JP5421544B2 - 超音波によるスポット溶接部の評価方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の板材を重ね合わせて溶接してなるスポット溶接部の接合状態を、超音波を利用した非破壊手段にて検査する方法及び装置に関する。

近年、例えば自動車ボディの製造工場等においては、スポット溶接部の検査を現場で高能率に行なえるようにするため、簡便に実施可能なスポット溶接検査方法が待望されている。特に、溶融凝固部（ナゲット）が生成されているスポット溶接部（以下、融着溶接部）と、金属板の界面が局部的に溶着しているだけであって、溶融凝固部（ナゲット）が生成されていないスポット溶接部（以下、界面溶着溶接部）とを簡便に判定できるスポット溶接検査方法が必要とされている。

自動車のボディは、数千点にも及ぶスポット溶接によって組立てられており、スポット溶接の良否が車体の強度や耐久性に直接影響を及ぼすため、スポット溶接が適切に行なわれているか否かを検査することは極めて重要である。

従来、このようなスポット溶接部の検査方法として、スポット溶接された金属板の間へタガネを差込み、スポット溶接部が剥離するか否かを確認することにより良否を判定するタガネ検査が行なわれている。しかし、タガネ検査を行なうとスポット溶接部が割れる場合があるので、タガネ検査によってはスポット溶接の良否を正確に判定することが困難である。又、タガネ検査によって破壊されたスポット溶接部を製品へ利用することは不可能であるため、コストが高くつく問題がある。

そこで、近年、超音波を用いてスポット溶接部の良否を非破壊で検査する装置及び方法が種々提案されている。

例えば特許文献１〜３には、２枚の板を重ねて溶接され製作されるスポット溶接部の界面溶着検出のために、板面に垂直に超音波探触子を当接させ、超音波を入射させて反射波を検出する方法や装置が開示されている。

特許文献１〜２では、スポット溶接部に垂直に入射させた超音波（縦波）が、溶接部表裏面間で多重反射して超音波探触子へ戻る底面多重反射エコーを観察する。この方法は、底面多重反射エコーのエコー高さが伝搬に伴い減衰していく現象が、融着溶接部と界面溶着溶接部との間で相違することを利用している。溶融凝固部（ナゲット）の溶融凝固組織はデンドライト組織とも呼ばれ、一方向へ延びた粗い結晶の集まりであるため、鋼板の金属組織に比べ、超音波の伝達が悪い（減衰が大きい）性質を持っている。これに対し、界面溶着溶接部の金属組織は、焼きならしに近い温度履歴を受けることにより結晶粒が微細であるため、超音波の減衰が小さい。従って、融着溶接部では大きな減衰のために、底面での反射回数の増大に伴う底面エコーの振幅の落ち込みが急であるのに対し、界面溶着溶接部では、底面での反射回数の増大に伴う底面エコーの振幅の落ち込みが緩やかであるから、この違いを利用して融着溶接部と界面溶着溶接部との識別が行われている。

又、特許文献３では、開口角が大きい集束型超音波探触子を用いて、スポット溶接部の垂直方向へ超音波（縦波）を入射させ、底面での反射におけるモード変換によって生成された横波の振幅を観測することにより、固相接合面を横波が通過し難い現象を利用して、融着溶接部と界面溶着溶接部との識別を行なう。

特開平２−８７０６０号公報 特開平４−２６５８５４号公報 特開２０００−１４６９２８号公報 特開２００６−７１４２２号公報

しかし、図１２に示すように、スポット溶接では、図示しない電極チップによって上板１０１ａ及び下板１０１ｂが強圧されるので、上板１０１ａ及び下板１０１ｂの表面には、窪み１０２ｂが形成される。該窪み１０２ｂは、概略、傾斜面１０２ｃと平坦部からなるものの、平坦部にも微妙な凹凸がある。よって、スポット溶接部１０２に垂直に入射させた超音波が、溶接部表裏面間で多重反射して超音波探触子へ戻る底面多反射エコーの振幅は、前記微妙な凹凸にも依存する。該凹凸の程度が大きければ、底面での反射回数の増大に伴う底面エコーの振幅の落ち込みが、やはり急になる。又、超音波探触子を用いてスポット溶接部１０２へ超音波を送波する際にも、上記凹凸によって超音波が散乱され、底面多重反射エコーそのものの観察が難しい問題がある。このようなことから、特許文献１〜２に開示された方法は、融着溶接部と界面溶着溶接部との識別を正確に行なうことが難しいとされている。

