JP2020187005A - 推定装置、検査システム、推定方法、角度調整方法、検査方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】反射波の受信結果から溶接部の範囲を推定できる、推定装置、検査システム、推定方法、プログラム、及び記憶媒体を提供する。【解決手段】実施形態に係る推定装置は、処理部を備える。処理部は、第１方向に配列された複数の超音波センサのそれぞれが、第１方向と交差する第２方向へ、溶接部に向けて超音波を送信して反射波を受信することで取得した情報を受け付ける。処理部は、第２方向における反射波の強度分布に基づいて、溶接部の第２方向における範囲を推定する。処理部は、第２方向の各点で、第１方向における反射波の強度分布の重心位置を計算し、複数の重心位置に基づいて溶接部の第１方向における範囲を推定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、推定装置、検査システム、推定方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。

溶接では、２つ以上の部品の一部同士を溶融して接合させ、１つの部材が作製される。溶接により作製された部材は、溶接された部分（以下、溶接部という）が、適切に接合されているか検査される。例えば、非破壊の検査では、超音波センサを含むプローブを溶接部に接触させる。そして、溶接部に向けて超音波を送信し、その反射波に基づいて接合の有無を調べる。

超音波が溶接部以外からも反射される場合、接合の検査精度を向上させるためには、溶接部から反射された成分に基づいて接合を検査することが望ましい。このため、反射波の受信結果に基づいて、溶接部の範囲を推定できる技術が求められていた。

特許第５６１８５２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、反射波の受信結果から溶接部の範囲を推定できる、推定装置、検査システム、推定方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することである。

実施形態に係る推定装置は、処理部を備える。前記処理部は、第１方向に配列された複数の超音波センサのそれぞれが、前記第１方向と交差する第２方向へ、溶接部に向けて超音波を送信して反射波を受信することで取得した情報を受け付ける。前記処理部は、前記第２方向における前記反射波の強度分布に基づいて、前記溶接部の前記第２方向における範囲を推定する。前記処理部は、前記第２方向の各点で、前記第１方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算し、複数の前記重心位置に基づいて前記溶接部の前記第１方向における範囲を推定する。

実施形態に係る検査システムを表す模式図である。 実施形態に係る検査システムの一部を表す斜視図である。 実施形態に係る検査システムのプローブ先端の内部構造を表す模式図である。 実施形態に係る検査システムの動作の概要を表すフローチャートである。 実施形態に係る検査システムによる検査方法を説明するための模式図である。 反射波の受信結果に基づく画像の模式図である。 一断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。 Ｚ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。 反射波の強度分布をフィルタリングした結果を例示するグラフである。 反射波の受信結果を例示する模式図である。 Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布の一例である。 反射波の受信結果を例示する模式図である。 実施形態に係る推定装置の動作を例示するフローチャートである。 反射波の受信結果を例示する画像である。 実施形態に係る検査システムの動作を表すフローチャートである。 実施形態に係る検査システムを説明するための図である。 実施形態に係る検査システムの別の動作を表すフローチャートである。 実施形態に係る検査システムを説明するための図である。 溶接部近傍の画像を例示する模式図である。 溶接部近傍の画像を例示する模式図である。 実施形態に係る検査システムの別の動作を説明するための模式図である。 Ｚ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。 変形例に係る推定装置により推定された溶接部の範囲を例示する模式図である。 実施形態の変形例に係る推定装置の動作を例示するフローチャートである。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る検査システムを表す模式図である。
図２は、実施形態に係る検査システムの一部を表す斜視図である。
実施形態に係る検査システム１００は、２つ以上の部品が一体化された溶接部を非破壊検査するために用いられる。

図１に表したように、実施形態に係る検査システム１００は、検査装置１及び推定装置２を含む。図２に表したように、検査装置１は、プローブ１０、撮像部２０、塗布部３０、及びアーム４０を含む。

プローブ１０は、溶接部を検査するための複数の超音波センサを含む。撮像部２０は、溶接された部材を撮影し、画像を取得する。撮像部２０は、画像から溶接痕を抽出し、溶接部の大凡の位置を検出する。塗布部３０は、カプラントを溶接部の上面に塗布する。カプラントは、プローブ１０と検査対象との間で超音波の音響的整合をとるために用いられる。カプラントは、液体でも良いし、ゲル状でも良い。

プローブ１０、撮像部２０、及び塗布部３０は、例えば図２に表したように、アーム４０の先端に設けられている。アーム４０は、例えば、多関節ロボットである。アーム４０の駆動により、プローブ１０、撮像部２０、及び塗布部３０を変位させることができる。

検査装置１は、例えば制御部１ａを含む。制御部１ａは、処理回路を含む中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備える。制御部１ａは、検査装置１に含まれる上述した各構成要素の動作を制御する。

推定装置２は、処理部２ａを含む。処理部２ａは、処理回路を含むＣＰＵを備える。処理部２ａは、検査装置１で取得された情報に基づいて、溶接部の位置を推定する。

推定装置２は、表示装置２ｂ及び入力装置２ｃを含んでいても良い。表示装置２ｂは、例えば、モニタ、プロジェクタ、又はプリンタを含む。入力装置２ｃは、例えば、キーボード、マウス、タッチパッド、又はマイク（音声入力）を含む。タッチパネルのように、表示装置と入力装置の両方として機能する装置が用いられても良い。

検査装置１は、有線通信、無線通信、又はネットワークを介して推定装置２と接続される。又は、検査装置１に推定装置２が組み込まれ、１つの装置が検査装置１と推定装置２の両方として機能しても良い。この場合、制御部１ａ及び処理部２ａの一方のみが設けられ、制御部１ａ及び処理部２ａの当該一方が、制御部１ａ及び処理部２ａの両方として機能しても良い。

図３は、実施形態に係る検査システムのプローブ先端の内部構造を表す模式図である。
プローブ１０先端の内部には、図３に表したマトリクスセンサ１１が設けられている。マトリクスセンサ１１は、複数の超音波センサ１２を含む。超音波センサ１２は、例えば、トランスデューサである。複数の超音波センサ１２は、互いに交差するＸ方向（第１方向）及びＹ方向（第３方向）に配列されている。この例では、Ｘ方向とＹ方向は、直交している。Ｘ方向とＹ方向は、直交していなくても良い。プローブ１０は、Ｘ方向及びＹ方向を含む面と交差するＺ方向（第２方向）に移動し、検査対象に接触する。

図３は、部材５を検査する様子を表している。部材５は、金属板５１（第１部材）と金属板５２（第２部材）が、溶接部５３においてスポット溶接されて作製されている。溶接部５３では、金属板５１の一部と金属板５２の一部が溶融し、混ざり合って凝固した凝固部５４が形成されている。それぞれの超音波センサ１２は、カプラント５５が塗布された部材５に向けて超音波ＵＳを送信し、部材５からの反射波ＲＷを受信する。

より具体的な一例として、図３に表したように、１つの超音波センサ１２が溶接部５３に向けて超音波ＵＳを送信する。超音波ＵＳの一部は、部材５の上面または下面などで反射される。複数の超音波センサ１２のそれぞれは、この反射波ＲＷを受信（検出）する。それぞれの超音波センサ１２が順次超音波ＵＳを送信し、それぞれの反射波ＲＷを複数の超音波センサ１２で受信することで、部材５の溶接部５３近傍を、２次元的に検査する。

