特開 2023-20336 溶接検査装置、溶接システム、及び溶接検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023020336

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】溶接検査装置、溶接システム、及び溶接検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20230202BHJP

   G01N 29/48 20060101ALI20230202BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20230202BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

G01N29/48

B23K31/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021125644

(22)【出願日】2021-07-30

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅井 知

(72)【発明者】

【氏名】野村 和史

(72)【発明者】

【氏名】門田 圭二

(72)【発明者】

【氏名】恵良 哲生

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047AB07

2G047BC09

2G047CA04

2G047DA02

2G047DB03

2G047DB10

2G047GD01

2G047GG28

2G047GG33

(57)【要約】

【課題】薄板の溶接に用いられる重ね隅肉溶接の溶接部の内部欠陥を溶接中にインプロセスで検出可能とする溶接検査装置、溶接システム、及び溶接検査方法を提供する。
【解決手段】送信用レーザ光照射装置１２は、送信用レーザ光１４を溶接後の溶接部６上に照射する。受信用レーザ光プローブ１８は、溶接部６を通過し、かつ、母材４の下面５で反射した超音波を検出可能な超音波受信点３６に受信用レーザ光２０を照射する。制御装置２２は、レーザ干渉計の計測結果により溶接部６の内部欠陥の有無を判定する。送信用レーザ光照射装置１２は、溶接方向と交差する方向に送信用レーザ光１４の照射位置を走査するように構成された走査機構を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

重ね隅肉溶接の溶接部を検査する溶接検査装置であって、
検査対象の内部に超音波を励起するための送信用レーザ光を溶接後の前記検査対象の溶接部上に照射する第１のレーザ光照射装置と、
前記溶接部を通過し、かつ、前記検査対象の母材下面で反射した前記超音波を検出可能な前記検査対象上の所定位置に、前記超音波を検出するための受信用レーザ光を照射する第２のレーザ光照射装置と、
前記受信用レーザ光の反射光を干渉計測するレーザ干渉計と、
前記レーザ干渉計の計測結果により前記溶接部の内部欠陥の有無を判定する判定装置とを備え、
前記第１のレーザ光照射装置は、溶接方向と交差する方向に前記送信用レーザ光の照射位置を走査するように構成された走査機構を含む、溶接検査装置。

【請求項2】

前記判定装置は、前記受信用レーザ光及び前記レーザ干渉計を用いて検出される超音波の強度の減衰度がしきい値を超える場合に、前記溶接部に内部欠陥が生じているものと判定する、請求項１に記載の溶接検査装置。

【請求項3】

溶接トーチを含むアーク溶接装置と、
前記アーク溶接装置により形成された重ね隅肉溶接の溶接部を検査する、請求項１又は請求項２に記載の溶接検査装置と、
溶接ロボットとを備え、
前記溶接トーチ、並びに前記溶接検査装置の前記第１及び第２のレーザ光照射装置は、前記溶接ロボットのアームに搭載され、
前記第１及び第２のレーザ光照射装置は、前記溶接トーチの溶接進行方向後方に配置される、溶接システム。

【請求項4】

前記溶接ロボットは、前記アームを制御するコントローラを含み、
前記コントローラは、前記アーク溶接装置による溶接中に、前記第１及び第２のレーザ光照射装置が前記溶接トーチの溶接進行方向後方に位置するように、前記アームを制御する、請求項３に記載の溶接システム。

【請求項5】

前記溶接ロボットは、前記アーク溶接装置及び前記アームを制御するコントローラを含み、
前記コントローラは、前記溶接検査装置により前記溶接部の内部欠陥が検出されると、前記アーク溶接装置による溶接及び前記アームの動作を停止する、請求項３に記載の溶接システム。

【請求項6】

前記溶接ロボットは、前記アーク溶接装置及び前記アームを制御するコントローラを含み、
前記コントローラは、前記溶接検査装置により前記溶接部の内部欠陥が検出されると、第１の処理及び第２の処理の少なくとも一方を実行するように構成され、
前記第１の処理は、前記アーク溶接装置の溶接条件を変更する処理を含み、
前記第２の処理は、前記内部欠陥が検出されていない場合に比べて溶接速度を低下するように前記アームを制御する処理を含む、請求項３に記載の溶接システム。

【請求項7】

前記アーム上における前記第２のレーザ光照射装置の位置及び角度の少なくとも一方を調整するように構成された調整機構と、
前記アームに搭載され、溶接に伴なう前記検査対象の前記所定位置における変形を測定する変形測定装置とをさらに備え、
前記調整機構は、前記所定位置と前記第２のレーザ光照射装置との相対的な位置関係が所定の関係となるように、前記変形測定装置の測定結果に基づいて前記位置及び角度の少なくとも一方を調整する、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の溶接システム。

【請求項8】

前記所定位置の溶接進行方向前方において、前記アーク溶接装置による溶接により前記検査対象の表面に生じた酸化皮膜を除去するように構成された表面処理装置をさらに備える、請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の溶接システム。

【請求項9】

第１のレーザ光照射装置は、各々が送信用のパルスレーザ光を前記溶接部上に照射する複数のパルスレーザ光照射装置を含んで構成され、
前記複数のパルスレーザ光照射装置は、レーザ光照射タイミングが互いにずれるように前記パルスレーザ光を照射する、請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の溶接システム。

【請求項10】

重ね隅肉溶接の溶接部を検査する溶接検査方法であって、
検査対象の内部に超音波を励起するための送信用レーザ光を溶接後の前記検査対象の溶接部上に照射するステップと、
前記溶接部を通過し、かつ、前記検査対象の母材下面で反射した前記超音波を検出可能な前記検査対象上の所定位置に、前記超音波を検出するための受信用レーザ光を照射するステップと、
前記受信用レーザ光の反射光をレーザ干渉計により干渉計測するステップと、
前記レーザ干渉計の計測結果により前記溶接部の内部欠陥の有無を判定するステップとを含み、
前記送信用レーザ光を照射するステップは、溶接方向と交差する方向に前記送信用レーザ光の照射位置を走査するステップを含む、溶接検査方法。

【請求項11】

前記判定するステップは、前記受信用レーザ光及び前記レーザ干渉計を用いて検出される超音波の強度の減衰度がしきい値を超える場合に、前記溶接部に内部欠陥が生じているものと判定するステップを含む、請求項１０に記載の溶接検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶接検査装置、溶接システム、及び溶接検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶接部に発生したブローホール等の内部欠陥を非破壊で検出する手法として、超音波探傷試験（ＵＴ（Ultrasonic Testing））が知られている。しかしながら、溶接中は対象が高温となるため、検査対象表面に探触子を直接アクセスさせる本手法を溶接中にインプロセスで適用することは難しい。

【0003】

そこで、検査対象表面にレーザ光（送信用レーザ光）を照射して検査対象の内部に超音波を発生させ、別途検査対象に照射したレーザ光（受信用レーザ光）を用いて超音波を検出することにより、検査対象の内部欠陥を非破壊で検出する、所謂「レーザ超音波法」による内部欠陥検出手法が知られている。

【0004】

例えば、特許第５６５１５３３号公報（特許文献１）には、厚板の開先溶接において、レーザ超音波法を用いて溶接部の内部欠陥をインプロセスで検出する溶接検査方法が開示されている。この溶接検査方法では、溶接ビードの上方からビード表面に送信用レーザ光を照射し、欠陥で反射する超音波（散乱波）を、受信用レーザ光を用いて検出することにより、溶接部の内部欠陥を検出するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５６５１５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

