CN103163180B - 无损检测系统 - Google Patents

Abstract

一种无损检测系统，能精度良好地检测在不同种类金属的重叠接合部确实地成为金属接合的强度高的接合状态的情况。无损检测系统(100)用操作机器人(11)将工件(1)要检测的不同种类金属材料的重叠接合部设定为规定的位置和角度。用规定波形的激光照射重叠接合部的表面，通过红外线相机(3)进行拍摄，在数据处理装置(4)取得红外线图像。基于所取得的红外线图像，对通过数据处理装置(4)取得的红外线图像的每个像素进行傅立叶变换，由控制台装置(5)生成相位图像。基于所生成的相位图像来判定接合良好与否。在该无损检测时，基于激光刚出射后的红外线图像的强度来判定附近纵壁的反射是否较大，微调整激光的光轴与检测部位的表面所成的角来取得噪声较少的红外线图像。

Description

无损检测系统

技术领域

本发明涉及无损检测系统的技术，特别是涉及对重叠接合不同种类金属等的构成的接合部分(重叠接合部)进行无损检测的无损检测系统的技术。

背景技术

现有技术中，已知通过对不同种类金属进行例如电阻点焊、搅拌摩擦焊接等来使不同种类金属进行重叠接合的技术。

并且，在专利文献1中，记载了这样的不同种类金属的接合方法以及接合构造。

另外，在专利文献2中记载了如下技术：作为材料接合部的无损试验方法，以规定的周期，在时间上例如矩形波的脉冲状或正弦波状地对材料接合部的熔化部和包围熔化部的非熔化部进行加热，取得透过材料接合部的热图像(与本申请发明的“红外线图像”对应)，来检测有无熔化部。

进而，在专利文献3中，记载了通过红外线锁相热成像(Lock-inThermography)来检测存在于被检测体内部的异物厚度的无损检测技术以及使用了该无损检测技术的无损检测装置的技术。并且，还记载了相对于不同频率下的矩形波状或正弦波状的加热，对以规定的周期取得的热图像(与本申请发明的“红外线图像”对应)的像素进行运算处理，取得针对各频率的相位图像，能基于各相位图像来检测异物的厚度。

专利文献

专利文献1：JP特开2009-00700号公报

专利文献2：JP特表2010-513883号公报

专利文献3：德国专利申请公开第102008030691A1号公报

但是，在最近的车辆中，为了底盘部件等的轻量化，谋求例如对钢板和铝合金进行不同种类金属接合。

但是，以无损检测来精度良好地对不同种类金属的重叠接合部中确实成为金属接合后强度高的接合状态这一情况进行检测的技术并未建立。

发明内容

本发明为了解决前述的现有课题而提出，目的在于提供一种无损检测系统，以无损检测来精度良好地对不同种类金属的重叠接合部中确实成为金属接合后强度高的接合状态这一情况进行检测

为了解决所述课题，技术方案1所涉及的发明是一种无损检测系统，使用基于红外线锁相热成像的无损检测方法，对不同种类金属材料的重叠接合部的一侧的表面进行来自加热照射源的所预先设定的规定波形的加热，对于通过规定波形的加热而引起的来自一侧的表面的辐射能，通过红外线相机以规定的周期来取得红外线图像，基于所取得的红外线图像的每个单位像素的亮度，来运算处理并取得红外线的量和相位，判定接合的良好与否，所述无损检测系统的特征在于，具备：被检测体处理装置，其搬送以及握持被检测体；检测位置控制单元，其控制被检测体处理装置来设定被检测体，将重叠接合部的表面相对于加热照射源以及红外线相机设定在规定的位置以及朝向；加热控制单元，其进行来自所热照射源的加热光的照射控制；红外线图像取得单元，其基于来自加热控制单元的预先设定的规定波形的加热，取得通过红外线相机取得的红外线图像；相位图像取得单元，其基于所取得的红外线图像的每个单位像素的亮度，来运算处理并取得红外线的量和相位，并进一步地生成相位图像；和良好与否判定单元，其基于所取得的相位图像来判定在重叠接合部中是否有大于预先设定的规定的判定值的相位滞后的区域，在红外线图像取得单元基于预先设定的规定波形的加热而通过红外线相机取得的红外线图像当中的在加热的初期取得的红外线图像的红外线强度超过了预先确定的强度阈值时，检测位置控制单元保持该重叠接合部的表面的相对于加热照射源以及红外线相机的规定的位置不变，调整该重叠接合部的朝向，之后，再度地，加热单元照射所述加热光，红外线图像取得单元取得所述红外线图像。

根据技术方案1所涉及的发明，被检测体处理装置能通过检测位置控制单元将被检测体的重叠接合部的表面的位置以及朝向设定为相对于来自加热照射源的加热光的照射和红外线相机进行的红外线图像的取得而成为规定的相同条件。其结果，红外线相机能取得能在精度良好的基于红外线锁相热成像的无损检测中使用的红外线图像。

另外，相位图像取得单元对通过红外线相机取得的红外线图像的每个单位像素的亮度的时间推移进行运算处理，能取得精度良好的相位图像，能容易地判定接合良好与否。

进而，在红外线图像取得单元基于预先设定的规定波形的加热而通过红外线相机取得的红外线图像当中的在加热的初期取得的红外线图像的红外线强度超过了预先确定的强度阈值时，检测位置控制单元保持该重叠接合部的表面相对于加热照射源以及红外线相机的规定的位置不变，调整该重叠接合部的朝向，之后，再度地，加热单元照射加热光，红外线图像取得单元取得所述红外线图像。因此，即使在重叠接合部的附近有纵壁，来自加热照射源的加热光在重叠接合部的表面散射，从而在位于被检测体的重叠接合部的附近的纵壁反射而入射进红外线相机，或者向重叠接合部的一侧的表面的来自加热照射源的加热光在纵壁反射而入射到重叠接合部的一侧的表面，之后作为来自一侧的表面的辐射能而入射进红外线相机，由此产生的噪声对红外线图像的精度带来影响的情况下，也能实现降低了这样的红外线图像的噪声的无损检测。

技术方案2所涉及的发明在技术方案1所记载的发明的构成的基础上，特征在于，被检测体为如下构造：在重叠接合部的附近有纵壁，对于加热照射源向重叠接合部的一侧的表面进行的加热而从一侧的表面所辐射的辐射能存在被纵壁反射而入射进红外线相机的可能性。

根据技术方案2所涉及的发明，红外线相机能避免来自被加热的一侧表面的辐射能命中纵壁而反射的辐射能在红外线图像中作为噪声而包含的情况，即使在重叠接合部的附近有纵壁的情况下也能取得精度良好的相位图像，能适当地进行接合良好与否判定。

技术方案3所涉及的发明在技术方案1所记载的发明的构成的基础上，特征在于，被检测体为如下构造：在重叠接合部的附近有纵壁，向重叠接合部的一侧的表面的来自加热照射源的加热光存在被纵壁反射而入射到重叠接合部的一侧的表面的可能性。

根据技术方案3所涉及的发明，即使在向重叠接合部的一侧表面的来自加热照射源的加热光在纵壁反射而入射到重叠接合部的一侧表面，之后作为来自一侧表面的辐射能而入射进红外线相机，由此产生的噪声对红外线图像的精度带来影响的情况下，也能实现降低了这样的红外线图像噪声的无损检测。其结果，即使在重叠接合部的附近有纵壁的情况下也能取得精度良好的相位图像，能适当地进行接合良好与否判定。

技术方案4所涉及的发明在技术方案1到技术方案3中任一项所记载的发明的构成的基础上，特征在于，检测位置控制单元预先存储重叠接合部的表面的相对于加热照射源以及红外线相机的所述规定的位置不变而仅调整规定的朝向的多个检测部位扫描程序，在以预先设定的波形的加热定时作为触发而通过红外线相机取得的所述红外线图像当中的在加热的初期取得的红外线图像的红外线强度超过了预先确定的强度阈值时，检测位置控制单元切换预先存储的多个检测部位扫描程序，保持重叠接合部的表面的相对于加热照射源以及红外线相机的规定的位置不变，仅调整规定的朝向，之后，再度地，加热单元照射所述加热光，红外线图像取得单元取得所述红外线图像。

