特開 2024-179789 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】P2024179789

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】溶接検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20241219BHJP

   G01N 29/11 20060101ALI20241219BHJP

   G01N 29/48 20060101ALI20241219BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20241219BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20241219BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20241219BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

G01N29/11

G01N29/48

B23K31/00 L

B23K26/36

B23K9/167 A

B23K9/173 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098925

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(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

(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】新田 誠也

(72)【発明者】

【氏名】門田 圭二

(72)【発明者】

【氏名】田中 利幸

(72)【発明者】

【氏名】浅井 知

(72)【発明者】

【氏名】野村 和史

【テーマコード（参考）】

2G047

4E001

4E168

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047AB07

2G047AD03

2G047BA03

2G047BC03

2G047BC09

2G047CA04

2G047DB03

2G047GD01

2G047GG20

2G047GG28

2G047GG33

4E001AA03

4E001BB07

4E001BB08

4E001CA01

4E001CC02

4E001DD02

4E001DD04

4E001DG04

4E001QA03

4E168AD18

4E168CA03

4E168CA07

4E168CB04

4E168DA24

4E168DA43

4E168EA15

4E168EA17

4E168JA02

(57)【要約】

【課題】溶接部の表面に溶接時に発生した不純物が付着している場合であっても、溶接部の内部欠陥を適切に検出する。
【解決手段】溶接検査方法は、表面処理装置を用いて溶接部の表面の不純物を除去するステップＳ１０２と、不純物が除去された後の溶接部の表面に送信用レーザ光を照射するステップＳ１１０と、母材の下面で反射した反射超音波を検出するステップＳ１２０と、反射超音波の検出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Ｓ１５０とを含む。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接部を検査する溶接検査方法であって、
前記溶接部の表面の不純物を除去するステップと、
不純物が除去された後の前記溶接部の表面に、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照射するステップと、
前記送信用レーザ光によって励起された超音波を検出するステップと、
前記超音波の検出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む、溶接検査方法。

【請求項2】

前記不純物を除去するステップは、前記送信用レーザ光を前記溶接部の表面に照射することによって前記不純物を除去するステップを含む、請求項１に記載の溶接検査方法。

【請求項3】

前記超音波を検出するステップは、前記検査対象の母材下面で反射した反射超音波を検出可能な前記検査対象上の所定位置に、前記反射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を含む、請求項１に記載の溶接検査方法。

【請求項4】

溶接の実行中にインプロセスで行なわれる、請求項１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、溶接検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許第５６５１５３３号公報（特許文献１）には、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】

【0003】

【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】

【0004】

特許第５６５１５３３号公報に開示された溶接検査方法において、溶接ビードにおける送信用レーザ光の照射面にスラグ等の不純物があると、超音波の発生の妨げになり、検査不良の要因となることが懸念される。

【0005】

それゆえに、本開示の目的は、溶接部の表面に不純物が付着している場合であっても、溶接部の内部欠陥を適切に検出することができる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】

【0006】

（第１項） 本開示による溶接検査方法は、溶接部を検査する溶接検査方法であって、溶接部の表面の不純物を除去するステップと、不純物が除去された後の溶接部の表面に、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照射するステップと、送信用レーザ光によって励起された超音波を検出するステップと、超音波の検出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む。

【0007】

この溶接検査方法によれば、溶接部の表面に送信用レーザ光が照射される前に、溶接部の表面に付着している不純物が除去される。そのため、溶接部の表面に不純物が付着している場合であっても、溶接部の内部欠陥を適切に検出することができる。

【0008】

（第２項） 第１項に記載の溶接検査方法において、不純物を除去するステップは、送信用レーザ光を溶接部の表面に照射することによって不純物を除去するステップを含む。

【0009】

（第３項） 第１項に記載の溶接検査方法において、超音波を検出するステップは、検査対象の母材下面で反射した反射超音波を検出可能な検査対象上の所定位置に、反射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を含む。

【0010】

（第４項） 第１項に記載の溶接検査方法は、溶接の実行中にインプロセスで行なわれる。

【発明の効果】

【0011】

上記の溶接検査方法によれば、溶接部の表面に不純物が付着している場合であっても、溶接部の内部欠陥を適切に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】溶接検査方法が適用される溶接システムの全体構成図（その１）である。

