JPH0783645A - 接合幅測定検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一部を溶接により一体的に接合されている重
ね合わせた２枚の鋼板間の前記溶接による接合幅を正確
に測定する。 【構成】 一部を溶接部４にて一体的に接合されている
重ね合わせた２枚の鋼板１，２における前記溶接部４及
びその両側の未接合部にわたって超音波探触子５を走査
し、その反射エコーレベルを検出し、この反射エコーレ
ベルパターンに基づいて基準反射エコーレベルを求め、
この基準反射エコーレベルに従って閾値を設定し、前記
基準反射エコーレベルと閾値とに基づいて接合幅を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重ね合わせた２枚の金属
板の一部をレーザ溶接法等を用いて溶接し、一体化した
被検対象物、例えば自動車用ロードホイールのディスク
と、リム部との接合部における接合部幅を超音波を利用
して測定検査する方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用ロードホイールはディスク，リ
ム部夫々に所定のプレス加工を施した後、図22(a) に示
す如くディスクＷ₁ ，リム部Ｗ₂ を重ね合わせ、リム部
Ｗ₂ の外周面側から周方向の複数個所（通常は４個所）
を夫々所定長さにわたってレーザ溶接法等にて溶接し、
両者を一体化している。

【０００３】図22(a) は自動車用ロードホイールの半截
模式図、図22(b) はディスクＷ₁ ，リム部Ｗ₂ との溶接
個所を示す説明図である。ディスクＷ₁ とリム部Ｗ₂ と
の接合強度は溶接部における欠陥の有無に関連すること
は勿論であるが、溶接部４の幅、即ち接合幅とも密接な
関係にあり、接合幅の正確な測定は製品品質を決める重
要な管理項目となっている。

【０００４】この接合幅の測定法として従来超音波探傷
法を利用する方法がある。図23(a) は溶接部の接合幅の
測定方法を示す説明図であり、２枚の鋼板１，２をその
一部において溶接により一体化してある場合、鋼板１の
表面から超音波探触子を通じて超音波を入射した場合、
溶接部４においてはその下表面からの反射エコーが、ま
た未溶接部分では鋼板１，２の重ね合わせ面からの反射
エコーが夫々図23(b) に示す如くに検出される。

【０００５】図23(b) において破線は２枚の鋼板１，２
の重ね合わせ面からの反射エコー、また実線は溶接部４
の表面からの反射エコーである。これから明らかな如く
２枚の鋼板１，２の重ね合わせ面からの反射エコーは溶
接部４の裏面からの反射エコーに比較して強度が大き
く、且つ受信までの時間が短くなる。そこでこれを利用
して図24(a) に示す如く溶接部４の片側の未接合部から
溶接部４を横切って他側の未接合部まで超音波探触子５
にて走査する。このとき超音波探触子５にて受信される
反射エコーは図24(b) に示す如くになる。即ち、未接合
部での反射エコーは大きく、溶接部４に達すると反射エ
コーは小さくなり、その後は溶接部４の表面からの反射
エコーとなって反射エコー強度は更に弱くなる。溶接部
４を通過して反対側に達すると反射エコーは強くなり、
更に未接合部では反射エコー強度は大きな値となる。

【０００６】接合幅測定は受信信号を閾値THL と比較す
ることで未接合部からの反射エコーか、溶接部４からの
反射エコーかを識別し、閾値THL 以下になった時間と、
その間の超音波探触子の移動速度 (距離) に基づき測定
出来ることとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような従
来方法にあっては、次のような問題があった。 被検対象物の表面が平滑で、且つ厚さが均等な場合に
は不都合を生じないが、自動車用ロードホイールの如く
プレス加工を施してある場合、表面形状，厚さ共に一定
ではないため、溶接部以外にもこれらによる影響によっ
て被検対象物からの反射エコー強度が変化し、正確な測
定が難しい。 また閾値は実測値と一致するよう決定しているが、前
述の如く被検対象物の表面形状，厚さの変化のため反射
エコー強度自体が変化するための接合幅の測定に正確を
期し難い。 被検対象物の表面形状の変化，外来ノイズに対する対
策が十分でなく、これらを反射エコーと誤認することが
ある。

【０００８】本発明はこのような超音波探傷法の原理を
応用して、重ね合わせた２枚の金属板をその一方の金属
板表面側から部分的に溶接して一体化した被検対象物に
おける溶接部の接合幅を測定し、溶接状態を検査するの
に用いる接合幅測定検査方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る接合幅測定
検査方法は、２枚の金属板の重ね合わせ面の一部を片側
から溶接により接合してなる被検対象物における前記接
合部の接合幅を超音波を用いて測定する方法であって、
超音波を前記溶接面と反対側の面から入射して接合部及
びその両側の未接合部にわたって走査し、反射エコーを
検出し、検出した反射エコーレベルパターンに基いて閾
値を決定し、前記反射エコーレベルパターンと閾値とに
基づき接合幅を測定する過程を含むことを特徴とする。