根据技术方案4所记载的发明，能容易地保持重叠接合部的表面相对于加热照射源以及红外线相机的规定的位置不变，仅调整规定的朝向，之后，再度地，加热单元照射所述加热光，红外线图像取得单元取得所述红外线图像。因此，在获知无损检测的结果的精度不充分后，重新调整设定重叠接合部的表面相对于加热照射源以及红外线相机的规定的位置和朝向的检测部位扫描程序，使被检测体再次返回无损检测工序，能事前防止重新进行检测这样的不良状况，能进行精度良好的无损检测。

发明的效果

根据本发明，能提供一种无损检测系统，能无损地精度良好地检测不同种类金属的重叠接合部确实地成为了金属接合的强度高的接合状态的情况。

附图说明

图1是表示无损检测系统的整体概要的构成框图、和检测由无损检测系统进行处理的被检测体的检测室等的内部的侧视示意图。

图2是表示图1所示的检测室的内部的俯视配置图例。

图3是被检测体的不同种类金属间的重叠接合部的截面的例示的说明图，(a)是在使密封部件介于其间之后对铝合金和涂装的两面镀钢板的凸缘部进行搅拌摩擦焊接的不同种类金属材料的重叠接合部的截面的例示的说明图，(b)是在使密封部件介于其间之后对铝合金和涂装的2片两面镀钢板的凸缘部进行搅拌摩擦焊接的不同种类金属材料的重叠接合部的截面的例示的说明图。

图4是通过搅拌摩擦焊接来将不同种类金属材料重叠接合的重叠接合部的截面说明图。

图5是使用了图1中的红外线锁相热成像的无损检测数据处理装置的详细构成框图。

图6是调整激光照射到被检测体的重叠接合部的表面的角度的说明图，(a)是在红外线相机中纵壁的反射光入射的说明图，(b)是为了防止纵壁的反射光入射到红外线相机而对被检测体的重叠接合部的表面角度进行设定变更的概念说明图。

图7是对重叠接合部的表面照射激光，通过红外线图像来取得从表面辐射的辐射能的时间变化的红外线锁相热成像的原理的说明图，(a)是照射激光，由于激光加热表面部分而引起的辐射能(表面辐射能)、和激光的加热传导至内部之后再返回到表面而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)的热传导度的差异而产生相位差的说明图，(b)是表示激光照射的定时和红外线图像的采样定时的时序图。

图8是表示数据处理装置、检测系统控制装置以及控制器对被检测体的重叠接合部的表面角度进行设定变更的控制的流程的流程图。

图9是紧接图8的流程图。

图10是对搅拌摩擦焊接的重叠接合部的表面的激光照射和红外线图像的取得的示意说明图，(a)是从相对于重叠接合部的长边方向为直角的横向所观察的示意说明图，(b)是从上方观察重叠接合部的表面的为了无损检测而移动激光的照射部分的示意说明图。

图11是用相位图像来判定接合是否良好的例示说明图，(a)是接合良好判定(良品)的被检测体中的相位图像的例示图，(b)是接合不良判定(次品)的被检测体中的相位图像的例示图。

图12是用相位图像来判定重叠接合部是否良好的其它的例示说明图，(a)是接合良好判定的情况的例示，上段栏是确认了接合良好的情况下的接合边界的断裂面的平面照片，中段栏是接合良好的情况下的相位图像的例示图，下段栏是相位图像中的重叠接合部的平面宽度方向的、例如在中央的相位差例示图，(b)是接合不良判定的情况下的例示，上段栏是确认了接合不良的情况下的接合边界的断裂面的平面照片，中段栏是接合不良的情况下的相位图像的例示图，下段栏是相位图像中的重叠接合部的平面宽度方向的、例如在大致中央的相位差例示图。

符号的说明

1、1A、1B工件(被检测体)

2激光射出部(加热照射源)

3红外线相机

4数据处理装置(相位图像取得单元)

4a图像处理控制部(加热控制单元)

4b图像取得部(红外线图像取得部)

4c高速傅里叶变换部(相位图像取得单元)

5控制台装置

5a控制部(良好与否判定单元)

5b相位图像运算部(相位图像取得单元)

5c存储部(相位图像取得单元)

6激光调光部(加热控制单元)

11操作机器人(被检测体处理装置)

11a控制器(检测位置控制单元)

13检测系统控制装置(检测位置控制单元)

15A、15B监视摄像机(检测位置控制单元)

17防护闸驱动部

20检测室

21被检测体交接室

21a被检测体交接室外板

23A被检测体接受台

23B被检测体交付台

26防护闸

31铝合金部件(不同种类金属材料)

32密封部件

33钢板(不同种类金属材料)

35重叠接合部

45搅拌区域

45a接合界面

51输入部

52显示部

53打印机

61激光(加热光)

61a照射部分

63视角

65表面痕迹

100无损检测系统

B_STD判定基准的相位滞后(规定的判定值)

T2期间(规定的第1周期)

T3周期(规定的第2周期)

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的无损检测系统100。

图1是表示无损检测系统的整体概要的构成框图、和检测由无损检测系统进行处理的被检测体的检测室等的内部的侧视示意图，图2是表示图1所示的检测室的内部的俯视配置图例。顺道一提，在图1中，并非与图2的俯视配置图对应，将在使检测室20内以向图2中的左方向转动的同时从周向看到的样子俯视地展开来显示。

如图1所示，无损检测系统100设置有处理作为被检测体的工件(被检测体)1的操作机器人(被检测体处理装置)11，在由壁20a(参照图2)和顶板围起的检测室的上部设置有激光射出部(加热照射源)2、红外线相机3。激光射出部2、红外线相机3固定在该位置。操作机器人11对工件1的相互重叠的接合部(重叠接合部)35(参照图5)的检测部位的各检测部分的表面设定位置，以使得从激光射出部2的光射出口以及红外线相机3的镜头起在规定的预先设定的距离以及规定的朝向上，例如平行光束的激光的光点命中所述表面，能由此取得红外线图像。

另外，对1个工件，线状的检测部位并不仅限于1个，存在多个的情况较多。另外，线状的检测部位并不限于直线状，也有曲线状的情况。

下面，为了说明的简单化，说明对1个检测部位的无损检测的方法。

操作机器人11是具有握持工件1的未明示的握持部的多关节机器人，具有控制器11a，该控制器11a进行该握持部的抓住、放开，或者将前述的检测部位的各检测部分的表面设定控制在相对于激光射出部2和红外线相机3为规定的预先设定的距离以及规定的角度(规定的位置以及朝向)。

操作机器人11为了将前述的检测部位的各检测部分的表面设定控制在规定的预先设定的距离以及规定的角度，例如基于预先输入到控制器11a的一系列的作业指令，一边握持工件1的规定的被握持部，一边控制工件1的位置和握持的角度。

如此将检测部位的各检测部分的表面设定控制在相对于激光射出部2以及红外线相机3为规定的预先设定的距离以及规定的角度，这是为了将激光引起的来自检测部位的各检测部分的表面的热输入量保持在规定的一定值，以及能根据该热输入引起的从检测部位的各检测部分的表面所辐射的辐射能的时间推移来判定是否进行了正确的接合。

与检测室20相邻设有被检测体交接室21，检测室20和被检测体交接室21能由防护闸驱动部17例如在上下方向上驱动的可动式的遮光用的防护闸26分隔。在工件1的检测中降下防护闸26，在检测室20内，使得不会有干扰入射进红外线相机3。

被检测体交接室21除了接受口门部22A(参照图2)和交付口门部22B(参照图2)以外，其顶板以及周围都被外板21a包围。接受口门部22A、交付口门部22B是开闭自由的构成。在被检测体交接室21配置有放置下一个接受检测的工件1的被检测体接受台23A、和放置检测结束的工件1的被检测体交付台23B，由未图示的搬送装置将下一个接受检测的工件1搬送并载置到被检测体接受台23A，并且，将检测过的工件1从被检测体交付台23B搬出。

