KR20200027023A - 제어 방법, 검사 시스템, 프로그램 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

실시 형태에 관한 제어 방법은, 초음파의 송신 각도를 기준 각도로 설정하는 스텝을 포함한다. 상기 제어 방법은, 검출 스텝, 산출 스텝, 및 설정 스텝을 더 포함한다. 상기 검출 스텝에서는, 설정된 상기 송신 각도로 초음파를 송신하고, 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출한다. 상기 산출 스텝에서는, 상기 강도의 구배에 기초하여, 상기 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출한다. 상기 설정 스텝에서는, 상기 경사 각도에 기초하여 상기 송신 각도를 재차 설정한다.

Description

제어 방법, 검사 시스템, 프로그램 및 기억 매체
본 발명의 실시 형태는, 제어 방법, 검사 시스템, 프로그램 및 기억 매체에 관한 것이다.
초음파를 대상물을 향하여 송신하고, 그 반사파로부터 대상물의 상태의 양부를 검사하는 검사 방법이 있다. 이 검사 방법에 대하여, 초음파를 보다 적절한 각도로 대상물을 향하여 송신할 수 있는 제어 기술의 개발이 요망되고 있다.
일본 특허 공개 제2011-117877호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 검사에 있어서, 대상물을 향하여 송신되는 초음파의 각도를 보다 적절한 값으로 설정할 수 있는, 제어 방법, 검사 시스템, 프로그램, 및 기억 매체를 제공하는 것이다.
실시 형태에 관한 제어 방법은, 초음파의 송신 각도를 기준 각도로 설정하는 스텝을 포함한다. 상기 제어 방법은, 검출 스텝, 산출 스텝, 및 설정 스텝을 더 포함한다. 상기 검출 스텝에서는, 설정된 상기 송신 각도로 초음파를 송신하고, 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출한다. 상기 산출 스텝에서는, 상기 강도의 구배에 기초하여, 상기 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출한다. 상기 설정 스텝에서는, 상기 경사 각도에 기초하여 상기 송신 각도를 재차 설정한다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템을 도시하는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 3은 프로브 선단의 내부 구조를 도시하는 모식도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템의 구성을 예시하는 모식도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)는 용접부 근방의 화상을 예시하는 모식도이다.
도 9는 용접부 근방의 화상을 예시하는 모식도이다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 검사 시스템을 도시하는 모식도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 검사 시스템에 의한 표시예이다.
도 14는 제2 실시 형태에 관한 검사 시스템에 의한 표시예이다.
도 15는 제3 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 16은 제3 실시 형태에 관한 검사 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
이하에, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부분의 두께와 폭의 관계, 부분간의 크기의 비율 등은, 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다. 동일한 부분을 나타내는 경우라도, 도면에 따라 서로의 치수나 비율이 다르게 표시되는 경우도 있다.
본원 명세서와 각 도면에 있어서, 이미 설명한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절히 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템을 도시하는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템(100)은, 검사 장치(1) 및 처리부(2)를 포함한다. 검사 장치(1)는, 프로브(10), 촬상부(20), 도포부(30) 및 로봇 암(이하, 암이라 함)(40)을 포함한다.
용접에서는, 2개 이상의 부재의 일부끼리를 용융하여 접합시켜, 하나의 부재를 제작한다. 검사 시스템(100)은, 용접된 부분(이하, 용접부라 함)이 적절하게 접합되어 있는지, 비파괴의 검사를 행한다.
프로브(10)는, 복수의 센서를 포함한다. 복수의 센서는, 검사의 대상물(용접부)을 향하여 초음파를 송신하고, 대상물로부터의 반사파를 수신한다. 촬상부(20)는, 용접된 부재를 촬영하고, 화상을 취득한다. 촬상부(20)는, 화상으로부터 용접흔을 추출하고, 용접부의 위치를 검출한다. 도포부(30)는, 커플런트를 용접부의 상면에 도포한다. 커플런트는, 프로브(10)와 대상물 사이에서 초음파의 음향적 정합을 취하기 위해 사용된다. 커플런트는, 액체여도 되고, 겔상이어도 된다.
프로브(10), 촬상부(20) 및 도포부(30)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 암(40)의 선단에 마련된다. 암(40)은, 예를 들어 다관절 로봇이다. 암(40)의 구동에 의해, 프로브(10), 촬상부(20) 및 도포부(30)의 위치를 변화시킬 수 있다.
처리부(2)는, 검사 장치(1)에 의해 취득된 정보에 기초하여, 각종 처리를 실행한다. 처리부(2)는, 처리에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 검사 장치(1)에 포함되는 각 구성 요소의 동작을 제어한다. 처리부(2)는, 예를 들어 중앙 처리 장치(CPU)를 포함한다.
검사 장치(1)는, 처리부(2)와 유선 통신 또는 무선 통신으로 접속된다. 검사 장치(1)는, 네트워크를 통해 처리부(2)와 접속되어 있어도 된다. 또는, 검사 장치(1)에 처리부(2)가 내장되어, 검사 시스템(100)이 실현되어도 된다.
도 3은 프로브 선단의 내부 구조를 도시하는 모식도이다.
프로브(10) 선단의 내부에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 매트릭스 센서(11)가 마련되어 있다. 매트릭스 센서(11)는, 복수의 센서(12)를 포함한다. 센서(12)는, 초음파의 송신 및 수신이 가능하다. 센서(12)는, 예를 들어 트랜스듀서이다.