自動車用鋼板等の薄板の溶接（重ね隅肉溶接）では、板厚が薄いため（例えば１～２ｍｍ程度）、ブローホール等の内部欠陥で反射する超音波（散乱波）を検出することが難しく、上記の特許第５６５１５３３号公報に記載の溶接検査方法も、厚板の開先溶接を対象としている。なお、ＵＴについても、ＪＩＳ Ｚ ３０６０「鋼溶接部の超音波探傷試験方法」、日本建築学会「鋼構造建築溶接部の超音波探傷検査規準」等において、適用板厚は６ｍｍ以上と定められており、自動車用鋼板等の薄板の溶接（重ね隅肉溶接）は適用外とされている。

【0007】

それゆえに、本開示の目的は、薄板の溶接に用いられる重ね隅肉溶接の溶接部の内部欠陥を溶接中にインプロセスで検出可能とする溶接検査装置、溶接システム、及び溶接検査方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の溶接検査装置は、重ね隅肉溶接の溶接部を検査する溶接検査装置であって、第１及び第２のレーザ光照射装置と、レーザ干渉計と、判定装置とを備える。第１のレーザ光照射装置は、検査対象の内部に超音波を励起するための送信用レーザ光を溶接後の検査対象の溶接部上に照射する。第２のレーザ光照射装置は、溶接部を通過し、かつ、検査対象の母材下面で反射した超音波を検出可能な検査対象上の所定位置に、超音波を検出するための受信用レーザ光を照射する。レーザ干渉計は、受信用レーザ光の反射光を干渉計測する。判定装置は、レーザ干渉計の計測結果により溶接部の内部欠陥の有無を判定する。第１のレーザ光照射装置は、溶接方向と交差する方向に送信用レーザ光の照射位置を走査するように構成された走査機構を含む。

【0009】

この溶接検査装置では、走査機構により、溶接方向と交差する方向に送信用レーザ光の照射位置が走査される。そして、溶接部に生じた内部欠陥で反射する超音波（散乱波）ではなく、溶接部を通過し、かつ、検査対象の母材下面で反射した超音波を用いて、内部欠陥の検出が行なわれる。これにより、薄板の溶接に用いられる重ね隅肉溶接の溶接部の内部欠陥をインプロセスで検出することが可能となる。

【0010】

判定装置は、受信用レーザ光及びレーザ干渉計を用いて検出される超音波の強度の減衰度がしきい値を超える場合に、溶接部に内部欠陥が生じているものと判定してもよい。

【0011】

また、本開示の溶接システムは、溶接トーチを含むアーク溶接装置と、アーク溶接装置により形成された重ね隅肉溶接の溶接部を検査する上記の溶接検査装置と、溶接ロボットとを備える。溶接トーチ、並びに溶接検査装置の第１及び第２のレーザ光照射装置は、溶接ロボットのアームに搭載される。第１及び第２のレーザ光照射装置は、溶接トーチの溶接進行方向後方に配置される。

【0012】

上記の溶接システムによれば、アーク溶接装置とともにロボットのアームに搭載される上記の溶接検査装置を用いて、アーク溶接装置による重ね隅肉溶接の溶接部の内部欠陥を溶接中にインプロセスで検出することができる。

【0013】

溶接ロボットは、アームを制御するコントローラを含み、コントローラは、アーク溶接装置による溶接中に、第１及び第２のレーザ光照射装置が溶接トーチの溶接進行方向後方に位置するように、アームを制御してもよい。

【0014】

コントローラは、溶接検査装置により溶接部の内部欠陥が検出されると、アーク溶接装置による溶接及びアームの動作を停止してもよい。

【0015】

コントローラは、溶接検査装置により溶接部の内部欠陥が検出されると、以下の第１の処理及び第２の処理の少なくとも一方を実行するように構成されてもよい。第１の処理は、アーク溶接装置の溶接条件を変更する処理を含む。第２の処理は、内部欠陥が検出されていない場合に比べて溶接速度を低下するようにアームを制御する処理を含む。

【0016】

溶接システムは、調整機構と、変形測定装置とをさらに備えてもよい。調整機構は、アーム上における第２のレーザ光照射装置の位置及び角度の少なくとも一方を調整するように構成される。変形測定装置は、アームに搭載され、溶接に伴なう検査対象の所定位置における変形を測定する。そして、調整機構は、所定位置と第２のレーザ光照射装置との相対的な位置関係が所定の関係となるように、変形測定装置の測定結果に基づいて位置及び角度の少なくとも一方を調整してもよい。

【0017】

溶接システムは、表面処理装置をさらに備えてもよい。表面処理装置は、所定位置の溶接進行方向前方において、アーク溶接装置による溶接により検査対象の表面に生じた酸化皮膜を除去するように構成される。

【0018】

第１のレーザ光照射装置は、各々が送信用のパルスレーザ光を溶接部上に照射する複数のパルスレーザ光照射装置を含んで構成されてもよい。複数のパルスレーザ光照射装置は、レーザ光照射タイミングが互いにずれるようにパルスレーザ光を照射してもよい。

【0019】

また、本開示の溶接検査方法は、重ね隅肉溶接の溶接部を検査する溶接検査方法であって、検査対象の内部に超音波を励起するための送信用レーザ光を溶接後の検査対象の溶接部上に照射するステップと、溶接部を通過し、かつ、検査対象の母材下面で反射した超音波を検出可能な検査対象上の所定位置に、超音波を検出するための受信用レーザ光を照射するステップと、受信用レーザ光の反射光をレーザ干渉計により干渉計測するステップと、レーザ干渉計の計測結果により溶接部の内部欠陥の有無を判定するステップとを含み、送信用レーザ光を照射するステップは、溶接方向と交差する方向に送信用レーザ光の照射位置を走査するステップを含む。

【0020】

この溶接検査方法では、溶接方向と交差する方向に送信用レーザ光の照射位置が走査される。そして、溶接部に生じた内部欠陥で反射した超音波（散乱波）ではなく、溶接部を通過し、かつ、検査対象の母材下面で反射した超音波を用いて、内部欠陥の検出が行なわれる。これにより、薄板の溶接に用いられる重ね隅肉溶接の溶接部の内部欠陥をインプロセスで検出することが可能となる。

【0021】

判定するステップは、受信用レーザ光及びレーザ干渉計を用いて検出される超音波の強度の減衰度がしきい値を超える場合に、溶接部に内部欠陥が生じているものと判定するステップを含んでもよい。

【発明の効果】

【0022】

上記の溶接検査装置、溶接システム、及び溶接検査方法によれば、薄板の溶接に用いられる重ね隅肉溶接の溶接部の内部欠陥を溶接中にインプロセスで検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施の形態１に従う溶接検査装置の構成を示す図である。