如图1所示，控制器11a与总体控制无损检测系统100的检测系统控制装置13能通信地连接。另外，检测系统控制装置13还用通信线路与控制台装置5能通信地连接，还控制防护闸驱动部17的驱动，使防护闸26进行上升下降动作。

检测系统控制装置13基于预先输入到控制器11a的一系列的作业指令，介由控制器11a发出指令，使操作机器人11握持工件1的规定的被握持部。然后，检测系统控制装置13基于前述的预先输入的一系列的作业指令，按照预先设定的规定的顺序，介由控制器11a来使操作机器人11反复“固定检测部位的某检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度(朝向)来进行检测”→“将检测部位移动规定量，直到下一个检测部分为止”→“固定检测部位的下一个检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度来进行检测”这样的针对检测部位的一系列的从起点到终点为止的各检测部分的检测作业。

另外，关于介由控制部11a来使操作机器人11反复进行“固定各检测部位的某检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度(朝向)来进行检测”→“将检测部位移动规定量，直到下一个检测部分为止”→“固定检测部位的下一个检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度来进行检测”这样的针对检测部位的一系列的从起点到终点为止的各检测部分的检测作业的一系列的作业指令(程序)，至少对控制器11a输入3种。

这3种的一系列的作业指令为：(1)程序PA，使检测部位的各检测部分的表面相对于激光射出部2和红外线相机3保持规定的预先设定的距离不变，例如在从检测部位的移动方向观察，检测部位的各检测部分的表面相对于激光的光轴所成的角度为直角(基准的角度(图6(b)中显示为“0°”))的状态下，执行针对前述的检测部位的一系列的从起点到终点为止的各检测部分的检测作业；(2)程序PB，以从检测部位的移动方向观察，相对于基准的角度(图6(b)中显示为“0°”)变更了规定的角度例如+2°的状态来执行针对前述的检测部位的一系列的从起点到终点为止的各检测部分的检测作业；和(3)程序PC，以变更了规定的角度例如-2°的状态来执行针对前述的检测部位的一系列的从起点到终点为止的各检测部分的检测作业。

然后，如后述那样，检测系统控制装置13最初使控制器11a应用前述的程序PA，对检测部位的各检测部分照射激光并取得红外线图像。此时，在数据处理装置4取得的激光的光点刚照射到检测部位的各检测部分的表面之后取得的初期的红外线图像的整体的红外线强度(亮度)超过了规定的强度阈值(亮度阈值)时，从数据处理装置4介由通信线路将该情况予以通知，返回该检测部位的起点，使控制器11a应用程序PB，或者在程序PB下对检测部位照射激光来重新取得红外线图像。关于该控制的详细，在后述的图8、图9的流程图中进行说明。

在此，程序PA、PB、PC与权利要求的范围中记载的“检测部位扫描程序”对应。

被检测体接受台23A上的工件1的规定的检测部位的检测结束后，检测系统控制装置13控制防护闸驱动部17来提起防护闸26，并使操作机器人11将结束检测的工件1载置到被检测体交付台23B，将新进行检测的工件从被检测体接受台23A取入到检测室20内，降下防护闸26。

顺道一提，检测系统控制装置13例如是具有图像处理功能的控制用计算机，在其存储装置中预先容纳有总体控制无损检测系统100的程序，通过执行该程序来实现检测系统控制装置13的总体控制功能。

在此，检测系统控制装置13、控制器11a构成权利要求的范围中记载的“检测位置控制单元”。

激光射出部2与将自身射出的激光强度控制为例如矩形波脉冲状、阶梯状的矩形波形状、正弦波状、三角波状的规定的波形的激光调光部(加热控制单元)6连接，激光调光部6由数据处理装置4控制。

由该激光调光部6控制的激光强度的规定波形与权利要求范围所记载的“预先设定的规定的波形”对应。该激光强度的规定的波形基于重叠接合部35中的至少不同种类金属材料的种类及其厚度来适当地设定为规定的波形，以使得在通过重叠接合部35的不同种类金属材料间的边界部分而较深地热传导后，返回到加热侧的表面而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)是适于用在接合良好与否的判定中的能量。在开始检测前，由担任质量保证的检测技术者预先进行试行实验，能容易地设定前述规定的波形。

另外，所谓规定的波形，意味着包含波形的高度(激光强度)、波形时间上的长度、前述的矩形波脉冲状、阶梯状地增加并在之后减少的阶梯增减矩形波形状、正弦波状、三角波状、梯形波状等的波形的形状的全部。该激光强度的规定的波形通过检测技术者在控制台装置5使用后述的输入部51(参照图5)进行输入来设定。

数据处理装置4用通信线路能通信地与控制台装置5以及检测系统控制装置13连接。控制台装置5具有：包含鼠标、键盘等的输入装置的输入部51、液晶显示装置等的显示部52、由能进行彩色印刷的打印装置构成的输出部53等。

关于数据处理装置4、控制台装置5，在图5的说明中详细说明其功能。

接下来，参照图3、图4来说明工件1的检测部位即重叠接合部35。图3是被检测体的不同种类金属间的重叠接合部的截面的例示的说明图，(a)是在使密封部件介于其间之后对铝合金和涂装的两面镀钢板的凸缘部进行搅拌摩擦焊接的不同种类金属材料的重叠接合部的截面的例示的说明图，(b)是在使密封部件介于其间之后对铝合金和涂装的2片两面镀钢板的凸缘部进行搅拌摩擦焊接的不同种类金属材料的重叠接合部的截面的例示的说明图。

图3(a)所示的工件1A的重叠接合部35是如下示例：在车辆的底盘部件即工件1A中，使密封部件32介于铝合金的压铸部件即铝合金部件31和钢板33之间，在凸缘部1a进行搅拌摩擦焊接(FrictionStirWelding)。在此，钢板33例如首先为了防锈而在两面都镀锌，进而在其外侧两面进行电沉积涂装，但在图示上省略其图示。顺道一提，使密封部件32夹在凸缘部1a的铝合金部件31与钢板33之间是为了使之成为防止水等的浸入的水密构造，来防止电腐蚀。

图3(b)所示的工件1B的重叠接合部35是如下示例：在车辆的底盘部件即工件1B中，使密封部件32介于铝合金的压铸部件即铝合金部件31和2片重叠的钢板33A、33B之间，在凸缘部1a进行搅拌摩擦焊接。因为钢板33A和钢板33B是同种金属，因此在它们之间未介有密封部件32。

图4是通过搅拌摩擦焊接来将不同种类金属材料重叠接合的重叠接合部的截面说明图。在此，图4表示是图3的(a)所例示的重叠接合部35，用工具的探针24以及侧翼41a进行搅拌，组成成分流动的区域用搅拌区域45来表示，在其中用探针42的部分来进行搅拌，铝合金31和钢板33的主体部分被搅拌而金属接合的部分是用符号45a来表示的接合界面45a。

在将搅拌摩擦焊接法用在重叠接合中的情况下的工具例如如图4所示那样，在圆柱体形状的前端部41的前端具有探针42，在前端部41的下表面外周侧形成侧翼41a。并且，一边使工具旋转一边向不同种类金属材料侧按压，通过使工具沿着凸缘部1a(参照图3)在水平方向上移动，在线上形成期望长度的基于搅拌摩擦焊接法的重叠接合部35(参照图3)。

另外，工具的圆柱体形状的前端部41的探针42的形状能按照重叠接合的不同种类金属材料的种类和厚度来适当选择。

在接合界面45a形成金属耦合界面，不同种类金属间成为强度强的接合。顺道一提，在接合界面45a形成有金属间化合物的情况下，不同种类金属间也成为强度强的接合。

在搅拌区域45的接合界面45a的两侧，在搅拌摩擦焊接时，形成有在搅拌摩擦焊接时前端部41的侧翼42a抵接进行搅拌的侧翼部45b，留有镀层46、电沉积涂装的涂装材料47。因此，不在侧翼部45b接合铝合金部件31和钢板33。

另外，在搅拌区域45的下端侧的接合界面45a以及侧翼部45b内，至少在接合界面45a不存在密封部件32，密封部件32都被挤压到外侧，优选在两方的区域中都不存在密封部件32，密封部件32都被挤压到外侧。

