JP2017509873A - Portable matrix phased array spot weld inspection system - Google Patents
Portable matrix phased array spot weld inspection system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017509873A JP2017509873A JP2016552906A JP2016552906A JP2017509873A JP 2017509873 A JP2017509873 A JP 2017509873A JP 2016552906 A JP2016552906 A JP 2016552906A JP 2016552906 A JP2016552906 A JP 2016552906A JP 2017509873 A JP2017509873 A JP 2017509873A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- phased array
- weld
- ultrasonic
- matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/08—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
- B23K11/11—Spot welding
- B23K11/115—Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
- B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
- B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
- B23K20/2336—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer both layers being aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
- B23K31/125—Weld quality monitoring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/225—Supports, positioning or alignment in moving situation
- G01N29/226—Handheld or portable devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/006—Vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/10—Number of transducers
- G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/26—Scanned objects
- G01N2291/263—Surfaces
- G01N2291/2638—Complex surfaces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/26—Scanned objects
- G01N2291/267—Welds
- G01N2291/2672—Spot welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブおよび本体を含む、スポット溶接部を非破壊で特性化するための可搬システムであって、本体は携帯型であるように設計されており、かつ人間工学的に設計される外部ケーシングと、少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブに接続するための少なくとも1つの入力と、少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路と、プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含むタッチスクリーンコンピュータと、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタとをさらに含む。A portable system for non-destructive characterization of spot welds, including at least one matrix phased array probe and a body, the body being designed to be portable and ergonomically designed An outer casing, at least one input for connection to at least one matrix phased array probe, an ultrasonic phased array transceiver circuit in electrical communication with the at least one input, and processing data received from the probe; A touch screen computer further comprising at least one data processor executing software including at least one image algorithm for generating a color-coded ultrasonic C-scan image of the characterized weld, and the characterized weld Color-coded ultrasonic C scan Further comprising at least one monitor for displaying the images in real time.
Description
関連出願の相互参照
[0001]本特許出願は、2011年5月10日に出願の「Three−Dimensional Matrix Phased Array Spot Weld Inspection System」という名称の米国仮特許出願第61/484,312号の利益を主張した、2012年5月10日に出願の「3−D Matrix Phased Array Spot Weld Inspection System」という名称の米国特許出願第13/468,502号の一部継続出願であり、それらの開示が参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれ、かつすべての目的で本米国実用特許出願の一部とされる。
Cross-reference of related applications
[0001] This patent application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 484,312 entitled "Three-Dimensional Matrix Phased Spot Weld Inspection System" filed on May 10, 2011, 2012. Which is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 13 / 468,502, entitled “3-D Matrix Phased Spot Weld Inspection System” filed on May 10, Is incorporated herein and made a part of this US utility patent application for all purposes.
[0002]本発明は、一般に工業製造工程の性能を評価する際に使用する検査システムに関し、より詳細には抵抗スポット溶接部および他の溶接継手の品質を評価するための非破壊検査システムに関する。 [0002] The present invention relates generally to inspection systems used in evaluating the performance of industrial manufacturing processes, and more particularly to non-destructive inspection systems for evaluating the quality of resistance spot welds and other weld joints.
[0003]板金接合プロセスは航空宇宙および自動車産業を含む多くの産業において広く使用される。これらのプロセスの中で、抵抗スポット溶接は、それが高プロセス速度を有しかつ大量生産ラインで容易に採用されるので、金属シートを接合するために使用される非常に一般的な手順である。シーム溶接、溶接接合、接着接合、はんだ付けおよびろう付けも受け入れられてきた。そのような接合プロセスの品質管理は製造業者にとっての重要な問題として認識されてきた。溶接継手の品質は接合プロセス自体によっておよび継手の設計によって影響される。冶金反応、熱挙動、化学組成、母材の開始条件、溶接および結合条件、ならびにプロセスの間に使用される溶接および結合機器を含む、多くの要因が考慮される。さらにまた、これらの要因間の複雑な関係が、溶接継手の品質を制御することを困難に、かつ溶接継手を非破壊方式で検査することを困難にする。 [0003] Sheet metal joining processes are widely used in many industries, including the aerospace and automotive industries. Among these processes, resistance spot welding is a very common procedure used to join metal sheets because it has a high process speed and is easily adopted in mass production lines. . Seam welding, weld bonding, adhesive bonding, soldering and brazing have also been accepted. Quality control of such joining processes has been recognized as an important issue for manufacturers. The quality of welded joints is influenced by the joining process itself and by the joint design. Many factors are considered, including metallurgical reactions, thermal behavior, chemical composition, matrix initiation conditions, welding and bonding conditions, and welding and bonding equipment used during the process. Furthermore, the complex relationship between these factors makes it difficult to control the quality of the welded joint and to inspect the welded joint in a non-destructive manner.
[0004]音響方法は、様々な検査用途のための一般的に使用される非破壊試験方法である。他の非破壊試験方法とは異なり、音響方法は表面および内部の両情報を提供する。その上、音響方法は試験片へのより深い浸透および溶接継手の小さい不連続部に対するより高い感度を見込む。しかしながら、音響方法は、制約を有する。最も重大な制約は、試験装置を使用しかつ音響データを分析するための熟練作業者の要件の他に、未融合溶接部もしくは低温溶接部または、キッシングボンドなどの不適切な結合を識別する非常に主観的な性質を含む。したがって、超音波非破壊評価(NDE)の分野は、熟練作業者の関与および試験データの主観的な解釈を排除する方式で不良継手を識別するための信頼できるプロセスまたは技術が必要である。 [0004] The acoustic method is a commonly used non-destructive testing method for various inspection applications. Unlike other nondestructive testing methods, acoustic methods provide both surface and interior information. Moreover, the acoustic method allows for deeper penetration into the specimen and higher sensitivity to small discontinuities in the weld joint. However, the acoustic method has limitations. The most serious limitation is the need to identify unsuitable welds such as unfused or cold welds or kissing bonds in addition to the requirements of skilled workers using test equipment and analyzing acoustic data Including subjective properties. Therefore, the field of ultrasonic non-destructive evaluation (NDE) requires a reliable process or technique for identifying defective joints in a manner that eliminates the involvement of skilled workers and subjective interpretation of test data.
本願発明の一実施例は、例えば、可搬マトリックスフェーズドアレイスポット溶接部検査システムに関する。 One embodiment of the present invention relates to a portable matrix phased array spot weld inspection system, for example.
[0005]以下は本発明のある例示的な実施形態の概要を提供する。本概要は広範な概観ではなく、かつ本発明の主要なもしくは重要な態様もしくは要素を特定するもの、またはその範囲を定めるものとは意図されない。 [0005] The following provides an overview of certain exemplary embodiments of the invention. This summary is not an extensive overview and is not intended to identify key or critical aspects or elements of the invention or to delineate its scope.
[0006]本発明の一態様によれば、スポット溶接部を非破壊で特性化するための第1の可搬システムが提供される。本システムは少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブおよび本体を含む。マトリックスフェーズドアレイプローブは、超音波信号を生成するようにもその反射を受信するようにも動作する、プローブの1つの端部で曲面アレイに配置される複数の超音波振動子要素と、試験条件下のスポット溶接部内に音エネルギーが直接伝達されることを可能にしつつ、プローブがスポット溶接部の輪郭表面に合致することを可能にするための材料の組合せであって、プローブの端部に装着される可撓性の膜、および膜とアレイとの間に設置される流体充填室または固体音遅延材料をさらに含む材料の組合せとをさらに含む。本体は携帯型であるように設計されており、かつ人間工学的に設計される外部ケーシングと、少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブに接続するための少なくとも1つの入力と、少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路と、プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含むタッチスクリーンコンピュータと、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタとをさらに含む。 [0006] According to one aspect of the present invention, a first portable system for non-destructively characterizing a spot weld is provided. The system includes at least one matrix phased array probe and a body. A matrix phased array probe operates to generate an ultrasonic signal and receive its reflections, a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in a curved array at one end of the probe, and test conditions A combination of materials that allows the probe to conform to the contoured surface of the spot weld while allowing sound energy to be transmitted directly into the lower spot weld, and is attached to the end of the probe And a combination of materials further including a fluid-filled chamber or a solid sound delay material placed between the membrane and the array. The body is designed to be portable and ergonomically designed outer casing, at least one input for connection to at least one matrix phased array probe, and at least one input and telecommunications An ultrasonic phased array transceiver circuit for executing and software including at least one image algorithm for processing data received from the probe and generating a color-coded ultrasonic C-scan image of the weld to be characterized A touch screen computer further including at least one data processor and at least one monitor for displaying in real time a color-coded ultrasonic C-scan image of the weld to be characterized.