図４は、実施形態に係る検査システムの動作の概要を表すフローチャートである。
まず、撮像部２０が部材５を撮影し、取得した画像から溶接部５３の位置を検出する（ステップＳ１）。アーム４０は、塗布部３０を、溶接部５３とＺ方向において対向する位置へ移動させる。塗布部３０は、カプラントを溶接部に塗布する（ステップＳ２）。アーム４０は、プローブ１０をＺ方向に移動させ、溶接部５３に接触させる（ステップＳ３）。

プローブ１０が溶接部５３に接触した状態で、複数の超音波センサ１２が、溶接部５３を含む部材５に向けて超音波ＵＳを送信し、反射波ＲＷを受信する。検査装置１は、反射波ＲＷを受信して得られた情報を推定装置２へ送信する。処理部２ａは、情報を受け付けると、溶接部５３のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれの範囲を推定する（ステップＳ４）。

検査装置１は、推定装置２によって推定された範囲における反射波の受信結果に基づいて、アーム４０を駆動させる。検査装置１は、アームの駆動により、プローブ１０を変位させ、プローブ１０の角度を調整する（ステップＳ５）。角度の調整後、複数の超音波センサ１２が、超音波ＵＳを送信し、反射波ＲＷを受信する。これにより、溶接部５３が検査される（ステップＳ６）。制御部１ａは、未検査の溶接部５３があるか判定する（ステップＳ７）。未検査の溶接部５３が無い場合、検査を終了する。未検査の溶接部５３がある場合、制御部１ａは、アーム４０を駆動させ、プローブ１０、撮像部２０、及び塗布部３０を別の溶接部５３に向けて移動させる（ステップＳ８）。その後、再度ステップＳ１〜Ｓ７が実行される。

溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄは、金属板５１の上面５ａに対して傾斜していることがある。これは、溶接部５３が凝固部５４を含むことや、溶接の過程における形状の変形などに基づく。この場合、上面５ｂ又は下面５ｄに対して平均的に垂直な方向に沿って超音波ＵＳが送信されることが望ましい。これにより、上面５ｂ及び下面５ｄにおいてより強く超音波が反射され、検査の精度を向上させることができる。また、ステップＳ４とＳ５が交互に繰り返されても良い。これにより、プローブ１０の角度をより適切な値に調整できる。この結果、溶接部の検査の精度をさらに向上できる。

図５は、実施形態に係る検査システムによる検査方法を説明するための模式図である。
図５（ａ）に表したように、超音波ＵＳの一部は、金属板５１の上面５ａまたは溶接部５３の上面５ｂで反射される。超音波ＵＳの別の一部は、部材５に入射し、金属板５１の下面５ｃまたは溶接部５３の下面５ｄで反射する。

上面５ａ、上面５ｂ、下面５ｃ、及び下面５ｄのＺ方向における位置は、互いに異なる。すなわち、これらの面と超音波センサ１２との間のＺ方向における距離が、互いに異なる。超音波センサ１２が、これらの面からの反射波を受信すると、反射波の強度のピークが検出される。超音波ＵＳを送信した後、各ピークが検出されるまでの時間を算出することで、どの面で超音波ＵＳが反射されているか調べることができる。

反射波の強度は、任意の態様で表現されて良い。例えば、超音波センサ１２から出力される反射波強度は、位相に応じて、正の値及び負の値を含む。正の値及び負の値を含む反射波強度に基づいて、各種処理が実行されても良い。正の値及び負の値を含む反射波強度を、絶対値に変換しても良い。反射波強度の平均値を、各時刻における反射波強度から減じても良い。又は、反射波強度の加重平均値、重み付き移動平均値などを、各時刻における反射波強度から減じても良い。反射波強度にこれらの処理を加えた結果を用いた場合でも、本願で説明する各種処理を実行可能である。

図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、超音波ＵＳを送信した後の時間と、反射波ＲＷの強度と、の関係を例示するグラフである。ここでは、反射波ＲＷの強度を絶対値で表している。図５（ｂ）のグラフは、金属板５１の上面５ａ及び下面５ｃからの反射波ＲＷの受信結果を例示している。図５（ｃ）のグラフは、溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄからの反射波ＲＷの受信結果を例示している。

図５（ｂ）のグラフにおいて、１回目のピークＰｅ１は、上面５ａからの反射波ＲＷに基づく。２回目のピークＰｅ２は、下面５ｃからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ１及びピークＰｅ２が検出された時間は、それぞれ、金属板５１の上面５ａ及び下面５ｃのＺ方向における位置に対応する。ピークＰｅ１が検出された時間とピークＰｅ２が検出された時間との時間差ＴＤ１は、上面５ａと下面５ｃとの間のＺ方向における距離Ｄｉ１に対応する。

同様に、図５（ｃ）のグラフにおいて、１回目のピークＰｅ３は、上面５ｂからの反射波ＲＷに基づく。２回目のピークＰｅ４は、下面５ｄからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ３及びピークＰｅ４が検出された時間は、それぞれ、溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄのＺ方向における位置に対応する。ピークＰｅ３が検出された時間とピークＰｅ４が検出された時間との時間差ＴＤ２は、上面５ｂと下面５ｄとの間のＺ方向における距離Ｄｉ２に対応する。

図６〜図１２を参照して、ステップＳ４について具体的に説明する。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、反射波の受信結果に基づく画像の模式図である。
図６（ａ）は、Ｘ−Ｚ断面における検査対象の状態を表している。図６（ｂ）は、Ｙ−Ｚ断面における検査対象の状態を表している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）では、反射波の強度が高い点は、白色で表されている。ここでは、模式的に、反射波の強度を二値化して表している。Ｚ方向における位置は、超音波を発してから、反射波が受信されるまでの時間に対応する。Ｘ方向又はＹ方向に沿って延びる白線は、部材の面を表している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）において、Ｘ方向又はＹ方向の中央に存在する複数の白線は、溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄからの反射波に基づく。Ｘ方向又はＹ方向の側方に存在する複数の白線は、金属板５１の上面５ａ及び下面５ｃ、又は金属板５２の上面及び下面からの反射波に基づく。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、Ｚ方向において３本以上の白線が存在する。これは、部材５の各部の上面と下面との間を、超音波ＵＳが多重反射していることを表している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したように、マトリクスセンサ１１による反射波の受信結果には、溶接部５３以外からの反射波も含まれている。推定装置２は、その反射波の受信結果から、溶接部５３の範囲を推定する。

ここでは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に例示したように、反射波の受信結果を２次元的に表している。反射波の受信結果は、３次元的に表されても良い。例えば、部材５は、複数のボクセルで表される。各ボクセルには、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれの座標が設定される。反射波の受信結果に基づき、各ボクセルには、反射波強度が紐付けられる。推定装置２は、複数のボクセルにおいて、溶接部５３に対応する範囲（ボクセルのグループ）を推定する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、一断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
図８は、Ｚ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
処理部２ａは、反射波の受信結果に基づいて、Ｚ方向における反射波の強度分布を計算する。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、その一例である。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図７（ａ）は、１つのＸ−Ｚ断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示している。図７（ｂ）は、１つのＹ−Ｚ断面でのＺ方向における反射波の強度分布を例示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）では、反射波強度を絶対値に変換した結果を表している。

又は、処理部２ａは、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波強度を合算し、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成しても良い。図８は、その一例である。図８において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図８では、反射波強度を絶対値に変換し、且つＺ方向の各点における反射波強度から、反射波強度の平均値を減じた結果を表している。