【図2】溶接検査装置による溶接部の欠陥検出の原理を説明する図である。

【図3】溶接検査装置による溶接部の欠陥検出の原理を説明する図である。

【図4】送信用レーザ光の照射位置と、受信用レーザ光の照射位置における超音波の到達時間との関係を示す図である。

【図5】送信用レーザ光の照射位置と、受信用レーザ光の照射位置における超音波の信号強度との関係を示す図である。

【図6】溶接部における欠陥の有無の判定方法を説明する図である。

【図7】実施の形態１に従う溶接検査装置における一連の処理の手順を説明するフローチャートである。

【図8】実施の形態２に従う溶接システムの全体構成図である。

【図9】図８に示す溶接システムにおけるインプロセスでの溶接欠陥検出のイメージを示す図である。

【図10】実施の形態２に従う溶接システムにおける一連の処理の手順を説明するフローチャートである。

【図11】コントローラが制御装置から欠陥検出信号を受信したときのコントローラの処理例を示すフローチャートである。

【図12】変形例において、コントローラが制御装置から欠陥検出信号を受信したときのコントローラの処理例を示すフローチャートである。

【図13】焦点位置からの高さ方向のずれ量と、受信用レーザ光プローブの受信感度との関係を示す図である。

【図14】検査対象に対する受信用レーザ光の角度ずれと、受信用レーザ光プローブの受信感度との関係を示す図である。

【図15】溶接に伴ない母材が変形した様子を示す図である。

【図16】検査対象の表面状態と、受信用レーザ光プローブによる受信用レーザ光の受信感度との関係を例示した図である。

【図17】実施の形態３に従う溶接システムの全体構成図である。

【図18】溶接進行中の送信用レーザ光の照射位置を示した平面図である。

【図19】送信用レーザ光の照射周波数と、溶接進行方向における空間分解能との関係を示す図である。

【図20】実施の形態４における送信用レーザ光照射装置の構成例を示す図である。

【図21】送信用レーザ光照射装置の各々から出力されるパルスレーザ光の発振タイミングを示す図である。

【図22】実施の形態４の変形例における送信用レーザ光照射装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0025】

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態１に従う溶接検査装置の構成を示す図である。図１を参照して、溶接検査装置１は、送信用レーザ源１０と、送信用レーザ光照射装置１２と、受信用レーザ源１６と、受信用レーザ光プローブ１８と、制御装置２２と、表示装置２４とを備える。

【0026】

この溶接検査装置１は、自動車用鋼板等の薄板（母材２，４）の重ね隅肉溶接における溶接部６の検査に用いられる。母材２，４は、例えば、板厚が１～２ｍｍ程度の亜鉛メッキ鋼板である。なお、図中、Ｙ方向は、溶接進行方向を示し、Ｘ方向は、母材と平行であって溶接方向（Ｙ方向）に直交する方向を示し、Ｚ方向は、母材の法線方向を示す。

【0027】

送信用レーザ源１０は、送信用レーザ光照射装置１２において送信用レーザ光１４を生成するための励起光を生成し、送信用レーザ光照射装置１２へ出力する。送信用レーザ源１０は、例えばＬＤ電源によって構成される。

【0028】

送信用レーザ光照射装置１２は、送信用レーザ源１０から励起光を受けてパルスレーザ光である送信用レーザ光１４を発生し、検査対象の溶接部６に照射する。送信用レーザ光照射装置１２は、例えばＹＡＧパルスレーザ光を発生するマイクロチップレーザと、送信用レーザ光１４の照射位置をＸ方向に走査可能な走査機構とを含んで構成される。走査機構は、例えば、角度を調整可能なガルバノミラーと、ガルバノミラーを駆動する駆動機構とを含んで構成される。

【0029】

受信用レーザ源１６は、レーザ干渉計を含んで構成される。受信用レーザ源１６は、下板の母材４へ照射する受信用レーザ光２０（参照光）を発生し、受信用レーザ光プローブ１８へ出力する。また、受信用レーザ源１６は、母材４へ照射された受信用レーザ光２０の母材４からの反射光を受信用レーザ光プローブ１８から受け、参照光と反射光とを含む干渉光を検出して制御装置２２へ出力する。

【0030】

受信用レーザ光プローブ１８は、下板の母材４の所定位置（超音波受信点）へ受信用レーザ光２０を照射する。また、受信用レーザ光プローブ１８は、母材４に照射した受信用レーザ光２０の母材４からの反射光を受光し、受信用レーザ源１６（レーザ干渉計）へ出力する。

【0031】

この溶接検査装置１では、レーザ超音波法を用いて溶接部６の内部欠陥の検出を行なう。すなわち、検査対象の溶接部６にレーザ光（送信用レーザ光１４）を照射して検査対象の内部に超音波を発生させ、受信用レーザ光２０が照射される母材４上の位置（超音波受信点）における超音波の強度に応じた表面振動を、受信用レーザ光２０の参照光と反射光との干渉光により検出する。そして、溶接部６に内部欠陥が存在しない場合と存在する場合との検出差に基づいて、溶接部６の内部欠陥の有無が判定される。溶接検査装置１による溶接部の内部欠陥の検出原理については、後ほど図２，図３で詳しく説明する。

【0032】

制御装置２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ（ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory））と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、制御装置２２により実行される各種処理が記述されている。

【0033】

制御装置２２は、送信用レーザ光照射装置１２において送信用レーザ光１４を生成するための励起光を発生するように送信用レーザ源１０を制御する。また、制御装置２２は、送信用レーザ光１４の照射位置をＸ方向に走査するように送信用レーザ光照射装置１２を制御する。また、制御装置２２は、送信用レーザ光照射装置１２における送信用レーザ光１４の発振タイミング（パルス照射のタイミング）を送信用レーザ光照射装置１２から受ける。

【0034】

そして、制御装置２２は、受信用レーザ源１６のレーザ干渉計による受信用レーザ光２０の干渉計測結果を受信用レーザ源１６から受け、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）における超音波の強度（表面振動の強度）に基づいて、溶接部６の内部欠陥の有無を判定する。この内部欠陥の有無の判定方法については、後ほど詳しく説明する。

【0035】

表示装置２４は、制御装置２２の各種処理結果を表示するためのディスプレイである。表示装置２４には、例えば、溶接検査装置１による検査対象内の超音波の計測結果を示す、Ｂ－ｓｃｏｐｅと称される計測画面が表示される。Ｂ－ｓｃｏｐｅは、Ｘ方向に走査される送信用レーザ光１４の照射位置（超音波送信点）に応じた、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）における超音波の到達時間及び強度を表示したものである。制御装置２２及び表示装置２４は、例えばＰＣ（Personal Computer）によって構成される。以下、溶接検査装置１による溶接部の内部欠陥の検出方法について詳しく説明する。

【0036】

図２及び図３は、溶接検査装置１による溶接部の内部欠陥の検出原理を説明する図である。図２は、溶接部６に欠陥が無いときの状態を示し、図３は、溶接部６に内部欠陥（ブローホール等）が生じているときの状態を示す。

【0037】

図２を参照して、この溶接検査装置１では、溶接部６を含む領域に上方（Ｚ方向）から送信用レーザ光１４（パルスレーザ光）が照射され、レーザ光の照射位置に超音波を励起させる。発生した超音波は、溶接部６を通過し、下側の母材４の下面５で反射した後、母材４の上面に到達する。この到達した超音波により母材４の表面に生じた微細振動を、受信用レーザ光２０を用いて計測することにより（レーザ干渉計を用いた干渉計測）、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）における超音波の強度を測定する。

【0038】

送信用レーザ光１４の照射位置は、送信用レーザ光照射装置１２（図１）の走査機構を用いてＸ方向に走査される。×印で示される点３２は、パルスレーザ光である送信用レーザ光１４の照射位置（超音波送信点）を示す。ある照射位置における測定が終了した後、次の位置へ送信用レーザ光１４の照射位置が走査され、その照射位置における測定が行なわれる。

【0039】

受信用レーザ光２０の照射位置は、母材４のＸ方向において固定される。○印で示される点３６は、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）を示す。受信点３６と送信点３２とのＸ方向の距離が大きいほど、送信点３２から受信点３６までの超音波の伝播時間が長くなり、拡散減衰によって受信点３６での超音波の強度（表面の微細振動）も減少する。

【0040】

図３を参照して、溶接部６にブローホール等の欠陥４０が存在する場合、拡散減衰に加えて欠陥４０での散乱減衰も生じるため、受信点３６に到達する超音波４４の強度は、欠陥４０が存在しない場合に比べて小さくなる（減衰が大きくなる）。したがって、受信点３６に到達する超音波の減衰度を捉えることにより、溶接部６の欠陥４０の有無を判定することができる。