[0007]本発明の別の態様によれば、スポット溶接部を非破壊で特性化するための第2の可搬システムが提供される。本システムも少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブおよび本体を含む。マトリックスフェーズドアレイプローブは、超音波信号を生成するようにもその反射を受信するようにも動作する、プローブの1つの端部で曲面アレイに配置される複数の超音波振動子要素と、試験条件下のスポット溶接部内に音エネルギーが直接伝達されることを可能にしつつ、プローブがスポット溶接部の輪郭表面に合致することを可能にするための材料の組合せであって、プローブの端部に装着される可撓性の膜、および膜とアレイとの間に設置される流体充填室または固体音遅延材料をさらに含む材料の組合せとをさらに含む。本体は携帯型であるように設計されており、かつマトリックスフェーズドアレイプローブを収容するように適合されたハンドルを有する人間工学的に設計される外部ケーシングと、プローブに接続するための少なくとも1つの入力と、少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路と、プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含むタッチスクリーンコンピュータと、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタと、少なくとも1つの充電式バッテリとをさらに含む。 [0007] According to another aspect of the invention, a second portable system for non-destructively characterizing a spot weld is provided. The system also includes at least one matrix phased array probe and body. A matrix phased array probe operates to generate an ultrasonic signal and receive its reflections, a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in a curved array at one end of the probe, and test conditions A combination of materials that allows the probe to conform to the contoured surface of the spot weld while allowing sound energy to be transmitted directly into the lower spot weld, and is attached to the end of the probe And a combination of materials further including a fluid-filled chamber or a solid sound delay material placed between the membrane and the array. The body is designed to be portable and has an ergonomically designed outer casing having a handle adapted to receive a matrix phased array probe, and at least one input for connection to the probe An ultrasonic phased array transceiver circuit in electrical communication with at least one input; and at least one for processing data received from the probe and generating a color-coded ultrasonic C-scan image of the weld to be characterized A touch screen computer further comprising at least one data processor executing software including one image algorithm, at least one monitor for displaying in real time a color coded ultrasound C-scan image of the weld to be characterized, With at least one rechargeable battery To include.
[0008]本発明のさらに別の態様において、スポット溶接部を非破壊で特性化するための第3の可搬システムが提供される。本システムも少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブおよび本体を含む。マトリックスフェーズドアレイプローブが、プローブの1つの端部で曲面アレイに配置される複数の超音波振動子要素であって、個別のサブグループにさらに配置される振動子要素であり、各サブグループがその他のサブグループとは独立してかつ異なる時間間隔で作動されてもよく、かつ超音波信号を生成するようにもその反射を受信するようにも動作する振動子要素と、試験条件下のスポット溶接部内に音エネルギーが直接伝達されることを可能にしつつ、プローブがスポット溶接部の輪郭表面に合致することを可能にするための材料の組合せであり、プローブの端部に装着される可撓性の膜、および膜とアレイとの間に設置される流体充填室または固体音遅延材料をさらに含む材料の組合せとをさらに含む。本体は携帯型であるように設計されており、かつマトリックスフェーズドアレイプローブを収容するように適合されたハンドル、および本体を支持するための少なくとも1つのアームレストを有する人間工学的に設計される外部ケーシングと、プローブに接続するための少なくとも1つの入力と、少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路と、タッチスクリーンコンピュータであって、プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含み、かつCスキャン画像が各特性化される溶接部に関する溶接ナゲットおよび溶融範囲の平均直径をさらに含むタッチスクリーンコンピュータと、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタと、少なくとも1つの充電式バッテリとをさらに含む。 [0008] In yet another aspect of the present invention, a third portable system for non-destructively characterizing a spot weld is provided. The system also includes at least one matrix phased array probe and body. A matrix phased array probe is a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in a curved array at one end of the probe, further arranged in individual subgroups, each subgroup being the other Transducer elements that may be operated independently of the subgroup and at different time intervals and that operate to generate ultrasonic signals and receive their reflections, and spot welding under test conditions A combination of materials to allow the probe to conform to the contoured surface of the spot weld while allowing sound energy to be transmitted directly into the part and is flexible to be attached to the end of the probe And a combination of materials further including a fluid-filled chamber or a solid sound retardation material disposed between the membrane and the array. An ergonomically designed outer casing having a handle designed to be portable and adapted to receive a matrix phased array probe, and at least one armrest for supporting the body At least one input for connection to the probe, an ultrasonic phased array transceiver circuit in electrical communication with the at least one input, and a touch screen computer for processing and characterizing data received from the probe Further comprising at least one data processor executing software including at least one image algorithm for generating a color-coded ultrasonic C-scan image of the weld and wherein the C-scan image is characterized Average of weld nugget and melting range A touch screen computer further comprising a diameter, and at least one monitor for displaying the ultrasonic C-scan image to color-coded welds characteristics in real time, further comprising at least one rechargeable battery.
[0009]本発明の追加の特徴および態様は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読みかつ理解することにより当業者にとって明らかになるだろう。当業者によって認識されるだろうように、本発明のさらなる実施形態が本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能である。したがって、図面および関連する説明は本質的に例証的であり限定的ではないと考えられるべきである。 [0009] Additional features and aspects of the present invention will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading and understanding the following detailed description of the exemplary embodiments. As will be appreciated by those skilled in the art, further embodiments of the invention are possible without departing from the scope and spirit of the invention. Accordingly, the drawings and associated descriptions are to be regarded as illustrative in nature and not as restrictive.
[0010]添付の図面は、本明細書に組み込まれかつその一部を形成しており、本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態を概略的に例証し、かつ上記に与えられた一般的な説明および下記に与えられる詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する役目をする。 [0010] The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, schematically illustrate one or more exemplary embodiments of the present invention and are given above. Together with the general description and detailed description given below, it serves to explain the principles of the invention.
[0022]本発明の例示的な実施形態がここで図を参照して説明される。様々な要素および構造に言及するために、詳細な説明を通して参照数字が使用される。他の事例において、周知の構造および装置は説明を単純化する目的でブロック図形式で図示される。以下の詳細な説明は例証の目的で多くの詳細を含むとはいえ、以下の詳細に対する多くの変形および変更が本発明の範囲内であることを当業者は認識するだろう。したがって、本発明の以下の実施形態は、特許請求される本発明に対する一般性の喪失なく、かつそれに制約を課すことなく記載される。 [0022] Exemplary embodiments of the present invention will now be described with reference to the figures. Reference numerals are used throughout the detailed description to refer to the various elements and structures. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to simplify the description. Although the following detailed description includes many details for purposes of illustration, those skilled in the art will recognize that many variations and modifications to the following details are within the scope of the invention. Accordingly, the following embodiments of the invention will be described without loss of generality to and without imposing limitations on the claimed invention.
[0023]本出願は米国特許出願第12/186,047号を、すべての目的でその全体で、参照により本明細書に組み込む。本明細書に使用される用語に関し、本発明は第1および第2の工作物または上下の金属シート間の抵抗スポット溶接部の健全性を分析するために有用であるとして説明される。しかしながら、本発明は材料、構成または工作物の数の他に接着剤結合にかかわらずすべての溶接部に適用できる。したがって、本開示が概して未融合溶接部に言及する一方で、本発明は接着剤の分野においてキッシングボンドまたは弱い結合としばしば称される継手の未融合部分を検出することを当業者は認識するだろう。本発明はまた金属および非金属に同様に適用できかつ融接に限定されないが、しかし固体状態溶接部、ろう付けおよびはんだ継手を調査するためにも使用されてもよい。したがって、本方法がスポット溶接部の自動分析において特別な適用性を有すると共に、それは連続結合を評価するためにも使用されてもよい。 [0023] This application incorporates US patent application Ser. No. 12 / 186,047 in its entirety by reference for all purposes. With respect to the terminology used herein, the present invention is described as being useful for analyzing the health of a resistance spot weld between first and second workpieces or upper and lower metal sheets. However, the present invention is applicable to all welds regardless of the material, construction or number of workpieces, as well as adhesive bonding. Thus, while the present disclosure generally refers to unfused welds, those skilled in the art will recognize that the present invention detects unfused portions of joints often referred to as kissing bonds or weak bonds in the field of adhesives. Let's go. The present invention is equally applicable to metals and non-metals and is not limited to fusion welding, but may also be used to investigate solid state welds, brazing and solder joints. Thus, while the method has particular applicability in spot weld automatic analysis, it may also be used to evaluate continuous bonding.
[0024]工作物(たとえば、板金片)が溶接界面で局所的な融合によって共に保持されるが、しかし溶接プロセスの結果として溶接ボタンまたは溶接ナゲットは形をなさなかったときに、未融合溶接部または未融合継手が生じる。未融合溶接部は典型的に、溶接界面での熱がナゲット成長を生じさせるには不十分であることから結果として起こる。適切に形成された溶接ナゲットがない場合、融合は金属シート間のある接触点で生じることがある。被覆材料に関しては、被覆が融解および再凝固することができ、部品を共に有効にはんだ付けする。結果としての結合はしばしば軽負荷下で工作物を共に保持するには十分強いが、しかし相応な力ではそれらを引き離すだろう。溶接部健全性を分析するために超音波試験が使用される場合、融合が生じなかったとすれば、送信される超音波ビーム(すなわち、音波)はシート間の界面を通過しないだろう。未融合溶接部が生じ、結果として融合にはなったが、溶接ナゲットにはならなかったとすれば、送信される超音波ビームはシート界面を部分的に通過するだろう。溶接ナゲットが適切に形成されたとすれば、送信される超音波ビームはシート界面を完全に通過するだろう。 [0024] An unfused weld when a workpiece (eg, a sheet metal piece) is held together by local fusion at the weld interface, but the weld button or weld nugget has not formed as a result of the welding process. Or an unfused joint is produced. Unfused welds typically result from the heat at the weld interface being insufficient to cause nugget growth. In the absence of a properly formed weld nugget, fusion may occur at some point of contact between the metal sheets. With respect to the coating material, the coating can melt and resolidify, effectively soldering the parts together. The resulting connection is often strong enough to hold the workpieces together under light loads, but with a reasonable force it will pull them apart. If ultrasonic testing is used to analyze weld integrity, the transmitted ultrasonic beam (ie, sound waves) will not pass through the interface between the sheets if fusion has not occurred. If an unfused weld occurs, resulting in a fusion but not a weld nugget, the transmitted ultrasonic beam will partially pass through the sheet interface. If the weld nugget is properly formed, the transmitted ultrasonic beam will pass completely through the sheet interface.
