DE112006000360B4

DE112006000360B4 - Automatische Ultraschallprüfvorrichtung, automatisches Ultraschallprüfverfahren und Herstellverfahren unter Anwendung des Prüfverfahrens

Info

Publication number: DE112006000360B4
Application number: DE112006000360T
Authority: DE
Inventors: Hideki Tanishiki
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: US7798002B2; WO2006085570A1; JP2006220608A; US20080210009A1; CN101120248B; DE112006000360T5; CN101120248A; JP3886014B2

Abstract

Automatische Ultraschallprüfvorrichtung (1) zum automatischen Kontrollieren der Qualität eines punktgeschweißten Bereichs (70) eines Prüfobjekts (7), umfassend: ein Ultraschallprüfinstrument (2) mit einer Ultraschallsonde (2a) zum Senden von Ultraschallwellen und zum Erfassen von reflektierten Wellen während ihres Kontakts mit dem punktgeschweißten Bereich (70) und mit einer Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung (2b), die mit der Ultraschallsonde (2a) verbunden ist, zum Konvertieren von der Ultraschallsonde (2a) empfangenen Reflexionswellenerfassungssignale in Prüfinformationen; einen Roboterarm (4) mit einer Mehrzahl von Gelenken zum dreidimensionalen Einstellen der Stellung und Lage der Ultraschallsonde (2a) relativ zu dem punktgeschweißten Bereich (70); und eine mit dem Ultraschallprüfinstrument (2) und dem Roboterarm (4) verbundene Steuerungsvorrichtung (5) zur Daten- und Signalkommunikation mit dem Ultraschallprüfinstrument (2) und dem Roboterarm (4); wobei die Steuerungsvorrichtung (5) eine Steuereinheit (51) zum Festlegen des punktgeschweißten Bereichs (70) und zum Bewegen der Ultraschallsonde (2a) in eine anfängliche Mitte aufweist und wobei eine Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit (6) mit der Steuerungsvorrichtung...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung, ein automatisches Ultraschallprüfverfahren und ein Herstellungsverfahren, bei welchem das Prüfverfahren angewendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere solche automatische Verfahren, bei denen Roboter zum Einsatz kommen.
Technischer Hintergrund
Es ist ein Verfahren allgemein bekannt, das Ultraschallprüfinstrumente für die zerstörungsfreie Prüfung von punktgeschweißten Bereichen anwendet. Das Ultraschallprüfinstrument weist beispielsweise eine Ultraschallsonde, die Ultraschallwellen aussendet und die reflektierten Ultraschallwellen erfasst, während die Sonde mit punktgeschweißten Bereichen in Kontakt ist, und eine mit der Ultraschallsonde verbundene Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung des Ultraschallprüfinstruments auf, das von der Ultraschallsonde Signale einer erfassten reflektierten Welle empfängt und diese Signale in Prüfdaten umwandelt. Da Ultraschallwellen bei dem Ultraschallprüfinstrument durch eine in dem punktgeschweißten Bereich gebildete Schweißlinse gedämpft werden, ist es möglich, die Qualität der geschweißten Bereiche zu kontrollieren (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Patentdokument 1: Ungeprüfte Patentpublikation JP 11-326 287 A
In der DE 101 25 782 A1 ist ein Verfahren zum automatisierten Ultraschallprüfen von Widerstandspunktschweißverbindungen offenbart, bei dem ein Roboter eine Ultraschallprüfsonde zunächst auf eine gespeicherte Sollposition fährt und dann an Hand der Daten des Ultraschallsignals ermittelt, ob die Position bereits optimal zur Qualitätskontrolle des Schweißpunktes ist oder ob die Position des Ultraschall-Prüfkopfes innerhalb einer vorbestimmten Matrix verschoben werden soll.
Die DE 101 13 238 C1 beschreibt die Positionierung einer Ultraschall-Prüfsonde auf einem Schweißpunkt, indem zunächst der Schweißpunkt unter Zuhilfenahme von Bildverarbeitungsdaten angefahren wird und dann der Winkel der Prüfsonde relativ zu einer Tangentialebene des Schweißpunktes bis zu einer optimalen Position für eine Qualitätskontrolle verändert wird.
In der DE 699 13 106 T2 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Markierungen auf einem Werkstück erfasst werden und an Hand der Markierungen ein Roboterarm in eine Arbeitsposition gefahren wird.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Um die punktgeschweißten Bereiche präzise prüfen zu können, ist es erforderlich, dass die Ultraschallsonde für eine Ultraschallprüfung mit der Mitte der Schweißlinse in Kontakt gelangt. Die genaue Mitte der Schweißlinse unterscheidet sich jedoch in vielen Fällen von der augenscheinlichen Mitte von Schweißnarben, so dass es schwierig ist, die genaue Mitte nur durch Augenschein zu identifizieren. Selbst wenn die genaue Mitte identifiziert ist, ist es, da die Intensität der reflektierten Wellen relativ zu der Schweißlinse abhängig von den Einfallswinkeln der Ultraschallwellen unterschiedlich ist, schwierig, die Qualität der punktgeschweißten Bereiche genau zu kontrollieren, und mühsam, den Winkel der Ultraschallsonde einzustellen. Speziell wenn der punktgeschweißte Bereich an einer gekrümmten Oberfläche gebildet ist, benötigt dies viele Arbeitsstunden. Wenn also der Prüfvorgang von einer Bedienungsperson durchgeführt wird, verschlechtern sich die Genauigkeit und die Effizienz der Qualitätskontrolle ganz enorm.
Obwohl eine Vorrichtung vorgeschlagen wurde, die den Prüfvorgang mit Robotern durchführt, fehlt ein Verfahren zur effizienten und hochgenauen Identifizierung der Mitte der Schweißlinse in dem punktgeschweißten Bereich oder zur Einstellung des optimalen Einfallswinkels der Ultraschallwellen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Qualität von punktgeschweißten Bereichen unter Verwendung eines Ultraschallprüfinstruments mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit zu kontrollieren.
