JP2008203082A

JP2008203082A - Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus for spot-welded section, and angle adjustment method and position adjustment method for inspection probe

Info

Publication number: JP2008203082A
Application number: JP2007039273A
Authority: JP
Inventors: Manabu Suzuki; 学鈴木; Kyoji Yamakita; 恭司山北; Noboru Shimizu; 昇清水; Kikuo Kato; 喜久生加藤; Ritsuo Sakano; 律男坂野; Shuji Oda; 修二小田; Shigeo Murashige; 滋男村重
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the diameter of a nugget to be measured, by using only a single inspection probe. <P>SOLUTION: A vibrator group 10 is configured as an ultrasonic transducer, wherein a plurality of vibrators 11-14, each being capable of independently transmitting/receiving ultrasonic waves are arranged concentrically. Ultrasonic waves are transmitted from the plurality of vibrators 11-14 toward a spot-welded section, while their transmission timings are shifted. The diameter of the nugget 33 in the spot-welded section is estimated, based on the reception state of reflection echoes of the transmitted ultrasonic waves. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、スポット溶接部の超音波検査方法、超音波検査装置、検査プローブの角度調整方法および位置調整方法に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic inspection method, an ultrasonic inspection apparatus, an inspection probe angle adjustment method, and a position adjustment method for a spot weld.

例えば自動車ボディのインナパネルとアウタパネルとのフランジ部同士を接合する場合等、金属板同士を重ねた状態でスポット溶接することが多く行われている。スポット溶接においては、重なり合う２枚の金属板の境界部分に、ナゲットと呼ばれる接合部位が構成され、接合強度は実質的にナゲットの大きさつまりナゲット径によって決定されることになる。したがって、ナゲット径を計測（検査）することによって、スポット溶接の良否が判定できることになる。 For example, when welding the flange parts of the inner panel and outer panel of an automobile body, spot welding is often performed in a state where metal plates are overlapped with each other. In spot welding, a joint portion called a nugget is formed at the boundary between two overlapping metal plates, and the joint strength is substantially determined by the size of the nugget, that is, the nugget diameter. Therefore, the quality of spot welding can be determined by measuring (inspecting) the nugget diameter.

特許文献１には、超音波を利用してスポット溶接が適切に行われているか否かを判定する技術が開示されており、その図１１の例では、超音波を発振すると共にその反射エコーを受信するための複数の振動子を、互いに同士円状に配設したものが開示されている。この特許文献１における図１１に開示のものは、スポット溶接部の径に応じて、発振すべき振動子の数を選択するもの、つまり複数の振動子を組み合わせせて得られる実質的に１つの振動子の最大径を選択しようとするものであって、ナゲット径そのものを計測するものとはなっていない。すなわち、従来は、スポット溶接部の径の大きさに応じた径を有する検査プローブを選択的に用いていたものを、１つの検査プローブでもって異なる径のスポット溶接部に対応できるようにしたもので、ナゲット径を計測するために振動子を同士円状に配設するということまでを意図したものとはなっていない。 Patent Document 1 discloses a technique for determining whether or not spot welding is appropriately performed using ultrasonic waves. In the example of FIG. 11, ultrasonic waves are oscillated and reflected echoes thereof are reflected. A transducer in which a plurality of transducers for receiving are arranged in a circle is disclosed. The one disclosed in FIG. 11 in Patent Document 1 selects the number of vibrators to be oscillated according to the diameter of the spot welded portion, that is, substantially one obtained by combining a plurality of vibrators. It is intended to select the maximum diameter of the vibrator, not to measure the nugget diameter itself. That is, in the past, an inspection probe having a diameter corresponding to the size of the diameter of the spot welded portion is selectively used so that a single inspection probe can cope with spot welded portions having different diameters. However, it is not intended to arrange the vibrators in a circular shape in order to measure the nugget diameter.

特開平１１−３０４７７４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-304774

ところで、スポット溶接部の外観は同一であっても、接合強度に大きな影響を与えるナゲット径はかなり大きく相違するのが実情である。このため、品質管理の観点から、例えば抜きとり検査や全数検査による品質向上の簡単から、ナゲット径を非破壊検査によって知ることが強く望まれることになる。 By the way, even if the appearance of the spot welded portion is the same, the actual situation is that the nugget diameter that has a great influence on the bonding strength is considerably different. For this reason, from the viewpoint of quality control, it is strongly desired to know the nugget diameter by nondestructive inspection from the viewpoint of easy quality improvement by, for example, sampling inspection or 100% inspection.

超音波をスポット溶接部に発振させた場合、ナゲットが存在する部分と、ナゲットが存在しない部分とでは、超音波の反射エコーが相違するということが知られている。このような反射エコーの相違を利用してナゲット径を計測することが考えられるが、この場合は、径の異なる（超音波の発振面積の異なる）検査プローブを多数用意して、検査プローブを順次交換しつつ、最終的にナゲット径に応じた径を有する検査プローブを選択することにより、最終選択された検査プローブの径をナゲット径として決定することになる。しかしながら、この場合は、互いに径の異なる検査プローブを多数用意しなければならず、また検査プローブを何回も交換する必要があることから検査終了までに多大の時間を要することになってしまう。 It is known that when an ultrasonic wave is oscillated in a spot welded portion, the reflected echo of the ultrasonic wave is different between a portion where the nugget exists and a portion where the nugget does not exist. It is conceivable to measure the nugget diameter using such a difference in reflected echo. In this case, prepare a number of inspection probes having different diameters (different ultrasonic oscillation areas), and sequentially inspect the inspection probes. By finally selecting an inspection probe having a diameter corresponding to the nugget diameter while exchanging, the diameter of the finally selected inspection probe is determined as the nugget diameter. However, in this case, it is necessary to prepare a large number of inspection probes having different diameters, and it is necessary to replace the inspection probes many times, which requires a great deal of time to complete the inspection.

また、超音波を発振する検査プローブは、スポット溶接部に対する傾斜角度のずれ（角度のずれ）やナゲット中心からの位置ずれに応じて、反射エコーの状態がかなり大きく変化するものであり、したがって検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度設定および位置設定を所定のものに精度良く行うことは、超音波を利用したスポット溶接部の検査を精度よく行う上で重要となる。 Also, the inspection probe that oscillates the ultrasonic wave changes the state of the reflected echo considerably depending on the inclination angle deviation (angle deviation) with respect to the spot weld and the position deviation from the nugget center. It is important to accurately set the tilt angle and position of the probe with respect to the spot welded portion in order to accurately inspect the spot welded portion using ultrasonic waves.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の目的は、１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測できるようにしたスポット溶接部の超音波検査方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測できるようにしたスポット溶接部の超音波検査装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を精度良く決定できるようにした検査プローブの角度調整方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、検査プローブのスポット溶接部に対する位置を精度良く決定できるようにした検査プローブの位置調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object thereof is to provide an ultrasonic inspection method for a spot welded portion which can measure a nugget diameter by using only one inspection probe. There is to do.
A second object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus for a spot welded portion which can measure a nugget diameter by using only one inspection probe.
A third object of the present invention is to provide an inspection probe angle adjusting method which can determine the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion with high accuracy.
A fourth object of the present invention is to provide a method for adjusting the position of an inspection probe that can accurately determine the position of the inspection probe with respect to the spot welded portion.

前記第１の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
検査対象物におけるスポット溶接部のナゲット径を超音波を利用して検査するスポット溶接部の超音波検査方法であって、
それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定された検査プローブを準備する準備工程と、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて超音波を発振させて、該発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、該スポット溶接部のナゲット径を推測する検査工程と、
を備えているようにしてある。 In order to achieve the first object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 1 in the claims,
An ultrasonic inspection method for spot welds that uses ultrasonic waves to inspect the nugget diameter of spot welds in an inspection object,
An ultrasonic transducer comprising a plurality of transducers arranged concentrically so that each of the ultrasonic waves can be independently oscillated is provided, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is transmitted via an acoustic propagation medium. A preparatory step of oscillating toward a spot weld in the inspection object and preparing an inspection probe set to be able to independently receive the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves by the plurality of transducers;
The ultrasonic waves are oscillated sequentially from the plurality of vibrators toward the spot welded portion, and the nugget diameter of the spot welded portion is estimated based on the reception state of the reflected echo of the oscillated ultrasonic wave. An inspection process to
It is supposed to be equipped with.