복수의 센서(12)는, 초음파가 송신되는 제1 방향과 교차하는 제2 방향과, 제1 방향 및 제2 방향에 평행한 면과 교차하는 제3 방향을 따라서 나열되어 있다. 도 3의 예에서는, 제1 방향은, z 방향에 대응한다. 제2 방향 및 제3 방향은, 각각, x 방향 및 y 방향에 대응한다. 이후에서는, 제1 방향, 제2 방향, 및 제3 방향이, 각각, 서로 직교하는 z 방향, x 방향 및 y 방향에 대응하는 경우에 대하여 설명한다.
도 3은 부재(90)의 용접부(93)가 적절하게 용접되어 있는지 검사하고 있는 모습을 도시하고 있다. 부재(90)는, 제1 부재(91)와 제2 부재(92)가, 용접부(93)에 있어서 스폿 용접되어 제작되어 있다. 용접부(93)는 응고부(94)를 포함한다. 응고부(94)는, 제1 부재(91)의 일부와 제2 부재(92)의 일부가 용융되어, 혼합되고 응고되어 형성된다. 각 센서(12)는, 커플런트(95)가 도포된 부재(90)를 향하여 초음파 US를 송신하고, 부재(90)로부터의 반사파 RW를 수신한다.
구체적인 일례로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 센서(12)로부터 용접부(93)를 향하여 초음파 US가 송신된다. 예를 들어, 각 센서(12)로부터 동시에 z 방향을 향하여 초음파 US가 송신됨으로써, z 방향으로 진행되는 초음파의 빔이 형성된다. 초음파 US는, 부재(90)의 상면 또는 저면에서 반사된다. 각 센서(12)는 반사파 RW를 수신한다. 센서(12)는, 소정의 시간 간격으로, 반사파의 강도를 복수회 검출한다.
다른 일례에서는, 하나의 센서(12)가 용접부(93)를 향하여 초음파 US를 송신한다. 각 센서(12)는, 그 반사파 RW를 수신하여 강도를 검출한다. 각각의 센서(12)가 순차적으로 초음파 US를 송신한다. 초음파 US가 각 센서(12)로부터 송신될 때마다, 복수의 센서(12)가 반사파 RW를 수신하고, 각 센서(12)에서 그 강도를 검출한다.
처리부(2)는, 각 센서(12)에서 검출된 반사파 RW의 강도에 기초하여, 용접부(93)에서 적절하게 제1 부재(91)와 제2 부재(92)가 용접되어 있는지를 판정한다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템의 구성을 예시하는 모식도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 처리부(2)는, 예를 들어 제어부(2a), 취득부(2b), 산출부(2c), 및 종료 판정부(2d)를 포함한다.
스텝 St1에 있어서, 제어부(2a)는, 대상물을 향하여 초음파를 송신할 때의 송신 각도를 설정한다. 스텝 St1에서는, 송신 각도는, 미리 설정된 기준 각도로 설정된다. 대상물 O의 형상과 자세가 기지이면, 기준 각도는, 초음파가 대상물의 표면에 대하여 수직으로 입사되는 값으로 설정된다. 또는, 기준 각도는, 수직으로 입사하는 값에 소정의 값을 가산한 값으로 설정되어도 된다. 송신 각도가 설정되면, 제어부(2a)는, 제어 신호를 검사 장치(1)에 송신한다. 검사 장치(1)는, 제어 신호를 수신하면, 초음파가 그 송신 각도를 향하여 송신되도록 동작한다.
송신 각도 θ의 각도 정보는, 도 6에 도시한 바와 같이, 참조 각도 RA에 대한 기울기 (θx, θy)로 표시된다. 참조 각도 RA는, 예를 들어 스텝 St1에서 송신 각도로서 설정되는 기준 각도와 동일하다.
검사 장치(1)에 있어서, 송신 각도는, 프로브(10)의 각도를 변화시킴으로써 조정된다. 또는, 초음파 빔의 송신 방향을 제어함으로써, 송신 각도가 조정되어도 된다. 예를 들어, 프로브(10)의 각도를 변경하지 않고, 프로브(10) 내에 배열되어 있는 센서(12)의 구동 타이밍을 제어함으로써, 초음파 빔의 송신 방향을 조정해도 된다.
스텝 St2(검출 스텝)에서는, 검사 장치(1)의 프로브(10)가 용접부(93)에 접촉한 상태에 있어서, 프로브(10)로부터 대상물을 향하여, 스텝 St1에서 설정된 송신 각도로 초음파를 송신한다. 프로브(10)는, 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출한다. 초음파는, 음향 임피던스가 서로 다른 재질끼리의 경계에서 강하게 반사된다.
예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 부재(91)는, 제1 면 S1 및 제2 면 S2를 갖는다. 제1 면 S1은, 프로브(10)와 제2 면 S2 사이에 위치한다. 용접부(93)는, 제3 면 S3 및 제4 면 S4를 갖는다. 제3 면 S3은, 프로브(10)와 제4 면 S4 사이에 위치한다. 용접부(93) 이외에서는, 초음파 US는, 제1 부재(91)의 제1 면 S1 및 제2 면 S2에서 강하게 반사된다. 용접부(93)에서는, 초음파 US는, 제3 면 S3 및 제4 면 S4에서 강하게 반사된다.