一方、特許文献３の技術では、モード変換によって生成させた横波の振幅が、底面への超音波の入射角に依存するため、前記した溶接部の形状に依存して横波の振幅が変化する問題があった。更に、メッキ材等の界面溶着溶接部では、メッキに用いられた金属が完全に溶着して接合されている場合が多いため、融着溶接部と同様に横波が通過する結果、特許文献３の技術では、融着溶接部と界面溶着溶接部との識別が難しい場合があった。

そこで、本願発明者は、既に特許文献４において、下記のスポット溶接部の評価方法を提案した。即ち、複数の金属板を重ね合わせて溶接してなるスポット溶接部の超音波による評価方法において、金属板またはスポット溶接部の表面沿いの方向と厚さ方向とによって形成される断面内を伝搬する超音波を被検体の表面沿いに伝搬する超音波と称することとしたとき、スポット溶接部の外側の金属板の複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波し、スポット溶接部の外側の金属板の複数の受波位置において、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波、及び伝搬経路にスポット溶接部を含む被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波を受波し、前記複数位置において受波された超音波からスポット溶接部の健全性を評価することを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価方法である。

この発明によって、スポット溶接部に形成されるくぼみの周囲に形成される傾斜面の影響を受けずに、正確に非破壊でスポット溶接部の評価を行なうことに成功すると共に、短時間に限られる測定であっても、超音波探触子の位置とスポット溶接部の位置のずれや、超音波探触子と金属板との接触状態に影響されずに、信頼性高くスポット溶接部の健全性を評価することに成功した。また、特許文献４では、振動子アレイを用いて送波し、別の振動子アレイを用いて受波した超音波の振幅プロフィルを求め，この振幅プロフィルが所定のしきい値を下回る幅をナゲット径として表示することを開示した。

しかし、短時間での判断が要求される忙しい製造現場での検査において、スポット溶接がなされた部位によっては、単に良部と不良部を識別して表示できれば良い場合がある。このような場合、ナゲット径ではなく，融着溶接部と界面溶着溶接部との区別を表示することが好ましい。

本発明は、かかる従来技術の不満を解決するためになされたものであって、その課題とするところは、スポット溶接部の形状の影響を受けずに、信頼性高く融着溶接部と界面溶着溶接部とを識別し表示することにある。即ち本発明は特許文献４の発明を改良して、スポット溶接部の良否を瞬時に判別できるようにしたものである。

本発明は、複数の板材を重ね合わせて溶接してなるスポット溶接部の超音波による評価方法において、板材又はスポット溶接部の表面沿いの方向と厚さ方向とによって形成される断面内を伝搬する超音波を被検体の表面沿いに伝搬する超音波と称することとしたとき、スポット溶接部の外側の板材の複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波し、スポット溶接部の外側の板材の複数の受波位置において、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波、及び、伝搬経路にスポット溶接部を含む被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波を受波し、前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号と基準の超音波の信号との相互相関演算を行い、相関演算評価指標を定め、前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号の周波数解析を行い、周波数評価指標を定め、前記相関演算評価指標、前記周波数評価指標から２個以上の評価指標を選んで特徴量とし、該特徴量空間において溶接状態を判別することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、複数の板材を重ね合わせて溶接してなるスポット溶接部の超音波による評価装置において、板材又はスポット溶接部の表面沿いの方向と厚さ方向とによって形成される断面内を伝搬する超音波を被検体の表面沿いに伝搬する超音波と称することとしたとき、スポット溶接部の外側の板材の複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波する手段と、スポット溶接部の外側の板材の複数の受波位置において、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波、及び、伝搬経路にスポット溶接部を含む被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波を受波する手段と、前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号と基準の超音波の信号との相互相関演算を行い、相関演算評価指標を定める手段と、前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号の周波数解析を行い、周波数評価指標を定める手段と、前記相関演算評価指標、前記周波数評価指標から２個以上の評価指標を選んで特徴量とし、該特徴量空間において溶接状態を判別する手段と、を備えたことを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価装置を提供するものである。