Ｚ方向における反射波の強度分布は、溶接部の上面及び下面で反射した成分と、その他の部分の上面及び下面で反射した成分と、を含む。換言すると、強度分布は、図６（ｂ）に表した時間差ＴＤ１に対応する周期成分と、図６（ｃ）に表した時間差ＴＤ２に対応する周期成分と、を含む。

処理部２ａは、フィルタリングにより、反射波の強度分布から、溶接部の上面及び下面で反射した成分のみを抽出する。例えば、溶接部のＺ方向における厚さ（上面と下面との間の距離）の半分の整数倍に対応する値が、予め設定される。処理部２ａは、その値を参照し、その値の周期成分だけを抽出する。

フィルタリングとしては、バンドパスフィルタ、ゼロ位相フィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又はフィルタ後の強度に対する閾値判定などを用いることができる。

図９は、反射波の強度分布をフィルタリングした結果を例示するグラフである。
図９において、横軸はＺ方向における位置を表し、縦軸は反射波の強度を表す。図９に表したように、フィルタリングの結果、溶接部の上面及び下面で反射した成分のみが抽出される。

処理部２ａは、抽出結果に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲を推定する。例えば、処理部２ａは、抽出結果に含まれるピークを検出する。処理部２ａは、１つ目のピークのＺ方向における位置及び２つ目のピークのＺ方向における位置を検出する。処理部２ａは、これらの位置を基準に、例えば図９に表した範囲Ｒａ１を、溶接部のＺ方向における範囲と推定する。

溶接部の構造、マトリクスセンサ１１の構成などにより、溶接部の上面からの反射波強度の符号（正又は負）と、溶接部の下面からの反射波強度の符号と、が互いに反転することがある。この場合、処理部２ａは、正と負の一方のピークと、正と負の他方の別のピークと、を検出しても良い。処理部２ａは、これらのピークの位置を基準に、溶接部のＺ方向における範囲を推定する。また、反射波強度への処理によっては、反射波強度が正の値と負の値の一方のみで表される場合がある。この場合、溶接部のＺ方向における範囲は、複数のピークの位置に基づいて推定されても良いし、ピークとボトムの位置に基づいて推定されても良いし、複数のボトムの位置に基づいて推定されても良い。すなわち、処理部２ａは、フィルタリングした後の反射波強度について、複数の極値の位置に基づいて溶接部のＺ方向における範囲を推定する。

Ｘ−Ｚ断面及びＹ−Ｚ断面のそれぞれにおける反射波の強度分布を生成したときは、Ｘ−Ｚ断面における強度分布に基づくＺ方向の範囲と、Ｙ−Ｚ断面における強度分布に基づくＺ方向の範囲と、が推定される。例えば、処理部２ａは、これらの複数の推定結果について、平均、加重平均、重み付き移動平均などを計算し、その計算結果を溶接部全体のＺ方向における範囲と推定する。

又は、処理部２ａは、Ｘ−Ｚ断面及びＹ−Ｚ断面の一方における反射波の強度分布に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲を推定し、その推定結果を、溶接部全体のＺ方向における範囲とみなしても良い。処理部２ａは、Ｘ方向の一部且つＹ方向の一部における反射波の強度分布に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲を推定し、その推定結果を、溶接部全体のＺ方向における範囲とみなしても良い。これらの処理によれば、反射波の強度分布の生成に必要な計算量を低減できる。

図９の例では、範囲Ｒａ１の下限のＺ方向における位置は、１つ目のピークのＺ方向における位置から、所定の値を減じた値に設定されている。範囲Ｒａ１の上限のＺ方向における位置は、２つ目のピークのＺ方向における位置から、所定の値を加えた値に設定されている。こうすることで、溶接部の上面及び下面が、超音波センサ１２の配列方向に対して傾いているときに、溶接部のＸ−Ｙ面におけるいずれかの点で、２つ目のピークがＺ方向の範囲から外れることを抑制できる。

溶接部のＺ方向の範囲を推定した後、処理部２ａは、溶接部のＸ方向の範囲及びＹ方向の範囲を推定する。
図１０及び図１２は、反射波の受信結果を例示する模式図である。
図１０及び図１２において、領域Ｒは、マトリクスセンサ１１によって反射波の受信結果が得られた全体の領域を表す。領域Ｒの一断面では、溶接部の上面及び下面における反射波の成分と、その他の部分の上面及び下面における反射波の成分と、が含まれている。

処理部２ａは、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布を生成する。処理部２ａは、予め設定されたＺ方向の範囲内において、強度分布を生成しても良い。これにより、計算量を低減できる。又は、処理部２ａは、推定したＺ方向の範囲内において、強度分布を生成しても良い。これにより、計算量を低減しつつ、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布を生成する際に、溶接部の下面からの反射波成分が外れることを抑制できる。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布の一例である。図１１（ａ）は、Ｚ＝１の座標でのＸ−Ｙ面における反射波の強度分布を表している。図１１（ｂ）は、Ｚ＝２の座標でのＸ−Ｙ面における反射波の強度分布を表している。図１１（ｃ）は、Ｚ＝３５０の座標でのＸ−Ｙ面における反射波の強度分布を表している。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）では、模式的に、反射波の強度を二値化して表している。

処理部２ａは、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波の強度分布の重心位置を計算する。ここでは、強度分布を示す画像の重心位置を計算することで、強度分布の重心位置を得ている。例えば図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に表したように、処理部２ａは、各画像における重心位置Ｃ１〜Ｃ３５０を計算する。図１２において、線分Ｌは、Ｚ＝０〜Ｚ＝３５０までの全ての重心位置を繋いだ結果を表している。

処理部２ａは、Ｚ＝０〜Ｚ＝３５０までの重心位置を平均化する。これにより、Ｘ方向における重心の平均位置及びＹ方向における重心の平均位置が得られる。図１２において、平均位置ＡＰは、Ｘ方向における重心の平均位置及びＹ方向における重心の平均位置を表す。処理部２ａは、平均位置ＡＰを中心として、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて所定の範囲を、溶接部のＸ方向の範囲Ｒａ２、及び溶接部のＹ方向の範囲Ｒａ３とする。

例えば、範囲Ｒａ２及び範囲Ｒａ３を推定するために、プローブ１０（マトリクスセンサ１１）の径を示す値Ｖが予め設定される。処理部２ａは、Ｘ方向及びＹ方向において、ＡＰ−Ｖ／２からＡＰ＋Ｖ／２までを、それぞれ範囲Ｒａ２及び範囲Ｒａ３とする。この場合、Ｘ−Ｙ面における推定範囲は、四角形状となる。この例に限らず、Ｘ−Ｙ面における推定範囲は、５角以上の多角形状又は円状などであっても良い。Ｘ−Ｙ面における推定範囲の形状は、溶接部の形状に応じて適宜変更可能である。

値Ｖに基づく別の値を用いて範囲Ｒａ２及び範囲Ｒａ３が決定されても良い。プローブ１０の径を示す値に代えて、溶接部の径を示す値が予め設定されても良い。溶接部の径は、プローブ１０の径と対応するためである。溶接部の径を示す値は、実質的に、プローブ１０の径を示す値とみなすことができる。

以上の処理により、溶接部のＺ方向の範囲Ｒａ１、Ｘ方向の範囲Ｒａ２、及びＹ方向の範囲Ｒａ３が推定される。範囲が推定された後は、推定した範囲における反射波の受信結果に基づいて、図４に表したステップＳ５が実行される。