Lösung des Problems
Es wird eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, um einen punktgeschweißten Bereich eines Prüfobjekts automatisch zu prüfen. Die Vorrichtung weist ein Ultraschallprüfinstrument, einen Roboterarm und eine Steuervorrichtung auf. Das Ultraschallprüfinstrument weist eine Ultraschallsonde zum Senden von Ultraschallwellen und zum Erfassen von reflektierten Ultraschallwellen während des Kontakts der Sonde mit dem punktgeschweißten Bereich und eine mit der Ultraschallsonde verbundene Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung zum Konvertieren der von der Ultraschallsonde empfangenen Erfassungssignale der reflektierten Wellen in Prüfinformationen auf. Der Roboterarm hat eine Mehrzahl von Gelenken zum dreidimensionalen Einstellen der Stellung und Lage der Ultraschallsonde relativ zu dem punktgeschweißten Bereich. Die Steuerungsvorrichtung ist mit dem Ultraschallprüfinstrument und mit dem Roboterarm verbunden, zur Daten- und Signalkommunikation mit dem Ultraschallprüfinstrument und mit dem Roboterarm. Die Steuerungsvorrichtung hat eine Steuereinheit zum Festlegen des punktgeschweißten Bereichs zum Bewegen der Ultraschallsonde in eine anfängliche Mitte. Die Vorrichtung umfasst eine Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit, die mit der Steuerungsvorrichtung verbunden ist, um eine vorläufige Mitte zu identifizieren, indem sie die Bilddaten von dem punktgeschweißten Bereich empfängt und verarbeitet. Die Steuerungsvorrichtung hat eine Tatsächliche-Mitte-Identifizierungseinheit zum Identifizieren einer Position einer tatsächlichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs mit Bezug auf Prüfinformationen, die rund um eine voreingestellte vorläufige Mitte des punktgeschweißten Bereichs erhalten werden, und eine Bestimmungseinheit zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit Bezugnahme auf die an der tatsächlichen Mitte erhaltenen Prüfinformationen.
Da die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung die nach Augenschein beurteilte vorläufige Mitte identifiziert, ist es möglich, die vorläufige Mitte nahe an der tatsächlichen Mitte zu identifizieren, wodurch die Anzahl der einzelnen Prüfinformationen, die durch die Tatsächliche-Mitte-Identifizierungseinheit erhalten werden, reduziert wird. Es ist daher möglich, die Qualitätskontrolle des punktgeschweißten Bereichs mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
Da bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung die Tatsächliche-Mitte-Identifizierungseinheit die tatsächliche Mitte des punktgeschweißten Bereichs, d. h. die durch bloßen Augenschein nicht zu beurteilende Mitte einer Schweißlinse, identifizieren kann, ist es möglich, die Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit einem ungleich höheren Grad an Genauigkeit zu prüfen als bei Durchführung der Prüfung durch die Bedienungsperson. Zusätzlich ermöglicht der automatische Betrieb durch die Steuerungsvorrichtung und den Roboterarm einen Betrieb mit einer im Vergleich zur einer Durchführung durch die Bedienperson hohen Geschwindigkeit.
Es wird eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung gemäß dem von Anspruch 1 abhängigen Anspruch 2 vorgeschlagen, bei der die Steuerungsvorrichtung eine Optimal-Prüfinformation-Einheit aufweist, um eine Prüfinformation zu erhalten, die zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs in Bezug auf einzelne Prüfinformationen optimal ist, die rund um die zentrale Achse der tatsächlichen Mitte erhalten werden, während eine Schwenkbewegung an einem Kontaktpunkt zwischen der Ultraschallsonde und der tatsächlichen Mitte vorgenommen wird. Die Bestimmungseinheit kontrolliert die Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit Bezug auf die optimale Prüfinformationen.
Da bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung die Bestimmungseinheit die Qualitätskontrolle mit Bezug auf die optimale Prüfinformation durchführt, ist diese Qualitätskontrolle durch die Bestimmungseinheit mit hoher Genauigkeit möglich.
Es wird eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung gemäß dem von Anspruch 1 oder 2 abhängigen Anspruch 3 vorgeschlagen, bei welcher der Ort und die Anzahl von Prüfpunkten durch die Steuerungsvorrichtung voreingestellt werden können.
Da bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung die Orte und die Anzahl der Prüfpunkte voreingestellt werden können, ist eine Kontrolle von verschieden großen punktgeschweißten Bereichen möglich.
Es wird eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung gemäß dem von einem der Ansprüche 1 bis 3 abhängigen Anspruch 4 vorgeschlagen, bei welcher ein Abstand zwischen benachbarten Prüfpunkten durch die Steuerungsvorrichtung voreingestellt werden kann.
Da bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung ein Abstand zwischen benachbarten Prüfpunkten voreingestellt werden kann, ist eine Kontrolle von verschieden großen punktgeschweißten Bereichen möglich.
Es wird eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung gemäß dem von einem der Ansprüche 1 bis 4 abhängigen Anspruch 5 vorgeschlagen, bei der sich die Prüfpunkte rund um die vorläufige Mitte in einer Gitteranordnung befinden.
Da sich bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung die Prüfpunkte in einer Gitteranordnung befinden, kann die tatsächliche Mitte präziser identifiziert werden.
Es wird ein automatisches Ultraschallprüfverfahren gemäß Anspruch 6 vorgeschlagen, zum automatischen Prüfen eines Prüfobjekts in einer automatischen Ultraschallprüfvorrichtung, die ein Ultraschallprüfinstrument zum Erhalten von Prüfinformationen von dem Prüfobjekt und einen Roboterarm zum dreidimensionalen Einstellen der Stellung und der Position des Ultraschallprüfinstruments relativ zu dem Prüfobjekt aufweist. In dem Verfahren wird die Ultraschallsonde in eine anfängliche Mitte des punktgeschweißten Bereichs bewegt. Das Verfahren umfasst einen Vorläufige-Mitte-Identifizierungsschritt zum Identifizieren einer vorläufigen Mitte durch eine Bildverarbeitung der Bilddaten des punktgeschweißten Bereichs. Das Verfahren umfasst einen Tatsächliche-Mitte-Identifzierungsschritt zum Identifizieren der tatsächlichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs unter Bezug auf einzelne Prüfinformationen rund um eine vorläufige Mitte des punktgeschweißten Bereichs, die durch das Ultraschallprüfinstrument erhalten werden; und einen Bestimmungsschritt zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit Bezug auf die an der tatsächlichen Mitte erhaltenen Prüfinformationen.
Da bei dem automatischen Ultraschallprüfverfahren die vorläufige Mitte anhand der Erscheinung des punktgeschweißten Bereichs ermittelt werden kann, ist es möglich, die Anzahl von einzelnen Prüfinformationen, die in dem Schritt zur Identifizierung der tatsächlichen Mitte erhalten werden, zu reduzieren. Dadurch kann die Kontrolle der Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Da das automatische Ultraschallprüfverfahren den Tatsächliche-Mitte-Identifzierungsschritt enthält, ist es möglich, die Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit einem Maß an Genauigkeit zu kontrollieren, das höher ist als bei Durchführung des Vorgangs durch die Bedienungsperson.
Ein automatisches Ultraschallprüfverfahren gemäß dem von Anspruch 6 abhängigen Anspruch 7 umfasst ferner einen Optimale-Prüfinformation-Erfassungsschritt zum Erhalten einer optimalen Prüfinformation zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs in Bezug auf einzelne Prüfinformationen, die rund um die zentrale Achse der tatsächlichen Mitte erhalten wurden, während an einem Kontaktpunkt zwischen der Ultraschallsonde und der tatsächlichen Mitte eine Schwenkbewegung vorgenommen wurde. In dem Bestimmungsschritt wird die Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit Bezug auf die optimale Prüfinformation kontrolliert.
Da bei dem automatischen Ultraschallprüfverfahren die Qualität mit Bezug auf die optimale Prüfinformation kontrolliert wird, ist es möglich, die Qualität des punktgeschweißten Bereichs mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu kontrollieren.
