溶接溶け込み深さ評価方法
【課題】レーザ溶接による封缶後に超音波を用いて溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法を提供する。
【解決手段】缶体９と、蓋部材１０とをレーザ溶接して形成されるワーク２における溶接部１１の溶接溶け込み深さＤを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、ワーク２に対して超音波を送信しつつ走査してエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、前記蓋部材１０表面及び前記缶体９と前記蓋部材１０との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、画像化する画像化工程と、画像化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂを２値化された画像にする２値化工程と、２値化された表面エコー画像Ａから２値化された界面エコー画像Ｂを減算する減算工程と、減算された画像から前記溶接部１１の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、前記輪郭に基づいて前記溶接部の溶接溶け込み深さＤを算出して前記溶接部１１の良否判定を行う判定工程と、を有する。
【解決手段】缶体９と、蓋部材１０とをレーザ溶接して形成されるワーク２における溶接部１１の溶接溶け込み深さＤを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、ワーク２に対して超音波を送信しつつ走査してエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、前記蓋部材１０表面及び前記缶体９と前記蓋部材１０との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、画像化する画像化工程と、画像化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂを２値化された画像にする２値化工程と、２値化された表面エコー画像Ａから２値化された界面エコー画像Ｂを減算する減算工程と、減算された画像から前記溶接部１１の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、前記輪郭に基づいて前記溶接部の溶接溶け込み深さＤを算出して前記溶接部１１の良否判定を行う判定工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料から成る被溶接材の溶接部における接合材の溶融状態の検査は、該溶接部を切断して、該溶接部の断面を観察することにより行われている。例えば、図８に示すように、密閉型電池においては、従来から切断した溶接部の断面を観察することにより溶接溶け込み深さを検査している。このように溶接部の断面を観察することにより、接合材の被溶接材に対する溶接溶け込み深さなどの、溶接状態の良・不良の評価を行うことができる。
【０００３】
一方、超音波を用いて金属材料から成る被溶接材の溶接部の非破壊検査を行う方法が知られている。例えば、特許文献１には、ホイールを水中に浸漬してホイールリブ部の溶接品質を評価するため超音波入射角５°のセンサでワークを回転（センサは固定）させて超音波探傷測定を行う溶接部の超音波測定法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−４４６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているようにセンサは固定でホイールを回転させて同心円部のみ計測しても溶接溶け込み深さは評価できない。
すなわち、このような検査では、溶接部内の亀裂等の欠陥有無は判定可能だが、溶接溶け込み深さ及び被溶接材に対して溶接部の全容を一度に把握できない。
【０００５】
また、生産現場等においては抜き取り検査により生産品を評価することが多く、評価スピードの観点からも従来のように評価対象物である抜き取り品を上述したように直接切断して断面観察するという評価方法は時間がかかり過ぎるとともに破壊検査となるため、抜き取り検査の方法として適するものでなかった。
【０００６】
さらに、密閉型電池の一例である２次電池（例えば、Ｌｉイオン電池）の製造等においては、所定の内圧に耐えられる溶接溶け込み深さが予め決られており、レーザ溶接による封缶後の溶接溶け込み深さを把握することは、特に安全性確保（内圧による溶接部破損防止）から非常に重要である。
【０００７】
また、Ｌｉイオン電池のような密閉型電池における溶接においては、電池要素を収納する缶体の内周側まで溶接溶け込み深さが拡大した場合、スパッタが缶体の内部に侵入する虞がある。すなわち、缶体の内部へのスパッタ侵入による電池性能の低下が起こる虞がある。そのため、電池外装を形成する缶体と蓋部材との当接部全周を外側から溶接する際には、溶接溶け込み深さが缶体の内周側まで到達していないかどうかを電池外装全周にわたって評価できるようにすることが求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザ溶接による封缶後に超音波を用いて溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法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】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像と界面エコー画像のそれぞれを２値化された画像にする２値化工程と、
前記２値化工程により２値化された表面エコー画像から２値化された界面エコー画像を減算する減算工程と、
前記減算工程により減算された画像から前記溶接部の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
前記輪郭抽出工程により抽出された前記輪郭に基づいて前記溶接溶け込み深さを算出して前記溶接部の良否判定を行う判定工程と、を有するものである。
【００１１】
請求項２においては、
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像の濃淡を調整して、該調整後の表面エコー画像に前記界面エコー画像を加算するとともに、予め設定されている溶接溶け込み深さを示す基準線を加算して構成された画像を目視することにより良否判定を行う判定工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で検査することができ、かつ瞬時に溶接部の溶接溶け込み深さを算出して評価できる。
【００１４】