[0025]フェーズドアレイ超音波試験(PAUT)は傷検出、寸法測定および撮像のために使用されてもよい。PAUT技術は音響プローブ特性を電子的に修正する能力である。プローブ修正は、アレイプローブの個々の要素に送られる(パルス)およびそこから受信される(エコー)信号に時間シフトを導入することによって行われる。非破壊評価の目的で超音波データを収集および表示するための3つの共通形式はAスキャン、BスキャンおよびCスキャン提示である。各提示モードは検査されている材料領域を可視化および評価するための手段を提供する。Aスキャンは、従来の超音波探傷器および波形表示厚さ計によって一般に提供されるような、超音波信号の時間および振幅を図示する単純なRF波形提示である。Aスキャンは振幅変調スキャンであり、概してパルスエコー超音波に適用されるように、水平および垂直掃引はそれぞれ時間または距離および振幅または大きさに比例する。したがって、音響界面の場所および大きさは振動子下の深さに関して示される。受信エネルギーの相対量が縦軸に沿ってプロットされ、経過時間(材料内での音エネルギー伝搬時間に関連があってもよい)が横軸に沿って表示される。Aスキャンディスプレイを活用する大抵の器械は、信号が全整流RF信号としてまたはRF信号の正かもしくは負かの半分としてその固有無線周波数形態(RF)で表示されることを可能にする。Aスキャン提示において、相対的不連続部大きさは、未知の反射体から得られる信号振幅を既知の反射体からのそれと比較することによって推定されることができる。反射体深さは水平掃引上の信号の位置によって求められることができる。フェーズドアレイシステムからのCスキャンは、超音波プローブが一軸に沿って物理的に移動される一方で、ビームが焦点法則シーケンスに従って他方の軸に沿って電子的に走査することを伴う。信号振幅または深さデータは注目するゲート制御される領域内で収集される。データは、プログラムされたビーム孔を使用して各焦点法則進行と共にプロットされる。マトリックスフェーズドアレイプローブを活用して、ビームステアリングが複数の方向に達成されることができる。 [0025] Phased array ultrasonic testing (PAUT) may be used for wound detection, sizing and imaging. PAUT technology is the ability to electronically modify acoustic probe characteristics. Probe correction is performed by introducing time shifts in the signals sent (pulses) to and received from (echoes) the individual elements of the array probe. Three common formats for collecting and displaying ultrasound data for nondestructive evaluation purposes are A-scan, B-scan and C-scan presentation. Each presentation mode provides a means for visualizing and evaluating the material region being examined. An A-scan is a simple RF waveform presentation that illustrates the time and amplitude of an ultrasound signal, as commonly provided by conventional ultrasound flaw detectors and waveform display thickness meters. The A scan is an amplitude modulation scan, and the horizontal and vertical sweeps are proportional to time or distance and amplitude or magnitude, respectively, as generally applied to pulse echo ultrasound. Thus, the location and size of the acoustic interface is indicated with respect to the depth under the transducer. The relative amount of received energy is plotted along the vertical axis, and the elapsed time (which may be related to the sound energy propagation time within the material) is displayed along the horizontal axis. Most instruments that utilize an A-scan display allow the signal to be displayed in its native radio frequency form (RF) as a full rectified RF signal or as a positive or negative half of the RF signal. In A-scan presentation, the relative discontinuity size can be estimated by comparing the signal amplitude obtained from the unknown reflector with that from the known reflector. The reflector depth can be determined by the position of the signal on the horizontal sweep. A C-scan from a phased array system involves the ultrasound probe being physically moved along one axis while the beam is electronically scanned along the other axis according to a focus law sequence. Signal amplitude or depth data is collected within the gated region of interest. Data is plotted with each focus law progression using a programmed beam aperture. Utilizing a matrix phased array probe, beam steering can be achieved in multiple directions.
[0026]図を参照しつつ、本発明の例示的な実施形態は、抵抗スポット溶接部の品質を評価するための非破壊検査システムを提供する。図1に図示するように、例示的な実施形態のブロック図において、スポット溶接部検査システム10は溶接部12の品質を評価するように動作するものであり、それは界面14で形成され、それは上シート16と下シート18との間に設けられる(共に約0.6mm〜約2.0mmのシート厚を有する)。約0.1mm〜約0.5mmのエアギャップが上シート16と下シート18との間に存在してもよい。3次元マトリックスフェーズドアレイプローブ100が溶接範囲にわたって設けられる上シート16の領域に置かれる。超音波要素106の曲面アレイが、溶接範囲に複数の超音波ビーム108を送信するために、またそれらの超音波ビームの関連する反射110を捕捉するために使用される。フェーズドアレイユニット200が複数の信号経路202を通して複数の超音波要素102と電気通信している。フェーズドアレイユニット200はコンピュータ300とも電気通信しており、それは着信超音波データを処理し、溶接範囲の可視化表現を生成する。プローブ100は、プローブの先端が溶接範囲の輪郭に合致することを可能にする可撓性の膜102、ならびに超音波ビーム108を焦束および操向するための流体充填室104または固体音遅延材料を含む。可撓性の膜102が図1に図示するように曲面に合致することが可能であるので、かつ振動子要素106のアレイが曲面幾何学的形状に構成される(図1参照)ので、平坦アレイおよび平面先端を有するプローブを使用する「2次元」システムに対して、本発明のマトリックスフェーズドアレイシステムは「3次元」と称される。 [0026] Referring to the figures, exemplary embodiments of the present invention provide a non-destructive inspection system for assessing the quality of resistance spot welds. In the block diagram of the exemplary embodiment, as illustrated in FIG. 1, the spot weld inspection system 10 is operative to evaluate the quality of the weld 12, which is formed at the interface 14, which is It is provided between the sheet 16 and the lower sheet 18 (both have a sheet thickness of about 0.6 mm to about 2.0 mm). An air gap of about 0.1 mm to about 0.5 mm may exist between the upper sheet 16 and the lower sheet 18. A three-dimensional matrix phased array probe 100 is placed in the region of the upper sheet 16 provided over the welding area. A curved array of ultrasonic elements 106 is used to transmit a plurality of ultrasonic beams 108 to the weld area and to capture the associated reflections 110 of those ultrasonic beams. Phased array unit 200 is in electrical communication with a plurality of ultrasonic elements 102 through a plurality of signal paths 202. Phased array unit 200 is also in electrical communication with computer 300, which processes incoming ultrasound data and generates a visualized representation of the weld area. The probe 100 includes a flexible membrane 102 that allows the probe tip to conform to the contour of the weld area, and a fluid-filled chamber 104 or solid sound delay material for focusing and steering the ultrasonic beam 108. including. Since the flexible membrane 102 can conform to a curved surface as illustrated in FIG. 1 and the array of transducer elements 106 is configured in a curved geometric shape (see FIG. 1), it is flat. In contrast to a “two-dimensional” system that uses a probe with an array and a planar tip, the matrix phased array system of the present invention is referred to as “three-dimensional”.
[0027]図2a〜cは、システム10を使用して良好なスポット溶接部を分析することから導き出される試験結果の例証を提供する。図2aにおいて、超音波ビームは溶接部12および界面14を完全に伝搬し、下シート18の裏側からプローブ100に反射して戻る。図2bは、各音波が発信して界面14で反射するときのその方向および相対強度を概略的に例証する。図2bにおいて、より細い線は音波が界面14と相互作用するときの音響エネルギーの喪失を表す。丸数字1、2および3として示される反射信号は図2cに提示されるAスキャンに図示されるピークに対応する。図2cは、Aスキャンモードでの試験から導き出される信号を提供し、ここでは信号1は上シート16の上面からの反射を表し、信号2は第1の完全な裏側反射を表し、信号3は第2の完全な裏側反射を表す。信号2を通って引かれる水平線は表面ゲートを表し、信号2に隣接する水平線は界面ゲートを表す(以下の考察参照)。 [0027] FIGS. 2a-c provide an illustration of test results derived from analyzing a good spot weld using the system 10. FIG. In FIG. 2 a, the ultrasonic beam propagates completely through the weld 12 and the interface 14 and is reflected back to the probe 100 from the back side of the lower sheet 18. FIG. 2 b schematically illustrates the direction and relative intensity of each sound wave as it is transmitted and reflected at the interface 14. In FIG. 2b, the thinner line represents the loss of acoustic energy when the sound wave interacts with the interface. The reflected signals shown as circle numbers 1, 2 and 3 correspond to the peaks illustrated in the A-scan presented in FIG. 2c. FIG. 2c provides a signal derived from testing in A-scan mode, where signal 1 represents reflection from the top surface of the upper sheet 16, signal 2 represents first complete backside reflection, and signal 3 is Represents the second complete backside reflection. The horizontal line drawn through signal 2 represents the surface gate and the horizontal line adjacent to signal 2 represents the interface gate (see discussion below).
