WO2009096146A1 - 溶接検査方法および溶接検査装置 - Google Patents

溶接検査方法および溶接検査装置 Download PDF

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inspection method
nugget
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Hiroshi Fukuda
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Hino Motors, Ltd.
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    • G01N2291/267—Welds
    • G01N2291/2672—Spot welding

Definitions

  • the present invention relates to a welding inspection method and a welding inspection apparatus.
  • a structural material obtained by joining the ends of thin steel plates and welding them is often used.
  • a truck frame is a thick steel plate bent into a U-shape.
  • the cabin, the roof, and the like are made by combining bent thin steel plates to form a structural material having a square cross section.
  • a material obtained by welding a thin steel plate that has been pressed and bent is frequently used.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams for explaining a conventional welding inspection method, in which a conventional ultrasonic probe (hereinafter simply referred to as a probe) 10 and steel plates 13-1 and 13-2 as inspection materials are shown. It is a figure which shows these positional relationships.
  • FIG. 3 is a view showing a welded portion (referred to as a nugget) 12.
  • spot welding will be described, but the application range of the present invention is not limited to spot welding.
  • the probe 10 includes a probe 11, and the probe 11 includes an ultrasonic transmission / reception element.
  • the probe 11 is connected to a welding inspection apparatus (not shown), and transmits and receives ultrasonic waves as pulse signals.
  • the welding inspection apparatus receives a reflected wave and measures its intensity every time one pulse signal is transmitted.
  • the probe 10 includes a contact portion 14, and the inside of the contact portion 14 is filled with a liquid such as water. Thereby, the ultrasonic wave emitted from the probe 11 can be efficiently transmitted to the steel plate 13-1.
  • the contact portion 14 is formed of elastic rubber or the like so that the degree of adhesion between the probe 10 and the steel plate 13-1 does not change even if the angle of the probe 10 changes slightly.
  • the nugget 12 is formed on the boundary surface between the superposed steel plates 13-1 and 13-2.
  • FIG. 3 shows an example in which two steel plates 13-1 and 13-2 are overlapped, but the same applies even when the number of overlapped sheets is two or more.
  • the probe 10 is necessarily applied directly above the spot welding site 15. Furthermore, in order to obtain a reflected wave efficiently, the ultrasonic reflection surface must be substantially perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic wave, and the angle adjustment of the probe 10 requires accuracy.
  • FIG. 5 is a diagram showing the test results for the normal nugget 12, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents reflected wave intensity.
  • the ultrasonic waves emitted from the probe 10 toward the steel plate 13-1 reciprocate several times between the surface of the steel plate 13-1 and the back surface of the steel plate 13-2 during a certain period of time. Energy decays and disappears. While this ultrasonic wave reciprocates in the steel plates 13-1 and 13-2, a part of the ultrasonic wave reflected between the surface of the steel plate 13-1 and the back surface of the steel plate 13-2 returns to the probe 10.
  • FIG. 5 shows an example in which an image is displayed using an image display device (such as an oscilloscope) so that the examiner can visually recognize the waveform of the ultrasonic wave returned to the probe 10.
  • FIG. 5 shows an ultrasonic waveform when the state of the nugget 12 is normal.
  • a plurality of repetitive waveforms depending on the thickness of the steel plates 13-1 and 13-2 appear, and a waveform pattern is output in which the repetitive waveforms draw a predetermined attenuation curve.
  • the quality determination of the nugget 12 is performed by evaluating the number of these waveforms, the peak value of each waveform, the distance between each waveform, the presence or absence of a waveform that does not originally appear, and the like.
  • the horizontal axis is a time axis indicating the distance in the plate thickness direction of the steel plates 13-1 and 13-2 (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 6 is a diagram showing a state in which the nugget 12 is not formed normally and peeling occurs between the steel plates 13-1 and 13-2.
  • FIG. 7 is a diagram showing a test result for an incomplete nugget 12 in which peeling has occurred. Time is taken on the horizontal axis and the intensity of the reflected wave is taken on the vertical axis.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state in which a small nugget 12 is formed.
  • FIG. 9 is a diagram showing the test results for the small nugget 12, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents reflected wave intensity.
  • the normal nugget 12 shown in FIG. 5 is formed in the inspection range by the probe 10 and the peeling shown in FIG. 7 is generated. And the same state as appearing in parallel. Therefore, a waveform in which the large waveform shown in FIG. 5 and the small waveform shown in FIG. 7 are mixed appears.
  • a small waveform that appears between large waveforms is called a Napoleon hat. When such a Napoleon hat appears, it can be determined that a smaller nugget 12 is formed than in a normal case.
  • the probe 10 is placed on the nugget 12 at a right angle to the steel plate 13-1, and the inspection is performed.
  • the probe has a contact portion (reference numeral 14 in FIG. 1) formed of a material having elasticity such as rubber. And it is comprised so that the probe and a steel plate may be closely_contact
  • the present invention has been made to solve such a problem, and does not require the skill level of the inspector, and does not need to wait for the temperature of the spot welded portion to decrease. It is an object of the present invention to provide a welding inspection method and a welding inspection apparatus in which a portion is not consumed or damaged.
  • the present invention is a welding inspection method for judging the quality of welding performed on a plurality of stacked metal plates.
  • the probe temporarily placed on the surface makes ultrasonic waves incident on the boundary surfaces of the plurality of metal plates from an oblique direction.
  • the probe is temporarily placed at a position where ultrasonic waves incident obliquely with respect to the boundary surface of the metal plate pass through the nuggets generated at the boundary of the plurality of metal plates.
  • the display processing means can display an image of ultrasonic reflected waves.
  • the display processing means can display the contents of the inspection result estimated based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave.
  • the display processing unit can output information indicating the inspection result estimated based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave to the external device.
