溶接検査用プローブ及びそれを用いた溶接検査システム
【課題】 検査作業者の負担を軽減することのできる溶接検査用プローブを提供する。
【解決手段】 本発明の溶接検査用プローブは、スポット溶接が施された被検査部材Ｗの溶接部４３に超音波を照射し、その反射波を用いて当該溶接部４３内に形成されたナゲット状態が適切であるか否かを検査するために用いられる溶接検査用プローブであって、一方端に被検査部材Ｗの溶接部４３に接触し、超音波とその反射波の入出射をするための接触部２８を有する本体２７と、本体２７の他方端に弾性部材８を介在させて取り付けられ、超音波の放射方向に対して直交する方向に本体２７を変位させる水平揺動装置７と、被検査部材Ｗの溶接部４３に対して略垂直に本体２７及び水平揺動装置７を所定の押圧力で押し当てるエアシリンダ６とを備える。
【解決手段】 本発明の溶接検査用プローブは、スポット溶接が施された被検査部材Ｗの溶接部４３に超音波を照射し、その反射波を用いて当該溶接部４３内に形成されたナゲット状態が適切であるか否かを検査するために用いられる溶接検査用プローブであって、一方端に被検査部材Ｗの溶接部４３に接触し、超音波とその反射波の入出射をするための接触部２８を有する本体２７と、本体２７の他方端に弾性部材８を介在させて取り付けられ、超音波の放射方向に対して直交する方向に本体２７を変位させる水平揺動装置７と、被検査部材Ｗの溶接部４３に対して略垂直に本体２７及び水平揺動装置７を所定の押圧力で押し当てるエアシリンダ６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接の検査に用いられる溶接検査用プローブ及びそれを用いた溶接検査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に用いられる鋼構造物の接合において、従来、スポット溶接が汎用的に用いられている。このスポット溶接では、図１２に示すように、その溶接後において被検査部材Ｗである上板４１及び下板４２の溶接部４３（「スポット痕」ともいう）にナゲットＮが形成される。スポット溶接が適切に行われているか否かの判定は、例えば上記ナゲットＮの状態が適切であるか否かによって行われる。
【０００３】
ナゲットの検査には、従来、被検査部材Ｗの溶接部４３を破壊してナゲットＮの径を計測するといった破壊試験が用いられていたが、最近では、超音波を用いてナゲットを検査する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】石川昌一、「スポット溶接部の超音波検査について」、溶接技術、産報出版、２００２年９月２０日発行、１０月号、ｐ６２−６５
【０００５】
この超音波を用いてナゲットを検査する方法では、図１３に示すように、専用の検査プローブ４４を被検査部材Ｗの溶接部４３に押し当て、検査プローブ４４から発信された超音波が被検査部材Ｗ等に反射され、その反射された超音波の波形を評価することによってなされる。
【０００６】
検査プローブ４４は、略円筒状であって内部に水分が充填された本体４５と、その本体４５の先端に設けられたゴム状の接触部４６とを有している。検査プローブ４４には、専用ケーブル４７が接続され、専用ケーブル４７には、波形評価用のソフトウェアが搭載されたパーソナルコンピュータ４８等が接続されている。
【０００７】
検査プローブ４４から被検査部材Ｗに向けて発せられた超音波は、ある一定の時間の間に上板４１の表面と、下板４２の裏面との間で何度か往復し、最終的にはエネルギーが減衰し消失する。この超音波の被検査部材Ｗの上板４１及び下板４２内を往復する間に被検査部材Ｗの表面と下板４２の裏面とで反射した超音波の一部は検査プローブ４４を通ってパーソナルコンピュータ４８に取り込まれ、当該パーソナルコンピュータ４８で所定の処理が行われてモニタ４８ａに、図１４に示すように、超音波の繰り返し反射された波形が表示される。
【０００８】
図１４は、ナゲットの状態が正常である場合の超音波波形であり、上板４１及び下板４２の板厚による繰り返し波形が複数本表れ、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。ナゲットの状態の良否判定では、これらの波形の本数、各波形の波高値Ｈ、各波形間の距離Ｄ、本来出現しない波形の有無等を評価することにより行う。
【０００９】
なお、図１4において、縦軸は超音波のレベルであり、横軸は時間である。超音波の被検査部材Ｗの溶接部４３内を伝播する速度は一定であるから、被検査部材Ｗの下板４２の裏面で反射される複数の反射波は、被検査部材Ｗの板厚に応じた超音波の伝送時間間隔Ｄで表れるので、横軸は被検査部材Ｗの板厚方向の距離を示す時間軸となっている。
【００１０】
しかしながら、上記の検査方法では、ナゲットの状態の良否をソフトウェアによって自動判定することは可能であるが、検査プローブ４４を被検査部材Ｗの溶接部４３に適正に押し当てなければ、上記波形パターンが得られないといった問題点がある。
【００１１】
出願人が確認したところでは、正常にスポット溶接された被検査部材Ｗの溶接部４３に対して上記した正常な波形のピーク値を得るためには、図１５に示すように、
溶接部４３（スポット痕）の中心位置Ｏから直径約１．０ｍｍ以内の許容範囲ΔＲに検査プローブ４４の超音波を入射する方向の中心軸Ｍを位置合わせする必要があった。また、検査プローブ４４の中心軸Ｍの溶接部４３の法線方向ｎに対する傾き角θは、約１度以内にする必要があった。
【００１２】
現状では、検査プローブ４４を被検査部材Ｗの溶接部４３に押し当てる操作は、微妙でかつ繊細な操作が可能な人間（特に熟練作業者）の手によって行われており、熟練作業者が検査プローブ４４の照射方向Ｍを微妙に傾けてその押し当て方向を変化させながら、上記波形のピーク値が得られる適切な押し当て方向を探し出している。
【００１３】
このため、超音波を用いたスポット溶接の非破壊検査の自動化が要望されているが（例えば自動車の組み立て工程においては、スポット溶接箇所が数千箇所もあり、検査効率、生産効率を向上させるためにスポット溶接の非破壊検査工程の自動化が要望されている）、検査の前工程である検査プローブ４４の被検査部材Ｗの溶接部４３への適切な圧接作業を熟練作業者に頼らざるを得ないことが障害となって、スポット溶接の非破壊検査の自動化は困難となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、超音波を用いたスポット溶接の非破壊検査の自動化を可能にする溶接検査用プローブを提供することを、その課題とする。また、その溶接検査用プローブを用いた溶接検査システムを提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１６】
本願発明の第１の側面によって提供される溶接検査用プローブは、スポット溶接が施された被検査部材の溶接部に超音波を照射し、その反射波を用いて当該溶接部内に形成されたナゲットの状態が適切であるか否かを検査するために用いられる溶接検査用プローブであって、一方端に前記被検査部材の溶接部に接触し、前記超音波とその反射波の入出射をするための接触部を有する本体と、前記本体の他方端に弾性部材を介在させて取り付けられ、前記超音波の放射方向に対して直交する方向に前記本体を変位させる変位手段と、前記被検査部材の溶接部に対して略垂直に前記本体及び前記変位手段を所定の押圧力で押し当てる押し当て手段と、を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１７】
なお、上記溶接検査用プローブにおいて、前記変位手段は、互いに直交する方向に変位させる２個の変位部材で構成するとよい（請求項２）。また、前記弾性部材は、樹脂で構成するとよい（請求項３）。
【００１８】
この構成によれば、溶接検査用プローブは、本体及び変位手段が押し当て手段によって所定の圧力で押圧され、本体先端の接触部が被溶接部材の溶接部に対して略垂直に押し当てられる。その状態で変位手段によって本体の他方端が超音波の放射方向に対して直交する方向に変位されると、その変位力と押し当て手段による押圧力を合成した力（以下、合成力という。）が変位手段と本体との間に介在された弾性部材を介して本体に伝達される。
【００１９】
本体先端の接触部は合成力の超音波の放射方向の成分により被溶接部材の溶接部に圧接されているので、本体は、合成力の超音波の放射方向に対して直交する方向の成分により他方端のみが変位し、結果的に本体先端の接触部を支点として傾くことになる。
【００２０】
そして、本体と変位手段との間には弾性部材が介在し、合成力は弾性部材の弾性変形により弱められて本体に伝達されるので、本体の他方端の変位量は変位手段による変位量よりも小さくなり、これにより本体の傾き角の微小変化が可能になる。
【００２１】
従って、超音波の照射方向に対して直交する面内の任意の方向に変位手段を微小動作させ、弾性部材を介してその変位力を本体に伝達することにより、被溶接部材の溶接部に対する本体の傾斜角、すなわち当該溶接部に対する超音波の照射角を微小変位させることが可能になる。
【００２２】
これにより、従来熟練作業者によって行われていた溶接検査用プローブ本体を被検査部材の溶接部に対して適切な姿勢で押し当てる作業を溶接検査用プローブによって実現することが可能になり、更にはこの溶接検査用プローブを用いることにより被溶接部材のスポット溶接部を非破壊で検査する溶接検査システムの自動化が可能になる。
【００２３】
本願発明の第２の側面によって提供される溶接検査システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接検査用プローブと、前記溶接検査用プローブを前記被検査部材に形成された１又は複数の溶接部の上方位置に移動させる移動手段と、前記溶接検査用プローブの本体を前記押し当て手段により前記被検査部材の溶接部に押し当てた状態で、当該溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定するナゲット状態判定手段とを備えることを特徴とする（請求項４）。
【００２４】
なお、上記溶接検査システムにおいて、前記移動手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなり、前記溶接検査用プローブの移動中に当該溶接検査用プローブの前記超音波の照射軸が前記被検査部材と交叉する位置を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像される画像を用いて前記被検査部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により前記被検査部材の溶接部の位置が検出されると、前記移動手段による前記溶接検査用プローブの移動を停止させる移動停止手段とを備えるとよい（請求項５）。
【００２５】
また、上記溶接検査システムにおいて、前記押し当て手段により前記溶接検査用プローブを前記被検査部材の溶接部を押し当てた状態で、前記変位手段により当該被検査部材の溶接部と平行面内で予め設定された複数の方向に順次、変位力を発生させる変位制御手段をさらに備え、前記ナゲット状態判定手段は、前記変位制御手段により複数の方向に順次、変位力を発生させている期間に、前記溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定するとよい（請求項６）。
【００２６】