【図2】溶接部の内部欠陥の検出原理を説明する図（その１）である。

【図3】溶接部の内部欠陥の検出原理を説明する図（その２）である。

【図4】送信用レーザ光の照射位置と、超音波受信点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5】超音波送信点の位置と、超音波受信点における超音波の強度との関係を示した図である。

【図6】溶接部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7】溶接部の表面に不純物（スラグ）が膜状に付着している状態を示す図である。

【図8】制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。

【図9】溶接検査方法が適用される溶接システムの全体構成図（その２）である。

【図10】制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

図１は、本実施の形態による溶接検査方法が適用される溶接システム１００の全体構成図である。この溶接システム１００は、たとえば薄板（母材１０２，１０４）の重ね隅肉溶接における溶接部（溶接ビード）１０６の検査に用いられる。母材１０２，１０４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、Ｚ方向は母材１０２，１０４の法線方向を示し、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向に直交する方向を示す。

【0015】

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。

【0016】

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の溶接を行なうように、コントローラ１２２により制御される。

【0017】

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。

【0018】

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う非溶極式（ティグ溶接等）であってもよい。

【0019】

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。

【0020】

コントローラ１２２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、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。

【0021】

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。

【0022】

また、コントローラ１２２は、溶接検査ヘッド１３０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、および溶接速度を制御装置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こともできる。

【0023】

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。

【0024】

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に取り付けられる。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。

【0025】

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。

【0026】

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、溶接方向（Ｙ方向）および溶接幅方向（Ｘ方向）の２軸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。溶接検査中において、走査機構１３８の駆動機構は、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の幅方向（Ｘ方向）全域を含むように、制御装置１６４によって制御される。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

制御装置１６４は、コントローラ１２２と同様、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、制御装置１６４により実行される各種処理が記述されている。

【0032】

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（例えば１０μｓ）計測する。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。

【0033】

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）を溶接部１０６の幅方向（Ｘ方向）に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、下板（母材１０４）の下面で反射し超音波受信点１５８に到達した超音波（反射超音波）の減衰度に基づいて、溶接部１０６に内部欠陥が生じているか否かを判定する。

【0034】

この溶接システム１００では、レーザ超音波法を用いて溶接部１０６の内部欠陥の検出を行なう。すなわち、検査対象の溶接部１０６に送信用レーザ光１５２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１５６が照射される超音波受信点１５８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１５６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１０６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１０６の内部欠陥の有無が判定される。

【0035】

図２及び図３は、溶接システム１００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１０６に欠陥が無いときの状態を示し、図３は、溶接部１０６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。

【0036】

図２を参照して、この溶接システム１００では、溶接部１０６を含む領域に上方（Ｚ方向）から送信用レーザ光１５２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１０６を通過し、下側の母材１０４の下面１０５で反射した後、母材１０４の上面に到達する。この到達した超音波により母材１０４の表面に生じた微細振動を、受信用レーザ光１５６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１５６の照射位置（超音波受信点１５８）における超音波の強度を測定する。

【0037】

送信用レーザ光１５２の照射位置は、走査機構１３８を用いてＸ方向に走査される。×印で示される超音波送信点群１５４は、パルスレーザ光である送信用レーザ光１５２の照射位置を示す。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１５２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。

【0038】

受信用レーザ光１５６の照射位置は、母材１０４のＸ方向において固定される。○印で示される超音波受信点１５８は、受信用レーザ光１５６の照射位置を示す。超音波送信点群１５４の各々と超音波受信点１５８とのＸ方向の距離が大きいほど、超音波送信点群１５４の各々から超音波受信点１５８までの超音波の伝播時間が長くなり、拡散減衰によって超音波受信点１５８での超音波の強度（表面の微細振動）も減少する。

【0039】

図３を参照して、溶接部１０６にブローホール等の欠陥１０７が存在する場合、拡散減衰に加えて欠陥１０７での散乱減衰も生じるため、超音波受信点１５８に到達する超音波１５５の強度は、欠陥１０７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、超音波受信点１５８に到達する超音波の減衰度を捉えることにより、溶接部１０６の欠陥１０７の有無を判定することができる。

【0040】

図４は、送信用レーザ光１５２の照射位置と、超音波受信点１５８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１５２のＸ方向の照射位置（超音波送信点の位置）を示し、値が大きいほど超音波受信点１５８から離れていることを示す。縦軸は、送信用レーザ光１５２が照射されてから（超音波送信点において超音波が発生してから）超音波受信点１５８に超音波が到達するまでの時間を示す。