上記解決手法によれば、最外周の振動子の径を、実際に得られるナゲット径よりも大きいものとなるように設定して、検査プローブの中心（同心円状の複数の振動子の中心）をナゲットのほぼ中心に設定した状態においては、中央付近の振動子から発振された超音波については、その反射エコーとしてナゲットのみを通過する第１反射エコーを得ることができる。また、最外周に位置する振動子から発振された超音波については、ナゲットの外周囲のみから反射する第２反射エコーを得ることができ、径方向中間に位置する振動子から発振された超音波の反射エコーは、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在したものとなる。したがって、実際のナゲット径は、発振された振動子のうち、第１反射エコーのみが得られる範囲でもって最大径となる振動子の径よりも大きいと推測でき、第２反射エコーのみが得られる範囲でもって最小径となる振動子の径よりも小さいと推測することができ、さらには、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在した範囲でもって最大径となる振動子の径よりも小さく、かつ最小径となる振動子の径よりも大きいと推測できる。したがって、例えば、第１反射エコーのみが得られる状態と、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在して得られる状態との境界部位に相当する振動子の径を、実際のナゲット径であると最終決定することができる。同様に、第２反射エコーのみが得られる状態と、第１反射エコーと第２反射エコーとが混在して得られる状態との境界部位に相当する振動子の径を、実際のナゲット径であると最終決定することができる。 According to the above solution, the diameter of the outermost vibrator is set to be larger than the actual nugget diameter, and the center of the inspection probe (the center of a plurality of concentric vibrators) is set. In a state where the nugget is set substantially at the center, the first reflected echo that passes only through the nugget can be obtained as the reflected echo of the ultrasonic wave oscillated from the transducer near the center. As for the ultrasonic wave oscillated from the transducer located at the outermost periphery, a second reflected echo reflected only from the outer periphery of the nugget can be obtained, and the ultrasonic wave oscillated from the transducer located in the middle in the radial direction. The reflection echo is a mixture of the first reflection echo and the second reflection echo. Therefore, it can be estimated that the actual nugget diameter is larger than the diameter of the vibrator that becomes the maximum diameter in the range in which only the first reflected echo is obtained, and only the second reflected echo is obtained. It can be estimated that the diameter is smaller than the diameter of the vibrator having the smallest diameter in the range, and further, the diameter of the vibrator having the largest diameter in the range in which the first reflection echo and the second reflection echo are mixed. It can be estimated that the diameter is smaller and larger than the minimum diameter of the vibrator. Therefore, for example, the diameter of the transducer corresponding to the boundary portion between the state in which only the first reflected echo is obtained and the state obtained by mixing the first reflected echo and the second reflected echo is set to the actual nugget diameter. The final decision can be made. Similarly, the diameter of the transducer corresponding to the boundary portion between the state in which only the second reflected echo is obtained and the state obtained by mixing the first reflected echo and the second reflected echo is the actual nugget diameter. And can be finalized.

請求項１を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項５に記載のとおりである。すなわち、
前記検査工程が、
ナゲットを通して反射される第１反射エコーのみが受信される第１状態と、該第１反射エコーに加えてナゲットの外周囲部分を通して反射される第２反射エコーが受信される第２状態とを得る第１ステップと、
超音波を発振した複数の振動子のうち、前記第１状態が得られる範囲でもって最外周に位置する第１特定振動子の径と、前記第２状態が得られる範囲でもって最内周に位置する第２特定振動子の径との少なくとも一方の径に基づいて、ナゲット径の推測値を決定する第２ステップと、
を備えているようにしてある（請求項２対応）。この場合、実際のナゲット径を推測するより具体的な手法が提供される。 Preferred embodiments based on claim 1 are as set forth in claims 2 to 5 in the claims. That is,
The inspection step is
A first state in which only the first reflected echo reflected through the nugget is received and a second state in which the second reflected echo reflected through the outer peripheral portion of the nugget is received in addition to the first reflected echo are obtained. The first step;
Among the plurality of vibrators that oscillate ultrasonic waves, the diameter of the first specific vibrator located in the outermost periphery in the range where the first state is obtained, and the innermost circumference in the range where the second state is obtained. A second step of determining an estimated value of the nugget diameter based on at least one of the diameters of the second specific vibrators located;
Is provided (corresponding to claim 2). In this case, a more specific method for estimating the actual nugget diameter is provided.

前記検査工程が、
ナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーのみが受信される第３状態と、該第２反射エコーに加えてナゲットを通して反射される第１反射エコーが受信される第２状態とを得る第１ステップと、
超音波を発振した複数の振動子のうち、前記第３状態が得られる範囲でもって最内周に位置する第３特定振動子の径と、前記第２状態が得られる範囲でもって最外周に位置する第１特定振動子の径との少なくとも一方の径に基づいて、ナゲット径の推測値を決定する第２ステップと、
を備えているようにしてある（請求項３対応）。この場合、実際のナゲット径を推測するより別の具体的な手法が提供される。 The inspection step is
A third state in which only the second reflected echo reflected through the outer periphery of the nugget is received, and a second state in which the first reflected echo reflected through the nugget in addition to the second reflected echo is received. One step,
Among the plurality of vibrators that oscillate ultrasonic waves, the diameter of the third specific vibrator located in the innermost circumference in the range where the third state is obtained, and the outermost circumference in the range where the second state is obtained. A second step of determining an estimated value of the nugget diameter based on at least one of the diameters of the first specific vibrator located;
Is provided (corresponding to claim 3). In this case, another specific method is provided rather than estimating the actual nugget diameter.

前記検査工程の前に、前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させて、該発振された超音波の該中央の振動子での受信状態に基づいて該検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する角度調整行程をさらに備えている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの軸線を、ナゲットに対して所定傾斜角度（好ましくは垂直）に精度良く設定することが可能となる。 Before the inspection step, while changing the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion, the ultrasonic waves are sequentially oscillated by delaying the time from the central vibrator to the outer vibrator among the plurality of vibrators. And an angle adjustment step of determining an inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion based on a reception state of the oscillated ultrasonic wave at the central vibrator (claim). 4 correspondence). In this case, the inspection probe can be effectively used to accurately set the axis of the inspection probe at a predetermined inclination angle (preferably perpendicular) to the nugget.

前記検査工程の前に、前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させつつ、前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅とナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅とに基づいて該検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する位置調整行程をさらに備えている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの中心（軸線位置）を、ナゲットに対して所定位置（好ましくはナゲットの中心位置）に精度良く設定することが可能となる。 Before the inspection step, the amplitude of the first reflected echo reflected through the nugget by oscillating ultrasonic waves from the plurality of vibrators while relatively moving the inspection probe along the surface of the spot weld. And a position adjusting step of determining the position of the inspection probe with respect to the spot weld based on the amplitude of the second reflected echo reflected through the outer periphery of the nugget (corresponding to claim 5). . In this case, it is possible to accurately set the center (axis position) of the inspection probe to a predetermined position (preferably the center position of the nugget) with respect to the nugget by effectively using the inspection probe.

前記第２の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項６に記載のように、
検査対象物におけるスポット溶接部のナゲット径を超音波を利用して検査するスポット溶接部の超音波検査装置であって、
それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定された検査プローブと、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて超音波を発振させる発振制御手段と、
前記複数の振動子から時間をずらして順次前記スポット溶接部に向けて発振された超音波の反射エコーの受信状態に基づいて、該スポット溶接部のナゲット径を推測するナゲット径推測手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１に対応した検査方法を実現するための検査装置が提供される。 In order to achieve the second object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 6 in the claims,
An ultrasonic inspection apparatus for a spot weld that inspects a nugget diameter of a spot weld in an inspection object using ultrasonic waves,
An ultrasonic transducer comprising a plurality of transducers arranged concentrically so that each of the ultrasonic waves can be independently oscillated is provided, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is transmitted via an acoustic propagation medium. An inspection probe that oscillates toward the spot weld in the inspection object and that is set so that the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves can be received independently by the plurality of transducers, and
Oscillation control means for oscillating ultrasonic waves sequentially toward the spot welded portion by shifting the time from the plurality of vibrators;
Nugget diameter estimating means for estimating the nugget diameter of the spot welded portion based on the reception state of the reflected echo of the ultrasonic wave sequentially oscillated toward the spot welded portion while shifting the time from the plurality of vibrators,
It is supposed to be equipped with. According to the above solution, an inspection apparatus for realizing the inspection method corresponding to claim 1 is provided.