초음파가 어느 면에서 강하게 반사되고, 그 반사파가 센서(12)에 수신되면, 반사파 강도가 일시적으로 증대된다. 즉, 각 센서(12)에서, 반사파 강도의 피크가 검출된다. 프로브(10)로부터 초음파가 송신된 후, 프로브(10)에서 반사파의 강도의 피크가 검출될 때까지의 시간은, 각각의 면의 z 방향에 있어서의 위치에 의존한다. 따라서, 각 센서(12)에서, 반사파 강도의 피크를 검출함으로써, 초음파가 강하게 반사된 면의 위치를 조사할 수 있다.
반사파 RW는, 제1 부재(91)의 제1 면 S1과 제2 면 S2 사이, 및 용접부(93)의 제3 면 S3과 제4 면 S4 사이에서, 다중 반사된다. 이 결과, 센서(12)에서는, 반사파의 강도의 피크가 복수회 검출된다.
용접부(93)의 제4 면 S4는, 평면이 아닌 경우가 있다. 이것은, 용접부(93)가 응고부(94)를 포함하는 것이나, 용접의 과정에 있어서의 형상의 변형 등에 기초한다. 이 경우, 제4 면 S4에 대하여 평균적으로 수직인 방향을 따라서 초음파 US가 송신되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제4 면 S4에 있어서 보다 강하게 초음파가 반사되어, 검사의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
취득부(2b)는, 검사 장치(1)로부터, 송신 각도와, 각 센서(12)에 의해 검출된 반사파 강도를 포함하는 정보를 취득한다. 취득부(2b)는, 취득한 반사파 강도에 기초하여, 화상을 생성해도 된다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c) 및 도 9는 용접부 근방의 화상을 예시하는 모식도이다.
도 8의 (a)는 촬상부(20)에 의해 촬영된 용접부의 화상을 도시한다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 A-A' 단면에 대응하는 화상을 도시한다. 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 B-B' 단면에 대응하는 화상을 도시한다. 도 9는 화상의 전체를 도시한다. 화상은, 도 9에 도시한 바와 같이, 삼차원 위치의 각각에 있어서의 값을 보유한 볼륨 데이터이다.
도 8의 (b)의 화상은, x 방향 및 z 방향의 각 점의 반사파 강도를 나타낸다. z 방향에 있어서의 위치는, 반사파 강도가 검출된 시간에 대응한다. 즉, 도 8의 (b)의 화상은, x 방향으로 배열된 복수의 센서(12)에서, 반사파 강도가 복수회 검출된 결과에 기초한다. 도 8의 (c)의 화상은, y 방향 및 z 방향의 각 점의 반사파 강도를 나타낸다. 도 8의 (b)와 마찬가지로, 도 8의 (c)의 화상에 있어서, z 방향에 있어서의 위치는, 반사파 강도가 검출된 시간에 대응한다. 도 8의 (b), 도 8의 (c), 및 도 9의 화상에 포함되는 각 점(화소)의 휘도는, 반사파의 강도에 대응한다. 휘도가 높고, 색이 하얄수록(도트의 밀도가 낮을수록), 반사파의 강도가 높음을 나타낸다.
화상 중에는, 휘도가 상대적으로 높은 화소가, z 방향과 교차하는 방향으로 연속한 부분이 존재한다. 도 8의 (b) 및 도 8의 (c)에서는, 그것들의 부분의 일부인 부분 p1 내지 p4를 예시하고 있다. 부분 p1 내지 p4는, 초음파가 강하게 반사된 면을 나타내고 있다.
도 8의 (b) 및 도 8의 (c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 용접부(93)와 그 이외의 개소에서는, 면이 검출된 z 방향에 있어서의 위치가 상이하다. 예를 들어, 도 8의 (b)의 화상에서는, 부분 p1의 z 방향에 있어서의 위치는, 부분 p2의 z 방향에 있어서의 위치와 상이하다. 도 8의 (c)의 화상에서는, 부분 p3의 z 방향에 있어서의 위치는, 부분 p4의 z 방향에 있어서의 위치와 상이하다. 이것은, 용접부(93) 이외의 개소의 저면(제2 면 S2)의 z 방향에 있어서의 위치가, 용접부(93)의 저면(제4 면 S4)의 z 방향에 있어서의 위치와 상이한 것에 기초한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제1 부재(91)의 제1 면 S1과 제2 면 S2 사이의 거리는, 용접부(93)의 제3 면 S3과 제4 면 S4 사이의 거리와 상이하다. 따라서, 용접부(93)와 그 이외의 장소에서는, z 방향에 있어서 면이 검출되는 주기가 상이하다.
스텝 St3(산출 스텝)에서는, 산출부(2c)가, 스텝 St2에서 검출된 반사파 강도의 구배에 기초하여, 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출한다. 구체적으로는, 스텝 St3은, 스텝 St3a 및 St3b를 포함한다.
스텝 St3a에서는, x 방향, y 방향, 및 z 방향을 포함하는 삼차원 공간 상의 소정 영역 내에 있어서, 각 점에 있어서의 반사파 강도의 구배가 산출된다. 이 처리는, 반사파 강도에 기초하여 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같은 화상이 생성되는 경우, 소정의 영역 내에 있어서 화소마다 화소값의 구배를 산출하는 것에 대응한다.