  • welding is spot welding.
  • the probe does not have a contact portion formed of a flexible material such as rubber, so that the probe is not consumed or damaged.
  • the present invention is a welding inspection apparatus for judging the quality of welding performed on a plurality of stacked metal sheets. It is characterized by comprising a probe that is temporarily placed in the vicinity of the part, and means for making ultrasonic waves incident on the boundary surfaces of the plurality of metal plates from an oblique direction through the probe.
  • a display processing means for displaying an image of reflected ultrasonic waves can be provided.
  • display processing means for displaying the contents of the inspection result estimated based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave can be provided.
  • a display processing unit that outputs information indicating an inspection result estimated based on the intensity of the reflected wave of the ultrasonic wave to an external device can be provided.
  • an accurate inspection can be performed regardless of the skill level of the inspector.
  • the probe is not consumed or damaged.
  • it does not depend on the accuracy of the shape of the welded part. Thereby, inspection efficiency can be improved.
  • FIG. 10 is a block configuration diagram of the welding inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the welding inspection apparatus according to the embodiment of the present invention includes a probe 1 that is temporarily placed in the vicinity of a welded portion on the surface of a steel plate 13-1, and steel plates 13-1 and 13 via the probe 1.
  • -2 is provided with a probe 2 which is a means for making an ultrasonic wave incident on the boundary surface of -2.
  • a display processing unit 8 which is a display processing means for displaying an image of an ultrasonic reflected wave is provided.
  • the display process part 8 which is a display process means which displays the content of the test result estimated based on the intensity
  • the display processing unit 8 can also output information such as “normal”, “with peeling”, and “small nugget” to the external device 9.
  • the external device 9 is, for example, a test result recording device, a test result transfer device, a test result abnormality alarm device, or the like.
  • spot welding will be described, but the application range of the embodiment of the present invention is not limited to spot welding.
  • the probe 2 includes an ultrasonic transmission / reception element (not shown).
  • the pulse oscillator 3 gives a pulse signal as an electric signal to the ultrasonic transmitting / receiving element of the probe 2.
  • An ultrasonic transmission / reception element to which a pulse signal as an electric signal is given generates an ultrasonic wave in accordance with the given pulse signal.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element receives a pulse signal as an ultrasonic reflected wave, converts the pulse signal into an electric signal, and outputs the electric signal to the receiver 4.
  • the receiver 4 converts a pulse signal as a reflected wave of an ultrasonic wave input as an electric signal from the transmitting / receiving element of the probe 2 into a signal form that can be input by the data analysis unit 5 and outputs the signal form to the data analysis unit 5. .
  • the data analysis unit 5 receives the pulse signals from the receiver 4 and the pulse oscillator 3 and analyzes the time difference and the intensity difference of the pulse signals from both. Thereby, it is possible to analyze how the ultrasonic wave emitted from the probe 1 is reflected and attenuated in the steel plates 13-1 and 13-2.
  • the analysis result of the data analysis unit 5 is sent to the display control unit 6, and the display control unit 6 displays a waveform image that allows the inspector to visually check the analysis result, or “normal”, “with peeling”, “ It is displayed on the display unit 7 as character information such as “nugget small”. Alternatively, information such as “normal”, “with peeling”, “small nugget” is output to the external device 9.
  • the external device 9 is, for example, a test result recording device, a test result transfer device, a test result abnormality alarm device, or the like.
  • FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams for explaining the welding inspection method according to the embodiment of the present invention.
  • the probe 1 according to the embodiment of the present invention and the steel plates 13-1 and 13-2 as inspection objects are shown in FIG. It is a figure which shows these positional relationships.
  • the inspection can be performed by temporarily placing the probe 1 in the vicinity of the spot welded portion 15 in the steel plate 13-1.
  • the ultrasonic wave emitted from the probe 2 enters the steel plate 13-1 via the probe 1.
  • the ultrasonic wave incident on the steel plate 13-1 does not enter the steel plate 13-2 side at the boundary surface where the steel plate 13-1 and the steel plate 13-2 are not coupled, and the steel plate 13-1 and the steel plate 13-2 are not connected. It passes through the bonded nugget 12 and enters the steel sheet 13-2.
  • the ultrasonic wave incident on the steel plate 13-2 is reflected at the end 16 of the steel plate 13-2 and returns into the steel plate 13-2.
  • the state of the nugget 12 is known by detecting the ultrasonic waves reflected by the end portions 16 of the steel plates 13-1 and 13-2. Can do. Accordingly, as shown in FIG. 12, the position where the probe 1 is temporarily placed on the steel plate 13-1 inevitably has a nugget 12 (or spot welded portion 15) between the end 16 and the probe 1. Position.
  • the direction of the probe 1 is a direction in which ultrasonic waves are emitted toward the nugget 12 (or the spot welded portion 15).
  • the ultrasonic emission direction of the probe 1 (shown by a one-dot chain line) is set to be perpendicular to the surface of the end portion 16.
  • the probe 1 is attached to the steel plate 13-1 so that the ultrasonic emission direction of the probe 1 is perpendicular to the surface of the end portion 16. Put it on top temporarily.
  • the angle at which the probe 1 is temporarily placed on the surface of the end portion 16 can be easily confirmed by shaking the probe 1.
  • adjustment to the optimal position which can be carried temporarily can be performed easily. Therefore, the skill level of the inspector is not required.
  • the workability of the inspection work is better than that of the conventional example.
  • the angle of the probe 2 with respect to the plate thickness of the steel plates 13-1 and 13-2 is adjusted to an optimum angle. can do. That is, the incident angle of the ultrasonic wave emitted from the probe 1 with respect to the surface of the steel plate 13-1 can be adjusted by adjusting the angle ⁇ . Thereby, it is possible to cope with the inspection of the steel plates 13-1 and 13-2 having various plate thicknesses.
