CN104062358A - 超声波检查装置以及超声波检查方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够简易地检测焊接部的尺寸的超声波检查装置以及超声波检查方法。实施方式的超声波检查装置，具备：振动产生部，向第一部件照射激光，产生超声波振动；检测部，检测经由焊接部从上述第一部件传播至第二部件的超声波振动；以及解析部，解析由上述检测部检测到的所传播的上述超声波振动。并且，上述解析部求出上述第二部件在厚度方向上的位移最大时由上述检测部检测到的超声波振动的频率及波长的至少某个，根据预先求出的、上述第二部件的上述第一部件侧的面的位置上的焊接部的截面尺寸、与上述超声波振动的频率及波长的至少某个之间的相关关系，求出上述焊接部的截面尺寸。

Description

超声波检查装置以及超声波检查方法

本申请主张以日本专利申请特愿2013-061142（申请日：2013年3月22日）为基础的优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及超声波检查装置以及超声波检查方法。

背景技术

有如下超声波检查方法，即：对检查对象照射激光，使检查对象产生超声波振动，对在检查对象中传播的超声波振动进行解析，由此对检查对象的内部状态进行检查。

并且，提出了如下技术，即：预先求出母材进行谐振的频率，对产生超声波振动的位置和检测超声波振动的位置进行扫描，根据扫描位置求出以比母材进行谐振的频率低的频率进行谐振的区域的尺寸，将求出的区域的尺寸作为焊接部的尺寸。

但是，存在超声波检查方法繁琐、超声波检查装置复杂等问题。

因此，希望开发出能够简易地检测焊接部的尺寸的技术。

发明内容

本发明要解决的课题在于，提供一种能够简易地检测焊接部的尺寸的超声波检查装置以及超声波检查方法。

实施方式的超声波检查装置，具备：振动产生部，对第一部件照射激光，产生超声波振动；检测部，检测经由焊接部从上述第一部件向第二部件传播的超声波振动；以及解析部，解析由上述检测部检测到的所传播的上述超声波振动。

并且，上述解析部，求出上述第二部件在厚度方向上的位移最大时由上述检测部检测出的超声波振动的频率及波长的至少某个，根据预先求出的、上述第二部件的上述第一部件侧的面的位置上的焊接部的截面尺寸、与上述超声波振动的频率及波长的至少某个之间的相关关系，求出上述焊接部的截面尺寸。

根据上述构成的超声波检查装置，能够提供能够简易地检测焊接部的尺寸的超声波检查装置。

附图说明

图1是用于例示本实施方式的超声波检查装置1的示意图。

图2的（a）～（d）是用于例示超声波振动传播的形态的示意图。

图3是用于例示对到达激光L2所照射的位置的超声波振动进行频率解析的一例的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式进行例示。另外，各附图中，对相同的构成要素附加同一符号而将详细说明适当省略。

图1是用于例示本实施方式的超声波检查装置1的示意图。

首先，对检查对象100进行说明。

如图1所示，检查对象100是在部件101（相当于第一部件的一例）与部件102（相当于第二部件的一例）重合的部分进行了焊接的结构。例如，是将部件101与部件102进行了塞焊（plug weld）或槽焊（slot weld）的结构。

被焊接的部分表示为焊接部103。

此外，对超声波振动进行检测的一侧的部件（在图1所例示的情况下是部件102）的产生超声波振动的一侧的部件（在图1中所例示的情况下是部件101）侧的面（在图1中所例示的情况下是面102a）的位置上的焊接部103的截面尺寸被设为W（以下，简称为焊接部103的截面尺寸W）。

另外，图1中，在部件101与部件102之间设有间隙，但部件101和部件102也可以接触。

部件101及部件102的材料没有特别限定。部件101及部件102的材料例如能够采用金属、树脂等。

这里，有检查焊接部103是否具有适当的强度的情况。该情况下，焊接部103中设有塞或槽的部件102侧能够从外部观察焊接的状态。

但是，焊接部103中，形成在部件101和部件102之间的部分无法从外部观察焊接的状态。

并且，无法从外部观察的焊接部103的截面尺寸W对焊接强度的适当与否带来较大影响。

因此，若能够检测无法从外部观察的焊接部103的截面尺寸W，则能够进行焊接强度的适当与否的判断。

本实施方式的超声波检查装置1如后述那样，能够简易地检测焊接部103的截面尺寸W。进而，能够根据检测到的焊接部103的截面尺寸W、和预先求出的截面尺寸长度的阈值，判定焊接强度的适当与否。