【００１０】本発明に係る接合幅測定検査装置は、２枚
の金属板の重ね合わせ面の一部を片側から溶接により接
合してなる被検対象物における前記接合部の接合幅を超
音波を用いて測定する装置であって、焦点を前記２枚の
金属板の重ね合わせ面部と対応する位置に合わせた集束
形の超音波探触子と、前記接合部及びその両側の未接合
部にわたって走査すべく前記超音波探触子と被検対象物
とを相対移動させる手段と、前記未接合部及び接合部夫
々からの反射エコーレベルを検出し、検出した反射エコ
ーレベルパターンとこれに基いて定めた閾値とに基づき
接合幅を測定する手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１の本発明にあっては、反射エコーレベルパ
ターンに基づいて閾値を決定することで被検対象物の表
面形状変化，重ね合わせ面の形状変化に影響されること
なく、反射エコーレベルパターンから接合部と未接合部
とを判別し、接合部の幅寸法を正確に検出することが可
能となる。第２の本発明にあっては、集束形の超音波探
触子を用いることで正確に反射エコーを捉え、反射エコ
ーのパターンと閾値とに基づいて接合部の幅を高精度に
検出可能となる。

【００１２】

【原理】以下本発明に係る接合幅測定検査方法の原理を
図面に基づき説明する。図１(a) は本発明に係る接合幅
測定検査方法の原理説明図であり、図１(a) において
１，２は鋼板、４は溶接部、５は超音波探触子を夫々示
している。鋼板１，２は相互に重ね合わされ、図１に示
す下側の鋼板２の裏面側からレーザ溶接により線状に両
鋼板１，２が溶接せしめられている。

【００１３】超音波探触子５は集束形の超音波探触子で
構成され、両鋼板１，２の重ね合わせ面に焦点を合わせ
てあり、溶接された鋼板１の上面から図示しない伝播媒
体を経て超音波を入射させつつ未接合部，溶接部４，未
接合部の如く溶接部４を横切る態様で走査する。

【００１４】これによって未接合部では鋼板１，２の重
ね合わせ面からの反射エコーが、また溶接部４では裏面
からの反射エコーが夫々超音波探触子５に受信される。
超音波探触子５からの発振周波数は10MHz 〜15MHz を使
用するが、測定精度及び表面形状の影響を考慮し発振周
波数を設定すればよい。

【００１５】図１(b) は反射エコーの強度と超音波探触
子の移動距離との関係を示すグラフであり、横軸に超音
波探触子５の移動距離を、また縦軸に重ね合わせ面から
の反射エコー強度をとって示してある。このグラフは被
検対象物が重ね合わせ面からの反射エコーが略一定とな
る理想的な場合を示してある。本発明に係る接合幅測定
検査方法は、未接合部，溶接部４，未接合部にわたる走
査方向に点Ａ〜Ｆをこの配列順序で次の如くに設定す
る。

【００１６】溶接部４からの反射エコーの中心点（形状
・配置等により接合部に相当することが予想される点）
をＧとし、ここから走査方向である両側に未接合部にわ
たるよう1/2 ・ｈづつ全体として長さｈの検査範囲を定
め、その両端を点Ａ，点Ｆとする。点Ａは走査開始位置
であり、点Ｆは走査終了位置である。また点Ｇを中心と
してその両側に溶接部４が位置すべき許容範囲の最大値
ｉ，ｊ（ｉ＝ｊまたはｉ≠ｊ）の点を点Ｃ，点Ｄとす
る。更にこの点Ｃ，点Ｄから溶接部４と反対側、即ち点
Ａ，点Ｆ側に夫々所定寸法（通常１mm程度) 離れた点に
点Ｂ，点Ｅを定める。超音波探触子５を前記した点Ａか
ら点Ｆ方向に移動して走査を行い、得られた反射エコー
レベルパターンについて次の処理(1) 〜(4) を行う。

【００１７】(1) 基準反射エコーレベルの決定 反射エコーレベルパターンにおける未接合部である点Ｂ
〜Ｃ間の反射エコーレベルの平均値を算出し、算出値が
予め定めてある最大値，最小値の許容範囲内であれば、
これを基準反射エコーレベルとする。また算出値が許容
範囲外であれば、同じく未接合部である点Ｄ〜Ｅ間の反
射エコーレベルの平均値を算出し、この算出値が許容範
囲内であれば、これを基準反射エコーレベルとする。そ
して上記条件がいずれも満足されなかった場合は感度設
定不良として再設定を促し、再設定後に再試験を実施す
る。