図１３は、実施形態に係る推定装置の動作を例示するフローチャートである。
処理部２ａは、検査装置１から送信された情報を受け付ける（ステップＳ４０１）。情報は、複数の超音波センサ１２による反射波の受信結果を含む。処理部２ａは、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成する（ステップＳ４０２）。処理部２ａは、溶接部の厚さの値に基づいて強度分布をフィルタリングする（ステップＳ４０３）。これにより、溶接部における反射波成分だけが、強度分布から抽出される。処理部２ａは、抽出結果に基づき、溶接部のＺ方向における範囲を推定する（ステップＳ４０４）。処理部２ａは、Ｚ方向の各点で、Ｘ−Ｙ面における反射波強度の重心位置を計算する（ステップＳ４０５）。処理部２ａは、計算した複数の重心位置を平均化することで、平均位置を計算する（ステップＳ４０６）。処理部２ａは、平均位置と、プローブ１０の径と、に基づいて、Ｘ方向及びＹ方向におけるそれぞれの範囲を推定する（ステップＳ４０７）。

なお、Ｚ方向における範囲の推定は、Ｘ方向及びＹ方向における範囲の推定の後に実行されても良い。例えば、図１３に表したフローチャートにおいて、ステップＳ４０２〜Ｓ４０４は、ステップＳ４０５〜Ｓ４０７の後に実行されても良い。この場合、処理部２ａは、推定されたＸ方向及びＹ方向の範囲内に基づいて、Ｚ方向における反射波の強度分布を計算しても良い。これにより、計算量を低減できる。

実施形態の効果を説明する。
溶接部を検査する際、プローブ１０の溶接部に対する角度を、適切な値に調整することが重要である。プローブ１０の角度は、反射波の受信結果に基づいて調整できる。このとき、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれにおいて、角度調整に利用する受信結果の範囲を絞り込むことが望ましい。図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図１０に表したように、受信結果には、溶接部以外からの反射波も含まれるためである。溶接部以外からの反射波が受信結果に含まれると、溶接部に対するプローブ１０の角度を適切に調整することが困難となる。

従来、受信結果から溶接部からの反射波を抽出するために、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれにおける溶接部の範囲をユーザが指定していた。この方法によれば、プローブ１０の角度をより適切に調整できる。しかし、各方向の範囲を指定するユーザには、検査に関する専門的な知識が求められる。このため、検査結果が、ユーザの経験、主観などに依存する。

そこで、実施形態に係る推定装置２では、処理部２ａが、受信結果に基づき、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれにおける溶接部の範囲を推定する。具体的には、処理部２ａは、Ｚ方向における反射波の強度分布に基づいて、Ｚ方向における範囲を推定する。また、処理部２ａは、Ｚ方向の各点で、Ｘ方向及びＹ方向における反射波の強度分布の重心位置を計算し、その計算結果に基づいてＸ方向における範囲及びＹ方向における範囲を推定する。実施形態に係る推定装置２を用いることで、ユーザによる溶接部の範囲の指定が不要となる。

例えば、処理部２ａによる推定結果に基づいて、制御部１ａは、プローブ１０の角度を調整し、溶接部を検査する。これにより、溶接部の検査の精度を向上させることができる。

又は、処理部２ａは、推定結果を表示装置２ｂなどに出力しても良い。例えば、ユーザは、溶接部の実際の位置が想定していた位置からどの程度ずれているか、推定結果から確認できる。

上述した例では、Ｘ方向における範囲とＹ方向における範囲の両方を推定した。この例に限らず、推定装置２は、Ｘ方向における範囲とＹ方向における範囲の一方のみを推定しても良い。例えば、複数の超音波センサ１２が一方向に配列されているとき、推定装置２は、それらの超音波センサ１２による受信結果に基づいて、溶接部のＺ方向における範囲と、溶接部の当該配列方向における範囲と、を推定する。

（実施例）
図１４は、反射波の受信結果を例示する画像である。
図１４において、色が白いほど、その点における反射波の強度が大きいことを示している。処理部２ａは、図１４に表した受信結果について、図１３に表した動作を実行する。この結果、範囲Ｒａが推定される。

処理部２ａは、推定した結果を、検査装置１へ送信する。処理部２ａは、図１４に表した、反射波の受信結果を示す画像と、その画像において推定された溶接部の範囲と、を表示装置２ｂに表示させても良い。

例えば、制御部１ａ及び処理部２ａは、以下に説明するように、上述した範囲Ｒａの推定と、その範囲Ｒａに基づくプローブ１０の角度調整と、を交互に繰り返す。

図１５は、実施形態に係る検査システムの動作を表すフローチャートである。
図１６は、実施形態に係る検査システムを説明するための図である。
図１５に表したフローチャートの動作は、図４に表したフローチャートのステップＳ４及びＳ５に対応する。

まず、検査装置１において、複数の超音波センサ１２が超音波を送信し、反射波を受信する。推定装置２は、反射波の受信結果を含む情報を受け付けると、その情報に基づいて溶接部の範囲を推定する（ステップＳ４１１）。制御部１ａは、反射波の受信結果の全体から、推定された範囲における反射波の成分を抽出する。図１６（ａ）及び図１６（ｄ）は、部材５の溶接部５３近傍を表す平面図である。例えば図１６（ａ）に表した範囲Ｒａからの反射波の成分が抽出される。

制御部１ａは、範囲ＲａのＸ−Ｙ面における各点について、接合または未接合を検出する。制御部１ａは、この検出結果のうち、Ｘ方向に沿う線分Ｌ１上の検出結果に基づいて、プローブ１０のＹ方向まわりの角度を調整する。線分Ｌ１は、例えば、範囲ＲａのＹ方向における中央付近に位置している。

図１６（ｂ）は、線分Ｌ１上の各点における検出結果の一例である。図１６（ｂ）において、縦軸は、Ｚ方向における位置を表す。横軸は、Ｘ方向における位置を表す。図１６（ｂ）において、○（白丸）は、図５（ａ）に表した部材５の１つ目の反射面（第１反射面）のＺ方向における位置を表す。すなわち、〇は、溶接部５３の上面５ｂの位置を表す。●（黒丸）は、部材５の２つ目の反射面（第２反射面）のＺ方向における位置を表す。すなわち、〇は、溶接部５３の下面５ｄの位置を表す。上面及び下面のＺ方向における位置は、範囲Ｒａの各点でのＺ方向における反射波強度のピーク位置に基づいて決定される。◆は、後述する、接合及び未接合の検出結果を表す。

制御部１ａは、第１反射面と第２反射面との間の距離を算出する。制御部１ａは、例えば、当該距離が予め設定された閾値以上である場合、その点が接合されていると判定する。制御部１ａは、当該距離が当該閾値未満である場合、その点が未接合と判定する。図１６（ｂ）に表したグラフにおいて、接合されていると判定された点は、１の値で表され、未接合と判定された点は、０の値で表されている。

上述の方法により、制御部１ａは、部材５のＸ方向に沿った複数の点について、接合及び未接合を検出する。制御部１ａは、接合が検出された数（以下、検出数という）を抽出する（ステップＳ４１２）。制御部１ａは、検出数が、予め設定された閾値以上であるか判定する（ステップＳ４１３）。この閾値は、溶接部５３のＸ方向における寸法、Ｘ方向における超音波センサ１２の密度などに基づいて設定される。