[0028]超音波エネルギー伝送ならびに溶接部界面14および下シート18の裏側での反射に基づいて、システム10は2つの調節可能な電子ゲートを使用してすべての不要な反射信号をフィルターで除く。ゲートを通過する2つの信号は第2の金属シートの裏側からの反射信号かまたは2つの板金の界面からの反射信号かである。第1のゲートは「表面ゲート」と呼ばれ、第2のゲートは「界面ゲート」と呼ばれる。本手法は減衰係数補償方法を活用する現在の市販のシステムとは異なる。そのようなシステムにおいて、スポット溶接部の融合部の微細構造が未融合溶接部状態と比較してより高い減衰係数を有するという前提で、減衰係数を求め、スポット溶接部融合によって引き起こされる音響エネルギー喪失に対する修正を行うために、表面および界面のすべてからの複数の反射が考慮される。参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第12/186,047号に開示および特許請求されるように、アレイ106における各超音波要素は一次超音波ビームおよび二次超音波ビームを生成し、ここでは一次超音波ビームが高利得であり、二次超音波ビームが低利得であり、かつここでは、一次および二次超音波ビームは互いに非常に近接して(すなわち、数ミリ秒で)点火される。図4に図示するように、チャネル2は各ピークでのチャネル1の低振幅複製である。図示の初期時間間隔は第1のピークの中心から表面ゲート開始位置まで測定される。表面ゲート開始位置はチャネル2の第1のピークに初期時間間隔を加えて固定される。界面ゲート開始位置は表面ゲート開始位置に固定される。システム10はゲートAとBとの間の信号振幅(高さ)の割当てを測定し、ゲート開始および終了位置間の信号だけが考慮される。 [0028] Based on ultrasonic energy transfer and reflections on the weld interface 14 and the back side of the lower sheet 18, the system 10 uses two adjustable electronic gates to filter out all unwanted reflected signals. The two signals passing through the gate are either the reflected signal from the back side of the second metal sheet or the reflected signal from the interface of the two sheet metals. The first gate is called the “surface gate” and the second gate is called the “interface gate”. This method is different from the current commercially available system that uses the attenuation coefficient compensation method. In such a system, the loss of acoustic energy caused by spot weld fusion is determined, assuming that the fusion microstructure of the spot weld has a higher damping coefficient compared to the unfused weld condition. In order to make corrections to, multiple reflections from all of the surfaces and interfaces are considered. As disclosed and claimed in US patent application Ser. No. 12 / 186,047, incorporated herein by reference, each ultrasound element in array 106 produces a primary ultrasound beam and a secondary ultrasound beam; Here the primary ultrasound beam has a high gain, the secondary ultrasound beam has a low gain, and here the primary and secondary ultrasound beams ignite very close to each other (ie in a few milliseconds) Is done. As illustrated in FIG. 4, channel 2 is a low amplitude replica of channel 1 at each peak. The initial time interval shown is measured from the center of the first peak to the surface gate start position. The surface gate start position is fixed by adding an initial time interval to the first peak of channel 2. The interface gate start position is fixed at the surface gate start position. System 10 measures the assignment of signal amplitude (height) between gates A and B, and only signals between gate start and end positions are considered.
[0029]図4a〜cは、システム10を使用して粗悪なスポット溶接部を分析することから導き出される試験結果の例証を提供する。図4aにおいて、溶接ナゲットが存在しないので、超音波ビームは界面14を完全に伝搬することなく、むしろ界面14からプローブ100に反射して戻る。図4bは、各音波が界面14で反射するときのその方向および相対強度を概略的に例証する。図4bにおいて、より細い線は音波が界面14と相互作用するときの音響エネルギーの喪失を表す。丸数字1、2、3、4および5として示される反射信号は図4cに提示されるAスキャンに図示されるピークに対応する。図4cは、Aスキャンモードでの試験から導き出される信号を提供し、ここでは信号1は上シート16の上面からの第1の反射を表し、信号2は界面14からの第1の反射を表し、信号3は界面14からの第2の反射を表し、信号4は界面14からの第3の反射を表し、信号5は界面14からの第4の反射を表す。信号3を通って引かれる水平線は表面ゲートを表し、信号4を通って引かれる水平線は界面ゲートを表す(上記の考察参照)。 [0029] FIGS. 4a-c provide an illustration of test results derived from analyzing a poor spot weld using the system 10. FIG. In FIG. 4a, since there is no weld nugget, the ultrasound beam does not propagate completely through the interface 14, but rather reflects back from the interface 14 to the probe 100. FIG. 4 b schematically illustrates the direction and relative intensity of each sound wave as it reflects off the interface 14. In FIG. 4b, the thinner line represents the loss of acoustic energy when the sound wave interacts with the interface. The reflected signals shown as circle numbers 1, 2, 3, 4 and 5 correspond to the peaks illustrated in the A-scan presented in FIG. 4c. FIG. 4 c provides a signal derived from testing in A-scan mode, where signal 1 represents the first reflection from the top surface of the upper sheet 16 and signal 2 represents the first reflection from the interface 14. , Signal 3 represents the second reflection from interface 14, signal 4 represents the third reflection from interface 14, and signal 5 represents the fourth reflection from interface 14. The horizontal line drawn through signal 3 represents the surface gate and the horizontal line drawn through signal 4 represents the interface gate (see discussion above).
[0030]図5a〜bは、システム10を使用して未融合溶接部を分析することから導き出される試験結果の例証を提供する。不完全なまたは粗悪に形成された溶接部が存在するので、超音波ビームは界面14を部分的に伝搬するだけである一方で、界面14のエコーと完全な裏壁反射との間に中間エコーが出現する。図5aは、各音波が発信して界面14で反射するときのその方向および相対強度を概略的に例証する。図5aにおいて、より細い線は音波が界面14と相互作用するときの音響エネルギーの喪失を表す。丸数字1、2、3、4および5として示される反射信号は図5bに提示されるAスキャンに図示されるピークに対応する。図5bは、Aスキャンモードでの試験から導き出される信号を提供し、ここでは信号2は界面14からの第1の反射を表し、信号3は第1の完全な裏側反射を表し、信号4は界面14からの第2の反射を表し、信号5は第2の完全な裏側反射を表す。信号3を通って引かれる水平線は表面ゲートを表し、信号4を通って引かれる水平線は界面ゲートを表す(上記の考察参照)。 [0030] FIGS. 5a-b provide an illustration of test results derived from analyzing an unfused weld using the system 10. FIG. Since there are imperfect or poorly formed welds, the ultrasonic beam only propagates partially through the interface 14, while intermediate echoes between the interface 14 echo and the complete backwall reflection. Appears. FIG. 5 a schematically illustrates the direction and relative intensity of each sound wave as it is transmitted and reflected at the interface 14. In FIG. 5a, the thinner line represents the loss of acoustic energy when the sound wave interacts with the interface. The reflected signals shown as circle numbers 1, 2, 3, 4 and 5 correspond to the peaks illustrated in the A-scan presented in FIG. 5b. FIG. 5b provides a signal derived from testing in A-scan mode, where signal 2 represents the first reflection from interface 14, signal 3 represents the first complete backside reflection, and signal 4 is A second reflection from interface 14 represents signal 5 and a second complete backside reflection. The horizontal line drawn through signal 3 represents the surface gate and the horizontal line drawn through signal 4 represents the interface gate (see discussion above).
[0031]図6a〜bは、曲面3次元プローブ要素の幾何学的形状(図6a)の他に、部分要素群に対する様々な発火系列(図6b)を例証する。音響プローブ100は、3次元アレイに配置され、かつ試験中のスポット溶接部内に音エネルギーが直接伝達されることを可能にしつつ、プローブがスポット溶接部の輪郭表面に合致することを可能にするための材料の組合せを有する、複数の超音波振動子要素106を含む。励起要素(フェーズドアレイユニット200)がアレイに結合され、振動子要素の部分集合群がスポット溶接部に向けて超音波ビームを送るために組み合わされる。部分集合群における各振動子要素は異なる時間間隔(位相遅れ)で律動されてもよく、それらの個々の波は合算されてビームの焦束効果の他に操向効果を産生する。特定の適用のための性能を最適化するために他の3次元配置が可能である。要素の全数、全体寸法および動作周波数が全体の3次元表面輪郭形状ならびにその動作特性およびパラメータを決定する。 [0031] FIGS. 6a-b illustrate various firing sequences (FIG. 6b) for a group of sub-elements, as well as the geometry of a curved three-dimensional probe element (FIG. 6a). The acoustic probe 100 is arranged in a three dimensional array and allows the probe to conform to the contour surface of the spot weld while allowing sound energy to be transmitted directly into the spot weld under test. A plurality of ultrasonic transducer elements 106 having a combination of materials. Excitation elements (phased array unit 200) are coupled to the array and a subset of transducer elements are combined to send an ultrasonic beam toward the spot weld. Each transducer element in the subset may be tuned at different time intervals (phase lags) and their individual waves are summed to produce a steering effect in addition to the beam focusing effect. Other three-dimensional arrangements are possible to optimize performance for a particular application. The total number of elements, overall dimensions and operating frequency determine the overall 3D surface contour shape and its operating characteristics and parameters.