前記検査装置を前提とした好ましい態様は、請求項７，請求項８に記載のとおりである。すなわち、
前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させる角度変更手段と、
前記角度変更手段によって前記検査プローブの前記スポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させる発振制御手段と、
前記発振制御手段の制御によって前記振動子から発振されたときに、前記中央の振動子での受信強度がもっとも大きくなる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する角度決定手段と、
をさらに備えているようにしてある（請求項７対応）。この場合、請求項４に対応した検査方法（角度調整方法）を実現することのできる検査装置が提供される。 A preferred mode based on the inspection apparatus is as set forth in claims 7 and 8. That is,
An angle changing means for changing an inclination angle of the inspection probe with respect to a spot weld;
Oscillation that sequentially oscillates ultrasonic waves by delaying the time from the central vibrator to the outer vibrator among the plurality of vibrators while changing the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion by the angle changing means. Control means;
An angle that determines the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion so that the reception intensity at the central vibrator is maximized when oscillated from the vibrator under the control of the oscillation control means. A determination means;
Is further provided (corresponding to claim 7). In this case, an inspection apparatus capable of realizing an inspection method (angle adjustment method) corresponding to claim 4 is provided.

前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させる位置変更手段と、
前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅に対するナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅の比が最小となる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する位置決定手段と、
をさらに備えているようにしてある（請求項８対応）。この場合、請求項５に対応した検査方法（位置調整方法）を実現することのできる検査装置が提供される。 Position changing means for relatively moving the inspection probe along the surface of the spot weld,
Ultrasonic waves are oscillated from the plurality of transducers so that the ratio of the amplitude of the second reflected echo reflected through the outer periphery of the nugget to the amplitude of the first reflected echo reflected through the nugget is a minimum. Position determining means for determining the position of the inspection probe with respect to the spot weld,
Is further provided (corresponding to claim 8). In this case, an inspection apparatus capable of realizing an inspection method (position adjustment method) corresponding to claim 5 is provided.

前記第３の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項９に記載のように、
スポット溶接部の超音波検査に用いる検査プローブの角度調整方法であって、
前記検査プローブが、それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定され、
前記検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を変更させつつ、前記複数の振動子のうち中央の振動子から外側の振動子へと時間を遅らせて順次超音波を発振させて、該発振された超音波の該中央の振動子での受信強度がもっとも大きくなる傾斜角度となるように、該検査プローブのスポット溶接部に対する傾斜角度を決定する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの軸線をナゲットに対して精度良く垂直に設定することができる。 In order to achieve the third object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 9 in the claims,
An inspection probe angle adjustment method used for ultrasonic inspection of spot welds,
The inspection probe includes an ultrasonic transducer in which a plurality of transducers each capable of independently oscillating ultrasonic waves are arranged concentrically, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is acoustically Oscillates toward the spot weld in the inspection object through a propagation medium, and is set to be able to receive the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves individually by the plurality of vibrators,
While changing the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion, the ultrasonic wave is sequentially oscillated by delaying the time from the central vibrator to the outer vibrator among the plurality of vibrators. The inclination angle of the inspection probe with respect to the spot weld is determined so that the reception angle of the sound wave at the central vibrator is the largest.
It is like that. According to the above-described solution technique, the inspection probe can be effectively used, and the axis of the inspection probe can be accurately set perpendicular to the nugget.

前記第４の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１０に記載のように、
スポット溶接部の超音波検査に用いる検査プローブの位置調整方法であって、
前記検査プローブが、それぞれ超音波を個々独立して発振可能とされた複数の振動子を同心円状に配設してなる超音波トランスデューサを備えて、該超音波トランスデューサから発振される超音波を音響伝播媒体を介して前記検査対象物におけるスポット溶接部に向けて発振させると共に、発振された超音波の反射エコーを前記複数の振動子で個々独立して受信可能に設定され、
前記検査プローブをスポット溶接部の表面に沿って相対的に移動させつつ、前記複数の振動子から超音波を発振させて、ナゲットを通して反射される第１反射エコーの振幅に対するナゲットの外周囲を通して反射される第２反射エコーの振幅の比が最小となる位置となるように、前記検査プローブのスポット溶接部に対する位置を決定する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの中心（軸線）を、ナゲットの中心に精度良く位置決めすることができる。 In order to achieve the fourth object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 10 in the claims,
A method for adjusting the position of an inspection probe used for ultrasonic inspection of a spot weld,
The inspection probe includes an ultrasonic transducer in which a plurality of transducers each capable of independently oscillating ultrasonic waves are arranged concentrically, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is acoustically Oscillates toward the spot weld in the inspection object through a propagation medium, and is set to be able to receive the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves individually by the plurality of vibrators,
While moving the inspection probe relatively along the surface of the spot weld, ultrasonic waves are oscillated from the plurality of vibrators and reflected through the outer periphery of the nugget with respect to the amplitude of the first reflected echo reflected through the nugget. Determining the position of the inspection probe with respect to the spot weld so that the ratio of the amplitudes of the second reflected echoes is minimized.
It is like that. According to the above solution, the center (axis) of the inspection probe can be accurately positioned at the center of the nugget by effectively using the inspection probe.

本発明による検査方法および検査装置によれば、１つの検査プローブを用いるだけでナゲット径を計測することができる。
また、本発明による角度調整方法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの軸線をナゲットに対して垂直角度に精度良く位置決めすることができる。
さらに、本発明による位置調整方法によれば、検査プローブを有効に利用して、検査プローブの中心をナゲットの中心に対して精度良く位置決めすることができる。 According to the inspection method and the inspection apparatus of the present invention, the nugget diameter can be measured by using only one inspection probe.
Further, according to the angle adjustment method of the present invention, the inspection probe can be effectively used to accurately position the axis of the inspection probe at a vertical angle with respect to the nugget.
Furthermore, according to the position adjustment method of the present invention, the center of the inspection probe can be accurately positioned with respect to the center of the nugget by effectively using the inspection probe.

図１において、１は検査プローブである。検査プローブ１は、ゴム等の弾性材によって密閉構造に形成された本体（筐体）２を有し、本体２の内部には、その上部において後述する振動子群（トランスデューサ）１０が配設されると共に、振動子群１０の下方空間が例えば水等の音響伝播媒体３で充満されている。また、本体２の外部下面には、スポット溶接部に当接されるメンブレン４が一体化されている。このような検査プローブ１の中心軸線が符合Ｏで示される。 In FIG. 1, 1 is an inspection probe. The inspection probe 1 has a main body (housing) 2 formed in an airtight structure with an elastic material such as rubber, and a vibrator group (transducer) 10 to be described later is disposed inside the main body 2. In addition, the space below the transducer group 10 is filled with the acoustic propagation medium 3 such as water. A membrane 4 that is in contact with the spot welded portion is integrated with the outer lower surface of the main body 2. The central axis of such an inspection probe 1 is indicated by the symbol O.

上記検査プローブ１の本体２は、例えばロボットハンド２０に把持されて、その軸線Ｏの傾斜角度が変更可能とされ、また前後、上下、左右の３次元方向に移動可能とされている。このロボットハンド２０が、角度変更手段および位置変更手段を構成している。 The main body 2 of the inspection probe 1 is gripped by, for example, the robot hand 20 so that the inclination angle of the axis O can be changed, and can be moved in the front and rear, up and down, and left and right three-dimensional directions. This robot hand 20 constitutes an angle changing means and a position changing means.