【００１８】基準反射エコーレベルの最大値，最小値は
被検対象物の材料，形状，適正な感度から予測される基
準反射エコーレベルの許容範囲であり、予め実験的に定
めておき、基準反射エコーレベルがこの範囲を超える場
合は感度が必要以上に高感度に設定され、又は感度が低
過ぎることを表示し、適正な感度設定を促す。

【００１９】このような感度設定に際してはキャリブレ
ーション用ワーク７を用いて行う。図２(a) は自動車用
ロードホイールのキャリブレーション用ワークを示す平
面図、図２(b) は同じくその断面図である。キャリーブ
レーション用ワーク７は自動車用ロードホイールのディ
スク直径と略等しい内径を持つリング部7a外周面に、そ
の軸長方向の略中央部に全周にわたり所定の高さ, 幅を
持つ模擬溶接部たる突条部7bを設けて形成してある。リ
ング部7aの内, 外径、突条部7bは夫々自動車用ロードホ
イールの寸法に応じて設定してある。

【００２０】また超音波の透過特性を左右する重要な因
子である結晶粒については実際の自動車用ロードホイー
ルの結晶粒が、例えば粒度番号No11であるとすると、キ
ャリブレーション用ワークの結晶粒は粒度番号No９〜11
の範囲で選定する。図２(c) は超音波探触子から出射さ
れる所定周波数での粒度番号と超音波の減衰係数との関
係を示すグラフである。このグラフから明らかな如く、
粒度番号９以上では減衰係数に大きな差がないことから
粒度番号No９までとすれば十分である。

【００２１】図３は鋼板１の表面に形状変化が存在し、
その結果、点Ａ〜点Ｃ領域において反射エコー強度に大
きな変化が生じている場合を示している。このような反
射エコーパターンに対し、前述した如き手順で基準反射
エコーレベルを決定することにより点Ｂ〜Ｃ間の反射エ
コー強度の平均値が図１(b) に示す基準反射エコーレベ
ルの最大値（MAX)，最小値（MIN)の許容範囲内以下とな
る場合においても点Ｄ〜Ｅ間の反射エコー強度の平均値
をとることで、前述した如き表面形状の変化の影響を受
けることなく接合幅の測定が可能となる。

【００２２】(2) 閾値THL の決定 閾値THL は先に決定した基準反射エコーレベルに対する
割合、例えば50％の如くにして定める。この割合につい
ては予め実験により実測接合幅と合致するよう定めてお
く。

【００２３】(3) 接合部幅位置の確認 Ｃ点〜Ｄ点間において反射エコーが閾値以下となった部
分全てについて、それが重ね合わせ面の形状等に起因す
るものか、溶接部４に起因するものかを弁別し、溶接部
４に起因する領域を確認する。

【００２４】図４は横軸に超音波探触子の移動距離を、
また縦軸に重ね合わせ面の反射エコー強度をとって示す
グラフであり、グラフ中溶接部４に起因する低反射エコ
ー強度領域Ｖ₁ の他に、プレス加工に伴って重ね合わせ
面に生じた形状変化に起因する低反射エコー強度領域Ｖ
₂ が存在している。

【００２５】先ず各領域Ｖ₁ ，Ｖ₂ について反射エコー
強度が最も低い値を示す点から順に次のｉ) ，ii) ，ii
i)の判断を行う。 ｉ) 閾値THL 以下となっている領域の両端が点Ｃ〜点Ｄ
間に位置しているか確認する。図４に示すグラフにおい
ては溶接部４に起因する低反射エコー強度領域Ｖ₁ と閾
値との交点ａ₁ ，ａ₂ はいずれも点Ｃ〜Ｄ間に位置する
が、重ね合わせ面の形状変化に起因する低反射エコー強
度領域Ｖ₂ と閾値との交点ａ₃ ，ａ₄ のうち点ａ₄ は点
Ｃ〜Ｄ間に位置するが、点ａ₃ は点Ｃ〜Ｄ間の外に位置
しており、これによって低反射エコー強度領域Ｖ₂ は溶
接部４に起因する領域ではないことが確認される。