【0041】

図４において、線Ｌ１は、溶接部１０６及び母材１０４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、超音波送信点から溶接部１０６を通過して母材１０４の下面１０５で反射した超音波（反射波）の到達時間を示す。

【0042】

上記表面波の到達時間は、欠陥１０７の有無の影響を受けないため、超音波送信点の位置と到達時間との関係から、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１０４の下面１０５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。

【0043】

図５は、超音波送信点の位置と、超音波受信点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、超音波送信点の位置を示す。縦軸は、超音波受信点における、図４の反射波（線Ｌ２）の強度を示す。

【0044】

図５において、線Ｌ３は、溶接部１０６に内部欠陥が無い場合の、超音波受信点における反射波（図４の線Ｌ２）の強度を示す。超音波送信点の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。

【0045】

線Ｌ４は、溶接部１０６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反射波（図４の線Ｌ２）の強度を示す。超音波送信点の位置が図５に示す位置Ｘ１よりも大きい範囲では、超音波受信点に到達する反射波は、溶接部１０６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反射波強度（線Ｌ４）は、内部欠陥が無い場合の反射波強度（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反射波の減衰度は、内部欠陥が無い場合に比べて大きくなる。

【0046】

図６は、溶接部１０６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。超音波受信点における反射波の強度について、超音波送信点の位置に応じた減衰度の大きさによって、溶接部１０６における内部欠陥の有無が判定される。すなわち、超音波送信点の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、内部欠陥は無いものと判定され、上記減衰度がしきい値よりも大きければ、検査対象の溶接部１０６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。

【0047】

＜溶接部の表面の不純物除去＞
溶接部１０６の表面には、溶接時に発生したスラグ等の不純物が付着している場合がある。スラグは、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）等の酸化物が、溶接部の表面に表出したものである。

【0048】

図７は、溶接部１０６の表面に不純物（スラグ）１０８が膜状に付着している状態を示す図である。溶接部１０６の表面に不純物１０８が付着していると、溶接検査において送信用レーザ光が不純物１０８に照射されることになり、超音波の発生の妨げになり得る。その結果、溶接検査不良の要因となることが懸念される。

【0049】

そこで、本実施の形態による溶接システム１００は、図１に示されるように、表面処理装置２００をさらに備える。表面処理装置２００は、溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８を除去するためのツールである。表面処理装置２００は、溶接検査ヘッド１３０に連結されている。図１に示す例では、表面処理装置２００は、リンク２１０によって溶接検査ヘッド１３０に連結されている。

【0050】

本実施の形態による表面処理装置２００は、溶接部１０６の表面に接触して溶接部１０６の表面を機械的に除去する除去機構（ブラシ等）を有しており、この除去機構を用いて溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８を除去する。なお、不純物を除去する手法は、溶接部１０６の表面を機械的に除去する手法に限定されない。たとえば、溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８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２００を構成するようにしてもよい。この場合、表面処理装置２００から溶接部１０６の表面にレーザを照射することで、溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８をレーザによるアブレーションで生じる衝撃で非接触で除去することができる。

【0051】

制御装置１６４は、溶接検査を行なう際、以下の第１工程～第４工程の処理をこの順で行なう。

【0052】

（第１工程）表面処理装置２００を用いて溶接部１０６の表面の不純物を除去する。

【0053】

（第２工程）不純物が除去された後の溶接部１０６の表面に送信用レーザ光を照射する。

【0054】

（第３工程）母材１０４の下面１０５で反射した超音波（反射波）を検出する。

【0055】

（第４工程）反射波の検出結果により溶接部１０６の内部欠陥の有無を判定する。

【0056】

なお、本実施の形態による表面処理装置２００の位置は、図１に示されるように、表面処理装置２００による除去位置が溶融池１１６（溶接トーチ１１２による溶接位置）よりも溶接進行方向後方であって、かつ超音波送信点群１５４（送信用レーザ光１５２の照射位置）よりも溶接進行方向前方となるように、予め調整されている。これにより、溶接中にインプロセスで溶接検査を行なう場合において、送信用レーザ光１５２が溶接部１０６の表面に照射される前に、溶接部１０６の表面の不純物を表面処理装置２００によって除去しておくことができる。

