JP2023027322A

JP2023027322A - 処理装置

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Publication number: JP2023027322A
Application number: JP2022203150A
Authority: JP
Inventors: 利幸小野; Toshiyuki Ono; 淳松村; Jun Matsumura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: JP7457096B2; JP7199338B2; JP2020038218A

Abstract

【課題】検査において、対象物に向けて送信される超音波の角度をより適切な値に設定できる、処理装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る処理装置は、超音波を送信し、対象物からの反射波を検出する複数のセンサと通信可能である。前記処理装置は、前記超音波の送信方向における複数の位置での前記反射波の強度を含む検出結果を取得する取得ステップと、前記複数の位置のそれぞれでの前記強度の勾配に基づき、前記対象物の傾きを示す傾斜角度を算出する算出ステップと、を実行する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、処理装置に関する。

超音波を対象物に向けて送信し、その反射波から対象物の状態の良否を検査する検査方法がある。この検査方法について、超音波をより適切な角度で対象物に向けて送信できる制御技術の開発が望まれている。

特開２０１１－１１７８７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、検査において、対象物に向けて送信される超音波の角度をより適切な値に設定可能な処理装置を提供することである。

実施形態に係る処理装置は、超音波を送信し、対象物からの反射波を検出する複数のセンサと通信可能である。前記処理装置は、前記超音波の送信方向における複数の位置での前記反射波の強度を含む検出結果を取得する取得ステップと、前記複数の位置のそれぞれでの前記強度の勾配に基づき、前記対象物の傾きを示す傾斜角度を算出する算出ステップと、を実行する。

第１実施形態に係る検査システムを表す模式図である。第１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。プローブ先端の内部構造を表す模式図である。第１実施形態に係る検査システムの構成を例示する模式図である。第１実施形態に係る制御方法を例示するフローチャートである。第１実施形態に係る制御方法を説明するための模式図である。第１実施形態に係る制御方法を説明するための模式図である。溶接部近傍の画像を例示する模式図である。溶接部近傍の画像を例示する模式図である。第１実施形態に係る制御方法を説明するための模式図である。第２実施形態に係る検査システムを表す模式図である。第２実施形態に係る制御方法を表すフローチャートである。第２実施形態に係る検査システムによる表示例である。第２実施形態に係る検査システムによる表示例である。第３実施形態に係る制御方法を表すフローチャートである。第３実施形態に係る検査システムの構成を表す模式図である。

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。

（第１実施形態）
図１は、第１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、第１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。

図１に表したように、第１実施形態に係る検査システム１００は、検査装置１及び処理部２を含む。検査装置１は、プローブ１０、撮像部２０、塗布部３０、及びロボットアーム（以下、アームという）４０を含む。

溶接では、２つ以上の部材の一部同士を溶融して接合させ、１つの部材を作製する。検査システム１００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、非破壊の検査を行う。

プローブ１０は、複数のセンサを含む。複数のセンサは、検査の対象物（溶接部）に向けて超音波を送信し、対象物からの反射波を受信する。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と対象物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、図２に表したように、アーム４０の先端に設けられる。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の位置を変化させることができる。

処理部２は、検査装置１により取得された情報に基づき、各種処理を実行する。処理部２は、処理により得られた情報に基づき、検査装置１に含まれる各構成要素の動作を制御する。処理部２は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む。

検査装置１は、処理部２と有線通信または無線通信で接続される。検査装置１は、ネットワークを介して処理部２と接続されていても良い。又は、検査装置１に処理部２が組み込まれ、検査システム１００が実現されても良い。

図３は、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に表したように、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、複数のセンサ１２を含む。センサ１２は、超音波の送信及び受信が可能である。センサ１２は、例えばトランスデューサである。

複数のセンサ１２は、超音波が送信される第１方向と交差する第２方向と、第１方向及び第２方向に平行な面と交差する第３方向と、に沿って並べられている。図３の例では、第１方向は、ｚ方向に対応する。第２方向及び第３方向は、それぞれ、ｘ方向及びｙ方向に対応する。以降では、第１方向、第２方向、及び第３方向が、それぞれ、互いに直交するｚ方向、ｘ方向、及びｙ方向に対応する場合について説明する。