顺道一提，在搅拌区域45的表面侧，在不是铝合金部件31的重叠接合部35的表面形成有颜色、光泽不同的表面痕迹65。

(数据处理装置4)

接下来，参照图5到图7来详细说明数据处理装置4、控制台装置5。图5是使用了图1中的红外线锁相热成像的无损检测数据处理装置的详细构成框图。图6是调整激光照射到被检测体的重叠接合部的表面的角度的说明图，(a)是在红外线相机中入射纵壁的反射光的说明图，(b)是为了防止纵壁的反射光入射到红外线相机而对被检测体的重叠接合部的表面角度进行设定变更的概念说明图。图7是对重叠接合部的表面照射激光，通过红外线图像来取得从表面辐射的辐射能的时间变化的红外线锁相热成像的原理的说明图，(a)是照射激光，由于激光加热表面部分而引起的辐射能(表面辐射能)、和激光的加热传导至内部之后再返回到表面而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)的热传导度的差异而产生相位差的说明图，(b)是表示激光照射的定时和红外线图像的采样定时的时序图。在图7中，激光的波形例示为矩形波，来适当设定激光的波形。

数据处理装置4是在图像处理功能上特化的图像处理计算机，如图5所示，包含：图像处理控制部(加热控制单元)4a、图像取得部(红外线图像取得部)4b、高速傅里叶变换部(相位图像取得单元)4c。并且，图像取得部4b例如包含能存储众多红外线图像的适于高速输入输出的存储器。

控制台装置5例如是个人计算机或工业计算机，作为功能部，具有控制部(良好与否判定单元)5a、相位图像运算部(相位图像取得单元)5b、存储部(相位图像取得单元)5c，并且，具有键盘、鼠标等的输入部51、彩色液晶显示装置等的显示部52、彩色打印装置等的输出部53。

数据处理装置4通过来自控制台装置5的控制部5a的指令而被控制。

图像处理控制部4a通过来自控制台装置5的与前述的预先设定的规定的波形对应的加热控制指令来控制激光调光部6的激光射出部2，从激光射出部2输出激光的强度为规定的波形的激光。例如，以设定矩形波作为规定的波形的情况为例进行说明，激光调光部6按照来自图像处理控制部4a的加热控制指令，使激光仅以规定的时间宽度T1(参照图7)从激光射出部2输出。

另外，图像处理控制部4a基于来自控制台装置5的控制部5a的用于设定红外线图像的规定的取得总张数的第1图像取得控制指令的输入设定，以前述激光的加热控制指令为触发信号，对图像取得部4b输入第1图像取得控制指令，该第1图像取得控制指令用于在期间T2内以规定的周期T3(参照图7)、例如以300Hz的周期取得规定的取得总张数N1的红外线图像，在图像取得部4b的存储器中暂时存储规定的取得总张数N1的红外线图像。

此时，取得的规定取得总张数N1份的红外线图像对各像素(pixel)将亮度数字化，并将数字化的结果暂时存储在图像取得部4b的存储器中。在此，“像素”与权利要求范围所记载的“单位像素”对应。

图像处理控制部4a进而基于来自控制台装置5的控制部5a的初期亮度判定用的第2图像取得控制指令的输入设定，从图像取得部4b的存储器中读取期间T2的初期的规定张数N1A的图像，运算规定张数N1A份的图像整体的红外线强度的平均值，取得红外线强度。然后，图像处理控制部4a比较按照所述激光的波形而预先由操作者设定并从控制台装置5输入的强度阈值、和运算出的前述红外线强度，判定运算出的图像整体的红外线强度是否小于强度阈值。

在运算出的图像整体的红外线强度小于强度阈值时，图像处理控制部4a判定为相对于激光加热的红外线图像的取得在正常进行，基于来自控制台装置5的控制部5a的在傅立叶变换中使用的用于设定红外线图像张数的第3图像取得控制指令的输入设定，对高速傅里叶变换部4c输入图像处理运算指令，使其从图像取得部4b的存储器中读取期间T2的初期的规定的时间滞后ΔT(在图7中省略)后的规定张数N1B的红外线图像。

规定张数N1B是在从期间T2内减去规定的时间滞后ΔT而得到的时间内，能以周期T3取得的红外线图像的张数。

顺道一提，期间T2的初期的规定张数N1A的红外线图像是未包含在前述的期间T2的初期的规定的时间滞后ΔT后的规定张数N1B的红外线图像中的红外线图像，是以加热控制指令为触发信号而由图像取得部4b取得的初期的红外线图像。

规定的周期T3并不限定于红外线相机3的摄影速度的规格本身，在红外线相机3的摄影速度的规格为高速的情况下，能根据红外线图像，在能运算处理各像素的红外线量和相位的范围内适当选择。

另外，规定的时间滞后ΔT以及规定张数N1B基于重叠接合部35中的至少不同种类金属材料的种类及其厚度来适当地设定，以使得通过规定的波形的激光加热，在通过重叠接合部35的不同种类金属材料间的边界部分而较深地热传导后，返回到加热侧的表面而辐射成为辐射能(内部导热后的返回能量)，基于该辐射能的红外线图像适于用在接合的良好与否的判定中。

该规定的时间滞后ΔT以及规定张数N1B也是能在开始检测前，例如由担任质量保证的检测技术者预先进行试行实验而容易地设定，检测技术者通过使用输入部51(参照图5)输入到控制台装置5来进行设定。

另外，图像处理控制部4a在图像取得部4b以及高速傅里叶变换部4c中，对工件1的检测部位的每个检测部分附加识别符，来进行数据处理。

在运算出的图像整体的红外线强度为强度阈值以上时，图像处理控制部4a判定为未正常进行相对于激光加热的红外线图像的取得，使高速傅里叶变换部4c中止对前述临时存储在图像取得部4b的存储器中的规定张数N1内的前述的规定张数N1B的红外线图像的短时间高速傅立叶变换，并使图像取得部4b删除规定的取得总张数N1的红外线图像数据。

另外，图像处理控制部4a介由通信线路向检测系统控制装置13发送表示针对检测部位的从起点到终点的到此为止的检测不准确的信号，检测系统控制装置13使控制器11a切换介由控制部11a来使操作机器人11反复进行“固定该检测部位的某检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度(朝向)来进行检测”→“将检测部位移动规定量，直到下一个检测部分为止”→“固定检测部位的下一个检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度来进行检测”这样的针对检测部位的一系列的从起点到终点为止的各检测部分的检测作业的一系列的作业指令(程序)，切换当前对该检测部位使用的程序，例如从标准的程序PA切换为程序PB。在当前对该检测部位使用的程序是例如PB的情况下，从程序PB切换到程序PC。

高速傅里叶变换部4c在图像处理控制部4a判定为红外线图像的取得在正常进行之后，接受输入的图像处理运算指令，读取暂时存储在图像取得部4b中的规定的取得总张数N1内的前述规定张数N1B的红外线图像。

之后，高速傅里叶变换部4c对规定张数N1B的红外线图像的每个像素，在规定张数N1B之间，进行短时间傅立叶变换的高速傅立叶变换运算，将各像素的亮度的短时间傅立叶变换的结果存储在控制台装置5的存储部5c的短时间傅立叶变换结果存储区域中。然后，高速傅里叶变换部4c将前述的短时间傅立叶变换的运算结束的情况介由图像处理控制部4a而通知给控制部5a。图像处理控制部4a接受短时间傅立叶变换的运算结束的通知，并使图像取得部4b删除暂时存储的规定取得总张数N1份的红外线图像。

即，在本实施方式的高速傅里叶变换部4c中，进行通常的短时间傅立叶变换那样的频率分析，进行运算处理，来解析相对于每个像素的亮度(红外线的量)的时间推移的、相位(红外线的相位)。

该高速傅里叶变换部4c进行的解析相对于每个像素的亮度的时间推移的相位的运算处理与权利要求的范围所记载的“基于红外线图像的每个单位像素的亮度来运算处理并取得红外线的量和相位”对应。