좌표 (x, y, z)에 있어서의 반사파의 강도를 I(x, y, z)라 한다. 소정의 영역이란, 예를 들어 상수 x1, x2, y1, y2, z1, z2를 사용하여 부여되는, x1≤x≤x2, y1≤y≤y2, z1≤z≤z2를 만족시키는 좌표가 나타내는 영역이다. x1, x2, y1 및 y2는, 소정의 영역이 용접부(93)에 포함되도록 지정하는 것이 바람직하다. 지정되는 영역의 외형은, 직사각형이어도 되고, 원형이나 그 이외의 임의의 형상이어도 된다. z 방향의 범위에 대해서는, 예를 들어 깊이가 얕은 영역은, 용접부(93)의 저면(제4 면 S4)이 나타나지 않기 때문에 제외하고, 제4 면 S4에서 반사된 다중 반사파가 1회 나타나는 정도로 지정한다. 도 8의 (b) 및 도 8의 (c)에 있어서, 영역 r1 및 r2는, 설정된 영역의 일례를 나타낸다.
반사파의 강도의 구배는, 이하의 식 1로 계산된다.
(식 1)
Figure pct00001
G(x, y, z)는 좌표 (x, y, z)에 있어서의, x 방향, y 방향 및 z 방향의 반사파 강도의 구배를 나타내는 3차원 벡터이다. 식 1은, 구배를 전진 차분에 의해 산출하였다. 이 외에, 후진 차분이나 중심 차분 등의, 일반적인 구배의 계산 방법이 사용되어도 된다.
스텝 St3b에서는, 반사파 강도의 구배에 기초하여, 용접부(93)의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출한다. 먼저, 상술한 소정의 영역 내에서 계산한 구배의 평균을 산출한다. 이것을 평균 구배라 칭한다. 평균 구배의 산출 방법은, 단순한 평균에 한하지 않고, 가중 평균으로 해도 된다.
예를 들어, x 좌표 및 y 좌표가 소정의 영역의 중심에 가까울수록, 큰 가중치를 부여하도록 설정된다. x 좌표 및 y 좌표의 소정의 영역의 중심은, ((x1+x2)/2, (y1+y2)/2)로 표시된다. 이에 의해, 용접부(93) 이외의 영역이 평균 처리에 기여하는 영향을 저감할 수 있다. 또는, G(x, y, z)가 큰 값일수록 큰 가중치를 부여해도 된다. 또는, 검사의 대상물에 관한 정보에 기초하여, 가중치가 부여되어도 된다. 예를 들어, 용접부(93)의 제4 면 S4가 나타날 것으로 예상되는 z 방향의 좌표에 가까울수록, 큰 가중치를 부여해도 된다. 이에 의해, 보다 용접부(93)의 제4 면 S4로부터의 반사파에 기초한 평균 처리가 가능해진다. 또는, 상술한 평균 처리를, 메디안을 산출하는 처리로 치환해도 된다.
송신 각도에 대한 용접부(93)의 기울기를 나타내는 차분 각도를, 상술한 평균 구배를 사용하여 산출한다. 평균 구배를 GM으로 기재한다. 먼저, 평균 구배로부터 스케일 정보를 제외하고, 방향 정보를 나타내는 다음 식의 2차원 벡터를 계산한다.
(식 2)
Figure pct00002
GM(x), GM(y), GM(z)는, 각각, 평균 구배의 x, y, z 방향의 성분이다. 식 2의 제1 성분으로부터 차분 각도의 θx 성분을 산출하고, 제2 성분으로부터 차분 각도의 θy 성분을 산출한다. 산출은, x 방향, y 방향 및 z 방향에 있어서의 반사파 강도의 검출 피치로부터 역산하는 방법을 채용할 수 있다.
또는, 미리, 용접부(93)를 다양한 각도로 기울이고, 각각의 각도에 있어서 프로브(10)로 반사파를 검출해도 된다. 이 검출 결과에 기초하여, 식 2의 제1 성분 및 제2 성분과 차분 각도의 관계를 테이블화한다. 그 테이블을 사용하여 각도를 산출한다. 혹은, 회귀식의 형태로 산출 관계를 보유해도 된다. 다음에, 차분 각도의 부호를 반전한 각도와, 현재의 송신 각도의 합에 의해, 대상물의 기울기에 대응하는 경사 각도를 산출한다.
도 8의 (b)의 화상 중에 표시한 화살표 A1은, X-Z면에 있어서의 반사파 강도의 구배를 나타낸다. 마찬가지로, 도 8의 (c)의 화상 중에 표시한 화살표 A2는, Y-Z면에 있어서의 반사파 강도의 구배를 나타낸다.
경사 각도는, 상술한 바와 같이 참조 각도 RA를 기준으로 한 각도여도 되고, 그 시점의 송신 각도에 대한 차분 각도의 부호를 반전한 각도여도 된다. 예를 들어, 송신 각도와, 산출된 대상물의 면의 기울기의 차분이 경사 각도로서 산출되어도 된다. 이와 같은 차분도, 실질적으로 대상물의 기울기를 나타낸다.
스텝 St4(판정 스텝)에서는, 종료 판정부(2d)가, 화상의 취득을 종료할지 여부를 판정한다. 종료로 판정되지 않은 경우, 스텝 St5(설정 스텝)가 실행된다. 스텝 St5에서는, 제어부(2a)가, 스텝 St3에서 산출된 경사 각도에 기초하여, 송신 각도를 재차 설정한다. 제어부(2a)는, 재설정한 송신 각도를 포함하는 제어 신호를 검사 장치(1)에 송신한다. 이에 의해, 다시 스텝 St2가 실행된다. 즉, 스텝 St2, 스텝 St3, 스텝 St4, 및 스텝 St5를 포함하는 제1 루프가, 스텝 St4에서 종료로 판정될 때까지 반복하여 실행된다.
