５の解析結果は、表示制御部６に送られ、表示制御部６は、その解析結果を検査者が目視確認できるような波形画像、あるいは、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの文字情報として表示部７に表示する。あるいは、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報を外部装置９に対して出力する。外部装置９は、例えば、検査結果の記録装置、検査結果の転送装置、検査結果の異常警報装置などである。
【００３９】
図１１および図１２は、本発明の実施形態の溶接検査方法を説明するための図であり、本発明の実施形態のプローブ１と被検査材である鋼板１３−１および１３−２との位置関係を示す図である。
【００４０】
図１１および図１２に示すように、本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法では、ナゲット１２の直上、すなわちスポット溶接部位１５の直上にプローブ１を当てて検査をする必要がなく、鋼板１３−１におけるスポット溶接部位１５の近傍にプローブ１を載置することによって検査を行うことができる。
【００４１】
すなわち、図１１に示すように、探触子２から発射された超音波はプローブ１を介して鋼板１３−１に入射する。鋼板１３−１に入射した超音波は、鋼板１３−１と鋼板１３−２とが結合していない境界面では鋼板１３−２側に入射せず、鋼板１３−１と鋼板１３−２とが結合しているナゲット１２を通過して鋼板１３−２に入射する。鋼板１３−２に入射した超音波は、鋼板１３−２の端部１６にて反射し、鋼板１３−２内に戻る。
【００４２】
このように、本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法では、鋼板１３−１および１３−２の端部１６にて反射した超音波を検出することにより、ナゲット１２の状態を知ることができる。したがって、図１２に示すように、プローブ１の鋼板１３−１への載置位置は、必然的に、端部１６とプローブ１との間に、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）が有る位置となる。また、プローブ１の方向は、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）に向けて超音波を発射する方向になる。
【００４３】
また、図１２（ｂ）に示すように、プローブ１の超音波発射方向（一点鎖線により図示）は、端部１６の面に対して直角となるようにする。これにより、プローブ１から発射された超音波の端部１６での反射波が効率良くプローブ１の方向に戻るため、精度の高い検査を実施することができる。
【００４４】
なお、図１および図２に示した従来例のように、検査に際し、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）の直上で鋼板１３−１に対して直角にプローブ１０を当てるためには、検査者が手でプローブ１０を鋼板１３−１に対して検査中ずっと直角に保持する必要がある。この際、鋼板１３−１に対してプローブ１０が直角であるか否かの判断は、検査者の目視によるだいたいの感覚でしか判断できず、検査者の熟練度が要求される。
【００４５】
これに対し、本発明では、図１２（ｂ）に示すように、プローブ１の超音波発射方向を端部１６の面に対して直角となるようにプローブ１を鋼板１３−１上に載置するが、この際、端部１６の面に対するプローブ１の載置角度は、プローブ１を振ることで最大反射強度の角度を簡単に確認でき、最適な載置位置への調整が容易にできる。これにより、検査者の熟練度は要求されない。また、従来例と比べて検査作業の作業性も良い。
【００４６】
また、図１１に示す探触子２と鋼板１３−１との成す角αを調整することにより、鋼板１３−１および１３−２の板厚に対する探触子２の角度を最適な角度に調整することができる。すなわち、角度αの調整により鋼板１３−１の表面に対するプローブ１から発射された超音波の入射角度を調整することができる。これにより、様々な板厚を有する鋼板１３−１および１３−２の検査に対応することができる。
【００４７】
また、プローブ１の大きさは、検査対象となるナゲット１２の直径とほぼ等しい、または、小さいことが望ましい。プローブ１の大きさがナゲット１２の直径と比べて大きい場合には、ナゲット１２の外側にも超音波が入射し、検査に不要な反射波（ノイズ）が生じるためである。
【００４８】
このようにして、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、従来の課題を解決することができる。すなわち、前述したように、スポット溶接部位１５の直上で鋼板１３−１に対して直角にプローブ１を当てる必要はなく、検査者の熟練度とは無関係に精度の高い検査を行うことができる。
【００４９】
また、スポット溶接部位１５の直上にプローブ１を当てる必要がないため、スポット溶接部位１５の温度が下がるのを待つ必要がなく、検査効率の低下を回避することができる。
【００５０】
また、プローブ１と鋼板１３−１とが直接接触する部分であるウェッジは、アクリル等の堅固な材質を用いて制作することができるため、従来例の接触部１４のように消耗または破損するということもない。
【００５１】
図１３から図１８は、本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である。図１３は、ナゲット１２が正常に形成された状態を示す図である。図１４は、正常なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００５２】
図１３に示すように、プローブ１をスポット溶接部位１５の近傍の上述したような適当な位置に載置することにより、鋼板１３−１の内部に入射した超音波がナゲット１２を介して鋼板１３−２の内部に入射する。鋼板１３−２の内部に入射した超音波は、鋼板１３−２の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３−２の内部で反射を繰り返すものの鋼板１３−１には殆ど戻って来ない。これにより、図１４に示すように、反射波は殆ど出現しない。
【００５３】
したがって、検査手順としては、端部１６に対して超音波の発射方向が直角となり、端部１６とプローブ１との間にスポット溶接部位１５が有る位置にプローブ１を載置し、プローブ１を少しずつ移動させ、反射波が所定の最小値となる位置を探すようにする。
【００５４】
また、このときに、反射波が所定の最小値となる位置が探せない場合には、以下に説明するように、溶接が適切に行われていないと判定できる。
【００５５】
図１５は、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態を示す図である。図１６は、剥がれが生じた不完全なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００５６】
図１５に示すように、鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態では、プローブ１から鋼板１３−１に入射した超音波は鋼板１３−２には入射することなく、鋼板１３−１の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３−１内で反射を繰り返すため、図１６に示すように、強い反射波が出現する。