本発明に係る溶接検査システムによれば、移動手段により溶接検査用プローブが被検査部材に形成された１又は複数の溶接部の上方位置に移動された後、押し当て手段により本体の接触部が所定の押圧力で溶接部に押し当てられ、その状態で変位手段により本体が溶接部に対して微小角の範囲で複数の方向に傾けられながら、ナゲット状態判定手段により超音波の当該溶接部からの反射波の波形に基づいて当該溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かが判定される。従って、被溶接部に施された1又は複数のスポット溶接のナゲット状態の良否判定を作業者の作業を介することなく自動的に行うことができる。
【００２７】
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
図１は、本願発明に係る溶接検査用プローブを含む溶接検査システムの構成図である。この溶接検査システムは、例えば被検査部材Ｗである上板４１及び下板４２（図１２参照）がスポット溶接によって接合されることにより形成されるナゲットの状態を検査することにより、スポット溶接が適切に施されているか否かの良否判定を行うものである。
【００３０】
この溶接検査システムは、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、位置決め揺動制御装置３、及び検査判定装置４によって大略構成され、マニピュレータ１に、本実施形態の特徴的な構成要素である、ＣＣＤカメラ５、エアシリンダ６、水平揺動装置７、弾性部材８、及び検査プローブ９等を設けることにより、例えば直線状若しくは円弧状に複数個のスポット溶接が行われている被測定部材Ｗの各溶接部４３（スポット痕）に検査プローブ９をロボット制御により順次、移動させて各溶接部４３のスポット溶接の良否を自動的に判定することができるようになっている。
【００３１】
マニピュレータ１は、ナゲットの状態を検査するための検査プローブ９を、例えば図１のＲ方向に移動させて被検査部材Ｗの各溶接部４３に順番に搬送させるものである。マニピュレータ１は、いわゆる６軸ロボットであり、図２に示すように、フロア等に固定されるベース部材１１と、それに６本の軸を介して連結された６本のアーム１２と、６本のアーム１２の両端又は片端に設けられた６個の駆動モータ（サーボモータ）１３（一部図示略）とによって構成されている。
【００３２】
マニピュレータ１は、６個の駆動モータ１３がそれぞれロボット制御装置２からの駆動信号によって回転駆動され、これにより各アーム１２が変位し、検査プローブ９を所定の待機位置から被検査部材Ｗの溶接部４３の上方位置に移動させる。また、マニピュレータ１は、予め設定された教示データに基づいてその溶接部４３の上方位置から他の溶接部４３の上方位置に移動させたり、他の溶接部４３の上方位置から待機位置に移動させたりする。
【００３３】
なお、各駆動モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられており、エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。ロボット制御装置２では、エンコーダの出力によって各駆動モータ１３の回転位置が検出される。したがって、ロボット制御装置２では、各駆動モータ１３の回転位置から各アーム１２の変位状態と先端のアーム１２に取り付けられた検査プローブ９の現在位置を認識するようになっている。
【００３４】
ロボット制御装置２は、マニピュレータ１の動作やマニピュレータ１に取り付けられたエアシリンダ６の動作をそれぞれ制御するためのものである。ロボット制御装置２は、図示しないメモリに予め記憶されている作業プログラム、及び図示しないエンコーダからの現在位置情報に基づいて、マニピュレータ１の各駆動モータ１３を駆動制御する。すなわち、ロボット制御装置２のメモリには、作業プログラムとともに、マニピュレータ１の動作軌跡を表す教示データが予め記憶されており、ロボット制御装置２は、作業者の操作部材（図略）の操作により被検査部材Ｗの溶接部４３のスポット溶接の検査開始が指示されると、その教示データに基づいて所定のタイミングでマニピュレータ１を動作させる。
【００３５】
また、ロボット制御装置２は、位置決め揺動制御装置３からの制御信号に基づいて、エアシリンダ６の駆動を制御する。
【００３６】
マニピュレータ１の先端のアーム１２には、断面視で略Ｖ字状のブラケット１５を用いてＣＣＤカメラ５が取り付けられている。ＣＣＤカメラ５は、検査プローブ９の長手方向の中心軸Ｍ（検査プローブ９から照射される超音波の中心軸に相当）の位置を正確に被溶接部材の各溶接部４３の中心位置Ｏ（図１５参照）に合わせるために用いられるものである。従って、ＣＣＤカメラ５は、被検査部材Ｗの表面を撮像することができるように、その撮像方向ｒが被検査部材Ｗの法線方向ｎに対して所定の傾斜角θとなるようにブラケット１５で保持されている。
【００３７】
すなわち、ブラケット１５は、先端のアーム１２に取り付けられた本体部１５ａと、本体部１５ａから下方向に所定の角度で折り曲げられて延びた延設部１５ｂとからなり、ＣＣＤカメラ５は延設部１５ｂの先端に当該延設部１５ｂの長手方向に対して垂直方向に取り付けられている。
【００３８】
マニピュレータ１は、検査プローブ９を被溶接部材Ｗのある溶接部４３から隣の溶接部４３に移動させる際、検査プローブ９を被溶接部材Ｗから予め設定された所定の高さｈの位置に保持して水平に隣の溶接部４３の上方位置に移動させる。従って、この水平移動の際は、ＣＣＤカメラ５も被溶接部材Ｗに対して一定の高さを保持して水平に移動されるので、このときに被溶接部材Ｗの各スポット痕が明瞭にＣＣＤカメラ５で撮像し得るようにＣＣＤカメラ５の焦点が調整されている。すなわち、図１の状態では、ＣＣＤカメラ５の焦点は被溶接部材Ｗの検査プローブ９の真下の溶接部４３に調節されている。
【００３９】
ＣＣＤカメラ５には、撮像受信装置１６が接続されている。撮像受信装置１６は、ＣＣＤカメラ５で撮像された撮像信号に対して所定の処理を施して位置決め揺動制御装置３に送信するものである。例えば、撮像受信装置１６は、ＣＣＤカメラ５から出力される撮像信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換した後、例えばフィルタ処理等の所定のディジタル信号処理を施し撮像データとして位置決め揺動制御装置３に送信する。
【００４０】
位置決め揺動制御装置３では、撮像受信装置１６からの撮像データに基づいて被検査部材Ｗの溶接部４３（スポット痕）が例えばパターンマッチングの方法によって検出される。すなわち、位置決め揺動制御装置３には、標準的なスポット痕をＣＣＤカメラ５の位置から撮像したときの当該スポット痕の輪郭形状（楕円形状）が予め登録されており、位置決め揺動制御装置３は、撮像受信装置１６から入力される撮像データからスポット痕の輪郭形状を抽出し、この輪郭形状を登録された輪郭形状（基準形状）と比較することによりスポット痕が撮像画面の略中心位置にあるか否かを判別する。そして、スポット痕が撮像画面の略中心位置にあると、位置決め揺動制御装置３は、検査プローブ９の中心軸Ｍがスポット痕の中心位置Ｏの近傍位置に来ていると判断し、その判断結果をロボット制御装置２に送信する。
【００４１】
上述のように、検査プローブ９を被溶接部材Ｗの任意の溶接部４３から隣の溶接部４３に移動させる際、マニュプレータ１は、検査プローブ９及びＣＣＤカメラ５を被溶接部材Ｗから所定の高さ位置に保持して水平に移動させるので、検査プローブ９が隣の溶接部４３に近接すると、その近接動作に応じて当該溶接部４３の光像がＣＣＤカメラ５の撮像画面内に入るようになり、その光像はＣＣＤカメラ５によって撮像されて撮像信号が順次、撮像受信装置１６に入力され、更にはその撮像信号から生成された撮像データが位置決め揺動制御装置３に入力される。
【００４２】
従って、位置決め揺動制御装置３は、ＣＣＤカメラ５の水平移動に伴い撮像画面内を相対的に移動する溶接部４３の輪郭形状が撮像画面の中心位置に移動するタイミングを検出し、その検出信号をロボット制御装置２に送信する。ロボット制御装置２はその検出信号に基づいてマニピュレータ１を停止させることにより、検査プローブ９を溶接部４３の中心位置Ｏの上方位置に停止させる。
【００４３】
ブラケット１５の本体部１５ａの下部には、エアシリンダ６が取り付けられている。エアシリンダ６は、検査プローブ９を被検査部材Ｗに押し当てる押し当て機構として機能するものであり、図１における上下方向に伸縮自在とされている。エアシリンダ６は、ロボット制御装置２からの駆動信号により駆動され、通常縮退した状態から伸長した状態に変位し、検査プローブ９の先端を所定の押圧力で被検査部材Ｗに押し当てる。ロボット制御装置２は、マニピュレータ１による検査プローブ９の移動を停止させた後、エアシリンダ６に駆動信号を出力し、検査プローブ９の先端を被検査部材Ｗに押し当てるようにエアシリンダ６を動作させる。
【００４４】
なお、このエアシリンダ６によって検査プローブ９が上下動する距離は、エアシリンダ６が伸長したとき、検査プローブ９が被検査部材Ｗに接触しても損傷しない程度に予め定められている。また、エアシリンダ６の停止位置、すなわち、縮退した状態から伸長した状態に変位するときの停止位置及び伸長した状態から縮退した状態に変位するときの停止位置は、図示しない近接スイッチ等によって設定されていてもよい。
【００４５】
また、エアシリンダ６の上下方向における伸縮動作は、マニピュレータ１の駆動モータ１３等の回転により代用させることも可能であるが、このようにすると、ロボット制御装置２の作業プログラムが複雑になる。そのため、エアシリンダ６を用いることにより、コスト低減に寄与している。
【００４６】
エアシリンダ６の下部には、水平揺動装置７が設けられている。水平揺動装置７は、それに接続された検査プローブ９を中心軸Mに対して直交する方向に変位させるものである。水平揺動装置７は、２つの揺動装置からなり、所定の方向（この方向を「Ｘ方向」とする）に検査プローブ９を変位させるＸ方向揺動装置１７と、Ｘ方向と直交する方向（この方向を「Ｙ方向」とする）に検査プローブ９を変位させるＹ方向揺動装置１８とからなる。
【００４７】
なお、水平揺動装置７に設定されているＸＹ座標の原点位置は、検査プローブ９の中心軸Ｍと一致するように設定されている。従って、水平揺動装置７のＸ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８を初期位置にリセットすると、検査プローブ９の中心軸ＭはＸＹ座標の原点位置に設定される。
【００４８】
Ｘ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８は、図示しないモータを有しており、Ｘ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８に接続された揺動駆動装置１９からの駆動信号によりそれぞれ独立して各モータが駆動されることにより、検査プローブ９の先端が被溶接部材Ｗに圧接されていないときは、検査プローブ９の中心軸Ｍの位置をＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位させる。この変位制御は、検査プローブ９の中心軸Ｍの位置を溶接部４３の中心位置Ｏに正確に位置合せする際の微調整に使用される。
【００４９】
また、検査プローブ９の先端が被溶接部材Ｗに圧接されている状態では、検査プローブ９の先端は溶接部４３の中心位置Ｏに固定され、検査プローブ９の基端部（検査プローブ９の弾性部材８に固定されている端部）だけがＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位されるので、上記変位制御は、検査プローブ９の中心軸Ｍを溶接部４３の中心位置Ｏにおける法線方向nに対して微小角（例えば１°以内の微小角）だけ傾ける動作（揺動動作）に使用される。この検査プローブ９の揺動動作の制御については後述する。
【００５０】