【００２６】ii) 反射エコー強度が最も低い点が点Ｃよ
りも寸法αだけ溶接部４寄りの点Ｃ′と、点Ｄよりも寸
法αだけ溶接部４寄りの点Ｄ′間に存在しているかを確
認する。図４に示すグラフにおいては溶接部４に起因す
る低反射エコー強度領域Ｖ₁ における反射エコー強度が
最も低い点Ｇは点Ｃ′〜Ｄ′間に位置するが、重ね合わ
せ面の形状変化に起因する低反射エコー強度領域Ｖ₂ に
おける反射エコー強度が最も低い点Ｈは点Ｃ′〜Ｄ′間
の外に位置しており、低反射エコー強度領域Ｖ₂は溶接
部４に起因する領域ではないことが確認される。

【００２７】iii)閾値THL 以下となっている領域の超音
波探触子の移動距離の中心位置と、反射エコー強度が最
も低くなっている点との差が、許容値β以内であるかを
確認する。図４に示すグラフにおいては各低反射エコー
強度領域Ｖ₁ ，Ｖ₂ が閾値THL と交叉する点ａ₁ ，
ａ₂ 、ａ₃ ，ａ₄ 夫々の中心点（ａ₁ ＋ａ₂ ）1/2 、
（ａ₃ ＋ａ₄ ）1/2 と、各低反射エコー強度領域Ｖ₁ ，
Ｖ₂ 夫々の反射エコー強度が最も低い点Ｇ，Ｈとの距離
は、溶接部４に起因する低反射エコー強度領域Ｖ₁ にお
いては略一致しているが、重ね合わせ面の形状変化に起
因する低反射エコー強度領域Ｖ₂ においては略βだけず
れており、これによって低反射エコー強度領域Ｖ₂は溶
接部４に起因するものではないことが確認される。これ
は溶接部４からの反射エコーレベルが走査方向において
略対称形をなすのに対し、プレス加工による形状変化部
分からの反射エコーレベルは非対称形となることに基づ
く弁別法である。

【００２８】上記i)〜iii)をいずれも満足する場合に、
溶接部４に起因する反射エコー強度の低下と判断し、そ
の範囲を接合幅と決定する。逆にi)〜iii)の少なくとも
いずれか１つが満足されない場合は、溶接部４以外に起
因する反射エコー強度の低下と判断する。

【００２９】(4) ノイズの影響を除去 溶接部４に起因する低反射エコー強度領域Ｖ₁ 中に閾値
以上となるノイズが存在する場合があり、これを除去す
るために反射エコーのサンプリングピッチとサンプリン
グ速度とを適正に定める。

【００３０】図５は溶接部４に起因する低反射エコー強
度領域Ｖ₁ 内に閾値THL よりも高いノイズが存在してい
る場合を示している。このようなノイズに影響されるこ
となく接合幅を特定するために溶接部４による接合幅と
して認識される最低値γ (例えば0.1 〜0.2mm 程度) を
設定する。またノイズは高周波成分であるから、サンプ
リング速度とサンプリングピッチとの兼ね合いで、例え
ば0.01mmピッチでサンプリングを行うことでノイズを除
去することも可能である。

【００３１】(5) その他の処理 許容最低反射エコー強度 最低反射エコー強度が、基準反射エコーレベルを基準と
して定めた図１(b) に示す許容最低反射エコーレベルよ
りも高い場合には溶接部４における反射エコーレベルの
低下が不十分であり、パターン不良として検出する。 各測定個所間の最低反射エコーレベル位置 全測定終了後、１本の溶接部４について測定した複数箇
所、例えば３箇所での各々の最低反射エコーレベルを示
す点（３点）夫々の間の差が許容差δ以上の場合は検出
位置異常と判断し、自動車用ロードホイールを角度θだ
け回転して溶接部に対する測定位置をずらした後、再測
定を実施する。

【００３２】以上の如き処理により真に溶接部４に起因
する反射エコー領域を確認し、この間における超音波探
触子５の移動距離から接合幅を測定する。図６は接合幅
の測定の具体例を示す説明図であり、横軸に超音波探触
子５の走査方向の各位置を、また縦軸に反射エコー強度
をとって示している。反射エコーパターンは点Ｂを経た
後、最初に反射エコーレベルが閾値THL より低くなった
後、再び閾値THL より高くなるときに閾値THL と交叉す
る点をPSとし、それ以後において閾値THL と交叉する点
夫々に順番にＰ₁ ，Ｐ₂ 〜Ｐ_n ，Ｐ_n+1 を付与し、この
各Ｐ₁ 〜Ｐ_n+1 点の位置を求める。次に前述した(1) 〜
(5) の項目に基づき夫々の条件を満たさない点を除去
し、最終的に接合幅Ｐ_n ，Ｐ_n+1 を特定し、その間の幅
寸法を求める。