这样，结束被检测体的检测部位的一系列的检测部分中的1个各检测部分的红外线锁相热成像的运算处理。

另外，在图像处理控制部4a中，在如前述那样判定为期间T2的初期的规定张数N1A份的平均值的红外线强度运算结果的红外线强度为强度阈值以上时，图像处理控制部4a介由通信线路对检测系统控制装置13发送表示从该检测部位的起点到本次的检测部分为止的检测是不适当的信号。然后，在检测系统控制装置13接收到该信号的情况下，检测系统控制装置13指令删除已经输入到控制台装置5的来自高速傅立叶变换部4c的从该检测部位的起点到现在为止的检测部分为止的一系列的运算处理结果，控制台装置5在控制部5a中，从存储部5c删除从该检测部位的起点到现在为止的检测部分为止的一系列的短时间傅立叶变换的运算结果以及相位图像。

另外，在判定为针对从该检测部位的起点到现在为止的检测部分的到此为止的检测为不适当之前，已经基于相位图像对该检测部位的一部分进行了接合良好与否的判定的情况下，还删除该接合良好与否的判定结果。

(控制台装置5)

控制台装置5的控制部5a根据来自输入部51的输入，将从激光射出部2输出的激光设定为规定的波形的强度，例如，在图7所示的示例中，进行如下设定：矩形波状的强度的激光的规定的时间宽度T1的设定；规定的周期T3、与前述第1图像取得控制指令的输入设定对应的规定的取得总张数N1(或期间T2)的设定；与前述的第2图像取得控制指令的输入设定对应的初期亮度判定用途中使用的规定张数N1A的红外线图像的取得的开始和结束的定时的设定(使用规定的取得总张数N1的第几张到第几张的设定)；判定值即强度阈值的设定；与前述的第3图像取得控制指令的输入设定对应的时间滞后ΔT以及规定张数N1B的设定；短时间傅立叶变换的运算处理后着眼的特定的频率ω的设定等，该控制部5a还具有将前述设定的参数中的必要的参数输入到数据处理装置4的图像处理控制部4a的功能。

按照重叠接合部35中的至少不同种类金属材料的种类及其厚度来适当设定短时间傅立叶变换的运算处理后着眼的特定的频率ω的值，以使得在通过规定的波形的激光进行加热，通过重叠接合部35的不同种类金属材料间的边界部分而进行较深的热传导后，基于返回到加热侧的表面而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)的红外线图像是适于在接合的良好与否的判定中使用的红外线图像。

另外，控制部5a在从数据处理装置4的图像处理控制部4a接受到短时间傅立叶变换的运算结束的通知时，对检测系统控制装置13输出工件1的移动指令，以使得用激光照射加热该检测部位的新的检测部分，在该检测部位的从起点到终点的检测全部结束时，将该检测部位的检测结束的信号输入到检测系统控制装置13中。于是，检测系统控制装置13检索该工件1中是否还有其它的未检测的检测部位，若有未检测的检测部位，则对控制器11a、数据处理部4发出指令，进行下一检测部位的检测。

进而，控制部5a在从数据处理装置4的图像处理控制部4a接受到短时间傅立叶变换的运算已结束的通知时，对相位图像运算部5b例如输出与前述的特定的频率ω对应的相位图像生成的指令。相位图像运算部5b从控制部5a接受相位图像生成的指令，从存储部5c读取该检测部位的各检测部分的短时间傅立叶变换的运算结果，生成以前述的激光的加热控制信号的触发信号为基准的相位图像，对前述的工件1的检测部位的每个检测部分附加识别符后将它们容纳到存储部5c的相位图像存储区域中。此时，相位图像运算部5b对针对得到的相位图像的各像素的前述运算出的相位滞后的数字值，以规定的带宽来指定规定的颜色，随着相位滞后从小变大，按照显示为白色、深红色、橙色、黄色、黄绿色、绿色、深绿色、蓝色、群青色的方式来进行图像化处理，以对工件1的检测部位的每个检测部分附加识别符，并容纳到存储部5c的相位图像存储区域中。

然后，控制部5a读取存储部5c的相位图像，基于从输入部51中预先设定输入的判定基准的相位滞后(规定的判定值)B_STD(参照图12)，来判定检测部位的各检测部分的不同种类金属材料的重叠接合的良好与否，并将判断结果与彩色图像的相位图像一并输出到输出部53。

图6的(a)是以图3的(a)为例的激光(加热光)61的反射激光62入射到红外线相机2的说明图。在从激光射出部2对凸缘部1a的重叠接合部35的表面31a垂直地照射激光61、且在该重叠接合部35的附近存在纵壁31b的情况下，在照射部分61a的表面痕迹65散射的反射激光(图7的(a)所示的表面辐射能)会在纵壁31b反射并成为入射到红外线相机3中的反射激光62。这种情况下，由激光61加热而产生的热从重叠接合部35的表面31a传导到内部，直到重叠接合部35的接合界面45a(参照图4)的下侧为止，对于该热再度返回表面31a而辐射的辐射能(图7(a)所示的内部导热后的返回能量)，也在纵壁31b反射并作为反射激光62而入射进红外线相机3。即，发生杂散光现象。其结果，无法取得正确地检测出来自重叠接合部35的表面31a的各微小部分的内部导热后的返回能量的红外线图像。

特别是，在激光61进行的周期T2的照射加热的波形是正弦波的情况下，入射的激光61的表面反射光(图7的(a)所示的表面辐射能)直接入射进红外线相机3的分量、表面反射光在照射部分61a的表面痕迹65散射而碰到纵壁31b并从纵壁31b反射而入射进红外线相机3的反射激光62、和热输入并在内部导热后返回而辐射的辐射能(图7的(a)所示的表面辐射能)同时作为红外线图像而被捕捉。然后，在其后的傅里叶变换后的相位图像的制作的阶段，由于除去直至激光61进行表面加热时的滞后时间ΔT为止的表面反射光，因此不会产生问题，但是，在滞后时间ΔT之后的在纵壁31b反射、作为反射激光62而入射进红外线相机2的表面辐射能和内部导热后返回的能量的部分还是作为噪声而残留，使得无法正确表征内部导热后的返回能量的表面分布。

另外，在图6的(a)中，示出了从激光射出部2对凸缘部1a的重叠接合部35的表面31a所入射的激光61在纵壁31b进行反射而作为反射激光62而入射至红外线相机3的情况的示例，但判定为未正常进行红外线图像的取得的情况并不限于此。

在凸缘部1a的重叠接合部35接近纵壁31b的情况下，激光61所照射的照射部分61a命中纵壁31b的下部，其在纵壁31b反射后入射到重叠接合部35的表面31a，之后作为表面反射光而入射进红外线相机3，这种情况也会判定为未正常进行红外线图像的取得。

这是因为，在这种情况下，例如，若激光61在纵壁31b反射后入射到重叠接合部35的表面31a，则重叠接合部35的表面31a变得无法均匀地被激光61加热，无法正确地表征内部导热后的返回能量的表面分布。

下面，将这样的由于检测部位附近的纵壁31b而使得无法正确表征内部导热后的返回能量的表面分布，从而成为噪声的效果仅称作“检测部位附近的纵壁的反射引起的对红外线图像的噪声”。

因此，图像处理控制部4a以激光的加热控制指令为触发信号，以规定的周期T3(参照图8)、例如300Hz的周期取得规定的取得总张数N1的红外线图像，在针对该取得的取得总张数N1内的初期的规定张数N1A(图7中未显示)而运算出的所述红外线强度为强度阈值以上时，来自纵壁31b的反射激光62、激光61在纵壁31b进行反射而照射到重叠接合部35的表面31a之后的反射光入射进红外线相机3的量较多，判定为未正常进行红外线图像的取得。

在如此判定的情况下，检测系统控制装置13对控制器11a发出指令，如图6的(b)所示那样，将工件1A的从检测部位的移动方向观察的角度从直角(显示为图6的(b)中的“0°”)倾斜规定的角度，例如将检测部位的表面向+2°侧倾斜，以使得来自纵壁31b的反射变少，并重新取得该检测部位的一系列的从起点到终点为止的检测部分的红外线图像。