検査プローブ１の本体２には、その外周においてフランジ状に取付基板２１が固定され、この取付基板２１の下面には、左右一対の照射手段としてのランプ２２、２３が固定されている。左右一対のランプ２２、２３は、例えばＬＥＤ等によって構成されて、指向性を有するように発光されて、その発光光線の指向方向が互いに交差するように設定されている。より具体的には、ランプ２２，２３からの発光光線の指向方向が符合Ｌ１、Ｌ２で示され、このＬ１とＬ２との交差位置が、検査プローブ１の軸線０上でかつメンブレン４の直下方に位置する焦点Ｓを構成するように設定されている。これにより、作業者は、検査プローブ１のメンブレン４をスポット溶接部の表面に接近させたときに、焦点Ｓを目視することによって、検査プローブ１の軸線０とスポット溶接部（のナゲット）の中心との位置合わせを容易に行うことができる。 A mounting substrate 21 is fixed to the main body 2 of the inspection probe 1 in a flange shape on the outer periphery thereof, and lamps 22 and 23 as a pair of left and right irradiation means are fixed to the lower surface of the mounting substrate 21. The pair of left and right lamps 22 and 23 are configured by, for example, LEDs, etc., and are set to emit light so as to have directivity, and the directing directions of the emitted light beams intersect each other. More specifically, the directing directions of the emitted light beams from the lamps 22 and 23 are indicated by signs L 1 and L 2, and the intersection position of L 1 and L 2 is on the axis 0 of the inspection probe 1 and directly below the membrane 4. Is set to constitute a focal point S located in As a result, the operator visually observes the focal point S when the membrane 4 of the inspection probe 1 is brought close to the surface of the spot welded portion, whereby the axis 0 of the inspection probe 1 and the center of the spot welded portion (nugget). Can be easily aligned.

検査プローブ１内に配設された振動子群１０は、図２，図３に示すように、複数の振動子１１〜１４を組み合わせることによって構成されている。中央の振動子１１は、円板状に構成されると共に、振動子１２，１３、１４はそれぞれ円環状に形成されて、円環状の各振動子１２〜１４は、中央の振動子１１を取り巻くように配設されている。すなわち、各振動子１１〜１４は、互いに同心円状に配設されており、かつ各振動子１１〜１４の厚さは同一に設定されている。そして、内外の振動子同士は、例えば接着材等を利用して互いに一体化されている（径方向に実質的に隙間のないように互いに近接した状態での一体化）。 The transducer group 10 provided in the inspection probe 1 is configured by combining a plurality of transducers 11 to 14 as shown in FIGS. The central vibrator 11 is formed in a disc shape, and the vibrators 12, 13, and 14 are each formed in an annular shape, and each of the annular vibrators 12 to 14 surrounds the central vibrator 11. It is arranged like this. That is, the vibrators 11 to 14 are arranged concentrically with each other, and the thicknesses of the vibrators 11 to 14 are set to be the same. The inner and outer vibrators are integrated with each other using, for example, an adhesive or the like (integration in a state where they are close to each other so that there is substantially no gap in the radial direction).

各振動子１１〜１４は、例えば圧電素子によって形成することができ、各振動子１１〜１４毎に個々独立してその両面（上面、下面）に電極が形成されている。これにより、電圧印可された振動子のみが、個々独立して超音波を発振することが可能となっており、例えば、最外周の振動子１４から中央の振動子１１に向けて順次電圧印可（順次の超音波発振）することもでき、あるいは中央の振動子１１から最外周の振動子１４に向けて順次超音波を発振することもでき、さらには全ての振動子１１〜１４から同時に超音波を発振することができる。 Each vibrator 11-14 can be formed, for example by a piezoelectric element, and electrodes are formed on both surfaces (upper surface, lower surface) of each vibrator 11-14 independently. Thereby, only the vibrator to which voltage is applied can oscillate ultrasonic waves independently. For example, voltage is applied sequentially from the outermost vibrator 14 to the middle vibrator 11 ( Sequential ultrasonic oscillation), or ultrasonic waves can be sequentially generated from the central vibrator 11 toward the outermost vibrator 14, and ultrasonic waves can be simultaneously emitted from all the vibrators 11 to 14. Can oscillate.

各振動子１１〜１４は、超音波の反射波となる反射エコーを個々独立して受信することが可能であり、受信された反射エコーは電気信号となって振動子１１〜１４から出力されるものである。勿論、反射エコーが強いほど、受信信号の振幅（電圧）が大きくなる。なお、発振のための電圧印可および反射エコーに対応した受信信号の外部への出力のために、図１に示すように、検査プローブ１の本体２の外部に突出させてコネクタ６が設けられている。 Each transducer 11 to 14 can individually receive a reflected echo that is a reflected wave of an ultrasonic wave, and the received reflected echo is output from the transducers 11 to 14 as an electrical signal. Is. Of course, the stronger the reflected echo, the larger the amplitude (voltage) of the received signal. In order to apply a voltage for oscillation and output a reception signal corresponding to the reflected echo to the outside, a connector 6 is provided so as to protrude outside the main body 2 of the inspection probe 1 as shown in FIG. Yes.

図３〜図５には、振動子群１０からの超音波の発振状態を互いに相違させた場合の例が示される。図３は、全ての振動子１１〜１４から同時に超音波を発振させた場合を示すもので、矢印で示すように、超音波の進行方向は、検査プローブ１０の軸線０に沿っって直線的に進行される。この図３の発振状態は、振動子群１０と同様の径（最外周に位置する振動子１４の外径と同じ外径）を有する１つの振動子でもって超音波を発振させた場合と同様の超音波発振状態となる。 3 to 5 show examples in which the oscillation states of the ultrasonic waves from the transducer group 10 are different from each other. FIG. 3 shows a case where ultrasonic waves are oscillated simultaneously from all the transducers 11 to 14, and as indicated by arrows, the traveling direction of the ultrasonic waves is linear along the axis 0 of the inspection probe 10. Proceed to. The oscillation state of FIG. 3 is the same as the case where ultrasonic waves are oscillated by one transducer having the same diameter as the transducer group 10 (the same outer diameter as that of the transducer 14 located on the outermost periphery). It becomes the ultrasonic oscillation state.

図４は、振動子１１と１２のみから超音波を発振させた状態を示すもので、矢印で示すように、超音波の進行方向は、検査プローブ１０の軸線０に沿っって直線的に進行される。ただし、図４の場合は、図３の場合に比して、超音波の発振面積が小さいものとなる。すなわち、振動子１１と１２とを合算した面積を有する１つの振動子でもって超音波を発振させたときの状態に相当する。 FIG. 4 shows a state in which ultrasonic waves are oscillated only from the vibrators 11 and 12, and as indicated by arrows, the ultrasonic wave travels linearly along the axis 0 of the inspection probe 10. Is done. However, in the case of FIG. 4, the ultrasonic oscillation area is smaller than that of FIG. That is, this corresponds to a state in which an ultrasonic wave is oscillated by one vibrator having an area where the vibrators 11 and 12 are combined.

図５は、中央の振動子１１から外側の振動子へ向けて順次時間を遅らせて超音波を発振させた場合を示す。この図５の場合は、各振動子１１〜１４で発振された超音波は、干渉作用によって、軸線０上において焦点Ｓ２を構成するようになっており、遅れ時間の設定によって、焦点Ｓ２が、図１に示す焦点Ｓと一致するように設定されている。なお、焦点Ｓ２（Ｓ）の位置は、検査プローブ１のメンブレン４をスポット溶接部の表面に当接させた状態で、スポット溶接された２枚の板の境界部位に位置するように設定されている（板厚の相違に応じて、焦点Ｓ２の位置調整を行うことも可能）。 FIG. 5 shows a case where ultrasonic waves are oscillated with the time being sequentially delayed from the central vibrator 11 toward the outer vibrator. In the case of FIG. 5, the ultrasonic waves oscillated by the respective transducers 11 to 14 are configured to form a focal point S2 on the axis 0 due to the interference action, and the focal point S2 is determined by setting the delay time. It is set to coincide with the focus S shown in FIG. The position of the focal point S2 (S) is set so as to be positioned at the boundary portion between the two spot-welded plates in a state where the membrane 4 of the inspection probe 1 is in contact with the surface of the spot welded portion. (The position of the focal point S2 can also be adjusted according to the difference in plate thickness).

