CN116840289A - 焊接结构体的内部缺陷检查方法及焊接结构体的内部缺陷检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的问题是，即使在作为检查对象的焊接结构体的表面具有凹凸，也可以判别出内部缺陷。为了解决上述问题，在利用反射波无损地检查焊接结构体的内部的缺陷的情况的内部缺陷检查方法中，利用红外线相机测量焊接结构体的表面温度的时间变化，基于对红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并基于相对于规定的频率的相位值变化率，检查焊接结构体的内部的缺陷的情况。

Description

焊接结构体的内部缺陷检查方法及焊接结构体的内部缺陷检 查系统

技术领域

本发明涉及一种焊接结构体的内部缺陷检查方法及焊接结构体的内部缺陷检查系统。

背景技术

以往，作为无损地检查检查对象物的内部缺陷的方法，已知一种基于使用红外线热成像技术的反射法的检查方法(例如，参照专利文献1～3)。一般来说，相对于正常部，缺陷部的热量传递方式不同，会影响检查对象物的表面温度。基于反射法的检查方法是利用红外线相机测量经加热的检查对象物的表面的温度历史，并将温度历史进行傅立叶变换而作为相位图像来进行图像显示。由此来判别检查对象物的内部的正常部与缺陷部。

[先前技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2020-153750号公报

专利文献2：日本特开2019-095331号公报

专利文献3：日本特开2018-105844号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，在检查对象物是像车身那样激光焊接多张金属板的焊接结构体的情况下，会在表面具有焊接时由焊珠形成的凹凸。凸部比凹部更容易被加热，因此当利用红外线相机对这种焊接结构体的表面温度进行拍摄时，表面温度会参差不齐，无法反映内部结构。其结果是，在任意频率下的相位图像中，在不对应于缺陷部的部位，相位值参差不齐，从而难以正确地判别出内部缺陷。

本发明的目的在于，提供一种焊接结构体的内部缺陷检查方法及焊接结构体的内部缺陷检查系统，即使在作为检查对象物的焊接结构体的表面具有凹凸，也可以判别出内部缺陷。

[解决问题的技术手段]

(1)本发明的焊接结构体的内部缺陷检查方法利用反射波无损地检查焊接结构体(例如，后述的焊接结构体100)的内部的缺陷的情况，在内部缺陷检查方法中，利用红外线相机(例如，后述的红外线相机3)测量前述焊接结构体的表面温度的时间变化，基于对前述红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并基于前述相对于规定的频率的相位值变化率，检查前述焊接结构体的内部的缺陷的情况。

(2)在上述(1)所述的焊接结构体的内部缺陷检查方法中，优选的是，前述规定的频率以如下方式确定，即，利用红外线相机测量具有预先缺陷部的焊接结构体试样的表面温度的时间变化，基于对前述红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，针对规定范围的解析频率计算前述相位值变化率，将前述规定的频率确定为前述相位值变化率的值被分为相对大的部位与相对小的部位的解析频率。

(3)在上述(1)或(2)所述的焊接结构体的内部缺陷检查方法中，优选的是，将前述相对于规定的频率的相位值变化率二维化并进行图像显示。

(4)本发明的焊接结构体的内部缺陷检查系统(例如，后述的内部缺陷检查系统1)利用反射波无损地检查焊接结构体(例如，后述的焊接结构体100)的内部的缺陷的情况并判别内部缺陷，所述焊接结构体的内部缺陷检查系统包括：加热源(例如，后述的加热源2)，对前述焊接结构体进行加热；红外线相机(例如，后述的红外线相机3)，测量前述焊接结构体的表面温度的时间变化；及，缺陷判别装置(例如，后述的缺陷判别装置4)，基于对前述红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并基于前述相对于规定的频率的相位值变化率，来判别前述焊接结构体的内部的缺陷的情况。

(5)在上述(4)所述的焊接结构体的内部缺陷检查系统中，优选的是，具有显示部(例如，后述的显示监视器5)，所述显示部将前述相对于规定的频率的相位值变化率二维化并进行图像显示。

(发明的效果)