예를 들어, 스텝 St4에서는, 스텝 St2 또는 스텝 St3이 소정의 횟수 반복된 경우, 종료로 판정한다.
다른 일례에서는, 반복마다 스텝 St3에 있어서 산출된 경사 각도를 기억해 둔다. 경사 각도의 산출 결과가 수렴되었다고 판정된 경우에, 종료로 판정한다. 예를 들어, 제1 루프가 복수회 실행되고, n회째의 스텝 St3에 의해 제1 경사 각도가 산출된다. n+1회째의 스텝 St3에 의해, 제2 경사 각도가 산출된다. 제2 경사 각도와 제1 경사 각도의 차를 산출하고, 이 차가 소정의 값보다 작아진 경우에, 종료로 판정한다. 제2 경사 각도와 제1 경사 각도의 차는, 예를 들어 θx 성분의 차의 절댓값과 θy 성분의 차의 절댓값의 합이다.
예를 들어, 스텝 St5에서는, 새롭게 설정되는 송신 각도 θNEXT로서, 경사 각도가 그대로 사용된다.
또는, 현재의 송신 각도 θ와, 경사 각도를 사용하여, 송신 각도 θNEXT가 설정되어도 된다. 예를 들어, 송신 각도 θNEXT와 송신 각도 θ의 차가, 경사 각도와 송신 각도 θ의 차보다도 커지도록 결정해도 된다. 이때, θx 성분 및 θy 성분 중 적어도 어느 것의 차가, 보다 커지도록 한다. 이렇게 함으로써, 송신 각도 θ와는 상이한 각도이며, 또한 용접부(93)의 기울기로서 예측되는 경사 각도의 주변에서, 재차 경사 각도가 산출된다. 이에 의해, 다음에 산출되는 경사 각도의 정밀도를 높일 수 있다. 반사파의 강도의 검출 정밀도 등의 요인으로, 산출된 경사 각도가 실제의 용접부(93)의 기울기보다도 작은 경우에, 각도의 변화량을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 반복하여 산출되는 경사 각도의 수렴을 빠르게 할 수 있다.
특히, 송신 각도 θNEXT의 갱신된 횟수가 적을 때는, 송신 각도 θ가 수렴되어 있지 않은 경우가 많다. 따라서, 스텝 St5가 소정의 횟수 실행될 때까지는, 송신 각도 θNEXT를, 송신 각도 θNEXT와 송신 각도 θ의 차가 경사 각도와 송신 각도 θ의 차보다도 커지도록 설정하는 것이 바람직하다. 소정의 횟수 이후는, 송신 각도 θNEXT를, 예를 들어 송신 각도 θNEXT와 송신 각도 θ의 차가 경사 각도와 송신 각도 θ의 차와 동일하게 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10에 있어서, 횡축은 θx 성분을 나타내고, 종축은 θy 성분을 나타낸다. 도 10의 (a)는, 송신 각도 θNEXT로서 산출된 경사 각도를 그대로 사용한 경우의, 송신 각도의 천이를 나타낸다. 도 10의 (b)는 첫회의 송신 각도 θNEXT의 설정에 있어서, 송신 각도 θNEXT를, 송신 각도 θNEXT와 송신 각도 θ의 차가 경사 각도와 송신 각도 θ의 차의 2배가 되도록 설정한 경우의, 송신 각도의 천이를 나타낸다.
도 10의 (a)에 도시한 송신 각도 θ, θ1 및 θ2와 같이, 반사파의 강도의 검출 정밀도가 낮은 경우, 실제의 용접부(93)의 경사 각도 θ0을 향하여, 송신 각도가 조금씩 수렴되어 가는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 상술한 방법에 의하면, 도 10의 (b)에 도시한 송신 각도 θ 및 θ3과 같이, 송신 각도를 경사 각도 θ0을 향하여 보다 빠르게 수렴시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 루프의 실행 횟수를 적게 하여, 검사에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
다른 예로서는, 반복마다의 경사 각도를 보존해 두고, 소정의 반복 횟수 이내에 계산된 경사 각도에 기초하여 송신 각도 θNEXT를 산출한다. 예를 들어, 소정의 반복 횟수 이내에 계산된 경사 각도의 평균에 의해, θNEXT를 산출한다.
스텝 St4에서 종료로 판정되면, 스텝 St6이 실행된다. 스텝 St6에서는, 송신 각도를 도출 각도로 설정한 상태에서, 스텝 St2가 실행되었는지 판정된다. 도출 각도는, 그때까지 산출된 경사 각도에 기초하여 도출되며, 대상물의 기울기에 대응한다고 추정되는 각도이다. 예를 들어, 도출 각도로서, 직전에 산출된 경사 각도가 설정된다. 직전에 산출된 경사 각도는, 실제의 대상물의 기울기에 가장 가깝다고 생각되기 때문이다. 또는, 직전에 산출된 복수의 경사 각도의 평균이 도출 각도로서 설정되어도 된다. 송신 각도가 도출 각도로 설정된 상태에서 스텝 St2가 실행되지 않은 경우, 스텝 St7 및 스텝 St8이 실행된다. 스텝 St7에서는, 송신 각도를 도출 각도로 설정한다. 스텝 St8에서는, 스텝 St2와 마찬가지로, 설정된 송신 각도로 대상물을 향하여 초음파를 송신하고, 그 반사파의 강도를 검출한다. 스텝 St8의 검출 결과에 기초하여, 화상이 생성되어도 된다.