  • the size of the probe 1 is approximately equal to or smaller than the diameter of the nugget 12 to be inspected.
  • the size of the probe 1 is larger than the diameter of the nugget 12, ultrasonic waves are incident on the outside of the nugget 12, and a reflected wave (noise) unnecessary for inspection is generated.
  • the conventional problem can be solved. That is, as described above, it is not necessary to apply the probe 1 at a right angle to the steel plate 13-1 immediately above the spot welding site 15. Therefore, highly accurate inspection can be performed regardless of the skill level of the inspector.
  • the wedge which is the part where the probe 1 and the steel plate 13-1 are in direct contact, can be produced using a rigid material such as acrylic. For this reason, it is not consumed or damaged like the contact portion 14 of the conventional example.
  • FIG. 13 to 18 are diagrams for explaining a specific example of the welding inspection method using ultrasonic waves according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the nugget 12 is normally formed.
  • FIG. 14 is a diagram showing the test results for the normal nugget 12, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents reflected wave intensity.
  • the probe 1 is temporarily placed at the appropriate position as described above in the vicinity of the spot welding portion 15. Thereby, the ultrasonic wave incident on the inside of the steel plate 13-1 enters the inside of the steel plate 13-2 via the nugget 12.
  • the ultrasonic wave incident on the inside of the steel plate 13-2 is reflected at the end 16 of the steel plate 13-2, it is further reflected inside the steel plate 13-2, but hardly returns to the steel plate 13-1. Therefore, almost no reflected wave appears as shown in FIG.
  • the probe 1 is temporarily placed at a position where the direction of ultrasonic wave emission is perpendicular to the end 16 and the spot welded portion 15 is between the end 16 and the probe 1. Is moved little by little to search for a position where the reflected wave has a predetermined minimum value.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state in which the nugget 12 is not normally formed and peeling occurs between the steel plates 13-1 and 13-2.
  • FIG. 16 is a diagram showing a test result for an incomplete nugget 12 in which peeling has occurred. Time is taken on the horizontal axis and the intensity of the reflected wave is taken on the vertical axis.
  • FIG. 17 is a diagram showing a state in which a small nugget 12 is formed.
  • FIG. 18 is a diagram showing the inspection results for the small nugget 12, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents reflected wave intensity.
  • the display form on the display unit 7 is determined by displaying the waveform of the reflected wave itself and visually checking it.
  • the display control unit 6 displays character information such as “normal”, “with peeling”, “small nugget”, and the like.
  • information such as “normal”, “with peeling”, and “small nugget” may be output to the external device 9.
  • the information can be output to the external device 9 while being displayed on the display unit 7.
  • the output of information to the external device 9 can be used to automatically perform inspection recording, transfer inspection results to a plurality of locations, warn of abnormalities in inspection results, and the like.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a processing procedure of the display control unit 6 in the latter case. That is, as shown in FIG. 19, the display control unit 6 monitors the reflected wave intensity analyzed by the data analysis unit 5 (step S1), and when the reflected wave intensity is smaller than a predetermined value (Yes in step S2). ) “Normal” is displayed on the display unit 7 and / or information “Normal” is output to the external device 9 (step S5). If the reflected wave intensity is not smaller than the predetermined value (No in step S2), but not larger than the predetermined value (No in step S3), “small nugget” is displayed on the display 7 and / or on the external device 9 On the other hand, the information “small nugget” is output (step S4). If the reflected wave intensity is greater than the predetermined value (Yes in step S3), the display unit 7 displays “Peeling off” and / or outputs information "Peeling off” to the external device 9. (Step S6).
  • FIG. FIG. 20 and FIG. 21 are diagrams for explaining an example of the inspection assisting instrument 17.
  • 20 is a perspective view
  • FIG. 21 is a side view.
  • spot welding is often performed continuously on the steel sheet 13-1.
  • the distance between the end portion 16 and the spot welded portion 15 is substantially constant. Therefore, once the distance of the probe 1 from the end portion 16 is determined, the probe 1 is slid in the longitudinal direction of the steel plates 13-1 and 13-2 as it is. Thereby, the spot welded part 15 can be continuously inspected.
  • the tip portion of the inspection auxiliary instrument 17 bent at a right angle is applied to the end portion 16.
  • the distance between the end 16 and the probe 1 can be kept constant. In this way, it is possible to continuously inspect the spot welded portion 15 provided continuously on the steel plate 13-1.
  • the inspection auxiliary instrument 17 is provided with a mechanism that can adjust the position of the probe 1 on the inspection auxiliary instrument 17. Then, the tip portion of the inspection auxiliary instrument 17 bent at a right angle is applied to the end portion 16 to adjust the optimum position with respect to one spot welded portion 15. If the optimum position can be adjusted in this way, thereafter, the inspection auxiliary instrument 17 is slid on the steel plates 13-1 and 13-2. Thereby, the optimal position of the probe 1 can be obtained with respect to the other spot welding sites 15. Thus, the inspection efficiency can be dramatically increased by using the inspection auxiliary instrument 17.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining an example in which the accuracy of the shape of the welded portion deteriorates.
  • FIG. 22A when the steel plate 13-1 is a thin plate and the steel plate 13-2 is a thick plate, as shown in FIG. 22B, the welding electrode 18-1 And 18-2 are in contact with the steel plates 13-1 and 13-2 at a slight angle.
  • FIG. 22 (c) warpage may occur in the thin steel plate 13-1 after welding due to the stress caused by the pressurization of the welding electrodes 18-1 and 18-2. In this way, the shape of the welded portion where the nugget 12 is present may not be the prescribed shape.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a state of inspection with a welded part shape that is not a prescribed shape by the welding inspection method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a figure which shows the mode of the test
  • the ultrasonic wave incident on the steel plate 13-1 enters the steel plate 13-2 via the nugget 12, and is reflected by the end portion 16. If it can be done, there will be no trouble in executing the inspection.