根据上述(1)，可以根据焊接结构体的表面温度来检查内部缺陷，而不会受到焊接结构体的表面形状的影响。因此，可以提供一种焊接结构体的内部缺陷检查方法，其可以根据焊接结构体的表面温度，容易地判别出在表面具有凹凸的焊接结构体的内部缺陷。

根据上述(2)，可以将用于判别焊接结构体的内部缺陷的相位值变化率的频率设定为最佳的频率。

根据上述(3)，可以将不受表面形状的影响的焊接结构体的内部缺陷的检查结果可视化。

根据上述(4)，可以根据焊接结构体的表面温度来检查内部缺陷，而不会受到焊接结构体的表面形状的影响。因此，可以提供一种焊接结构体的内部缺陷检查系统，其可以根据焊接结构体的表面温度，容易地判别出在表面具有凹凸的焊接结构体的内部缺陷。

根据上述(5)，可以利用显示部，将不受表面形状的影响的焊接结构体的内部缺陷的检查结果可视化。

附图说明

图1是绘示焊接结构体的内部缺陷检查系统的概略构造的框图。

图2是说明利用红外线相机来测量表面温度的时间变化的情形的图。

图3是说明正常部与缺陷部的温度的时间变化的曲线图。

图4是绘示焊接结构体中的激光焊接部的平面形状的图。

图5是对图4中的激光焊接部进行了X射线计算机断层扫描(ComputedTomography,CT)检查时的A-A'线剖面图。

图6是绘示焊接结构体的表面温度的时间变化的曲线图。

图7是绘示对图6中所示的焊接结构体的表面温度的时间变化进行傅立叶变换而计算出的相位值与解析频率的关系的曲线图。

图8是绘示利用红外线相机对图4中的激光焊接部进行测量时的相位图像的图。

图9是绘示对焊接结构体的表面温度的时间变化进行傅立叶变换而算出的相位值变化率与解析频率的关系的曲线图。

图10是绘示焊接结构体的内部缺陷检查系统中的缺陷判别装置的概略构造的框图。

图11是绘示焊接结构体的内部缺陷检查方法的一例的流程图。

图12是绘示进行了X射线CT检查的焊接结构体中的第一张与第二张激光焊接部的界面的情形的剖面图。

图13是绘示相位值变化率图像的图。

图14是绘示以往的相位值图像的图。

图15是绘示相位值变化率与缺陷率的关系的曲线图。

图16是绘示相位值与缺陷率的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施方式，参照图式详细地说明。图1示出焊接结构体的内部缺陷检查系统的概略构造。内部缺陷检查系统1是用于利用基于反射法的红外线主动热成像技术来检查焊接结构体100的内部缺陷的系统。内部缺陷检查系统1具有加热源2、红外线相机3、缺陷判别装置4及显示监视器5。

在本实施方式中，焊接结构体100例如是车身中使用的层叠金属板。焊接结构体100例如是借由将多张热镀锌钢板等的金属板层叠，并沿着层叠方向激光焊接而形成。焊接结构体100是借由将三张金属板101,102,103激光焊接而形成。金属板101,102,103各自的板厚没有特别限定，例如可以设为0.6mm以上且2.2mm以下。本实施方式中所示的焊接结构体100层叠三张板厚为0.6mm的热镀锌钢板。焊接结构体100的表面100a具有由于焊接时金属熔化而形成的焊珠104。焊珠104以从焊接结构体100的表面100a隆起的方式形成，在表面具有凹凸。

加热源2配置在焊接结构体100的表面100a侧。加热源2借由朝向焊接结构体100的表面100a照射红外线，而将焊接结构体100瞬间加热至规定温度。作为加热源2，只要能够瞬间加热焊接结构体100，则没有特别限制，例如可以使用闪光灯、激光器等。从适合进行瞬间加热的观点考虑，优选激光器。

加热源2对焊接结构体100的具体的加热温度是根据焊接结构体100中使用的金属板的种类、板厚、张数等来适当设定。如本实施方式中所示，在加热由板厚分别为0.6mm以上且2.2mm以下的三张热镀锌钢板构成的焊接结构体100的情况下，加热温度可以设为+10℃以上且+50℃以下。