接着，返回图1，对超声波检查装置1进行例示。

超声波检查装置1设有振动产生部2、检测部5、解析部9以及控制部14。

振动产生部2对部件101照射激光L1，使部件101产生超声波振动。

振动产生部2设有激光光源3和照射头4。

激光光源3能够射出高能量且被时间调制后的激光L1。激光光源3例如能够设置为脉冲激光光源。激光光源3例如能够采用YAG激光器、CO2激光器、钛蓝宝石激光器、准分子激光器等可脉冲振荡的激光器。

但是，激光光源3不限于例示的激光器，只要是能够使检查对象100产生超声波振动的激光器即可。

照射头4经由光纤13a而与激光光源3连接。照射头4将从激光光源3射出的激光L1向部件101的表面照射。照射头4能够具有使激光L1聚光的未图示的光学机构（例如透镜等）。

另外，例示了照射头4与激光光源3经由光纤13a连接的情况，但不限于此。只要将照射头4与激光光源3光学连接即可。

检测部5检测向在与部件101重合的部分上与部件101焊接的部件102传播的超声波振动。即，检测部5检测由振动产生部2产生的、从部件101经由焊接部103向部件102传播的超声波振动。

此外，检测部5将检测出的超声波振动变换为电信号。

检测部5能够设置为例如激光干涉计。

检测部5设有激光光源6、头7以及变换部8。

激光光源6例如能够采用半导体激光器。

头7经由光纤13b而与激光光源6连接。此外，头7经由光纤13c而与变换部8连接。另外，不限于基于光纤13b、13c的连接，只要光学连接即可。

头7将从激光光源6射出的激光L2向部件102的表面照射。此外，头7接收来自部件102的表面的反射光L3。头7能够具有使激光L2、L3聚光的未图示的光学机构（例如透镜等）。

根据部件102的表面的位置变化（部件102在厚度方向上的位移），反射光L3的光路长变化。因此，通过使从激光光源6射出并在头7内的反射面（参照面）反射的激光L2（参照光）、与来自部件102的表面的反射光L3在头7内干涉从而能够产生干涉光。

干涉光的强度根据从头7内的反射面到部件102的表面的距离而变化。因此，根据干涉光的强度的变化，能够检测部件102在厚度方向上的位移量。

并且，变换部8通过检测相对于经过时间的干涉光的强度变化（相对于经过时间的部件102在厚度方向上的位移），检测向部件102传播的超声波振动。

变换部8将检测出的超声波振动变换为电信号。变换部8例如能够具备CCD（Charge Coupled Devices，电荷耦合元件）等固体摄像元件。

另外，例示了检测部5是激光干涉计的情况，但不限于此。只要能够检测向部件102传播的超声波振动即可。例如，检测部5也可以具备压电元件。

但是，使检测部5为激光干涉计等能够以非接触的方式进行检测的结构时，能够扩大对检查对象的适用范围。

解析部9解析由检测部5检测到的超声波振动。

例如，解析部9根据由检测部5检测到的超声波振动，求出焊接部103的截面尺寸W。进而，解析部9根据求出的焊接部103的截面尺寸W，判定焊接强度的适当与否。

解析部9设有运算部10、判定部11以及显示部12。

运算部10根据由检测部5检测出的超声波振动，对焊接部103的截面尺寸W进行运算。

运算部10例如通过进行到达激光L2所照射的位置的超声波振动的频率解析，对焊接部103的截面尺寸W进行运算。超声波振动的频率解析例如能够用高速傅里叶变换（FFT）进行。

例如，解析部9所设置的运算部10求出部件102在厚度方向上的位移最大时由检测部5检测出的超声波振动的频率及波长的至少某个。并且，根据预先求出的、焊接部的截面尺寸W与超声波振动的频率及波长的至少某个之间的相关关系，求出焊接部的截面尺寸W。