【0041】

図４は、送信用レーザ光１４の照射位置と、受信用レーザ光２０の照射位置における超音波の到達時間との関係を示した図である。図４において、横軸は、送信用レーザ光１４のＸ方向の照射位置（超音波の送信位置）を示し、値が大きいほど受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）から離れていることを示す。縦軸は、送信用レーザ光１４が照射されてから（送信位置において超音波が発生してから）受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）に超音波が到達するまでの時間を示す。

【0042】

図４を参照して、線Ｌ１は、溶接部６及び母材４の表面を伝わった超音波（表面波）の到達時間を示す。線Ｌ２は、超音波の送信位置から溶接部６を通過して母材４の下面５で反射した超音波（反射波）の到達時間を示す。

【0043】

上記反射波の到達時間は、欠陥４０の有無の影響を受けないため、超音波の送信位置と到達時間との関係から、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）で検出された超音波が、表面波であるのか、それとも母材４の下面５で反射した超音波（反射波）であるのかを区別することができる。

【0044】

図５は、送信用レーザ光１４の照射位置と、受信用レーザ光２０の照射位置における超音波の強度との関係を示した図である。図５において、横軸は、図４と同様に、送信用レーザ光１４のＸ方向の照射位置（超音波の送信位置）を示す。縦軸は、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）における、図４の反射波（線Ｌ２）の強度を示す。

【0045】

図５を参照して、線Ｌ３は、溶接部６に内部欠陥が無い場合の、超音波受信点における図４の反射波（線Ｌ２）の強度を示す。超音波の送信位置の値が大きいほど（超音波受信点から離れるほど）、拡散減衰によって信号強度が減衰する。

【0046】

線Ｌ４は、溶接部６に内部欠陥（ブローホール等）が存在する場合の、超音波受信点における図４の反射波（線Ｌ２）の強度を示す。超音波の送信位置がＸ１よりも大きい位置では、超音波受信点に到達する超音波（反射波）は、溶接部６に生じた内部欠陥を通過する。その際、拡散減衰に加えて内部欠陥での散乱減衰も生じるため、超音波受信点における超音波の強度は、内部欠陥が無い場合（線Ｌ３）に比べて小さくなる。すなわち、超音波受信点において、内部欠陥が生じているときの超音波の減衰度は、内部欠陥が無い場合に比べて大きくなる。

【0047】

なお、Ｂ－ｓｃｏｐｅは、図４のグラフにおいて、線Ｌ１，Ｌ２について、超音波の送信位置毎に、超音波受信点における超音波の強度に応じて濃度を変化させて表示したものである。Ｂ－ｓｃｏｐｅでは、超音波の送信位置毎に、超音波受信点における超音波の到達時間と強度とが１つの画面上に表示される。

【0048】

図６は、溶接部６における内部欠陥の有無の判定方法を説明する図である。図６を参照して、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）における超音波の強度（母材４の下面５で反射した超音波の強度）について、超音波の送信位置に応じた減衰度の大きさによって、溶接部６における内部欠陥の有無が判定される。すなわち、超音波の送信位置に応じた上記減衰度が所定のしきい値よりも小さければ、欠陥は無いものと判定され、減衰度がしきい値を超えると、検査対象の溶接部６に内部欠陥が生じているものと判定される。なお、しきい値は、事前の評価試験等により、内部欠陥の有無を区別可能な値に適宜設定される。

【0049】

図７は、本実施の形態１に従う溶接検査装置１における一連の処理の手順を説明するフローチャートである。図７を参照して、まず、制御装置２２は、送信用レーザ光１４を検査対象の所定位置に照射するように、送信用レーザ光照射装置１２の走査機構を制御する（ステップＳ１０）。１回の走査における送信用レーザ光１４の各照射位置は、Ｘ方向において予め定められており（例えば、溶接部６を含む領域において２０点）、例えば、まず受信用レーザ光２０の照射位置に最も近い所定位置に送信用レーザ光１４を照射するように、走査機構が制御される。

【0050】

また、制御装置２２は、検査対象の所定の受信点に受信用レーザ光２０が照射されるように、受信用レーザ源１６を制御する（ステップＳ２０）。なお、受信用レーザ光２０の照射位置（超音波受信点）は、Ｘ方向の所定位置に定められている。受信用レーザ光２０の照射は、送信用レーザ光１４の照射前から照射されていてもよいし、送信用レーザ光１４の照射開始と同時に開始されてもよい。

【0051】

そして、受信用レーザ源１６は、母材４へ照射された受信用レーザ光２０の反射光を受信用レーザ光プローブ１８から受け、その反射光と、母材４へ照射された受信用レーザ光２０（参照光）との干渉をレーザ干渉計により計測する（ステップＳ２０）。

【0052】

次いで、制御装置２２は、送信用レーザ光１４の走査が完了したか否かを判定する（ステップＳ２５）。具体的には、Ｘ方向において予め定められた照射位置の全てにおいて計測が完了したか否かが判定される。走査が完了していない場合には（ステップＳ２５においてＮＯ）、制御装置２２は、送信用レーザ光１４の照射位置を次の位置に更新する（ステップＳ３０）。そして、ステップＳ１０へ処理が戻される。

【0053】

ステップＳ２５において１ライン分の走査が完了したと判定されると（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、制御装置２２は、Ｂ－ｓｃｏｐｅの作成及び波形処理を実行する（ステップＳ３５）。具体的には、制御装置２２は、ステップＳ１０～Ｓ３０の処理で得られた１走査分の計測信号について、送信用レーザ光１４のＸ方向の各照射位置（送信位置）と、受信用レーザ光２０の照射位置（受信点）における超音波（送信位置から溶接部６を通過して母材４の下面５で反射した超音波）の到達時間及び強度との関係を示すＢ－ｓｃｏｐｅを作成する。

【0054】

なお、Ｂ－ｓｃｏｐｅの作成に際し、ステップＳ２０において得られる計測信号に対して、ノイズを除去するために、適当なバンドバスフィルタ等を用いた周波数処理を行なってもよい。

【0055】

次いで、作成されたＢ－ｓｃｏｐｅから、下板（母材４）の下面５で反射し超音波受信点に到達した超音波の信号が抽出される（ステップＳ４０）。図４で説明したように、Ｂ－ｓｃｏｐｅにおいて、母材４の下面５で反射した超音波（反射波）を表面波等と区別して容易に抽出可能である。この抽出作業は、人手で行なってもよいし、制御装置２２において自動で抽出してもよい。

【0056】

ステップＳ４０において、下板（母材４）の下面５で反射し超音波受信点に到達した超音波の信号が抽出されると、制御装置２２は、その抽出された信号について、送信用レーザ光１４の照射位置（送信位置）に応じた超音波の減衰度を算出する（ステップＳ４５）。具体的には、制御装置２２は、送信位置に応じた超音波の強度の低下度合いを算出する。なお、制御装置２２は、各送信位置において得られる計測信号に対して、信号強度のＲＭＳ（Root Mean Square）値を算出し、送信位置に応じた上記ＲＭＳ値の低下度合いを算出しても良い。

【0057】

そして、制御装置２２は、ステップＳ４５において算出された減衰度がしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０）。このしきい値は、上述のように、事前の評価試験により、内部欠陥の有無を区別可能な値に適宜設定される。そして、減衰度がしきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御装置２２は、溶接部６に内部欠陥が検出されたことを示す信号を表示装置２４へ出力する（ステップＳ５５）。