図６は、スポット溶接部つまりナゲットに対して検査プローブ１から超音波を発振したときの一例が示される。この図６において、３１，３２は、スポット溶接された検査対象物としての２枚の金属板（例えば鉄板）であり、３３はスポット溶接によって形成されたナゲットである。図６では、全ての振動子１１〜１４のうち、中央側から複数の振動子（例えば振動子１１〜１３）のみから超音波を発振させた状態を示し（最外周の振動子１４は駆動されてないで休止）、実際に形成されているナゲット３３の径が、駆動されている（超音波を発振している）振動子のうち最外周側に位置する振動子（例えば振動子１３）の外径よりも大きい場合を示す。 FIG. 6 shows an example when ultrasonic waves are oscillated from the inspection probe 1 to the spot welded portion, that is, the nugget. In FIG. 6, reference numerals 31 and 32 are two metal plates (for example, iron plates) as spot-welded inspection objects, and 33 is a nugget formed by spot welding. FIG. 6 shows a state in which ultrasonic waves are oscillated only from a plurality of transducers (for example, the transducers 11 to 13) from the central side among all the transducers 11 to 14 (the outermost transducer 14 is driven). The diameter of the nugget 33 that is actually formed is that of the vibrator (for example, the vibrator 13) positioned on the outermost periphery among the vibrators that are driven (oscillate ultrasonic waves). The case where it is larger than the outer diameter is shown.

図６での超音波発振態様において、得られる反射エコー（受信信号）は、図７に示すようになる。すなわち、ナゲット径が、駆動されている振動子の最大径よりも大きいために、発振された超音波およびその反射エコーは全てナゲットを通過したものとなり、下側の金属板３２の下面でもって反射された反射エコーを以下の説明では底面エコーと称する。この場合、図７で、もっとも左側に現れる波形は、表面エコーと呼ばれるもので、もっとも大きな振幅を示すが、ナゲット径には無関係な要素となる。また、この表面エコーの次から現れる波形が、全て底面エコーであって、破線丸印で示すそのピーク値が徐々に減衰されたものとなる。 In the ultrasonic oscillation mode in FIG. 6, the obtained reflection echo (reception signal) is as shown in FIG. That is, since the nugget diameter is larger than the maximum diameter of the vibrator being driven, all the oscillated ultrasonic waves and their reflected echoes have passed through the nugget and are reflected by the lower surface of the lower metal plate 32. The reflected echo thus obtained is referred to as a bottom echo in the following description. In this case, the waveform appearing on the leftmost side in FIG. 7 is called a surface echo and shows the largest amplitude, but is an element unrelated to the nugget diameter. Further, the waveforms appearing after the surface echo are all bottom surface echoes, and the peak values indicated by the broken-line circles are gradually attenuated.

図８は、図６に対応したものであるが、実際のナゲット径が、駆動されている３つの振動子１１〜１３の最大径（振動子１４は休止）よりも小さいものとなっている。この図６の場合に得られる反射エコーは、図９に示すようになる。この図９は、図７に対応したものであるが、超音波を発振する振動子の最大径よりもナゲット径が小さいために、反射エコーとしては、ナゲットのみを通過した底面エコーの他に、ナゲット３３の外周囲のみを通過して上側の金属板３１の下面（上下の金属板３１と３２との境界）でもって反射された中間エコーが得られることになる。この中間エコーは、底面エコーの間に出現されて、そのピーク値は、隣合う底面エコーよりも小さいものとなる（ピーク値の減衰状態が、底面エコーのピーク値の減衰状態とは相違する）。なお、図７，図９において、底面エコーとして示されるものが特許請求の範囲における第１反射エコーに相当し、中間エコーとして示されるものが特許請求の範囲における第２反射エコーに相当する。 FIG. 8 corresponds to FIG. 6, but the actual nugget diameter is smaller than the maximum diameter of the three driven vibrators 11 to 13 (vibrator 14 is at rest). The reflected echo obtained in the case of FIG. 6 is as shown in FIG. FIG. 9 corresponds to FIG. 7, but since the nugget diameter is smaller than the maximum diameter of the vibrator that oscillates ultrasonic waves, as a reflection echo, in addition to the bottom echo that has passed only the nugget, An intermediate echo that passes through only the outer periphery of the nugget 33 and is reflected by the lower surface of the upper metal plate 31 (the boundary between the upper and lower metal plates 31 and 32) is obtained. This intermediate echo appears between the bottom echoes, and its peak value is smaller than that of the adjacent bottom echo (the attenuation state of the peak value is different from the attenuation state of the peak value of the bottom echo). . 7 and 9, what is shown as the bottom echo corresponds to the first reflected echo in the claims, and what is shown as the intermediate echo corresponds to the second reflected echo in the claims.

前述した図６〜図９の説明から明かなように、図示を略すが、ナゲット３３が全く存在しないときは、図９の中間エコーのみが得られることになる。 As is clear from the description of FIGS. 6 to 9, the illustration is omitted. However, when the nugget 33 is not present at all, only the intermediate echo of FIG. 9 is obtained.

前述した底面エコーと中間エコーとは、明確に区別できるものである。したがって、振動子１１〜１４について、例えば、中央の振動子１１から順次外側の振動子へ向けて超音波を発振することにより、図７に示すように底面エコーのみが得られる第１状態から、底面エコーの他に中間エコーをも得られる図９に示すような第２状態へと変化される。この第１状態のときは、実際のナゲット径は、駆動されている振動子のうち最大径となる振動子の径（外径）よりも大きいということが推測される。また、上記第２状態のときは、実際のナゲット径は、駆動されている振動子のうち最大径となる振動子の径（内径）よりも小さいということが推測される。したがって、この第１状態と第２状態との間で変化が生じたときに、実際のナゲット径は、駆動されている振動子のうちもっとも外側に位置する振動子の径（停止されている振動子のうちもっとも内側に位置する振動子の径）に相当する大きさであると推定することができる。各振動子１１〜１４の径方向幅を小さく設定することにより（例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ）の範囲に設定することにより、ナゲット径を各振動子の径方向幅の誤差範囲でもって極めて精度よく知ることができる。 The above-described bottom echo and intermediate echo can be clearly distinguished. Therefore, for the transducers 11 to 14, for example, by oscillating ultrasonic waves sequentially from the central transducer 11 toward the outer transducer, the first state in which only the bottom echo is obtained as shown in FIG. The state is changed to the second state as shown in FIG. 9 in which an intermediate echo is obtained in addition to the bottom echo. In the first state, it is estimated that the actual nugget diameter is larger than the diameter (outer diameter) of the vibrator that is the largest of the driven vibrators. In the second state, it is estimated that the actual nugget diameter is smaller than the diameter (inner diameter) of the vibrator that is the largest of the driven vibrators. Therefore, when a change occurs between the first state and the second state, the actual nugget diameter is the diameter of the most driven vibrator (the vibration that is stopped). It can be estimated that the size corresponds to the diameter of the transducer located on the innermost side among the children. By setting the radial width of each vibrator 11 to 14 to a small range (for example, 0.5 mm to 1 mm), the nugget diameter is extremely accurate with an error range of the radial width of each vibrator. I can know.

上述したナゲット径の計測は、複数の振動子１１〜１４を、中央側の振動子１１から外側の振動子へと順次駆動した場合であるが、最外側の振動子１４から中央の振動子１１へ向けて順次超音波を発振する場合も同様にして、実際のナゲット径を計測できる。すなわち、最外側の振動子１４のみを駆動したときに、中間エコーのみが得られる第３状態であり、この状態から中央に向けて振動子を順次駆動したときに、第３状態から前述した第２状態へと移行した直後の状態において、そのときに駆動されている振動子のうちもっとも内側に位置する振動子の径（停止されている振動子のうちもっとも外側に位置する振動子の径）が、実際のナゲット径であると推測されることになる。 The above-described measurement of the nugget diameter is a case where the plurality of vibrators 11 to 14 are sequentially driven from the central vibrator 11 to the outer vibrator, but from the outermost vibrator 14 to the central vibrator 11. The actual nugget diameter can be measured in the same manner when ultrasonic waves are sequentially oscillated toward the. That is, it is the third state in which only the intermediate echo is obtained when only the outermost transducer 14 is driven, and when the transducer is sequentially driven from this state toward the center, the third state is described above. In the state immediately after the transition to the two state, the diameter of the most inner vibrator among the vibrators driven at that time (the diameter of the outermost vibrator among the stopped vibrators) Is estimated to be the actual nugget diameter.