另外，关于求出焊接部103的截面尺寸W的方法在后面详述。

判定部11根据求出的焊接部103的截面尺寸W判定焊接强度的适当与否。例如，在求出的焊接部103的截面尺寸W比预先确定的阈值长的情况下，能够判定为焊接强度是适当的。相对于此，在求出的焊接部103的截面尺寸W比预先确定的阈值短的情况下，能够判定为焊接强度是不适当的。另外，阈值能够通过对焊接部103的截面尺寸W与焊接强度之间的关系进行实验、仿真等来决定。

显示部12显示由运算部10求出的焊接部103的截面尺寸W、判定部11的焊接强度的判定结果。显示部12例如可以是液晶显示装置等。

控制部14对激光光源3和激光光源6进行控制。控制部14例如对来自激光光源3的激光L1的射出、激光L1的射出停止等进行控制。控制部14例如对来自激光光源6的激光L2的射出、激光L2的射出停止等进行控制。

接着，对超声波检查装置1的作用以及本实施方式的超声波检查方法进行例示。

首先，通过控制部14使从激光光源3射出激光L1。从激光光源3射出的激光L1经由光纤13a向照射头4入射。向照射头4入射的激光L1向部件101的表面照射。当向部件101的表面照射激光L1时，部件101的表面发生热变形等，部件101产生高频弹性波（超声波）。即，产生超声波振动。产生的超声波振动在部件101中传播，经由焊接部103向部件102传播。

图2的（a）～（d）是用于例示超声波振动传播的形态的示意图。

图2的（a）是用于例示图1中的A部的超声波振动的示意图。

图2的（b）是用于例示图1中的B部的超声波振动的示意图。

图2的（c）是用于例示图1中的C部的超声波振动的示意图。

图2的（d）是用于例示图1中的D部的超声波振动的示意图。

如图2（a）所示，在部件101的被激光L1照射的位置（图1中的A部），产生具有各种波长（频率）的超声波振动。

接着，在部件101的被激光L1照射的位置产生的超声波振动在部件101中传播。此时，具有短波长（具有高频率）的超声波振动具有难以传播的性质。

因此，如图2（b）所示，在部件101的焊接部103附近的位置（图1中的B部），仅具有较长的波长（具有较低的频率）的超声波振动到达。

并且，当超声波振动经过焊接部103到达部件102时，具有长波长（具有低频率）的超声波振动具有难以在焊接部103中通过的性质。

因此，如图2（c）所示，在部件102的焊接部103附近的位置（图1中的C部），到达部件101的焊接部103附近的位置的超声波振动中，仅具有短波长（具有高频率）的超声波振动到达。

因此，根据本发明者们的得到的见解，当焊接部103的截面尺寸W变化时，能够在焊接部103中通过的超声波振动的波长（频率）变化已得到明确。即，焊接部103的截面尺寸W越短，能够在焊接部103中通过的超声波振动的波长越短（频率越高）已得到明确。

到达部件102的焊接部103附近的位置的超声波振动在部件102中传播。此时，具有短波长（具有高频率）的超声波振动具有难以传播的性质。

因此，如图2的（d）所示，在部件102的被激光L2照射的位置（图1中的D部），在焊接部103中通过的超声波振动中，仅具有长波长（具有低频率）的超声波振动到达。

即，如以上说明的那样，当焊接部103的截面尺寸W变化时，到达被激光L2照射的位置的超声波振动的波长、频率变化。

因此，通过对到达被激光L2照射的位置的超声波振动的波长、频率进行解析，能够求出焊接部103的截面尺寸W。此外，根据求出的焊接部103的截面尺寸W，能够判定焊接强度的适当与否。

图3是用来例示对到达被激光L2照射的位置的超声波振动进行频率解析的一例的曲线图。

图3是用高速傅里叶变换对到达被激光L2照射的位置的超声波振动进行频率解析的图。

图3中的S1是焊接部103的截面尺寸W为1mm的情况，S2是焊接部103的截面尺寸W为0.5mm的情况，S3是焊接部103的截面尺寸W为0.1mm的情况。

如上述那样，焊接部103的截面尺寸W越短，能够在焊接部103中通过的超声波振动的频率越高。

因此，如图3所示，对应于焊接部103的截面尺寸W，频率特性变化。并且，可知当焊接部103的截面尺寸W变化时，部件102在厚度方向上的位移为最大的频率变化。例如，焊接部103的截面尺寸W为1mm的情况下，在频率F1，部件102在厚度方向上的位移最大。焊接部103的截面尺寸W为0.5mm的情况下，在频率F2，部件102在厚度方向上的位移最大。焊接部103的截面尺寸W为0.1mm的情况下，在频率F3，部件102在厚度方向上的位移最大。