  • FIG. 25 is a view showing a state in which one spot welding site 15 is inspected from one position in the conventional welding inspection method. As shown in FIG. 25, conventionally, since it is necessary to apply the probe 10 at a right angle to the steel plate surface having the spot welded portion 15, it is not possible to inspect one spot welded portion 15 from a plurality of positions. could not.
  • FIG. 26 and FIG. 27 are diagrams showing a state in which inspection is performed on a single spot welded portion 15 from a plurality of positions.
  • the inspection can be performed if there is a spot welding portion 15 between the probe 1 and the end portion 16 and the ultrasonic wave emitted from the probe 1 is reflected by the end portion 16. For example, even when the steel plate is bent, if the propagation of the ultrasonic wave is not hindered by the bent portion, it is possible to inspect the welded portion existing ahead of the bent portion from the front of the bent portion.
  • an accurate inspection can be performed regardless of the skill level of the inspector.
  • the probe is not consumed or damaged.
  • it does not depend on the accuracy of the shape of the welded part. Accordingly, there is a possibility that the present invention can be applied to the development of an apparatus for automatically inspecting welding on a production line.

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Abstract

　検査員の熟練度を必要とせず、また、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要が無く、また、プローブが消耗または破損することがない溶接検査方法を提供する。 　金属板表面の溶接部位近傍に一時的に乗せられたプローブが、複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる。このときに、複数の金属板の境界に生じた溶接部を、境界面に対して斜め方向から入射した超音波が通り抜ける位置にプローブを一時的に乗せる。また、表示処理手段が、超音波の反射波の強度を表示する。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する。

Description

溶接検査方法および溶接検査装置
　本発明は、溶接検査方法および溶接検査装置に関する。
　自動車の組み立て工程では、溶接が多用されている。その理由は、薄板の鋼板の端部を合わせて、そこを溶接した構造材を用いることが多いためである。例えば、トラックのフレームは厚板の鋼板をコの字状に曲げたものである。この場合に、キャビンやルーフなどは、曲げた薄板の鋼板を合わせて、断面がロの字状の構造材を作り、それを用いる。このように、自動車の生産では、プレス加工して折り曲げた薄板の鋼板を溶接した材料を多用している。
　本発明に関連する従来の溶接検査方法として超音波による検査について図１から図９を参照して説明する。図１および図２は、従来の溶接検査方法を説明するための図であり、従来の超音波プローブ（以下では、単にプローブという）１０と被検査材である鋼板１３－１および１３－２との位置関係を示す図である。また、図３は、溶接部（ナゲットという）１２を示す図である。以下の説明では、スポット溶接について説明を行うが、本発明の適用範囲をスポット溶接に限定するものではない。
　プローブ１０には探触子１１を備えており、探触子１１は、超音波の送受信素子を備えている。探触子１１は、図外の溶接検査装置に接続され、パルス信号としての超音波の送受信を行う。溶接検査装置は、一つのパルス信号の送信毎に、反射波の受信を行い、その強度を測定する。
　また、プローブ１０は、接触部１４を備えており、この接触部１４の内部は、水などの液体で満たされている。これにより、探触子１１から発射された超音波を効率良く、鋼板１３－１に伝えることができる。また、プローブ１０の角度が多少変化してもプローブ１０と鋼板１３－１との密着度が変わらないように、接触部１４は弾力性のあるゴムなどにより形成されている。
　図３に示すように、ナゲット１２は、重ね合わされた複数の鋼板１３－１および１３－２の境界面に形成される。図３は二枚の鋼板１３－１および１３－２が重ね合わされた例であるが、重ね合わせる枚数は二枚以上であっても同様である。
　図１および図２に示すように、従来の超音波による溶接検査方法では、ナゲット１２の直上、すなわちスポット溶接部位１５の直上にプローブ１０を当てて検査をする必要がある。
　その理由は、プローブ１０から発射した超音波がナゲット１２を通過すると共に、その超音波の反射波を必ず受信しなければ検査が成立しない。そこで、必然的に、スポット溶接部位１５の直上にプローブ１０を当てることになる。さらに、効率良く反射波を得るためには、超音波の反射面が超音波の進行方向に対してほぼ直角でなければならず、プローブ１０の角度調整に精度を要する。
　図４から図９は、従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である。図５は、正常なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
　プローブ１０から鋼板１３－１に向けて発せられた超音波は、ある一定の時間の間に鋼板１３－１の表面と、鋼板１３－２の裏面との間で何度か往復し、最終的にはエネルギが減衰して消失する。この超音波が鋼板１３－１および１３－２内を往復する間に、鋼板１３－１の表面と鋼板１３－２の裏面との間で反射した超音波の一部はプローブ１０に戻る。プローブ１０に戻った超音波の波形を検査者が視認できるように画像表示装置（オシロスコープなど）を用いて画像表示した例を図５に示す。