ここで、図６，図８の場合共に、検査プローブ１の軸線０が、スポット溶接部（ナゲット３３）に対して垂直となり、かつスポット溶接部（ナゲット３３）の中心に合致した理想状態を前提としている。このうような理想状態（検査条件）を満足するために、検査プローブ１のスポット溶接部（ナゲット３３）に対する傾斜角度の調整および位置調整を行うための好ましい手法について説明する。なお、傾斜角度の調整および位置調整のための検査プローブ１の駆動は、ロボットハンド２０によって行われるものである。 6 and 8, it is assumed that the axis 0 of the inspection probe 1 is perpendicular to the spot welded portion (nugget 33) and matches the center of the spot welded portion (nugget 33). It is said. In order to satisfy such an ideal state (inspection condition), a preferable method for adjusting the tilt angle and the position of the inspection probe 1 with respect to the spot welded portion (nugget 33) will be described. The inspection probe 1 for adjusting the tilt angle and adjusting the position is driven by the robot hand 20.

まず、検査プローブ１の角度調整の点について説明する。この角度調整の際には、検査プローブ１の傾斜角度を微妙に変更しつつ、図５に示すような超音波の発振を行って（焦点Ｓ２を構成させる）、反射エコーの受信を中央の振動子１１のみによって行う。この場合、スポット溶接部（ナゲット３３）に対して検査プローブ１の軸線Ｏが垂直となったときに、中央の振動子１１で受信される反射エコーの振幅（受信強度）がもっとも大きくなるので、反射エコーの振幅がもっとも大きくなる傾斜角度に固定設定する。これにより、検査プローブ１のスポット溶接部（ナゲット３３）に対する傾斜角度の設定が終了される。 First, the angle adjustment of the inspection probe 1 will be described. At the time of this angle adjustment, while slightly changing the inclination angle of the inspection probe 1, the ultrasonic wave is oscillated as shown in FIG. Only by child 11. In this case, when the axis O of the inspection probe 1 is perpendicular to the spot weld (nugget 33), the amplitude (reception intensity) of the reflected echo received by the central vibrator 11 is the largest. The inclination angle at which the amplitude of the reflected echo is maximized is fixedly set. Thereby, the setting of the inclination angle with respect to the spot welded portion (nugget 33) of the inspection probe 1 is completed.

次に、検査プローブ１の位置調整（中心位置合わせ）について説明する。この位置値せのときは、検査プローブ１を、スポット溶接部の表面に沿って移動させつつ、各振動子１１〜１４から同時に超音波を発振させる。このとき、図１０に示すように（図１０は、図９に対応）、底面エコーと中間エコーとが得られるが、１番目の底面エコーの振幅Ｌ１に対する１番目の中間エコーの振幅Ｌ２の比がもっとも小さくなった位置でもって検査プローブ１の位置を固定して、位置調整が終了される。すなわち、検査プローブ１の軸Ｏがナゲット３３の中心から大きくずれているほど、底面エコーの振幅に対して相対的に中間エコーの振幅が大きくなるので、上記した「振幅の比」がもっとも小さくなる位置が、軸線Ｏがナゲット３３の調中心に合致した位置となる。 Next, position adjustment (center alignment) of the inspection probe 1 will be described. When this position is set, ultrasonic waves are simultaneously oscillated from the transducers 11 to 14 while moving the inspection probe 1 along the surface of the spot welded portion. At this time, as shown in FIG. 10 (FIG. 10 corresponds to FIG. 9), the bottom echo and the intermediate echo are obtained, but the ratio of the amplitude L2 of the first intermediate echo to the amplitude L1 of the first bottom echo. The position of the inspection probe 1 is fixed at the position where is the smallest, and the position adjustment is completed. That is, as the axis O of the inspection probe 1 is greatly deviated from the center of the nugget 33, the amplitude of the intermediate echo increases relative to the amplitude of the bottom echo, so that the “amplitude ratio” described above is the smallest. The position is a position where the axis O matches the tone center of the nugget 33.

なお、前述した角度調整および位置調整は、図１に示すランプ２２，２３の焦点Ｓを利用して、作業者の目視によってのみ行うようにしてもよい。また、この作業者の目視による調整後に、微調整の範囲でもって角度と位置とを変更しつつ、前述した反射エコーを利用した自動的な角度調整と位置調整とを行うようにしてもよい。 Note that the angle adjustment and the position adjustment described above may be performed only by visual observation of the operator using the focal points S of the lamps 22 and 23 shown in FIG. Further, after the operator's visual adjustment, the above-described automatic angle adjustment and position adjustment using the reflected echo may be performed while changing the angle and position within the fine adjustment range.

図１１は、複数の振動子１１〜１４の個々独立した超音波発振と、その反射エコーの個々独立した受信とを行うための制御回路例を示すものである。この図１１において、４１はパルスの発振回路である。中央の振動子１１は、発振回路４１に対して、サーキュレータ５１を介して接続されている。振動子１２は、サーキュレータ５２および遅延回路４２を介して発振回路４１に接続されている。振動子１３は、サーキュレータ５３および遅延回路４３を介して発振回路４１に接続されている。振動子１４は、サーキュレータ５４および遅延回路４４を介して発振回路４１に接続されている。 FIG. 11 shows an example of a control circuit for performing independent ultrasonic oscillation of the plurality of transducers 11 to 14 and independent reception of the reflected echoes. In FIG. 11, reference numeral 41 denotes a pulse oscillation circuit. The central vibrator 11 is connected to the oscillation circuit 41 via a circulator 51. The vibrator 12 is connected to the oscillation circuit 41 via the circulator 52 and the delay circuit 42. The vibrator 13 is connected to the oscillation circuit 41 through the circulator 53 and the delay circuit 43. The vibrator 14 is connected to the oscillation circuit 41 via a circulator 54 and a delay circuit 44.

図１１中、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）であり、発振回路４１の制御と、遅延回路４２〜４４の制御とを行う。すなわち、発振回路４１の駆動と停止との切替を行うと共に、遅延回路４２〜４４の作動（遅延あり）と停止（遅延なし）との切替えを行う。また、各サーキュレータ５１〜５４は、発振回路４１からの信号を対応する振動子に出力する一方、各振動子からの受信信号をコントローラＵへ入力させるようになっている。コントローラＵは、各振動子１１〜１４からの受信信号を受信する受信回路の機能を有する他、前述した角度調整のための制御、位置調整のための制御、ナゲット径の推測のための制御を行う。そして、コントローラＵは、表示画面からなる表示手段４５に、計測（推測）されたナゲット径の表示を行うようになっている（ナゲット径の正常、異常の識別表示であってもよく、この場合は、表示手段４５をランプ、ブザー等の簡易なものを利用できる）。 In FIG. 11, U is a controller (control unit) configured using a microcomputer, and controls the oscillation circuit 41 and the delay circuits 42 to 44. That is, the oscillation circuit 41 is switched between driving and stopping, and the delay circuits 42 to 44 are switched between operation (with delay) and stop (without delay). Further, each circulator 51 to 54 outputs a signal from the oscillation circuit 41 to a corresponding vibrator, and inputs a reception signal from each vibrator to the controller U. The controller U has a function of a receiving circuit that receives signals received from the respective vibrators 11 to 14, and performs the above-described control for angle adjustment, control for position adjustment, and control for estimation of the nugget diameter. Do. Then, the controller U is configured to display the measured (estimated) nugget diameter on the display means 45 including a display screen (the nugget diameter normal or abnormal identification display may be used. Can use a simple display means 45 such as a lamp or a buzzer).