揺動駆動装置１９は、制御部２１と、Ｘ方向揺動装置１７を駆動させるＸ方向駆動部２２と、Ｙ方向揺動装置１８を駆動させるＹ方向駆動部２３とによって構成される。制御部２１は、位置決め揺動制御装置３から制御信号が入力されることによって、Ｘ方向駆動部２２及びＹ方向駆動部２３によりＸ方向揺動装置１７とＹ方向揺動装置１８を動作させる。
【００５１】
水平揺動装置７の下部には、図３に示すように、移動板２５が設けられている。移動板２５は、Ｘ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８に接続されており、Ｘ方向及びＹ方向並びにそれらの方向が組み合わされた方向に変位される。
【００５２】
移動板２５の下面には、略直方体形状の樹脂からなる弾性部材８が取り付けられている。弾性部材８は、弾性変形自在とされ、水平揺動装置７と検査プローブ９との間に介在されることにより、検査プローブ９の先端を被溶接部材Ｗの溶接部４３に圧接した状態で水平揺動装置７により移動板２５をＸＹ面内で変位させたときに、当該移動板２５の変位量を一部吸収して検査プローブ９の基端部に伝達し、これにより、検査プローブ９の基端部だけが水平面内で微小変位し、検査プローブ９の中心軸Ｍが溶接部４３の中心位置Ｏにおける法線方向ｎに対して微小角βだけ傾けられる動作を実現する。
【００５３】
なお、弾性部材８の形状は、略直方体形状に限らず、略円柱形状や略三角柱形状等であってもよい。また、弾性部材８としては、例えばゴム等の樹脂が適しているが、上述の検査プローブ９の揺動動作を実現し得る弾性部材であれば樹脂に限定されるものではなく、例えばリン青銅等の弾性性質を有する金属からなる板材やバネ材を用いたものであってもよい。要するに、弾性部材８は、水平揺動装置７の変位力を検査プローブ９に伝達する際の緩衝材として機能させるものであるから、検査プローブ９を適切に揺動させ得る弾性変形特性を有しているものであれば、特に材質は問われないものである。
【００５４】
弾性部材８の下部には、検査プローブ９が設けられている。検査プローブ９は、弾性部材８の下部に取り付けられた弾性変形自在なプローブホルダ２６と、略円筒状の本体２７とを有している。プローブホルダ２６には凹部（図略）が設けられており、この凹部に本体２７の上部が収納されている。なお、弾性部材８とブローブホルダ２６とは、一体的に形成されていてもよい。
【００５５】
検査プローブ９は、ウォーターチャンバー（Water Chamber）式フレキシブルメンブレンプローブ（Flexible membrane Probe）からなる。すなわち、検査プローブ９は、先端（図３では下端）に超音波の出射とその反射波の入射をするための開口が形成された本体２７内に水が充填され、開口をシリコンゴムからなる薄膜で栓をした構成を成している。シリコンゴムは水圧により開口から略半球形状に膨出しており、この膨出部分が検査プローブ９を被溶接部材Ｗの溶接部４３に接触させる接触部２８となっている。本体２７の他端面（上面）寄りの内部には、超音波を発するための発信部（図略）が設けられ、発信部は、接触部２８に向かって超音波を発することにより、超音波が接触部２８を介して被溶接部材Ｗの溶接部４３に照射される。また、溶接部４３内で反射した超音波（以下、エコーという。）は、接触部２８を介して本体２７に入射され、本体２７内の受信部（図略）に受信される。
【００５６】
接触部２８には水が充填されているので、溶接部４３の形状に応じて接触面がフレキシブルに変化し、極めて高い密着度で安定して溶接部４３に接触させることができるようになっている。また、本体２７及び接触部２８には水が充填されているので、超音波及びそのエコーが高い効率で溶接部４３との間で伝播され、可能な限り感度低下が抑制されるようになっている。
【００５７】
図１に戻り、検査プローブ９には、検査プローブユニット３０が接続されている。検査プローブユニット３０は、検査プローブ９から出力されるエコーを検出した電気信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を検査判定装置４に送るものである。
【００５８】
検査判定装置４は、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータからなり、検査プローブユニット３０から送信されるエコーの検出信号に基づいて、ナゲットの状態の良否判定を行うものである。良否判定の手順は、検査判定装置４内のメモリ（図略）に記憶された専用のソフトウェアプログラムに組み込まれている。検査判定装置４は、モニタ（図略）を有し、モニタには、検査プローブユニット３０から送信されるエコーの検出信号を表した波形がリアルタイムで表示される。
【００５９】
例えば、検査判定装置４のモニタには、図１４に示したような波形が出力される。このモニタ画面の横軸は時間を示し、モニタ画面の縦軸は波形の波高値（エコーのレベル）を示す。ナゲットの状態が正常であるときには、同図に示すように、上板４１及び下板４２の板厚に基づく所定の時間間隔Ｄで複数本のエコーが繰り返し検出され、これらのエコーの波高値を結んだ減衰カーブＣは、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。
【００６０】
検査判定装置４は、検査プローブユニット３０から送られるエコーの検出信号の波形に基づいて、ナゲット状態の良否判定を行う。ナゲット状態の良否判定では、検出されるエコーの本数、各エコーの波高値Ｈ、各エコー間の時間間隔Ｄ、本来出現しないエコーの有無等を評価することにより行う。なお、ナゲット状態の良否判定の条件は、複数の良好なナゲット状態をサンプル的に検査し、それによって得られたデータから求めるようにしてもよい。
【００６１】
例えば、図４に示すように、スポット溶接で形成されたナゲットＮの径が比較的小さいとき、検査プローブ９から照射された超音波の一部はナゲットＮを通らないので、モニタ画面に表示される波形は、図５に示すように、ナゲットＮを通って上板４１と下板４２とで反射された複数のエコーの繰り返し波形の間に、ナゲットＮを通らないで上板４１と下板４２との境界によって反射されたエコーの波形（図中、Ａ参照）が出現する。
【００６２】
この場合は、ナゲットＮを通った複数のエコーの繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣ’は、図１４に示した正常な繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣと類似していても、本来出現してはならないエコーＡが存在することにより、ナゲット状態は不良、すなわち、スポット溶接は不良と判定される。
【００６３】
また、図６に示すように、ナゲットＮの径は正常であるが、厚みが例えば比較的薄いときは、モニタ画面に表示される波形は、図７に示すように、本来出現してはならないエコーＡは存在しないが、各エコーの減衰が小さく、複数のエコーの繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣ”は、図１４に示した正常な繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣよりも減衰の仕方が緩く、本来ならば減衰により殆どレベルが出ない高次のエコーが存在する。従って、この場合は、減衰カーブＣ”の減衰特性若しくは高次のエコーの存在により、ナゲット状態は不良（すなわち、スポット溶接は不良）と判定される。
【００６４】
なお、エコーの波形によるナゲット状態の良否判定は、検査プローブ９が被溶接部材Ｗの溶接部４３に対して適切な方向で押し当てられた状態で行われるべきものであるから、本実施形態のように検査プローブ９を揺動させて最適な押し当て方向に探索する場合は、その探索により検査プローブ９を最適な方向に設定した後にナゲット状態の良否判定を行うのが基本となる。
【００６５】
しかしながら、検査プローブ９の溶接部４３への押し当て方向の適否は、ナゲット径の良否判定と同様に、モニタ画面に表示されるエコーの波形を観測しながら行われるので、後述するように、検査プローブ９の基端部を溶接部４３の法線方向ｎを中心として略３６０°の全方向に変位させ、何れの変位位置でも正常と判定されるエコーの波形が出力されなければ、ナゲット状態は不良と判定され、何れかの変位位置で正常と判定されるエコーの波形が出力されれば、その時点でナゲット状態は正常と判定され、検査プローブ９の溶接部４３への押し当て方向の探索は終了することになる。
【００６６】
すなわち、検査プローブ９の溶接部４３への最適な押し当て方向を探索する処理は、実質的に正常なエコーの波形が得られるか否かを探索しているので、同時にナゲット状態の良否判定の処理にもなっている。従って、検査判定装置４は、検査プローブ９の溶接部４３への最適な押し当て方向を探索する処理中においてナゲット状態が正常であると判定される押し当て方向が見つかると、直ちにその探索動作を停止する機能（以下、この機能をオートフリーズ機能という。）を有している。そして、本実施形態に係る溶接検査システムでは、このオートフリーズ機能により、被溶接部材Ｗの各溶接部４３の良否判定の処理時間が可及的に短縮されるようになっている。
【００６７】
検査判定装置４は、エコーの波形を判定しながら検査プローブ９の被溶接部材Ｗの溶接部４３に対する押し当て方向を変化させているときに、正常なエコーの波形が見つかると、オートフリーズ機能によって、直ちにその判定処理を停止し、判定処理を終了したことを示すオートフリーズ信号をロボット制御装置２に送信する。ロボット制御装置２では、このオートフリーズ信号を受信すると、位置決め揺動制御装置３に水平揺動装置７の動作を停止させるための制御信号を送信し、位置決め揺動制御装置３はこの制御信号を受けて水平揺動装置７の動作を停止する。
【００６８】
位置決め揺動制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなり、図示しないメモリに記憶された動作プログラム、及び撮像受信装置１６からの撮像信号に基づいてスポット痕の位置の検出処理を行う。また、位置決め揺動制御装置３は、ロボット制御装置２からの制御信号に基づいて、揺動駆動装置１９を駆動制御して水平揺動装置７を動作させ、検査プローブ９を揺動させる。
【００６９】
ここで、位置決め揺動制御装置３による検査プローブ９の揺動動作について説明する。
【００７０】
位置決め揺動制御装置３では、検査プローブ９の溶接部４３への押し当て方向を変化させるために、揺動駆動装置１９の駆動を制御して、検査プローブ９の基端部（弾性部材８に固定されている端部）を溶接部４３の法線方向ｎを中心として複数の方向に変位させる。
【００７１】
具体的には、水平揺動装置７は、図８（ａ）に示すように、中心位置Ｐ０を通過しながら複数の円弧を描くような軌道で検査プローブ９の基端部をＸＹ面内で変位させる。なお、図８（ａ）は、検査プローブ９を上方から見た図であり、中心位置Ｐ０がＸＹ座標の原点と一致している。上記軌道は、円弧部分とその円弧で想定される円（点線Ｓ参照）の直径又は半径を示す直線部分とからなり、それらが連続的につながっている。円Ｓの半径Ｌ（例えば２ｍｍ）及び円Ｓの分割数Ｍ（例えば１２）は、位置決め揺動制御装置３に予め設定入力されている。なお、円Ｓの半径Ｌ及び円Ｓの分割数Ｍは、位置決め揺動制御装置３において設定変更することが可能であり、上記値に限るものではない。
【００７２】
位置決め揺動制御装置３は、図８（ａ）に示す軌道を検査プローブ９の基端部が移動するように、揺動駆動装置１９に駆動信号を送信する。揺動駆動装置１９は、その駆動信号に基づいて、水平揺動装置７であるＸ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８を動作させ、両揺動装置１７，１８の各方向の移動動作により、移動板２５が変位し、これにより検査プローブ９の基端部が変位する。