請求項２においては、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で溶接部の溶接溶け込み深さを可視化することができる。溶接溶け込み深さを可視化することによって、評価者が目視にて溶接部の溶接溶け込み深さの良否判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る超音波検査装置の全体構成を示す図、図２は超音波センサによる検査の概要を示す断面図、図３は溶接溶け込み深さ評価方法のフローを示す図、図４はワークのエコー画像の一部を示す図であり（ａ）は界面エコー画像を示す図（ｂ）は表面エコー画像を示す図である。図５は減算工程後の出力画像の一部を示す図、図６は溶接溶け込み深さ算出の概念を示す図であり（ａ）は直線部の算出の概念を示す図（ｂ）は角部の算出の概念を示す図である。図７は目視にて溶接部不具合を検査する場合の画像を示す図、図８はワークにおける溶接部の溶接溶け込み深さを示す断面図である。
【００１６】
本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法は、図１に示す超音波検査装置１により、密閉型電池、例えば、Ｌｉイオン電池などの二次電池の筐体である缶体９と蓋部材１０とをレーザ溶接にて封止した際に形成される溶接部１１（図２）の溶接溶け込み深さＤ（図２）を計測したり、目視により良否判定を評価するためのものである。
ここで、溶接部１１の溶接溶け込み深さＤとは、図２又は図８に示すように、缶体９と蓋部材１０との当接部をレーザ溶接した際に缶体９の開口端部の側壁厚さ方向に溶け込んだ部分（溶融した部分）の幅長さのことをいう。また、缶体９の開口端部の側壁厚さ方向の溶接されない部分を隙間１２という。
【００１７】
まず、本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法を適用することができる超音波検査装置の構成について図１、図２を用いて説明する。
【００１８】
超音波検査装置１は、密閉型電池（以下、ワーク２という）の内部を、超音波を用いて非破壊で検査する手段であり、ワーク２に対して超音波の送受信を行う超音波センサ３と、ワーク２を底部に配置可能である水を貯留した水槽４と、前記超音波センサ３と接続される超音波測定器５と、走査手段６と、制御装置７と、画像処理装置８と、から主に構成されている。超音波検査装置１は、本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法を適用することで、密閉型電池全周の溶接部１１の溶接状態を画像化（可視化）して、図２に示すように溶接部１１（溶接溶け込み深さＤ）と未溶接部（缶体９と蓋部材１０との隙間１２の幅長さＧ）との割合等の溶接状態を評価するためのものである。
【００１９】
ワーク２は、その外形が直方体形状の密閉型２次電池の一例であるＬｉイオン電池である。ワーク２の筐体は、有底状の缶体９と、平面視略長方形状の板状部材であり前記缶体９の開口端部を閉塞する蓋部材１０と、から構成されている。ワーク２は、前記缶体９内に図示しない電池要素を収納し、缶体９の開口端部を前記蓋部材１０の周縁部により閉塞し、缶体９と蓋部材１０との当接部を外側から全周にわたってレーザ溶接により封止することで形成されている。
【００２０】
超音波センサ３は、該超音波センサ３を水槽４内の水中において自在（前後上下左右）に移動させるために、走査手段６の一端に支持されている。また、超音波センサ３は、ケーブルを介して超音波測定器５に接続されている。超音波センサ３は、その内部に振動子である圧電素子（図示せず）を内蔵している。本実施形態における超音波センサ３としては、例えば、複数の圧電素子を有する多チャンネル型のアレイプローブ、もしくは、１つの圧電素子を有するシングルプローブ等を用いることができる。前記超音波センサ３内の圧電素子と前記超音波測定器５内に具備される後述するパルス送受信手段とが、ケーブルを介して接続されており、パルス送受信手段は圧電素子に対して所定周波数（本実施形態においては、７５ＭＨｚ）の送信パルスを与えることで、超音波センサ３（圧電素子）がワーク２に対して超音波を送信（照射）することが可能となっている。また、超音波センサ３の探傷深さは可変であり、後述する画像処理装置８により探傷深さを所定範囲に設定することが可能である。
【００２１】
また、超音波センサ３内の圧電素子は、ワーク２に対して送信された超音波の反射波であるワーク２表面からの反射エコーである表面エコー、缶体９と蓋部材１０との界面である隙間１２（図２）からの反射エコーである界面エコー、缶体９の底面からの反射エコー等を受信することが可能となっている。
なお、図２に示す隙間１２は理解に供しやすくするために模式的に図示したものであり、レーザ溶接後に溶接部１１が形成された後にできる隙間１２はほとんど目視できない程度のものである。
【００２２】
超音波測定器５は、前述した超音波センサ３内の圧電素子に所定周波数の送信パルスを与えることで超音波の送信と、反射エコーの受信を行うことが可能であるパルス送受信手段（図示せず）と、該パルス送受信手段により受信した反射エコーをアナログ信号からデジタル信号へと変換して、後述する画像処理装置８に送信することが可能である変換手段（図示せず）と、を備えている。
【００２３】
具体的には、超音波測定器５は、図２に示すように、前記超音波センサ３の一端を、蓋部材１０に対向配置して、蓋部材１０上面近傍に近づけた状態で、超音波センサ３の一端からワーク２に向けて超音波を送信（照射）することで、超音波がワーク２表面やワーク２内部の所定部位で反射されて反射エコーとして戻ってくるが、この反射エコーを超音波センサ３にて受信して、この受信された反射エコーを信号として画像処理装置８の後述する演算処理部１３に送り、該演算処理部１３で所定の演算処理をすることで、前記所定部位の位置や深さを検出することができる。
【００２４】
走査手段６は、前記超音波センサ３をワーク２上方にて前後上下左右に走査するための手段であり、ケーブルを介して制御装置７に接続されており、制御装置７によって作動制御がなされる。また、制御装置７は画像処理装置８に接続しており、走査手段６（超音波センサ３）の位置情報を、制御装置７を介して画像処理装置８に送る。画像処理装置８では、受けた位置情報に基づいて、後述するように画像化のための演算処理を行う。
【００２５】
画像処理装置８は、超音波測定器５にて検出された反射エコーに関する情報や前述した走査手段６から超音波センサ３の位置情報を受けて、演算処理を行い、この処理結果を表示出力させることによりワーク２内を画像化（可視化）する手段である。
また、画像処理装置８は、演算処理部１３と、表示出力部１４とで構成される。本実施形態においては、前記演算処理部１３としてパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータを採用し、また、前記表示出力部１４として前記汎用コンピュータに接続されるモニタ（ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等）を採用している。
【００２６】
演算処理部１３は、パルス送受信手段により受信した反射エコーに基づいて、所定部位に対応する画像化を行う演算処理を行う手段であり、後述する溶接溶け込み深さ評価方法に基づく演算処理によって得られた表面エコー画面と界面エコー画面等の画像データを記憶する記憶手段と、溶接部１１の溶接溶け込み深さＤの良否判定を行う判定手段と、各種演算処理を行うプログラムを格納している格納手段などを備えている。
