JP2693578B2 - 溶接状態監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 溶接加工中の物体が発する超音波を的確に検出し、溶
接状態を確実に監視する装置に関し、 溶接加工中の特に円筒状加工物について、超音波セン
サの取り付けが容易で、且つ精度の高い監視装置を提供
することを目的とし、 溶接加工中の物体が発する超音波信号を超音波センサ
により検出して溶接状態を監視する装置において、溶接
加工中の物体を保持する保持部に付設された鍔を有し、
該鍔を超音波に対し減衰の少ない液体中に浸して、超音
波センサは前記液体中を伝播する超音波信号を検出する
構成としたことで構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は溶接加工中の物体が発する超音波を的確に検
出し、溶接状態を確実に監視する装置に関する。

従来、溶接加工中の物体が発する超音波を超音波セン
サにより検出することは実行されているが、加工中の物
体が円筒状であるとき、超音波センサを加工場所の近辺
に設けることは困難な場合が多かった。超音波センサを
容易に取り付け、且つ超音波を的確に検出する手段を開
発することが要望された。

［従来の技術］ 金属表面にレーザ光を照射しシーム溶接する技術が開
発され、その溶接状態は超音波センサにより監視するこ
とが行われている。溶接加工の自動化・無人化が要求さ
れ、且つ加工品質の向上という要求が強くなるから、加
工中に加工状態を常時監視し、且つ制御することが必要
となる。溶接時に材料内部の組織や構造の変化に伴い、
局所的にたまっていた歪エネルギーが急速に解放される
とき、発生する音波放出をアコースティックエミッショ
ン（AEと略称する）という。金属表面を溶接するときは
AE信号として150kHz程度の超音波が発生しているため、
超音波センサを使用して検出した信号により溶接状態を
判断している。即ち、完全に溶接できた場合と、内部に
欠陥を持って溶接された場合とで、発生するAE信号は異
なることが判っているからである。そのとき超音波セン
サは加工物に直接取り付けたり、加工テーブルまたは加
工治具に取り付けることが多い。このように超音波セン
サは加工物に接近させて取り付けることが検出のため望
ましいけれど、加工物が円筒状であって回転動作のある
ときは、加工物にセンサを直接取り付けることは困難な
場合が多く、加工物を保持するチャック或いはそのチャ
ックを取り付けている主軸の終端部に取り付けている。

［発明が解決しようとする課題］ 特に円筒状加工物のときは、加工物の回転と共に超音
波センサが回転して、センサ用コードがセンサ自体や加
工物に巻付くため、加工物に直接取り付けることが出来
ない。そこで他の場所に取り付けると、主軸の回転によ
る雑音をAE信号と共に検出して、監視の精度が低下する
欠点があった。

本発明の目的は前述の欠点を改善し、溶接加工中の特
に円筒状加工物について超音波センサの取り付けが容易
で、且つ精度の高い監視装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理構成を示す図である。第１図に
おいて、１は溶接加工中の物体、２は加工物保持部、３
は保持部に付設された鍔、４は液体、５は超音波セン
サ、６はAE信号、７は溶接加工点を示す。

溶接加工中の物体１が発するAE信号を超音波センサ５
により検出して溶接状態を監視する装置において、本発
明は下記の構成としている。即ち、 溶接加工中の物体１を保持する保持部２に付設された
鍔３を有し、該鍔３を超音波に対し減衰の少ない液体４
中に浸して、超音波センサ５は前記液体４中を伝播する
AE信号を検出する構成とする。

［作用］ 円筒状のような溶接加工中の物体１の加工点７から発
したAE信号は、保持部２と保持部に付設された鍔３とを
介して、液体４内を伝播する。即ちAE信号は保持部2,鍔
３のような金属材質内を伝播した後空気中に放出するこ
となく、液体４内を伝播して超音波センサ５に到達す
る。したがって超音波センサ５は回転することなく使用
できるから、比較的大型で利得の高いものを使用して精
度の高いAE信号の検出が出来る。

［実施例］ 第１図に示す液体４は超音波に対し減衰の少ない材質
を使用する。アルコールは減衰が少ないけれど蒸発性が
高いため好適ではなく、水が好適である。水は安価であ
り、人体に触れても無毒のためである。水中を超音波が
伝播する速度は約2.5km/sである。なお、油は水・アル
コールと比較し減衰が大きいことが知られているので、
使用できない。

超音波が伝播中に固有音響インピーダンスの異なる物
質との境界に達したとき、先方物質のもつ固有音響イン
ピーダンスと、現物質のそれとの比により先方へ透過し
て伝播を続けたり、殆ど反射して現物質内を伝播したり
する。先方の音響インピーダンスをZ2、現物質の音響イ
ンピーダンスをZ1とすると、 反射率＝（Z2−Z1）／（Z2＋Z1）と表される。物質の
固有音響インピーダンスは 鉄が4.6×10⁶ 空気4.15×10 水が4.48×10⁵ であるから、鉄内から空気中へは超音波が伝播せずに、
殆ど反射する。

また超音波は表面弾性波として伝播することが最も減
衰の少ないこととして知られている。

第２図は本発明の実施例としてレーザ光の照射により
円筒状物体をシーム溶接し、水を伝播した超音波をセン
サで捕捉することを示す図である。第２図において、５
はAEセンサ、８はレーザ照射光、９は水槽、10は主軸、
11はモータ、12はAEセンサ台であって、超音波を効率良
く拾い、水に対し直接触れることに弱いセンサを保護し
ている。13は除震台を示し、その他第１図と同一の符号
は同様のものを示す。レーザ照射光８により加工点７に
おいて発生したAE信号は加工物保持部２→鍔３→水４を
伝播してAEセンサ台12からAEセンサ５に到達する。水４
は水槽９に入れてゴムなどの除震台13により保持してい
るから、モータ11の回転による雑音や、作業者が作業台
の周囲を歩くときの音もAEセンサ５に伝播されず、レー
ザ加工による溶接の状況を良好に監視することが出来
る。

［発明の効果］ このようにして本発明によると、特に円筒状加工物の
溶接において、加工時に発生するAE信号を用いて加工状
態を監視する場合に、センサを溶接場所の近くの一個所
に固定しておくために、能力の充分に高い装置を使用す
ることが出来、また主軸などから発生する雑音に対して
も強くすることが可能である。所謂、非接触センサであ
るため、加工の自動化・無人化及び品質の向上に対して
寄与することが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示す図、 第２図は本発明の実施例の構成を示す図である。 １……溶接加工中の物体 ２……加工物保持部 ３……鍔 ４……液体 ５……超音波センサ ６……AE信号 ７……加工点

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接加工中の物体（１）が発する超音波信
   号を超音波センサ（５）により検出して溶接状態を監視
   する装置において、 溶接加工中の物体（１）を保持する保持部（２）に付設
   された鍔（３）を有し、 該鍔（３）を超音波に対し減衰の少ない液体（４）中に
   浸して、 超音波センサ（５）は前記液体（４）中を伝播する超音
   波信号を検出する構成としたこと を特徴とする溶接状態監視装置。