【００７３】
より詳細には、図８（ａ）における上方向をＹ方向とすると、水平揺動装置７は、中心位置Ｐ０からＹ方向に向けて動作距離Ｌだけ検査プローブ９の基端部を位置Ｐ１に移動させる（ａ参照）。次いで、位置Ｐ１から中心位置Ｐ０に一旦戻るように移動させ（ｂ参照）、中心位置Ｐ０から位置Ｐ１とは逆方向に向けて動作距離Ｌだけ検査プローブ９の基端部を位置Ｐ２に移動させる（ｃ参照）。なお、位置Ｐ１から中心位置Ｐ０への移動、及び中心位置Ｐ０から位置Ｐ２への移動は、連続的に行われてもよい。
【００７４】
次に、位置Ｐ２から、中心位置Ｐ０からの半径Ｌを一定に保ちながら中心位置Ｐ０のなす角αが約３０度になる位置Ｐ３まで検査プローブ９の基端部を円Ｓの周上に沿って移動させる（ｄ参照）。以後、上記の円Ｓの直径上を通って位置Ｐ１から位置Ｐ２へ移動させた後、円Ｓの円周を通って位置Ｐ２から位置Ｐ３へと移動させる移動方法と同様の方法を繰り返して、位置Ｐ３〜位置Ｐ１２を経由して最後に中心位置Ｐ０に戻るように検査プローブ９の基端部を移動させる。
【００７５】
図９に示すように、エアシリンダ６によって水平揺動装置７及び検査プローブ９を所定の押圧力Ｐで被溶接部材Ｗ側に押し当てた状態で水平揺動装置７により移動板２５をＸＹ面内で変位させると、エアシリンダ６による押圧力Ｐと水平揺動装置７による変位力Ｑとを合成した力（以下、合成力という。）が弾性部材８を介して検査プローブ９に伝達される。
【００７６】
検査プローブ９の接触部２８はエアシリンダ６による押圧力Ｐにより被溶接部材Ｗの溶接部４３に圧接されているので合成力が作用しても移動せず、検査プローブ９の本体２６は、図９に示すように、基端部に作用する合成力の変位力Ｑに平行な成分により接触部２８（図９では溶接部４３の中心位置Ｏ）を支点として溶接部４３の法線方向に対して微小角βで傾けられることになる。
【００７７】
このとき、検査プローブ９に伝達される合成力は弾性部材８の弾性変形により一部吸収され、検査プローブ９の基端部の変位量は移動板２５の変位量よりも小さくなるので、検査プローブ９の本体２７は、例えば１°以内の非常に小さい角度βで変化することになる。
【００７８】
そして、水平揺動装置７が検査プローブ９の基端部を図８（ａ）に示す軌道で変位するように動作させるため、検査プローブ９は、接触部２８を支点として、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に微小角βで＋方向（図８（ａ）では上方向）と−方向（図８（ｂ）では下方向）とに傾けられた後、反時計回りに３０°のピッチで傾ける方向を変化させながら各方向で同様の傾け動作が５回繰り返され、ＸＹ面内で全の方向に略均等に揺動することになる。
【００７９】
なお、本実施形態では、検査プローブ９の揺動方向を３０°ピッチで変化させるようにしているが、言うまでもなく揺動方向の変化ピッチを小さくすれば、検査プローブ９の被溶接部材Ｗの溶接部４３に対する押し当て方向をより細かく探索することができる。好ましくは、全方向に検査プローブ９を揺動させて最適な押し当て方向を探索することが望ましいが、このようにすると、探索時間が長くなり、ナゲット状態の良否判定処理に要する時間が長くなるので、処理効率との関係で適切な揺動方向の角度ピッチを設定すればよい。また、検査プローブ９の揺動軌道は、上記した軌道に限らず、渦巻き状に中心位置Ｏに向かって進行するような軌道等でもよい。
【００８０】
以上のように、従来では、熟練作業者が検査プローブ４４を微妙でかつ繊細な操作によって傾けてその押し当て方向を変化させながら、超音波波形のピーク値が得られる適切な押し当て方向を探し出していたが、本実施形態によれば、上記方法により適切な押し当て方向を探し出す操作を、熟練作業者に代えて自動で行うことができる。したがって、作業者の負担を軽減することができるとともに、作業効率の向上を図ることができる。
【００８１】
次に、上記構成における検査手順について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
まず、検査が開始されると、マニピュレータ１がロボット制御装置２によって駆動され、検査プローブ９が被検査部材Ｗ上を走査するように教示データに基づいて移動される（Ｓ１）。この移動中では、ＣＣＤカメラ５によって被検査部材Ｗの表面が撮像され（Ｓ２）、ＣＣＤカメラ５で撮像された撮像信号は、撮像受信装置１６においてディジタル信号に変換された後、位置決め揺動制御装置３に送られる。
【００８３】
位置決め揺動制御装置３では、撮像受信装置１６から送られた撮像信号に基づいて、画像が解析され、被検査部材Ｗに形成されたスポット痕が検出されたか否かを判別する（Ｓ３）。位置決め揺動制御装置３においてスポット痕が検出されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、位置決め揺動制御装置３では、画像の解析動作が一旦停止され（Ｓ４）、位置決め揺動制御装置３からロボット制御装置２に対して、スポット痕を検出した旨の信号が送られる。
【００８４】
ロボット制御装置２では、位置決め揺動制御装置３からスポット痕を検出した旨の信号が送られると、マニピュレータ１の教示データに基づく動作を停止させるとともに（Ｓ５）、折り返し、位置決め揺動制御装置３に対してマニピュレータ１が一旦停止された旨の信号が送られる。
【００８５】
これにより、位置決め揺動制御装置３では、ＣＣＤカメラ５で撮像した画像の再取り込みが行われ（Ｓ６）、スポット痕の輝度重心位置（中心位置Ｏ）が計算され（Ｓ７）、検査プローブ９の本体２７の中心軸Ｍを中心位置Ｐ０に移動するように揺動駆動装置１９に対して制御信号が出力される。
【００８６】
揺動駆動装置１９では、位置決め揺動制御装置３からの制御信号に基づいて、水平揺動装置７を駆動し、検査プローブ９の本体２７の中心軸Ｍが中心位置Ｐ０に一致するように検査プローブ９を移動させる（Ｓ８）。
【００８７】
次いで、位置決め揺動制御装置３では、エアシリンダ６を下降させる旨の信号をロボット制御装置２に送る。ロボット制御装置２では、この信号を受け取ると、エアシリンダ６に対してそれを伸長させる旨の駆動信号が送られ、この駆動信号に応じてエアシリンダ６が伸長される（Ｓ９）。これにより、検査プローブ９が下方に向けて下降され、検査プローブ９の接触部２８がスポット痕の表面と接触する。
【００８８】
検査プローブ９の下降が完了すると、位置決め揺動制御装置３によって水平揺動装置７が駆動される。すなわち、水平揺動装置７は、図８（ａ）に示したような揺動軌道で検査プローブ９を変位させる揺動動作が開始される（Ｓ１０）。
【００８９】
すなわち、検査プローブ９では、図９に示したように、その接触部２８がエアシリンダ６によって所定の押圧力Ｐで被検査部材Ｗに押し当てられており、かつ水平揺動装置７によって水平方向に変位させられるため、図８（ｂ）に示すように、被検査部材Ｗに対して直交する方向（ＸＹ平面）において検査プローブ９の本体２７の中心軸Ｍが微小角βで傾けられて検査プローブ９の本体２７が揺動するようになる。
【００９０】
このとき、検査判定装置４では、検査プローブ９からの受信信号に基づいて検査判定処理が行われる（Ｓ１１）。すなわち、検査判定装置４から検査プローブユニット３０に対して超音波を発振させるための信号が送られ、検査プローブユニット３０では、検査プローブ９に対して超音波を発振させるための信号が送られる。
【００９１】
検査プローブユニット３０では、検査プローブ９からのエコーを検出した信号がディジタル信号に変換され、その検出信号が検査判定装置４に送られ、検査判定装置４において、エコーの波形に基づいて適切なナゲットの波形が検出されたか否かが判定される（Ｓ１２）。
【００９２】
検査判定装置４において適切なナゲット径を有するエコーの波形が検出されないと判定される場合（Ｓ１２：ＮＯ）、一連の揺動動作（図８（ａ）に示すＰ０〜Ｐ１２を移動する動作）が終了したか否かが判別される（Ｓ１３）。一連の揺動動作が終了していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、処理はステップＳ１０に戻り、揺動動作が継続される。一方、適切なナゲット径を有するエコーの波形が検出されずに、一連の揺動動作が終了した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、スポット痕におけるナゲット状態は不良であると判定する（Ｓ１４）。
【００９３】
一方、検査判定装置４による上記検査判定の結果、適切なナゲット径を有するエコーの波形が検出された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、上述したオートフリーズ機能によって検査判定動作が一旦停止され（Ｓ１５）、その旨のオートフリーズ信号がロボット制御装置２に送られる。また、ステップＳ１４において、スポット痕におけるナゲット状態は不良であると判定された場合も、検査判定動作を停止させる。
【００９４】
すなわち、ロボット制御装置２では、検査動作が開始された後、検査判定装置４からのオートフリーズ信号（例えば検査中は「ＨＩＧＨ」を出力、停止中は「ＬＯＷ」を出力）を常時監視しており、例えばオートフリーズ信号が「ＬＯＷ」になると、検査判定動作が一旦停止されたと認識される。そして、その後、その旨の信号が位置決め揺動制御装置３に対して送られ、位置決め揺動制御装置３では、この信号が入力されると、揺動駆動装置１９に対して揺動を停止させる旨の信号が送られ、これにより、揺動駆動装置１９では、水平揺動装置７の揺動を停止させる（Ｓ１６）。
【００９５】
また、位置決め揺動制御装置３では、検査動作を停止する旨の信号がロボット制御装置２に送られる。これにより、ロボット制御装置２では、エアシリンダ６を縮退させ、検査プローブ９を上方向に変位させる（Ｓ１７）。
【００９６】
ロボット制御装置２では、エアシリンダ６の縮退動作が完了した旨の信号がエアシリンダ６から入力されると、検査すべきスポット痕の有無を判別し（Ｓ１８）、検査すべきスポット痕が残っている場合（Ｓ１８：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻り、マニピュレータ１を起動させ、被検査部材Ｗ上の次のスポット痕の検出が開始される。すなわち、ロボット制御装置２では、エアシリンダ６の縮退動作が完了した旨の信号が位置決め揺動制御装置３に送られ、位置決め揺動制御装置３では、画像の解析が再開される。
【００９７】
一方、ステップＳ１８において、検査すべきスポット痕が残っていない場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、検査動作の終了となり（Ｓ１９）、ロボット制御装置２では、マニピュレータ１を待機位置に移動させる。
【００９８】
このように、スポット痕の一連の検査動作は自動で行われるため、検査作業の短縮化を図ることができる。特に、従来では熟練作業者によって行われた検査プローブ９の揺動操作が自動で行われるため、作業者の負担が軽減され、検査作業の効率化が図られる。
【００９９】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、被検査対象として上板４１と下板４２とを接合させる場合に生じたスポット痕に対する検査方法を示したが、被検査対象としては、上記に限るものではない。
【０１００】
また、上記実施形態では、検査プローブ９を待機位置から被検査部材Ｗのスポット痕に、スポット痕から他のスポット痕に、他のスポット痕から待機位置に移動させる手段としてマニピュレータ１を用いたが、これに代えて、例えば小型クレーンや検査プローブ９を直線状に移動させるスライダ等の簡易な他の移載装置を用いるようにしてもよい。