検出数が閾値以上である場合、制御部１ａは、プローブ１０のＹ方向まわりの角度を維持し、角度調整を終了する。この場合、図４に表したステップＳ７を省略しても良い。既に十分な数の検出数が検出されており、溶接部５３は、適切に接合されているとみなせるためである。検出数が閾値未満であるとき、制御部１ａは、それまでにステップＳ４１１及びＳ４１２を実行した回数ｍ１を、予め設定された値ｎ１と比較する（ステップＳ４１４）。

回数ｍ１が値ｎ１未満であるとき、制御部１ａは、プローブ１０のＹ方向まわりの角度を変化させる（ステップＳ４１５）。そして、ステップＳ４１１が再度実行される。これにより、ステップＳ４１１及びステップＳ４１２が、Ｙ方向のまわりにおける角度を変えながら、繰り返し実行される。回数ｍ１が、値ｎ１以上であるとき、制御部１ａは、それまでの検出結果から、プローブ１０のＹ方向まわりの適切な第１角度を導出する（ステップＳ４１６）。

図１６（ｃ）は、ステップＳ４１１〜Ｓ４１５の繰り返しにより得られた検出結果の一例を表す。図１６（ｃ）において、横軸はＹ方向まわりの角度を表し、縦軸はそれぞれの角度における検出数を表す。例えば、制御部１ａは、最も検出数が多かった角度θ１を、第１角度とする。または、制御部１ａは、角度と検出数との関係を表す二次関数ＱＦを生成し、この二次関数ＱＦの変曲点となる角度θ２を第１角度としても良い。制御部１ａは、プローブ１０のＹ方向まわりの角度を、第１角度に設定する（ステップＳ４１７）。

次に、検査装置１において、複数の超音波センサ１２が超音波を送信し、反射波を受信する。推定装置２は、反射波の受信結果を含む情報を受け付けると、その情報に基づいて溶接部５３の範囲を推定する（ステップＳ４１８）。制御部１ａは、反射波の受信結果の全体から、推定された範囲における反射波の成分を抽出する。

制御部１ａは、図１６（ｄ）に表した、Ｙ方向に沿う線分Ｌ２上の検出結果に基づいて、プローブ１０のＹ方向まわりの角度を調整する。線分Ｌ２は、例えば、推定された範囲ＲａのＸ方向における中央付近に位置している。

制御部１ａは、ステップＳ４１２と同様に、部材５のＹ方向に沿った複数の点における検出数を抽出する（ステップＳ４１９）。制御部１ａは、検出数が、予め設定された閾値以上であるか判定する（ステップＳ４２０）。この閾値は、溶接部５３のＹ方向における寸法、Ｙ方向における超音波センサ１２の密度などに基づいて設定される。

検出数が閾値以上である場合、制御部１ａは、プローブ１０のＸ方向まわりの角度を維持し、角度調整を終了する。検出数が閾値未満である場合、制御部１ａは、それまでにステップＳ４１８及びＳ４１９を実行した回数ｍ２を、予め設定された値ｎ２と比較する（ステップＳ４２１）。

回数ｍ２が値ｎ２未満である場合、制御部１ａは、プローブ１０のＸ方向まわりの角度を変化させる（ステップＳ４２２）。そして、ステップＳ４１８〜Ｓ４２０が再度実行される。

回数ｍ２が、値ｎ２以上である場合、制御部１ａは、それまでの検出結果から、プローブ１０のＸ方向まわりの適切な第２角度を導出する（ステップＳ４２３）。第２角度の導出は、ステップＳ４１６の方法と同様にして実行される。制御部１ａは、プローブ１０のＸ方向まわりの角度を、第２角度に設定する（ステップＳ４２４）。

以上の方法により、プローブ１０の角度が適切に調整される。その後、プローブ１０による溶接部５３の検査が行われる。

図１７は、実施形態に係る検査システムの別の動作を表すフローチャートである。
図１８は、実施形態に係る検査システムを説明するための図である。
図１７に表したフローチャートの動作は、図４に表したフローチャートのステップＳ４及びＳ５に対応する。

図１７に表したフローチャートでは、ステップＳ４３１において、制御部１ａは、対象物に向けて超音波を送信する際の送信角度を設定する。ステップＳ４３１では、送信角度は、予め設定された基準角度に設定される。対象物Ｏの形状と姿勢が既知であれば、基準角度は、超音波が対象物の表面に対して垂直に入射する値に設定される。又は、基準角度は、垂直に入射する値に所定の値を加算した値に設定されても良い。送信角度が設定されると、制御部１ａは、マトリクスセンサ１１から超音波を送信させる。

送信角度θの角度情報は、図１８に表したように、参照角度ＲＡに対する傾き（θ_ｘ，θ_ｙ）で表される。参照角度ＲＡは、例えば、ステップＳ４３１で送信角度として設定される基準角度に等しい。

検査装置１において、送信角度は、プローブ１０の角度を変化させることで調整される。又は、超音波ビームの送信方向を制御することで、送信角度が調整されても良い。例えば、プローブ１０の角度を変更せずに、プローブ１０内に配列されている超音波センサ１２の駆動タイミングを制御することで、超音波ビームの送信方向を調整しても良い。

ステップＳ４３２（検出ステップ）では、検査装置１のプローブ１０が溶接部５３に接触した状態において、プローブ１０から対象物に向けて、ステップＳ４３１で設定された送信角度で超音波を送信する。プローブ１０は、対象物からの反射波の強度を検出する。

図１９（ａ）〜図１９（ｃ）及び図２０は、溶接部近傍の画像を例示する模式図である。
図１９（ａ）は、撮像部２０により撮影された溶接部の画像を表す。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する画像を表す。図１９（ｃ）は、図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する画像を表す。図２０は、画像の全体を表す。画像は、図２０に表したように、三次元位置のそれぞれにおける値を保持したボリュームデータである。

図１９（ｂ）の画像は、Ｘ方向及びＺ方向の各点の反射波強度を表す。Ｚ方向における位置は、反射波強度が検出された時間に対応する。すなわち、図１９（ｂ）の画像は、Ｘ方向に配列された複数の超音波センサ１２で、反射波強度が複数回検出された結果に基づく。図１９（ｃ）の画像は、Ｙ方向及びＺ方向の各点の反射波強度を表す。図１９（ｂ）と同様に、図１９（ｃ）の画像において、Ｚ方向における位置は、反射波強度が検出された時間に対応する。図１９（ｂ）、図１９（ｃ）、及び図２０の画像に含まれる各点（画素）の輝度は、反射波の強度に対応する。輝度が高く、色が白い（ドットの密度が低い）ほど、反射波の強度が高いことを示す。

画像中には、輝度が相対的に高い画素が、Ｚ方向と交差する方向に連続した部分が存在する。図１９（ｂ）及び図１９（ｃ）では、それらの部分の一部である部分ｐ１〜ｐ４を例示している。部分ｐ１〜ｐ４は、超音波が強く反射された面を示している。

図１９（ｂ）及び図１９（ｃ）から分かるように、溶接部５３とそれ以外の箇所では、面が検出されたＺ方向における位置が異なっている。例えば、図１９（ｂ）の画像では、部分ｐ１のＺ方向における位置は、部分ｐ２のＺ方向における位置と異なっている。図１９（ｃ）の画像では、部分ｐ３のＺ方向における位置は、部分ｐ４のＺ方向における位置と異なっている。これは、溶接部５３以外の箇所の下面のＺ方向における位置が、溶接部５３の下面のＺ方向における位置と異なることに基づく。