Ein Verfahren zur Herstellung von punktgeschweißten Produkten gemäß Anspruch 8 umfasst einen Punktschweißschritt zum Punktschweißen einer Mehrzahl von Metallmaterialien und einen Ultraschallprüfungsschritt zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs des punktgeschweißten Produkts unter Verwendung bzw. Anwendung eines Ultraschallprüfverfahrens gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7.
Da bei dem Herstellungsverfahren die Qualität des punktgeschweißten Bereichs unter Verwendung des in einem der Ansprüche 6 bis 7 angegebenen automatischen Ultraschallprüfverfahrens kontrolliert wird, ist es möglich, die Qualitätskontrolle des geschweißten Bereichs im Gegensatz zu dem von einer Bedienungsperson durchgeführten Vorgang mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und sowohl die Qualität des punktgeschweißten Produkts als auch die Produktivität zu verbessern.
Wirkung der Erfindung
Bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung und bei dem automatischen Ultraschallprüfverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Identifizierung der Mitte der Schweißlinse und die Schätzung der Prüfpunkte wie vorstehend beschrieben eine Durchführung der Prüfung mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit hoher Geschwindigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ermöglicht die Anwendung des automatischen Ultraschallprüfverfahrens eine Verbesserung der Qualität des punktgeschweißten Produkts und eine Verbesserung der Produktivität.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht der Gesamtanordnung der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Detaildarstellung der Struktur der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Querschnittsdarstellung des Turbinengehäuses 73 als Prüfobjekt 7;
4 ist eine Darstellung eines Betriebs- oder Arbeitsablaufs unter Verwendung einer automatischen Ultraschallprüfvorrichtung der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Querschnittsdarstellung und eine Draufsicht des punktgeschweißten Bereichs 70;
6 ist ein detailliertes Flussdiagramm des dritten Schritts S3;
7 ist eine Ansicht eines Beispiels für die Positionierung der Prüfpunkte in dem vierten Schritt S4;
8 ist ein detailliertes Flussdiagramm des vierten Schritts S4;
9 ist eine Ansicht eines Beispiels für die Festlegung der Prüfachse in dem fünften Schritt S5;
10 ist ein detailliertes Ablaufdiagramm des fünften Schritts S5.
Bezugszeichenliste

1: automatische Ultraschallprüfvorrichtung
2: Ultraschallprüfinstrument
2a: Ultraschallsonde
2b: Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung
4: Roboterarm
5: Steuerungsvorrichtung
6: Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit
6a: Kamera
6b: Bildverarbeitungsvorrichtung
7: Prüfobjekt
8: Feste Basis
21: Prüfdaten-Konvertierungseinheit
22: erste Kommunikationseinheit
50: Roboter-Steuereinheit
51: Steuereinheit der festen Basis
52: Schätzwert-Berechnungseinheit
53: Vorläufige-Mitte-Berechnungseinheit
54: Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit
55: Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit
56: Bestimmungseinheit
57: Initialeinstellungseinheit
58: dritte Kommunikationseinheit
59: Bildverarbeitungsvorrichtungs-Steuereinheit
61: Bildverarbeitungseinheit
62: zweite Kommunikationseinheit
70: punktgeschweißter Bereich
71: Schweißnarbe
71a: augenscheinliche Mitte
72: Schweißlinse
72a: innere Mitte
73: Turbinengehäuse
74: Gehäusekörper
75: angetriebene Platte
76: ringförmiger Bereich
77: Vorsprung

Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
Es folgt eine Detailbeschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen.
1. Struktur der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung
1 zeigt eine Ansicht einer Gesamtanordnung einer automatischen Ultraschallprüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und in 2 ist ein detaillierter Aufbau einer automatischen Ultraschallprüfvorrichtung der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine automatische Ultraschallprüfvorrichtung 1 dient zum automatischen Prüfen von punktgeschweißten Bereichen eines Prüfobjekts 7 und hat ein Ultraschallprüfinstrument 2, Roboterarme 4, eine Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6, eine feste Basis 8 und ein Steuerungsvorrichtung 5.
(1) Ultraschallprüfinstrument 2
Das Ultraschallprüfinstrument 2 dient zur Kontrolle der punktgeschweißten Bereiche durch Ultraschallwellen und weist eine Ultraschallsonde 2a und eine Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b auf. Die Ultraschallsonde 2a dient zum Senden von Ultraschallwellen und zum Erfassen von reflektierten Wellen, während sie mit den punktgeschweißten Bereichen in Kontakt ist, und sie ist an dem vorderen Ende des Roboterarms 4 befestigt. Die Ultraschallsonde 2a ist mit der Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b verbunden, so dass sie Signale der erfassten reflektierten Welle an die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b senden kann. Die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b dient für den Empfang der Signale der erfassten reflektierten Welle von der Ultraschallsonde 2a und zum Konvertieren der Signale der erfassten reflektierten Welle in Prüfdaten. Die Vorrichtung 2b ist mit der Ultraschallsonde 2a verbunden.
Als Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b kann zum Beispiel ein Personalcomputer oder dergleichen verwendet werden, der mit CPU, RAM und ROM versehen ist. Wie in 2 gezeigt ist, werden eine Prüfdaten-Konvertierungseinheit 21 und eine erste Kommunikationseinheit 22 durch vorinstallierte Softwareanwendungen in dem Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b realisiert. Die Prüfdaten-Konvertierungseinheit 21 hat die Funktion, Reflexionswellenerfassungssignale von der Ultraschallsonde 2a zu empfangen und sie in Prüfdaten umzuwandeln. Die erste Kommunikationseinheit 22 hat die Funktion, mit der Steuerungsvorrichtung 5 (später beschrieben) zu kommunizieren. Es ist anzumerken, dass „die Prüfdaten” aus dem Weg der Ultraschallwellen und der Intensität der reflektierten Wellen aufgebaut oder zusammengesetzt sind.
(2) Roboterarm 4
Der Roboterarm 4 dient zum dreidimensionalen Einstellen der Stellung und der Lage der Ultraschallsonde 2a relativ zu den punktgeschweißten Bereichen. Der Roboterarm 4 ist mit einer Mehrzahl von Gelenken versehen, so dass er die Ultraschallsonde 2a je nach Anweisung einer Roboter-Steuereinheit 50 (später beschrieben) der Steuerungsvorrichtung 5 in jede beliebige Stellung bringen kann.
(3) Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6
Die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6 dient zum Identifizieren einer vorläufigen Mitte gemäß der Erscheinung oder des Aussehens des punktgeschweißten Bereichs und sie weist eine Kamera 6a und eine Bildverarbeitungsvorrichtung 6b auf. Die Kamera 6a ist an dem vorderen Ende des Roboterarms 4 befestigt, wo sie die Ultraschallsonde 2a nicht behindert. Außerdem sind der Anbringungsort und der Anbringungswinkel der Kamera 6a derart eingestellt, dass die punktgeschweißten Bereiche fotografiert werden können, wenn sich die Spitze der Ultraschallsonde 2a mit dem punktgeschweißten Bereich in Kontakt befindet.