스텝 St8 후, 또는 그때까지 송신 각도가 도출 각도로 설정된 상태에서 스텝 St2가 실행된 경우, 검사를 종료한다.
상술한 바와 같이, 용접이 적절하게 되어 있는지 여부의 검사에 있어서, 부재(90)를 향하여 송신하는 초음파의 각도는, 검사 결과에 영향을 미친다. 프로브(10)의 각도가 부적절한 상태에서 검사가 행해지면, 실제로는 적절하게 접합되어 있음에도 불구하고, 미접합으로 판정될 가능성이 있다. 이 때문에, 프로브(10)의 각도는, 적절한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
초음파의 송신 각도가 대상물의 면에 대하여 수직일수록, 그 면에서 반사되는 초음파의 강도가 높아져, 그 면의 위치를 보다 고정밀도로 검출할 수 있다. 따라서, 송신 각도는, 대상물인 용접부(93)의 면에 대하여 수직으로 설정되는 것이 바람직하다.
제1 실시 형태에 관한 검사 시스템(100) 및 제어 방법에 의하면, 상술한 바와 같이, 반사파의 강도의 구배에 기초하여, 검사 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도가 산출된다. 반사파의 강도의 구배를 사용함으로써, 실제의 대상물의 기울기에 가까운 경사 각도를 산출할 수 있다. 산출된 경사 각도에 기초하여 송신 각도를 설정함으로써, 대상물을 향하여 송신되는 초음파의 각도를 보다 적절한 값으로 설정할 수 있다. 이에 의해, 검사의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또는, 적절한 검사 결과가 얻어질 때까지 송신 각도를 재차 설정하는 경우, 적절한 송신 각도를 보다 빠르게 발견할 수 있어, 검사에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
여기에서는, 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템(100) 및 제어 방법을 사용하여, 용접부(93)를 검사하는 예를 설명하였다. 제1 실시 형태에 관한 검사 시스템(100) 및 제어 방법에 의하면, 용접부 이외의 검사도 가능하다. 예를 들어, 외부로부터는 이면측을 시인할 수 없는 금속제의 용기에 대하여, 그 이면의 변형의 검사 등을 행할 수 있다. 이들 검사에 있어서도, 본 실시 형태에 따르면, 검사의 정밀도를 향상시키거나, 또는 검사에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 11은 제2 실시 형태에 관한 검사 시스템을 도시하는 모식도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
제2 실시 형태에 관한 검사 시스템(200)은, 표시부(3)를 더 포함한다. 표시부(3)는, 예를 들어 처리부(2)와 유선 접속 또는 무선 접속된다. 표시부(3)는, 검사 장치(1)에서 취득된 정보 또는 처리부(2)에서 처리된 정보를 표시한다. 표시부(3)는, 예를 들어 디스플레이, 터치 패널, 또는 프린터를 포함한다.
제2 실시 형태에 관한 제어 방법은, 도 12에 도시한 바와 같이, 스텝 St11을 더 포함한다. 스텝 St11에서는, 스텝 St2가 실행될 때마다, 촬상 각도와, 그 시점에서의 송신 각도 중 적어도 한쪽을 표시부(3)에 표시한다.
도 13 및 도 14는, 제2 실시 형태에 관한 검사 시스템에 의한 표시예이다.
예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 표시부의 디스플레이에, 송신 각도를 나타내는 θx 및 θy를 플롯하기 위한 그래프가 표시된다. 스텝 St2 및 St3이 실행될 때마다, 실행된 횟수와 송신 각도가 플롯되어 간다. 이에 의해, 유저가 송신 각도의 천이를 용이하게 확인할 수 있다. 마찬가지로 하여 경사 각도가 플롯되어도 된다. 이에 의해, 유저는, 경사 각도가 수렴되었는지 여부, 확실하게 경사 각도가 산출되었는지 여부를 용이하게 확인할 수 있다. 또는, 상술한 플롯의 방법 이외에, 텍스트 형식으로 이력이 표시되어도 된다.
다른 표시의 예로서는, x 방향 및 y 방향의 각 좌표에 대하여 스텝 St3과 마찬가지의 처리에 의해 경사 각도를 산출하고, 각 좌표에 있어서의 경사 각도를 표시한다. 도 14는 그 일례이다. 도 14에 있어서, 각 점의 휘도는, 그 점에 있어서의 기울기를 나타낸다. 도 14의 우측 하단에는, 각도의 범례 L이 표시되어 있다. 도 14에서는, 화상 중앙의 용접부(93)와 그 주변의 비용접부에 있어서, 상이한 경사 각도가 산출된 모습이 도시되어 있다. 이 표시에 의하면, 유저는, 용접부(93)의 외형(제4 면 S4의 기울기)을 용이하게 파악할 수 있다.
도 13에 도시한 그래프와, 도 14에 도시한 화상의 양쪽이 표시되어도 된다. 예를 들어, 용접부(93)의 제4 면 S4가 만곡되어 있는 경우 등은, 경사 각도의 산출 횟수가 많아지고, 검사 시간도 길어질 가능성이 있다. 이 경우에, 도 13에 도시한 그래프와 도 14에 도시한 화상의 양쪽이 표시됨으로써, 유저는, 산출 횟수가 많은 것, 및 산출 횟수가 많은 이유를 용이하게 파악할 수 있게 된다.