【００５７】
また、図１７は、小さなナゲット１２が形成された状態を示す図である。図１８は、小さなナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００５８】
図１７に示すように、小さなナゲット１２が形成された状態では、プローブ１から鋼板１３−１に入射した超音波の一部は、小さなナゲット１２を介して鋼板１３−２に入射するが、残りの超音波は、鋼板１３−１の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３−１内で反射を繰り返す。このため、図１８に示すように、図１４に示した正常なナゲット１２の場合よりも強い反射波が出現する。
【００５９】
このようにして、ナゲット１２が正常に形成された場合、または、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた場合、または、ナゲット１２が規格よりも小さく形成された場合のそれぞれについて判定を行うことができる。
【００６０】
なお、表示部７への表示形態については、図１４、図１６、図１８に示したように、反射波の波形そのものを画像表示し、検査者がこれを目視確認することによって判定する場合と、データ解析部５が解析した反射波強度に基づき、表示制御部６が「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの文字情報の表示を行うことができる。または、外部装置９に対して「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報の出力を行ってもよい。もちろん、表示部７に表示すると共に外部装置９に対して情報の出力を行うこともできる。外部装置９に対する情報の出力は、検査記録を自動的に行ったり、検査結果を複数箇所に転送したり、検査結果の異常を警報するなどに利用することができる。
【００６１】
図１９は、後者の場合の表示制御部６の処理手順を示すフローチャートである。すなわち、図１９に示すように、表示制御部６は、データ解析部５により解析された反射波強度を監視し（ステップＳ１）、反射波強度が所定値より小さい場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、表示部７に「正常」と表示する、および／または、外部装置９に対して「正常」という情報を出力する（ステップＳ５）。反射波強度が所定値より小さくないが（ステップＳ２のＮｏ）、所定値より大きくない場合は（ステップＳ３のＮｏ）、ディスプレイ７に「ナゲット小」と表示する、および／または、外部装置９に対して「ナゲット小」という情報を出力する（ステップＳ４）。また、反射波強度が所定値より大きい場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、表示部７に「剥がれ有り」と表示する、および／または、外部装置９に対して「剥がれ有り」という情報を出力する（ステップＳ６）。
【００６２】
（検査補助器具の実施例）
検査補助器具の実施例を図２０および図２１を参照して説明する。図２０および図２１は、検査補助器具１７の実施例を説明するための図である。図２０は斜視図であり、図２１は側面図である。スポット溶接は、図２０に示すように、鋼板１３−１上に、連続して施される場合が多い。このような場合には、端部１６とスポット溶接部位１５との間の距離は、ほぼ一定である。したがって、端部１６からのプローブ１の距離をいったん決めてしまえば、プローブ１を、そのまま鋼板１３−１および１３−２の長手方向にスライドさせることにより、連続してスポット溶接部位１５の検査が可能である。
【００６３】
図２０および図２１に示すように、検査補助器具１７の直角に折れ曲がった先端部分を端部１６に当てることにより、端部１６とプローブ１との間の距離を一定に保つことができる。このようにすれば、鋼板１３−１上に連続して設けられたスポット溶接部位１５に対して連続して検査を行うことができる。
【００６４】
なお、図示はしていないが、検査補助器具１７には、検査補助器具１７上のプローブ１の位置を調整できる機構が設けられており、検査補助器具１７の直角に折れ曲がった先端部分を端部１６に当て、一つのスポット溶接部位１５に対して最適な位置を調整する。これにより最適な位置が調整できれば、その後は、検査補助器具１７を鋼板１３−１および１３−２上でスライドさせることにより、他のスポット溶接部位１５に対しても最適なプローブ１の位置を得ることができる。このように、検査補助器具１７を用いることにより、検査効率を飛躍的に高める効果を奏する。
（効果の説明）
【００６５】
本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、前述したように、従来の課題を解決することができるが、その他にも、溶接部位の形状の精度に依存せず検査が行えるという効果がある。この効果について図２２から図２４を参照して説明する。
【００６６】
溶接部位の形状の精度が劣化する例を図２２を参照して説明する。図２２は、溶接部位の形状の精度が劣化する例を説明するための図である。例えば、図２２（ａ）に示すように、鋼板１３−１が薄板であり、鋼板１３−２が厚板であるような場合に、図２２（ｂ）に示すように、溶接電極１８−１および１８−２がやや斜めに鋼板１３−１および１３−２に接したとすると、図２２（ｃ）に示すように、溶接電極１８−１および１８−２の加圧による応力により溶接後の薄板の鋼板１３−１に反りが生じることがある。このようにして、ナゲット１２が存在する溶接部位の形状が規定形状ではなくなる場合がある。
【００６７】
図２３は、本発明の実施形態の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位の形状での検査の様子を示す図である。また、図２４は、従来の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。図２３に示すように、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、鋼板１３−１内に入射した超音波がナゲット１２を介して鋼板１３−２に入射し、端部１６で反射することができれば、検査を実行する上での支障は無い。
【００６８】
これに対し、図２４に示すように、従来の溶接検査方法では、鋼板１３−２底部からの反射波を受信することが不可欠であるため、超音波の反射面が超音波の入射方向に対して直角ではない場合には、反射波がプローブ１０以外の方向に反射してしまい、精度の高い検査は困難となる。
【００６９】
このように、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、規定形状ではない溶接部位を有する鋼板１３−１および１３−２に対しても検査が可能となる。
【００７０】
また、図２５は、従来の溶接検査方法において一つのスポット溶接部位１５に対して一つの位置から検査を行う様子を示す図であるが、図２５に示すように、従来は、スポット溶接部位１５を有する鋼板面に対して直角にプローブ１０を当てる必要が有るため、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行うことはできなかった。