Wie im Falle der Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b ist die Bildverarbeitungsvorrichtung 6b zum Beispiel ein Personalcomputer. Wie in 2 gezeigt ist, werden eine Bildverarbeitungseinheit 61 und eine zweite Kommunikationseinheit 62 durch Softwareanwendungen, die in der Bildverarbeitungsvorrichtung 6b vorinstalliert sind, realisiert. Die Bildverarbeitungseinheit 61 hat die Funktion, die vorläufige Mitte des punktgeschweißten Bereichs durch einen Bildverarbeitungsprozess zu ermitteln. Die zweite Kommunikationseinheit 62 hat die Funktion, mit der Steuerungsvorrichtung 5 (später beschrieben) zu kommunizieren. Die Details der Funktionen der Bildverarbeitungseinheit 61 werden an späterer Stelle beschrieben.
(4) Feste Basis 8
Die feste Basis 8 dient zur Befestigung des Prüfobjekts 7 daran und ist abhängig von dem Prüfobjekt 7 mit Positionierstiften oder dergleichen versehen. Die feste Basis 8 ist so aufgebaut, dass sie sich drehen und horizontal bewegen kann, wobei die Bewegungen durch die für die feste Basis vorgesehene Steuereinheit 51 (später beschrieben) der Steuerungsvorrichtung 5 gesteuert werden. In der Steuerungsvorrichtung 5 sind Koordinaten in drei Achsrichtungen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) voreingestellt, wobei die Mittelkoordinate und die Mitte der festen Basis 8 herangezogen werden. Wenn daher der Ort des punktgeschweißten Bereichs in dem Prüfobjekt 7 bekannt ist, kann die Steuerungsvorrichtung 5 die Positionskoordinaten der punktgeschweißten Bereiche von der Mitte der festen Basis 8 aus festlegen, wodurch die Ultraschallsonde 2a in eine grobe Mitte (eine anfängliche Mitte) des punktgeschweißten Bereichs bewegt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Prüfobjekt 7 ein Turbinengehäuse 73 für einen Drehmomentwandler beschrieben. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Turbinengehäuses 73. Die Linie O-O in 3 stellt die Rotationsachse des Drehmomentwandlers dar. Das Turbinengehäuse 73 ist durch einen ringförmigen Gehäusekörper 74 und eine angetriebene Platte 75 gebildet. Die angetriebene Platte 75 ist durch einen ringförmigen Bereich 76 und durch eine Vielzahl von Vorsprüngen 77 gebildet, die in einer axialen Richtung von einem radial inneren Bereich des ringförmigen Bereichs 76 vorspringen. Der ringförmige Bereich 76 ist durch Punktschweißen an der Oberfläche des radial äußeren Bereichs des Gehäusekörpers 74 befestigt, so dass das Turbinengehäuse 73 mit einer Vielzahl von punktgeschweißten Bereichen 70 versehen ist. Die automatische Ultraschallprüfvorrichtung 1 gemäß der Erfindung prüft die punktgeschweißten Bereiche 70 durch Ultraschallwellen.
(5) Steuerungsvorrichtung 5
Die Steuerungsvorrichtung 5 dient zum Steuern der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1, so dass diese automatisch den Prüfvorgang durchführt und Daten und Signale zwischen sich und Peripheriegeräten senden und empfangen kann. Ein Beispiel der Steuerungsvorrichtung 5 ist ein Personalcomputer wie im Falle der Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b. Wie in 2 gezeigt ist, realisieren in der Steuerungsvorrichtung 5 vorinstallierte Softwareanwendungen eine Robotersteuereinheit 50, eine Steuereinheit 51 der festen Basis, eine Schätzwert-Berechnungseinheit 52, eine Vorläufige-Mitte-Berechnungseinheit 53 eine Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit 54, eine Opitmaler-Schätzwert-Bereichungseinheit 55, eine Bestimmungseinheit 56, eine Initialeinstellungseinheit 57, eine dritte Kommunikationseinheit 58 und eine Bildverarbeitungsvorrichtung-Steuereinheit 59.
Die Robotersteuereinheit 50 hat die Funktion der Steuerung der Bewegung des Roboterarms 4. Die Steuereinheit 51 der festen Basis hat die Funktion der Steuerung der festen Basis 8. Die Schätzwert-Berechnungseinheit 52 hat die Funktion der Umwandlung der durch das Ultraschallprüfinstrument 2 ermittelten Daten in Schätzwerte. Die Vorläufige-Mitte-Berechnungseinheit 53 hat die Funktion der Berechnung der Koordinate der Daten der vorläufigen Mitte, wobei die Daten durch die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit ermittelt werden.
Die Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit (eine Tatsächliche-Mitte-Identifizierungseinheit) hat die Funktion der Identifizierung der tatsächlichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs gemäß einer Vielzahl von Schätzwerten rund um die vorläufige Mitte. Die Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit 55 hat die Funktion der Ermittlung eines Schätzwerts zum Kontrollieren der Qualität gemäß einer Vielzahl von Schätzwerten, die durch eine Veränderung der Winkel der Ultraschallsonde 2a an der tatsächlichen Mitte erhalten werden. Die Bestimmungseinheit 56 hat die Funktion des Kontrollierens der Qualität der punktgeschweißten Bereiche gemäß dem optimalen Schätzwert, der durch die Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit 55 ermittelt wurde.
Die Initialisierungseinheit 57 hat die Funktion der Voreinstellung von numerischen Werten, die jede der Recheneinheiten der Berechnungseinheiten erfordert. Die dritte Kommunikationseinheit 58 verbindet die Einheiten miteinander und hat die Funktion der Kommunikation mit den Peripheriegeräten. Die Bildverarbeitungsvorrichtungssteuereinheit 59 hat die Funktion des Sendens einer Bildverarbeitungsanweisung an die Bildverarbeitungseinheit 61. Details der Funktionen jeder der Einheiten werden an späterer Stelle beschrieben.
2. Betriebsablauf der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung
4 zeigt ein Beispiel des Arbeitsablaufs der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Betriebsablauf der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1 hauptsächlich aus Schritten erster Schritt S1 bis neunter Schritt S9 zusammengesetzt.
(1) Erster Schritt S1
In dem ersten Schritt S1 wird das Turbinengehäuse 73 durch den Roboterarm 4 an der festen Basis 8 befestigt, wobei die Ultraschallsonde 2a noch nicht an dem vorderen Ende des Roboterarms 4 befestigt ist. Dieser Schritt muss von dem Roboterarm 4 der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1 nicht durchgeführt werden, wenn der Vorgang von einem Roboter einer benachbarten Vorrichtung durchgeführt wird.