即，若预先通过实验、仿真来求出焊接部103的截面尺寸W与部件102在厚度方向上的位移为最大的频率之间的关系，则通过检测部件102在厚度方向上的位移为最大的频率，能够求出焊接部103的截面尺寸W的尺寸。例如，若在频率F1时部件102在厚度方向上的位移最大，则可知焊接部103的截面尺寸W为1mm。例如，若在频率F2时部件102在厚度方向上的位移最大，则可知焊接部103的截面尺寸W为0.5mm。例如，若在频率F3时部件102在厚度方向上的位移最大，则可知焊接部103的截面尺寸W为0.1mm。

并且，根据这样求出的焊接部103的截面尺寸W，能够判定焊接强度的适当与否。例如，在求出的焊接部103的截面尺寸W比预先确定的阈值长的情况下，能够判定为焊接强度是适当的。相对于此，在求出的焊接部103的截面尺寸W比预先确定的阈值短的情况下，能够判定为焊接强度是不适当的。阈值能够通过对焊接部103的截面尺寸W与焊接强度之间的关系进行实验、仿真等来决定。

另外，利用当焊接部103的截面尺寸W变小时厚度方向的位移变小这一情况，在峰值频率时厚度方向的位移超过预先确定的阈值的情况下，也能够判断为是适当的。

另外，以上是根据频率来求出焊接部103的截面尺寸W、判定焊接强度的适当与否的情况，但是例如也可以根据波长来求出焊接部103的截面尺寸W、判定焊接强度的适当与否。

如以上所例示的那样，本实施方式的超声波检查方法，具备以下工序：对部件101照射激光而使超声波振动产生的工序；检测在与部件101重合的部分向与部件101焊接的部件102传播的超声波振动的工序；求出部件102在厚度方向上的位移最大时所检测到的超声波振动的频率及波长的至少某个，根据预先求出的焊接部103的截面尺寸W与超声波振动的频率及波长的至少某个之间的相关关系，求出焊接部W的截面尺寸的工序。

该情况下，在检测向部件102传播的超声波振动的工序中，检测通过对部件101照射激光而产生的、从部件101经由焊接部103向部件102传播的超声波振动。

此外，还可以具备根据求出的焊接部103的截面尺寸W和预先求出的阈值来判定焊接强度的适当与否的工序。

此外，根据本发明者们得到的见解，已明确得知，将部件102在厚度方向上的位移最大时的超声波振动的频率设为F、焊接部103的截面尺寸设为W、传播的超声波振动的速度设为V时，V／5W≤F≤V／W。

另外，以上中，例示了将部件101和部件102进行塞焊或槽焊的情况，但也可以应用于将部件101和部件102进行点焊的情况。

根据本实施方式的超声波检查装置以及超声波检查方法，对部件101照射激光L1，对经由焊接部103向部件102传播的超声波振动的频率、波长进行解析，从而能够求出焊接部103的截面尺寸W。此外，根据求出的焊接部103的截面尺寸W，能够判定焊接强度是否适当。

即，能够简易地检测焊接部103的截面尺寸W。进而，能够简易地判定焊接强度是否适当。

以上，例示了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意欲限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更等。这些实施方式及其变形例包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求所记载的发明及其等同范围内。此外，上述各实施方式能够相互组合实施。

Claims (20)

1.一种超声波检查装置，具备：

振动产生部，对第一部件照射激光，使超声波振动产生；

检测部，检测经由焊接部从上述第一部件传播至第二部件的超声波振动；以及

解析部，解析由上述检测部检测出的被传播的上述超声波振动；

上述解析部求出上述第二部件在厚度方向上的位移成为最大时由上述检测部检测出的超声波振动的频率及波长的至少某个，根据预先求出的、上述第二部件的上述第一部件侧的面的位置上的焊接部的截面尺寸与上述超声波振动的频率及波长的至少某个之间的相关关系，求出上述焊接部的截面尺寸。