【0057】

図８は、本実施の形態による制御装置１６４が溶接中にインプロセスで溶接検査を行なう場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【0058】

制御装置１６４は、表面処理装置２００を作動させて溶接部１０６の表面の不純物を除去する（ステップＳ１０２）。なお、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（Ｙ方向）に移動するところ、表面処理装置２００は溶接検査ヘッド１３０に連結されており、さらに、表面処理装置２００による除去位置は、上述のように、溶融池１１６よりも溶接進行方向後方であって、かつ、超音波送信点群１５４よりも溶接進行方向前方となるように調整されている。そのため、以降のステップで送信用レーザ光１５２が照射される位置においては、既に不純物が除去された状態となる。なお、ステップＳ１０２の処理は、上述の「第１工程」に対応する。

【0059】

次いで、制御装置１６４は、送信用レーザ光１５２を溶接部１０６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の各照射点のＸ方向の位置は予め定められており、溶接部１０６を含む領域において所定数（たとえば２０点）の照射位置が定められている。なお、ステップＳ１１０の処理は、上述の「第２工程」に対応する。

【0060】

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）。

【0061】

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）。なお、ステップＳ１１５，Ｓ１２０の処理は、上述の「第３工程」に対応する。

【0062】

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。

【0063】

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、１走査分の計測結果に基づいて、１走査分の溶接部１０６中に内部欠陥があるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。

【0064】

具体的には、制御装置１６４は、１走査分の計測結果から、Ｘ方向に走査される送信用レーザ光１５２の照射位置（超音波送信点）毎に、受信用レーザ光１５６の照射位置（超音波受信点）における反射波（母材１０４の下面で反射して超音波受信点１５８に到達した超音波）の信号を抽出する。そして、制御装置１６４は、その抽出された反射波信号について、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し、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。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場合に、制御装置１６４は、１走査分の溶接ビード１０６中に内部欠陥があると判定する。なお、ステップＳ１５０の処理は、上述の「第４工程」に対応する。

【0065】

ステップＳ１５０にて内部欠陥があると判定された場合（ステップＳ１５０においてＹＥＳ）、制御装置１６４は、溶接部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Ｓ１５２）。その後、制御装置１６４は、ステップＳ１６０へ処理を移行する。

【0066】

他方、ステップＳ１５０にて内部欠陥があると判定されない場合（ステップＳ１５０においてＮＯ）、制御装置１６４は、ステップＳ１５２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。

【0067】

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。

【0068】

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、溶接検査の処理を終了する。

【0069】

以上のように、本実施の形態による溶接検査方法は、表面処理装置２００を用いて溶接部１０６の表面の不純物を除去するステップ（第１工程）と、不純物が除去された後の溶接部１０６の表面に送信用レーザ光を照射するステップ（第２工程）と、母材１０４の下面１０５で反射した反射超音波を検出するステップ（第３工程）と、反射超音波の検出結果により溶接部１０６の内部欠陥の有無を判定するステップ（第４工程）とを含む。

【0070】

このような溶接検査方法によれば、溶接部１０６の表面に溶接時に発生した不純物が付着している場合であっても、溶接部１０６の表面に送信用レーザ光を照射する前に、当該不純物が除去される。そのため、溶接部１０６の表面に溶接時に発生した不純物が付着している場合であっても、溶接部１０６の内部欠陥を適切に検出することができる。

【0071】

［変形例１］
上述の実施の形態においては、溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８を除去するための専用の表面処理装置２００を備える例について説明した。しかしながら、専用の表面処理装置２００を設けることなく、送信用レーザ光を用いて、溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８を除去するようにしてもよい。

【0072】

図９は、本変形例２による溶接検査方法が適用される溶接システム１００Ａの全体構成図である。この溶接システム１００Ａは、上述の溶接システム１００から、表面処理装置２００およびリンク２１０を取り除いたものである。

【0073】

この溶接システム１００Ａにおいては、送信用レーザ光照射装置１３４に送信用レーザ光を走査する走査機構１３８（ガルバノミラー等）が備えられることに鑑み、送信用レーザ光１５２ａを溶接部１０６の表面に照射して溶接部１０６の表面に付着している不純物を除去するように走査機構１３８を制御するようにし、不純物が除去された後の溶接部１０６の表面に送信用レーザ光１５２を照射するように走査機構１３８を制御する。これにより、送信用レーザ光を不純物除去用として用いることができる。その結果、専用の表面処理装置２００を設けることなく、溶接部１０６の内部欠陥を適切に検出することができる。