【0058】

以上のように、この実施の形態１においては、溶接部６に生じた内部欠陥で反射する超音波（散乱波）ではなく、溶接部６を通過し、かつ、検査対象の母材４の下面５で反射した超音波を用いて、内部欠陥の検出が行なわれる。具体的には、送信用レーザ光１４の照射位置がＸ方向に走査され、照射位置の走査に応じた超音波受信点での超音波の減衰度がしきい値を超える場合に、溶接部に内部欠陥が生じているものと判定される。この実施の形態１によれば、このような構成とすることにより、薄板の溶接に用いられる重ね隅肉溶接の溶接部６の内部欠陥をインプロセスで検出することができる。

【0059】

［実施の形態２］
実施の形態２では、溶接装置及び上記の溶接検査装置を自動溶接ロボットに搭載した溶接システムについて示される。

【0060】

図８は、実施の形態２に従う溶接システムの全体構成図である。図８を参照して、溶接システム１００は、ロボットアーム１１０と、溶接トーチ１１２と、ワイヤ１１８と、溶接電源１２０と、コントローラ１２２とを備える。

【0061】

ロボットアーム１１０は、多関節のアームであり、例えば６軸多関節アームである。ロボットアーム１１０は、設定された溶接速度で溶接トーチ１１２により母材１０２，１０４の重ね隅肉溶接を行なうように、コントローラ１２２により制御される。

【0062】

溶接トーチ１１２は、母材１０２，１０４の接合部に向けて、溶接ワイヤ及び図示しないシールドガス（アルゴンガスや炭酸ガス等）を供給する。溶接トーチ１１２は、溶接電源１２０からワイヤ１１８を通じて溶接電流の供給を受け、溶接ワイヤの先端と母材１０２，１０４の接合部との間にアーク１１４を発生させる。

【0063】

なお、溶接ワイヤに代えて、溶接金属を形成するためのフィラー（溶加材）を添加しつつ非消耗材の電極（タングステン等）を用いてもよい。すなわち、溶接トーチ１１２によるアーク溶接は、溶接ワイヤを用いる溶極式（マグ溶接やミグ溶接等）であってもよいし、フィラーの添加を伴なう非溶極式（ティグ溶接等）であってもよい。

【0064】

溶接電源１２０は、アーク溶接を行なうための溶接電圧及び溶接電流を生成し、生成された溶接電圧及び溶接電流を溶接トーチ１１２へ出力する。

【0065】

コントローラ１２２は、設定された溶接速度で溶接トーチ１１２により母材１０２，１０４の重ね隅肉溶接を行なうように、ロボットアーム１１０の動作及び溶接電源１２０の出力を制御する。その際、コントローラ１２２は、溶接検査装置を構成する溶接検査ヘッド１３０（後述）の位置が溶接トーチ１１２の溶接進行方向後方となるように、ロボットアーム１１０を制御する。

【0066】

また、コントローラ１２２は、溶接検査装置を制御する制御装置１６４と連係し、制御装置１６４と各種信号をやり取りする。例えば、コントローラ１２２は、溶接トーチ１１２による溶接の開始、停止、継続を制御装置１６４へ通知する。また、コントローラ１２２は、溶接部の内部欠陥が検出されたことを示す欠陥検出信号を制御装置１６４から受けると、溶接トーチ１１２による溶接を停止したり、溶接条件を変更したりする。

【0067】

なお、コントローラ１２２も、ＣＰＵと、メモリ（ＲＡＭ及びＲＯＭ）と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、コントローラ１２２により実行される各種処理が記述されている。

【0068】

溶接システム１００は、溶接検査ヘッド１３０と、光ファイバ１４２，１４８と、リンク１５０と、送信用レーザ源１６０と、受信用レーザ源１６２と、制御装置１６４とをさらに備える。

【0069】

溶接検査ヘッド１３０は、送信用レーザ光照射装置１３４と、受信用レーザ光プローブ１４４とを備える。送信用レーザ光照射装置１３４及び受信用レーザ光プローブ１４４は、取付部材１３２に取り付けられ、取付部材１３２は、リンク１５０によってロボットアーム１１０に連結されている。

【0070】

送信用レーザ光照射装置１３４は、マイクロチップレーザ１３６と、走査機構１３８と、フォトディテクタ１４０とを含んで構成される。マイクロチップレーザ１３６は、例えばＹＡＧ結晶を用いた小型の固体レーザであり、送信用レーザ源１６０から光ファイバ１４２を通じて励起光を受け、高出力のパルスレーザ光を発生する。

【0071】

走査機構１３８は、マイクロチップレーザ１３６が発生したパルスレーザ光の照射位置をＸ方向（溶接方向（Ｙ方向）に直交する溶接幅方向）に走査するための機構を含む。走査機構１３８は、例えば、角度を調整可能なガルバノミラーと、ガルバノミラーを駆動する駆動機構とを含んで構成される。送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）が照射される超音波送信点群１５４が溶接ビード１０６のＸ方向全域を含むように、走査機構１３８の駆動機構が制御装置１６４によって制御される。

【0072】

フォトディテクタ１４０は、送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）の発振を検出し、パルスレーザ光が発振される毎にトリガ信号Ｔｒを制御装置１６４へ出力する。

【0073】

受信用レーザ光プローブ１４４は、受信用レーザ源１６２から光ファイバ１４８を通じて受ける受信用レーザ光１５６（参照光）を、母材１０４上においてＸ方向の所定位置である超音波受信点１５８に照射する。また、受信用レーザ光プローブ１４４は、母材１０４に照射した受信用レーザ光１５６の、母材１０４からの反射光を受光し、光ファイバ１４８を通じて受信用レーザ源１６２へ出力する。

【0074】

受信用レーザ源１６２は、レーザ干渉計を含んで構成され、母材１０４へ照射される受信用レーザ光１５６（参照光）を、光ファイバ１４８を通じて受信用レーザ光プローブ１４４へ出力する。そして、受信用レーザ源１６２は、受信用レーザ光プローブ１４４により受光された母材１０４からの受信用レーザ光１５６の反射光を受信用レーザ光プローブ１４４から受け、受信用レーザ光１５６の参照光と反射光とを含む干渉光の検出信号ＩＳを制御装置１６４へ出力する。

【0075】

なお、送信用レーザ光１５２及び受信用レーザ光１５６の照射位置は、溶接中のインプロセスでの欠陥検出を考慮すると、溶接位置（溶融池１１６）に近いことが望ましく、例えば、溶融池１１６の溶接進行方向後方２０～３０ｍｍとすることができる。

【0076】

制御装置１６４は、送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）が発振されるタイミングを示す、フォトディテクタ１４０からのトリガ信号Ｔｒを基準に、受信用レーザ光１５６の参照光と反射光との干渉光の検出信号ＩＳを所定時間計測する（例えば１０μｓ）。そして、制御装置１６４は、計測された干渉光の検出信号ＩＳから、トリガ信号Ｔｒに対応する超音波受信点１５８での超音波の強度を計測する。

【0077】

制御装置１６４は、上記のような超音波受信点１５８での超音波の強度測定を、送信用レーザ光１５２の照射位置（超音波送信点）を走査しながら実施する。そして、制御装置１６４は、１走査分の測定が終了すると、実施の形態１と同様の手法により、下板（母材１０４）の下面で反射し受信点１５８に到達した超音波（反射波）の減衰度に基づいて、溶接部（溶接ビード１０６）に内部欠陥が生じているか否かを判定する。

【0078】

そして、この実施の形態２に従う溶接システム１００では、制御装置１６４により溶接部に内部欠陥が生じているものと判定されると、溶接部の内部欠陥が検出されたことを示す欠陥検出信号が制御装置１６４からロボットアーム側のコントローラ１２２へ通知され、溶接トーチ１１２による溶接の中止、或いは溶接条件の変更（溶接速度や溶接電流の変更等）が行なわれる。