[0032]3次元プローブの設計はより小さいプローブでより大きい物理的範囲の検査を許可し、それによって2次元設計と比較して改善されたプローブアクセスの他により広い適用範囲を見込む。3次元幾何学的配列は溶接継手の特定領域における最適化された精度および感度を提供する。図7a〜dによって例証するように、図7aに図示する3次元曲面プローブの角要素の結果は、図7cに図示する2次元平面プローブの場合と比較したときに、ビーム発射角が典型的なスポット溶接部くぼみの法線方向により操向されることを例証する。3次元(図7b)および2次元(図7d)の両プローブ用の中心要素に関するビーム品質の顕著な変化はない。2次元マトリックスフェーズドアレイプローブとの検査能力の高忠実度を失うことなく、3次元プローブはプローブ自体の内蔵曲率から適用範囲を拡張する。本発明はしたがってより小さいプローブ直径でより大きい溶接部範囲の検査を可能にして、改善されたアクセスを可能にする。それは、依然溶接部範囲全体をカバーすると共に、より少ない数の要素の使用をも可能にして、全体のシステム費用を低減させてもよい。 [0032] The design of the three-dimensional probe allows inspection of a larger physical range with a smaller probe, thereby allowing for wider applicability besides improved probe access compared to the two-dimensional design. The three-dimensional geometric arrangement provides optimized accuracy and sensitivity in a specific area of the weld joint. As illustrated by FIGS. 7a-d, the angular element results of the three-dimensional curved probe illustrated in FIG. 7a are typical of the beam launch angle when compared to the two-dimensional planar probe illustrated in FIG. 7c. Illustrates being steered by the normal direction of the spot weld recess. There is no significant change in beam quality for the central element for both three-dimensional (FIG. 7b) and two-dimensional (FIG. 7d) probes. Without losing the high fidelity of the inspection capability with the two-dimensional matrix phased array probe, the three-dimensional probe extends the application range from the built-in curvature of the probe itself. The present invention thus allows inspection of larger weld areas with smaller probe diameters and allows improved access. It may still cover the entire weld area and also allow the use of a smaller number of elements, reducing the overall system cost.
[0033]本発明の様々な実形態において、コンピュータ化コントローラが音響プローブ100および振動子要素106に結合されて、超音波信号の伝送を案内し、それらから応答を合計および受信する。図8(1つの可能なオペレーティングシステムの機能を例証するフローチャートを提供する)全体を参照して、コントローラは、(i)音響信号を生成および取得し、(ii)各要素グループ化のためにスポット溶接部の表面を検出し、(iii)器械ゲーティングを調整して表面プロファイルおよびプローブ向きの差を補償し、(iv)非結合範囲および良好な結合をもつ範囲から反射される応答間の信号振幅比を測定し、(v)応答の部分集合を、スポット溶接部と関連づけられる非結合範囲から反映されると認識し、部分集合を残りの応答から分離し、(vi)非層間剥離寸法の範囲を測定し、(vii)スポット溶接部の非層間剥離の2次元色分けされる画像(図9参照)を提示するように動作する。要約すれば、本発明の明瞭な利点のいくつかは、(i)3次元マトリックスプローブ要素、(ii)ビーム集束および操向能力を形成する部分要素群に関する位相遅れ、(iii)適合膜(減衰補正の必要なし)、および(iv)電子ゲートを活用して不要な反射をフィルターで除く画像プロセスを含む。 [0033] In various embodiments of the present invention, a computerized controller is coupled to the acoustic probe 100 and transducer element 106 to guide the transmission of ultrasound signals and sum and receive responses therefrom. Referring generally to FIG. 8 (providing a flowchart illustrating the functionality of one possible operating system), the controller (i) generates and acquires acoustic signals and (ii) spots for each element grouping. Detect the surface of the weld, (iii) adjust instrument gating to compensate for differences in surface profile and probe orientation, and (iv) signals between responses reflected from uncoupled and well-coupled areas Measuring the amplitude ratio, (v) recognizing that a subset of the response is reflected from the unbonded range associated with the spot weld, separating the subset from the remaining response, and (vi) Measure the range and (vii) operate to present a two-dimensional color-coded image (see FIG. 9) of non-delamination of the spot weld. In summary, some of the distinct advantages of the present invention are: (i) a three-dimensional matrix probe element, (ii) a phase lag with respect to subelement groups that form beam focusing and steering capabilities, and (iii) a matching membrane (damping). And (iv) an image process that utilizes electronic gates to filter out unwanted reflections.
[0034]1つの例示的な実施形態において、本発明は、溶接またはろう付けした継手を含む部品および構成要素の破壊試験の必要を低減させる、完全統合の可搬(すなわち、携帯型)バッテリ式非破壊検査システムに組み立てられる。このユニットは費用がより低く、大きさがより小さい超音波フェーズドアレイ回路を含み、かつバッテリ式であることの能力を有し、その結果装置は費用効果的、かつ生産ライン使用のために可搬である。したがって、システムは、大幅に省コストでかつ効率的に溶接した製品の健全性を確認するためのツールとして使用されることができる。このシステムは、「EWI SpotSight(商標)」と称されてもよく、マトリックスフェーズドアレイ(MPA)超音波撮像技術を活用して、リアルタイムフィードバックを提供しつつ、検査範囲の超音波Cスキャン画像を視覚化することによって継手範囲の状態を正確に評価する。このシステムは、金属および非金属で作られる部品および構成要素の検査のための広い種類の製造設定において活用されることができる。システムは、抵抗スポット溶接、抵抗シーム溶接、レーザ溶接、摩擦撹拌スポット溶接、MIGスポット溶接、ろう付けなどを含む様々な接合構成の品質を評価するために効果的である。この発明は、(i)鋼に対するスポット溶接部、鋼およびアルミニウムに対する抵抗スポット溶接部、アルミニウムに対する摩擦撹拌スポット溶接部、ならびに鋼に対するレーザ溶接部の品質を評価することに関して自動車産業、(ii)アルミニウム、チタンおよびステンレス鋼に対するする抵抗スポット溶接部および抵抗シーム溶接部、ならびに航空宇宙グレードニッケル合金に対するろう付けの品質を評価することに関して航空宇宙産業、ならびに(iii)鋼に対するMIGスポット溶接部、ならびに銅およびスズ被覆銅に対するろう付けを評価することに関する定置洗浄(CIP)用途のために特に有用である。 [0034] In one exemplary embodiment, the present invention provides a fully integrated portable (ie, portable) battery powered that reduces the need for destructive testing of parts and components including welded or brazed joints. Assembled into a non-destructive inspection system. This unit is less costly, includes a smaller size ultrasonic phased array circuit and has the ability to be battery powered, so that the device is cost effective and portable for production line use It is. Thus, the system can be used as a tool for confirming the health of a welded product that is significantly cost-effective and efficient. This system may be referred to as “EWI SpotSight ™” and utilizes matrix phased array (MPA) ultrasound imaging technology to provide visual real-time feedback and visually visualize an ultrasound C-scan image of the examination range. To accurately evaluate the condition of the joint range. This system can be utilized in a wide variety of manufacturing settings for the inspection of parts and components made of metal and non-metal. The system is effective to evaluate the quality of various joint configurations including resistance spot welding, resistance seam welding, laser welding, friction stir spot welding, MIG spot welding, brazing, and the like. The invention relates to (i) the automotive industry with respect to assessing the quality of spot welds to steel, resistance spot welds to steel and aluminum, friction stir spot welds to aluminum, and laser welds to steel, (ii) aluminum , Resistance spot welds and resistance seam welds to titanium and stainless steel, and aerospace industry for assessing brazing quality to aerospace grade nickel alloys, and (iii) MIG spot welds to steel, and copper And is particularly useful for in-place cleaning (CIP) applications related to evaluating brazing to tin-coated copper.