また、演算処理部１３は、前記制御装置７より、超音波センサ３の位置情報を取得する。そして、この位置情報を演算処理部１３にて溶接部１１の画像処理解析に用いる。
【００２７】
表示出力部１４は、超音波検査結果であるエコー波形の時系列データ、演算処理結果である画像データ、及び溶接溶け込み深さＤの計測結果等について表示を行うものである。表示出力部１４は、ワーク２に対して超音波検査を行った際に、超音波センサ３（超音波測定器５）が受信する反射エコー（エコー信号）に基づき、前記演算処理部１３にて演算処理される溶接部１１の様子を表す情報を、所定の表示形式にて表示出力が可能となっている。評価者は、表示出力部１４に表示される画像データや溶接溶け込み深さＤの計測結果を確認することにより、良否判定することが可能となっている。
【００２８】
なお、画像処理装置８の構成は本実施形態に限定されるものではなく、演算処理部１３は、該演算処理部１３にて行われる各処理を行うことができる手段であれば足り、また、表示出力部１４は、演算処理部１３の演算処理結果を表示出力できる手段であれば足りる。
また、超音波制御器５、制御装置７、演算処理部１３及び表示出力部１４が一体的に構成された装置であってもかまわない。
【００２９】
このような構成により、評価者が画像化（可視化）された溶接部１１を観察したり、溶接溶け込み深さＤの計測結果を確認したりすることによって、溶接部１１の缶体９と蓋部材１０との溶け込み状態（溶接溶け込み深さＤと隙間１２の幅長さＧの割合等）の良否を判定することができる。
【００３０】
次に、上記のように構成された超音波検査装置１を用いて実施する溶接溶け込み深さ評価方法について、図３を用いて説明する。
【００３１】
本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法は、図３に示すように、エコー信号取得工程（Ｓ１０）と、画像化工程（Ｓ２０）と、２値化工程(Ｓ３０)と、減算工程(Ｓ４０)と、輪郭抽出工程(Ｓ５０)と、判定工程(Ｓ６０)と、を有する工程フローに従って実施される方法である。以下、具体的に実施例を挙げて溶接溶け込み深さ評価方法の各工程の説明を行う。
【実施例１】
【００３２】
（エコー信号取得工程：Ｓ１０）
まず、図１に示すように、水槽４内の底部にワーク２である密閉型電池（本実施例においては２次電池であるＬｉイオン電池）を、蓋部材１０が上部、缶体９が下部に位置するようにセット後、制御装置７により走査手段６を作動させ、超音波センサ３を水中に没して可能な限りワーク２の表面（蓋部材１０の上面）に接近させる。そして、ワーク２の表面と超音波センサ３の一端である超音波発射端とを対向させた状態で、前記パルス送受信手段により所定周波数（本実施例においては７５ＭＨｚ）の送信パルスを、ケーブルを介して超音波センサ３内の圧電素子に与えて、該超音波センサ３の一端から超音波をワーク２へ向けて送信（照射）しつつ、ワーク２全体を走査（探傷ピッチ：３０μｍ×３０μｍ、走査範囲：１００ｍｍ×１００ｍｍ）する。送信された超音波は、ワーク２の表面に到達し、ワーク２表面の反射エコーである表面エコーが超音波センサ３側へと戻ってくる。
【００３３】
また、ワーク２内に伝播した超音波は、蓋部材１０と缶体９開口端部との界面である隙間１２や缶体９底部等において反射される。これら各反射部位に対応した反射エコーを超音波センサ３にて受信する。受信された反射エコーは、超音波測定器５内の変換手段にて、アナログ信号からデジタル信号へと変換され、画像処理装置８の演算処理部１３へと送られる。すなわち、画像処理装置８が、超音波測定器５を介してワーク２表面からのエコー信号と、ワーク２表面から所定の探傷深さ範囲のエコー信号（本実施例ではワーク２表面から０.１〜０.８ｍｍのエコー信号）を取得する。
このように、前記ワーク２表面からの所定の探傷深さ範囲内のエコー信号を取得する理由は、探傷深さ範囲内に隙間１２と溶接部１１が入るようにしているからである。このように探傷深さ範囲を予め設定することで、溶接溶け込み深さＤを画像化及び算出する際の演算処理が素早く行えるようなる。
なお、溶接部１１ではレーザ溶接により缶体９と蓋部材１０とが互いに溶け込んだ状態であり、缶体９及び蓋部材１０とが一体化した状態であるため、超音波の反射は起こらない。
【００３４】
（画像化工程：Ｓ２０）
続いて、画像処理装置８の演算処理部１３では、前記超音波センサ３にて受信されたエコー信号に基づき、ワーク２の所定部位を画像化するための演算処理を行う。
すなわち、超音波センサ３により検出されたワーク２表面の反射波である表面エコーは演算処理部１３にて演算処理されて表面エコー画像Ａ（ワーク２表面の平面視形状を示す画像）として、図４（ｂ）に示すように画像化されるとともに、この画像データは演算処理部１３内の記憶手段に記憶される。また、缶体９と蓋部材１０との界面（隙間１２）の反射波である界面エコーは演算処理されて界面エコー画像Ｂ（缶体９と蓋部材１０との界面である隙間１２の平面視形状を示す画像）として、図４（ａ）に示すように画像化されるとともに、この画像データは前記記憶手段に記憶される。
【００３５】
（２値化工程：Ｓ３０）
前記画像化工程（Ｓ２０）により画像化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂのそれぞれを、所定のしきい値にて画像を２値化して、画像を構成する各画素において所定のしきい値よりも明るければ白色に、所定のしきい値よりも暗ければ黒色にして白と黒の２階調の画像に変換する。
【００３６】
（減算工程：Ｓ４０）
前記２値化工程（Ｓ３０）により２値化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂの両画像において、表面エコー画像Ａから界面エコー画像Ｂを減算(差分)する処理を行うことで、図５に示す減算処理後の画像（Ａ―Ｂ）を得る。図５においては黒矢印で示す缶体９の内壁の外周に隙間１２が位置しており、該隙間１２の外周には、白抜き矢印で示したように溶接溶け込み深さＤの所定の分布を有する溶接部１１が確認できる。
【００３７】
（輪郭抽出工程：Ｓ５０）
前記減算工程(Ｓ４０)により減算処理された図５に示す画像（Ａ―Ｂ）に基づき、演算処理部１３にて演算処理を行い輪郭部分として溶接溶け込み部分である溶接部１１だけを抽出する。すなわち、後述する判定工程において溶接溶け込み深さＤを算出する際に用いる元画像を抽出する。
【００３８】
（判定工程：Ｓ６０）
前記輪郭抽出工程（Ｓ５０）により抽出された溶接部１１の輪郭において、図６に示すように、溶接部１１の輪郭外形側５点の位置座標から曲線近似式を算出し中間点Ｍからの垂線を求め、その垂線と内側（輪郭内形）の点が交わった点との間の直線距離を溶接部１１の溶接溶け込み深さＤとして算出される。図６（ａ）は輪郭外形が直線状態のものを表しており、図６（ｂ）は輪郭外形が角部のものを表している。このような溶接溶け込み深さ算出法を、平面視におけるワーク２の外形と溶接部１１の内形とから形成される輪郭に適用して、演算処理部１３にて演算処理を行い、溶接溶け込み深さＤの算出を行う。こうして、算出された溶接溶け込み深さＤの結果に基づいてワーク２の溶接部１１の良否判定を行うことができる。これによって、溶接部１１の溶融状態の不具合箇所を特定し、缶体９と蓋部材１０との封止状態を迅速かつ簡便に評価することができる。