【0079】

図９は、図８に示した溶接システム１００におけるインプロセスでの溶接欠陥検出のイメージを示す図である。図９を参照して、上側の図は、溶接部を含む検査対象の平面図である。溶融池１１６の後方に溶接ビード１０６が形成されており、点線で示される欠陥４０は、溶接部（溶接ビード１０６）の内部に発生したブローホール等である。

【0080】

溶接部において欠陥が生じていないＹ方向（溶接進行方向）位置では、送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）の照射位置の走査に応じた超音波受信点１５８での超音波の減衰度は、しきい値よりも小さい。他方、溶接部において欠陥が生じているＹ方向位置では、送信用レーザ光１５２の照射位置の走査に応じた超音波受信点１５８での超音波の減衰度は、しきい値よりも大きい。このように、溶接進行方向（Ｙ方向）のどの位置において溶接部（溶接ビード１０６）に欠陥４０が生じているかを、溶接中にインプロセスで判定することができる。

【0081】

図１０は、実施の形態２に従う溶接システムにおける一連の処理の手順を説明するフローチャートである。図１０とともに図８を参照して、制御装置１６４は、送信用レーザ光１５２を溶接対象のＸ方向所定位置に照射するように、走査機構１３８を制御する（ステップＳ１１０）。１回の走査における送信用レーザ光１５２の各照射位置は、Ｘ方向において予め定められており、この例では、溶接ビード１０６を含む領域において２０点の照射位置が定められている。

【0082】

次いで、フォトディテクタ１４０により送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）の発振（照射）が検出され、このパルス照射に対応する超音波の検出の開始を示すトリガ信号Ｔｒがフォトディテクタ１４０から制御装置１６４へ送信される（ステップＳ１１５）。

【0083】

制御装置１６４は、トリガ信号Ｔｒを基準に、レーザ干渉計により取得される受信用レーザ光１５６の干渉光に基づく超音波受信点１５８での超音波の強度を所定時間（例えば１０μｓ）計測する（ステップＳ１２０）。

【0084】

次いで、制御装置１６４は、送信用レーザ光１５２の１走査分の計測が完了したか否かを判定する（ステップＳ１２５）。具体的には、Ｘ方向において予め定められた照射位置（この例では２０点）の全てにおいて計測が完了したか否かが判定される。１走査分の計測が完了していない場合には（ステップＳ１２５においてＮＯ）、制御装置１６４は、送信用レーザ光１５２の照射位置を次の位置に更新する（ステップＳ１３０）。そして、ステップＳ１１０へ処理が戻される。

【0085】

ステップＳ１２５において送信用レーザ光１５２の１走査分の計測が完了したと判定されると（ステップＳ１２５においてＹＥＳ）、制御装置１６４は、Ｂ－ｓｃｏｐｅの作成及び波形処理を実行する（ステップＳ１３５）。さらに、作成されたＢ－ｓｃｏｐｅから、下板（母材１０４）の下面で反射し受信点１５８に到達した超音波（反射波）の信号が抽出される（ステップＳ１４０）。さらに、制御装置１６４は、その抽出された信号について、送信用レーザ光１５２の照射位置（送信位置）に応じた超音波の減衰度を算出する（ステップＳ１４５）。なお、上記のステップＳ１３５～Ｓ１４５の処理は、実施の形態１において説明した図７のステップＳ３５～Ｓ４５の処理と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

【0086】

次いで、制御装置１６４は、ステップＳ１４５において算出された減衰度がしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５０）。このしきい値は、事前の評価試験により、内部欠陥の有無を区別可能な値に適宜設定される。そして、減衰度がしきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ１５０においてＹＥＳ）、制御装置１６４は、溶接部（溶接ビード１０６）において欠陥が検出されたことを示す欠陥検出信号をロボットアーム側のコントローラ１２２へ出力する（ステップＳ１５５）。なお、減衰度がしきい値以下のときは（ステップＳ１５０においてＮＯ）、制御装置１６４は、ステップＳ１５５の処理を実行することなくステップＳ１６０へ処理を移行する。

【0087】

次いで、制御装置１６４は、溶接の継続要否を示すコントローラ１２２からの信号に基づいて、溶接が継続されるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。そして、溶接が継続される場合には（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、制御装置１６４は、次の計測ラインでの計測に移行し（ステップＳ１６５）、ステップＳ１１０へ処理を戻す。

【0088】

他方、ステップＳ１６０において、コントローラ１２２からの信号に基づいて溶接の停止が判定された場合には（ステップＳ１６０においてＮＯ）、制御装置１６４は、エンドへ処理を移行し、一連の処理を終了する。

【0089】

図１１は、コントローラ１２２が制御装置１６４から欠陥検出信号を受信したときのコントローラ１２２の処理例を示すフローチャートである。図１１を参照して、コントローラ１２２は、制御装置１６４から欠陥検出信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。コントローラ１２２は、欠陥検出信号を受信していなければ（ステップＳ２１０においてＮＯ）、以下の一連の処理を実行することなくリターンへ処理を移行する。

【0090】

ステップＳ２１０において制御装置１６４から欠陥検出信号を受信したと判定されると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、コントローラ１２２は、溶接トーチ１１２による溶接を停止する（ステップＳ２２０）。さらに、コントローラ１２２は、ロボットアーム１１０の動作を停止する（ステップＳ２３０）。

【0091】

そして、コントローラ１２２は、溶接が停止されたことを制御装置１６４（溶接検査装置）へ通知する（ステップＳ２４０）。すなわち、この例では、溶接中にインプロセスで溶接部（溶接ビード１０６）の検査が行なわれ、溶接部の欠陥が検出されると、制御装置１６４からロボットアームのコントローラ１２２へ出力される欠陥検出信号に従って溶接が停止される。そして、溶接が停止されたことがコントローラ１２２から溶接検査装置側の制御装置１６４へ通知される。

【0092】

以上のように、この実施の形態２によれば、溶接トーチ１１２とともにロボットアーム１１０に搭載される溶接検査装置（溶接検査ヘッド１３０）を用いて、溶接トーチ１１２による溶接部（溶接ビード１０６）の内部欠陥を溶接中にインプロセスで検出することができる。そして、この実施の形態２によれば、溶接検査装置と溶接ロボット（ロボットアーム１１０及び溶接トーチ１１２）とが連係し、溶接検査装置により溶接部に内部欠陥が検出された場合に、溶接ロボットによる溶接を停止させることができる。

【0093】

［変形例］
上記の実施の形態２では、溶接の欠陥が検出されると、溶接が停止されるものとしたが、溶接条件を変更して溶接を継続してもよい。

【0094】

図１２は、この変形例において、コントローラ１２２が制御装置１６４から欠陥検出信号を受信したときのコントローラ１２２の処理例を示すフローチャートである。このフローチャートは、上記の図１１に対応するものである。

【0095】

図１２を参照して、コントローラ１２２は、制御装置１６４から欠陥検出信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ３１０）。コントローラ１２２は、欠陥検出信号を受信していなければ（ステップＳ３１０においてＮＯ）、以下の一連の処理を実行することなくリターンへ処理を移行する。

【0096】

ステップＳ３１０において制御装置１６４から欠陥検出信号を受信したと判定されると（ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、コントローラ１２２は、溶接トーチ１１２による溶接の条件を変更する（ステップＳ３２０）。溶接条件の変更は予め定められており、例えば溶接電流が変更される。