(2) Zweiter Schritt S2
Der optimale Durchmesser der Ultraschallsonde 2a variiert je nach Durchmesser der punktgeschweißten Bereiche. In dem zweiten Schritt S2 wählt der Roboterarm 4 die optimale Ultraschallsonde 2a. Diese wird durch die Initialeinstellungseinheit 57 der Steuerungsvorrichtung 5 abhängig von der jeweiligen Art des Prüfobjekts 7 voreingestellt. Wenn der erste Schritt S1 durch einen Roboter einer Nachbarvorrichtung durchgeführt wird, kann dieser Schritt entfallen, wenn sich nicht die Art des Prüfobjekts ändert.
(3) Dritter Schritt S3 (Vorläufige-Mitte-Identifizierungsschritt)
In Schritt S3 wird durch die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit die vorläufige Mitte gemäß der äußeren Erscheinung des punktgeschweißten Bereichs ermittelt. Die Mitte des punktgeschweißten Bereichs wird im folgenden beschrieben.
5 zeigt den punktgeschweißten Bereich 70 in einem Querschnitt und in Draufsicht. Wie in 5 dargestellt ist, hat der punktgeschweißte Bereich 70 eine deformierte kreisförmige Narbe, wie zum Beispiel eine Schweißnarbe 71. Zwischen der angetriebenen Platte 75 und dem ringförmigen Bereich 76 ist durch Punktschweißen eine Schweißlinse 72 gebildet. Die Schweißlinse 72 ist ein Bereich, in dem die angetriebene Platte 75 und der ringförmige Bereich 76 zusammengeschweißt sind.
Die Schweißnarbe 71 und die Schweißlinse 72 sind kreisförmig und in der Draufsicht geringfügig derformiert. Wenn angenommen wird, dass die Mitte der Schweißnarbe 71 eine augenscheinliche bzw. von außen erscheinende Mitte 71a und die Mitte der Schweißlinse 72 eine innere Mitte 72a ist, stimmen beide Mitten 71a und 72a nicht generell überein, wie das in 5 dargestellt ist. Für eine genaue Qualitätskontrolle des punktgeschweißten Bereichs 70 wird jedoch eine Prüfung der inneren Mitte 72a der Schweißlinse 72 bevorzugt.
Gemäß dem Ablaufdiagramm in 6 wird in diesem Schritt durch die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6 zuerst die zur augenscheinlichen Mitte 71a äquivalente vorläufige Mitte gemäß Erscheinung ermittelt. Dies erleichtert die Identifizierung der inneren Mitte 72a.
Zuerst sendet die Roboter-Steuereinheit 50 eine Anweisung an den Roboterarm 4, woraufhin der Roboterarm 4 die Ultraschallsonde zur anfänglichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs führt (Schritt S31). Danach wird die Spitze der Ultraschallsonde 2a mit der anfänglichen Mitte in Kontakt gebracht. Demzufolge ermöglicht die an dem vorderen Ende des Roboterarms 4 befestigte Kamera 6a eine Aufnahme des punktgeschweißten Bereichs.
Als nächstes sendet die vorgesehene Bildverarbeitungsvorrichtungs-Steuereinheit 59 der Steuerungsvorrichtung 5 eine Aufnahmeanweisung an die Bildverarbeitungsvorrichtung 6b, und es werden die Bilddaten des punktgeschweißten Bereichs 70 durch die Bildverarbeitungseinheit 61 erhalten (Schritt S32). Die erhaltenen Bilddaten werden dann einer Bildverarbeitung unterzogen, so dass die Form/Gestalt der Schweißnarbe 71 der punktgeschweißten Bereiche 70 deutlicher wird (Schritt S33). Insbesondere erfolgt die Bildverarbeitung durch die Bildverarbeitungsvorrichtung 6b unter Nutzung der Unterschiede in Helligkeit und Farbe zwischen der Schweißnarbe 71 und dem Peripheriebereich, so dass die Koordinate der äußeren Form/Gestalt berechnet und dadurch die Form/Gestalt der Schweißnarbe 71 ausgemacht werden kann.
Schließlich wird die Koordinate der äußeren Peripherie der Schweißnarbe 71 anhand Bilddaten berechnet (Schritt S34), und es wird die Koordinate der vorläufigen Mitte anhand der Bilddaten berechnet, wozu die Koordinate der äußeren Peripherie verwendet wird (Schritt S35). Danach werden die Daten der vorläufigen Mitte an die Steuerungsvorrichtung 5 gesandt (Schritt S36).
Die Vorläufige-Mitte-Berechnungseinheit 53 der Steuerungsvorrichtung 5 berechnet die Koordinatendaten der vorläufigen Mitte anhand der an der festen Basis 8 vorgesehen Koordinaten unter Verwendung der durch die Initialeinstellungseinheit 57 voreingestellten anfänglichen Mitte aus den Bilddaten und den erhaltenen Daten der vorläufigen Mitte. Die Koordinate der berechneten vorläufigen Mitte wird in der Steuerungsvorrichtung 5 gespeichert.
Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es in dem dritten Schritt S3 möglich, die Koordinatendaten der vorläufigen Mitte der punktgeschweißten Bereiche 70 an der an der festen Basis 8 vorgesehenen Koordinate zu erhalten.
(4) Vierter Schritt S4 (Tatsächliche-Mitte-Identifizierungsschritt)
In dem vierten Schritt S4 wird eine Mehrzahl von Prüfdaten mit Bezug auf die in Schritt S3 identifizierte vorläufige Mitte erhalten, und es wird die der inneren Mitte 72a der punktgeschweißten Bereiche 70 entsprechende tatsächliche Mitte identifiziert.
Das Verfahren zum Identifizieren der tatsächlichen Mitte wird im Folgenden beschrieben. Wie vorstehend erwähnt wurde, bildet sich im Inneren der punktgeschweißten Bereiche 70 die Schweißlinse 72 (siehe 5), die allgemein ihren dicksten Bereich in der Mitte hat, wo die Ultraschallwellen am stärksten gedämpft wird. Demzufolge werden gemäß einem Weg zum Identifizieren der inneren Mitte 72a der Schweißlinse 72 angenommen, dass unter einer Mehrzahl von Punkten rund um eine vorläufige Mitte 71b derjenige Punkt, an dem der Ultraschall am stärksten gedämpft wird, die innere Mitte 72a ist (das heißt präziser ausgedrückt der Punkt, der am nächsten an der inneren Mitte 72a liegt). Wie vorstehend beschrieben wurde, ermöglichen die an einer Mehrzahl von Prüfpunkten durchgeführten Ultraschallprüfungen im Schritt 5 ein Identifizieren der tatsächlichen Mitte.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der Vielzahl von Prüfpunkten. 7 zeigt ein Beispiel einer Positionierung der Prüfpunkte in dem fünften Schritt. 7 ist eine Vergrößerung der Ansicht des punktgeschweißten Bereichs in 5. Der Einfachheit halber ist die vorläufige Mitte 71b als ein Punkt dargestellt, der derselbe ist wie der Punkt der augenscheinlichen Mitte 71a. Wie in 7 dargestellt ist, ist eine ebene Oberfläche derart vorbereitet, dass sie den punktgeschweißten Bereich 70 enthält und dass sich P-Achsen und die Q-Achsen auf der ebenen Oberfläche in einem rechten Winkel schneiden. Die Ultraschallprüfungen werden an einer Mehrzahl von Prüfpunkten An durchgeführt, die in einer gitterähnlichen Anordnung entlang der Richtungen der P-Achsen und der Q-Achsen angeordnet sind, wobei die Anzahl von Punkten in den Richtungen der P-Achsen und der Q-Achsen die Anzahl von Prüfpunkten N_P und N_Q ist, wobei in dieser Ausführungsform durch die Steuerungsvorrichtung 5 eine Gesamtzahl von fünfundzwanzig Punkten (Testpunkten A₁ bis A₂₅) eingestellt wird, wobei N_P = 5 und N_Q = 5 ist. Zudem wird durch die Steuerungsvorrichtung 5 ein Abstand zwischen den benachbarten Prüfpunkten in den Richtungen der P-Achsen und der Q-Achsen jeweils als Prüfabstand δ_P und δ_Q voreingestellt. An jedem der wie vorstehend beschrieben voreingestellten Prüfpunkte wird eine Ultraschallprüfung gemäß dem in 8 gezeigten Ablaufdiagramm durchgeführt.