【００３３】

【実施例】以下本発明を自動車用ロードホイールの製造
工程に適用した実施例に基づき具体的に説明する。図７
は本発明に係る接合幅測定検査方法及びその装置の構成
を示す模式図であり、図中Ｗは被検対象物たる自動車用
ロードホイール（以下単にワークという）、11はワーク
Ｗの周方向位置を設定するためのロータリテーブル、14
はワークＷの検査ステージ、16はワークＷをロータリテ
ーブル11から検査ステージ14へ移載するローダ、18は接
合幅測定装置本体、21〜24はコンベヤ、25〜27はいずれ
も昇降コンベヤである。

【００３４】ワークＷは図示しないレーザ溶接加工機か
ら取り出されてコンベヤ21, 昇降コンベヤ25にて移送さ
れ、コンベヤ22, 昇降コンベヤ26, コンベヤ24を経て次
工程に搬送される外、所定個数毎に昇降コンベヤ25から
コンベヤ23にサンプリングされ、昇降コンベヤ26から昇
降コンベヤ27に搬入される。

【００３５】図８はロータリテーブル11及びワークＷの
溶接部４を検出する超音波センサ12を示す半截模式図で
ある。ロータリテーブル11は昇降コンベヤ27下に配置さ
れ、台11a の上部中央に鉛直に突き出した回転軸11b に
テーブル11c を固定し、回転軸11b の下端は台11a 内の
モータ (図示せず) に連繋せしめられている。

【００３６】ワークＷはそのディスクＷ₁ 中心の孔を回
転軸11b に外嵌した状態でテーブル11c 上に横置載置さ
れ、テーブル11c と共に回転せしめられるようになって
いる。ワークＷの回動域の外方にはリム部Ｗ₂ に面し
て、超音波センサ12がスライドアクチュエータ13から延
設したロッド13a の先端部にリム部Ｗ₂ の溶接部４に向
けた状態で固定されており、スライドアクチュエータ13
の動作によって超音波センサ12が溶接部４に向けて遠近
移動せしめられるようにしてある。

【００３７】ロータリテーブル11を駆動し、ワークＷを
回転軸11b 回りに回転させつつ超音波センサ12から超音
波を出射すると、溶接部４が存在する部分では図８(a)
に示す如く溶接部４にて反射され、超音波センサ12に入
射し、また溶接部４が存在しない部分では図８(b) に示
す如く超音波が超音波センサ12側に反射されないことと
なり、溶接部４の位置が確認されるようになっている。
溶接部４の周方向位置が特定されると、その位置でロー
タリテーブル11を停止し、ワークＷを昇降コンベヤ27を
介してローダ16に移載する。ローダ16はワークＷを同じ
姿勢に保持したままこれを検査ステージ14上に移動し、
検査ステージ14に移載する。

【００３８】図９は検査ステージ14の拡大断面図であ
り、図中30は基台、31は機枠、32は水槽を示している。
機枠31は複数の縦梁31a,横梁31b を基台30上に立体形に
枠組して構成されており、その上部に水槽32が載置され
ている。また水槽32下の機枠31の内側には下部に昇降機
構33が、また上方に回転機構37が設けられ、この回転機
構にワークＷが装着されている。

【００３９】昇降機構33は基台30上に立設した４個のガ
イドロッド33a に渡して昇降台33bを摺嵌すると共に、
該昇降台33b 下に垂設したラック軸33c にピニオン33d
を噛合させ、該ピニオン33d をサーボモータＭ₁ にて回
転駆動するようにしてあり、モータＭ₁ の正逆駆動によ
りピニオン33d が回転し、ラック軸33c を介して昇降台
33b をガイドロッド33a に沿って昇降移動せしめるよう
になっている。なお昇降台33b の昇降位置はロータリエ
ンコーダ33e からの信号に基づいて検出可能となってい
る。

【００４０】一方、回転機構37は前記昇降台33b 上に設
けた支持枠37a に、上端が水槽32内に突き出し、下端部
側に傘歯車37c を設けた回転軸37b を鉛直に軸支すると
共に、前記傘歯車37c と噛合する傘歯車37d を減速機37
e,ロータリエンコーダ37f を介在させてサーボモータＭ
₂ に連繋せしめて構成されており、該サーボモータＭ₂
の回転により回転軸37b を所定角度づつ回転させ、これ
に取り付けたワークＷを回転せしめるようになってい
る。従って前記した昇降機構33と回転機構37との組合せ
により、ワークＷは超音波探触子５に対して昇降せしめ
られると共に回転せしめられることとなる。