(제3 실시 형태)
도 15는 제3 실시 형태에 관한 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
제3 실시 형태에 관한 제어 방법은, 도 15에 도시한 바와 같이, 스텝 St21, St22 및 St23을 더 포함한다.
스텝 St21에서는, 스텝 St2에서 얻어진 검출 결과가, 검사 조건을 만족시키는지를 판정한다. 스텝 St21에서 합격으로 판정되면, 스텝 St22에서는, 검사가 합격으로 판정되고, 처리를 종료한다. 스텝 St21에서 불합격으로 판정되면, 스텝 St3이 실행된다. 스텝 St23은, 스텝 St6 또는 St8 후에 실행된다. 스텝 St23에서는, 스텝 St8에서 얻어진 검출 결과가 검사 조건을 만족시키는지의 합격 여부를 판정한다.
예를 들어, z 방향에 있어서 인접하는 반사파 강도의 피크간의 거리가 소정의 역치 이상인 것이, 검사 조건으로서 설정된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 용접부(93)의 제3 면 S3과 제4 면 S4 사이의 거리는, 제1 부재(91)의 제1 면 S1과 제2 면 S2 사이의 거리보다도 길다. z 방향에 있어서의 반사파의 강도의 피크는, 면의 위치에 대응한다. 따라서, 적절하게 용접되어 있는 경우, 검출되는 반사파의 강도의 피크간의 거리는, 제1 부재(91)의 제1 면 S1 및 제2 면 S2에 대응하는 피크간의 거리보다도 길어진다. 역치는, 예를 들어 제1 부재(91)의 제1 면 S1과 제2 면 S2 사이의 거리, 또는 용접부(93)의 제3 면 S3과 제4 면 S4 사이의 거리에 기초하여 설정된다.
예를 들어, x 방향 및 y 방향의 각 점(각 센서(12))에서 검출된 반사파 강도의 피크간의 거리를, 소정의 역치와 비교한다. 다음에, 피크간의 거리가 역치 이상인 점의 수를 카운트한다. 계속해서, 카운트수가, 미리 설정된 다른 역치 이상인 경우, 적절하게 접합되어 있다고 판정된다.
도 15에 도시한 방법에 의하면, 검사 조건에 합격한 시점에서 검사가 종료된다. 이 때문에, 보다 조기에 검사를 종료할 수 있다.
도 16은 제3 실시 형태에 관한 검사 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
제3 실시 형태에 관한 검사 시스템(300)에서는, 처리부(2)는, 양부 판정부(2e)를 더 포함한다. 양부 판정부(2e)는, 스텝 St21, St22 및 St23을 실행한다.
도 16에 도시한 예에서는, 검사 시스템(300)은, 표시부(3)를 더 포함한다. 표시부(3)는, 상술한 바와 같이, 송신 각도 또는 경사 각도의 천이를 표시한다. 또한, 양부 판정부(2e)는, 표시부(3)에 판정 결과를 송신해도 된다. 표시부(3)는, 판정 결과를 수신하면, 그 판정 결과를 표시한다.
이상의 예에서는, 제2 방향 및 제3 방향으로 배열된 복수의 센서(12)에 의해, 반사파 강도가 복수회 검출되는 경우를 설명하였다. 이 방법에 의하면, 3차원의 볼륨 데이터가 취득된다. 실시 형태는, 이 예에 한정되지 않고, 복수의 센서(12)에 의해 2차원의 데이터가 취득되어도 된다. 예를 들어, 복수의 센서(12)는, 제2 방향 또는 제3 방향으로 배열되어, 반사파 강도가 복수회 검출된다. 이 경우, 조정되는 송신 각도의 성분은, θx 및 θy 중 어느 것이 된다. 이 경우에도, 상술한 각 실시 형태에 관한 방법을 사용함으로써, 보다 적절한 θx 또는 θy를 보다 단시간에 발견할 수 있어, 검사에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
이상에서 설명한 각 실시 형태에 따르면, 검사에 있어서 대상물을 향하여 송신되는 초음파의 각도를 보다 적절한 값으로 설정할 수 있는 제어 방법 및 검사 시스템을 제공할 수 있다. 이상에서 설명한 각 실시 형태를 시스템에 실행시키기 위한 프로그램 및 그 프로그램을 기억한 기억 매체를 사용함으로써, 검사에 있어서 대상물을 향하여 송신되는 초음파의 각도를 보다 적절한 값으로 설정할 수 있다.
본원 명세서에 있어서, 「수직」 및 「평행」은, 엄밀한 수직 및 엄밀한 평행뿐만 아니라, 예를 들어 제조 공정에 있어서의 변동 등을 포함하는 것이며, 실질적으로 수직 및 실질적으로 평행이면 된다.
이상, 구체예를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는, 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 검사 장치 및 처리부 등의 각 요소의 구체적인 구성에 관해서는, 당업자가 공지의 범위로부터 적절히 선택함으로써 본 발명을 마찬가지로 실시하고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
각 구체예의 어느 2개 이상의 요소를 기술적으로 가능한 범위에서 조합한 것도, 본 발명의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
그 밖에, 본 발명의 실시 형태로서 상술한, 제어 방법, 검사 시스템, 프로그램, 및 기억 매체를 기초로 하여, 당업자가 적절히 설계 변경하여 실시할 수 있는 모든 제어 방법, 검사 시스템, 프로그램 및 기억 매체도, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위에 속한다.