另外，操作机器人11是多关节型的机器人，仅变更1处的关节部的角度，就能容易地改变激光61的光轴的相对于检测部位的表面的从检测部位的移动方向观察的角度，但检测部位的表面与激光射出部2以及红外线相机3的相对距离(位置)也发生变化。因此，如前述那样，预先准备检测位置控制的程序PA、PB、PC3种，通过在控制器11a中切换来使用，能容易地取得没有杂散光的红外线图像，来正确地进行接合的良好与否的判定。

顺道一提，即使使从检测部位的移动方向观察的角度相对于直角而变化±2°程度，只要检测部位的表面与激光射出部2以及红外线相机3的相对距离(位置)相同，激光61对检测部位的热输入量就没有大的变化，就不会对正确判定接合良好与否带来问题。

在图7中，示出例如以时间宽度T1的矩形波X0而从激光射出部21输出的矩形波状的强度的激光，曲线X1表示激光的来自检测部位的各检测部分的表面部分的辐射能的时间变化。由激光加热而产生的热传导到工件1的重叠接合部35的接合界面45a(参照图4)的下侧为止，其再度返回表面而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)成为频率低的能量，成为曲线X2A、X2B那样。因此，为了通过红外线锁相热成像来检测出工件1的重叠接合部35的接合界面45a是否正常形成，需要考虑与重叠接合的不同种类金属材料相应的导热特性、表面侧(照射激光的一侧)的金属材料的厚度来设定基于在高速傅里叶变换部4c的短时间傅立叶变换的结果来生成相位图像时所着眼的特定的频率ω，导热特性越低、或表面侧的金属材料的厚度越厚，则将频率ω设定得越小，另外，较长地设定规定的波形的时间宽度T1。

在工件1的重叠接合部35的铝合金部件31(参照图4)与钢板33(参照图4)的接合界面45a形成有包含金属间化合物的形成在内的金属耦合界面的情况下，如同样深度的内部导热后返回而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)的曲线X2A那样，得到相位滞后较小的辐射能。与此相对，在接合界面45a没有包含金属间化合物的形成在内的金属耦合界面的形成，残留有密封部件(参照图4)，或产生小的空穴、即小的接合缺陷，从而无法充分地进行搅拌摩擦焊接的情况下，激光进行的表面加热越过不同种类金属材料的边界而进一步较深地导热直到钢板33(参照图4)则要花时间，之后返回表面而辐射的辐射能的相位滞后如内部导热后返回而辐射的辐射能(内部导热后的返回能量)的曲线X2B那样相对变大。

接下来，参照图8、图9，同时适当地参照图1、图5、图6、图7、图10，来说明数据处理装置、检测系统控制装置、以及控制器进行的被检测体的重叠接合部35的表面角度的设定变更的控制的流程。图8、图9是表示数据处理装置、检测系统控制装置、以及控制器进行的被检测体的重叠接合部的表面角度的设定变更的控制的流程图。

在步骤S01中，检测系统控制装置13使NGC＝0。NGC是表示选择前述程序PA、PB、PC中哪一个的指示标记，NGC＝0是从检测部位的移动方向观察，使激光61的光轴相对于检测部位的表面为直角的情况(使用程序PA的情况)，NGC＝1是变更了+2°的情况(使用程序PB的情况)，NGC＝2是变更了-2°的情况(使用程序PC的情况)，NGC＝3表示如下情况：不管是NGC＝0～2中的任一者，图像处理控制部4a以对激光调光部6输出的加热控制指令为触发信号，设定为在规定的时间滞后ΔT的期间的初期进行取得，来取得N1A张的红外线图像，针对这N1A张的红外线图像的各红外线图像中的整体红外线强度(亮度)的N1A张份的平均值的红外线强度超过了强度阈值，无法进行适当的摄影。

在步骤S02中，控制器11a接受来自检测系统控制装置13的NGC＝0的指示，从控制器11a的存储部中读取程序PA，取得检测部位的起点、终点以及移动方向。

在步骤S03中，控制器11a使工件1移动到检测部位的起点，将工件1的朝向设定为从移动方向观察时检测部位的表面相对于激光61的光轴成为直角。

在步骤S04中，数据处理装置4的图像处理控制部4a向激光调光部6输出加热控制指令，激光射出部2、激光调光部6按照加热控制指令，开始照射规定的波形的激光61。

在步骤S05中，图像取得部4b基于来自图像处理控制部4a的第1图像取得控制指令，以加热控制指令为触发，以规定的周期T3来取得规定张数N1的红外线图像。具体地，图像取得部4b以加热控制指令为触发，在期间T2(参照图7)的期间内取得N1张的红外线图像，并暂时存储在图像取得部4b的存储器中。

在步骤S06中，图像处理控制部4a检测在规定的期间T2内的规定波形的激光61的照射和针对该照射的红外线图像的取得是否结束。在未结束的情况下(否)返回步骤S05，在结束的情况下(是)，前进到步骤S07。

在步骤S07中，图像处理控制部4a读取在图像取得部4b的存储器中暂时存储的规定张数N1之内的初期的规定张数N1A的红外线图像，之后对各红外线图像累计各像素的亮度，分别运算整体的亮度，之后算出规定张数N1A份的平均的红外线图像的整体亮度(红外线亮度)(“运算刚照射激光后的红外线图像整体的亮度”)。

在步骤S08中，图像处理控制部4a检测整体的亮度是否为亮度阈值(强度阈值)以上。在整体的亮度为亮度阈值以上的情况下(是)，检测系统控制装置13输出该意思的判定结果信号，按照连接符(A)而前进到图9的步骤S11，在整体亮度不足亮度阈值的情况下(否)，前进到步骤S09。

在步骤S09中，检测系统控制装置13与控制器11a通信，来检测是否越过检测部位的终点的位置。在越过检测部位的终点的情况下(是)，结束针对1个检测部位的检测。在未越过检测部位的终点的情况下(否)，图像处理控制部4a从图像取得部4b的存储器中读取规定张数N1B的红外线图像，并使高速傅里叶变换部4c进行高速傅立叶变换。然后，前进到步骤S10，控制器11a使工件1在移动方向上移动规定量。此时，使检测部位的表面的相对于激光61的光轴的角度保持恒定不变，另外，使检测部位的表面与激光射出部2以及红外线相机3的相对距离也保持恒定不变。

顺道一提，该规定量的移动是如图10的(b)所示那样，是能连续检测重叠接合部35的表面痕迹地使激光61的照射部分61a无间隙地连接或一部分在移动方向上重复的移动量。

在步骤S11中，检测系统控制装置13使NGC＝NGC+1地来将NGC的值递增1，并将该NGC的值输入到控制器11a。

在步骤S12中，图像处理控制部4a从图像取得部4b的存储器中删除该检测部位的在步骤S05中取得的红外线图像。另外，介由通信线路将该检测部位的一系列的检测部分(与照射部分61a对应的部分)的通过高速傅里叶变换部4c运算出的短时间傅立叶变换的运算结果存储到控制台装置5的存储部5c中，删除使用短时间傅立叶变换的运算结果而在相位图像运算部5b中运算得到、并存储在存储部5c中的该检测部位的相位图像(删除该检测部位的到此为止取得的红外线图像等)。此时，若在控制台装置5的显示部51显示该意思的消息则更好。另外，若将进行该意思的处理的日志记录在存储部5c中则更好。

在步骤S13中，控制器11a检测在步骤S11中从检测系统控制装置13输入的标记NGC的值是否为1(“NGC＝1？”)。在NGC＝1的情况下(是)，前进到步骤S14，在不是NGC＝1的情况下(否)，前进到步骤S15。在步骤S14中，控制器11a将工件1移动到该检测部位的起点，将工件1的朝向设定为从移动方向观察(参照图6的(b))时检测部位的表面相对于激光61的光轴成为直角+2°。即，控制器11a选择程序PB，将工件1移动到该检测部位的起点，将工件1的朝向设定为从移动方向观察(参照图6的(b))时检测部位的表面相对于激光61的光轴成为直角+2°。之后，按照连接符(B)而返回图8的步骤S04。