【００４１】図10は水槽32内の回転軸上端部の拡大断面
図、図11はワークＷのチャックの構成を示す拡大平面図
である。水槽32内にはその中央部底壁に穿った孔32a を
貫通して回転軸37b の上端部が水槽32内に突き出させて
あり、その上端部にはワークＷを受ける支持台38及びワ
ークＷを支持台38に固定するチャック39が設置され、ま
た孔32a の周囲に水密機能を備えた取付台41を回転軸37
b と同心状に設け、この取付台41の上端にスライドブロ
ック42を介して互いに直交する４方向に向けて４個の超
音波探触子５が配設されている。

【００４２】支持台38は円板形に形成され、その上面に
は中心部から周方向に90°づつ隔てて放射状にガイド溝
38a を設け、この各ガイド溝38a には夫々スライドブロ
ック38b が摺動可能に配設してある。各スライドブロッ
ク38b はガイド溝38a 内に位置するガイド部38c と、該
ガイド部38c から直立させた円弧状の拘束ガイド部38d
とを備えている。各拘束ガイド部38d は相対向する中心
側に、中心部側から上方に向かうに従って外側に傾斜し
たガイド溝38e を備えており、この各ガイド溝38e にわ
たってこれに沿って昇降する中子部材38f を設けてあ
る。

【００４３】中子部材38f は図10に示す如く逆四角錐台
形に形成され、その四側面から外方に張出して前記ガイ
ド溝38e に摺嵌するガイド突部38g を備えると共に、下
部中心部は回転軸37b 内に形成してあるシリンダ40のピ
ストンの軸40a に連結され、軸40a を空気圧により押し
上げると中子部材38f が上昇し、これに拘束ガイド部38
d にて連繋する各スライドブロック38b が中心側に引寄
せられ、ワークＷに対する固定を解除するようにしてあ
る。

【００４４】また前記ピストンと支持台38との間には押
しばね40b が配設されており、該押しばね40b にて常時
下方に、換言すれば各スライドブロック38b を外方向、
つまりワークＷを拘束する側に付勢されており、空気圧
を解放すると押しばね40b にて各スライドブロック38b
が外方に移動せしめられ、ワークＷを支持台38上に固定
するようになっている。

【００４５】一方、超音波探触子５の取付台41は図12に
示す如く平面視で十文字形をなし、その四方向には放射
状にガイド溝41a が形成され、夫々のガイド溝41a には
スライドブロック41b を介して超音波探触子５が互いに
直交するよう外方に向けて配設されている。

【００４６】図13は取付台41に装着した気泡除去ワイパ
ーを示す模式図であり、ワイパー45はワークＷの回転方
向に対し超音波探触子５の前側に位置し、超音波探触子
５からの超音波を入射すべきワークＷの位置に摺接して
おり、発生した気泡を除去するようになっている。

【００４７】水槽32内にワークＷを浸漬した場合、水槽
32の水とワークＷとに温度差が存在するとワークＷの表
面に気泡が発生し、超音波を入射する上での障害とな
る。そこでワークＷを支持台38上に載置し、チャック39
で固定した後、超音波探触子５からの超音波の出射に先
立って支持台３８を所定角度θだけ空転させた後、超音
波を出射することとすればワイパー45により気泡の除去
された部分に超音波が入射されることとなる。

【００４８】図14(a) は気泡が発生した状態のまま超音
波を入射したときの反射エコーパターンを、また図14
(b) は気泡除去後の反射エコーパターンを夫々示してい
る。これから明らかなように反射エコー強度に大きな差
異があり、気泡を残したままの測定は大きな誤差要因と
なることが解る。

【００４９】図15は各超音波探触子５と測定装置本体18
との主要構成部分を示すブロック図である。各超音波探
触子５は測定装置本体18, 超音波発受信部18a に接続さ
れており、該超音波発受信部18a からの信号に基づき超
音波を発振し、また反射エコーを受信する。超音波発受
信部18a は入力された超音波反射エコーをA/D コンバー
タ18b を通じてコンピュータ18c に入力し、別途入力さ
れたワークＷの回転位置信号，上下位置信号と共にプリ
ンタ18d へ出力するようになっている。

【００５０】図16は溶接部４に対する超音波探触子５の
走査パターンの一例を示す説明図であり、前述した昇降
機構33と回転機構37との動作を適宜組合せることによっ
て、超音波探触子５を破線で示す如くｑ〜ｖに示す順序
で溶接部４をその長手方向の複数個所、通常は３ヶ所で
横切る如くに走査を行わせる。