红外线相机3测量被加热源2加热后的焊接结构体100的表面100a的温度历史。详细而言，如图2中所示，红外线相机3以规定的采样速率Δt来测量加热后的焊接结构体100逐渐冷却时的表面温度的时间变化。具体的红外线相机3只要能够测定焊接结构体100的表面温度的时间变化，则没有特别限制。

缺陷判别装置4基于红外线相机3的测量结果，进行用于判别焊接结构体100的内部的缺陷的情况的处理，并生成图像数据。关于此缺陷判别装置4的具体构造，将在下文中加以叙述。

显示监视器5是内部缺陷检查系统1中的显示部。显示监视器5将由缺陷判别装置4处理后的图像数据二维化并进行画面显示，来进行可视化。

接下来，参照图3～图9，对利用内部缺陷检查系统1的内部缺陷检查方法的原理进行说明。首先，参照图3～图7，对一般的内部缺陷的检查原理进行说明。

如图3中所示，经加热的熔融结构体的表面温度随着加热结束后的时间的推移逐渐被冷却而下降。此时，如果在熔融结构体的内部存在缺陷部，则在缺陷部，热传导性会发生变化。其结果是，缺陷部的温度相对于正常部的温度具有下降缓慢的倾向。

图4示出了俯视焊接结构体的焊珠的状态。预先获知在该焊接结构体的焊珠的内部，如图5中所示，存在多个缺陷部defect1～defect3。当利用红外线相机拍摄加热后的焊接结构体的表面，测量表面温度的时间变化时，如图6中所示，在任意多个部位的正常部N1～N5与多个缺陷部defect1～defect3之间存在偏差。这是因为，由于焊珠表面的凹凸形状，表面温度的时间变化未必反映内部的缺陷部。

即使对该表面温度的时间变化进行傅立叶变换，如图7中所示，相位值相对于解析频率的变化在正常部N1～N5与缺陷部defect1～defect3之间也看不到明显的关系性。其结果是，如图8中所示，所获得的相位图像在正常部内发生相位值的变动，从而无法指定缺陷部。

但是，本发明人由图7中示出的表示相位值与解析频率的关系的曲线图注意到，缺陷部defect1～defect3的相位值与正常部N1～N5的相位值相比，频率依赖性低，并且斜率不同。因此，当基于对图6中所示的结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于解析频率的相位值变化率时，如图9中所示，判明了在某一指定的频率中，相位值变化率的值被分为正常部N1～N5与缺陷部defect1～defect3。

具体而言，着眼于图9中的区域P，解析频率为5Hz时的正常部N1～N5的相位值变化率的值集中于P1所表示的区域，与此相对，缺陷部defect1～defect3的相位值变化率的值集中于P2所表示的区域。区域P2是相对于区域P1而言的相位值变化率的值较小的部位。区域P1与区域P2之间明确分离。即，当检查在表面具有凹凸的焊接结构体的内部缺陷时，基于对焊接结构体的表面温度的时间变化的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，求出规定的频率下的相位值变化率，从而能够将焊接结构体的内部的缺陷部与正常部区分开来并进行判别。

用于根据相位值变化率来判别缺陷部的规定的频率并不限定于5Hz，可以根据焊接结构体的板厚、层叠张数等来适当设定。该频率可以根据具有预先缺陷部的焊接结构体试样求出。即，利用红外线相机测量焊接结构体试样的表面温度的时间变化，并基于对该测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，针对规定范围的解析频率计算出相位值变化率。然后，将所计算出的相位值变化率被分为相对大的部位(例如，图9中所示的区域P1)与相对小的部位(例如，图9中所示的区域P2)的位置处的解析频率(例如，图9中所示的5Hz)确定为用于根据相位值变化率来判别缺陷部的频率。可以对板厚、层叠张数不同的多个焊接结构体中的每一个预先求出该频率。

这样，根据相位值变化率来判别缺陷部的处理是由内部缺陷检查系统1中的缺陷判别装置4来执行。如图10中所示，缺陷判别装置4具有图像获取部41、温度历史测定部42、解析频率确定部43、相位值变化率计算部44及通信部45。缺陷判别装置4的这些各部的功能由中央处理器(central processing unit,CPU)(未图示)进行控制，所述CPU由对缺陷判别装置4进行整体控制的处理器构成，例如借由执行存储部中所保存的规定的软件(程序、应用)来实现。