2.如权利要求1记载的超声波检查装置，

将上述第二部件在厚度方向上的位移成为最大时由上述检测部检测出的超声波振动的频率设为F，将上述焊接部的截面尺寸设为W，将传播的上述超声波振动的速度设为V时，满足以下式子：

V／5W≤F≤V／W。

3.如权利要求1记载的超声波检查装置，

上述振动产生部具有射出高能量且被时间调制后的激光的第一激光光源。

4.如权利要求3记载的超声波检查装置，

上述第一激光光源是脉冲激光光源。

5.如权利要求1记载的超声波检查装置，

上述检测部检测由上述振动产生部产生的、从上述第一部件经由上述焊接部传播至上述第二部件的上述超声波振动。

6.如权利要求1记载的超声波检查装置，

上述检测部具有：

射出激光的第二激光光源；

头，将从上述第二激光光源射出的上述激光向上述第二部件的表面照射，基于上述激光和来自上述第二部件的表面的反射光产生干涉光；以及

变换部，根据上述干涉光相对于经过时间的强度变化，检测超声波振动。

7.如权利要求1记载的超声波检查装置，

上述解析部通过高速傅里叶变换进行上述超声波振动的频率解析。

8.如权利要求1记载的超声波检查装置，

上述解析部根据求出的上述焊接部的截面尺寸和预先求出的阈值，判定焊接强度的适当与否。

9.如权利要求8记载的超声波检查装置，

上述解析部在求出的上述焊接部的截面尺寸比上述阈值长的情况下，判定为上述焊接强度是适当的。

10.如权利要求1记载的超声波检查装置，

上述焊接部通过从塞焊、槽焊及点焊构成的组中选出的至少1种来形成。

11.一种超声波检查方法，具备以下工序：

对第一部件照射激光，使超声波振动产生的工序；

检测经由焊接部从上述第一部件传播至第二部件传播的超声波振动的工序；以及

求出上述第二部件在厚度方向上的位移成为最大时所检测出的上述超声波振动的频率及波长的至少某个，根据预先求出的、上述第二部件的上述第一部件侧的面的位置上的焊接部的截面尺寸与上述超声波振动的频率及波长的至少某个之间的相关关系，求出上述焊接部的截面尺寸的工序。

12.如权利要求11记载的超声波检查方法，

将上述第二部件在厚度方向上的位移成为最大时所检测出的上述超声波振动的频率设为F，将上述焊接部的截面尺寸设为W，将传播的上述超声波振动的速度设为V时，满足以下式子：

V／5W≤F≤V／W。

13.如权利要求11记载的超声波检查方法，

在使上述超声波振动产生的工序中，照射高能量且被时间调制后的上述激光。

14.如权利要求13记载的超声波检查方法，

上述高能量且被时间调制后的上述激光是脉冲激光。

15.如权利要求11记载的超声波检查方法，

在检测超声波振动的工序中，检测通过对上述第一部件照射激光而产生的、从上述第一部件经由上述焊接部传播至上述第二部件的上述超声波振动。

16.如权利要求11记载的超声波检查方法，

在检测上述超声波振动的工序中，

向上述第二部件的表面照射激光，基于照射的上述激光和来自上述第二部件的表面的反射光产生干涉光，根据上述干涉光相对于经过时间的强度变化，检测超声波振动。

17.如权利要求11记载的超声波检查方法，

在求出上述焊接部的截面尺寸的工序中，通过高速傅里叶变换进行上述超声波振动的频率解析。

18.如权利要求11记载的超声波检查方法，

还具备根据求出的上述焊接部的截面尺寸和预先求出的阈值来判定焊接强度的适当与否的工序。

19.如权利要求18记载的超声波检查方法，

在判定上述焊接强度的适当与否的工序中，在求出的上述焊接部的截面尺寸比上述阈值长的情况下，判定为上述焊接强度是适当的。

20.如权利要求11记载的超声波检查方法，

上述焊接部通过从塞焊、槽焊及点焊构成的组中选出的至少1种来形成。