【００３９】
また、上述のようにして、各工程に従って、画像化処理され、この処理画像が前記演算処理部１３の処理結果として表示出力部１４に表示出力される。
【００４０】
このように、缶体９と、該缶体９の開口端部を閉塞する蓋部材１０とをレーザ溶接により封止することで形成されるワーク２における溶接部１１の溶接溶け込み深さＤを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、前記ワーク２に対して超音波を送信しつつ走査して前記ワーク２の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号から前記蓋部材１０表面及び前記缶体９と前記蓋部材１０との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂへと画像化する画像化工程と、前記画像化工程により画像化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂのそれぞれを２値化された画像にする２値化工程と、前記２値化工程により２値化された表面エコー画像Ａから２値化された界面エコー画像Ｂを減算する減算工程と、前記減算工程により減算された画像から前記溶接部１１の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、前記輪郭抽出工程により抽出された前記輪郭に基づいて前記溶接部の溶接溶け込み深さＤを算出して前記溶接部１１の良否判定を行う判定工程と、を有する溶接溶け込み深さ評価方法を適用することにより、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で検査することができ、かつ瞬時に溶接部の溶接溶け込み深さＤを算出して評価できる。
【実施例２】
【００４１】
次に、溶接溶け込み深さ評価方法における別実施例について図３、図７を用いて説明する。
実施例１のように具体的な溶接溶け込み深さＤの数値が必要無い場合は、実施例１で示したエコー信号取得工程（Ｓ１０）と画像化工程（Ｓ２０）とを行った後に、別の判定工程（Ｓ７０）を実施する。この判定工程（Ｓ７０）においては、画像化工程（Ｓ２０）により画像化された表面エコー画像Ａの濃淡を調整（本実施例では濃淡を半減）して、該調整後の表面エコー画面Ａに界面エコー画像Ｂに加算し、さらに、予め設定されている溶接溶け込み深さＤに対応する基準線（判定基準）であるライン１５（図７）を加算する。このとき、ライン１５は、ワーク２の溶接部１１全周にわたるように表示される。こうして構成された画像（図７）を評価者が目視することで、溶接部１１の内形がライン１５より内側に入っているか否かの良否判定を行う。すなわち、前記画像化工程（Ｓ２０）後に上述した別の判定工程（Ｓ７０）を実施した場合、評価者が、表示出力部１４に表示される画像（図７）を視認することにより、溶接部１１おける溶接溶け込み深さＤをワーク２全周にわたって観察し評価することができる。これによって、溶接部１１の溶融状態の不具合箇所を特定することが可能となり、缶体９と蓋部材１０との封止状態を迅速かつ簡便に評価することができる。
【００４２】
このように、缶体９と、該缶体９の開口端部を閉塞する蓋部材１０とをレーザ溶接により封止することで形成されるワーク２における溶接部１１の溶接溶け込み深さＤを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、前記ワーク２に対して超音波を送信しつつ走査して前記ワーク２の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号から前記蓋部材１０表面及び前記缶体９と前記蓋部材１０との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂへと画像化する画像化工程と、前記画像化工程により画像化された表面エコー画像Ａの濃淡を調整して、該調整後の表面エコー画像Ａに前記界面エコー画像Ｂを加算するとともに、予め設定されている溶接溶け込み深さＤを示す基準線であるライン１５を加算して構成された画像を目視することにより良否判定を行う判定工程と、を有する溶接溶け込み深さ評価方法を適用することにより、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で溶接部の溶接溶け込み深さを可視化することができる。溶接溶け込み深さを可視化することによって、評価者が目視にて溶接部の溶接溶け込み深さの良否判定を行うことができる。
【００４３】
ここで、本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法を適用してワーク２の評価を行う際に、超音波照射面となる蓋部材１０表面が平面でない場合、例えば、突起物等があったり面性状が粗い場合は、ワーク２の超音波検査の前処理工程として回転湿式研磨機を用い（２００ｒｐｍ）、研磨粗さが１８０、５００、８００、１０００の研磨盤を順に使用し、ワーク２表面を滑らかな平面とすると良い。この条件以外では、表面粗さが粗く、超音波が表面で散乱してしまい、信号ノイズが増加する場合がある。
【００４４】
本発明の溶接溶け込み深さ評価方法は、密閉型電池である２次電池（Ｌｉイオン電池）の製造の際の封缶レーザ溶接の溶接溶け込み深さＤを計測し良否判定する方法であるが、特に限定するものではなく、金属製である缶体と蓋体とを溶接して密閉状態となる容器等について広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波検査装置の全体構成を示す図。
【図２】超音波センサによる検査の概要を示す断面図。
【図３】溶接溶け込み深さ評価方法のフローを示す図。
【図４】ワークのエコー画像の一部を示す図であり（ａ）は界面エコー画像を示す図（ｂ）は表面エコー画像を示す図。
【図５】減算工程後の出力画像の一部を示す図。
【図６】溶接溶け込み深さ算出の概念を示す図であり（ａ）は直線部の算出の概念を示す図（ｂ）は角部の算出の概念を示す図。
【図７】目視にて溶接部不具合を検査する場合の画像を示す図。
【図８】ワークにおける溶接部の溶接溶け込み深さを示す断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１ 超音波検査装置
２ ワーク
３ 超音波センサ
５ 超音波測定器
９ 缶体
１０ 蓋部材
１１ 溶接部
１２ 隙間
１５ ライン
Ａ 表面エコー画像
Ｂ 界面エコー画像
Ｄ 溶接溶け込み深さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料から成る被溶接材の溶接部における接合材の溶融状態の検査は、該溶接部を切断して、該溶接部の断面を観察することにより行われている。例えば、図８に示すように、密閉型電池においては、従来から切断した溶接部の断面を観察することにより溶接溶け込み深さを検査している。このように溶接部の断面を観察することにより、接合材の被溶接材に対する溶接溶け込み深さなどの、溶接状態の良・不良の評価を行うことができる。