Zunächst wird die Ultraschallsonde 2a durch den Roboterarm 4 zu dem Prüfpunkt A₁ bewegt, so dass die Spitze der Ultraschallsonde 2a mit dem Prüfpunkt A₁ in Kontakt gebracht wird (Schritt S41). Als nächstes ermittelt die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b Prüfdaten mit Bezug auf die von der Ultraschallsonde 2a gesandten Erfassungssignale der reflektierten Wellen (Schritt S42).
Die Prüfdaten B₁ an dem Prüfpunkt A₁, die durch die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b erhalten werden, werden in die Steuerungsvorrichtung 5 übernommen (Schritt S43). Dann berechnet die Schätzwert-Berechnungseinheit der Steuerungsvorrichtung 5 den Schätzwert C₁ unter Verwendung der Prüfdaten B₁ (Schritt S44). Wenngleich in dieser Ausführungsform ein unter Verwendung der Anzahl von Reflexionsechos N und der gemessenen Plattendicke t berechneter ”Schätzwert C = 2·N·t” verwendet wird, ist auch die Verwendung eines auf andere Weise ermittelten Schätzwerts möglich. Der berechnete Schätzwert C₁ wird durch die Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit der Steuerungsvorrichtung 5 als erste Prüfdatengruppe sowie als Koordinatendaten des Prüfpunkts A₁ in der Steuerungsvorrichtung 5 gespeichert (Schritt S45). Die Schritte S41 bis S45 werden wiederholt, bis die Schätzwerte C₁ bis C₂₅ an den Prüfpunkten A₁ bis A₂₅ ermittelt sind (Schritt S46). Während dieses Vorgangs sind die Winkel der Ultraschallsonde 2a relativ zu der ebenen Oberfläche, die die Achsen P und Q enthält, an jedem der Prüfpunkte A_n gleich, zum Beispiel rechtwinklig oder senkrecht.
Unter allen Schätzwerten C₁ bis C₂₅ wird der minimale Schätzwert gewählt (Schritt S47). Dann werden die Koordinatendaten der Prüfpunkte A_n, die dem minimalen Schätzwert C_n entsprechen, als Daten der tatsächlichen Mitte in der Steuerungsvorrichtung 5 gespeichert (Schritt S48).
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es in Schritt S4 möglich, die Koordinatendaten der tatsächlichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs zu erhalten.
(5) Fünfter Schritt S5 (Optimale-Prüfinformation-Erfassungsschritt)
In Schritt S5 wird, während die Ultraschallsonde 2a mit der in dem fünften Schritt S5 ermittelten tatsächlichen Mitte in Kontakt gebracht wird, durch ein Ändern des Winkels der Ultraschallsonde 2a eine Mehrzahl von Prüfdaten erhalten, um dadurch unter den Prüfdaten diejenigen auszuwählen, die zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs optimal sind.
Im Folgenden wird ein Weg für den Erhalt des optimalen Schätzwerts beschrieben. 9 zeigt die Winkeleinstellung der Ultraschallsonde 2a in dem fünften Schritt S5. Der Winkel der Ultraschallsonde 2a relativ zu dem punktgeschweißten Bereich im Anfangszustand ist senkrecht zu der durch die P-Achsen und die Q-Achsen definierten ebenen Oberfläche. Rund um den Ort der Achsen werden die Prüfungen entlang einer Mehrzahl von Prüfachsen D_n durchgeführt, die gegenüber der Richtungen der P-Achsen und/oder der Q-Achsen unterschiedliche Winkel aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Anzahl der Prüfachsen M_P, M_Q als die Anzahl der Achsen, die in den Richtungen der P-Achse und der Q-Achse eingestellt sind, durch die Initialeinstellungseinheit 57 auf insgesamt 25 Punkte festgelegt, wobei M_P = 5 und M_Q = 5 ist. Außerdem wird der Winkel zwischen den benachbarten Prüfachsen D_n in den Richtungen der P-Achsen und der Q-Achsen durch die Initialeinstellungseinheit 57 als Prüfwinkel α_P und α_Q voreingestellt. Die Ultraschallprüfung wird in der nachstehend beschriebenen Weise entlang jeder der wie vorstehend beschrieben festgelegten Prüfachsen D_n durchgeführt.
Wie in einem Flussdiagramm in 10 dargestellt, wird die Ultraschallsonde 2a durch den Roboterarm 4 zunächst zu der tatsächlichen Mitte bewegt, und die Spitze der Ultraschallsonde 2a wird mit der tatsächlichen Mitte in Kontakt gebracht (Schritt S51). Als nächstes erhält die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b die Prüfdaten mit Bezug auf die von der Ultraschallsonde 2a gesendeten Reflexionswellenerfassungsdaten (Schritt S52).
Die durch die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b an der Prüfachse D₁ erhaltenen Prüfdaten E₁ werden in die Steuerungsvorrichtung 5 übernommen (Schritt S53). Dann berechnet die für die Schätzwert-Berechnungseinheit der Steuerungsvorrichtung 5 unter Verwendung der Prüfdaten E₁ den Schätzwert F₁ (Schritt S54). Als Schätzwert wird ein Wert verwendet, der mit derselben Formel wie in Schritt S5 berechnet wurde. Der berechnete Schätzwert F₁ wird durch die Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit der Steuerungsvorrichtung 5 als eine zweite Gruppe von Prüfdaten sowie als die Winkeldaten der Prüfachse D₁ in der Steuerungsvorrichtung 5 gespeichert (Schritt S55). Die Schritte S61 bis S65 werden wiederholt, bis die Schätzwerte F₁ bis F₂₅ der Prüfachsen D₁ bis D₂₅ erhalten wurden (Schritt S56).