【００７１】
これに対し、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行うことができる。図２６および図２７は、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。このように、本発明の実施形態の溶接検査方法では、一つのスポット溶接部位１５に対して図２６に示す位置および図２７に示す位置から検査を行うことができる。すなわち、プローブ１と端部１６との間にスポット溶接部位１５が有り、プローブ１から発射された超音波が端部１６で反射するといった状況が整えば検査が可能となる。例えば、鋼板が折り曲げられている場合でも超音波の伝播が折り曲げ部分で妨げられないのであれば、折り曲げ部分の先に有る溶接部位を折り曲げ部分の手前から検査するといったことも可能になる。
【００７２】
さらに、前述したように、規定形状ではない溶接部位においても検査可能であることから、検査位置の選択における制約を緩和することができる。これにより、従来と比較して検査精度を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。また、プローブが消耗または破損することがない。さらに、溶接部位の形状の精度に依存しない。これにより、製造ライン上で自動的に溶接の検査を行う装置を開発する場合などに応用できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】従来の溶接検査方法を説明するための図である。
【図２】従来の溶接検査方法を説明するための図である。
【図３】ナゲットを示す図である。
【図４】従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（正常なナゲットが形成された状態）。
【図５】従来の正常なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図６】従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成されず鋼板の間に剥がれが生じた状態）。
【図７】従来の剥がれが生じた不完全なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図８】従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（小さなナゲットが形成された状態）。
【図９】従来の小さなナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の溶接検査装置のブロック構成図である。
【図１１】本発明の実施形態の溶接検査方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態の溶接検査方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成された状態）。
【図１４】本発明の実施形態の正常なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成されず鋼板の間に剥がれが生じた状態）。
【図１６】本発明の実施形態の剥がれが生じた不完全なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（小さなナゲットが形成された状態）。
【図１８】本発明の実施形態の小さなナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態の表示制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】検査補助器具を説明するための図（斜視図）である。
【図２１】検査補助器具を説明するための図（側面図）である。
【図２２】溶接部位の形状の精度が劣化する例を説明するための図である。
【図２３】本発明の実施形態の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。
【図２４】従来の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。
【図２５】従来の溶接検査方法において一つのスポット溶接部位に対して一つの位置から検査を行う様子を示す図である。
【図２６】一つのスポット溶接部位に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。
【図２７】一つのスポット溶接部位に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１、１０ プローブ
２、１１ 探触子
３ パルス発振器
４ 受信器
５ データ解析部
６ 表示制御部
７ 表示部
８ 表示処理部
９ 外部装置
１２ ナゲット
１３−１、１３−２ 鋼板
１４ 接触部
１５ スポット溶接部位
１６ 端部
１７ 検査補助器具
１８−１、１８−２ 溶接電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接箇所の検査に関する。特に、非破壊検査に利用する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の組み立て工程では、溶接が多用されている。その理由は、薄板の鋼板の端部を合わせて、そこを溶接した構造材を用いることが多いためである。例えば、トラックのフレームは厚板の鋼板をコの字状に曲げたものであるが、キャビンやルーフなどは、曲げた薄板の鋼板を合わせて、断面がロの字状の構造材を作り、それを用いる。このように、自動車の生産では、プレス加工して折り曲げた薄板の鋼板を溶接した材料を多用している。
【０００３】
本発明に関連する従来の溶接検査方法として超音波による検査について図１から図９を参照して説明する。図１および図２は、従来の溶接検査方法を説明するための図であり、従来の超音波プローブ（以下では、単にプローブという）１０と被検査材である鋼板１３−１および１３−２との位置関係を示す図である。また、図３は、溶接部（ナゲットという）１２を示す図である。以下の説明では、スポット溶接について説明を行うが、本発明の適用範囲をスポット溶接に限定するものではない。
【０００４】
プローブ１０には探触子１１を備えており、探触子１１は、超音波の送受信素子を備えている。探触子１１は、図外の溶接検査装置に接続され、パルス信号としての超音波の送受信を行う。溶接検査装置は、一つのパルス信号の送信毎に、反射波の受信を行い、その強度を測定する。
【０００５】
また、プローブ１０は、接触部１４を備えており、この接触部１４の内部は、水などの液体で満たされている。これにより、探触子１１から発射された超音波を効率良く、鋼板１３−１に伝えることができる。また、プローブ１０の角度が多少変化してもプローブ１０と鋼板１３−１との密着度が変わらないように、接触部１４は弾力性のあるゴムなどにより形成されている。
【０００６】
図３に示すように、ナゲット１２は、重ね合わされた複数の鋼板１３−１および１３−２の境界面に形成される。図３は二枚の鋼板１３−１および１３−２が重ね合わされた例であるが、重ね合わせる枚数は二枚以上であっても同様である。