【0074】

図１０は、本変形例１による制御装置１６４が溶接中にインプロセスで溶接検査を行なう場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１０のフローチャートは、上述の図８のステップＳ１０２をステップＳ１０２Ａに変更したものである。

【0075】

まず、制御装置１６４は、溶接部１０６の次の１走査予定分の表面に送信用レーザ光１５２ａを照射して次の１走査予定分の表面に付着している不純物を除去するように、走査機構１３８を制御する（ステップＳ１０２Ａ）。

【0076】

次いで、制御装置１６４は、送信用レーザ光１５２を１走査分の表面に照射して溶接検査を行なう（ステップＳ１１０～Ｓ１５２）。

【0077】

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Ｓ１０２Ａへ処理を戻す。そして、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、溶接検査の処理を終了する。

【0078】

以上のように、送信用レーザ光１５２を溶接部１０６の表面に照射することによって、溶接部１０６の表面に付着している不純物１０８を除去するようにしてもよい。

【0079】

［変形例２］
上述の実施の形態による溶接検査方法では、溶接部１０６の表面に不純物１０８が付着しているか否かを検証することなく、常時、表面処理装置２００による不純物除去を行なう。

【0080】

これに対し、溶接部１０６の表面に不純物１０８が付着しているか否かを事前に検証した上で、不純物１０８が付着しているとの検証結果が出た場合に限って、表面処理装置２００による不純物除去を行なうようにしてもよい。具体的には、たとえば、まず表面処理装置２００による不純物除去を行なうことなく１回目の溶接検査を行ない、１回目の溶接検査結果に基づいて溶接部１０６の表面に不純物が付着しているか否かを推測する。そして、１回目の溶接検査結果から不純物が付着していないと推測される場合には、溶接検査を終了する。一方、１回目の溶接検査結果から不純物が付着していると推測される場合には、表面処理装置２００による不純物除去を行なって２回目の溶接検査を行なう。このように変形することによって、溶接部１０６の表面に不純物１０８が付着していない場合にまで表面処理装置２００による不純物除去が行なわれることを回避し易くすることができる。その結果、溶接検査を効率的に行なうことができる。

【0081】

［変形例３］
上述の実施の形態による溶接検査方法においては受信用レーザ光プローブ１４４から超音波受信点１５８に受信用レーザ光を照射して反射波を非接触で検出するが、反射波を検出する手法は必ずしも非接触であることに限定されない。たとえば、超音波受信点１５８に接触して超音波受信点１５８の反射波を検出する装置（接触子）を配置し、当該装置で反射波を検出してもよい。

【0082】

［変形例４］
上述の実施の形態による溶接検査方法においては送信用レーザ光によって励起されて母材１０４の下面１０５で反射した超音波（反射波）を検出するが、検出対象となる超音波は、送信用レーザ光によって励起された超音波であればよく、必ずしも母材１０４の下面１０５で反射した超音波に限定されるものではない。

【0083】

［変形例５］
上述の実施の形態による溶接システム１００においては表面処理装置２００が溶接検査ヘッド１３０に連結されているが、表面処理装置２００は、必ずしも溶接検査ヘッド１３０に連結されていることに限定されない。すなわち、溶接検査ヘッド１３０と表面処理装置２００とは、互いに異なるロボットに搭載されていてもよい。

【0084】

上述の実施の形態およびその変形例１－５に示す形態は、技術的に矛盾が生じない範囲で適宜組合せることも可能である。

【0085】

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】

【0086】

１００，１００Ａ 溶接システム、１０２，１０４ 母材、１０５ 下面、１０６ 溶接部、１０７ 内部欠陥、１０８ 不純物、１１０ ロボットアーム、１１２ 溶接トーチ、１１４ アーク、１１６ 溶融池、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、１３４ 送信用レーザ光照射装置、１３６ 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、１４４ 受信用レーザ光プローブ、１５０，２１０ リンク、１５２，１５２ａ 送信用レーザ光、１５４ 超音波送信点群、１５５ 超音波、１５６ 受信用レーザ光、１５８ 超音波受信点、１６０ 送信用レーザ源、１６２ 受信用レーザ源、１６４ 制御装置、２００ 表面処理装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】