【0097】

また、コントローラ１２２は、溶接速度を低下させる（ステップＳ３３０）。溶接速度の低下度合いも予め定められており、低下後の溶接速度が規定されていてもよいし、溶接速度の低下率が規定されていてもよい。なお、ステップＳ３２０及びＳ３３０のいずれかの処理のみを実行するものとしてもよい。

【0098】

そして、ステップＳ３２０及び／又はステップＳ３３０の処理が実行されると、コントローラ１２２は、溶接は継続されることを制御装置１６４（溶接検査装置）へ通知する（ステップＳ３４０）。すなわち、この例でも、溶接中にインプロセスで溶接部（溶接ビード１０６）の検査が行なわれ、溶接部の欠陥が検出されると、制御装置１６４からロボットアームのコントローラ１２２へ出力される欠陥検出信号に従って溶接条件や溶接速度が変更され、溶接は継続される。そして、溶接は継続されることがコントローラ１２２から溶接検査装置側の制御装置１６４へ通知される。

【0099】

以上のように、この変形例によれば、溶接検査装置により溶接部に内部欠陥が検出された場合に、以降の溶接において欠陥が抑制されるように、溶接条件を変更したり、溶接速度を低下させたりすることできる。

【0100】

［実施の形態３］
レーザ超音波法を用いた欠陥検出においては、受信用レーザ光１５６の照射面からの反射光を用いて非接触の振動計測が行なわれる。検査対象からの反射光を十分に捕捉して計測感度を高めるため、受信用レーザ光プローブ１４４は、受信用レーザ光１５６の照射面に正対させ、かつ、焦点位置に配置される必要がある。

【0101】

図１３は、焦点位置からの高さ方向のずれ量と、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度との関係を示す図である。この図１３では、受信用レーザ光プローブ１４４をステンレス鏡面に対して正対させ、かつ、ステンレス鏡面に対する受信用レーザ光プローブ１４４の高さを焦点位置から変化させたときの受信感度が示されている。

【0102】

図示のように、焦点位置からの高さ方向のずれが生じると、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度が低下する。すなわち、受信用レーザ光プローブ１４４と受信用レーザ光１５６の照射面（母材１０４の表面）との距離が変化すると、受信用レーザ光プローブ１４４による受信用レーザ光１５６の受信感度が低下する。

【0103】

図１４は、受信用レーザ光１５６の照射面に対する角度ずれと、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度との関係を示す図である。この図１４では、受信用レーザ光プローブ１４４をステンレス鏡面に対して正対させ、かつ、ステンレス鏡面に対する受信用レーザ光プローブ１４４の角度を変化させたときの受信感度が示されている。

【0104】

図示のように、受信用レーザ光１５６の角度ずれが生じると、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度が低下する。すなわち、受信用レーザ光１５６の照射方向と、受信用レーザ光１５６の照射面（母材１０４の表面）の法線方向とにずれが生じると、受信用レーザ光プローブ１４４による受信用レーザ光１５６の受信感度が低下する。

【0105】

溶接においては、溶接に伴なう熱ひずみにより、溶接対象が変形する場合がある。特に、薄板の溶接においては、図１５に示されるように、溶接による母材の変形が想定される。図示のように、下側の母材１０４が変形した場合、受信用レーザ光プローブ１４４の配置が初期状態のままでは、受信用レーザ光プローブ１４４による受信用レーザ光１５６の受信感度が低下する可能性がある。

【0106】

そこで、この実施の形態３では、溶接中に受信用レーザ光１５６の照射面の変形を計測し、その情報を用いて、受信用レーザ光プローブ１４４の位置及び角度を調整する。これにより、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度の低下を抑制する。

【0107】

また、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度は、受信用レーザ光１５６の照射面の状態によっても変化する。

【0108】

図１６は、検査対象の表面状態と、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度との関係を例示した図である。図１６を参照して、受信用レーザ光１５６の照射面に溶接後のスマット（酸化皮膜）が付着している場合、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度が低下する。他方、受信用レーザ光１５６の照射面を研磨することで、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度は向上する。

【0109】

そこで、この実施の形態３では、受信用レーザ光１５６が照射される超音波受信点１５８を研磨するツールがさらに設けられる。ツールには、例えば、ブラシやレーザ光照射等を用いることができる。これにより、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度の低下をさらに抑制している。

【0110】

図１７は、実施の形態３に従う溶接システムの全体構成図である。図１７を参照して、この溶接システム１００Ａは、図８に示した溶接システム１００において、レーザラインスキャナ１７０と、駆動機構１４６と、表面処理装置１７４とをさらに備える。

【0111】

レーザラインスキャナ１７０は、取付部材１３２に取り付けられ、溶接後の溶接部材の表面プロフィールを測定する。より具体的には、レーザラインスキャナ１７０は、少なくともＸＺ平面における溶接後の母材１０４の表面プロフィールを測定する。レーザラインスキャナ１７０の測定結果を示す信号Ｐｆは、制御装置１６４へ出力される。

【0112】

駆動機構１４６は、制御装置１６４によって制御され、取付部材１３２に対する受信用レーザ光プローブ１４４の位置（Ｚ方向）及び角度（ＸＺ平面での回転角）を変更可能に構成される。

【0113】

制御装置１６４は、レーザラインスキャナ１７０からの信号Ｐｆに基づいて、受信用レーザ光プローブ１４４が母材１０４に正対し、かつ、母材１０４に対する受信用レーザ光プローブ１４４の位置が焦点位置となるように、駆動機構１４６を制御する。

【0114】

表面処理装置１７４は、受信用レーザ光１５６が照射される超音波受信点１５８の溶接進行方向前方における母材１０４の表面を研磨するためのツールである。表面処理装置１７４には、例えばブラシを採用することができる。或いは、母材１０４の表面においてめっき層は残しつつ溶接後のスマットを除去するように出力が調整されたレーザ光照射装置によって表面処理装置１７４を構成してもよい。

【0115】

なお、上記では、駆動機構１４６は、受信用レーザ光プローブ１４４の位置及び角度を変更可能としたが、受信用レーザ光プローブ１４４の位置及び角度の一方のみを変更するものであってもよい。位置及び角度の一方のみの変更でも、受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度の低下を抑制することは可能である。

【0116】

なお、上記において、駆動機構１４６は、受信用レーザ光プローブ１４４の位置及び角度の少なくとも一方を調整する「調整機構」に相当する。また、レーザラインスキャナ１７０は、ロボットアーム１１０に搭載され、受信用レーザ光１５６が照射される超音波受信点１５８における検査対象の変形を測定する「変形測定装置」に相当する。

【0117】

なお、上記においては、溶接システム１００Ａは、駆動機構１４６と、レーザラインスキャナ１７０とを備えるものとしたが、駆動機構１４６及びレーザラインスキャナ１７０の一方のみを備えるものであってもよい。

【0118】

以上のように、この実施の形態３によれば、駆動機構１４６及び／又はレーザラインスキャナ１７０が設けられることにより、溶接後の溶接対象の変形やスマットの形成による受信用レーザ光プローブ１４４の受信感度の低下を抑制することができる。その結果、溶接部の内部欠陥の検出精度が低下するのを抑制することができる。

【0119】

［実施の形態４］
溶接検査ヘッド１３０は、溶接トーチ１１２とともにロボットアーム１１０に搭載されるため、溶接中は溶接トーチ１１２とともに溶接検査ヘッド１３０も溶接進行方向に移動する。そのため、送信用レーザ光１５２の照射位置の走査方向は、溶接進行方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）から傾いている。