前記基準の超音波の信号として、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波の信号を用いることができる。

又、前記複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波する手段を、振動子アレイを備えた超音波探触子とすることができる。

又、前記複数の受波位置において超音波を受波する手段を、振動子アレイを備えた超音波探触子とすることができる。

本発明によれば、スポット溶接部の形状の影響を受けずに、信頼性高く融着溶接部と界面溶着溶接部とを識別し表示することが可能となり、特に、スポット溶接部の良否を瞬時に判別できるようになる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

ここでは、２枚の金属板が接合されてなるスポット溶接部の評価を例にとり説明する。２枚の金属板の上側の板を上板、下側の板を下板と称する。本発明では、図１に示すとおり、振動子アレイ１１を備えた超音波探触子１０と、振動子アレイ２１を備えた超音波探触子２０とを、上板１ａ上のスポット溶接部２を挟んだ位置に向かい合わせて当接させる。超音波探触子１０及び超音波探触子２０と、上板１ａとの間には、適当な接触媒質を介在させる。

振動子アレイ１１を備えた超音波探触子１０を用いて、複数の位置から上板１ａに超音波を送波する。超音波探触子１０は、樹脂くさび１２に振動子アレイ１１が貼り付けられた構造を有しており、振動子アレイ１１から送波された超音波が斜めに上板１ａへ入射する。

該斜めに入射した超音波によって、図２に示す如く、上板１ａの中に上板１ａ表面に対して斜めに進行する超音波が送波される。該斜めに進行する超音波は、縦波及び横波を含み、上板１ａの底面及び表面において反射やモード変換を繰り返しながら、上板１ａ中を伝搬する（以下、被検体の表面沿いに伝搬する超音波とも称する）。図２において、実線は横波であり、破線は縦波である。超音波の上板１ａへの入射角が適当な値の場合には、上記反射を繰り返して伝搬する超音波は、Ｌａｍｂ波と呼ばれる波動になる。

伝搬してきた超音波は、振動子アレイ２１を備えた超音波探触子２０によって受波される。超音波探触子２０は、樹脂くさび２２に振動子アレイ２１が貼り付けられた構造を有している。

振動子アレイ１１を備えた超音波探触子１０と振動子アレイ２１を備えた超音波探触子２０とによって、図３に示す平面経路（金属板の上面からみた経路）を伝搬した超音波を受波することができる。超音波探触子１０の振動子アレイ１１の個々の振動子を１１₁〜１１_Nと表わし、超音波探触子２０の振動子アレイ２１の個々の振動子を２１₁〜２１_Nと表わすことにする。Ｎとしては、例えば４、８、１６、３２等の個数を用いることができる。図３は、Ｎが１６の場合である。振動子アレイの振動子１１₁〜１１_Nから送波される超音波には空間的に広がりがあるので、振動子１１₁〜１１_Nから、図３に示した平面経路をとる超音波を送波することができる。

超音波探触子１０の振動子１１₁から送波された超音波を、超音波探触子２０の振動子２１₁〜２１_Nによって受波する。次に、超音波探触子１０の振動子１１₂から送波された超音波を、超音波探触子２０の振動子２１₁〜２１_Nによって受波する。この過程を、超音波探触子１０の振動子１１_Nから送波された超音波を、超音波探触子２０の振動子２１₁〜２１_Nによって受波するまで、送波を行なう振動子１１_n（ｎ＝１、２、…、Ｎ）を順次変更して行なう。この結果、複数位置から送波される複数の方向へ伝搬する超音波を、超音波探触子２０の振動子２１₁〜２１_Nによって受波することができる。