Unter allen Schätzwerten F₁ bis F₂₅ wird der minimale Schätzwert F_n ausgewählt (Schritt S57). Dann wird der ausgewählte minimale Schätzwert als ein optimaler Schätzwert in der Steuerungsvorrichtung 5 gespeichert (Schritt S58).
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es in dem fünften Schritt S5 möglich, den optimalen Schätzwert für die Qualitätskontrolle des punktgeschweißten Bereichs zu erhalten.
(6) Sechster Schritt S6 (Bestimmungsschritt)
In dem sechsten Schritt S6 wird die Qualität des punktgeschweißten Bereichs durch Vergleichen des in Schritt S5 erhaltenen optimalen Schätzwerts und eines experimentell ermittelten Kriteriumswerts kontrolliert. Speziell bei einem Wert, der gleich oder kleiner ist als der Kriteriumswert, wird bestimmt, dass die Qualität der Schweißung des punktgeschweißten Bereichs gut ist. Wenn der optimale Schätzwert dagegen größer ist als der Kriteriumswert, wird bestimmt, dass die Qualität der Schweißung des punktgeschweißten Bereichs nicht gut ist.
(7) Siebter Schritt S7 bis neunter Schritt S9
In dem siebten Schritt S7 werden die Prüfschritte von Schritt S4 bis Schritt S6 an einer Vielzahl von punktgeschweißten Bereichen an einem Turbinengehäuse 73 durchgeführt. Nach erfolgter Durchführung der Prüfung an allen punktgeschweißten Bereichen in dem Schritt S7 wird in Schritt S8 die Ultraschallsonde 2a wegbewegt, so dass der Roboterarm 4 die Ultraschallsonde 2a an den Aufbewahrungsort zurückführen kann. In dem neunten Schritt S9 gibt der Roboterarm 4 das Turbinengehäuse 73 gemäß dem Beurteilungsergebnis in Schritt S6 in eine entsprechende Position ab.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ermöglichen in der Vorrichtung 6 zur Identifizierung der vorläufigen Mitte und in der Steuerungsvorrichtung 5 vorgesehene Einheiten eine Qualitätskontrolle der punktgeschweißten Bereiche mit einer im Gegensatz zur Durchführung der Qualitätskontrolle durch eine Bedienungsperson hohen Geschwindigkeit und hohen Genauigkeit.
3. Wirkungen
Die vorteilhafte Wirkung, die durch die automatische Ultraschallprüfvorrichtung 1 und das Prüfverfahren gemäß vorliegender Erfindung erzielt wird, wird im Folgenden zusammengefasst.
Bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1 kann die Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit 54 der Steuerungsvorrichtung 5 die tatsächliche Mitte des punktgeschweißten Bereichs ermitteln, das heißt die Mitte der Schweißlinse 72, die nicht durch Augenschein identifiziert werden kann. Das Identifizieren der Mitte, die nicht durch Augenschein identifiziert werden kann, erlaubt im Vergleich zur Durchführung des Prüfvorgangs durch eine Bedienungsperson eine hochgenaue Qualitätskontrolle des punktgeschweißten Bereichs 70 mit hoher Geschwindigkeit. Ferner ermöglicht die Gitteranordnung der Prüfpunkte A_n die präzise Identifizierung der tatsächlichen Mitte. Da die Anzahl der Prüfpunkte N_P und N_Q oder der Abstände δ_P und δ_Q zwischen den Prüfpunkten in den Richtungen der P-Achsen und der Q-Achsen durch die initiale anfängliche Einstellung eingestellt wird, können verschieden große punktgeschweißte Bereiche kontrolliert werden.
Ferner wählt die Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit 55 der Steuerungsvorrichtung 5 bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1 einen optimalen Schätzwert aus der zweiten Gruppe von Prüfdaten entlang der Prüfachsen D_n. Demzufolge ist es möglich, verglichen mit der Durchführung des Vorgangs durch eine Bedienungsperson den besseren optimalen Schätzwert für die Qualitätskontrolle zu erhalten und die Qualitätskontrolle mit einem hohen Grad an Genauigkeit durchzuführen.
Bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung 1 kann die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6 die vorläufige Mitte anhand der äußeren Erscheinung ermitteln. Demzufolge kann der Bereich, in dem die Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit 54 der Steuerungsvorrichtung 5 die erste Gruppe von Prüfdaten ermittelt, kleiner bemessen werden, wodurch eine Qualitätskontrolle mit einem hohen Grad an Genauigkeit und mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
Da die Qualität des geschweißten Bereichs durch die vorstehend beschriebene automatische Ultraschallprüfvorrichtung 1 und durch das Prüfverfahren kontrolliert wird, ist im Vergleich zu der Durchführung des Vorgangs durch eine Bedienungsperson eine hochgenaue Qualitätskontrolle des geschweißten Bereichs mit hoher Geschwindigkeit möglich, wodurch ein Produktivitätssteigerung erreicht wird.
4. Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen und Modifikationen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Im Folgenden werden andere Ausführungsformen beschrieben.
(1) Vorläufige-Mitte-dentifizierungseinheit 6
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ermittelt die Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6 die Mitte der Schweißnarbe 71 in einer Ebene auf dem Bild. Es ist möglich, die vorläufige Mitte dreidimensional durch die Anwendung einer Bildverarbeitungssoftware zu ermitteln, die eine Bildverarbeitung durchführt, so dass es möglich ist, die vorläufige Mitte präziser zu ermitteln (insbesondere in einer Richtung senkrecht zu der ebenen Oberfläche, so dass die punktgeschweißten Bereiche 70 darin enthalten sind). In diesem Fall ist die Anzahl von Kameras 6a nicht auf eine beschränkt, sondern es können mehrere Kameras 6a verwendet werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ermittelt die Vorläufige-Mitte-dentifizierungseinheit 6 die vorläufige Mitte. Wenn die voreingestellte anfängliche Mitte sehr nahe an der vorläufigen Mitte liegt oder wenn die Einstellung der Anzahl der Prüfpunkte N_P und N_Q oder der Prüfabstände δ_P und δ_Q so angepasst wird, dass sich der Prüfbereich in Schritt S5 erweitert, ist der Einsatz der Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit 6 bei Verwendung der anfänglichen Mitte als vorläufige Mitte unnötig.
(2) Steuerungsvorrichtung 5
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung 2b, die Steuerungsvorrichtung 5 und die Bildverarbeitungsvorrichtung 6b verschiedene Vorrichtungen/Geräte. Diese Funktionen können auch durch einen Personalcomputer oder dergleichen realisiert werden, in dem Softwareanwendungen installiert sind, die mit allen Funktionen dieser Vorrichtungen/Geräte versehen sind.
(3) Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit 54
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform legt die Tatsächliche-Mitte-Berechnungseinheit 54 in Schritt S4 eine Mehrzahl von Prüfpunkten in einer Gitteranordnung fest. Es ist auch möglich, keine Gitteranordnung zu verwenden, sondern die verschiedenen Positionierungen der Prüfpunkte abhängig von anderen Bedingungen wie der Größe des punktgeschweißten Bereichs festzulegen.