【０００３】
一方、超音波を用いて金属材料から成る被溶接材の溶接部の非破壊検査を行う方法が知られている。例えば、特許文献１には、ホイールを水中に浸漬してホイールリブ部の溶接品質を評価するため超音波入射角５°のセンサでワークを回転（センサは固定）させて超音波探傷測定を行う溶接部の超音波測定法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−４４６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているようにセンサは固定でホイールを回転させて同心円部のみ計測しても溶接溶け込み深さは評価できない。
すなわち、このような検査では、溶接部内の亀裂等の欠陥有無は判定可能だが、溶接溶け込み深さ及び被溶接材に対して溶接部の全容を一度に把握できない。
【０００５】
また、生産現場等においては抜き取り検査により生産品を評価することが多く、評価スピードの観点からも従来のように評価対象物である抜き取り品を上述したように直接切断して断面観察するという評価方法は時間がかかり過ぎるとともに破壊検査となるため、抜き取り検査の方法として適するものでなかった。
【０００６】
さらに、密閉型電池の一例である２次電池（例えば、Ｌｉイオン電池）の製造等においては、所定の内圧に耐えられる溶接溶け込み深さが予め決られており、レーザ溶接による封缶後の溶接溶け込み深さを把握することは、特に安全性確保（内圧による溶接部破損防止）から非常に重要である。
【０００７】
また、Ｌｉイオン電池のような密閉型電池における溶接においては、電池要素を収納する缶体の内周側まで溶接溶け込み深さが拡大した場合、スパッタが缶体の内部に侵入する虞がある。すなわち、缶体の内部へのスパッタ侵入による電池性能の低下が起こる虞がある。そのため、電池外装を形成する缶体と蓋部材との当接部全周を外側から溶接する際には、溶接溶け込み深さが缶体の内周側まで到達していないかどうかを電池外装全周にわたって評価できるようにすることが求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザ溶接による封缶後に超音波を用いて溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法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】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像と界面エコー画像のそれぞれを２値化された画像にする２値化工程と、
前記２値化工程により２値化された表面エコー画像から２値化された界面エコー画像を減算する減算工程と、
前記減算工程により減算された画像から前記溶接部の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
前記輪郭抽出工程により抽出された前記輪郭に基づいて前記溶接溶け込み深さを算出して前記溶接部の良否判定を行う判定工程と、を有するものである。
【００１１】
請求項２においては、
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像の濃淡を調整して、該調整後の表面エコー画像に前記界面エコー画像を加算するとともに、予め設定されている溶接溶け込み深さを示す基準線を加算して構成された画像を目視することにより良否判定を行う判定工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で検査することができ、かつ瞬時に溶接部の溶接溶け込み深さを算出して評価できる。
【００１４】
請求項２においては、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で溶接部の溶接溶け込み深さを可視化することができる。溶接溶け込み深さを可視化することによって、評価者が目視にて溶接部の溶接溶け込み深さの良否判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る超音波検査装置の全体構成を示す図、図２は超音波センサによる検査の概要を示す断面図、図３は溶接溶け込み深さ評価方法のフローを示す図、図４はワークのエコー画像の一部を示す図であり（ａ）は界面エコー画像を示す図（ｂ）は表面エコー画像を示す図である。図５は減算工程後の出力画像の一部を示す図、図６は溶接溶け込み深さ算出の概念を示す図であり（ａ）は直線部の算出の概念を示す図（ｂ）は角部の算出の概念を示す図である。図７は目視にて溶接部不具合を検査する場合の画像を示す図、図８はワークにおける溶接部の溶接溶け込み深さを示す断面図である。
【００１６】
本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法は、図１に示す超音波検査装置１により、密閉型電池、例えば、Ｌｉイオン電池などの二次電池の筐体である缶体９と蓋部材１０とをレーザ溶接にて封止した際に形成される溶接部１１（図２）の溶接溶け込み深さＤ（図２）を計測したり、目視により良否判定を評価するためのものである。
ここで、溶接部１１の溶接溶け込み深さＤとは、図２又は図８に示すように、缶体９と蓋部材１０との当接部をレーザ溶接した際に缶体９の開口端部の側壁厚さ方向に溶け込んだ部分（溶融した部分）の幅長さのことをいう。また、缶体９の開口端部の側壁厚さ方向の溶接されない部分を隙間１２という。
【００１７】
まず、本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法を適用することができる超音波検査装置の構成について図１、図２を用いて説明する。
【００１８】
超音波検査装置１は、密閉型電池（以下、ワーク２という）の内部を、超音波を用いて非破壊で検査する手段であり、ワーク２に対して超音波の送受信を行う超音波センサ３と、ワーク２を底部に配置可能である水を貯留した水槽４と、前記超音波センサ３と接続される超音波測定器５と、走査手段６と、制御装置７と、画像処理装置８と、から主に構成されている。超音波検査装置１は、本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法を適用することで、密閉型電池全周の溶接部１１の溶接状態を画像化（可視化）して、図２に示すように溶接部１１（溶接溶け込み深さＤ）と未溶接部（缶体９と蓋部材１０との隙間１２の幅長さＧ）との割合等の溶接状態を評価するためのものである。
【００１９】
ワーク２は、その外形が直方体形状の密閉型２次電池の一例であるＬｉイオン電池である。ワーク２の筐体は、有底状の缶体９と、平面視略長方形状の板状部材であり前記缶体９の開口端部を閉塞する蓋部材１０と、から構成されている。ワーク２は、前記缶体９内に図示しない電池要素を収納し、缶体９の開口端部を前記蓋部材１０の周縁部により閉塞し、缶体９と蓋部材１０との当接部を外側から全周にわたってレーザ溶接により封止することで形成されている。