スポット溶接部２に生成されるナゲット２ａは、図４に示すとおり、ほぼ板厚方向に平行な方向性を有する溶融凝固組織２ｂとなっている。この溶融凝固組織２ｂが、本発明にいう溶接金属である。この溶融凝固組織２ｂは、デンドライト組織とも呼ばれ、一方向へ延びた粗い結晶の集まりであるため、金属板（鋼板）の金属組織に比べ、超音波の伝達が悪い（減衰が大きい）性質を持っている。よって、図３に示した経路を伝搬する超音波は、その経路に溶融凝固組織２ｂが含まれる場合、伝搬経路に存在する溶融凝固組織２ｂの長さに応じた減衰を受ける結果、その振幅が低下して超音波探触子２０に受波される。又、溶融凝固組織２ｂは、この中を超音波が伝搬する速度が、金属板の金属組織とはかなり異なる性質を持っている。溶融凝固組織２ｂでは、図４に示すミクロ金属組織の模式図のように、金属結晶の特定の方位（図４に破線の矢印を用いて示す）が板厚（ｚ）方向にほぼ揃っているため、該組織は弾性的な異方性を持っている。従って、超音波は、その伝搬する方向に依存して伝搬速度が変化する（伝搬速度の方位依存性）。これに対して、金属板（鋼板）の金属組織では、金属結晶がランダムな方向に向いているため、超音波の伝搬速度は、その伝搬方向に依存せず、一定の値となる。以上、説明したことによって、被検体の表面沿いに伝搬する超音波の伝搬速度は、伝搬経路に溶融凝固組織２ｂを含む場合と、伝搬経路に溶融凝固組織２ｂを含まない場合（金属板の金属組織のみを伝搬）との間で異なるのが一般的である。更に、被検体の底面及び表面において反射やモード変換を繰り返しながら、被検体中を伝搬する超音波は、様々な角度方向へ伝搬する超音波成分を有するため、その伝搬経路に溶融凝固組織２ｂが含まれると、前記伝搬速度の方位依存性のために成分毎に伝搬速度が変化する結果、受波される超音波信号の波形が著しく変化する（位相の混合）。

送波に用いる超音波探触子１０の幅（振動子１１₁〜１１_Nの全体の幅）及び受波に用いる超音波探触子２０の幅（振動子２１₁〜２１_Nの全体の幅）を溶融凝固組織２ｂの平面的な大きさよりも大きくすることにより、図３に示した平面経路のうち、端に位置する経路（例えば１１₁→１２₁、１１_N→１２_N）に溶融凝固組織２ｂが含まれないようにすることができる（溶融凝固組織を含まない経路）。前記溶融凝固組織を含まない経路には、金属板（鋼板）の金属組織や焼きならしに近い温度履歴を受けた微細な結晶組織しか存在しないため、受波超音波には溶融凝固組織２ｂによる減衰や位相の混合は現われない。同様に、界面溶着溶接部の金属組織は焼きならしに近い温度履歴を受けることにより結晶粒が微細であるから、受波超音波には溶融凝固組織２ｂによる減衰や位相の混合は現われない。

又、溶融凝固組織２ｂは、粗い結晶粒からなるため、超音波の周波数が高いほど該超音波を大きく減衰させる性質を有している。よって、図３に示した平面経路のうち、溶融凝固組織２ｂを含む経路の受波超音波と溶融凝固組織２ｂを含まない経路の受波超音波とを比較すると、溶融凝固組織２ｂを含まない経路の受波超音波の方が、高周波数成分を多く含んでいる。同様に、界面溶着部を含む経路の受波超音波と溶融凝固組織２ｂを含む経路の受波超音波とを比較すると、界面溶着部を含む経路の受波超音波の方が、高周波数成分を多く含んでいる。