【０００７】
図１および図２に示すように、従来の超音波による溶接検査方法では、ナゲット１２の直上、すなわちスポット溶接部位１５の直上にプローブ１０を当てて検査をする必要がある。
【０００８】
その理由は、プローブ１０から発射した超音波がナゲット１２を通過すると共に、その超音波の反射波を必ず受信しなければ検査が成立しないので、必然的に、スポット溶接部位１５の直上にプローブ１０を当てることになる。さらに、効率良く反射波を得るためには、超音波の反射面が超音波の進行方向に対してほぼ直角でなければならず、プローブ１０の角度調整に精度を要する。
【０００９】
図４から図９は、従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である。図５は、正常なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００１０】
プローブ１０から鋼板１３−１に向けて発せられた超音波は、ある一定の時間の間に鋼板１３−１の表面と、鋼板１３−２の裏面との間で何度か往復し、最終的にはエネルギが減衰して消失する。この超音波が鋼板１３−１および１３−２内を往復する間に、鋼板１３−１の表面と鋼板１３−２の裏面との間で反射した超音波の一部はプローブ１０に戻る。プローブ１０に戻った超音波の波形を検査者が視認できるように画像表示装置（オシロスコープなど）を用いて画像表示した例を図５に示す。
【００１１】
図５は、ナゲット１２の状態が正常である場合の超音波波形であり、鋼板１３−１および１３−２の板厚による繰り返し波形が複数本現れ、それらの繰り返し波形が所定の減衰カーブを描くといった波形パターンが出力される。ナゲット１２の良否判定では、これらの波形の本数、各波形の波高値、各波形間の距離、本来出現しない波形の有無などを評価することにより行う。
【００１２】
なお、超音波のナゲット１２内を伝播する速度は一定であるから、鋼板１３−２の裏面で反射される複数の反射波は、鋼板１３−１および１３−２の板厚に応じた超音波の伝送時間間隔で現れるので、横軸は鋼板１３−１および１３−２の板厚方向の距離を示す時間軸となっている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
これに対し、図６は、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態を示す図である。図７は、剥がれが生じた不完全なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００１４】
ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態では、図７に示すように、減衰量の少ない探傷面側の板厚の繰り返し反射波が出現する。すなわち、鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態では、プローブ１０から発した超音波は、鋼板１３−１の表面と裏面との間だけで往復する。したがって、図５の例に比べると超音波の伝播距離が短くなるため、波形間の距離は、図５に比べて短くなる。また、超音波の伝播距離が短いために、図５に比べて減衰量も少ないので、同じ強度の波形が短い間隔で連続する。このような波形が現れた場合には、鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが有ると判定することができる。
【００１５】
また、図８は、小さなナゲット１２が形成された状態を示す図である。図９は、小さなナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００１６】
正常の場合よりも小さなナゲット１２が形成された場合には、プローブ１０による検査範囲内に、図５に示した正常なナゲット１２が形成された状態と、図７に示した剥がれが生じた状態とが並列に出現したことと同じ状態になる。したがって、図５に示した大きな波形と図７に示した小さな波形とが混在した波形が現れる。特に、大きな波形の間に現れる小さな波形をナポレオンハットと呼ぶ。このようなナポレオンハットが現れた場合には、正常の場合よりも小さなナゲット１２が形成されたと判定することができる。
【００１７】
以上説明したように、従来は、ナゲット１２の直上に鋼板１３−１に対してほぼ直角にプローブ１０を置き、検査を実施していた。
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−１５３７１０号公報
【特許文献２】特開２００６−７１４２２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２５２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２３２５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来の溶接検査方法では、ナゲットの直上、すなわちスポット溶接部位の直上で鋼板に対して直角にプローブを当てなければ正確に測定できない。これを検査者が手動で行うとすれば、検査者の熟練度によって検査の精度にバラツキが出ることは否めないという課題がある。
【００２０】
また、スポット溶接部位の直上にプローブを当てるためには、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要があり、検査効率が低下するという課題がある。
【００２１】
また、一般的に、プローブは、ゴムなどの弾力性を有する材料により形成された接触部（図１の符号１４）を有し、この接触部を鋼板に押し付けることによりプローブと鋼板との密着を図るように構成されている。このような柔軟な材質により形成された接触部をスポット溶接部位に密着させて検査することにより、接触部が消耗または破損し易いという課題がある。
【００２２】
本発明は、このような課題を解決するために行われたものであって、検査者の熟練度を必要とせず、また、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要が無く、また、接触部が消耗または破損することがない溶接検査方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明を溶接検査方法としての観点から観ると、本発明は、重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査方法において、前記金属板表面の溶接部位近傍に載置したプローブが、前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させることを特徴とする。
【００２４】
このときに、金属板の境界面に対して斜め方向から入射した超音波が前記複数の金属板の境界に生じたナゲットを通り抜ける位置に前記プローブを載置するようにする。
【００２５】
また、表示処理手段が、超音波の反射波の画像を表示するようにすることができる。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示することができる。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力することができる。