【００２０】
超音波センサ３は、該超音波センサ３を水槽４内の水中において自在（前後上下左右）に移動させるために、走査手段６の一端に支持されている。また、超音波センサ３は、ケーブルを介して超音波測定器５に接続されている。超音波センサ３は、その内部に振動子である圧電素子（図示せず）を内蔵している。本実施形態における超音波センサ３としては、例えば、複数の圧電素子を有する多チャンネル型のアレイプローブ、もしくは、１つの圧電素子を有するシングルプローブ等を用いることができる。前記超音波センサ３内の圧電素子と前記超音波測定器５内に具備される後述するパルス送受信手段とが、ケーブルを介して接続されており、パルス送受信手段は圧電素子に対して所定周波数（本実施形態においては、７５ＭＨｚ）の送信パルスを与えることで、超音波センサ３（圧電素子）がワーク２に対して超音波を送信（照射）することが可能となっている。また、超音波センサ３の探傷深さは可変であり、後述する画像処理装置８により探傷深さを所定範囲に設定することが可能である。
【００２１】
また、超音波センサ３内の圧電素子は、ワーク２に対して送信された超音波の反射波であるワーク２表面からの反射エコーである表面エコー、缶体９と蓋部材１０との界面である隙間１２（図２）からの反射エコーである界面エコー、缶体９の底面からの反射エコー等を受信することが可能となっている。
なお、図２に示す隙間１２は理解に供しやすくするために模式的に図示したものであり、レーザ溶接後に溶接部１１が形成された後にできる隙間１２はほとんど目視できない程度のものである。
【００２２】
超音波測定器５は、前述した超音波センサ３内の圧電素子に所定周波数の送信パルスを与えることで超音波の送信と、反射エコーの受信を行うことが可能であるパルス送受信手段（図示せず）と、該パルス送受信手段により受信した反射エコーをアナログ信号からデジタル信号へと変換して、後述する画像処理装置８に送信することが可能である変換手段（図示せず）と、を備えている。
【００２３】
具体的には、超音波測定器５は、図２に示すように、前記超音波センサ３の一端を、蓋部材１０に対向配置して、蓋部材１０上面近傍に近づけた状態で、超音波センサ３の一端からワーク２に向けて超音波を送信（照射）することで、超音波がワーク２表面やワーク２内部の所定部位で反射されて反射エコーとして戻ってくるが、この反射エコーを超音波センサ３にて受信して、この受信された反射エコーを信号として画像処理装置８の後述する演算処理部１３に送り、該演算処理部１３で所定の演算処理をすることで、前記所定部位の位置や深さを検出することができる。
【００２４】
走査手段６は、前記超音波センサ３をワーク２上方にて前後上下左右に走査するための手段であり、ケーブルを介して制御装置７に接続されており、制御装置７によって作動制御がなされる。また、制御装置７は画像処理装置８に接続しており、走査手段６（超音波センサ３）の位置情報を、制御装置７を介して画像処理装置８に送る。画像処理装置８では、受けた位置情報に基づいて、後述するように画像化のための演算処理を行う。
【００２５】
画像処理装置８は、超音波測定器５にて検出された反射エコーに関する情報や前述した走査手段６から超音波センサ３の位置情報を受けて、演算処理を行い、この処理結果を表示出力させることによりワーク２内を画像化（可視化）する手段である。
また、画像処理装置８は、演算処理部１３と、表示出力部１４とで構成される。本実施形態においては、前記演算処理部１３としてパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータを採用し、また、前記表示出力部１４として前記汎用コンピュータに接続されるモニタ（ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等）を採用している。
【００２６】
演算処理部１３は、パルス送受信手段により受信した反射エコーに基づいて、所定部位に対応する画像化を行う演算処理を行う手段であり、後述する溶接溶け込み深さ評価方法に基づく演算処理によって得られた表面エコー画面と界面エコー画面等の画像データを記憶する記憶手段と、溶接部１１の溶接溶け込み深さＤの良否判定を行う判定手段と、各種演算処理を行うプログラムを格納している格納手段などを備えている。
また、演算処理部１３は、前記制御装置７より、超音波センサ３の位置情報を取得する。そして、この位置情報を演算処理部１３にて溶接部１１の画像処理解析に用いる。
【００２７】
表示出力部１４は、超音波検査結果であるエコー波形の時系列データ、演算処理結果である画像データ、及び溶接溶け込み深さＤの計測結果等について表示を行うものである。表示出力部１４は、ワーク２に対して超音波検査を行った際に、超音波センサ３（超音波測定器５）が受信する反射エコー（エコー信号）に基づき、前記演算処理部１３にて演算処理される溶接部１１の様子を表す情報を、所定の表示形式にて表示出力が可能となっている。評価者は、表示出力部１４に表示される画像データや溶接溶け込み深さＤの計測結果を確認することにより、良否判定することが可能となっている。
【００２８】
なお、画像処理装置８の構成は本実施形態に限定されるものではなく、演算処理部１３は、該演算処理部１３にて行われる各処理を行うことができる手段であれば足り、また、表示出力部１４は、演算処理部１３の演算処理結果を表示出力できる手段であれば足りる。
また、超音波制御器５、制御装置７、演算処理部１３及び表示出力部１４が一体的に構成された装置であってもかまわない。
【００２９】
このような構成により、評価者が画像化（可視化）された溶接部１１を観察したり、溶接溶け込み深さＤの計測結果を確認したりすることによって、溶接部１１の缶体９と蓋部材１０との溶け込み状態（溶接溶け込み深さＤと隙間１２の幅長さＧの割合等）の良否を判定することができる。
【００３０】
次に、上記のように構成された超音波検査装置１を用いて実施する溶接溶け込み深さ評価方法について、図３を用いて説明する。
【００３１】
本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法は、図３に示すように、エコー信号取得工程（Ｓ１０）と、画像化工程（Ｓ２０）と、２値化工程(Ｓ３０)と、減算工程(Ｓ４０)と、輪郭抽出工程(Ｓ５０)と、判定工程(Ｓ６０)と、を有する工程フローに従って実施される方法である。以下、具体的に実施例を挙げて溶接溶け込み深さ評価方法の各工程の説明を行う。
【実施例１】
【００３２】
（エコー信号取得工程：Ｓ１０）
まず、図１に示すように、水槽４内の底部にワーク２である密閉型電池（本実施例においては２次電池であるＬｉイオン電池）を、蓋部材１０が上部、缶体９が下部に位置するようにセット後、制御装置７により走査手段６を作動させ、超音波センサ３を水中に没して可能な限りワーク２の表面（蓋部材１０の上面）に接近させる。そして、ワーク２の表面と超音波センサ３の一端である超音波発射端とを対向させた状態で、前記パルス送受信手段により所定周波数（本実施例においては７５ＭＨｚ）の送信パルスを、ケーブルを介して超音波センサ３内の圧電素子に与えて、該超音波センサ３の一端から超音波をワーク２へ向けて送信（照射）しつつ、ワーク２全体を走査（探傷ピッチ：３０μｍ×３０μｍ、走査範囲：１００ｍｍ×１００ｍｍ）する。送信された超音波は、ワーク２の表面に到達し、ワーク２表面の反射エコーである表面エコーが超音波センサ３側へと戻ってくる。