　図５は、ナゲット１２の状態が正常である場合の超音波波形である。この場合には、鋼板１３－１および１３－２の板厚による繰り返し波形が複数本現れ、それらの繰り返し波形が所定の減衰カーブを描くといった波形パターンが出力される。ナゲット１２の良否判定では、これらの波形の本数、各波形の波高値、各波形間の距離、本来出現しない波形の有無などを評価することにより行う。
　なお、超音波のナゲット１２内を伝播する速度は一定である。よって、鋼板１３－２の裏面で反射される複数の反射波は、鋼板１３－１および１３－２の板厚に応じた超音波の伝送時間間隔で現れる。したがって、横軸は鋼板１３－１および１３－２の板厚方向の距離を示す時間軸となっている（例えば、特許文献１参照）。
　これに対し、図６は、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが生じた状態を示す図である。図７は、剥がれが生じた不完全なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
　ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが生じた状態では、図７に示すように、減衰量の少ない探傷面側の板厚の繰り返し反射波が出現する。すなわち、鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが生じた状態では、プローブ１０から発した超音波は、鋼板１３－１の表面と裏面との間だけで往復する。したがって、図５の例に比べると超音波の伝播距離が短くなるため、波形間の距離は、図５に比べて短くなる。また、超音波の伝播距離が短いために、図５に比べて減衰量も少ないので、同じ強度の波形が短い間隔で連続する。このような波形が現れた場合には、鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが有ると判定することができる。
　また、図８は、小さなナゲット１２が形成された状態を示す図である。図９は、小さなナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
　正常の場合よりも小さなナゲット１２が形成された場合には、プローブ１０による検査範囲内に、図５に示した正常なナゲット１２が形成された状態と、図７に示した剥がれが生じた状態とが並列に出現したことと同じ状態になる。したがって、図５に示した大きな波形と図７に示した小さな波形とが混在した波形が現れる。特に、大きな波形の間に現れる小さな波形をナポレオンハットと呼ぶ。このようなナポレオンハットが現れた場合には、正常の場合よりも小さなナゲット１２が形成されたと判定することができる。
　以上説明したように、従来は、ナゲット１２の直上に鋼板１３－１に対してほぼ直角にプローブ１０を置き、検査を実施していた。
特開２００６－１５３７１０号公報 特開２００６－７１４２２号公報 特開２００７－２３２５２５号公報 特開２００７－２３２５２６号公報
　従来の溶接検査方法では、ナゲットの直上、すなわちスポット溶接部位の直上で鋼板に対して直角にプローブを当てなければ正確に測定できない。これを検査者が手動で行うとすれば、検査者の熟練度によって検査の精度にバラツキが出ることは否めないという課題がある。
　また、スポット溶接部位の直上にプローブを当てるためには、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要があり、検査効率が低下するという課題がある。
　また、一般的に、プローブは、ゴムなどの弾力性を有する材料により形成された接触部（図１の符号１４）を有する。そして、この接触部を鋼板に押し付けることによりプローブと鋼板との密着を図るように構成されている。このような柔軟な材質により形成された接触部をスポット溶接部位に密着させて検査することにより、接触部が消耗または破損し易いという課題がある。
　本発明は、このような課題を解決するために行われたものであって、検査者の熟練度を必要とせず、また、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要が無く、また、接触部が消耗または破損することがない溶接検査方法および溶接検査装置を提供することを目的とする。
　本発明を溶接検査方法としての観点から観ると、本発明は、重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査方法において、金属板表面の溶接部位近傍に一時的に乗せられたプローブが、複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させることを特徴とする。
　このときに、金属板の境界面に対して斜め方向から入射した超音波が複数の金属板の境界に生じたナゲットを通り抜ける位置にプローブを一時的に乗せるようにする。
　また、表示処理手段が、超音波の反射波の画像を表示するようにすることができる。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示することができる。あるいは、表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力することができる。
　例えば、溶接は、スポット溶接である。
　これによれば、ナゲットの直上、すなわちスポット溶接部位の直上で鋼板に対してほぼ直角にプローブを当てる必要がなく、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。
　さらに、スポット溶接部位の直上にプローブを当てる必要がないため、スポット溶接部位の温度が下がるのを待つ必要がなく、検査効率を向上させることができる。
　さらに、プローブは、ゴムなどの柔軟な材質により形成された接触部を有しておらず、プローブが消耗または破損することがない。
　また、本発明を溶接検査装置としての観点から観ると、本発明は、重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査装置において、金属板表面の溶接部位近傍に一時的に乗せるプローブと、このプローブを介して複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段とを備えたことを特徴とする。
　さらに、超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段を備えることができる。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段を備えることができる。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する表示処理手段を備えることができる。
　本発明によれば、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。また、プローブが消耗または破損することがない。さらに、溶接部位の形状の精度に依存しない。これにより検査効率を向上させることができる。