【００２６】
例えば、前記溶接は、スポット溶接である。
【００２７】
これによれば、ナゲットの直上、すなわちスポット溶接部位の直上で鋼板に対してほぼ直角にプローブを当てる必要がなく、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。
【００２８】
さらに、スポット溶接部位の直上にプローブを当てる必要がないため、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要がなく、検査効率を向上させることができる。
【００２９】
さらに、プローブは、ゴムなどの柔軟な材質により形成された接触部を有しておらず、プローブが消耗または破損することがない。
【００３０】
また、本発明を溶接検査装置としての観点から観ると、本発明は、重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査装置において、前記金属板表面の溶接部位近傍に載置するプローブと、このプローブを介して前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
さらに、超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段を備えることができる。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段を備えることができる。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する表示処理手段を備えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。また、プローブが消耗または破損することがない。さらに、溶接部位の形状の精度に依存しない。これにより検査効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施形態を図１０から図２３を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態の溶接検査装置のブロック構成図である。本発明の実施形態の溶接検査装置は、図１０に示すように、鋼板１３−１の表面の溶接部位近傍に載置するプローブ１と、このプローブ１を介して鋼板１３−１および１３−２の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段である探触子２とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
さらに、超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段である表示処理部８を備える。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段である表示処理部８を備える。また、表示処理部８は、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報を外部装置９に対して出力することもできる。外部装置９は、例えば、検査結果の記録装置、検査結果の転送装置、検査結果の異常警報装置などである。
【００３５】
以下では、スポット溶接について説明するが、本発明の適用範囲をスポット溶接に限定するものではない。
【００３６】
探触子２は、超音波の送受信素子（図示省略）を備えている。パルス発振器３は、探触子２の超音波の送受信素子に対して電気信号としてのパルス信号を与える。電気信号としてのパルス信号を与えられた超音波の送受信素子は、与えられたパルス信号に応じて超音波を発生させる。また、超音波の送受信素子は、超音波の反射波としてのパルス信号を受信し、電気信号に変換して受信器４に出力する。受信器４は、探触子２の送受信素子から電気信号として入力した超音波の反射波としてのパルス信号を、データ解析部５が入力可能な信号形態に変換してデータ解析部５に出力する。
【００３７】
データ解析部５は、受信器４とパルス発振器３とからパルス信号を受け取り、両者からのパルス信号の時間差と強度差とを解析する。これにより、プローブ１から発した超音波が鋼板１３−１および１３−２内でどのように反射し減衰したかを解析することができる。
【００３８】
データ解析部５の解析結果は、表示制御部６に送られ、表示制御部６は、その解析結果を検査者が目視確認できるような波形画像、あるいは、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの文字情報として表示部７に表示する。あるいは、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報を外部装置９に対して出力する。外部装置９は、例えば、検査結果の記録装置、検査結果の転送装置、検査結果の異常警報装置などである。
【００３９】
図１１および図１２は、本発明の実施形態の溶接検査方法を説明するための図であり、本発明の実施形態のプローブ１と被検査材である鋼板１３−１および１３−２との位置関係を示す図である。
【００４０】
図１１および図１２に示すように、本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法では、ナゲット１２の直上、すなわちスポット溶接部位１５の直上にプローブ１を当てて検査をする必要がなく、鋼板１３−１におけるスポット溶接部位１５の近傍にプローブ１を載置することによって検査を行うことができる。
【００４１】
すなわち、図１１に示すように、探触子２から発射された超音波はプローブ１を介して鋼板１３−１に入射する。鋼板１３−１に入射した超音波は、鋼板１３−１と鋼板１３−２とが結合していない境界面では鋼板１３−２側に入射せず、鋼板１３−１と鋼板１３−２とが結合しているナゲット１２を通過して鋼板１３−２に入射する。鋼板１３−２に入射した超音波は、鋼板１３−２の端部１６にて反射し、鋼板１３−２内に戻る。
【００４２】
このように、本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法では、鋼板１３−１および１３−２の端部１６にて反射した超音波を検出することにより、ナゲット１２の状態を知ることができる。したがって、図１２に示すように、プローブ１の鋼板１３−１への載置位置は、必然的に、端部１６とプローブ１との間に、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）が有る位置となる。また、プローブ１の方向は、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）に向けて超音波を発射する方向になる。
【００４３】
また、図１２（ｂ）に示すように、プローブ１の超音波発射方向（一点鎖線により図示）は、端部１６の面に対して直角となるようにする。これにより、プローブ１から発射された超音波の端部１６での反射波が効率良くプローブ１の方向に戻るため、精度の高い検査を実施することができる。
【００４４】