[0035]図10〜11を参照しつつ、本発明の可搬バージョンは1つまたは複数の生産環境における検査システムとしての使用に意図される。本システムの基本構成要素は、(i)超音波フェーズドアレイ送受信回路、(ii)データ処理能力および画像アルゴリズムをもつ完全統合コンピュータ、(iii)迅速着脱電気接続を有する少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブ、および(iv)内部にマトリックスフェーズドアレイプローブのための安全な収容空間を提供するキャリーハンドルをもつ人間工学的に設計されかつ完全可搬のケースを含む。図10に図示するように、可搬溶接継手検査ユニット400の例示的な実施形態は本体410およびハンドル424を含む。本体410は、電源スイッチ412、USBおよび外部モニタ接続413のためのサイドアクセス、スクリーン414、アルミニウム板416、コネクタアダプタ417(たとえば、Hypertronix Omni Connectorアダプタ)、コード巻き418、スタイラス収容領域420、ならびにアームレスト422をさらに含む。ハンドル424はプローブ収容領域426をさらに含む。プローブ100はプローブコネクタ103(たとえば、マルチピンOmniコネクタ)に接続され、それは次いでコネクタアダプタ417で溶接継手検査ユニット400に接続する。様々な例示的な実施形態において、超音波フェーズドアレイ送受信回路は16チャネル同時多重化能力をもつ64チャネルフェーズドアレイ回路をさらに含み、コンピュータは、生産環境でコンピュータマウスおよびキーボードの必要を排除することによって検査速度を改善する平面タッチスクリーンディスプレイをもつ、Windows7またはWindows8オペレーティングソフトウェア上で実行するインテルi7デュアルコア駆動の強化タブレットコンピュータを含み、画像アルゴリズムは、フェーズドアレイ電子装置からのにデータを処理する適切な画像アルゴリズムを提供するためのSpotSight(商標)撮像ソフトウェア(EWI,Inc.;Columbu,Ohio)をさらに含み、少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブは64要素3Dマトリックスフェーズドアレイプローブをさらに含み、かつ人間工学的なケーシングは、内部電子装置のための冷却を可能にするために必要なすべての特徴、器械を運搬することからのハンドル、ならびにプローブの安全な収容およびすべての必要な電力およびデータポートへのアクセスを可能にする様々な特徴をさらに含む。ワイヤレス接続性(たとえば、ブルートゥース、Wi−Fi、セルラネットワークなど)および充電式バッテリも典型的に含まれる。本実施形態の上述の態様は本発明に以下の有利な特徴、すなわち(i)溶接部および他の種類の接合材料をスクリーンに表示される数値データで定量的に評価する能力、(ii)自己内蔵型非破壊超音波検査システム、(iii)携帯型可搬性、(iv)バッテリ電力、(v)タッチスクリーンおよびワイヤレス機能性、ならびに(vi)ユニットに対するプローブの堅牢な迅速電気/機械的接続を有効にもたらす。 [0035] With reference to FIGS. 10-11, the portable version of the present invention is intended for use as an inspection system in one or more production environments. The basic components of the system are: (i) an ultrasonic phased array transceiver circuit, (ii) a fully integrated computer with data processing capabilities and image algorithms, (iii) at least one matrix phased array probe with quick disconnect electrical connections, And (iv) an ergonomically designed and fully portable case with a carry handle that provides a secure containment space for the matrix phased array probe inside. As illustrated in FIG. 10, the exemplary embodiment of the portable weld joint inspection unit 400 includes a body 410 and a handle 424. Body 410 includes power switch 412, side access for USB and external monitor connection 413, screen 414, aluminum plate 416, connector adapter 417 (e.g., Hypertronix Omni Connector adapter), cord wrap 418, stylus housing area 420, and armrest 422 is further included. The handle 424 further includes a probe receiving area 426. The probe 100 is connected to a probe connector 103 (eg, a multi-pin Omni connector), which then connects to the weld joint inspection unit 400 with a connector adapter 417. In various exemplary embodiments, the ultrasonic phased array transceiver circuit further includes a 64-channel phased array circuit with 16-channel simultaneous multiplexing capability, by eliminating the need for a computer mouse and keyboard in the production environment. Including an Intel i7 dual-core powered enhanced tablet computer running on Windows 7 or Windows 8 operating software with a flat touch screen display that improves inspection speed, and the image algorithm is suitable for processing data from phased array electronics Further comprising SpotSight ™ imaging software (EWI, Inc .; Columbia, Ohio) for providing an image algorithm, at least one matrix The phased array probe further comprises a 64 element 3D matrix phased array probe, and the ergonomic casing handles all the features necessary to allow cooling for the internal electronics, handle from carrying the instrument And various features that allow for secure housing of the probe and access to all necessary power and data ports. Wireless connectivity (eg, Bluetooth, Wi-Fi, cellular network, etc.) and rechargeable batteries are also typically included. The above aspects of this embodiment provide the present invention with the following advantageous features: (i) the ability to quantitatively evaluate welds and other types of joint materials with numerical data displayed on a screen; (ii) self Built-in non-destructive ultrasonic inspection system, (iii) portable portability, (iv) battery power, (v) touch screen and wireless functionality, and (vi) robust rapid electrical / mechanical connection of the probe to the unit Bring effectively.
[0036]図11は、可搬溶接継手検査ユニット400の例示的な実施形態の基本的な機能性を例証するシステムブロック図を提供する。本実施形態において、フェーズドアレイ電子回路520はデータ処理ソフトウェアから作動指令でマトリックスフェーズドアレイプローブ510を作動させる。次に、マトリックスフェーズドアレイプローブ510によって検出される超音波信号が画像アルゴリズム530に送られ、検査中の接合範囲の融合および非融合状態のために処理される。最後に、色分けされる超音波Cスキャン画像540が、ナゲットおよび融合範囲の平均直径などの追加の数値データと共にスクリーンに表示される。超音波信号が、一方は前面反射のための、他方は界面反射のための2つのゲート、を使用してプローブアレイの個々のサブグループによって検出されるにつれて、EWI SpotSight(商標)は超音波信号を処理する。生の超音波データが二重ゲート画像アルゴリズムでリアルタイム処理されるにつれて、超音波Cスキャン画像がプロットされる。作業者に対するフィードバック時間はごくわずかであり、プローブの調整は、結果が不満足であればプローブが再位置付けされなければならないシステムと比較して、比較的に容易かつ高速である。これらの利点にもかかわらず、様々な溶接部を調査する中で、いくつかの要因は、(i)経時変化する膜の音響インピーダンスの変化、(ii)センサ/プローブに含まれる圧電素子の自然劣化、(iii)振動子間のわずかな差、および(iv)すべての溶接のサイズが縮小するシステムの自然傾向を含む、望ましくない変動を引き起こすことがある。これらの変数を補償するために、本発明のいくつかの実施形態は、第1の画像ゲートと第2の画像ゲートとの間の比が調節されることを可能にする特徴を含む。本特徴はシステムの作業者にシステムを既知の直径の溶接部に較正する能力を与え、それによってシステムの全体の精度を増加させる。これを達成するためには、システム作業者は既知のまたは所定の直径を有する溶接ナゲットを含む基準にプローブを置く。画像が基準よりわずかに大きくまたは小さく読める場合、ゲート比はソフトウェアの特定の入力を通して作業者によって調節される。可搬溶接継手検査ユニット400のスクリーンに現れる画像は本質的に、第1のゲートからの信号強度を第2のゲートからの強度に比較することによって作成される。 [0036] FIG. 11 provides a system block diagram illustrating the basic functionality of an exemplary embodiment of the portable weld joint inspection unit 400. In this embodiment, the phased array electronics 520 activates the matrix phased array probe 510 with an activation command from the data processing software. Next, the ultrasound signal detected by the matrix phased array probe 510 is sent to the image algorithm 530 and processed for fusion and non-fusion states of the junction area under examination. Finally, the color-coded ultrasound C-scan image 540 is displayed on the screen along with additional numerical data such as the nugget and the average diameter of the fusion range. As the ultrasonic signal is detected by individual subgroups of the probe array using two gates, one for front reflection and the other for interface reflection, the EWI SpotSight ™ Process. As the raw ultrasound data is processed in real time with a double-gate image algorithm, an ultrasound C-scan image is plotted. Feedback time for the operator is negligible and probe adjustment is relatively easy and fast compared to a system where the probe must be repositioned if the results are unsatisfactory. Despite these advantages, in investigating various welds, several factors are (i) changes in the acoustic impedance of the membrane over time, (ii) the natural nature of the piezoelectric elements included in the sensor / probe. It can cause undesirable fluctuations including degradation, (iii) slight differences between transducers, and (iv) the natural tendency of the system to reduce the size of all welds. To compensate for these variables, some embodiments of the present invention include features that allow the ratio between the first image gate and the second image gate to be adjusted. This feature gives the system operator the ability to calibrate the system to a known diameter weld, thereby increasing the overall accuracy of the system. To accomplish this, the system operator places the probe on a reference that includes a weld nugget with a known or predetermined diameter. If the image can be read slightly larger or smaller than the reference, the gate ratio is adjusted by the operator through specific inputs in the software. The image that appears on the screen of the portable weld joint inspection unit 400 is essentially created by comparing the signal strength from the first gate to the strength from the second gate.
[0037]本発明がその例示的な実施形態の説明によって例証されたが、かつ実施形態が一定な詳細に説明されたが、添付の請求項の範囲をそのような詳細に制限するまたはいかなる形であれ限定することは出願人の意図ではない。追加の利点および修正は当業者に容易に想起されるだろう。したがって、そのより広い態様の本発明は、図示および説明される具体的な詳細、代表装置および方法、ならびに/または例証的な例のいずれにも限定されない。したがって、出願人の概略の発明概念の趣旨または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの展開が行われてもよい。 [0037] Although the invention has been illustrated by way of illustration of exemplary embodiments thereof and the embodiments have been described in certain details, the scope of the appended claims should be limited to such details or in any way Any limitation is not the applicant's intention. Additional advantages and modifications will readily occur to those skilled in the art. Accordingly, the invention in its broader aspects is not limited to any of the specific details, representative apparatus and methods, and / or illustrative examples shown and described. Accordingly, developments from such details may be made without departing from the spirit or scope of applicant's general inventive concept.