【0120】

図１８は、溶接進行中の送信用レーザ光１５２の照射位置を示した平面図である。図１８を参照して、送信用レーザ光１５２が照射された超音波送信点群１５４は、走査の始点と終点とで溶接進行方向（Ｙ方向）に幅Δｙを有する。このΔｙは、溶接進行方向における溶接検査の空間分解能を示すものといえる。

【0121】

この空間分解能を高める（Δｙを小さくする）には、（ｉ）溶接検査ヘッド１３０の移動速度を低くする、（ｉｉ）１回の走査における送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）の照射点数を少なくする、（ｉｉｉ）送信用レーザ光１５２の照射周波数を高くする、ことにより実現可能である。

【0122】

しかしながら、溶接検査ヘッド１３０の移動速度は溶接速度であり、溶接速度は溶接条件によって定まるため、溶接検査ヘッド１３０の移動速度を低くすることは、溶接条件の変更であり、容易ではない。また、１回の走査における送信用レーザ光１５２の照射点数を少なくすることは、取得される情報量が減少し、検出精度の低下を招く可能性がある。そこで、送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）の照射周波数を高くすることが望ましい。

【0123】

図１９は、送信用レーザ光１５２の照射周波数と、溶接進行方向における空間分解能との関係を示す図である。図１９を参照して、１回の走査における送信用レーザ光１５２の照射点数を２０点とし、溶接速度が１．０ｍ／ｍｉｎである場合に、送信用レーザ光１５２の照射周波数を変化させたときの空間分解能（図１８のΔｙ）が示されている。

【0124】

送信用レーザ光１５２の照射周波数（パルス周波数）が５０Ｈｚである場合、空間分解能はΔｙ＝６．７ｍｍであり、照射周波数が１００Ｈｚである場合は、空間分解能はその半分となる。このように、送信用レーザ光１５２の照射周波数を高めることにより、空間分解能を高める（Δｙを小さくする）ことができる。

【0125】

送信用レーザ光１５２の照射周波数を高めるためにマイクロチップレーザ１３６の発振周波数を高めることは、容易ではない。そこで、本実施の形態４では、マイクロチップレーザが小型であることを活かして、複数のマイクロチップレーザを用いることにより送信用レーザ光１５２の照射周波数が高められる。

【0126】

図２０は、実施の形態４における送信用レーザ光照射装置の構成例を示す図である。図２０を参照して、図示の例では、送信用レーザ光１５２の発生装置として、送信用レーザ源１６０－１，１６０－２と、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２とが設けられる。送信用レーザ源１６０－１，１６０－２の各々の構成は、図８で説明した送信用レーザ源１６０と同じであり、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２の各々の構成は、図８で説明した送信用レーザ光照射装置１３４と同じである。

【0127】

送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２は、それぞれ送信用レーザ源１６０－１，１６０－２から光ファイバを通じて励起光を受ける。そして、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２の各々は、高出力のパルスレーザ光を発生する。送信用レーザ光照射装置１３４－１から出力されるパルスレーザ光と、送信用レーザ光照射装置１３４－２から出力されるパルスレーザ光とは、照射位置が同じになるようにガルバノミラーが制御される一方で、発振タイミングが互いにずらされる。

【0128】

図２１は、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２の各々から出力されるパルスレーザ光の発振タイミングを示す図である。図２１を参照して、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２の各々から出力されるパルスレーザ光の発振タイミングが互いに半周期分ずれるように、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２の各々においてパルスレーザ光の発振タイミングが調整される。これにより、送信用レーザ光１５２の照射位置に発生させる超音波の回数を実質２倍にすることができる。例えば、送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２の各々から出力されるパルスレーザ光の周波数が１００Ｈｚの場合、ターゲットに照射される送信用レーザ光１５２の周波数を２００Ｈｚにすることができる。

【0129】

なお、実施の形態４における溶接システムのその他の構成は、図８に示した溶接システム１００又は図１７に示した溶接システム１００Ａと同じである。

【0130】

以上のように、この実施の形態４によれば、溶接進行方向における溶接検査の空間分解能を高めることにより、溶接部の内部欠陥の検出精度を高めることができる。

【0131】

［実施の形態４の変形例］
実施の形態４では、複数台の送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２によって、送信用レーザ光１５２の照射位置に発生させる超音波の回数を倍化させるものとしたが、走査機構（ガルバノミラー）の制御、及びフォトディテクタによるトリガの管理が複数台分必要であり、装置全体の構成が複雑になり得る。そこで、複数台のマイクロチップレーザについて光学系（走査機構）を共用する構成とすることにより、走査機構の制御、及びフォトディテクタによるトリガの管理を１つに纏めることができる。

【0132】

図２２は、実施の形態４の変形例における送信用レーザ光照射装置の構成例を示す図である。図２２を参照して、この変形例では、図２０に示した送信用レーザ光照射装置１３４－１，１３４－２に代えて、送信用レーザ光照射装置１８０が設けられる。送信用レーザ光照射装置１８０は、マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２と、集光機構１８２と、走査機構１３８と、フォトディテクタ１４０とを含む。マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２の各々の構成は、図８で説明したマイクロチップレーザ１３６と同じである。

【0133】

マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２は、それぞれ送信用レーザ源１６０－１，１６０－２から光ファイバを通じて励起光を受ける。そして、マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２の各々は、高出力のパルスレーザ光を発生して集光機構１８２へ出力する。マイクロチップレーザ１３６－１から出力されるパルスレーザ光と、マイクロチップレーザ１３６－２から出力されるパルスレーザ光とは、発振タイミングが互いにずらされる。より詳しくは、図２１に示したように、マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２の各々から出力されるパルスレーザ光の発振タイミングが互いに半周期分ずれるように、マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２の各々においてパルスレーザ光の発振タイミングが調整される。

【0134】

集光機構１８２は、マイクロチップレーザ１３６－１から出力されるパルスレーザ光と、マイクロチップレーザ１３６－２から出力されるパルスレーザ光とを集光して、走査機構１３８へ出力する。集光機構１８２は、マイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２の各々から出力されるパルスレーザ光を集光して走査機構１３８へ出力するように角度調整されたガルバノミラーによって構成される。

【0135】

フォトディテクタ１４０は、走査機構１３８から出力される送信用レーザ光１５２（パルスレーザ光）の発振を検出し、パルスレーザ光が発振される毎にトリガ信号Ｔｒを制御装置１６４へ出力する。走査機構１３８及びフォトディテクタ１４０は、図８で説明したので、説明を繰り返さない。

【0136】

この変形例では、集光機構１８２を設けることにより、複数台のマイクロチップレーザ１３６－１，１３６－２について走査機構１３８及びフォトディテクタ１４０を共用する構成としたので、実施の形態４に対して装置全体の構成を簡易にすることができる。

【0137】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示により示される技術的範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0138】

１ 溶接検査装置、２，４，１０２，１０４ 母材、６ 溶接部、１０，１６０ 送信用レーザ源、１２，１３４，１３４－１，１３４－２，１８０ 送信用レーザ光照射装置、１６，１６２ 受信用レーザ源、１８，１４４ 受信用レーザ光プローブ、２２，１６４ 制御装置、２４ 表示装置、１００，１００Ａ 溶接システム、１０６ 溶接ビード、１１０ ロボットアーム、１１２ 溶接トーチ、１１８ ワイヤ、１２０ 溶接電源、１２２ コントローラ、１３０ 溶接検査ヘッド、１３２ 取付部材、１３６，１３６－１，１３６－２ マイクロチップレーザ、１３８ 走査機構、１４０ フォトディテクタ、１４２，１４８ 光ファイバ、１４６ 駆動機構、１５０ リンク、１７０ レーザラインスキャナ、１７４ 表面処理装置、１８２ 集光機構。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】