在步骤S15中，控制器11a检测在步骤S11中从检测系统控制装置13输入的标记NGC的值是否为2(“NGC＝2？”)。在NGC＝2的情况下(是)，前进到步骤S16，在不是NGC＝2的情况下(否)，前进到步骤S17。在步骤S16中，控制器11a将工件1移动到该检测部位的起点，将工件1的朝向设定为从移动方向观察(参照图6的(b))时检测部位的表面相对于激光61的光轴成为直角-2°。即，控制器11a选择程序PC，将工件1移动到该检测部位的起点，将工件1的朝向设定为从移动方向观察(参照图6的(b))时检测部位的表面相对于激光61的光轴成为直角-2°。之后，按照连接符(B)而返回图8的步骤S04。

若在步骤S15中为“否”而前进到步骤S17，则控制器11a介由检测系统控制装置13向控制台装置5的显示部52输出错误消息，中止检测。

如以上那样，根据本实施方式，即使在重叠接合部35的检测部位位于凸缘部1a(参照图6(a))的纵壁31b的附近的情况下，也能使用基于红外线锁相热成像的无损检测方法，在取得由于来自激光射出部2的激光61进行表面加热而从检测部位的各检测部分的表面辐射出的辐射能的时间推移作为红外线相机3取得的规定的周期T3的红外线图像时，能倾斜工件1来减少前述的“检测部位附近的纵壁的反射引起的对红外线图像的噪声”。其结果，在将检测部位的激光射出部2以及红外线相机3与检测部位的表面的相对距离恒定地保持在规定的值的同时，微小地调整从移动方向观察时的激光61的光轴与检测部位的表面所成的角，能降低前述的“检测部位附近的纵壁的反射引起的对红外线图像的噪声”，能正确地判定搅拌摩擦焊接的重叠接合部35的接合良好与否。

另外，为了对检测时的激光61的光轴与检测部位的表面所成的角度进行微小调整，作成保持工件1的程序，相对于从检测部位的移动方向观察时使激光61的光轴与检测部位的表面所成的角为直角的情况下的程序(程序PA)，作成预先设定规定值的正负(+-)值的程序(程序PB、PC)，并将这些程序登录在控制器11a中，由此能容易地切换来进行无损检测，没有了检测工序的返回处理、每次都调整操作机器人11的检测程序这样的时间损失，能进行效率良好的正确的检测。

图10是对搅拌摩擦焊接后的重叠接合部的表面照射激光照射和取得红外线图像的示意说明图，(a)是从相对于重叠接合部的长边方向为直角的横向观察时的示意说明图，(b)是从上方观察重叠接合部的表面的为了无损检测而移动激光的照射部分的示意说明图。

在此，为了无损检测，激光61的照射部分61a的移动虽未显示为沿着重叠接合部35的搅拌区域45的表面痕迹65而部分重叠地连续相连，但在重叠接合部35充分长的情况下，也可以是这样的检测，但在重叠接合部35较短的情况下，期望使激光61的照射部分61a部分重叠从而连续相连等来确保接合强度。顺道一提，图10的(b)中的“起点侧”意味着搅拌摩擦焊接的开始侧，“终点侧”意味着搅拌摩擦焊接的终端侧。

在图10的(a)中，示意性地显示来自激光射出部2的激光61并不一定垂直地照射搅拌摩擦焊接的表面痕迹65(参照图10的(b))，按照垂直，或从垂直变更-2°、从垂直变更+2°来进行照射的方式来设定工件1。

如此，能谋求重叠接合部35的无损检测的效率提高，并且，在对工件1的凸缘部1a(参照图3)这样的狭窄的区域的检测部位的各检测部分照射激光61，激光61照射到检测部位以外，从而阻碍红外线相机3正确地检测来自检测部分的表面的辐射能，在防止这样的问题上也是有利的。

顺道一提，图1、图2、图5、图10的(a)中的红外线相机3被示意性地图示化为从倾斜方向拍摄检测部位的表面，在靠近激光射出部2的光轴、在尽可能靠近垂直于检测部位的表面的方向的光轴进行拍摄，这是在红外线图像上正确地测定从检测部位的表面辐射的辐射能上是优选的配置。

另外，激光射出部2的光学系统设为从激光61的照射部分61a的上面观察时的俯视形状覆盖表面痕迹65的宽度方向，例如为圆形。

并且，红外线相机3的视角63(参照图10的(a))优选将比照射部分61a宽的取了裕量的范围设为摄影图像的视野。

图11是用相位图像来判定接合是否良好的例示说明图，(a)是接合良好判定(良品)的被检测体中的相位图像的例示图，(b)是接合不良判定(次品)的被检测体中的相位图像的例示图。如图11的彩色原画所示，在良品中，示出了表示在激光61的照射部分61a的上下宽度方向的中央的部分良好的金属接合的白色、黄色、红色、橙色，在次品中，在激光61的照射部分61a的上下宽度方向的中央的部分包含示出绿色、蓝色的泛蓝的区域，表示金属接合不良。

图12是用相位图像来判定重叠接合部是否良好的其它的例示说明图，(a)是接合良好判定的情况的例示，上段栏是确认了接合良好的情况下的接合边界的断裂面的平面照片，中段栏是接合良好的情况下的相位图像的例示图，下段栏是相位图像中的重叠接合部的平面宽度方向的例如在中央的相位差例示图，(b)是接合不良判定的情况下的例示，上段栏是确认了接合不良的情况下的接合边界的断裂面的平面照片，中段栏是接合不良的情况下的相位图像的例示图，下段栏是相位图像中的重叠接合部的平面宽度方向的例如在大致中央的相位差例示图。

在彩色原画的图12的(a)的上段栏的断裂面，使金属接合的边界面断裂来观察表面状态，在焊道表面有光泽。与此相对，在彩色原画的图12的(b)的上段栏的断裂面，使金属接合的边界面断裂来观察表面状态，在焊道表面没有光泽，发黑。

在彩色原画的图12的(a)的中段栏的图像处理后的相位图像中，对接合界面45a(参照图4)的宽度A示出表示良好的金属接合的白色、红色、橙色、黄色。对图12的(a)的中段栏的宽度A的上下方向的中央，以数值来显示每个像素(pixel)的相位滞后的图是图12的(a)的下段栏所示的图表。在图12的(a)的下段栏的图表中，示出越向纵轴的上侧，相位滞后就越小，越向纵轴的下侧相位滞后就越大。如该图表的细线所示那样，每个像素(pixel)的相位滞后示出在宽度A的上下方向的例如中央，相对于判定基准的相位滞后(规定的判定值)B_STD的相位滞后较小，能容易地在数值上判定良好的金属接合。

在彩色原画的图12的(b)的中段栏的图像处理后的相位图像中，对接合界面45a(参照图4)的宽度A未示出良好的金属接合，包含绿色、蓝色的泛蓝的部分。对图12的(a)的中段栏的宽度A的上下方向的例如中央，以数值来显示每个像素(pixel)的相位滞后的图是图12的(b)的下段栏所示的图表。如该图表的细线所示那样，每个像素(pixel)的相位滞后示出在宽度A的上下方向的大致中央相对于判定基准的相位滞后B_STD的相位滞后较大，能容易地在数值上判定未成为良好的金属接合的部分。

另外，在图12的(a)、(b)的下段栏例示了与中段栏的宽度A的上下方向的例如中央位置对应的像素的列，但通过对中段栏的宽度A的上下方向的其它的像素的列也进行该判定，能以相位图像容易地对接合界面45a判定不同种类金属材料的金属接合的良好与否。

顺道一提，关于判定基准的相位滞后B_STD，通过提前检测断裂面来确认相对于进行了基于搅拌摩擦焊接的重叠接合的样本，期间T2、频率ω的设定以及基于其而得到的相位图像中的判定基准的相位滞后B_STD是否合适，可以保证能正确地检测本实施方式的基于红外线锁相热成像的无损检测。

作为重叠接合部35的良好与否判定方法，在例示中，如图12所示，在重叠接合部35的相位图像中的重叠接合部35的宽度A的宽度方向的特定的位置，在接合部35的长边方向上，线状地比较每个像素(pixel)的相位滞后和判定基准的相位滞后B_STD，但并不限定于此。