従来の溶接検査方法を説明するための図である。 従来の溶接検査方法を説明するための図である。 ナゲットを示す図である。 従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（正常なナゲットが形成された状態）。 従来の正常なナゲットに対する検査結果を示す図である。 従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成されず鋼板の間に剥がれが生じた状態）。 従来の剥がれが生じた不完全なナゲットに対する検査結果を示す図である。 従来の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（小さなナゲットが形成された状態）。 従来の小さなナゲットに対する検査結果を示す図である。 本発明の実施の形態の溶接検査装置のブロック構成図である。 本発明の実施の形態の溶接検査方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態の溶接検査方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成された状態）。 本発明の実施の形態の正常なナゲットに対する検査結果を示す図である。 本発明の実施の形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（ナゲットが正常に形成されず鋼板の間に剥がれが生じた状態）。 本発明の実施の形態の剥がれが生じた不完全なナゲットに対する検査結果を示す図である。 本発明の実施の形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である（小さなナゲットが形成された状態）。 本発明の実施の形態の小さなナゲットに対する検査結果を示す図である。 本発明の実施の形態の表示制御部の処理手順を示すフローチャートである。 検査補助器具を説明するための図（斜視図）である。 検査補助器具を説明するための図（側面図）である。 溶接部位の形状の精度が劣化する例を説明するための図である。 本発明の実施の形態の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。 従来の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。 従来の溶接検査方法において一つのスポット溶接部位に対して一つの位置から検査を行う様子を示す図である。 一つのスポット溶接部位に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。 一つのスポット溶接部位に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。
符号の説明
１、１０　プローブ
２、１１　探触子
３　パルス発振器
４　受信器
５　データ解析部
６　表示制御部
７　表示部
８　表示処理部
９　外部装置
１２　ナゲット
１３－１、１３－２　鋼板
１４　接触部
１５　スポット溶接部位
１６　端部
１７　検査補助器具
１８－１、１８－２　溶接電極
　本発明の実施の形態を図１０から図２３を参照して説明する。図１０は、本発明の実施の形態の溶接検査装置のブロック構成図である。本発明の実施の形態の溶接検査装置は、図１０に示すように、鋼板１３－１の表面の溶接部位近傍に一時的に乗せるプローブ１と、このプローブ１を介して鋼板１３－１および１３－２の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段である探触子２とを備えたことを特徴とする。
　さらに、超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段である表示処理部８を備える。あるいは、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段である表示処理部８を備える。また、表示処理部８は、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報を外部装置９に対して出力することもできる。外部装置９は、例えば、検査結果の記録装置、検査結果の転送装置、検査結果の異常警報装置などである。
　以下では、スポット溶接について説明するが、本発明の実施の形態の適用範囲をスポット溶接に限定するものではない。
　探触子２は、超音波の送受信素子（図示省略）を備えている。パルス発振器３は、探触子２の超音波の送受信素子に対して電気信号としてのパルス信号を与える。電気信号としてのパルス信号を与えられた超音波の送受信素子は、与えられたパルス信号に応じて超音波を発生させる。また、超音波の送受信素子は、超音波の反射波としてのパルス信号を受信し、電気信号に変換して受信器４に出力する。受信器４は、探触子２の送受信素子から電気信号として入力した超音波の反射波としてのパルス信号を、データ解析部５が入力可能な信号形態に変換してデータ解析部５に出力する。
　データ解析部５は、受信器４とパルス発振器３とからパルス信号を受け取り、両者からのパルス信号の時間差と強度差とを解析する。これにより、プローブ１から発した超音波が鋼板１３－１および１３－２内でどのように反射し減衰したかを解析することができる。
　データ解析部５の解析結果は、表示制御部６に送られ、表示制御部６は、その解析結果を検査者が目視確認できるような波形画像、あるいは、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの文字情報として表示部７に表示する。あるいは、「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報を外部装置９に対して出力する。外部装置９は、例えば、検査結果の記録装置、検査結果の転送装置、検査結果の異常警報装置などである。
　図１１および図１２は、本発明の実施の形態の溶接検査方法を説明するための図であり、本発明の実施の形態のプローブ１と被検査材である鋼板１３－１および１３－２との位置関係を示す図である。
　図１１および図１２に示すように、本発明の実施の形態の超音波による溶接検査方法では、ナゲット１２の直上、すなわちスポット溶接部位１５の直上にプローブ１を当てて検査をする必要がない。すなわち、鋼板１３－１におけるスポット溶接部位１５の近傍にプローブ１を一時的に乗せることによって検査を行うことができる。
　すなわち、図１１に示すように、探触子２から発射された超音波はプローブ１を介して鋼板１３－１に入射する。鋼板１３－１に入射した超音波は、鋼板１３－１と鋼板１３－２とが結合していない境界面では鋼板１３－２側に入射せず、鋼板１３－１と鋼板１３－２とが結合しているナゲット１２を通過して鋼板１３－２に入射する。鋼板１３－２に入射した超音波は、鋼板１３－２の端部１６にて反射し、鋼板１３－２内に戻る。
　このように、本発明の実施の形態の超音波による溶接検査方法では、鋼板１３－１および１３－２の端部１６にて反射した超音波を検出することにより、ナゲット１２の状態を知ることができる。したがって、図１２に示すように、プローブ１を鋼板１３－１へ一時的に乗せる位置は、必然的に、端部１６とプローブ１との間に、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）が有る位置となる。また、プローブ１の方向は、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）に向けて超音波を発射する方向になる。
　また、図１２（ｂ）に示すように、プローブ１の超音波発射方向（一点鎖線により図示）は、端部１６の面に対して直角となるようにする。これにより、プローブ１から発射された超音波の端部１６での反射波が効率良くプローブ１の方向に戻るため、精度の高い検査を実施することができる。