なお、図１および図２に示した従来例のように、検査に際し、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）の直上で鋼板１３−１に対して直角にプローブ１０を当てるためには、検査者が手でプローブ１０を鋼板１３−１に対して検査中ずっと直角に保持する必要がある。この際、鋼板１３−１に対してプローブ１０が直角であるか否かの判断は、検査者の目視によるだいたいの感覚でしか判断できず、検査者の熟練度が要求される。
【００４５】
これに対し、本発明では、図１２（ｂ）に示すように、プローブ１の超音波発射方向を端部１６の面に対して直角となるようにプローブ１を鋼板１３−１上に載置するが、この際、端部１６の面に対するプローブ１の載置角度は、プローブ１を振ることで最大反射強度の角度を簡単に確認でき、最適な載置位置への調整が容易にできる。これにより、検査者の熟練度は要求されない。また、従来例と比べて検査作業の作業性も良い。
【００４６】
また、図１１に示す探触子２と鋼板１３−１との成す角αを調整することにより、鋼板１３−１および１３−２の板厚に対する探触子２の角度を最適な角度に調整することができる。すなわち、角度αの調整により鋼板１３−１の表面に対するプローブ１から発射された超音波の入射角度を調整することができる。これにより、様々な板厚を有する鋼板１３−１および１３−２の検査に対応することができる。
【００４７】
また、プローブ１の大きさは、検査対象となるナゲット１２の直径とほぼ等しい、または、小さいことが望ましい。プローブ１の大きさがナゲット１２の直径と比べて大きい場合には、ナゲット１２の外側にも超音波が入射し、検査に不要な反射波（ノイズ）が生じるためである。
【００４８】
このようにして、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、従来の課題を解決することができる。すなわち、前述したように、スポット溶接部位１５の直上で鋼板１３−１に対して直角にプローブ１を当てる必要はなく、検査者の熟練度とは無関係に精度の高い検査を行うことができる。
【００４９】
また、スポット溶接部位１５の直上にプローブ１を当てる必要がないため、スポット溶接部位１５の温度が下がるのを待つ必要がなく、検査効率の低下を回避することができる。
【００５０】
また、プローブ１と鋼板１３−１とが直接接触する部分であるウェッジは、アクリル等の堅固な材質を用いて制作することができるため、従来例の接触部１４のように消耗または破損するということもない。
【００５１】
図１３から図１８は、本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である。図１３は、ナゲット１２が正常に形成された状態を示す図である。図１４は、正常なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００５２】
図１３に示すように、プローブ１をスポット溶接部位１５の近傍の上述したような適当な位置に載置することにより、鋼板１３−１の内部に入射した超音波がナゲット１２を介して鋼板１３−２の内部に入射する。鋼板１３−２の内部に入射した超音波は、鋼板１３−２の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３−２の内部で反射を繰り返すものの鋼板１３−１には殆ど戻って来ない。これにより、図１４に示すように、反射波は殆ど出現しない。
【００５３】
したがって、検査手順としては、端部１６に対して超音波の発射方向が直角となり、端部１６とプローブ１との間にスポット溶接部位１５が有る位置にプローブ１を載置し、プローブ１を少しずつ移動させ、反射波が所定の最小値となる位置を探すようにする。
【００５４】
また、このときに、反射波が所定の最小値となる位置が探せない場合には、以下に説明するように、溶接が適切に行われていないと判定できる。
【００５５】
図１５は、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態を示す図である。図１６は、剥がれが生じた不完全なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００５６】
図１５に示すように、鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた状態では、プローブ１から鋼板１３−１に入射した超音波は鋼板１３−２には入射することなく、鋼板１３−１の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３−１内で反射を繰り返すため、図１６に示すように、強い反射波が出現する。
【００５７】
また、図１７は、小さなナゲット１２が形成された状態を示す図である。図１８は、小さなナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
【００５８】
図１７に示すように、小さなナゲット１２が形成された状態では、プローブ１から鋼板１３−１に入射した超音波の一部は、小さなナゲット１２を介して鋼板１３−２に入射するが、残りの超音波は、鋼板１３−１の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３−１内で反射を繰り返す。このため、図１８に示すように、図１４に示した正常なナゲット１２の場合よりも強い反射波が出現する。
【００５９】
このようにして、ナゲット１２が正常に形成された場合、または、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３−１と１３−２との間に剥がれが生じた場合、または、ナゲット１２が規格よりも小さく形成された場合のそれぞれについて判定を行うことができる。
【００６０】
なお、表示部７への表示形態については、図１４、図１６、図１８に示したように、反射波の波形そのものを画像表示し、検査者がこれを目視確認することによって判定する場合と、データ解析部５が解析した反射波強度に基づき、表示制御部６が「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの文字情報の表示を行うことができる。または、外部装置９に対して「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報の出力を行ってもよい。もちろん、表示部７に表示すると共に外部装置９に対して情報の出力を行うこともできる。外部装置９に対する情報の出力は、検査記録を自動的に行ったり、検査結果を複数箇所に転送したり、検査結果の異常を警報するなどに利用することができる。
【００６１】
図１９は、後者の場合の表示制御部６の処理手順を示すフローチャートである。すなわち、図１９に示すように、表示制御部６は、データ解析部５により解析された反射波強度を監視し（ステップＳ１）、反射波強度が所定値より小さい場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、表示部７に「正常」と表示する、および／または、外部装置９に対して「正常」という情報を出力する（ステップＳ５）。反射波強度が所定値より小さくないが（ステップＳ２のＮｏ）、所定値より大きくない場合は（ステップＳ３のＮｏ）、ディスプレイ７に「ナゲット小」と表示する、および／または、外部装置９に対して「ナゲット小」という情報を出力する（ステップＳ４）。また、反射波強度が所定値より大きい場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、表示部７に「剥がれ有り」と表示する、および／または、外部装置９に対して「剥がれ有り」という情報を出力する（ステップＳ６）。