也可以基于相位图像来算出包含在重叠接合部35的宽度A、长度方向的规定长度例如长度LB的矩形中的全部像素(pixel)的平均相位滞后，在该平均相位滞后的值在相位滞后上大于判定基准的平均相位滞后的值时，判定为未成为良好的金属接合。

另外，算出平均相位滞后的值的矩形的重叠接合部35的宽度方向的长度并不限定为重叠接合部35的宽度A，也可以设为小于宽度A的值，在重叠接合部35的宽度A方向上设定多个所述矩形，算出各个矩形中的平均相位滞后，来在是否是良好的金属接合的判定中使用。

除此之外，作为彩色分布图，也可以设定重叠接合部35的宽度A、重叠接合部35的长边方向的规定的长度的区域，判定包含在该区域中的包括绿色、蓝色在内的泛蓝的区域的像素数占包含在前述所设定的区域中的像素数的多大比例，在该比例大于判定基准的比例的值时，判定为接合不良。这种情况下，前述所设定的区域的形状并不限定于矩形，也可以是提前预先设定的沿着重叠接合部35的长边方向的形状的区域形状。

另外，在本实施方式中，例示铝合金部件31和钢板33来作为不同种类金属材料，但并不限定于此。

另外，在本实施方式中，检测系统控制装置13、操作机器人11基于预先输入到控制器11a的一系列的作业指令，按照预先设定的顺序，反复将检测部位的各检测部分的相对于激光射出部2和红外线相机3的位置以及角度进行固定来进行检测→将检测部位移动规定量→固定位置以及角度来进行检测的作业，但并不限于此。也可以如图1、图2所示那样，构成为配置监视摄像机15A、15B，将该摄像机影像输入给检测系统控制装置13。这种情况下，检测系统控制装置13用监视摄像机15A、15B读取显示在操作机器人11握持的工件1的表面上显示或刻印的识别信息，识别检测对象的工件1，并输入到控制台装置5。

另外，检测系统控制装置13也可以根据来自监视摄像机15A、15B的摄像机图像，与不是铝合金部件31的重叠接合部35的表面区别开地检测工件1的检测部位的表面痕迹65，按照检测部位的公差，根据预先输入的基于一系列的作业指令的位置来补正相对于激光射出部2和红外线相机3的位置。

另外，为了检测工件1的距离和角度，至少准备2台监视摄像机15A、15B，能容易地用公知的相机图像识别程序来执行三角法下的工件1的距离和角度的检测。

《变形例》

在本实施方式中，高速傅里叶变换部4c读取暂时存储在图像取得部4b的存储器中的周期T3的N1B次份的红外线图像，将各像素的亮度的短时间傅立叶变换的结果存储在控制台装置5的存储部5c的短时间傅立叶变化结果存储区域，但并不限定于此。

也可以用规定的波形对检测部位的检测部分照射激光的次数不是仅一次，而使在期间T2的周期下进行N2次(参照图7中的以假想线示出的时间宽度T1的矩形波的激光的照射)。这种情况下，首先，图像处理控制部4a读取暂时存储在图像取得部4b中的N1×N2次份的红外线图像内的期间T2的初期的规定张数N1A的N2次份的红外线图像，对N1A×N2张的各红外线图像来累计每个像素的亮度，对1张份的整体的红外线的亮度进行累计运算，之后算出N1A×N2张的平均的整体的亮度，在步骤S08中检测整体亮度是否为亮度阈值(强度阈值)以上时使用。

之后，在步骤S08中整体亮度不足亮度阈值(强度阈值)的情况下，图像处理控制部4a使高速傅立叶变换部4c读取暂时存储在图像取得部4b中的N1B×N2次份的红外线图像，对N1B×N2张红外线图像的规定的预先设定范围，来平均化处理相对于N2次份的激光的发光而在规定的时间滞后ΔT后的同一定时取得的红外线图像的各像素的亮度的数字值，生成N1B张规定的周期T3的红外线图像。

之后，高速傅里叶变换部4c对规定张数N1B的累计平均后的红外线图像的每个像素，在规定张数N1B之间进行短时间傅立叶变换的高速傅立叶变换运算，将各像素的亮度的短时间傅立叶变换的结果存储到控制台装置5的存储部5c的短时间傅立叶变换结果存储区域。然后，高速傅里叶变换部4c介由图像处理控制部4a将前述的短时间傅立叶变换的运算已结束这一情况通知给控制部5a。

如此，在期间T2的周期中照射N2次激光，并取得红外线图像，在从N1B×N2张红外线图像中生成同一定时的N1B次份的累计平均的红外线图像后，生成相位图像，由此能降低噪声，能得到精度良好的相位图像。

另外，也可以对前述特定的频率ω进行由高速傅里叶变换部4c进行的短时间傅立叶变换的高速傅立叶变换运算。即，在本实施方式的高速傅里叶变换部4c中，不是进行通常的短时间傅立叶变换这样的频率分析，而是对特定的频率ω进行每个像素的相位相对于亮度(红外线的量)的时间推移的相位(红外线的相位)的解析这样的运算处理。如此，能缩短傅立叶变换的时间。

Claims (4)

1.一种无损检测系统，其是使用基于红外线锁相热成像的无损检测方法的无损检测系统，

对不同种类金属材料的重叠接合部的一侧的表面进行来自加热照射源的所预先设定的规定波形的加热，

对于所述规定波形的加热而引起的来自所述一侧的表面的辐射能，通过红外线相机以规定的周期来取得红外线图像，

基于所取得的所述红外线图像的每个单位像素的亮度，来运算处理并取得红外线的量和相位，

判定接合的良好与否，

所述无损检测系统的特征在于，具备：

被检测体处理装置，其搬送以及握持被检测体；

检测位置控制单元，其控制所述被检测体处理装置来设定所述被检测体，将所述重叠接合部的表面相对于所述加热照射源以及所述红外线相机设定在规定的位置以及朝向；

加热控制单元，其进行来自所述加热照射源的加热光的照射控制；

红外线图像取得单元，其基于来自所述加热控制单元的所预先设定的所述规定波形的加热，取得通过所述红外线相机取得的所述红外线图像；

相位图像取得单元，其基于所取得的所述红外线图像的每个单位像素的亮度，来运算处理并取得红外线的量和相位，并进一步地生成相位图像；和

良好与否判定单元，其基于所取得的所述相位图像来判定在所述重叠接合部中是否有比预先设定的规定的判定值大的相位滞后的区域，

在所述红外线图像取得单元基于所预先设定的所述规定波形的加热而通过所述红外线相机取得的所述红外线图像当中，在所述加热的初期所取得的红外线图像的红外线强度超过了预先确定的强度阈值时，

所述检测位置控制单元保持该重叠接合部的表面相对于所述加热照射源以及所述红外线相机的所述规定的位置不变，调整该重叠接合部的朝向，

之后，所述加热照射源再次照射所述加热光，所述红外线图像取得单元再次取得所述红外线图像。

2.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，

所述被检测体为如下构造：在所述重叠接合部的附近有纵壁，对于所述加热照射源向所述重叠接合部的一侧的表面进行的加热而从所述一侧的表面所辐射的辐射能存在被所述纵壁反射而入射进所述红外线相机的可能性。

3.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，

所述被检测体为如下构造：在所述重叠接合部的附近有纵壁，向所述重叠接合部的一侧的表面的来自所述加热照射源的所述加热光存在被所述纵壁反射而入射到所述重叠接合部的一侧的表面的可能性。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的无损检测系统，其特征在于，

所述检测位置控制单元预先存储：使所述重叠接合部的表面相对于所述加热照射源以及所述红外线相机的所述规定的位置不变而仅调整所述规定的朝向的多个检测部位扫描程序，

在以所预先设定的所述波形的加热定时作为触发而通过所述红外线相机取得的所述红外线图像当中的在所述加热的初期取得的红外线图像的红外线强度超过了预先确定的强度阈值时，

所述检测位置控制单元切换所预先存储的所述多个检测部位扫描程序，保持所述重叠接合部的表面相对于所述加热照射源以及所述红外线相机的所述规定的位置不变，仅调整所述规定的朝向，

之后，所述加热照射源再次照射所述加热光，所述红外线图像取得单元再次取得所述红外线图像。