　なお、図１および図２に示した従来例のように、検査に際し、ナゲット１２（またはスポット溶接部位１５）の直上で鋼板１３－１に対して直角にプローブ１０を当てるためには、検査者が手でプローブ１０を鋼板１３－１に対して検査中ずっと直角に保持する必要がある。この際、鋼板１３－１に対してプローブ１０が直角であるか否かの判断は、検査者の目視によるだいたいの感覚でしか判断できず、検査者の熟練度が要求される。
　これに対し、本発明の実施の形態では、図１２（ｂ）に示すように、プローブ１の超音波発射方向を端部１６の面に対して直角となるようにプローブ１を鋼板１３－１上に一時的に乗せる。この際、端部１６の面に対するプローブ１を一時的に乗せる角度は、プローブ１を振ることで最大反射強度の角度を簡単に確認できる。これにより、一時的に乗せる最適な位置への調整が容易にできる。したがって、検査者の熟練度は要求されない。また、従来例と比べて検査作業の作業性も良い。
　また、図１１に示す探触子２と鋼板１３－１との成す角αを調整することにより、鋼板１３－１および１３－２の板厚に対する探触子２の角度を最適な角度に調整することができる。すなわち、角度αの調整により鋼板１３－１の表面に対するプローブ１から発射された超音波の入射角度を調整することができる。これにより、様々な板厚を有する鋼板１３－１および１３－２の検査に対応することができる。
　また、プローブ１の大きさは、検査対象となるナゲット１２の直径とほぼ等しい、または、小さいことが望ましい。例えば、プローブ１の大きさがナゲット１２の直径と比べて大きい場合には、ナゲット１２の外側にも超音波が入射し、検査に不要な反射波（ノイズ）が生じるためである。
　このようにして、本発明の実施の形態の溶接検査方法によれば、従来の課題を解決することができる。すなわち、前述したように、スポット溶接部位１５の直上で鋼板１３－１に対して直角にプローブ１を当てる必要はない。よって、検査者の熟練度とは無関係に精度の高い検査を行うことができる。
　また、スポット溶接部位１５の直上にプローブ１を当てる必要がない。よって、スポット溶接部位１５の温度が下がるのを待つ必要がない。したがって、検査効率の低下を回避することができる。
　また、プローブ１と鋼板１３－１とが直接接触する部分であるウェッジは、アクリル等の堅固な材質を用いて制作することができる。このため、従来例の接触部１４のように消耗または破損するということもない。
　図１３から図１８は、本発明の実施の形態の超音波による溶接検査方法の具体例を説明するための図である。図１３は、ナゲット１２が正常に形成された状態を示す図である。図１４は、正常なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
　図１３に示すように、プローブ１をスポット溶接部位１５の近傍の上述したような適当な位置に一時的に乗せる。これにより、鋼板１３－１の内部に入射した超音波がナゲット１２を介して鋼板１３－２の内部に入射する。鋼板１３－２の内部に入射した超音波は、鋼板１３－２の端部１６で反射すると、さらに鋼板１３－２の内部で反射を繰り返すものの鋼板１３－１には殆ど戻って来ない。よって、図１４に示すように、反射波は殆ど出現しない。
　したがって、検査手順としては、端部１６に対して超音波の発射方向が直角となり、端部１６とプローブ１との間にスポット溶接部位１５が有る位置にプローブ１を一時的に乗せ、プローブ１を少しずつ移動させ、反射波が所定の最小値となる位置を探すようにする。
　また、このときに、反射波が所定の最小値となる位置が探せない場合には、以下に説明するように、溶接が適切に行われていないと判定できる。
　図１５は、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが生じた状態を示す図である。図１６は、剥がれが生じた不完全なナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
　図１５に示すように、鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが生じた状態では、プローブ１から鋼板１３－１に入射した超音波は鋼板１３－２には入射することなく、鋼板１３－１の端部１６で反射する。この反射波は、さらに鋼板１３－１内で反射を繰り返すため、図１６に示すように、強い反射波が出現する。
　また、図１７は、小さなナゲット１２が形成された状態を示す図である。図１８は、小さなナゲット１２に対する検査結果を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に反射波の強度をとる。
　図１７に示すように、小さなナゲット１２が形成された状態では、プローブ１から鋼板１３－１に入射した超音波の一部は、小さなナゲット１２を介して鋼板１３－２に入射する。しかしながら、残りの超音波は、鋼板１３－１の端部１６で反射する。この反射波は、さらに鋼板１３－１内で反射を繰り返す。このため、図１８に示すように、図１４に示した正常なナゲット１２の場合よりも強い反射波が出現する。
　このようにして、ナゲット１２が正常に形成された場合、または、ナゲット１２が正常に形成されず鋼板１３－１と１３－２との間に剥がれが生じた場合、または、ナゲット１２が規格よりも小さく形成された場合のそれぞれについて判定を行うことができる。
　なお、表示部７への表示形態については、図１４、図１６、図１８に示したように、反射波の波形そのものを画像表示し、検査者がこれを目視確認することによって判定する。あるいは、データ解析部５が解析した反射波強度に基づき、表示制御部６が「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの文字情報の表示を行う。または、外部装置９に対して「正常」、「剥がれ有り」、「ナゲット小」などの情報の出力を行ってもよい。もちろん、表示部７に表示すると共に外部装置９に対して情報の出力を行うこともできる。外部装置９に対する情報の出力は、検査記録を自動的に行ったり、検査結果を複数箇所に転送したり、検査結果の異常を警報するなどに利用することができる。
　図１９は、後者の場合の表示制御部６の処理手順を示すフローチャートである。すなわち、図１９に示すように、表示制御部６は、データ解析部５により解析された反射波強度を監視し（ステップＳ１）、反射波強度が所定値より小さい場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、表示部７に「正常」と表示する、および／または、外部装置９に対して「正常」という情報を出力する（ステップＳ５）。反射波強度が所定値より小さくないが（ステップＳ２のＮｏ）、所定値より大きくない場合は（ステップＳ３のＮｏ）、ディスプレイ７に「ナゲット小」と表示する、および／または、外部装置９に対して「ナゲット小」という情報を出力する（ステップＳ４）。また、反射波強度が所定値より大きい場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、表示部７に「剥がれ有り」と表示する、および／または、外部装置９に対して「剥がれ有り」という情報を出力する（ステップＳ６）。
（検査補助器具の実施例）
　検査補助器具の実施例を図２０および図２１を参照して説明する。図２０および図２１は、検査補助器具１７の実施例を説明するための図である。図２０は斜視図であり、図２１は側面図である。スポット溶接は、図２０に示すように、鋼板１３－１上に、連続して施される場合が多い。このような場合には、端部１６とスポット溶接部位１５との間の距離は、ほぼ一定である。したがって、端部１６からのプローブ１の距離がいったん決まれば、プローブ１を、そのまま鋼板１３－１および１３－２の長手方向にスライドさせる。これにより、連続してスポット溶接部位１５の検査が可能である。