図３は、部材９０の溶接部９３が適切に溶接されているか検査している様子を表している。部材９０は、第１部材９１と第２部材９２が、溶接部９３においてスポット溶接されて作製されている。溶接部９３は、凝固部９４を含む。凝固部９４は、第１部材９１の一部と第２部材９２の一部が溶融し、混ざり合って凝固して形成される。各センサ１２は、カプラント９５が塗布された部材９０に向けて超音波ＵＳを送信し、部材９０からの反射波ＲＷを受信する。

具体的な一例として、図３に表したように、複数のセンサ１２から溶接部９３に向けて超音波ＵＳが送信される。例えば、各センサ１２から同時にｚ方向に向けて超音波ＵＳが送信されることで、ｚ方向に進行する超音波のビームが形成される。超音波ＵＳは、部材９０の上面または底面で反射される。各センサ１２は、反射波ＲＷを受信する。また、センサ１２は、所定の時間間隔で、反射波の強度を複数回検出する。

別の一例では、１つのセンサ１２が溶接部９３に向けて超音波ＵＳを送信する。各センサ１２は、その反射波ＲＷを受信して強度を検出する。それぞれのセンサ１２が順次超音波ＵＳを送信する。超音波ＵＳが各センサ１２から送信されるごとに、複数のセンサ１２が反射波ＲＷを受信し、各センサ１２でその強度を検出する。

処理部２は、各センサ１２で検出された反射波ＲＷの強度に基づき、溶接部９３で適切に第１部材９１と第２部材９２が溶接されているかを判定する。

図４は、第１実施形態に係る検査システムの構成を例示する模式図である。
図５は、第１実施形態に係る制御方法を例示するフローチャートである。
図６及び図７は、第１実施形態に係る制御方法を説明するための模式図である。

図４に表したように、処理部２は、例えば、制御部２ａ、取得部２ｂ、算出部２ｃ、及び終了判定部２ｄを含む。

ステップＳｔ１において、制御部２ａ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Ｓｔ１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２ａは、制御信号を検査装置１に送信する。検査装置１は、制御信号を受信すると、超音波がその送信角度に向けて送信されるよう動作する。

送信角度θの角度情報は、図６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Ｓｔ１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Ｓｔ２（検出ステップ）では、検査装置１のプローブ１０が溶接部９３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Ｓｔ１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。超音波は、音響インピーダンスが互いに異なる材質同士の境界で強く反射される。

例えば図７に表したように、第１部材９１は、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を有する。第１面Ｓ１は、プローブ１０と第２面Ｓ２との間に位置する。溶接部９３は、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４を有する。第３面Ｓ３は、プローブ１０と第４面Ｓ４との間に位置する。溶接部９３以外では、超音波ＵＳは、第１部材９１の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２で強く反射される。溶接部９３では、超音波ＵＳは、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４で強く反射される。

超音波がいずれかの面で強く反射され、その反射波がセンサ１２に受信されると、反射波強度が一時的に増大する。すなわち、各センサ１２で、反射波強度のピークが検出される。プローブ１０から超音波が送信された後、プローブ１０で反射波の強度のピークが検出されるまでの時間は、それぞれの面のｚ方向における位置に依る。従って、各センサ１２で、反射波強度のピークを検出することで、超音波が強く反射された面の位置を調べることができる。

反射波ＲＷは、第１部材９１の第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間、及び溶接部９３の第３面Ｓ３と第４面Ｓ４との間で、多重反射される。この結果、センサ１２では、反射波の強度のピークが複数回検出される。

溶接部９３の第４面Ｓ４は、平面ではない場合がある。これは、溶接部９３が凝固部９４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、第４面Ｓ４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、第４面Ｓ４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。

取得部２ｂは、検査装置１から、送信角度と、各センサ１２によって検出された反射波強度と、を含む情報を取得する。取得部２ｂは、取得した反射波強度に基づき、画像を生成しても良い。

図８（ａ）～図８（ｃ）及び図９は、溶接部近傍の画像を例示する模式図である。
図８（ａ）は、撮像部２０により撮影された溶接部の画像を表す。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ－Ａ’断面に対応する画像を表す。図８（ｃ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ’断面に対応する画像を表す。図９は、画像の全体を表す。画像は、図９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８（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。なお、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８（ｂ）の画像は、ｘ方向に配列された複数のセンサ１２で、反射波強度が複数回検出された結果に基づく。図８（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８（ｂ）と同様に、図８（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８（ｂ）、図８（ｃ）、及び図９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８（ｂ）及び図８（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８（ｂ）及び図８（ｃ）から分かるように、溶接部９３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８（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。また、図８（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９３以外の箇所の底面（第２面Ｓ２）のｚ方向における位置が、溶接部９３の底面（第４面Ｓ４）のｚ方向における位置と異なることに基づく。