(4) Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit 55
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform legt die Optimaler-Schätzwert-Berechnungseinheit 55 in Schritt S5 eine Mehrzahl von Prüfachsen fest. Es ist möglich, die Achsen auf verschiedene Weise festzulegen. Zum Beispiel können verschiedene Festlegungen der Prüfachsen abhängig von der Genauigkeit oder von der Zeit erfolgen, wobei die schräg angeordnete Ultraschallsonde 2a in einem Winkel um die zentrale Achse geschwenkt wird, um Schätzwerte zu erhalten. Abhängig von dem Produkt kann die Anzahl der festgelegten Achsen verringert werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Bei der automatischen Ultraschallprüfvorrichtung und bei dem Prüfverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen die vorstehend beschriebene Identifizierung der Mitte der Schweißlinse und die Veranschlagung der Prüfpunkte die Durchführung der Prüfung mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit. Ferner ermöglicht die Anwendung des automatischen Ultraschallprüfverfahrens bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eine Steigerung der Qualität der punktgeschweißten Bereiche und eine Steigerung der Produktivität. Demzufolge sind die automatische Ultraschallprüfvorrichtung, das Prüfverfahren und das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich in Bereichen, in denen eine Durchführung der Prüfung mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit oder eine Steigerung der Qualität von punktgeschweißten Bereichen und der Produktivität gefordert sind.

Claims

Automatische Ultraschallprüfvorrichtung (1) zum automatischen Kontrollieren der Qualität eines punktgeschweißten Bereichs (70) eines Prüfobjekts (7), umfassend: ein Ultraschallprüfinstrument (2) mit einer Ultraschallsonde (2a) zum Senden von Ultraschallwellen und zum Erfassen von reflektierten Wellen während ihres Kontakts mit dem punktgeschweißten Bereich (70) und mit einer Ultraschallprüfinstrumenthauptvorrichtung (2b), die mit der Ultraschallsonde (2a) verbunden ist, zum Konvertieren von der Ultraschallsonde (2a) empfangenen Reflexionswellenerfassungssignale in Prüfinformationen; einen Roboterarm (4) mit einer Mehrzahl von Gelenken zum dreidimensionalen Einstellen der Stellung und Lage der Ultraschallsonde (2a) relativ zu dem punktgeschweißten Bereich (70); und eine mit dem Ultraschallprüfinstrument (2) und dem Roboterarm (4) verbundene Steuerungsvorrichtung (5) zur Daten- und Signalkommunikation mit dem Ultraschallprüfinstrument (2) und dem Roboterarm (4); wobei die Steuerungsvorrichtung (5) eine Steuereinheit (51) zum Festlegen des punktgeschweißten Bereichs (70) und zum Bewegen der Ultraschallsonde (2a) in eine anfängliche Mitte aufweist und wobei eine Vorläufige-Mitte-Identifizierungseinheit (6) mit der Steuerungsvorrichtung (5) verbunden ist, zum Identifizieren einer vorläufigen Mitte durch Empfang und Bildverarbeitung von Bilddaten des punktgeschweißten Bereichs (70), und wobei die Steuerungsvorrichtung (5) eine Tatsächliche-Mitte-Identifizierungseinheit (54) zum Identifizieren der tatsächlichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf einzelne Prüfinformationen, die rund um eine voreingestellte vorläufige Mitte des punktgeschweißten Bereichs (70) erhalten werden, und eine Bestimmungseinheit (56) zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf die an der tatsächlichen Mitte erhaltenen Prüfinformationen aufweist.
Automatische Ultraschallprüfvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (5) eine Optimal-Prüfinformation-Einheit (55) aufweist zum Erhalten einer Prüfinformation, die zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf einzelne Prüfinformationen, die während einer Schwenkbewegung an einem Kontaktpunkt zwischen der Ultraschallsonde (2a) und der tatsächlichen Mitte rund um eine zentrale Achse der tatsächlichen Mitte erhalten werden, optimal ist und wobei die Bestimmungseinheit (56) die Qualität des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf die optimale Prüfinformationen kontrolliert.
Automatische Ultraschallprüfvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ort und die Anzahl von Prüfpunkten durch die Steuerungsvorrichtung (5) voreinstellbar sind.
Automatische Ultraschallprüfvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Abstand zwischen den benachbarten Prüfpunkten durch die Steuerungsvorrichtung (5) voreinstellbar ist.
Automatische Ultraschallprüfvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Prüfpunkte rund um die vorläufige Mitte in einer Gitteranordnung angeordnet sind.
Automatisches Ultraschallprüfverfahren zum automatischen Kontrollieren der Qualität eines punktgeschweißten Bereichs (70) eines Prüfobjekts (7) in einer automatischen Ultraschallprüfvorrichtung (1) mit einem Ultraschallprüfinstrument (2), aufweisend eine Ultraschallsonde (2a) zum Erhalten von Prüfinformationen von dem Prüfobjekt (7) und mit einem Roboterarm (4) zum dreidimensionalen Einstellen der Stellung und Position des Ultraschallprüfinstruments (2) relativ zu dem Prüfobjekt (7), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bewegen der Ultraschallsonde (2a) in eine anfängliche Mitte des punktgeschweißten Bereichs (70), einen Vorläufige-Mitte-Identifizierungsschritt des Identifizierens einer vorläufigen Mitte durch eine Bildverarbeitung der Bilddaten des punktgeschweißten Bereichs (70), einen Tatsächliche-Mitte-Identifizierungsschritt des Identifizierens einer tatsächlichen Mitte des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf einzelne Prüfinformationen rund um eine vorläufige Mitte des punktgeschweißten Bereichs (70), die durch das Ultraschallprüfinstrument (2) erhalten werden; und einen Bestimmungsschritt des Kontrollierens der Qualität des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf die an der tatsächlichen Mitte erhaltenen Prüfinformationen.
Automatisches Ultraschallprüfverfahren gemäß Anspruch 6, ferner umfassend einen Optimale-Prüfinformation-Erfassungsschritt zum Erfassen von Prüfinformationen, die zum Kontrollieren der Qualität des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf einzelne Prüfinformationen, die während einer Schwenkbewegung an einem Kontaktpunkt zwischen der Ultraschallsonde (2a) und der tatsächlichen Mitte rund um die zentrale Achse der tatsächlichen Mitte erhalten werden, optimal ist, und wobei in dem Bestimmungsschritt die Qualität des punktgeschweißten Bereichs (70) mit Bezug auf die optimale Prüfinformation kontrolliert wird.
Verfahren zur Herstellung von punktgeschweißten Produkten, umfassend einen Punktschweißschritt des Punktschweißens einer Mehrzahl von Metallmaterialien; und einen Ultraschallprüfschritt zum Kontrollieren der Qualität des geschweißten Bereichs (70) des punktgeschweißten Produkts unter Verwendung eines Ultraschallprüfverfahrens gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7.