Claims (20)
(a)少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブであり、
(i)前記プローブの1つの端部で曲面アレイ(curved array)に配置される(arranged)複数の超音波振動子要素(transducer elements)であり、超音波信号を生成するようにもその反射を受信するようにも動作する振動子要素、および、
(ii)試験条件(test conditions)下のスポット溶接部内に音エネルギー(sound energy)が直接伝達されることを可能にしつつ、前記プローブが前記スポット溶接部の輪郭表面(contoured surface)に合致する(conform)ことを可能にするための材料の組合せ(combination of materials)であり、前記プローブの前記端部(end)に装着される可撓性の(flexible)膜、および前記膜と前記アレイとの間に設置される流体充填室(fluid filled chamber)または固体音遅延材料(solid sound delay material)をさらに含む材料の組合せをさらに含むマトリックスフェーズドアレイプローブと、
(b)携帯型(hand-held)であるように設計される本体(body)であり、
(i)人間工学的に設計される(ergonomically designed)外部ケーシング、
(ii)前記少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブに接続するための少なくとも1つの入力、
(iii)前記少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路、
(iv)前記プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる(color coded)超音波Cスキャン(C-scan)画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含むタッチスクリーンコンピュータ、および、
(v)前記特性化される溶接部の前記色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタをさらに含む本体とを備えるシステム。 A portable system for characterizing spot welds non-destructively,
(A) at least one matrix phased array probe;
(I) a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in a curved array at one end of the probe, the reflection of which also generates an ultrasonic signal A transducer element that also operates to receive, and
(Ii) The probe conforms to the contoured surface of the spot weld while allowing sound energy to be directly transmitted into the spot weld under test conditions ( a combination of materials to allow conformation, a flexible membrane attached to the end of the probe, and the membrane and the array A matrix phased array probe further comprising a combination of materials further comprising a fluid filled chamber or a solid sound delay material disposed therebetween;
(B) a body designed to be hand-held,
(I) an outer casing that is ergonomically designed;
(Ii) at least one input for connection to the at least one matrix phased array probe;
(Iii) an ultrasonic phased array transceiver circuit in electrical communication with the at least one input;
(Iv) processing at least one image algorithm for processing the data received from the probe and generating a color coded ultrasonic C-scan image of the weld to be characterized A touch screen computer further comprising at least one data processor executing software; and
(V) a system comprising: a main body further comprising at least one monitor for displaying in real time the color-coded ultrasonic C-scan image of the characterized weld.
(a)少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブであり、
(i)前記プローブの1つの端部で曲面アレイに配置される複数の超音波振動子要素であり、超音波信号を生成するようにもその反射を受信するようにも動作する振動子要素、および、
(ii)試験条件下のスポット溶接部内に音エネルギーが直接伝達されることを可能にしつつ、前記プローブが前記スポット溶接部の輪郭表面に合致することを可能にするための材料の組合せであり、前記プローブの前記端部に装着される可撓性の膜、および前記膜と前記アレイとの間に設置される流体充填室または固体音遅延材料をさらに含む材料の組合せをさらに含むマトリックスフェーズドアレイプローブと、
(b)携帯型であるように設計される本体であり、
(i)人間工学的に設計される外部ケーシングであり、前記マトリックスフェーズドアレイプローブを収容するように適合されたハンドルをさらに含むケーシング、
(ii)前記プローブに接続するための少なくとも1つの入力、
(iii)前記少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路、
(iv)前記プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含むタッチスクリーンコンピュータ、
(v)前記特性化される溶接部の前記色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタ、および、
(vi)少なくとも1つの充電式バッテリをさらに含む本体とを備えるシステム。 A portable system for non-destructive characterization of spot welds,
(A) at least one matrix phased array probe;
(I) a plurality of ultrasonic transducer elements disposed in a curved array at one end of the probe, the transducer elements operating to generate and receive reflections of ultrasonic signals; and,
(Ii) a combination of materials to allow the probe to conform to the contour surface of the spot weld while allowing sound energy to be transmitted directly into the spot weld under test conditions; A matrix phased array probe further comprising: a flexible membrane attached to the end of the probe; and a material combination further comprising a fluid-filled chamber or a solid sound delay material placed between the membrane and the array When,
(B) a body designed to be portable;
(I) an ergonomically designed outer casing further including a handle adapted to receive the matrix phased array probe;
(Ii) at least one input for connecting to the probe;
(Iii) an ultrasonic phased array transceiver circuit in electrical communication with the at least one input;
(Iv) at least one data processor executing software including at least one image algorithm for processing data received from the probe and generating a color-coded ultrasonic C-scan image of the weld to be characterized Further including a touch screen computer,
(V) at least one monitor for displaying in real time the color-coded ultrasound C-scan image of the characterized weld; and
(Vi) a system comprising: a main body further comprising at least one rechargeable battery.
(a)少なくとも1つのマトリックスフェーズドアレイプローブであり、
(i)前記プローブの1つの端部で曲面アレイに配置される複数の超音波振動子要素であり、個別のサブグループにさらに配置される振動子要素であり、各サブグループがその他のサブグループとは独立してかつ異なる時間間隔で作動されてもよく、かつ超音波信号を生成するようにもその反射を受信するようにも動作する振動子要素、および、
(ii)試験条件下のスポット溶接部内に音エネルギーが直接伝達されることを可能にしつつ、前記プローブが前記スポット溶接部の輪郭表面に合致することを可能にするための材料の組合せであり、前記プローブの前記端部に装着される可撓性の膜、および前記膜と前記アレイとの間に設置される流体充填室または固体音遅延材料をさらに含む材料の組合せをさらに含むマトリックスフェーズドアレイプローブと、
(b)携帯型であるように設計される本体であり、
(i)人間工学的に設計される外部ケーシングであり、前記マトリックスフェーズドアレイプローブを収容するように適合されたハンドル、および前記本体を支持するための少なくとも1つのアームレストをさらに含むケーシング、
(ii)前記プローブに接続するための少なくとも1つの入力、
(iii)前記少なくとも1つの入力と電気通信する超音波フェーズドアレイ送受信回路、
(iv)前記プローブから受信されるデータを処理し、特性化される溶接部の色分けされる超音波Cスキャン画像を生成するための少なくとも1つの画像アルゴリズムを含むソフトウェアを実行する少なくとも1つのデータプロセッサをさらに含み、かつCスキャン画像が各特性化される溶接部に関する溶接ナゲットおよび融合範囲の平均直径をさらに含むタッチスクリーンコンピュータ、
(v)前記特性化される溶接部の前記色分けされる超音波Cスキャン画像をリアルタイムで表示するための少なくとも1つのモニタ、および、
(vi)少なくとも1つの充電式バッテリをさらに含む本体とを備えるシステム。 A portable system for non-destructive characterization of spot welds,
(A) at least one matrix phased array probe;
(I) A plurality of ultrasonic transducer elements arranged in a curved surface array at one end of the probe, further arranged in individual subgroups, each subgroup being another subgroup A transducer element that may be activated independently and at different time intervals and that operates to generate an ultrasonic signal and receive its reflection; and
(Ii) a combination of materials to allow the probe to conform to the contour surface of the spot weld while allowing sound energy to be transmitted directly into the spot weld under test conditions; A matrix phased array probe further comprising: a flexible membrane attached to the end of the probe; and a material combination further comprising a fluid-filled chamber or a solid sound delay material placed between the membrane and the array When,
(B) a body designed to be portable;
(I) an ergonomically designed outer casing, the casing further comprising a handle adapted to receive the matrix phased array probe, and at least one armrest for supporting the body;
(Ii) at least one input for connecting to the probe;
(Iii) an ultrasonic phased array transceiver circuit in electrical communication with the at least one input;
(Iv) at least one data processor executing software including at least one image algorithm for processing data received from the probe and generating a color-coded ultrasonic C-scan image of the weld to be characterized And a touch screen computer further comprising a weld nugget and an average diameter of the fusion range for the weld where each C-scan image is characterized
(V) at least one monitor for displaying in real time the color-coded ultrasound C-scan image of the characterized weld; and
(Vi) a system comprising: a main body further comprising at least one rechargeable battery.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/183,643 | 2014-02-19 | ||
US14/183,643 US9037419B2 (en) | 2011-05-10 | 2014-02-19 | Portable matrix phased array spot weld inspection system |
PCT/US2015/016042 WO2015126787A1 (en) | 2014-02-19 | 2015-02-16 | Portable matrix phased array spot-weld inspection system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017509873A true JP2017509873A (en) | 2017-04-06 |
Family
ID=53878859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016552906A Pending JP2017509873A (en) | 2014-02-19 | 2015-02-16 | Portable matrix phased array spot weld inspection system |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3108233A4 (en) |
JP (1) | JP2017509873A (en) |
KR (1) | KR20160122165A (en) |
CN (1) | CN106257999A (en) |
WO (1) | WO2015126787A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10302600B2 (en) | 2016-01-19 | 2019-05-28 | Northrop Grumman Innovation Systems, Inc. | Inspection devices and related systems and methods |
US11353430B2 (en) * | 2017-03-13 | 2022-06-07 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Phased array probe and method for testing a spot-weld |
CH713739A2 (en) * | 2017-04-28 | 2018-10-31 | Soudronic Ag | Method and device for roll seam welding of container frames. |
CN109283251B (en) * | 2017-07-19 | 2021-02-09 | 中国科学院声学研究所 | Signal processing circuit of well wall imaging ultrasonic phased array |