ステップＳ４３３（推定ステップ）では、処理部２ａは、ステップＳ４３２で得られた結果に基づいて、溶接部の範囲を推定する。

ステップＳ４３４（算出ステップ）では、制御部１ａは、ステップＳ４３３で推定された範囲における反射波強度の勾配を計算する。制御部１ａは、勾配に基づき、対象物の傾きを示す傾斜角度を計算する。具体的には、ステップＳ４３４は、ステップＳ４３４ａ及びＳ４３４ｂを含む。

ステップＳ４３４ａでは、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向からなる三次元空間上の推定範囲において、各点における反射波強度の勾配が算出される。この処理は、反射波強度に基づいて図１９及び図２０に表したような画像が生成される場合、推定範囲において画素毎に画素値の勾配を算出することに対応する。

座標（ｘ，ｙ，ｚ）における反射波の強度をＩ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。推定範囲は、例えば、ｘ１≦ｘ≦ｘ２、ｙ１≦ｙ≦ｙ２、ｚ１≦ｚ≦ｚ２を満たす座標が示す領域である。図１９（ｂ）及び図１９（ｃ）において、領域ｒ１及びｒ２は、推定された範囲の一例を示す。

反射波の強度の勾配は、以下の式１で計算される。
（式１）
Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（Ｉ（ｘ＋１，ｙ，ｚ）−Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ），Ｉ（ｘ，ｙ＋１，ｚ）−Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ），Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ＋１）−Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ））
Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）は、座標（ｘ，ｙ，ｚ）における、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の反射波強度の勾配を示す３次元ベクトルである。式１は、勾配を前進差分により算出した。この他に、後進差分や中心差分などの、一般的な勾配の計算方法が用いられても良い。

ステップＳ４３４ｂでは、反射波強度の勾配に基づき、溶接部５３の傾きを示す傾斜角度を算出する。まず、上述した所定の領域内で計算した勾配の平均を算出する。これを平均勾配と呼ぶ。平均勾配の算出方法は、単純な平均に限らず、加重平均としても良い。

例えば、Ｘ座標及びＹ座標が推定範囲の中心に近いほど、大きい重みを付与するように設定される。Ｘ座標及びＹ座標のそれぞれの推定範囲の中心は、（（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２）で表される。これにより、溶接部５３以外の領域が平均処理に寄与する影響を低減できる。又は、Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）が大きい値であるほど大きい重みを付与しても良い。又は、検査の対象物に関する情報に基づいて、重みが付与されても良い。例えば、溶接部５３の上面又は下面が映ると予想されるＺ方向の座標に近いほど、大きい重みを付与しても良い。これにより、より溶接部５３の上面又は下面からの反射波に基づいた平均処理が可能となる。又は、上述した平均処理を、メディアンを算出する処理に置き換えても良い。

送信角度に対する溶接部５３の傾きを示す差分角度を、上述の平均勾配を用いて算出する。平均勾配をＧＭと記す。まず、平均勾配からスケール情報を除外し、方向情報を示す次式の２次元ベクトルを計算する。
（式２）
（ＧＭ（ｘ）／ＧＭ（ｚ），ＧＭ（ｙ）／ＧＭ（ｚ））
ＧＭ（ｘ）、ＧＭ（ｙ）、ＧＭ（ｚ）は、それぞれ、平均勾配のＸ、Ｙ、Ｚ方向の成分である。式２の第１成分から差分角度のθ_ｘ成分を算出し、第２成分から差分角度のθ_ｙ成分を算出する。算出は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向における反射波強度の検出ピッチから逆算する方法を採ることができる。
又は、予め、溶接部５３を様々な角度に傾け、それぞれの角度においてプローブ１０で反射波を検出しても良い。この検出結果に基づき、式２の第１成分及び第２成分と差分角度の関係をテーブル化する。そのテーブルを用いて角度を算出する。もしくは、回帰式の形で算出関係を保持しても良い。次に、差分角度の符号を反転した角度と、現在の送信角度と、の和により、対象物の傾きに対応する傾斜角度を算出する。

図１９（ｂ）の画像中に示した矢印Ａ１は、Ｘ−Ｚ面における反射波強度の勾配を表す。同様に、図１９（ｃ）の画像中に示した矢印Ａ２は、Ｙ−Ｚ面における反射波強度の勾配を表す。

傾斜角度は、上述したように参照角度ＲＡを基準とした角度であっても良いし、その時点の送信角度に対する差分角度の符号を反転した角度であっても良い。例えば、送信角度と、算出された対象物の面の傾きと、の差分が傾斜角度として算出されても良い。このような差分も、実質的に、対象物の傾きを示す。

ステップＳ４３５（判定ステップ）では、制御部１ａが、画像の取得を終了するか否かを判定する。終了と判定されなかったときは、ステップＳ４３６（設定ステップ）が実行される。ステップＳ４３６では、制御部１ａが、ステップＳ４３４で算出された傾斜角度に基づき、送信角度を再度設定する。制御部１ａは、再設定した送信角度で、再びステップＳ４３２を実行させる。すなわち、ステップＳ４３２〜Ｓ４３５を含む第１ループが、ステップＳ４３５で終了と判定されるまで繰り返される。

例えば、ステップＳ４３５では、ステップＳ４３２〜Ｓ４３４が所定の回数繰り返されたときに、終了と判定する。
別の一例では、繰り返し毎にステップＳ４３４において算出された傾斜角度を記憶しておく。傾斜角度の算出結果が収束したと判定された場合に、終了と判定する。例えば、第１ループが複数回実行され、ｎ回目のステップＳ４３４により第１傾斜角度が算出される。ｎ＋１回目のステップＳ４３４により、第２傾斜角度が算出される。第２傾斜角度と第１傾斜角度との差を算出し、この差が所定の値より小さくなった場合に、終了と判定する。第２傾斜角度と第１傾斜角度との差は、例えば、θ_ｘ成分の差の絶対値とθ_ｙ成分の差の絶対値の和である。

例えば、ステップＳ４３６では、新たに設定される送信角度θ_ＮＥＸＴとして、傾斜角度がそのまま用いられる。
又は、現在の送信角度θと、傾斜角度と、を用いて、送信角度θ_ＮＥＸＴが設定されても良い。例えば、送信角度θ_ＮＥＸＴと送信角度θとの差が、傾斜角度と送信角度θとの差よりも大きくなるように決定しても良い。このとき、θ_ｘ成分及びθ_ｙ成分の少なくともいずれかの差が、より大きくなるようにする。こうすることで、送信角度θとは異なる角度で、かつ溶接部５３の傾きとして予測される傾斜角度の周辺で、再度傾斜角度が算出される。これにより、次に算出される傾斜角度の精度を高めることができる。反射波の強度の検出精度等の要因で、算出された傾斜角度が実際の溶接部５３の傾きよりも小さい場合に、角度の変化量を大きくできる。これにより、繰り返し算出される傾斜角度の収束を早めることができる。

特に、送信角度θ_ＮＥＸＴの更新された回数が少ないときには、送信角度θが収束していない場合が多い。従って、ステップＳ４３６が所定の回数実行されるまでは、送信角度θ_ＮＥＸＴを、送信角度θ_ＮＥＸＴと送信角度θとの差が傾斜角度と送信角度θとの差よりも大きくなるように設定することが望ましい。所定の回数以降は、送信角度θ_ＮＥＸＴを、例えば、送信角度θ_ＮＥＸＴと送信角度θとの差が傾斜角度と送信角度θとの差と同じになるように設定することが望ましい。