그 밖에, 본 발명의 사상의 범주에 있어서, 당업자라면 각종 변경예 및 수정예에 상도할 수 있는 것이며, 그것들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 설정된 송신 각도로 초음파를 송신하고, 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출하는 검출 스텝과,
    상기 강도의 구배에 기초하여, 상기 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출하는 산출 스텝
    을 구비한 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사 각도에 기초하여 상기 송신 각도를 재차 설정하는 설정 스텝을 더 구비한 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출 스텝에서는, 상기 초음파의 송신 방향의 복수의 위치에 대하여 상기 반사파의 강도를 검출하고,
    상기 산출 스텝에서는, 상기 복수의 위치에 대하여 검출된 상기 강도로부터, 상기 복수의 위치의 각각에 대하여 강도의 구배를 산출하고, 복수의 상기 강도의 구배에 기초하여 상기 경사 각도를 산출하는 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사 각도에 기초하는 정보를 표시부에 표시시키는 표시 스텝을 더 구비한 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 설정 스텝 후에, 상기 검출 스텝 및 상기 산출 스텝을 재차 실행하는 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 설정 스텝 후에, 상기 검출 스텝, 상기 산출 스텝, 및 상기 설정 스텝을 반복하는 제1 루프를 실행하고,
    상기 제1 루프는, 상기 제1 루프를 종료할지 판정하는 판정 스텝을 포함하고,
    상기 판정 스텝에 있어서 상기 제1 루프를 종료하는 것으로 판정될 때까지, 상기 제1 루프를 실행하는 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판정 스텝에서는, 상기 검출 스텝 또는 상기 산출 스텝의 반복 횟수가 소정의 횟수 이상이 되면, 상기 제1 루프를 종료하는 것으로 판정되는 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 루프에 의해, 제1 경사 각도와, 상기 제1 경사 각도 후에 산출된 제2 경사 각도를 포함하는 복수의 상기 경사 각도가 산출되면, 상기 제2 경사 각도와 상기 제1 경사 각도의 차를 산출하고,
    상기 판정 스텝에서는, 상기 차가 소정의 값보다도 작으면, 상기 제1 루프를 종료하는 것으로 판정되는 제어 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 루프에 의한 상기 송신 각도 또는 상기 경사 각도의 천이를 표시부에 표시시키는 표시 스텝을 더 구비한 제어 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 설정 스텝에서는, 상기 송신 각도를, 기준 각도와 상기 경사 각도의 차보다도 크게 변화시키는 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 스텝에서는, 복수의 점에서, 상기 강도를 복수회 검출하고,
    상기 복수의 점은, 상기 초음파가 송신되는 제1 방향과 교차하는 제2 방향과, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따르는 면과 교차하는 제3 방향을 따라서 나열되고,
    상기 산출 스텝은, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향을 포함하는 3차원 공간에 있어서의 상기 강도의 상기 구배에 기초하여, 상기 경사 각도를 산출하는 제어 방법.
  12. 초음파를 송신하고, 상기 초음파가 송신되는 제1 방향과 교차하는 제2 방향과, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 포함하는 면과 교차하는 제3 방향을 따라서 나열되는 복수의 점에서 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출하는 검출 스텝과,
    상기 복수의 점의 각각에 대하여, 상기 강도의 구배에 기초하여, 상기 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출하는 산출 스텝과,
    상기 복수의 점의 각각에 있어서의 상기 경사 각도를 표시부에 표시시키는 표시 스텝
    을 구비한 제어 방법.
  13. 초음파의 송신 및 수신이 가능한 센서를 포함하는 프로브와,
    설정된 송신 각도로 초음파를 송신하고, 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출하고,
    상기 강도의 구배에 기초하여, 상기 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출하는 처리부를 구비한 검사 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로브는, 상기 초음파가 송신되는 제1 방향과 교차하는 제2 방향과, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 포함하는 면과 교차하는 제3 방향을 따라서 나열되는 복수의 점에서 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출하는 검사 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 경사 각도에 기초하여 상기 송신 각도를 재차 설정하는 검사 시스템.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 초음파의 송신 방향의 복수의 위치에 대하여 상기 반사파의 강도를 검출하고,
    상기 복수의 위치에 대하여 검출된 상기 강도로부터, 상기 복수의 위치의 각각에 대하여 강도의 구배를 산출하고, 복수의 상기 강도의 구배에 기초하여 상기 경사 각도를 산출하는 검사 시스템.
  17. 처리부에,
    설정된 송신 각도로 초음파를 송신하고, 대상물로부터의 반사파의 강도를 검출하는 검출 스텝과,
    상기 강도의 구배에 기초하여, 상기 대상물의 기울기를 나타내는 경사 각도를 산출하는 산출 스텝
    을 실행시키는 프로그램.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 처리부에, 상기 경사 각도에 기초하여 상기 송신 각도를 재차 설정하는 설정 스텝을 더 실행시키는 프로그램.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 검출 스텝에서는, 상기 초음파의 송신 방향의 복수의 위치에 대하여 상기 반사파의 강도를 검출시키고,
    상기 산출 스텝에서는, 상기 복수의 위치에 대하여 검출된 상기 강도로부터, 상기 복수의 위치의 각각에 대하여 강도의 구배를 산출시키고, 복수의 상기 강도의 구배에 기초하여 상기 경사 각도를 산출시키는 프로그램.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 상기 프로그램을 기억한 기억 매체.
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