更に、溶融凝固組織２ｂを含む経路の受波超音波は、前記位相の混合の結果、その低周波成分も変化する。よって、図３に示した平面経路のうち、溶融凝固組織２ｂを含む経路の受波超音波と溶融凝固組織２ｂを含まない経路の受波超音波とを比較すると、低周波数成分にも違いがあらわれる。同様に、界面溶着部を含む経路の受波超音波と溶融凝固組織２ｂを含む経路の受波超音波とを比較すると、低周波数成分に違いがある。

従って、受波超音波の波形変化（減衰及び位相の混合）や周波数成分を観測することによって、伝搬経路に溶融凝固組織が含まれるか、あるいは、界面溶着溶接部が含まれるかの識別を行なうことができる。具体的には、前記端に位置する経路での受波超音波の信号波形を基準波形として、他の経路での受波超音波の信号波形との相互相関演算を行う。伝搬経路に溶融凝固組織が含まれる場合には、受波超音波の波形変化のために相互相関演算値が相対的に小さな値となる。また、複数の送波位置と複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号の周波数解析を行う。伝搬経路に溶融凝固組織が含まれる場合には、高周波数成分の減衰が大きい、低周波数成分が変化する等の現象が観測される。

本実施形態においては、超音波探触子１０及び超音波探触子２０をスポット溶接部２の窪みに当接させることがないので、超音波の送波及び受波にスポット溶接部の窪みの影響は現れない。更に、被検体の表面沿いに伝搬する超音波は、多少の窪みや凹凸によって被検体表裏面に対する入射角や反射角が多少変化しても、表面沿いに伝搬する性質を失わない。このようなことから、本実施形態では、スポット溶接部の形状の影響を受けることなく、伝搬経路に溶融凝固組織が含まれるか、あるいは、界面溶着溶接部が含まれるかの識別を行なうことができる。

図５に示すように、板厚０．６ｍｍの２枚の金属板（鋼板）を重ねてスポット溶接を行なったサンプルに、前記したように超音波探触子１０及び超音波探触子２０を、スポット溶接部２を挟んで向かい合わせて当接させ、超音波送受信器３０からスイッチ回路２５を経て順次駆動される超音波探触子１０の振動子１１₁〜１１_Nから送波された超音波を、超音波探触子２０の振動子２１₁〜２１_Nによって受波し、スイッチ回路２６を経て超音波送受信器３０によって増幅された信号を、Ａ／Ｄ変換器３１によってＡ／Ｄ変換した後、演算装置３２を用いて、振動子１１₁から送波され、振動子２１₁によって受波された受波超音波を基準信号として、他の経路の受波超音波信号と相互相関演算を行なった。ここで、Ｎは１６とし、相互相関演算結果として、演算後の信号波形の最大値を検出した。また、演算装置３２を用いて、超音波探触子２０の振動子２１₁〜２１_Nによって受波された受波超音波信号の周波数解析（高速フーリエ変換：ＦＦＴ）を行った。

図６に、溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルと界面溶着溶接部サンプルとを用いて測定した相互相関演算値のプロフィルを対比して示す。相互相関演算値のプロフィルとは、振動子１１_nから送波され、振動子２１_n（ｎ＝１，２，３，…，１６）によって受波された受波超音波信号と基準信号との相互相関演算結果を経路番号ｎの順に並べて表示したものである。図６のとおり、溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルと界面溶着溶接部サンプルとの間には相互相関演算値プロフィルに明瞭な差異がある。

図７に、溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルと界面溶着溶接部サンプルとを用いて測定した受波超音波の特定周波数成分平均値（例えば、この実験では超音波探触子１０および２０が送受波する超音波の中心周波数±１０％の範囲。中心周波数が１０ＭＨｚならば、９〜１１ＭＨｚの範囲、溶融凝固組織を含むスポット溶接部と界面溶着スポット溶接部との間で差異が観察される周波数成分ならば、どのようなものでもよい。）の大きさプロフィルを対比して示す。受波超音波の特定周波数成分の大きさプロフィルとは、振動子１１_nから送波され、振動子２１_n（ｎ＝１，２，３，…，１６）によって受波された受波超音波信号の特定周波数成分の大きさを経路番号ｎの順に並べて表示したものである。図７のとおり、溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルと界面溶着溶接部サンプルとの間には、受波超音波の特定周波数成分の大きさプロフィルに明瞭な差異がある。