【０１０１】
また、本実施形態では、被溶接部材Ｗに施された複数のスポット溶接の溶接部４３を連続的に検査する溶接検査システムについて説明したが、本発明に係る溶接検査用プローブは、１個のスポット溶接しか行われていない被溶接部材Ｗに対する溶接検査装置にも適用することができる。この場合は、溶接検査装置に被溶接部材Ｗの搭載部を設け、この搭載部に載置された被溶接部材Ｗの溶接部４３に対して所定の高さ位置に検査プローブ９を配置し、エアシリンダ６により当該検査プローブ９を昇降させるだけで検査プローブ９の本体２７の接触部２８を正確に溶接部４３に押し当てることができるので、検査プローブ９を移動させる移動装置が不要になり、溶接検査装置の構成が簡単になる。
【０１０２】
また、弾性部材８及び検査プローブ９の構成は、上記実施形態に限るものではない。例えば、図１１に示すように、移動板２５の下面に支持部材３１が設けられ、支持部材３１に設けられた略球状の空間に、検査プローブ９の上面に形成された略球状の突起３２と、その突起３２と支持部材３１とに介在された弾性部材３３とが設けられた構成とされてもよい。この構成においても、水平揺動装置７による変位力が弾性部材３３の弾性変形により一部吸収されて検査プローブ９に伝達されるので、支持部材３１が例えば水平揺動装置７によって略水平方向に変位されることにより、検査プローブ９が微小角で揺動され、上記した検査方法と同様の方法を実施することができる。
【０１０３】
また、上記実施形態では、スポット溶接の溶接判定について説明したが、本発明は、アーク溶接の溶接判定（特にビードの形状の良否判定）にも適用することができる。この場合は、図１０に示すフローチャートのステップＳ３の判定処理をアーク溶接された溶接部４３のビードの幅が設定値よりも小さいか否かの判定処理に変更することにより、アーク溶接によって被溶接部材Ｗの溶接部４３に連続的に形成されたビードの形状の良否判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本願発明に係る溶接検査用プローブを含む溶接検査システムの構成図である。
【図２】マニピュレータの外観図である。
【図３】検査プローブ近傍の構成を示す図である。
【図４】ナゲット径が小さい場合における超音波の進行状態を示す図である。
【図５】ナゲット径が小さい場合における検査判定装置のモニタに表示される波形図である。
【図６】ナゲットの厚みが薄い場合における超音波の進行状態を示す図である。
【図７】ナゲットの厚みが薄い場合における検査判定装置のモニタに表示される波形図である。
【図８】検査プローブの揺動軌跡を説明するための図である。
【図９】傾けられた検査プローブを説明するための図である。
【図１０】本願発明の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１１】検査プローブ近傍の他の実施例の構成を示す図である。
【図１２】被検査部材の断面図である。
【図１３】従来の溶接検査システムの構成を示す図である。
【図１４】ナゲット状態が正常の場合における検査判定装置のモニタに表示される波形図である。
【図１５】被溶接部材の溶接部に対する検査プローブの位置合わせ及び押し当て方向を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ マニピュレータ
２ ロボット制御装置
３ 位置決め揺動制御装置
４ 検査判定装置
５ ＣＣＤカメラ
６ エアシリンダ
７ 水平揺動装置
８ 弾性部材
９ 検査プローブ
１６ 撮像受信装置
１７ Ｘ方向揺動装置
１８ Ｙ方向揺動装置
１９ 揺動駆動装置
２７ 本体（検査プローブの）
２８ 接触部
Ｎ ナゲット
Ｗ 被検査部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接の検査に用いられる溶接検査用プローブ及びそれを用いた溶接検査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に用いられる鋼構造物の接合において、従来、スポット溶接が汎用的に用いられている。このスポット溶接では、図１２に示すように、その溶接後において被検査部材Ｗである上板４１及び下板４２の溶接部４３（「スポット痕」ともいう）にナゲットＮが形成される。スポット溶接が適切に行われているか否かの判定は、例えば上記ナゲットＮの状態が適切であるか否かによって行われる。
【０００３】
ナゲットの検査には、従来、被検査部材Ｗの溶接部４３を破壊してナゲットＮの径を計測するといった破壊試験が用いられていたが、最近では、超音波を用いてナゲットを検査する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】石川昌一、「スポット溶接部の超音波検査について」、溶接技術、産報出版、２００２年９月２０日発行、１０月号、ｐ６２−６５
【０００５】
この超音波を用いてナゲットを検査する方法では、図１３に示すように、専用の検査プローブ４４を被検査部材Ｗの溶接部４３に押し当て、検査プローブ４４から発信された超音波が被検査部材Ｗ等に反射され、その反射された超音波の波形を評価することによってなされる。
【０００６】
検査プローブ４４は、略円筒状であって内部に水分が充填された本体４５と、その本体４５の先端に設けられたゴム状の接触部４６とを有している。検査プローブ４４には、専用ケーブル４７が接続され、専用ケーブル４７には、波形評価用のソフトウェアが搭載されたパーソナルコンピュータ４８等が接続されている。
【０００７】
検査プローブ４４から被検査部材Ｗに向けて発せられた超音波は、ある一定の時間の間に上板４１の表面と、下板４２の裏面との間で何度か往復し、最終的にはエネルギーが減衰し消失する。この超音波の被検査部材Ｗの上板４１及び下板４２内を往復する間に被検査部材Ｗの表面と下板４２の裏面とで反射した超音波の一部は検査プローブ４４を通ってパーソナルコンピュータ４８に取り込まれ、当該パーソナルコンピュータ４８で所定の処理が行われてモニタ４８ａに、図１４に示すように、超音波の繰り返し反射された波形が表示される。
【０００８】
図１４は、ナゲットの状態が正常である場合の超音波波形であり、上板４１及び下板４２の板厚による繰り返し波形が複数本表れ、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。ナゲットの状態の良否判定では、これらの波形の本数、各波形の波高値Ｈ、各波形間の距離Ｄ、本来出現しない波形の有無等を評価することにより行う。
【０００９】
なお、図１4において、縦軸は超音波のレベルであり、横軸は時間である。超音波の被検査部材Ｗの溶接部４３内を伝播する速度は一定であるから、被検査部材Ｗの下板４２の裏面で反射される複数の反射波は、被検査部材Ｗの板厚に応じた超音波の伝送時間間隔Ｄで表れるので、横軸は被検査部材Ｗの板厚方向の距離を示す時間軸となっている。
【００１０】
しかしながら、上記の検査方法では、ナゲットの状態の良否をソフトウェアによって自動判定することは可能であるが、検査プローブ４４を被検査部材Ｗの溶接部４３に適正に押し当てなければ、上記波形パターンが得られないといった問題点がある。
【００１１】
出願人が確認したところでは、正常にスポット溶接された被検査部材Ｗの溶接部４３に対して上記した正常な波形のピーク値を得るためには、図１５に示すように、
溶接部４３（スポット痕）の中心位置Ｏから直径約１．０ｍｍ以内の許容範囲ΔＲに検査プローブ４４の超音波を入射する方向の中心軸Ｍを位置合わせする必要があった。また、検査プローブ４４の中心軸Ｍの溶接部４３の法線方向ｎに対する傾き角θは、約１度以内にする必要があった。
【００１２】
現状では、検査プローブ４４を被検査部材Ｗの溶接部４３に押し当てる操作は、微妙でかつ繊細な操作が可能な人間（特に熟練作業者）の手によって行われており、熟練作業者が検査プローブ４４の照射方向Ｍを微妙に傾けてその押し当て方向を変化させながら、上記波形のピーク値が得られる適切な押し当て方向を探し出している。
【００１３】
このため、超音波を用いたスポット溶接の非破壊検査の自動化が要望されているが（例えば自動車の組み立て工程においては、スポット溶接箇所が数千箇所もあり、検査効率、生産効率を向上させるためにスポット溶接の非破壊検査工程の自動化が要望されている）、検査の前工程である検査プローブ４４の被検査部材Ｗの溶接部４３への適切な圧接作業を熟練作業者に頼らざるを得ないことが障害となって、スポット溶接の非破壊検査の自動化は困難となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、超音波を用いたスポット溶接の非破壊検査の自動化を可能にする溶接検査用プローブを提供することを、その課題とする。また、その溶接検査用プローブを用いた溶接検査システムを提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１６】
本願発明の第１の側面によって提供される溶接検査用プローブは、スポット溶接が施された被検査部材の溶接部に超音波を照射し、その反射波を用いて当該溶接部内に形成されたナゲットの状態が適切であるか否かを検査するために用いられる溶接検査用プローブであって、一方端に前記被検査部材の溶接部に接触し、前記超音波とその反射波の入出射をするための接触部を有する本体と、前記本体の他方端に弾性部材を介在させて取り付けられ、前記超音波の放射方向に対して直交する方向に前記本体を変位させる変位手段と、前記被検査部材の溶接部に対して略垂直に前記本体及び前記変位手段を所定の押圧力で押し当てる押し当て手段と、を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１７】
なお、上記溶接検査用プローブにおいて、前記変位手段は、互いに直交する方向に変位させる２個の変位部材で構成するとよい（請求項２）。また、前記弾性部材は、樹脂で構成するとよい（請求項３）。
【００１８】
この構成によれば、溶接検査用プローブは、本体及び変位手段が押し当て手段によって所定の圧力で押圧され、本体先端の接触部が被溶接部材の溶接部に対して略垂直に押し当てられる。その状態で変位手段によって本体の他方端が超音波の放射方向に対して直交する方向に変位されると、その変位力と押し当て手段による押圧力を合成した力（以下、合成力という。）が変位手段と本体との間に介在された弾性部材を介して本体に伝達される。
【００１９】
本体先端の接触部は合成力の超音波の放射方向の成分により被溶接部材の溶接部に圧接されているので、本体は、合成力の超音波の放射方向に対して直交する方向の成分により他方端のみが変位し、結果的に本体先端の接触部を支点として傾くことになる。
【００２０】
そして、本体と変位手段との間には弾性部材が介在し、合成力は弾性部材の弾性変形により弱められて本体に伝達されるので、本体の他方端の変位量は変位手段による変位量よりも小さくなり、これにより本体の傾き角の微小変化が可能になる。
【００２１】
従って、超音波の照射方向に対して直交する面内の任意の方向に変位手段を微小動作させ、弾性部材を介してその変位力を本体に伝達することにより、被溶接部材の溶接部に対する本体の傾斜角、すなわち当該溶接部に対する超音波の照射角を微小変位させることが可能になる。
【００２２】
これにより、従来熟練作業者によって行われていた溶接検査用プローブ本体を被検査部材の溶接部に対して適切な姿勢で押し当てる作業を溶接検査用プローブによって実現することが可能になり、更にはこの溶接検査用プローブを用いることにより被溶接部材のスポット溶接部を非破壊で検査する溶接検査システムの自動化が可能になる。