【００６２】
（検査補助器具の実施例）
検査補助器具の実施例を図２０および図２１を参照して説明する。図２０および図２１は、検査補助器具１７の実施例を説明するための図である。図２０は斜視図であり、図２１は側面図である。スポット溶接は、図２０に示すように、鋼板１３−１上に、連続して施される場合が多い。このような場合には、端部１６とスポット溶接部位１５との間の距離は、ほぼ一定である。したがって、端部１６からのプローブ１の距離をいったん決めてしまえば、プローブ１を、そのまま鋼板１３−１および１３−２の長手方向にスライドさせることにより、連続してスポット溶接部位１５の検査が可能である。
【００６３】
図２０および図２１に示すように、検査補助器具１７の直角に折れ曲がった先端部分を端部１６に当てることにより、端部１６とプローブ１との間の距離を一定に保つことができる。このようにすれば、鋼板１３−１上に連続して設けられたスポット溶接部位１５に対して連続して検査を行うことができる。
【００６４】
なお、図示はしていないが、検査補助器具１７には、検査補助器具１７上のプローブ１の位置を調整できる機構が設けられており、検査補助器具１７の直角に折れ曲がった先端部分を端部１６に当て、一つのスポット溶接部位１５に対して最適な位置を調整する。これにより最適な位置が調整できれば、その後は、検査補助器具１７を鋼板１３−１および１３−２上でスライドさせることにより、他のスポット溶接部位１５に対しても最適なプローブ１の位置を得ることができる。このように、検査補助器具１７を用いることにより、検査効率を飛躍的に高める効果を奏する。
（効果の説明）
【００６５】
本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、前述したように、従来の課題を解決することができるが、その他にも、溶接部位の形状の精度に依存せず検査が行えるという効果がある。この効果について図２２から図２４を参照して説明する。
【００６６】
溶接部位の形状の精度が劣化する例を図２２を参照して説明する。図２２は、溶接部位の形状の精度が劣化する例を説明するための図である。例えば、図２２（ａ）に示すように、鋼板１３−１が薄板であり、鋼板１３−２が厚板であるような場合に、図２２（ｂ）に示すように、溶接電極１８−１および１８−２がやや斜めに鋼板１３−１および１３−２に接したとすると、図２２（ｃ）に示すように、溶接電極１８−１および１８−２の加圧による応力により溶接後の薄板の鋼板１３−１に反りが生じることがある。このようにして、ナゲット１２が存在する溶接部位の形状が規定形状ではなくなる場合がある。
【００６７】
図２３は、本発明の実施形態の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位の形状での検査の様子を示す図である。また、図２４は、従来の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。図２３に示すように、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、鋼板１３−１内に入射した超音波がナゲット１２を介して鋼板１３−２に入射し、端部１６で反射することができれば、検査を実行する上での支障は無い。
【００６８】
これに対し、図２４に示すように、従来の溶接検査方法では、鋼板１３−２底部からの反射波を受信することが不可欠であるため、超音波の反射面が超音波の入射方向に対して直角ではない場合には、反射波がプローブ１０以外の方向に反射してしまい、精度の高い検査は困難となる。
【００６９】
このように、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、規定形状ではない溶接部位を有する鋼板１３−１および１３−２に対しても検査が可能となる。
【００７０】
また、図２５は、従来の溶接検査方法において一つのスポット溶接部位１５に対して一つの位置から検査を行う様子を示す図であるが、図２５に示すように、従来は、スポット溶接部位１５を有する鋼板面に対して直角にプローブ１０を当てる必要が有るため、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行うことはできなかった。
【００７１】
これに対し、本発明の実施形態の溶接検査方法によれば、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行うことができる。図２６および図２７は、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。このように、本発明の実施形態の溶接検査方法では、一つのスポット溶接部位１５に対して図２６に示す位置および図２７に示す位置から検査を行うことができる。すなわち、プローブ１と端部１６との間にスポット溶接部位１５が有り、プローブ１から発射された超音波が端部１６で反射するといった状況が整えば検査が可能となる。例えば、鋼板が折り曲げられている場合でも超音波の伝播が折り曲げ部分で妨げられないのであれば、折り曲げ部分の先に有る溶接部位を折り曲げ部分の手前から検査するといったことも可能になる。
【００７２】
さらに、前述したように、規定形状ではない溶接部位においても検査可能であることから、検査位置の選択における制約を緩和することができる。これにより、従来と比較して検査精度を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。また、プローブが消耗または破損することがない。さらに、溶接部位の形状の精度に依存しない。これにより、製造ライン上で自動的に溶接の検査を行う装置を開発する場合などに応用できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】従来の溶接検査方法を説明するための図である。
【図２】従来の溶接検査方法を説明するための図である。
【図３】ナゲットを示す図である。
【図４】従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（正常なナゲットが形成された状態）。
【図５】従来の正常なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図６】従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成されず鋼板の間に剥がれが生じた状態）。
【図７】従来の剥がれが生じた不完全なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図８】従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（小さなナゲットが形成された状態）。