【００３３】
また、ワーク２内に伝播した超音波は、蓋部材１０と缶体９開口端部との界面である隙間１２や缶体９底部等において反射される。これら各反射部位に対応した反射エコーを超音波センサ３にて受信する。受信された反射エコーは、超音波測定器５内の変換手段にて、アナログ信号からデジタル信号へと変換され、画像処理装置８の演算処理部１３へと送られる。すなわち、画像処理装置８が、超音波測定器５を介してワーク２表面からのエコー信号と、ワーク２表面から所定の探傷深さ範囲のエコー信号（本実施例ではワーク２表面から０.１〜０.８ｍｍのエコー信号）を取得する。
このように、前記ワーク２表面からの所定の探傷深さ範囲内のエコー信号を取得する理由は、探傷深さ範囲内に隙間１２と溶接部１１が入るようにしているからである。このように探傷深さ範囲を予め設定することで、溶接溶け込み深さＤを画像化及び算出する際の演算処理が素早く行えるようなる。
なお、溶接部１１ではレーザ溶接により缶体９と蓋部材１０とが互いに溶け込んだ状態であり、缶体９及び蓋部材１０とが一体化した状態であるため、超音波の反射は起こらない。
【００３４】
（画像化工程：Ｓ２０）
続いて、画像処理装置８の演算処理部１３では、前記超音波センサ３にて受信されたエコー信号に基づき、ワーク２の所定部位を画像化するための演算処理を行う。
すなわち、超音波センサ３により検出されたワーク２表面の反射波である表面エコーは演算処理部１３にて演算処理されて表面エコー画像Ａ（ワーク２表面の平面視形状を示す画像）として、図４（ｂ）に示すように画像化されるとともに、この画像データは演算処理部１３内の記憶手段に記憶される。また、缶体９と蓋部材１０との界面（隙間１２）の反射波である界面エコーは演算処理されて界面エコー画像Ｂ（缶体９と蓋部材１０との界面である隙間１２の平面視形状を示す画像）として、図４（ａ）に示すように画像化されるとともに、この画像データは前記記憶手段に記憶される。
【００３５】
（２値化工程：Ｓ３０）
前記画像化工程（Ｓ２０）により画像化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂのそれぞれを、所定のしきい値にて画像を２値化して、画像を構成する各画素において所定のしきい値よりも明るければ白色に、所定のしきい値よりも暗ければ黒色にして白と黒の２階調の画像に変換する。
【００３６】
（減算工程：Ｓ４０）
前記２値化工程（Ｓ３０）により２値化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂの両画像において、表面エコー画像Ａから界面エコー画像Ｂを減算(差分)する処理を行うことで、図５に示す減算処理後の画像（Ａ―Ｂ）を得る。図５においては黒矢印で示す缶体９の内壁の外周に隙間１２が位置しており、該隙間１２の外周には、白抜き矢印で示したように溶接溶け込み深さＤの所定の分布を有する溶接部１１が確認できる。
【００３７】
（輪郭抽出工程：Ｓ５０）
前記減算工程(Ｓ４０)により減算処理された図５に示す画像（Ａ―Ｂ）に基づき、演算処理部１３にて演算処理を行い輪郭部分として溶接溶け込み部分である溶接部１１だけを抽出する。すなわち、後述する判定工程において溶接溶け込み深さＤを算出する際に用いる元画像を抽出する。
【００３８】
（判定工程：Ｓ６０）
前記輪郭抽出工程（Ｓ５０）により抽出された溶接部１１の輪郭において、図６に示すように、溶接部１１の輪郭外形側５点の位置座標から曲線近似式を算出し中間点Ｍからの垂線を求め、その垂線と内側（輪郭内形）の点が交わった点との間の直線距離を溶接部１１の溶接溶け込み深さＤとして算出される。図６（ａ）は輪郭外形が直線状態のものを表しており、図６（ｂ）は輪郭外形が角部のものを表している。このような溶接溶け込み深さ算出法を、平面視におけるワーク２の外形と溶接部１１の内形とから形成される輪郭に適用して、演算処理部１３にて演算処理を行い、溶接溶け込み深さＤの算出を行う。こうして、算出された溶接溶け込み深さＤの結果に基づいてワーク２の溶接部１１の良否判定を行うことができる。これによって、溶接部１１の溶融状態の不具合箇所を特定し、缶体９と蓋部材１０との封止状態を迅速かつ簡便に評価することができる。
【００３９】
また、上述のようにして、各工程に従って、画像化処理され、この処理画像が前記演算処理部１３の処理結果として表示出力部１４に表示出力される。
【００４０】
このように、缶体９と、該缶体９の開口端部を閉塞する蓋部材１０とをレーザ溶接により封止することで形成されるワーク２における溶接部１１の溶接溶け込み深さＤを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、前記ワーク２に対して超音波を送信しつつ走査して前記ワーク２の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号から前記蓋部材１０表面及び前記缶体９と前記蓋部材１０との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂへと画像化する画像化工程と、前記画像化工程により画像化された表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂのそれぞれを２値化された画像にする２値化工程と、前記２値化工程により２値化された表面エコー画像Ａから２値化された界面エコー画像Ｂを減算する減算工程と、前記減算工程により減算された画像から前記溶接部１１の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、前記輪郭抽出工程により抽出された前記輪郭に基づいて前記溶接部の溶接溶け込み深さＤを算出して前記溶接部１１の良否判定を行う判定工程と、を有する溶接溶け込み深さ評価方法を適用することにより、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で検査することができ、かつ瞬時に溶接部の溶接溶け込み深さＤを算出して評価できる。
【実施例２】
【００４１】
次に、溶接溶け込み深さ評価方法における別実施例について図３、図７を用いて説明する。