图像获取部41获取表示由红外线相机3拍摄的焊接结构体100的表面100a的温度的时间变化的图像数据。

温度历史测定部42基于由图像获取部41获取的图像数据，测定例如图6中所示的焊接结构体100的温度历史。

解析频率确定部43确定用于根据相位值变化率来判别缺陷部的频率(例如，图9中所示的5Hz)，所述相位值变化率是指与作为检查对象的焊接结构体100相对应的相位值变化率。该频率被预先求出，并与焊接结构体的种类(板厚、层叠张数等)相对应地存储在缺陷判别装置4中设置的存储部(未图示)或者独立于缺陷判别装置4的数据库(未图示)中。解析频率确定部43从存储部或者数据库中读出与作为检查对象的焊接结构体100的种类相对应的频率并进行设定。

相位值变化率计算部44对温度历史测定部42所测定出的温度历史的测量结果进行傅立叶变换求出相位值，并基于该相位值，计算出相对于解析频率确定部43所设定的规定的频率的相位值变化率。计算结果被二维图像数据化。

通信部45将相位值变化率计算部44所计算出的相位值变化率的计算结果发送至显示监视器5。由此，相位值变化率图像被画面显示在显示监视器5上而被可视化。

接下来，参照图11，对利用内部缺陷检查系统1的内部缺陷检查方法的具体流程进行说明。首先，驱动加热源2，朝向工件即焊接结构体100的表面100a照射规定时间的红外线。由此，焊接结构体100被瞬间加热至规定温度(步骤S1)。

当焊接结构体100被加热至规定温度后，红外线相机3以规定的采样速率拍摄经加热的焊接结构体100的表面100a，并测定慢慢冷却的焊接结构体100的表面温度的时间变化(步骤S2)。

缺陷判别装置4获取表示由红外线相机3拍摄的焊接结构体100的表面100a的温度的时间变化的图像数据，并基于该图像数据，测定焊接结构体100的温度历史。缺陷判别装置4在相位值变化率计算部44中对温度历史的测定结果进行傅立叶变换，计算出在解析频率确定部43所确定的频率下的相位值变化率(步骤S3)。

其后，缺陷判别装置4将所计算出的相位值变化率二维化，并经由通信部45在显示监视器5上进行画面显示(步骤S4)。

图12是绘示从焊接结构体100的表面100a起的第一张与第二张的界面(距离最表面0.6mm的位置)上的缺陷部(黑点所示的部位)的情形的X射线CT图像。在图13示出该焊接结构体100的表面100a的相位值变化率的图像，所述相位值变化率的图像是按照如上所述的内部缺陷检查方法计算出并在显示监视器5上对相位值变化率的图像进行画面显示。在所获得的图像中，与图12中所示的缺陷部的位置相对应地，示出了相位值变化率下降的部位。因此，容易判别正常部与缺陷部。

与此相对，图14示出根据图12中所示的焊接结构体100的表面100a的拍摄结果获得的以往的相位图像。所获得的图像与图13中所示的相位值变化率的图像相比，与图12中所示的缺陷部的位置对应的缺陷部未明确显现，从而难以判别正常部与缺陷部。因而，根据本实施方式的内部缺陷检查方法，即使焊接结构体100的表面100a具有凹凸，也能够判别出内部缺陷。

在本实施方式的内部缺陷检查方法中，由于可以明确地判别出焊接结构体100的内部缺陷，因此能够对缺陷率进行大致区分。例如，将图13中所示的相位值变化率的图像一分为四，求出相对于相位值变化率(degree/Hz)的缺陷率(％)。其结果是，如图15中所示，可知相位值变化率与缺陷率具有一定的相关性。由此，借由将某一缺陷率(例如15％)设为阈值，可以根据缺陷的程度来对焊接结构体100进行分类。

此外，即使以同样的方式求出以往的相对于相位值(degree)的缺陷率(％)，如图16中所示，在相位值与缺陷率之间也看不到相关性。因此，不能根据缺陷的程度来对焊接结构体100进行分类。