【００５１】次に本発明方法の手順を図17〜図21に示す
フローチャートと共に説明する。先ずサーボモータ
Ｍ₁ ，Ｍ₂ を駆動し（ステップS1) 、昇降機構33, 回転
機構37を夫々原点位置に復帰させる (ステップS2) 。ま
たチャック39等を待機位置へ設定する (ステップS3) 。
これによって測定終了LED,自動測定開始LED が夫々点灯
する (ステップS4,S5)。

【００５２】ワークＷがセットされたか否かを判断し
(ステップS6) 、ワークＷがセットされない場合は終了
か否かを判断し、またセットされたときはチャック39を
動作させ、ワークＷを載置台上に固定する (ステップS
7) 。ワークＷを測定開始位置へ移動し (ステップS8)
、記録装置を動作させ (ステップS9) 、ワイパー45に
て気泡を除去すべくワークＷを図13に示す如くθだけ回
転させてワークＷ面の気泡の除去を行い (ステップS1
0)、そのままワークＷを水槽32内の測定下端位置まで下
降して（ステップS11)、超音波探触子５による走査を行
う。下端に達したか否かを判断し (ステップS12)、下端
に到着していない場合には次の計測点か否かを繰返し判
断する (ステップS13 〜S16)。

【００５３】下端に到着している場合には反射エコーデ
ータの良否を判定する (ステップS17,S18)。即ち正常で
ある場合には次の計測点への移動を行い (ステップS1
9)、不正常である場合には何度目の異常かを判断し (ス
テップS20)、１度目である場合にはプレス加工による形
状変化部分を回避するために支持台38を回転させて走査
位置を変更し( ステップS21)、また２度目の異常である
場合にはエラーマークの表示を行う（ステップS22)。更
に３度目か否かを判断し、３度目でない場合にはステッ
プS11 に戻る (ステップS23)。

【００５４】ピッチデータのファイルのストアを行い
(ステップS24)、一の溶接部４に対し３回の走査を行っ
たか否かを判断し（ステップS25)、終了していない場合
はステップS11 に戻り、また終了している場合は待機点
へ移動指令を発し (ステップS26)、ワークＷの良否判断
を行う (ステップS27)。ワークＷの良否を判断し (ステ
ップS28)、良と判断した場合はチャックを解除し (ステ
ップS29)、またワークＷが不良と判断した場合は再度検
査を行うか、次のワークＷを検査するかを判断する（ス
テップS30)。測定終了LED,自動測定開始LED を点灯し
(ステップS31,S32)、結果をプリントアウトさせ (ステ
ップS33)、結果データをLOT ファイルストアし (ステッ
プS34)、ステップS6に戻る。次のワークＷを検査する場
合には前述のステップS29 に進み、また再検の場合には
ステップS11 に戻って前述の過程を反復する。

【００５５】図20は反射エコーデータの判定過程を示す
フローチャートである。先ず 基準反射エコー強度の許容最小値≦点Ｂ, Ｃ間の反射エコーレベルの平均値≦99 …(1) が成立するか否かを判断し (ステップS40)、この条件が
満たされている場合は点Ｂ, Ｃ間の反射エコー強度の平
均値を基準反射エコーレベルとし（ステップS41)、 点Ｃ, Ｄ間の最低反射エコー強度＜接合部の許容最低反射エコー強度 …(2) を満足するか否かを判断し (ステップS42)、満足する場
合にはその領域について接合幅の判定を行い (ステップ
S43)、終了する。

【００５６】またステップS40 の判断において(1) 式が
満たされない場合は下記(3) 式 基準反射エコー強度の許容最小値≦点Ｄ, Ｅ間の反射エコーレベルの平均値 …(3) が満たされるか否かを判断し (ステップS44)、満たされ
る場合には下記(4) 式 点Ｄ, Ｅ間の反射エコーの平均値≦99 …(4) が満たされるか否かを判断し (ステップS45)、満たされ
る場合には点Ｄ, Ｅ間の反射エコーレベル平均値を基準
反射エコーレベルとし（ステップS46)、ステップS42 に
進み前述の過程を行う。

【００５７】更にステップS44,S45 において(3),(4) 式
を満たさない場合には感度が高過ぎ又は低過ぎのエラー
表示し (ステップS47)、またステップS42 において(4)
式が満たされない場合には、溶接不良エラーを表示し
(ステップS48)、接合幅を零とし (ステップS49)、終了
する。

【００５８】図21はワークＷの良否判定の処理過程を示
すフローチャートである。各一の溶接部４について行っ
た３個の走査で夫々における３つの反射エコーレベル夫
々の最小値の差が、その許容値δよりも大きいか否かを
判断し（ステップS51)、大きい場合はステップS59 に進
んで不良品の処理を行い、また小さい場合は３ヶ所の走
査結果のうち両端の走査結果か否かを判断し (ステップ
S52)、両端の走査結果である場合には夫々について良か
否かを判断し (ステップS53)、また両端でない場合は片
端が良か否かを判断し (ステップS54)、夫々良の場合は
中央の走査結果か、両端の走査結果かを判断する (ステ
ップS55)。