次に、図１２に示すフローチャートを参照しつつ、コントローラＵの制御例について説明するが、実施形態では、検査プローブ１の角度調整制御と、位置調整制御と、２種類のナゲット径推測の制御とを行うものとなっている。角度調整および位置調整のために、コントローラＵは、ロボットハンド２０の制御をも行う。なお、以下の説明でＱはステップを示す。また、図１２の制御は、例えば、検査プローブ１のメンブレン４をスポット溶接部（の表面）に当接させ、かつ作業者が図示を略す開始スイッチを操作したときに開始される。 Next, a control example of the controller U will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 12. In the embodiment, the angle adjustment control of the inspection probe 1, the position adjustment control, and the two types of nugget diameter estimation control are described. It is intended to do. The controller U also controls the robot hand 20 for angle adjustment and position adjustment. In the following description, Q indicates a step. Further, the control in FIG. 12 is started, for example, when the membrane 4 of the inspection probe 1 is brought into contact with the surface of the spot welded portion and the operator operates a start switch (not shown).

まず、Ｑ１において、検査プローブ１の傾斜角度を変更しつつ、図５の発振態様とさせる（焦点Ｓ２を設定する）。次いで、Ｑ２において、中央の振動子１１でのみ反射エコーを受信して、受信強度がもっとも強くなったときの傾斜角度となったときに、検査プローブ１の傾斜角度を固定する（傾斜角度調整の終了）。 First, in Q1, while changing the inclination angle of the inspection probe 1, the oscillation mode shown in FIG. 5 is set (focus S2 is set). Next, in Q2, when the reflected echo is received only by the central vibrator 11, and the inclination angle when the reception intensity becomes the strongest is reached, the inclination angle of the inspection probe 1 is fixed (inclination angle adjustment). End).

Ｑ２の後、Ｑ３において、基準となるナゲット径に応じて、図９のような反射エコーが得られるように、振動子を駆動する（全振動子を駆動してもよい）。この後、Ｑ４において、図１０に示す１番目の底面エコーと１番目の中間エコーとの振幅の比がもっとも小さくなる位置となった位置でもって、検査プローブ１を固定する（位置調整の終了）。 After Q2, in Q3, according to the reference nugget diameter, the vibrator is driven so that a reflection echo as shown in FIG. 9 is obtained (all vibrators may be driven). Thereafter, in Q4, the inspection probe 1 is fixed at the position where the amplitude ratio between the first bottom echo and the first intermediate echo shown in FIG. 10 becomes the smallest (end of position adjustment). .

Ｑ４の後は、Ｑ５において、現在中間エコーが発生（検出）しているか否かが判別される。このＱ５の判別でＮＯのとき、つまり中間エコーが発生しないときは、駆動されている振動子の最大外径よりも実際のナゲット径が大きいときである。このときは、Ｑ６、Ｑ７の処理において、現在駆動されている振動子の１つ外側の振動子を駆動して、反射エコーを再測定し、中間エコーが発生するまでこのような処理を繰り返す。中間エコーが発生されたことが確認された時点でもって、Ｑ８において、ナゲット径の推測が行われる（推測されたナゲット径は表示手段４５に表示される）。上述したＱ６からＱ８を経る処理は、中央の振動子１１から外側の振動子へ向けて順次駆動していくことによるナゲット径の推測手法となる。 After Q4, it is determined in Q5 whether an intermediate echo is currently generated (detected). When NO is determined in Q5, that is, when no intermediate echo is generated, the actual nugget diameter is larger than the maximum outer diameter of the driven transducer. At this time, in the processes of Q6 and Q7, one of the currently driven vibrators is driven, the reflected echo is measured again, and such a process is repeated until an intermediate echo is generated. At the time when it is confirmed that the intermediate echo is generated, the nugget diameter is estimated in Q8 (the estimated nugget diameter is displayed on the display means 45). The above-described processing from Q6 to Q8 is a method for estimating the nugget diameter by sequentially driving from the central vibrator 11 toward the outer vibrator.

前記Ｑ５の判別でＹＥＳのとき、つまり図７に示すように中間エコーが存在するときは、現在駆動されている振動子のうち最大径となる振動子の径よりも、ナゲット径が小さいときである。このときは、Ｑ９，Ｑ１０の処理によって、駆動される振動子が径方向内側へ１つづつ移動し（駆動されない振動子が径方向外側から順次増加させていく）、反射エコーを再測定し、中間エコーが発生しなくなるまでこのような処理を繰り返す。中間エコーが発生しなくなったことが確認された時点でもって、Ｑ８において、ナゲット径の推測が行われる（推測されたナゲット径は表示手段４５に表示される）。上述したＱ９からＱ８を経る処理は、外側の振動子から中央の振動子１１へ向けて順次駆動していく（外側の振動子から順次駆動停止していく）ことによるナゲット径の推測手法となる。 If YES in Q5, that is, if there is an intermediate echo as shown in FIG. 7, the nugget diameter is smaller than the diameter of the vibrator that is the largest of the currently driven vibrators. is there. At this time, the driven vibrators are moved one by one radially inward by the processing of Q9 and Q10 (the vibrators that are not driven are sequentially increased from the radially outer side), and the reflected echo is measured again. Such processing is repeated until no intermediate echo occurs. At the time when it is confirmed that the intermediate echo is not generated, the nugget diameter is estimated in Q8 (the estimated nugget diameter is displayed on the display means 45). The above-described processing from Q9 to Q8 is a method of estimating the nugget diameter by sequentially driving from the outer vibrator toward the center vibrator 11 (stopping the driving from the outer vibrator sequentially). .

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。振動子の数は、適宜変更できるものであり、同じ最大外径であれば、振動子の数を増加させるほど、ナゲット径の推測の精度を向上させることができる。ナゲット径の推測に際しては、例えば、図１２において、Ｑ６〜Ｑ８の処理の後にＱ９〜Ｑ８の処理を実行するようにし、またＱ９〜Ｑ８の処理の後にＱ６〜Ｑ８の処理を実行するようにして、得られる２つの推測値の例えば相加平均値を最終的なナゲット径の推測値として決定するようにしてもよい（より精度のよいナゲット径の推測）。ランプ２２，２３は、検査プローブ１の周囲に３個以上設けるようにしてもよく、またその照射方向を変更可能として、例えば金属板３１，３２の板厚の相違等に対応して、焦点Ｓの位置を変更可能にしてもよい。検査プローブ１の角度調整および位置調整の手法は、ナゲット径の推測を行うためのみならず、特許文献１に示すような技術に適用する場合等においても用いることができる。スポット溶接される検査対象物としての金属板は、３枚以上であってもよい。フローチャートに示された各ステップあるいはステップ群は、その機能に手段の名称を付した特定の機能部として把握することが可能である。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。 Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the scope of claims. For example, the invention includes the following cases. . The number of transducers can be changed as appropriate. If the maximum outer diameter is the same, the accuracy of estimating the nugget diameter can be improved as the number of transducers is increased. When estimating the nugget diameter, for example, in FIG. 12, the processing of Q9 to Q8 is executed after the processing of Q6 to Q8, and the processing of Q6 to Q8 is executed after the processing of Q9 to Q8. For example, an arithmetic mean value of the two estimated values obtained may be determined as an estimated value of the final nugget diameter (more accurate estimation of the nugget diameter). Three or more lamps 22 and 23 may be provided around the inspection probe 1 and the irradiation direction can be changed. For example, the focal point S corresponds to the difference in the thickness of the metal plates 31 and 32. The position may be changeable. The method of angle adjustment and position adjustment of the inspection probe 1 can be used not only for estimating the nugget diameter but also when applied to the technique shown in Patent Document 1. Three or more metal plates may be used as inspection objects to be spot welded. Each step or group of steps shown in the flowchart can be grasped as a specific function unit with the name of the means added to the function. The object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but also implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