　すなわち、図２０および図２１に示すように、検査補助器具１７の直角に折れ曲がった先端部分を端部１６に当てる。これにより、端部１６とプローブ１との間の距離を一定に保つことができる。このようにすれば、鋼板１３－１上に連続して設けられたスポット溶接部位１５に対して連続して検査を行うことができる。
　なお、図示はしていないが、検査補助器具１７には、検査補助器具１７上のプローブ１の位置を調整できる機構が設けられている。そして、検査補助器具１７の直角に折れ曲がった先端部分を端部１６に当て、一つのスポット溶接部位１５に対して最適な位置を調整する。これにより最適な位置が調整できれば、その後は、検査補助器具１７を鋼板１３－１および１３－２上でスライドさせる。これにより、他のスポット溶接部位１５に対しても最適なプローブ１の位置を得ることができる。このように、検査補助器具１７を用いることにより、検査効率を飛躍的に高めることができる。
（効果の説明）
　本発明の実施の形態の溶接検査方法によれば、前述したように、従来の課題を解決することができる。また、その他にも、溶接部位の形状の精度に依存せず検査が行えるという効果がある。この効果について図２２から図２４を参照して説明する。
　溶接部位の形状の精度が劣化する例を図２２を参照して説明する。図２２は、溶接部位の形状の精度が劣化する例を説明するための図である。例えば、図２２（ａ）に示すように、鋼板１３－１が薄板であり、鋼板１３－２が厚板であるような場合に、図２２（ｂ）に示すように、溶接電極１８－１および１８－２がやや斜めに鋼板１３－１および１３－２に接したとする。このような場合には、図２２（ｃ）に示すように、溶接電極１８－１および１８－２の加圧による応力により溶接後の薄板の鋼板１３－１に反りが生じることがある。このようにして、ナゲット１２が存在する溶接部位の形状が規定形状ではなくなる場合がある。
　図２３は、本発明の実施の形態の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位の形状での検査の様子を示す図である。また、図２４は、従来の溶接検査方法による規定形状ではない溶接部位での検査の様子を示す図である。図２３に示すように、本発明の実施の形態の溶接検査方法によれば、鋼板１３－１内に入射した超音波がナゲット１２を介して鋼板１３－２に入射し、端部１６で反射することができれば、検査を実行する上での支障は無い。
　これに対し、図２４に示すように、従来の溶接検査方法では、鋼板１３－２底部からの反射波を受信することが不可欠である。このため、超音波の反射面が超音波の入射方向に対して直角ではない場合には、反射波がプローブ１０以外の方向に反射してしまい、精度の高い検査は困難となる。
　このように、本発明の実施の形態の溶接検査方法によれば、規定形状ではない溶接部位を有する鋼板１３－１および１３－２に対しても検査が可能となる。
　また、図２５は、従来の溶接検査方法において一つのスポット溶接部位１５に対して一つの位置から検査を行う様子を示す図である。図２５に示すように、従来は、スポット溶接部位１５を有する鋼板面に対して直角にプローブ１０を当てる必要が有るため、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行うことはできなかった。
　これに対し、本発明の実施の形態の溶接検査方法によれば、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行うことができる。図２６および図２７は、一つのスポット溶接部位１５に対して複数の位置から検査を行う様子を示す図である。このように、本発明の実施の形態の溶接検査方法では、一つのスポット溶接部位１５に対して図２６に示す位置および図２７に示す位置から検査を行うことができる。すなわち、プローブ１と端部１６との間にスポット溶接部位１５が有り、プローブ１から発射された超音波が端部１６で反射するといった状況が整えば検査が可能となる。例えば、鋼板が折り曲げられている場合でも超音波の伝播が折り曲げ部分で妨げられないのであれば、折り曲げ部分の先に有る溶接部位を折り曲げ部分の手前から検査するといったことも可能になる。
　さらに、前述したように、規定形状ではない溶接部位においても検査可能であることから、検査位置の選択における制約を緩和することができる。これにより、従来と比較して検査精度を高くすることができる。
　本発明によれば、検査者の熟練度に依らず正確な検査を行うことができる。また、プローブが消耗または破損することがない。さらに、溶接部位の形状の精度に依存しない。これにより、製造ライン上で自動的に溶接の検査を行う装置を開発する場合などに応用できる可能性がある。

Claims (10)

  1. 　重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査方法において、
    　前記金属板表面の溶接部位近傍に一時的に乗せられたプローブが、前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる
    　ことを特徴とする溶接検査方法。
  2. 　請求項１記載の溶接検査方法において、
    　前記複数の金属板の境界面に生じた溶接部を、前記境界面に対して斜め方向から入射した超音波が通り抜ける位置に前記プローブを一時的に乗せる、
    　ことを特徴とする溶接検査方法。
  3. 　請求項１または２記載の溶接検査方法において、
    　表示処理手段が、超音波の反射波の画像を表示する、
    　ことを特徴とする溶接検査方法。
  4. 　請求項１または２記載の溶接検査方法において、
    　表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する、
    　ことを特徴とする溶接検査方法。
  5. 　請求項１または２記載の溶接検査方法において、
    　表示処理手段が、超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する、
    　ことを特徴とする溶接検査方法。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項記載の溶接検査方法において、
    　前記溶接は、スポット溶接である、
    　ことを特徴とする溶接検査方法。
  7. 　重ね合わせた複数の金属板に対して行われた溶接の良否を判断するための溶接検査装置において、
    　前記金属板表面の溶接部位近傍に一時的に乗せるプローブと、
    　このプローブを介して前記複数の金属板の境界面に対して斜め方向から超音波を入射させる手段と、
    　を備えたことを特徴とする溶接検査装置。
  8. 　請求項７記載の溶接検査装置において、
    　超音波の反射波の画像を表示する表示処理手段を備える、
    　ことを特徴とする溶接検査装置。
  9. 　請求項７記載の溶接検査装置において、
    　超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果の内容を表示する表示処理手段を備える、
    　ことを特徴とする溶接検査装置。
  10. 　請求項７記載の溶接検査装置において、
    　超音波の反射波の強度に基づき推定される検査結果を示す情報を外部装置に対して出力する表示処理手段を備える、
    　ことを特徴とする溶接検査装置。
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