【００２３】
本願発明の第２の側面によって提供される溶接検査システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接検査用プローブと、前記溶接検査用プローブを前記被検査部材に形成された１又は複数の溶接部の上方位置に移動させる移動手段と、前記溶接検査用プローブの本体を前記押し当て手段により前記被検査部材の溶接部に押し当てた状態で、当該溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定するナゲット状態判定手段とを備えることを特徴とする（請求項４）。
【００２４】
なお、上記溶接検査システムにおいて、前記移動手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなり、前記溶接検査用プローブの移動中に当該溶接検査用プローブの前記超音波の照射軸が前記被検査部材と交叉する位置を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像される画像を用いて前記被検査部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により前記被検査部材の溶接部の位置が検出されると、前記移動手段による前記溶接検査用プローブの移動を停止させる移動停止手段とを備えるとよい（請求項５）。
【００２５】
また、上記溶接検査システムにおいて、前記押し当て手段により前記溶接検査用プローブを前記被検査部材の溶接部を押し当てた状態で、前記変位手段により当該被検査部材の溶接部と平行面内で予め設定された複数の方向に順次、変位力を発生させる変位制御手段をさらに備え、前記ナゲット状態判定手段は、前記変位制御手段により複数の方向に順次、変位力を発生させている期間に、前記溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定するとよい（請求項６）。
【００２６】
本発明に係る溶接検査システムによれば、移動手段により溶接検査用プローブが被検査部材に形成された１又は複数の溶接部の上方位置に移動された後、押し当て手段により本体の接触部が所定の押圧力で溶接部に押し当てられ、その状態で変位手段により本体が溶接部に対して微小角の範囲で複数の方向に傾けられながら、ナゲット状態判定手段により超音波の当該溶接部からの反射波の波形に基づいて当該溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かが判定される。従って、被溶接部に施された1又は複数のスポット溶接のナゲット状態の良否判定を作業者の作業を介することなく自動的に行うことができる。
【００２７】
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
図１は、本願発明に係る溶接検査用プローブを含む溶接検査システムの構成図である。この溶接検査システムは、例えば被検査部材Ｗである上板４１及び下板４２（図１２参照）がスポット溶接によって接合されることにより形成されるナゲットの状態を検査することにより、スポット溶接が適切に施されているか否かの良否判定を行うものである。
【００３０】
この溶接検査システムは、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、位置決め揺動制御装置３、及び検査判定装置４によって大略構成され、マニピュレータ１に、本実施形態の特徴的な構成要素である、ＣＣＤカメラ５、エアシリンダ６、水平揺動装置７、弾性部材８、及び検査プローブ９等を設けることにより、例えば直線状若しくは円弧状に複数個のスポット溶接が行われている被測定部材Ｗの各溶接部４３（スポット痕）に検査プローブ９をロボット制御により順次、移動させて各溶接部４３のスポット溶接の良否を自動的に判定することができるようになっている。
【００３１】
マニピュレータ１は、ナゲットの状態を検査するための検査プローブ９を、例えば図１のＲ方向に移動させて被検査部材Ｗの各溶接部４３に順番に搬送させるものである。マニピュレータ１は、いわゆる６軸ロボットであり、図２に示すように、フロア等に固定されるベース部材１１と、それに６本の軸を介して連結された６本のアーム１２と、６本のアーム１２の両端又は片端に設けられた６個の駆動モータ（サーボモータ）１３（一部図示略）とによって構成されている。
【００３２】
マニピュレータ１は、６個の駆動モータ１３がそれぞれロボット制御装置２からの駆動信号によって回転駆動され、これにより各アーム１２が変位し、検査プローブ９を所定の待機位置から被検査部材Ｗの溶接部４３の上方位置に移動させる。また、マニピュレータ１は、予め設定された教示データに基づいてその溶接部４３の上方位置から他の溶接部４３の上方位置に移動させたり、他の溶接部４３の上方位置から待機位置に移動させたりする。
【００３３】
なお、各駆動モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられており、エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。ロボット制御装置２では、エンコーダの出力によって各駆動モータ１３の回転位置が検出される。したがって、ロボット制御装置２では、各駆動モータ１３の回転位置から各アーム１２の変位状態と先端のアーム１２に取り付けられた検査プローブ９の現在位置を認識するようになっている。
【００３４】
ロボット制御装置２は、マニピュレータ１の動作やマニピュレータ１に取り付けられたエアシリンダ６の動作をそれぞれ制御するためのものである。ロボット制御装置２は、図示しないメモリに予め記憶されている作業プログラム、及び図示しないエンコーダからの現在位置情報に基づいて、マニピュレータ１の各駆動モータ１３を駆動制御する。すなわち、ロボット制御装置２のメモリには、作業プログラムとともに、マニピュレータ１の動作軌跡を表す教示データが予め記憶されており、ロボット制御装置２は、作業者の操作部材（図略）の操作により被検査部材Ｗの溶接部４３のスポット溶接の検査開始が指示されると、その教示データに基づいて所定のタイミングでマニピュレータ１を動作させる。
【００３５】
また、ロボット制御装置２は、位置決め揺動制御装置３からの制御信号に基づいて、エアシリンダ６の駆動を制御する。
【００３６】
マニピュレータ１の先端のアーム１２には、断面視で略Ｖ字状のブラケット１５を用いてＣＣＤカメラ５が取り付けられている。ＣＣＤカメラ５は、検査プローブ９の長手方向の中心軸Ｍ（検査プローブ９から照射される超音波の中心軸に相当）の位置を正確に被溶接部材の各溶接部４３の中心位置Ｏ（図１５参照）に合わせるために用いられるものである。従って、ＣＣＤカメラ５は、被検査部材Ｗの表面を撮像することができるように、その撮像方向ｒが被検査部材Ｗの法線方向ｎに対して所定の傾斜角θとなるようにブラケット１５で保持されている。
【００３７】
すなわち、ブラケット１５は、先端のアーム１２に取り付けられた本体部１５ａと、本体部１５ａから下方向に所定の角度で折り曲げられて延びた延設部１５ｂとからなり、ＣＣＤカメラ５は延設部１５ｂの先端に当該延設部１５ｂの長手方向に対して垂直方向に取り付けられている。
【００３８】
マニピュレータ１は、検査プローブ９を被溶接部材Ｗのある溶接部４３から隣の溶接部４３に移動させる際、検査プローブ９を被溶接部材Ｗから予め設定された所定の高さｈの位置に保持して水平に隣の溶接部４３の上方位置に移動させる。従って、この水平移動の際は、ＣＣＤカメラ５も被溶接部材Ｗに対して一定の高さを保持して水平に移動されるので、このときに被溶接部材Ｗの各スポット痕が明瞭にＣＣＤカメラ５で撮像し得るようにＣＣＤカメラ５の焦点が調整されている。すなわち、図１の状態では、ＣＣＤカメラ５の焦点は被溶接部材Ｗの検査プローブ９の真下の溶接部４３に調節されている。
【００３９】
ＣＣＤカメラ５には、撮像受信装置１６が接続されている。撮像受信装置１６は、ＣＣＤカメラ５で撮像された撮像信号に対して所定の処理を施して位置決め揺動制御装置３に送信するものである。例えば、撮像受信装置１６は、ＣＣＤカメラ５から出力される撮像信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換した後、例えばフィルタ処理等の所定のディジタル信号処理を施し撮像データとして位置決め揺動制御装置３に送信する。
【００４０】
位置決め揺動制御装置３では、撮像受信装置１６からの撮像データに基づいて被検査部材Ｗの溶接部４３（スポット痕）が例えばパターンマッチングの方法によって検出される。すなわち、位置決め揺動制御装置３には、標準的なスポット痕をＣＣＤカメラ５の位置から撮像したときの当該スポット痕の輪郭形状（楕円形状）が予め登録されており、位置決め揺動制御装置３は、撮像受信装置１６から入力される撮像データからスポット痕の輪郭形状を抽出し、この輪郭形状を登録された輪郭形状（基準形状）と比較することによりスポット痕が撮像画面の略中心位置にあるか否かを判別する。そして、スポット痕が撮像画面の略中心位置にあると、位置決め揺動制御装置３は、検査プローブ９の中心軸Ｍがスポット痕の中心位置Ｏの近傍位置に来ていると判断し、その判断結果をロボット制御装置２に送信する。
【００４１】
上述のように、検査プローブ９を被溶接部材Ｗの任意の溶接部４３から隣の溶接部４３に移動させる際、マニュプレータ１は、検査プローブ９及びＣＣＤカメラ５を被溶接部材Ｗから所定の高さ位置に保持して水平に移動させるので、検査プローブ９が隣の溶接部４３に近接すると、その近接動作に応じて当該溶接部４３の光像がＣＣＤカメラ５の撮像画面内に入るようになり、その光像はＣＣＤカメラ５によって撮像されて撮像信号が順次、撮像受信装置１６に入力され、更にはその撮像信号から生成された撮像データが位置決め揺動制御装置３に入力される。
【００４２】
従って、位置決め揺動制御装置３は、ＣＣＤカメラ５の水平移動に伴い撮像画面内を相対的に移動する溶接部４３の輪郭形状が撮像画面の中心位置に移動するタイミングを検出し、その検出信号をロボット制御装置２に送信する。ロボット制御装置２はその検出信号に基づいてマニピュレータ１を停止させることにより、検査プローブ９を溶接部４３の中心位置Ｏの上方位置に停止させる。
【００４３】
ブラケット１５の本体部１５ａの下部には、エアシリンダ６が取り付けられている。エアシリンダ６は、検査プローブ９を被検査部材Ｗに押し当てる押し当て機構として機能するものであり、図１における上下方向に伸縮自在とされている。エアシリンダ６は、ロボット制御装置２からの駆動信号により駆動され、通常縮退した状態から伸長した状態に変位し、検査プローブ９の先端を所定の押圧力で被検査部材Ｗに押し当てる。ロボット制御装置２は、マニピュレータ１による検査プローブ９の移動を停止させた後、エアシリンダ６に駆動信号を出力し、検査プローブ９の先端を被検査部材Ｗに押し当てるようにエアシリンダ６を動作させる。
【００４４】
なお、このエアシリンダ６によって検査プローブ９が上下動する距離は、エアシリンダ６が伸長したとき、検査プローブ９が被検査部材Ｗに接触しても損傷しない程度に予め定められている。また、エアシリンダ６の停止位置、すなわち、縮退した状態から伸長した状態に変位するときの停止位置及び伸長した状態から縮退した状態に変位するときの停止位置は、図示しない近接スイッチ等によって設定されていてもよい。
【００４５】
また、エアシリンダ６の上下方向における伸縮動作は、マニピュレータ１の駆動モータ１３等の回転により代用させることも可能であるが、このようにすると、ロボット制御装置２の作業プログラムが複雑になる。そのため、エアシリンダ６を用いることにより、コスト低減に寄与している。