【図９】従来の小さなナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の溶接検査装置のブロック構成図である。
【図１１】本発明の実施形態の溶接検査方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態の溶接検査方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成された状態）。
【図１４】本発明の実施形態の正常なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成されず鋼板の間に剥がれが生じた状態）。
【図１６】本発明の実施形態の剥がれが生じた不完全なナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（小さなナゲットが形成された状態）。
【図１８】本発明の実施形態の小さなナゲットに対する検査結果を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態の表示制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】検査補助器具を説明するための図（斜視図）である。
【図２１】検査補助器具を説明するための図（側面図）である。
【図２２】溶接部位の形状の精度が劣化する例を説明するための図である。
【図２３】本発明の実施形態の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。
【図２４】従来の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。
【図２５】従来の溶接検査方法において一つのスポット溶接部位に対して一つの位置から検査を行う様子を示す図である。
【図２６】一つのスポット溶接部位に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。
【図２７】一つのスポット溶接部位に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１、１０ プローブ
２、１１ 探触子
３ パルス発振器
４ 受信器
５ データ解析部
６ 表示制御部
７ 表示部
８ 表示処理部
９ 外部装置
１２ ナゲット
１３−１、１３−２ 鋼板
１４ 接触部
１５ スポット溶接部位
１６ 端部
１７ 検査補助器具
１８−１、１８−２ 溶接電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査方法において、
前記金属板表面の溶接部位近傍に載置したプローブが、前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる
ことを特徴とする溶接検査方法。
【請求項２】
前記複数の金属板の境界面に生じた溶接部を、前記境界面に対して斜め方向から入射した超音波が通り抜ける位置に前記プローブを載置する請求項１記載の溶接検査方法。
【請求項３】
表示処理手段が、超音波の反射波の画像を表示する請求項１または２記載の溶接検査方法。
【請求項４】
表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する請求項１または２記載の溶接検査方法。
【請求項５】
表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する請求項１または２記載の溶接検査方法。
【請求項６】
前記溶接は、スポット溶接である請求項１から５のいずれか１項記載の溶接検査方法。
【請求項７】
重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査装置において、
前記金属板表面の溶接部位近傍に載置するプローブと、
このプローブを介して前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段と
を備えたことを特徴とする溶接検査装置。
【請求項８】
超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段を備えた請求項７記載の溶接検査装置。
【請求項９】
超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段を備えた請求項７記載の溶接検査装置。
【請求項１０】
超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する表示処理手段を備えた請求項７記載の溶接検査装置。
【請求項１】
重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査方法において、
前記金属板表面の溶接部位近傍に載置したプローブが、前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる
ことを特徴とする溶接検査方法。
【請求項２】
前記複数の金属板の境界面に生じた溶接部を、前記境界面に対して斜め方向から入射した超音波が通り抜ける位置に前記プローブを載置する請求項１記載の溶接検査方法。
【請求項３】
表示処理手段が、超音波の反射波の画像を表示する請求項１または２記載の溶接検査方法。
【請求項４】
表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する請求項１または２記載の溶接検査方法。
【請求項５】
表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する請求項１または２記載の溶接検査方法。
【請求項６】
前記溶接は、スポット溶接である請求項１から５のいずれか１項記載の溶接検査方法。
【請求項７】
重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査装置において、
前記金属板表面の溶接部位近傍に載置するプローブと、
このプローブを介して前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段と
を備えたことを特徴とする溶接検査装置。
【請求項８】
超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段を備えた請求項７記載の溶接検査装置。
【請求項９】
超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段を備えた請求項７記載の溶接検査装置。
【請求項１０】
超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する表示処理手段を備えた請求項７記載の溶接検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００９−１８０６０２（Ｐ２００９−１８０６０２Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９５４３（Ｐ２００８−１９５４３）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
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