KR102007494B1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-08-05 | 주식회사 신영 | System for inspecting welding quality of weld zone using ultrasonic |
DE102018213372A1 (en) * | 2018-08-09 | 2020-02-13 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method and device for ultrasonic spot welding |
KR102147178B1 (en) * | 2018-10-02 | 2020-08-24 | 경일대학교산학협력단 | Image processing method and apparatus for spot welding quality evaluation |
JP7215134B2 (en) | 2018-12-17 | 2023-01-31 | 株式会社島津製作所 | Inspection device and inspection method |
EP3798629B1 (en) * | 2019-09-24 | 2024-10-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Processing system, processing method, and storage medium |
KR102294189B1 (en) * | 2021-04-16 | 2021-08-27 | 주식회사 성안테크 | Inspection device to detect welding status of missing or folding tab of battery electrode |
CN115740711A (en) * | 2022-11-07 | 2023-03-07 | 苏州固仑光电设备有限公司 | Automatic spot welding and spot welding quality detection system based on visual identification |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0484756A (en) * | 1990-07-27 | 1992-03-18 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | Ultrasonography sensor and detecting method |
JPH0599908A (en) * | 1991-10-09 | 1993-04-23 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Gain controlling apparatus for ultrasonic flaw detector |
JP2000035419A (en) * | 1998-07-16 | 2000-02-02 | Nippon Kurauto Kureemaa Kk | Ultrasonic flaw detection/measurement device |
US6069326A (en) * | 1997-03-10 | 2000-05-30 | Dresser Industries, Inc. | Hand held measurement instrument with touch screen display |
JP2005315583A (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-10 | Toshiba Corp | Sensor device for ultrasonic inspection |
JP2006184034A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Olympus Corp | Non-destructive inspection device |
JP2008073730A (en) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Tokyu Car Corp | Evaluation method of laser spot weld zone |
JP2008203082A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Mazda Motor Corp | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus for spot-welded section, and angle adjustment method and position adjustment method for inspection probe |
JP2009119259A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | General Electric Co <Ge> | Portable imaging system having single screen touch panel |
JP2010014626A (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Toshiba Corp | 3d ultrasonographic device |
JP2012122807A (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ultrasonic test equipment of brazing joint section, and method |
US20120310551A1 (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Edison Welding Institute, Inc. | Three-dimensional matrix phased array spot weld inspection system |
WO2013051107A1 (en) * | 2011-10-04 | 2013-04-11 | 日本クラウトクレーマー株式会社 | Ultrasonic flaw detection device for hollow axle |
JP2013539715A (en) * | 2010-10-13 | 2013-10-28 | マウイ イマギング,インコーポレーテッド | Concave ultrasonic transducer and 3D array |
JP2013242220A (en) * | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | Array probe, immersion ultrasonic test equipment having the array probe, and method thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7132617B2 (en) * | 2002-02-20 | 2006-11-07 | Daimlerchrysler Corporation | Method and system for assessing quality of spot welds |
JP4542813B2 (en) * | 2004-04-26 | 2010-09-15 | 株式会社東芝 | 3D ultrasonic inspection equipment |
US8033172B2 (en) * | 2005-01-14 | 2011-10-11 | Olympus Ndt | Hand-held flaw detector imaging apparatus |
US9037419B2 (en) * | 2011-05-10 | 2015-05-19 | Edison Welding Institute, Inc. | Portable matrix phased array spot weld inspection system |
-
2015
- 2015-02-16 KR KR1020167022588A patent/KR20160122165A/en not_active Application Discontinuation
- 2015-02-16 CN CN201580009190.6A patent/CN106257999A/en active Pending
- 2015-02-16 JP JP2016552906A patent/JP2017509873A/en active Pending
- 2015-02-16 EP EP15751432.4A patent/EP3108233A4/en not_active Withdrawn
- 2015-02-16 WO PCT/US2015/016042 patent/WO2015126787A1/en active Application Filing
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0484756A (en) * | 1990-07-27 | 1992-03-18 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | Ultrasonography sensor and detecting method |
JPH0599908A (en) * | 1991-10-09 | 1993-04-23 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Gain controlling apparatus for ultrasonic flaw detector |
US6069326A (en) * | 1997-03-10 | 2000-05-30 | Dresser Industries, Inc. | Hand held measurement instrument with touch screen display |
JP2000035419A (en) * | 1998-07-16 | 2000-02-02 | Nippon Kurauto Kureemaa Kk | Ultrasonic flaw detection/measurement device |
JP2005315583A (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-10 | Toshiba Corp | Sensor device for ultrasonic inspection |
JP2006184034A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Olympus Corp | Non-destructive inspection device |
JP2008073730A (en) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Tokyu Car Corp | Evaluation method of laser spot weld zone |
JP2008203082A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Mazda Motor Corp | Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus for spot-welded section, and angle adjustment method and position adjustment method for inspection probe |
JP2009119259A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | General Electric Co <Ge> | Portable imaging system having single screen touch panel |
JP2010014626A (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Toshiba Corp | 3d ultrasonographic device |
JP2013539715A (en) * | 2010-10-13 | 2013-10-28 | マウイ イマギング,インコーポレーテッド | Concave ultrasonic transducer and 3D array |
JP2012122807A (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ultrasonic test equipment of brazing joint section, and method |
US20120310551A1 (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Edison Welding Institute, Inc. | Three-dimensional matrix phased array spot weld inspection system |
WO2013051107A1 (en) * | 2011-10-04 | 2013-04-11 | 日本クラウトクレーマー株式会社 | Ultrasonic flaw detection device for hollow axle |
JP2013242220A (en) * | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Sanyo Special Steel Co Ltd | Array probe, immersion ultrasonic test equipment having the array probe, and method thereof |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
"Flash Focus", ボリュームフォーカスフェイズドアレイ超音波探傷装置, JPN7018004427, 24 April 2013 (2013-04-24), JP, ISSN: 0003954013 * |
"OmniScan SX", 超音波探傷器, JPN7018004425, 2013, JP, ISSN: 0004065042 * |
"Phasor XS ver2.x", フェーズドアレイ搭載超音波探傷器, JPN7018004426, April 2012 (2012-04-01), JP, ISSN: 0004065043 * |
"Phasor XS", PORTABLE PHASED ARRAY ULTRASONIC FLAW DETECTOR, JPN7018004428, 2007, US, ISSN: 0003954014 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3108233A1 (en) | 2016-12-28 |
EP3108233A4 (en) | 2017-10-04 |
KR20160122165A (en) | 2016-10-21 |
CN106257999A (en) | 2016-12-28 |
WO2015126787A1 (en) | 2015-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9037419B2 (en) | Portable matrix phased array spot weld inspection system | |
US10113993B2 (en) | Phased array system for inspection of laser welds | |
US9759691B2 (en) | Gating methods for use in weld inspection systems | |
KR101928946B1 (en) | Three-dimensional matrix phased array spot weld inspection system | |
JP2017509873A (en) | Portable matrix phased array spot weld inspection system | |
US9733219B2 (en) | Automated weld inspection system with weld acceptability pass or fail indications | |
US6948369B2 (en) | Methods for ultrasonic inspection of spot and seam resistance welds in metallic sheets and a spot weld examination probe system (SWEPS) | |
EP3596456B1 (en) | Method for testing a spot-weld using a phased array probe | |
US8215173B2 (en) | UT method of identifying a stuck joint | |
WO2017223499A1 (en) | Micro-resolution ultrasonic nondestructive imaging method | |
US10234426B2 (en) | Matrix phased array system for ultrasonic inspection of brazed welds | |
JP5846367B2 (en) | Flaw detection method and flaw detection apparatus for welds using TOFD method | |
KR101698746B1 (en) | Phased Array Ultrasonic Testing Device And Testing Method Using Thereof | |
WO2016172078A1 (en) | Automated weld inspection system | |
WO2016172178A1 (en) | Gating methods for use in weld inspection systems | |
JP5250248B2 (en) | Defect end detection method and defect end detection device | |
JPH11248690A (en) | Ultrasonic flaw detector | |
Lehmann et al. | Contribution to the qualification of air-coupled ultrasound as non-destructive, automated test method for spot welds in the car body shop | |
Nageswaran et al. | Evaluation of the phased array transmit-receive longitudinal and time-of-flight diffraction techniques for inspection of a dissimilar weld | |
Maev et al. | Automation of Resistance Spot Weld Inspection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180215 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190109 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190409 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190628 |