実施例１のように具体的な溶接溶け込み深さＤの数値が必要無い場合は、実施例１で示したエコー信号取得工程（Ｓ１０）と画像化工程（Ｓ２０）とを行った後に、別の判定工程（Ｓ７０）を実施する。この判定工程（Ｓ７０）においては、画像化工程（Ｓ２０）により画像化された表面エコー画像Ａの濃淡を調整（本実施例では濃淡を半減）して、該調整後の表面エコー画面Ａに界面エコー画像Ｂに加算し、さらに、予め設定されている溶接溶け込み深さＤに対応する基準線（判定基準）であるライン１５（図７）を加算する。このとき、ライン１５は、ワーク２の溶接部１１全周にわたるように表示される。こうして構成された画像（図７）を評価者が目視することで、溶接部１１の内形がライン１５より内側に入っているか否かの良否判定を行う。すなわち、前記画像化工程（Ｓ２０）後に上述した別の判定工程（Ｓ７０）を実施した場合、評価者が、表示出力部１４に表示される画像（図７）を視認することにより、溶接部１１おける溶接溶け込み深さＤをワーク２全周にわたって観察し評価することができる。これによって、溶接部１１の溶融状態の不具合箇所を特定することが可能となり、缶体９と蓋部材１０との封止状態を迅速かつ簡便に評価することができる。
【００４２】
このように、缶体９と、該缶体９の開口端部を閉塞する蓋部材１０とをレーザ溶接により封止することで形成されるワーク２における溶接部１１の溶接溶け込み深さＤを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、前記ワーク２に対して超音波を送信しつつ走査して前記ワーク２の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号から前記蓋部材１０表面及び前記缶体９と前記蓋部材１０との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像Ａと界面エコー画像Ｂへと画像化する画像化工程と、前記画像化工程により画像化された表面エコー画像Ａの濃淡を調整して、該調整後の表面エコー画像Ａに前記界面エコー画像Ｂを加算するとともに、予め設定されている溶接溶け込み深さＤを示す基準線であるライン１５を加算して構成された画像を目視することにより良否判定を行う判定工程と、を有する溶接溶け込み深さ評価方法を適用することにより、溶接部を切断したり研磨したりする必要がなく非破壊で溶接部の溶接溶け込み深さを可視化することができる。溶接溶け込み深さを可視化することによって、評価者が目視にて溶接部の溶接溶け込み深さの良否判定を行うことができる。
【００４３】
ここで、本発明に係る溶接溶け込み深さ評価方法を適用してワーク２の評価を行う際に、超音波照射面となる蓋部材１０表面が平面でない場合、例えば、突起物等があったり面性状が粗い場合は、ワーク２の超音波検査の前処理工程として回転湿式研磨機を用い（２００ｒｐｍ）、研磨粗さが１８０、５００、８００、１０００の研磨盤を順に使用し、ワーク２表面を滑らかな平面とすると良い。この条件以外では、表面粗さが粗く、超音波が表面で散乱してしまい、信号ノイズが増加する場合がある。
【００４４】
本発明の溶接溶け込み深さ評価方法は、密閉型電池である２次電池（Ｌｉイオン電池）の製造の際の封缶レーザ溶接の溶接溶け込み深さＤを計測し良否判定する方法であるが、特に限定するものではなく、金属製である缶体と蓋体とを溶接して密閉状態となる容器等について広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波検査装置の全体構成を示す図。
【図２】超音波センサによる検査の概要を示す断面図。
【図３】溶接溶け込み深さ評価方法のフローを示す図。
【図４】ワークのエコー画像の一部を示す図であり（ａ）は界面エコー画像を示す図（ｂ）は表面エコー画像を示す図。
【図５】減算工程後の出力画像の一部を示す図。
【図６】溶接溶け込み深さ算出の概念を示す図であり（ａ）は直線部の算出の概念を示す図（ｂ）は角部の算出の概念を示す図。
【図７】目視にて溶接部不具合を検査する場合の画像を示す図。
【図８】ワークにおける溶接部の溶接溶け込み深さを示す断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１ 超音波検査装置
２ ワーク
３ 超音波センサ
５ 超音波測定器
９ 缶体
１０ 蓋部材
１１ 溶接部
１２ 隙間
１５ ライン
Ａ 表面エコー画像
Ｂ 界面エコー画像
Ｄ 溶接溶け込み深さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像と界面エコー画像のそれぞれを２値化された画像にする２値化工程と、
前記２値化工程により２値化された表面エコー画像から２値化された界面エコー画像を減算する減算工程と、
前記減算工程により減算された画像から前記溶接部の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
前記輪郭抽出工程により抽出された前記輪郭に基づいて前記溶接溶け込み深さを算出して前記溶接部の良否判定を行う判定工程と、を有することを特徴とする溶接溶け込み深さ評価方法。
【請求項２】
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像の濃淡を調整して、該調整後の表面エコー画像に前記界面エコー画像を加算するとともに、予め設定されている溶接溶け込み深さを示す基準線を加算して構成された画像を目視することにより良否判定を行う判定工程と、を有することを特徴とする溶接溶け込み深さ評価方法。
【請求項１】
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像と界面エコー画像のそれぞれを２値化された画像にする２値化工程と、
前記２値化工程により２値化された表面エコー画像から２値化された界面エコー画像を減算する減算工程と、
前記減算工程により減算された画像から前記溶接部の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
前記輪郭抽出工程により抽出された前記輪郭に基づいて前記溶接溶け込み深さを算出して前記溶接部の良否判定を行う判定工程と、を有することを特徴とする溶接溶け込み深さ評価方法。
【請求項２】
開口端部を有する缶体と、該缶体の開口端部を閉塞する蓋部材とをレーザ溶接により封止することで形成される密閉型電池における溶接部の溶接溶け込み深さを評価する溶接溶け込み深さ評価方法であって、
前記密閉型電池に対して超音波を送信しつつ走査して前記密閉型電池の所定部位に対応するエコー信号を取得するエコー信号取得工程と、
前記エコー信号取得工程により取得したエコー信号のうち前記蓋部材表面及び前記缶体と前記蓋部材との界面のそれぞれに対応するエコー信号を、表面エコー画像と界面エコー画像へと画像化する画像化工程と、
前記画像化工程により画像化された表面エコー画像の濃淡を調整して、該調整後の表面エコー画像に前記界面エコー画像を加算するとともに、予め設定されている溶接溶け込み深さを示す基準線を加算して構成された画像を目視することにより良否判定を行う判定工程と、を有することを特徴とする溶接溶け込み深さ評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１４５５４（Ｐ２０１０−１４５５４Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７４９９７（Ｐ２００８−１７４９９７）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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