本発明が適用された検査プローブの一例を示す一部断面側面図。The partial cross section side view which shows an example of the test | inspection probe to which this invention was applied. 図１に示す振動子群の平面図。FIG. 2 is a plan view of the transducer group shown in FIG. 1. 全ての振動子から超音波を発振させたときの状態を示す側面図。The side view which shows a state when an ultrasonic wave is oscillated from all the vibrators. 中央側の一部の振動子からのみ超音波を発振させたときの状態を示す側面図。The side view which shows a state when an ultrasonic wave is oscillated only from the one part vibrator | oscillator of the center side. 中央側の振動子から外側の振動子へ向けて順次時間を遅らせて超音波を発振させたときの状態を示す側面図。FIG. 5 is a side view showing a state when ultrasonic waves are oscillated by sequentially delaying time from a central vibrator toward an outer vibrator. 駆動されている振動子の最大外径よりもナゲット径が大きいときの超音波と反射エコーを示す説明図。Explanatory drawing which shows an ultrasonic wave and a reflective echo when a nugget diameter is larger than the largest outer diameter of the vibrator | oscillator currently driven. 図６の状態のときに得られる反射エコーの一例を示す特性図。The characteristic view which shows an example of the reflective echo obtained in the state of FIG. 駆動されている振動子の最大外径よりもナゲット径が小さいときの超音波と反射エコーを示す説明図。Explanatory drawing which shows an ultrasonic wave and a reflective echo when a nugget diameter is smaller than the largest outer diameter of the vibrator | oscillator being driven. 図８の状態のときに得られる反射エコーの一例を示す特性図。The characteristic view which shows an example of the reflective echo obtained in the state of FIG. 検査プローブとナゲットとの中心位置合わせをを説明するための特性図。The characteristic view for demonstrating center position alignment with a test | inspection probe and a nugget. 各振動子が接続される制御回路例を示す図。The figure which shows the example of a control circuit to which each vibrator | oscillator is connected. 本発明の制御例を示すフローチャート。The flowchart which shows the example of control of this invention.

Explanation of symbols

１：検査プローブ
３：音響伝達媒体
１０：振動子群
１１〜１４：振動子
２０：ロボットハンド（角度変更、位置変更用）
３１，３２：金属板（検査対象物）
３３：ナゲット
４１：発振回路
４２〜４４：遅延回路
４５：表示手段
Ｓ、Ｓ２：焦点
Ｌ１、Ｌ２；反射エコーの振幅
Ｏ：中心軸線
Ｕ：コントローラ
1: Inspection probe 3: Acoustic transmission medium 10: Vibrator group 11-14: Vibrator 20: Robot hand (for angle change and position change)
31, 32: Metal plate (inspection object)
33: Nugget 41: Oscillator circuits 42 to 44: Delay circuit 45: Display means S, S2: Focus L1, L2; Reflected echo amplitude O: Center axis U: Controller

Claims

An ultrasonic inspection method for spot welds that uses ultrasonic waves to inspect the nugget diameter of spot welds in an inspection object,
An ultrasonic transducer comprising a plurality of transducers arranged concentrically so that each of the ultrasonic waves can be independently oscillated is provided, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is transmitted via an acoustic propagation medium. A preparatory step of oscillating toward a spot weld in the inspection object and preparing an inspection probe set to be able to independently receive the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves by the plurality of transducers;
The ultrasonic waves are oscillated sequentially from the plurality of vibrators toward the spot welded portion, and the nugget diameter of the spot welded portion is estimated based on the reception state of the reflected echo of the oscillated ultrasonic wave. An inspection process to
An ultrasonic inspection method for spot welds, comprising:

In claim 1,
The inspection step is
A first state in which only the first reflected echo reflected through the nugget is received and a second state in which the second reflected echo reflected through the outer peripheral portion of the nugget is received in addition to the first reflected echo are obtained. The first step;
Among the plurality of vibrators that oscillate ultrasonic waves, the diameter of the first specific vibrator located in the outermost periphery in the range where the first state is obtained, and the innermost circumference in the range where the second state is obtained. A second step of determining an estimated value of the nugget diameter based on at least one of the diameters of the second specific vibrators located;
An ultrasonic inspection method for spot welds, comprising:

In claim 1,
The inspection step is
A third state in which only the second reflected echo reflected through the outer periphery of the nugget is received, and a second state in which the first reflected echo reflected through the nugget in addition to the second reflected echo is received. One step,
Among the plurality of vibrators that oscillate ultrasonic waves, the diameter of the third specific vibrator located in the innermost circumference in the range where the third state is obtained, and the outermost circumference in the range where the second state is obtained. A second step of determining an estimated value of the nugget diameter based on at least one of the diameters of the first specific vibrator located;
An ultrasonic inspection method for spot welds, comprising:

In any one of Claims 1 thru | or 3,
Before the inspection step, while changing the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion, the ultrasonic waves are sequentially oscillated by delaying the time from the central vibrator to the outer vibrator among the plurality of vibrators. And an angle adjustment step of determining an inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion based on a reception state of the oscillated ultrasonic wave at the central vibrator. Ultrasound inspection method of the department.

In any one of Claims 1 thru | or 4,
Before the inspection step, the amplitude of the first reflected echo reflected through the nugget by oscillating ultrasonic waves from the plurality of vibrators while relatively moving the inspection probe along the surface of the spot weld. And a position adjusting step for determining the position of the inspection probe with respect to the spot weld based on the amplitude of the second reflected echo reflected through the outer periphery of the nugget and the superposition of the spot weld Ultrasonic inspection method.

An ultrasonic inspection apparatus for a spot weld that inspects a nugget diameter of a spot weld in an inspection object using ultrasonic waves,
An ultrasonic transducer comprising a plurality of transducers arranged concentrically so that each of the ultrasonic waves can be independently oscillated is provided, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is transmitted via an acoustic propagation medium. An inspection probe that oscillates toward the spot weld in the inspection object and that is set so that the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves can be received independently by the plurality of transducers, and
Oscillation control means for oscillating ultrasonic waves sequentially toward the spot welded portion by shifting the time from the plurality of vibrators;
Nugget diameter estimating means for estimating the nugget diameter of the spot welded portion based on the reception state of the reflected echo of the ultrasonic wave sequentially oscillated toward the spot welded portion while shifting the time from the plurality of vibrators,
An ultrasonic inspection apparatus for spot welds, comprising:

In claim 6,
An angle changing means for changing an inclination angle of the inspection probe with respect to a spot weld;
Oscillation that sequentially oscillates ultrasonic waves by delaying the time from the central vibrator to the outer vibrator among the plurality of vibrators while changing the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion by the angle changing means. Control means;
An angle that determines the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion so that the reception intensity at the central vibrator is maximized when oscillated from the vibrator under the control of the oscillation control means. A determination means;
An ultrasonic inspection apparatus for spot welds, further comprising:

In claim 6 or claim 7,
Position changing means for relatively moving the inspection probe along the surface of the spot weld,
Ultrasonic waves are oscillated from the plurality of transducers so that the ratio of the amplitude of the second reflected echo reflected through the outer periphery of the nugget to the amplitude of the first reflected echo reflected through the nugget is a minimum. Position determining means for determining the position of the inspection probe with respect to the spot weld,
An ultrasonic inspection apparatus for spot welds, further comprising:

An inspection probe angle adjustment method used for ultrasonic inspection of spot welds,
The inspection probe includes an ultrasonic transducer in which a plurality of transducers each capable of independently oscillating ultrasonic waves are arranged concentrically, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is acoustically Oscillates toward the spot weld in the inspection object through a propagation medium, and is set to be able to receive the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves individually by the plurality of vibrators,
While changing the inclination angle of the inspection probe with respect to the spot welded portion, the ultrasonic wave is sequentially oscillated by delaying the time from the central vibrator to the outer vibrator among the plurality of vibrators. The inclination angle of the inspection probe with respect to the spot weld is determined so that the reception angle of the sound wave at the central vibrator is the largest.
An inspection probe angle adjustment method characterized by the above.

A method for adjusting the position of an inspection probe used for ultrasonic inspection of a spot weld,
The inspection probe includes an ultrasonic transducer in which a plurality of transducers each capable of independently oscillating ultrasonic waves are arranged concentrically, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer is acoustically Oscillates toward the spot weld in the inspection object through a propagation medium, and is set to be able to receive the reflected echoes of the oscillated ultrasonic waves individually by the plurality of vibrators,
While moving the inspection probe relatively along the surface of the spot weld, ultrasonic waves are oscillated from the plurality of vibrators and reflected through the outer periphery of the nugget with respect to the amplitude of the first reflected echo reflected through the nugget. Determining the position of the inspection probe with respect to the spot weld so that the ratio of the amplitudes of the second reflected echoes is minimized.
A method for adjusting the position of an inspection probe.