【００４６】
エアシリンダ６の下部には、水平揺動装置７が設けられている。水平揺動装置７は、それに接続された検査プローブ９を中心軸Mに対して直交する方向に変位させるものである。水平揺動装置７は、２つの揺動装置からなり、所定の方向（この方向を「Ｘ方向」とする）に検査プローブ９を変位させるＸ方向揺動装置１７と、Ｘ方向と直交する方向（この方向を「Ｙ方向」とする）に検査プローブ９を変位させるＹ方向揺動装置１８とからなる。
【００４７】
なお、水平揺動装置７に設定されているＸＹ座標の原点位置は、検査プローブ９の中心軸Ｍと一致するように設定されている。従って、水平揺動装置７のＸ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８を初期位置にリセットすると、検査プローブ９の中心軸ＭはＸＹ座標の原点位置に設定される。
【００４８】
Ｘ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８は、図示しないモータを有しており、Ｘ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８に接続された揺動駆動装置１９からの駆動信号によりそれぞれ独立して各モータが駆動されることにより、検査プローブ９の先端が被溶接部材Ｗに圧接されていないときは、検査プローブ９の中心軸Ｍの位置をＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位させる。この変位制御は、検査プローブ９の中心軸Ｍの位置を溶接部４３の中心位置Ｏに正確に位置合せする際の微調整に使用される。
【００４９】
また、検査プローブ９の先端が被溶接部材Ｗに圧接されている状態では、検査プローブ９の先端は溶接部４３の中心位置Ｏに固定され、検査プローブ９の基端部（検査プローブ９の弾性部材８に固定されている端部）だけがＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位されるので、上記変位制御は、検査プローブ９の中心軸Ｍを溶接部４３の中心位置Ｏにおける法線方向nに対して微小角（例えば１°以内の微小角）だけ傾ける動作（揺動動作）に使用される。この検査プローブ９の揺動動作の制御については後述する。
【００５０】
揺動駆動装置１９は、制御部２１と、Ｘ方向揺動装置１７を駆動させるＸ方向駆動部２２と、Ｙ方向揺動装置１８を駆動させるＹ方向駆動部２３とによって構成される。制御部２１は、位置決め揺動制御装置３から制御信号が入力されることによって、Ｘ方向駆動部２２及びＹ方向駆動部２３によりＸ方向揺動装置１７とＹ方向揺動装置１８を動作させる。
【００５１】
水平揺動装置７の下部には、図３に示すように、移動板２５が設けられている。移動板２５は、Ｘ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８に接続されており、Ｘ方向及びＹ方向並びにそれらの方向が組み合わされた方向に変位される。
【００５２】
移動板２５の下面には、略直方体形状の樹脂からなる弾性部材８が取り付けられている。弾性部材８は、弾性変形自在とされ、水平揺動装置７と検査プローブ９との間に介在されることにより、検査プローブ９の先端を被溶接部材Ｗの溶接部４３に圧接した状態で水平揺動装置７により移動板２５をＸＹ面内で変位させたときに、当該移動板２５の変位量を一部吸収して検査プローブ９の基端部に伝達し、これにより、検査プローブ９の基端部だけが水平面内で微小変位し、検査プローブ９の中心軸Ｍが溶接部４３の中心位置Ｏにおける法線方向ｎに対して微小角βだけ傾けられる動作を実現する。
【００５３】
なお、弾性部材８の形状は、略直方体形状に限らず、略円柱形状や略三角柱形状等であってもよい。また、弾性部材８としては、例えばゴム等の樹脂が適しているが、上述の検査プローブ９の揺動動作を実現し得る弾性部材であれば樹脂に限定されるものではなく、例えばリン青銅等の弾性性質を有する金属からなる板材やバネ材を用いたものであってもよい。要するに、弾性部材８は、水平揺動装置７の変位力を検査プローブ９に伝達する際の緩衝材として機能させるものであるから、検査プローブ９を適切に揺動させ得る弾性変形特性を有しているものであれば、特に材質は問われないものである。
【００５４】
弾性部材８の下部には、検査プローブ９が設けられている。検査プローブ９は、弾性部材８の下部に取り付けられた弾性変形自在なプローブホルダ２６と、略円筒状の本体２７とを有している。プローブホルダ２６には凹部（図略）が設けられており、この凹部に本体２７の上部が収納されている。なお、弾性部材８とブローブホルダ２６とは、一体的に形成されていてもよい。
【００５５】
検査プローブ９は、ウォーターチャンバー（Water Chamber）式フレキシブルメンブレンプローブ（Flexible membrane Probe）からなる。すなわち、検査プローブ９は、先端（図３では下端）に超音波の出射とその反射波の入射をするための開口が形成された本体２７内に水が充填され、開口をシリコンゴムからなる薄膜で栓をした構成を成している。シリコンゴムは水圧により開口から略半球形状に膨出しており、この膨出部分が検査プローブ９を被溶接部材Ｗの溶接部４３に接触させる接触部２８となっている。本体２７の他端面（上面）寄りの内部には、超音波を発するための発信部（図略）が設けられ、発信部は、接触部２８に向かって超音波を発することにより、超音波が接触部２８を介して被溶接部材Ｗの溶接部４３に照射される。また、溶接部４３内で反射した超音波（以下、エコーという。）は、接触部２８を介して本体２７に入射され、本体２７内の受信部（図略）に受信される。
【００５６】
接触部２８には水が充填されているので、溶接部４３の形状に応じて接触面がフレキシブルに変化し、極めて高い密着度で安定して溶接部４３に接触させることができるようになっている。また、本体２７及び接触部２８には水が充填されているので、超音波及びそのエコーが高い効率で溶接部４３との間で伝播され、可能な限り感度低下が抑制されるようになっている。
【００５７】
図１に戻り、検査プローブ９には、検査プローブユニット３０が接続されている。検査プローブユニット３０は、検査プローブ９から出力されるエコーを検出した電気信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を検査判定装置４に送るものである。
【００５８】
検査判定装置４は、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータからなり、検査プローブユニット３０から送信されるエコーの検出信号に基づいて、ナゲットの状態の良否判定を行うものである。良否判定の手順は、検査判定装置４内のメモリ（図略）に記憶された専用のソフトウェアプログラムに組み込まれている。検査判定装置４は、モニタ（図略）を有し、モニタには、検査プローブユニット３０から送信されるエコーの検出信号を表した波形がリアルタイムで表示される。
【００５９】
例えば、検査判定装置４のモニタには、図１４に示したような波形が出力される。このモニタ画面の横軸は時間を示し、モニタ画面の縦軸は波形の波高値（エコーのレベル）を示す。ナゲットの状態が正常であるときには、同図に示すように、上板４１及び下板４２の板厚に基づく所定の時間間隔Ｄで複数本のエコーが繰り返し検出され、これらのエコーの波高値を結んだ減衰カーブＣは、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。
【００６０】
検査判定装置４は、検査プローブユニット３０から送られるエコーの検出信号の波形に基づいて、ナゲット状態の良否判定を行う。ナゲット状態の良否判定では、検出されるエコーの本数、各エコーの波高値Ｈ、各エコー間の時間間隔Ｄ、本来出現しないエコーの有無等を評価することにより行う。なお、ナゲット状態の良否判定の条件は、複数の良好なナゲット状態をサンプル的に検査し、それによって得られたデータから求めるようにしてもよい。
【００６１】
例えば、図４に示すように、スポット溶接で形成されたナゲットＮの径が比較的小さいとき、検査プローブ９から照射された超音波の一部はナゲットＮを通らないので、モニタ画面に表示される波形は、図５に示すように、ナゲットＮを通って上板４１と下板４２とで反射された複数のエコーの繰り返し波形の間に、ナゲットＮを通らないで上板４１と下板４２との境界によって反射されたエコーの波形（図中、Ａ参照）が出現する。
【００６２】
この場合は、ナゲットＮを通った複数のエコーの繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣ’は、図１４に示した正常な繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣと類似していても、本来出現してはならないエコーＡが存在することにより、ナゲット状態は不良、すなわち、スポット溶接は不良と判定される。
【００６３】
また、図６に示すように、ナゲットＮの径は正常であるが、厚みが例えば比較的薄いときは、モニタ画面に表示される波形は、図７に示すように、本来出現してはならないエコーＡは存在しないが、各エコーの減衰が小さく、複数のエコーの繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣ”は、図１４に示した正常な繰り返し波形の波高値を結んだ減衰カーブＣよりも減衰の仕方が緩く、本来ならば減衰により殆どレベルが出ない高次のエコーが存在する。従って、この場合は、減衰カーブＣ”の減衰特性若しくは高次のエコーの存在により、ナゲット状態は不良（すなわち、スポット溶接は不良）と判定される。
【００６４】
なお、エコーの波形によるナゲット状態の良否判定は、検査プローブ９が被溶接部材Ｗの溶接部４３に対して適切な方向で押し当てられた状態で行われるべきものであるから、本実施形態のように検査プローブ９を揺動させて最適な押し当て方向に探索する場合は、その探索により検査プローブ９を最適な方向に設定した後にナゲット状態の良否判定を行うのが基本となる。
【００６５】
しかしながら、検査プローブ９の溶接部４３への押し当て方向の適否は、ナゲット径の良否判定と同様に、モニタ画面に表示されるエコーの波形を観測しながら行われるので、後述するように、検査プローブ９の基端部を溶接部４３の法線方向ｎを中心として略３６０°の全方向に変位させ、何れの変位位置でも正常と判定されるエコーの波形が出力されなければ、ナゲット状態は不良と判定され、何れかの変位位置で正常と判定されるエコーの波形が出力されれば、その時点でナゲット状態は正常と判定され、検査プローブ９の溶接部４３への押し当て方向の探索は終了することになる。
【００６６】
すなわち、検査プローブ９の溶接部４３への最適な押し当て方向を探索する処理は、実質的に正常なエコーの波形が得られるか否かを探索しているので、同時にナゲット状態の良否判定の処理にもなっている。従って、検査判定装置４は、検査プローブ９の溶接部４３への最適な押し当て方向を探索する処理中においてナゲット状態が正常であると判定される押し当て方向が見つかると、直ちにその探索動作を停止する機能（以下、この機能をオートフリーズ機能という。）を有している。そして、本実施形態に係る溶接検査システムでは、このオートフリーズ機能により、被溶接部材Ｗの各溶接部４３の良否判定の処理時間が可及的に短縮されるようになっている。
【００６７】
検査判定装置４は、エコーの波形を判定しながら検査プローブ９の被溶接部材Ｗの溶接部４３に対する押し当て方向を変化させているときに、正常なエコーの波形が見つかると、オートフリーズ機能によって、直ちにその判定処理を停止し、判定処理を終了したことを示すオートフリーズ信号をロボット制御装置２に送信する。ロボット制御装置２では、このオートフリーズ信号を受信すると、位置決め揺動制御装置３に水平揺動装置７の動作を停止させるための制御信号を送信し、位置決め揺動制御装置３はこの制御信号を受けて水平揺動装置７の動作を停止する。