【００５９】中央の走査結果, 又は両端の走査結果であ
る場合は夫々が共に良か否かを判断し (ステップS56)、
いずれか一方の場合は中央, 両端の走査結果のどちらが
良かを判断する (ステップS57)。夫々良の場合は良品処
理を行い (ステップS58)、また夫々不良の場合には不良
品処理を行い (ステップS59)、終了する。

【００６０】

【発明の効果】以上の如く本発明方法にあっては反射エ
コーレベルパターンに基づいて接合部を特定し、その接
合幅を求めることとしているから、接合幅を非破壊で正
確に測定し、接合状態の適否を検出することが出来るこ
ととなる。また本発明装置にあっては集束形の超音波探
触子を用いて反射エコーレベルパターンと閾値との対比
により従来の探傷用設備を利用して接合幅を正確、且つ
迅速に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接合幅測定検査方法の原理説明図
である。

【図２】本発明に係る接合幅測定検査方法において感度
設定に用いるキャリブレーションワークの説明図であ
る。

【図３】本発明に係る接合幅測定検査方法による接合幅
を求める過程を示す説明図である。

【図４】本発明に係る接合幅測定検査方法による接合幅
を求める過程を示す説明図である。

【図５】本発明に係る接合幅測定検査方法による接合幅
を求める過程を示す説明図である。

【図６】実際の反射エコーパターンに基づき接合幅を求
める過程を示す説明図である。

【図７】本発明に係る接合幅測定検査装置を自動車用ロ
ードホイールの検査に用いた場合を示す模式図である。

【図８】ロータリテーブルの半截模式図である。

【図９】検査ステージの拡大断面図である。

【図１０】水槽及びその内部の拡大断面図である。

【図１１】支持台及びチャックの拡大平面図である。

【図１２】超音波探触子及び取付台の拡大平面図であ
る。

【図１３】気泡除去用のワイパーの配置を示す模式図で
ある。

【図１４】気泡除去前，後と反射エコー強度との関係を
示すグラフである。

【図１５】測定検査装置本体の構成を示すブロック図で
ある。

【図１６】溶接部に対する超音波探触子の走査パターン
の一例を示す説明図である。

【図１７】本発明方法及び装置による動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図１８】本発明方法及び装置による動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図１９】本発明方法及び装置による動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図２０】本発明方法及び装置による動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図２１】本発明方法及び装置による動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図２２】一般的な自動車用ロードホイールの溶接部を
示す説明図である。

【図２３】溶接部と未接合部とからの超音波反射エコー
の例を示す説明図である。

【図２４】従来の接合部の接合幅測定方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１，２ 鋼板 ４ 溶接部 ５ 超音波探触子 ７ キャリブレーション用ワーク 11 ロータリテーブル 14 検査ステージ 18 測定検査装置本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤沢 和夫 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 河村 勝己 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 会田 徹 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の金属板の重ね合わせ面の一部を片
   側から溶接により接合してなる被検対象物における前記
   接合部の接合幅を超音波を用いて測定する方法であっ
   て、超音波を前記溶接面と反対側の面から入射して接合
   部及びその両側の未接合部にわたって走査し、反射エコ
   ーを検出し、検出した反射エコーレベルパターンに基い
   て閾値を決定し、前記反射エコーレベルパターンと閾値
   とに基づき接合幅を測定する過程を含むことを特徴とす
   る接合幅測定検査方法。
2. 【請求項２】 超音波探触子として焦点を２枚の金属板
   の重ね合わせ面と対応する位置に設定した集束形の超音
   波探触子を用いる請求項１記載の接合幅測定検査方法。
3. 【請求項３】 ２枚の金属板の重ね合わせ面の一部を片
   側から溶接により接合してなる被検対象物における前記
   接合部の接合幅を超音波を用いて測定する装置であっ
   て、焦点を前記２枚の金属板の重ね合わせ面部と対応す
   る位置に合わせた集束形の超音波探触子と、前記接合部
   及びその両側の未接合部にわたって走査すべく前記超音
   波探触子と被検対象物とを相対移動させる手段と、前記
   未接合部及び接合部夫々からの反射エコーレベルを検出
   し、検出した反射エコーレベルパターンとこれに基いて
   定めた閾値とに基づき接合幅を測定する手段とを具備す
   ることを特徴とする接合幅測定検査装置。