また、図７に表したように、第１部材９１の第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間の距離は、溶接部９３の第３面Ｓ３と第４面Ｓ４との間の距離と異なる。従って、溶接部９３とそれ以外の箇所では、ｚ方向において面が検出される周期が異なっている。

ステップＳｔ３（算出ステップ）では、算出部２ｃが、ステップＳｔ２で検出された反射波強度の勾配に基づき、対象物の傾きを示す傾斜角度を算出する。具体的には、ステップＳｔ３は、ステップＳｔ３ａ及びＳｔ３ｂを含む。

ステップＳｔ３ａでは、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向からなる三次元空間上の所定領域内において、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８及び図９に表したような画像が生成される場合、所定の領域内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。所定の領域とは、例えば定数ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２、ｚ１、ｚ２を用いて与えられる、ｘ１≦ｘ≦ｘ２、ｙ１≦ｙ≦ｙ２、ｚ１≦ｚ≦ｚ２を満たす座標が示す領域である。ｘ１、ｘ２、ｙ１、及びｙ２は、所定の領域が溶接部９３に含まれるように指定することが望ましい。また、指定される領域の外形は、矩形でも良いし、円形やそれ以外の任意の形状でも良い。ｚ方向の範囲については、例えば、深さが浅い領域は、溶接部９３の底面（第４面Ｓ４）が映らないため除外し、第４面Ｓ４で反射された多重反射波が１回映る程度に指定する。図８（ｂ）及び図８（ｃ）において、領域ｒ１及びｒ２は、設定された領域の一例を示す。

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（ｘ１，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Ｓｔ３ｂでは、反射波強度の勾配に基づき、溶接部９３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座標が所定の領域の中心に近いほど、大きい重みを付与するように設定される。ｘ座標及びｙ座標の所定の領域の中心は、（（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２）で表される。これにより、溶接部９３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。あるいは、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９３の第４面Ｓ４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９３の第４面Ｓ４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９３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。ここで、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θｘ成分を算出し、第２成分から差分角度のθｙ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９３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８（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８（ｃ）の画像中に示した矢印Ａ２は、Ｘ－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Ｓｔ４（判定ステップ）では、終了判定部２ｄ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場合、ステップＳｔ５（設定ステップ）が実行される。ステップＳｔ５では、制御部２ａが、ステップＳｔ３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２ａは、再設定した送信角度を含む制御信号を検査装置１に送信する。これにより、再びステップＳｔ２が実行される。すなわち、ステップＳｔ２、ステップＳｔ３、ステップＳｔ４、及びステップＳｔ５を含む第１ループが、ステップＳｔ４で終了と判定されるまで繰り返し実行される。

例えば、ステップＳｔ４では、ステップＳｔ２又はステップＳｔ３が所定の回数繰り返された場合、終了と判定する。
別の一例では、繰り返し毎にステップＳｔ３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Ｓｔ３により第１傾斜角度が算出される。ｎ＋１回目のステップＳｔ３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Ｓｔ５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９３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。また、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９３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Ｓｔ５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１０は、第１実施形態に係る制御方法を説明するための模式図である。
図１０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１０（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１０（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１０（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９３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１０（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Ｓｔ４で終了と判定されると、ステップＳｔ６が実行される。ステップＳｔ６では、送信角度を導出角度に設定した状態で、ステップＳｔ２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推定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Ｓｔ２が実行されていない場合、ステップＳｔ７及びステップＳｔ８が実行される。ステップＳｔ７では、送信角度を導出角度に設定する。ステップＳｔ８では、ステップＳｔ２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Ｓｔ８の検出結果に基づき、画像が生成されても良い。

ステップＳｔ８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Ｓｔ２が実行されていた場合、検査を終了する。

上述したように、溶接が適切にされているか否かの検査において、部材９０に向けて送信する超音波の角度は、検査結果に影響を及ぼす。プローブ１０の角度が不適切な状態で検査が行われると、実際は適切に接合されているにも拘わらず、未接合と判定される可能性がある。このため、プローブ１０の角度は、適切な値に設定されることが望ましい。
超音波の送信角度が対象物の面に対して垂直であるほど、その面で反射される超音波の強度が高まり、その面の位置をより精度良く検出できる。従って、送信角度は、対象物である溶接部９３の面に対して垂直に設定されることが望ましい。