図５に示した実施形態の装置において、超音波探触子１０及び２０のくさび材１２、２２をポリスチロールとし、振動子アレイ１１₁〜１１₁₆及び２１₁〜２１₁₆のアレイ配列方向における振動子の幅を０．８ｍｍ、超音波の上板表面への入射角が２５．４°となるようにしてスポット溶接部２の測定を実施した。測定の対象として、板厚０．６ｍｍの２枚の鋼板を重ねてスポット溶接して作製された３０個のサンプルを用いた。２０個は溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルであり、１０個は界面溶着スポット溶接部サンプルである。

各サンプルについて、相互相関演算値の最大値（基準信号と経路１１₁→１２₁の信号との相互相関演算値が通常最大になる）が１２８となるように規格化し、他の経路（振動子１１_n→振動子２１_n、ｎ＝２，３，…，１６）での相互相関演算値と１２８との差の絶対値を合計して相関演算評価指標とした。各サンプルにおける相関演算評価指標を図８に示す。溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルと界面溶着スポット溶接部サンプルとの間には相関演算評価指標に明瞭な差異があることが分かる。相関演算評価指標に適当な閾値を設定することにより、溶融凝固組織を含むスポット溶接部と界面溶着スポット溶接部とを判定することが可能である。

また、各サンプルについて、受波超音波の特定周波数成分の大きさを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により求め、複数経路（例えば振動子１１_n→振動子２１_n、ｎ＝６，７，…，１１、溶融凝固組織を含むスポット溶接部と界面溶着スポット溶接部との間で差異が観察される経路であれば、どこを選択してもよく、数もいくつでもよい。）の特定周波数成分の大きさの平均値を求めて、周波数評価指標とした。各サンプルにおける周波数評価指標を図９に示す。溶融凝固組織を含むスポット溶接部サンプルと界面溶着スポット溶接部サンプルとの間には周波数評価指標に明瞭な差異があることが分かる。周波数評価指標に適当な閾値を設定することにより、溶融凝固組織を含むスポット溶接部と界面溶着スポット溶接部とを判定することが可能である。周波数評価指標として、所定経路における特定周波数成分の大きさの平均値の他に、所定経路における特定周波数成分の大きさの最大値、重心周波数、中心周波数、低周波超音波成分の変化具合等の指標を用いることができる。また、周波数評価指標は２個以上の指標を用いて構成してもよい。

実際の判定においては、相関演算評価指標、及び、周波数評価指標の両方の評価指標を組み合わせて判定すると、判定結果の信頼度が向上する効果がある。

さらに、図１０に示すように、相関演算評価指標、周波数評価指標の中から２個以上の評価指標を選んで特徴量Ａ、特徴量Ｂ、…とし、特徴量空間における溶融凝固組織を含むスポット溶接部集団（健全集団）および界面溶着スポット溶接部集団（不良集団）の重心を予め求めておき、新たなスポット溶接部の測定時には、該スポット溶接部測定値の特徴量空間における位置（測定値位置）と健全集団との距離（健全距離）および前記測定値位置と不良集団との距離（不良距離）を求めて比較し、該スポット溶接部が距離の小さいほうの集団に含まれると判定するようにしてもよい。

図１１は、融着溶接部と界面溶着溶接部との識別結果の表示例を示している。融着溶接部の場合を図１１（ａ）に示し、界面溶着溶接部の場合を図１１（ｂ）に示す。このように単純に融着溶接部と界面溶着溶接部との区別を示すことができるので、検査結果の判断に紛れがなく、忙しい製造現場での検査に適している。

本実施形態においては、送波側、受波側、共に振動子アレイを備えた超音波探触子を用いているので、構成が簡略である。なお、いずれか一方、又は、両方に、複数の探触子を並置して用いたり、又、単一の探触子を走査して用いることも可能である。