図２１は、実施形態に係る検査システムの別の動作を説明するための模式図である。
図２１において、横軸はθ_ｘ成分を表し、縦軸はθ_ｙ成分を表す。図２１（ａ）は、送信角度θ_ＮＥＸＴとして算出された傾斜角度をそのまま用いた場合の、送信角度の遷移を表す。図２１（ｂ）は、初回の送信角度θ_ＮＥＸＴの設定において、送信角度θ_ＮＥＸＴを、送信角度θ_ＮＥＸＴと送信角度θとの差が傾斜角度と送信角度θとの差の２倍になるように設定した場合の、送信角度の遷移を表す。

図２１（ａ）に表した送信角度θ、θ１、及びθ２のように、反射波の強度の検出精度が低い場合、実際の溶接部５３の傾斜角度θ０に向けて、送信角度が少しずつ収束していく場合がある。このような場合、上述した方法によれば、図２１（ｂ）に表した送信角度θ及びθ３のように、送信角度を傾斜角度θ０に向けてより早く収束させることができる。これにより、第１ループの実行回数を少なくし、検査に要する時間を短縮できる。

別の例としては、繰り返し毎の傾斜角度を保存しておき、所定の繰り返し回数以内に計算された傾斜角度に基づき送信角度θ_ＮＥＸＴを算出する。例えば、所定の繰り返し回数以内に計算された傾斜角度の平均により、θ_ＮＥＸＴを算出する。

ステップＳ４３５で終了と判定されると、ステップＳ４３７が実行される。ステップＳ４３７では、送信角度を導出角度に設定した状態で、ステップＳ４３２が実行されたか判定される。導出角度は、それまでに算出された傾斜角度に基づいて導出され、対象物の傾きに対応すると推定される角度である。例えば、導出角度として、直前に算出された傾斜角度が設定される。直前に算出された傾斜角度は、実際の対象物の傾きに最も近いと考えられるためである。又は、直前に算出された複数の傾斜角度の平均が導出角度として設定されても良い。送信角度が導出角度に設定された状態でステップＳ４３２が実行されていない場合、ステップＳ４３８〜Ｓ４４０が実行される。ステップＳ４３８では、送信角度を導出角度に設定する。ステップＳ４３９では、ステップＳ４３２と同様に、設定された送信角度で対象物に向けて超音波を送信し、その反射波の強度を検出する。ステップＳ４３９の検出結果に基づき、画像が生成されても良い。ステップＳ４４０では、ステップＳ４３３と同様に、反射波強度に基づいて、溶接部５３の範囲を推定する。

ステップＳ４４０の後、又はそれまでに送信角度が導出角度に設定された状態でステップＳ４３２が実行されていた場合、動作を終了する。その後、調整された角度において、溶接部５３が検査される。

（変形例）
処理部２ａは、Ｚ方向の範囲を、Ｘ−Ｙ面の部分ごとに推定しても良い。例えば、処理部２ａは、Ｘ方向における各点及びＹ方向における各点で、反射波の強度分布を計算する。又は、処理部２ａは、Ｘ方向の所定範囲ごと及びＹ方向の所定範囲ごとに、反射波の強度分布を計算しても良い。

この場合、溶接部から外れた部分における強度分布は、フィルタリングすると、ピークが得られない。例えば、処理部２ａは、ピークが得られなかった部分では、Ｚ方向における範囲を推定しない。又は、処理部２ａは、ピークが得られなかった部分を、溶接部のＸ方向の推定範囲及びＹ方向の推定範囲から除外しても良い。

図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、Ｚ方向における反射波の強度分布を例示するグラフである。
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、それぞれ、Ｘ−Ｙ面の特定の部分でのＺ方向における反射波の強度分布を例示している。

強度分布を生成した後は、図１３に表した方法で、Ｘ−Ｙ面の部分ごとにＺ方向における範囲を推定する。Ｚ方向における範囲の推定後は、Ｚ方向の各点で重心位置を計算し、複数の重心位置に基づいてＸ方向の範囲及びＹ方向の範囲を推定する。

図２３は、変形例に係る推定装置により推定された溶接部の範囲を例示する模式図である。
図２３において、領域Ｒは、マトリクスセンサ１１によって反射波の受信結果が得られた全体の領域を表す。範囲Ｒａは、推定装置による推定結果を表す。変形例では、Ｘ−Ｙ面の部分ごとにＺ方向における範囲が推定される。このため、図２３に表したように、Ｚ方向における範囲がＸ−Ｙ面の部分ごとに異なりうる。

処理部２ａは、図２３に表した範囲Ｒａにおける反射波の受信結果に基づいて、プローブ１０の角度調整及び溶接部の検査を実行する。

図２４は、実施形態の変形例に係る推定装置の動作を例示するフローチャートである。
処理部２ａは、検査装置１から送信された情報を受け付ける（ステップＳ４０１）。処理部２ａは、Ｘ−Ｙ面の部分ごとに、Ｚ方向における反射波の強度分布を生成する（ステップＳ４０８）。処理部２ａは、それぞれの強度分布をフィルタリングし、溶接部における反射波成分を抽出する（ステップＳ４０３）。処理部２ａは、それぞれの抽出結果に基づき、部分ごとに溶接部のＺ方向における範囲を推定する（ステップＳ４０９）。以降は、図１３に表したフローチャートのステップＳ４０５〜Ｓ４０７と同様の処理が実行される。

図２４に表した動作によれば、溶接部のより詳細な範囲を推定できる。詳細な範囲に基づいて、プローブ１０の角度調整、溶接部の検査などを行うことで、検査の精度をさらに向上させることができる。一方、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図８に表したように、断面ごとの強度分布、又はＸ−Ｙ面における強度を合算した強度分布に基づいて溶接部の範囲を推定することで、推定装置２における計算量を低減できる。

以上で説明した推定装置２、検査システム１００、又は推定方法によれば、溶接部の範囲を精度良く推定できる。同様に、処理部２ａに上述した推定方法を実行させるプログラムまたは当該プログラムを記憶した記憶媒体を用いることで、溶接部の範囲を精度良く推定できる。

上記の種々のデータの処理は、例えば、プログラム（ソフトウェア）に基づいて実行される。例えば、コンピュータが、このプログラムを記憶し、このプログラムを読み出すことにより、上記の種々の情報の処理が行われる。

上記の種々の情報の処理は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク及びハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、または、他の記録媒体に記録されても良い。

例えば、記録媒体に記録された情報は、コンピュータ（または組み込みシステム）により読み出されることが可能である。記録媒体において、記録形式（記憶形式）は任意である。例えば、コンピュータは、記録媒体からプログラムを読み出し、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させる。コンピュータにおいて、プログラムの取得（または読み出し）は、ネットワークを通じて行われても良い。

実施形態に係る推定装置２は、１つまたは複数の装置（例えばパーソナルコンピュータなど）を含む。実施形態に係る推定装置２は、ネットワークにより接続された複数の装置を含んでも良い。