如上所述，根据本实施方式的内部缺陷检查方法，起到以下效果。即，在利用反射波无损地检查焊接结构体100的内部的缺陷的情况的内部缺陷检查方法中，利用红外线相机3测量焊接结构体100的表面100a的温度的时间变化，基于对红外线相机3的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并基于相对于规定的频率的相位值变化率，检查焊接结构体100的内部的缺陷的情况。据此，可以根据焊接结构体100的表面温度来检查内部缺陷，而不会受到焊接结构体100的表面形状的影响。因此，可以根据焊接结构体100的表面温度，容易地判别出在表面100a具有凹凸的焊接结构体100的内部缺陷。

在本实施方式的内部缺陷检查方法中，规定的频率以如下方式确定，即，利用红外线相机测量具有预先缺陷部的焊接结构体试样的表面温度的时间变化，基于对红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，针对规定范围的解析频率计算相位值变化率，将规定的频率确定为相位值变化率的值被分为相对大的部位与相对小的部位的解析频率。据此，可以将用于判别焊接结构体100的内部缺陷的相位值变化率的频率设定为最佳的频率。

在本实施方式的内部缺陷检查方法中，将相对于规定的频率的相位值变化率二维化并进行图像显示。据此，可以将不受表面形状的影响的焊接结构体100的内部缺陷的检查结果可视化。

根据本实施方式的内部缺陷检查系统1，起到以下效果。即，在利用反射波无损地检查焊接结构体100的内部的缺陷的情况的焊接结构体100的内部缺陷检查系统1中，包括：加热源2，对焊接结构体100进行加热；红外线相机3，测量焊接结构体100的表面100a的温度的时间变化；及，缺陷判别装置4，基于对红外线相机3的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并基于相对于规定的频率的相位值变化率，来判别焊接结构体100的内部的缺陷的情况。据此，可以根据焊接结构体100的表面温度来检查内部缺陷，而不会受到焊接结构体100的表面形状的影响。因此，可以根据焊接结构体100的表面温度，容易地判别出在表面具有凹凸的焊接结构体100的内部缺陷。

在本实施方式的内部缺陷检查系统1中，具有显示监视器5，所述显示监视器5将相对于规定的频率的相位值变化率二维化并进行图像显示。据此，可以利用显示监视器5，将不受表面形状的影响的焊接结构体100的内部缺陷的检查结果可视化。

附图标记

1 内部缺陷检查系统

2 加热源

3 红外线相机

4 缺陷判别装置

5 显示监视器(显示部)

100 焊接结构体

Claims (5)

1.一种焊接结构体的内部缺陷检查方法，利用反射波无损地检查焊接结构体的内部的缺陷的情况，在所述内部缺陷检查方法中，

利用红外线相机测量前述焊接结构体的表面温度的时间变化，

基于对前述红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并且，

基于前述相对于规定的频率的相位值变化率，检查前述焊接结构体的内部的缺陷的情况。

2.根据权利要求1所述的焊接结构体的内部缺陷检查方法，其中，

前述规定的频率以如下方式确定，即，

利用红外线相机测量具有预先缺陷部的焊接结构体试样的表面温度的时间变化，

基于对前述红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，针对规定范围的解析频率计算前述相位值变化率，并且，

将前述规定的频率确定为前述相位值变化率的值被分为相对大的部位与相对小的部位的解析频率。

3.根据权利要求1或2所述的焊接结构体的内部缺陷检查方法，其中，将前述相对于规定的频率的相位值变化率二维化并进行图像显示。

4.一种焊接结构体的内部缺陷检查系统，利用反射波无损地检查焊接结构体的内部的缺陷的情况，所述焊接结构体的内部缺陷检查系统包括：

加热源，对前述焊接结构体进行加热；

红外线相机，测量前述焊接结构体的表面温度的时间变化；及，

缺陷判别装置，基于对前述红外线相机的测量结果进行傅立叶变换得到的相位值，计算相对于规定的频率的相位值变化率，并基于前述相对于规定的频率的相位值变化率，来判别前述焊接结构体的内部的缺陷的情况。

5.根据权利要求4所述的焊接结构体的内部缺陷检查系统，其具有显示部，所述显示部将前述相对于规定的频率的相位值变化率二维化并进行图像显示。