更に、以上の説明においては、本発明が金属板（鋼板）の溶接検査に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されない。アルミ板の溶接検査や他の無機および有機材質の板の溶接検査にも適用可能である。又、溶接枚数も２枚に限定されず、スポット溶接部の健全性の評価も、溶融凝固組織を含むスポット溶接部と界面溶着溶接部を含むスポット溶接部との識別のみに限定されない。

本発明の実施形態の基本構成を示す斜視図 本発明の原理を説明するための、超音波の伝搬経路を示す断面図 同じく平面図 同じくスポット溶接部の断面図 本発明の実施形態を実施するための装置の例を示す、一部ブロック図を含む斜視図 相互相関演算値プロフィルを示す説明図 本発明法による測定結果の精度を示す線図 受波超音波の特定周波数成分の大きさプロフィルを示す説明図 本発明法による測定結果の精度を示す線図 特徴量空間を用いた判定方法を示す説明図 融着溶接部と界面溶着溶接部との識別結果の表示例 スポット溶接部を解説するための断面図

符号の説明

１ａ、１０１ａ…上板
１ｂ、１０１ｂ…下板
２、１０２…スポット溶接部
２ａ、１０２ａ…ナゲット
２ｂ…溶融凝固組織（溶接金属）
１０、２０…超音波探触子
１１、２１…振動子アレイ
２５、２６…スイッチ回路
３０…超音波送受信器
３１…Ａ／Ｄ変換器
３２…演算装置

Claims (6)

1. 複数の板材を重ね合わせて溶接してなるスポット溶接部の超音波による評価方法において、板材又はスポット溶接部の表面沿いの方向と厚さ方向とによって形成される断面内を伝搬する超音波を被検体の表面沿いに伝搬する超音波と称することとしたとき、
   スポット溶接部の外側の板材の複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波し、
   スポット溶接部の外側の板材の複数の受波位置において、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波、及び、伝搬経路にスポット溶接部を含む被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波を受波し、
   前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号と基準の超音波の信号との相互相関演算を行い、相関演算評価指標を定め、
   前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号の周波数解析を行い、周波数評価指標を定め、
   前記相関演算評価指標、前記周波数評価指標から２個以上の評価指標を選んで特徴量とし、該特徴量空間において溶接状態を判別することを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価方法。
2. 請求項１において、前記基準の超音波の信号として、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波の信号を用いることを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価方法。
3. 複数の板材を重ね合わせて溶接してなるスポット溶接部の超音波による評価装置において、板材又はスポット溶接部の表面沿いの方向と厚さ方向とによって形成される断面内を伝搬する超音波を被検体の表面沿いに伝搬する超音波と称することとしたとき、
   スポット溶接部の外側の板材の複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波する手段と、
   スポット溶接部の外側の板材の複数の受波位置において、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波、及び、伝搬経路にスポット溶接部を含む被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波を受波する手段と、
   前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号と基準の超音波の信号との相互相関演算を行い、相関演算評価指標を定める手段と、
   前記複数の送波位置と前記複数の受波位置とを結ぶ伝搬経路の各々において受波された超音波の信号の周波数解析を行い、周波数評価指標を定める手段と、
   前記相関演算評価指標、前記周波数評価指標から２個以上の評価指標を選んで特徴量とし、該特徴量空間において溶接状態を判別する手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価装置。
4. 請求項３において、前記基準の超音波の信号として、伝搬経路にスポット溶接部を含まない被検体の表面沿いに伝搬してきた超音波の信号を用いることを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価装置。
5. 請求項３又は４において、前記複数の送波位置から複数方向へ向けて、被検体の表面沿いに伝搬する超音波を送波する手段が、振動子アレイを備えた超音波探触子であることを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価装置。
6. 請求項３乃至５のいずれかにおいて、前記複数の受波位置において超音波を受波する手段が、振動子アレイを備えた超音波探触子であることを特徴とする超音波によるスポット溶接部の評価装置。

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