第１実施形態に係る検査システム１００及び制御方法によれば、上述したように、反射波の強度の勾配に基づいて、検査対象物の傾きを示す傾斜角度が算出される。反射波の強度の勾配を用いることで、実際の対象物の傾きに近い傾斜角度を算出できる。算出された傾斜角度に基づいて送信角度を設定することで、対象物に向けて送信される超音波の角度をより適切な値に設定できる。これにより、検査の精度を向上させることができる。又は、適切な検査結果が得られるまで送信角度を設定し直す場合、適切な送信角度をより早く発見でき、検査に要する時間を短縮できる。

ここでは、第１実施形態に係る検査システム１００及び制御方法を用いて、溶接部９３を検査する例を説明した。第１実施形態に係る検査システム１００及び制御方法によれば、溶接部以外の検査も可能である。例えば、外部からは裏面側が視認できない金属製の容器に対して、その裏面の歪みの検査などを行うことができる。これらの検査においても、本実施形態によれば、検査の精度を向上させ、又は検査に要する時間を短縮できる。

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係る検査システムを表す模式図である。
図１２は、第２実施形態に係る制御方法を表すフローチャートである。

第２実施形態に係る検査システム２００は、表示部３をさらに含む。表示部３は、例えば処理部２と有線接続又は無線接続される。表示部３は、検査装置１で取得された情報又は処理部２で処理された情報を、表示する。表示部３は、例えば、ディスプレイ、タッチパネル、又はプリンタを含む。

第２実施形態に係る制御方法は、図１２に表したように、ステップＳｔ１１をさらに含む。ステップＳｔ１１では、ステップＳｔ２が実行されるごとに、撮像角度と、その時点での送信角度と、の少なくとも一方を表示部３に表示する。

図１３及び図１４は、第２実施形態に係る検査システムによる表示例である。
例えば図１３に表したように、表示部のディスプレイに、送信角度を示すθ_ｘ及びθ_ｙをプロットするためのグラフが表示される。ステップＳｔ２及びＳｔ３が実行されるたびに、実行された回数と送信角度とがプロットされていく。これにより、ユーザが送信角度の遷移を容易に確認できる。同様にして傾斜角度がプロットされても良い。これにより、ユーザは、傾斜角度が収束しているかどうか、確からしく傾斜角度が算出されているかどうかを容易に確認できる。又は、上述したプロットの方法以外に、テキスト形式で履歴が表示されても良い。

別の表示の例としては、ｘ方向及びｙ方向の各座標に対してステップＳｔ３と同様の処理により傾斜角度を算出し、各座標における傾斜角度を表示する。図１４は、その一例である。図１４において、各点の輝度は、その点における傾きを示す。図１４の右下には、角度の凡例Ｌが表示されている。図１４では、画像中央の溶接部９３とその周辺の非溶接部とにおいて、異なる傾斜角度が算出された様子が表されている。この表示によれば、ユーザは、溶接部９３の外形（第４面Ｓ４の傾き）を容易に把握できる。

図１３に表したグラフと、図１４に表した画像と、の両方が表示されても良い。例えば、溶接部９３の第４面Ｓ４が湾曲している場合などは、傾斜角度の算出回数が多くなり、検査時間も長くなる可能性がある。この場合に、図１３に表したグラフと図１４に表した画像の両方が表示されることで、ユーザは、算出回数が多いこと、及び算出回数が多い理由を容易に把握できるようになる。

（第３実施形態）
図１５は、第３実施形態に係る制御方法を表すフローチャートである。
第３実施形態に係る制御方法は、図１５に表したように、ステップＳｔ２１、Ｓｔ２２、及びＳｔ２３をさらに含む。

ステップＳｔ２１では、ステップＳｔ２で得られた検出結果が、検査条件を満たすかを判定する。ステップＳｔ２１で合格と判定されると、ステップＳｔ２２では、検査が合格と判定され、処理を終了する。ステップＳｔ２１で不合格と判定されると、ステップＳｔ３が実行される。ステップＳｔ２３は、ステップＳｔ６又はＳｔ８の後に実行される。ステップＳｔ２３では、ステップＳｔ８で得られた検出結果が検査条件を満たすかの合否を判定する。