以上では、プローブ１０がアーム４０の先端に設けられ、制御部１ａにより自動的にプローブ１０の角度が調整される例を説明した。この例に限らず、プローブ１０は、人が把持するように構成されていても良い。推定装置２は、そのプローブ１０によって得られた反射波の受信結果に基づいて、溶接部の範囲を推定する。例えば、制御部１ａは、プローブ１０の角度をどの方向にどの程度動かせば良いか、ユーザに向けて表示させる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 検査装置、 １ａ 制御部、 ２ 推定装置、 ２ａ 処理部、 ２ｂ 表示装置、 ２ｃ 入力装置、 ５ａ 上面、 ５ｂ 上面、 ５ｃ 下面、 ５ｄ 下面、 １０ プローブ、 １１ マトリクスセンサ、 １２ 超音波センサ、 ２０ 撮像部、 ３０ 塗布部、 ４０ アーム、 ５１、５２ 金属板、 ５３ 溶接部、 ５４ 凝固部、 ５５ カプラント、 θ１ 角度、 θ２ 角度、 １００ 検査システム、 ＡＰ 平均位置、 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３５０ 画像重心、 Ｄｉ１ 距離、 Ｄｉ２ 距離、 Ｌ 線分、 Ｌ１ 線分、 Ｌ２ 線分、 Ｏ 対象物、 Ｐｅ１〜Ｐｅ４ ピーク、 ＱＦ 二次関数、 Ｒ 領域、 ＲＡ 参照角度、 ＲＷ 反射波、 Ｒａ、Ｒａ１〜Ｒａ３ 範囲、 ＴＤ１ 時間差、 ＴＤ２ 時間差、 ＵＳ 超音波

Ｚ方向における反射波の強度分布は、溶接部の上面及び下面で反射した成分と、その他の部分の上面及び下面で反射した成分と、を含む。換言すると、強度分布は、図５（ｂ）に表した時間差ＴＤ１に対応する周期成分と、図５（ｃ）に表した時間差ＴＤ２に対応する周期成分と、を含む。

図１６（ｂ）は、線分Ｌ１上の各点における検出結果の一例である。図１６（ｂ）において、縦軸は、Ｚ方向における位置を表す。横軸は、Ｘ方向における位置を表す。図１６（ｂ）において、○（白丸）は、図５（ａ）に表した部材５の１つ目の反射面（第１反射面）のＺ方向における位置を表す。すなわち、〇は、溶接部５３の上面５ｂの位置を表す。●（黒丸）は、部材５の２つ目の反射面（第２反射面）のＺ方向における位置を表す。すなわち、●は、溶接部５３の下面５ｄの位置を表す。上面及び下面のＺ方向における位置は、範囲Ｒａの各点でのＺ方向における反射波強度のピーク位置に基づいて決定される。◆は、後述する、接合及び未接合の検出結果を表す。

本発明の実施形態は、推定装置、検査システム、推定方法、角度調整方法、検査方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。

本発明が解決しようとする課題は、反射波の受信結果から溶接部の範囲を推定できる、推定装置、検査システム、推定方法、角度調整方法、検査方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することである。

以上で説明した推定装置２、検査システム１００、推定方法、角度調整方法、又は検査方法によれば、溶接部の範囲を精度良く推定できる。同様に、処理部２ａに上述した推定方法を実行させるプログラムまたは当該プログラムを記憶した記憶媒体を用いることで、溶接部の範囲を精度良く推定できる。

Claims (16)

1. 第１方向に配列された複数の超音波センサのそれぞれが、前記第１方向と交差する第２方向へ、溶接部に向けて超音波を送信して反射波を受信することで取得した情報を受け付け、
   前記第２方向における前記反射波の強度分布に基づいて、前記溶接部の前記第２方向における範囲を推定し、
   前記第２方向の各点で、前記第１方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算し、複数の前記重心位置に基づいて前記溶接部の前記第１方向における範囲を推定する、
   処理部を備えた推定装置。
2. 前記処理部は、前記第２方向の各点で前記第１方向における前記反射波の強度を合算することで、前記第２方向における前記反射波の前記強度分布を生成する請求項１記載の推定装置。
3. 前記処理部は、前記第１方向の各部の前記第２方向における前記反射波の前記強度分布に基づき、前記溶接部の前記第１方向の部分ごとに前記第２方向における範囲を推定する請求項１記載の推定装置。
4. 前記処理部は、前記溶接部の前記部分ごとの前記範囲に基づいて、前記溶接部の全体の前記第２方向における範囲を推定する請求項３記載の推定装置。
5. 前記処理部は、予め設定された前記溶接部の厚さに基づき、前記第２方向における前記反射波の前記強度分布から、前記厚さの半分の整数倍に対応する周期成分を抽出する請求項１〜４のいずれか１つに記載の推定装置。
6. 前記処理部は、予め設定された前記複数の超音波センサの前記第１方向における寸法と、前記複数の重心位置と、に基づいて前記溶接部の前記第１方向における範囲を推定する請求項１〜５のいずれか１つに記載の推定装置。
7. 前記複数の超音波センサは、前記第１方向に垂直であり前記第２方向と交差する第３方向にさらに配列され、
   前記処理部は、前記第２方向の各点で、前記第１方向及び前記第３方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算し、複数の前記重心位置に基づき、前記溶接部の前記第１方向における前記範囲に加えて、前記溶接部の前記第３方向における範囲を推定する請求項１〜６のいずれか１つに記載の推定装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の推定装置と、
   前記複数の超音波センサを含むプローブを有する検査装置と、
   を備えた検査システム。
9. 前記検査装置は、
   先端に前記プローブが設けられたアームと、
   前記アームを駆動させる制御部と、
   をさらに有し、
   前記制御部は、推定された前記溶接部の前記第１方向における前記範囲及び前記第２方向における前記範囲に応じて、前記アームを駆動させて前記プローブを変位させる請求項８記載の検査システム。
10. 第１方向に配列された複数の超音波センサのそれぞれが、前記第１方向と交差する第２方向へ、溶接部に向けて超音波を送信して反射波を受信することで取得した情報を取得し、
    前記第２方向における前記反射波の強度分布に基づいて、前記溶接部の前記第２方向における範囲を推定し、
    前記第２方向の各点で、前記第１方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算し、複数の前記重心位置に基づいて前記溶接部の前記第１方向における範囲を推定する推定方法。
11. 前記第２方向の各点で前記第１方向における前記反射波の強度を合算することで、前記第２方向における前記反射波の前記強度分布を生成する請求項１０記載の推定方法。
12. 前記複数の超音波センサは、前記第１方向に垂直であり前記第２方向と交差する第３方向にさらに配列され、
    前記第２方向の各点で、前記第１方向及び前記第３方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算し、複数の前記重心位置に基づき、前記溶接部の前記第１方向における前記範囲に加えて、前記溶接部の前記第３方向における範囲を推定する請求項１０又は１１に記載の推定方法。
13. 処理部に、
    第１方向に配列された複数の超音波センサのそれぞれが、前記第１方向と交差する第２方向へ、溶接部に向けて超音波を送信して反射波を受信することで取得した情報を受け付けさせ、
    前記第２方向における前記反射波の強度分布に基づいて、前記溶接部の前記第２方向における範囲を推定させ、
    前記第２方向の各点で、前記第１方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算させ、複数の前記重心位置に基づいて前記溶接部の前記第１方向における範囲を推定させる、
    プログラム。
14. 前記処理部に、前記第２方向の各点で前記第１方向における前記反射波の強度を合算させることで、前記第２方向における前記反射波の前記強度分布を生成させる請求項１３記載のプログラム。
15. 前記複数の超音波センサは、前記第１方向に垂直であり前記第２方向と交差する第３方向にさらに配列され、
    前記第２方向の各点で、前記第１方向及び前記第３方向における前記反射波の強度分布の重心位置を計算させ、複数の前記重心位置に基づき、前記溶接部の前記第１方向における前記範囲に加えて、前記溶接部の前記第３方向における範囲を推定させる請求項１３又は１４に記載のプログラム。
16. 請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のプログラム。