例えば、ｚ方向において隣り合う反射波強度のピーク間の距離が所定の閾値以上であることが、検査条件として設定される。図３に表したように、溶接部９３の第３面Ｓ３と第４面Ｓ４との間の距離は、第１部材９１の第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間の距離よりも長い。ｚ方向における反射波の強度のピークは、面の位置に対応する。従って、適切に溶接されている場合、検出される反射波の強度のピーク間の距離は、第１部材９１の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２に対応するピーク間の距離よりも長くなる。閾値は、例えば、第１部材９１の第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間の距離、又は溶接部９３の第３面Ｓ３と第４面Ｓ４との間の距離に基づいて設定される。

例えば、ｘ方向及びｙ方向の各点（各センサ１２）で検出された反射波強度のピーク間の距離を、所定の閾値と比較する。次に、ピーク間の距離が閾値以上であった点の数をカウントする。続いて、カウント数が、予め設定された別の閾値以上である場合、適切に接合されていると判定される。

図１５に表した方法によれば、検査条件に合格した時点で検査が終了する。このため、より早期に検査を終了することができる。

図１６は、第３実施形態に係る検査システムの構成を表す模式図である。
第３実施形態に係る検査システム３００では、処理部２は、良否判定部２ｅをさらに含む。良否判定部２ｅは、ステップＳｔ２１、Ｓｔ２２、及びＳｔ２３を実行する。

図１６に表した例では、検査システム３００は、表示部３をさらに含む。表示部３は、上述したように、送信角度又は傾斜角度の遷移を表示する。さらに、良否判定部２ｅは、表示部３に判定結果を送信しても良い。表示部３は、判定結果を受信すると、その判定結果を表示する。

以上の例では、第１方向及び第２方向に配列された複数のセンサ１２により、反射波強度が複数回検出される場合を説明した。この方法によれば、３次元のボリュームデータが取得される。実施形態は、この例に限定されず、複数のセンサ１２により２次元のデータが取得されても良い。例えば、複数のセンサ１２は、第１方向又は第２方向に配列され、反射波強度が複数回検出される。この場合、調整される送信角度の成分は、θ_ｘ及びθ_ｙのいずれかになる。この場合でも、上述した各実施形態に係る方法を用いることで、より適切なθ_ｘ又はθ_ｙをより短時間で発見でき、検査に要する時間を短縮できる。

以上で説明した各実施形態によれば、検査において対象物に向けて送信される超音波の角度をより適切な値に設定できる制御方法及び検査システムを提供できる。また、以上で説明した各実施形態をシステムに実行させるためのプログラム及びそのプログラムを記憶した記憶媒体を用いることで、検査において対象物に向けて送信される超音波の角度をより適切な値に設定できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、検査装置及び処理部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した、制御方法、検査システム、プログラム、及び記憶媒体を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての制御方法、検査システム、プログラム、及び記憶媒体も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

１検査装置、２処理部、２ａ制御部、２ｂ取得部、２ｃ算出部、２ｄ終了判定部、２ｅ良否判定部、３表示部、１０プローブ、１１マトリクスセンサ、１２センサ、２０撮像部、３０塗布部、４０アーム、９０部材、９１第１部材、９２第２部材、９３溶接部、９４凝固部、９５カプラント、 θ、θ１～θ３送信角度、 θ０傾斜角度、１００、２００、３００検査システム、Ａ１、Ａ２矢印、Ｌ凡例、Ｏ対象物、ＲＡ参照角度、ＲＷ反射波、Ｓｔ１～Ｓｔ８、Ｓｔ１１、Ｓｔ２１～２３ステップ、Ｓ１第１面、Ｓ２第２面、Ｓ３第３面、Ｓ４第４面、ＵＳ超音波、ｐ１～ｐ４部分、ｒ１，ｒ２領域

Claims

超音波を送信し、対象物からの反射波を検出する複数のセンサと通信可能な処理装置であって、
前記超音波の送信方向における複数の位置での前記反射波の強度を含む検出結果を取得する取得ステップと、
前記複数の位置のそれぞれでの前記強度の勾配に基づき、前記対象物の傾きを示す傾斜角度を算出する算出ステップと、
を実行する処理装置。