【００６８】
位置決め揺動制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなり、図示しないメモリに記憶された動作プログラム、及び撮像受信装置１６からの撮像信号に基づいてスポット痕の位置の検出処理を行う。また、位置決め揺動制御装置３は、ロボット制御装置２からの制御信号に基づいて、揺動駆動装置１９を駆動制御して水平揺動装置７を動作させ、検査プローブ９を揺動させる。
【００６９】
ここで、位置決め揺動制御装置３による検査プローブ９の揺動動作について説明する。
【００７０】
位置決め揺動制御装置３では、検査プローブ９の溶接部４３への押し当て方向を変化させるために、揺動駆動装置１９の駆動を制御して、検査プローブ９の基端部（弾性部材８に固定されている端部）を溶接部４３の法線方向ｎを中心として複数の方向に変位させる。
【００７１】
具体的には、水平揺動装置７は、図８（ａ）に示すように、中心位置Ｐ０を通過しながら複数の円弧を描くような軌道で検査プローブ９の基端部をＸＹ面内で変位させる。なお、図８（ａ）は、検査プローブ９を上方から見た図であり、中心位置Ｐ０がＸＹ座標の原点と一致している。上記軌道は、円弧部分とその円弧で想定される円（点線Ｓ参照）の直径又は半径を示す直線部分とからなり、それらが連続的につながっている。円Ｓの半径Ｌ（例えば２ｍｍ）及び円Ｓの分割数Ｍ（例えば１２）は、位置決め揺動制御装置３に予め設定入力されている。なお、円Ｓの半径Ｌ及び円Ｓの分割数Ｍは、位置決め揺動制御装置３において設定変更することが可能であり、上記値に限るものではない。
【００７２】
位置決め揺動制御装置３は、図８（ａ）に示す軌道を検査プローブ９の基端部が移動するように、揺動駆動装置１９に駆動信号を送信する。揺動駆動装置１９は、その駆動信号に基づいて、水平揺動装置７であるＸ方向揺動装置１７及びＹ方向揺動装置１８を動作させ、両揺動装置１７，１８の各方向の移動動作により、移動板２５が変位し、これにより検査プローブ９の基端部が変位する。
【００７３】
より詳細には、図８（ａ）における上方向をＹ方向とすると、水平揺動装置７は、中心位置Ｐ０からＹ方向に向けて動作距離Ｌだけ検査プローブ９の基端部を位置Ｐ１に移動させる（ａ参照）。次いで、位置Ｐ１から中心位置Ｐ０に一旦戻るように移動させ（ｂ参照）、中心位置Ｐ０から位置Ｐ１とは逆方向に向けて動作距離Ｌだけ検査プローブ９の基端部を位置Ｐ２に移動させる（ｃ参照）。なお、位置Ｐ１から中心位置Ｐ０への移動、及び中心位置Ｐ０から位置Ｐ２への移動は、連続的に行われてもよい。
【００７４】
次に、位置Ｐ２から、中心位置Ｐ０からの半径Ｌを一定に保ちながら中心位置Ｐ０のなす角αが約３０度になる位置Ｐ３まで検査プローブ９の基端部を円Ｓの周上に沿って移動させる（ｄ参照）。以後、上記の円Ｓの直径上を通って位置Ｐ１から位置Ｐ２へ移動させた後、円Ｓの円周を通って位置Ｐ２から位置Ｐ３へと移動させる移動方法と同様の方法を繰り返して、位置Ｐ３〜位置Ｐ１２を経由して最後に中心位置Ｐ０に戻るように検査プローブ９の基端部を移動させる。
【００７５】
図９に示すように、エアシリンダ６によって水平揺動装置７及び検査プローブ９を所定の押圧力Ｐで被溶接部材Ｗ側に押し当てた状態で水平揺動装置７により移動板２５をＸＹ面内で変位させると、エアシリンダ６による押圧力Ｐと水平揺動装置７による変位力Ｑとを合成した力（以下、合成力という。）が弾性部材８を介して検査プローブ９に伝達される。
【００７６】
検査プローブ９の接触部２８はエアシリンダ６による押圧力Ｐにより被溶接部材Ｗの溶接部４３に圧接されているので合成力が作用しても移動せず、検査プローブ９の本体２６は、図９に示すように、基端部に作用する合成力の変位力Ｑに平行な成分により接触部２８（図９では溶接部４３の中心位置Ｏ）を支点として溶接部４３の法線方向に対して微小角βで傾けられることになる。
【００７７】
このとき、検査プローブ９に伝達される合成力は弾性部材８の弾性変形により一部吸収され、検査プローブ９の基端部の変位量は移動板２５の変位量よりも小さくなるので、検査プローブ９の本体２７は、例えば１°以内の非常に小さい角度βで変化することになる。
【００７８】
そして、水平揺動装置７が検査プローブ９の基端部を図８（ａ）に示す軌道で変位するように動作させるため、検査プローブ９は、接触部２８を支点として、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に微小角βで＋方向（図８（ａ）では上方向）と−方向（図８（ｂ）では下方向）とに傾けられた後、反時計回りに３０°のピッチで傾ける方向を変化させながら各方向で同様の傾け動作が５回繰り返され、ＸＹ面内で全の方向に略均等に揺動することになる。
【００７９】
なお、本実施形態では、検査プローブ９の揺動方向を３０°ピッチで変化させるようにしているが、言うまでもなく揺動方向の変化ピッチを小さくすれば、検査プローブ９の被溶接部材Ｗの溶接部４３に対する押し当て方向をより細かく探索することができる。好ましくは、全方向に検査プローブ９を揺動させて最適な押し当て方向を探索することが望ましいが、このようにすると、探索時間が長くなり、ナゲット状態の良否判定処理に要する時間が長くなるので、処理効率との関係で適切な揺動方向の角度ピッチを設定すればよい。また、検査プローブ９の揺動軌道は、上記した軌道に限らず、渦巻き状に中心位置Ｏに向かって進行するような軌道等でもよい。
【００８０】
以上のように、従来では、熟練作業者が検査プローブ４４を微妙でかつ繊細な操作によって傾けてその押し当て方向を変化させながら、超音波波形のピーク値が得られる適切な押し当て方向を探し出していたが、本実施形態によれば、上記方法により適切な押し当て方向を探し出す操作を、熟練作業者に代えて自動で行うことができる。したがって、作業者の負担を軽減することができるとともに、作業効率の向上を図ることができる。
【００８１】
次に、上記構成における検査手順について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
まず、検査が開始されると、マニピュレータ１がロボット制御装置２によって駆動され、検査プローブ９が被検査部材Ｗ上を走査するように教示データに基づいて移動される（Ｓ１）。この移動中では、ＣＣＤカメラ５によって被検査部材Ｗの表面が撮像され（Ｓ２）、ＣＣＤカメラ５で撮像された撮像信号は、撮像受信装置１６においてディジタル信号に変換された後、位置決め揺動制御装置３に送られる。
【００８３】
位置決め揺動制御装置３では、撮像受信装置１６から送られた撮像信号に基づいて、画像が解析され、被検査部材Ｗに形成されたスポット痕が検出されたか否かを判別する（Ｓ３）。位置決め揺動制御装置３においてスポット痕が検出されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、位置決め揺動制御装置３では、画像の解析動作が一旦停止され（Ｓ４）、位置決め揺動制御装置３からロボット制御装置２に対して、スポット痕を検出した旨の信号が送られる。
【００８４】
ロボット制御装置２では、位置決め揺動制御装置３からスポット痕を検出した旨の信号が送られると、マニピュレータ１の教示データに基づく動作を停止させるとともに（Ｓ５）、折り返し、位置決め揺動制御装置３に対してマニピュレータ１が一旦停止された旨の信号が送られる。
【００８５】
これにより、位置決め揺動制御装置３では、ＣＣＤカメラ５で撮像した画像の再取り込みが行われ（Ｓ６）、スポット痕の輝度重心位置（中心位置Ｏ）が計算され（Ｓ７）、検査プローブ９の本体２７の中心軸Ｍを中心位置Ｐ０に移動するように揺動駆動装置１９に対して制御信号が出力される。
【００８６】
揺動駆動装置１９では、位置決め揺動制御装置３からの制御信号に基づいて、水平揺動装置７を駆動し、検査プローブ９の本体２７の中心軸Ｍが中心位置Ｐ０に一致するように検査プローブ９を移動させる（Ｓ８）。
【００８７】
次いで、位置決め揺動制御装置３では、エアシリンダ６を下降させる旨の信号をロボット制御装置２に送る。ロボット制御装置２では、この信号を受け取ると、エアシリンダ６に対してそれを伸長させる旨の駆動信号が送られ、この駆動信号に応じてエアシリンダ６が伸長される（Ｓ９）。これにより、検査プローブ９が下方に向けて下降され、検査プローブ９の接触部２８がスポット痕の表面と接触する。
【００８８】
検査プローブ９の下降が完了すると、位置決め揺動制御装置３によって水平揺動装置７が駆動される。すなわち、水平揺動装置７は、図８（ａ）に示したような揺動軌道で検査プローブ９を変位させる揺動動作が開始される（Ｓ１０）。
【００８９】
すなわち、検査プローブ９では、図９に示したように、その接触部２８がエアシリンダ６によって所定の押圧力Ｐで被検査部材Ｗに押し当てられており、かつ水平揺動装置７によって水平方向に変位させられるため、図８（ｂ）に示すように、被検査部材Ｗに対して直交する方向（ＸＹ平面）において検査プローブ９の本体２７の中心軸Ｍが微小角βで傾けられて検査プローブ９の本体２７が揺動するようになる。
【００９０】
このとき、検査判定装置４では、検査プローブ９からの受信信号に基づいて検査判定処理が行われる（Ｓ１１）。すなわち、検査判定装置４から検査プローブユニット３０に対して超音波を発振させるための信号が送られ、検査プローブユニット３０では、検査プローブ９に対して超音波を発振させるための信号が送られる。
【００９１】
検査プローブユニット３０では、検査プローブ９からのエコーを検出した信号がディジタル信号に変換され、その検出信号が検査判定装置４に送られ、検査判定装置４において、エコーの波形に基づいて適切なナゲットの波形が検出されたか否かが判定される（Ｓ１２）。
【００９２】
検査判定装置４において適切なナゲット径を有するエコーの波形が検出されないと判定される場合（Ｓ１２：ＮＯ）、一連の揺動動作（図８（ａ）に示すＰ０〜Ｐ１２を移動する動作）が終了したか否かが判別される（Ｓ１３）。一連の揺動動作が終了していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、処理はステップＳ１０に戻り、揺動動作が継続される。一方、適切なナゲット径を有するエコーの波形が検出されずに、一連の揺動動作が終了した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、スポット痕におけるナゲット状態は不良であると判定する（Ｓ１４）。
【００９３】
一方、検査判定装置４による上記検査判定の結果、適切なナゲット径を有するエコーの波形が検出された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、上述したオートフリーズ機能によって検査判定動作が一旦停止され（Ｓ１５）、その旨のオートフリーズ信号がロボット制御装置２に送られる。また、ステップＳ１４において、スポット痕におけるナゲット状態は不良であると判定された場合も、検査判定動作を停止させる。
【００９４】
すなわち、ロボット制御装置２では、検査動作が開始された後、検査判定装置４からのオートフリーズ信号（例えば検査中は「ＨＩＧＨ」を出力、停止中は「ＬＯＷ」を出力）を常時監視しており、例えばオートフリーズ信号が「ＬＯＷ」になると、検査判定動作が一旦停止されたと認識される。そして、その後、その旨の信号が位置決め揺動制御装置３に対して送られ、位置決め揺動制御装置３では、この信号が入力されると、揺動駆動装置１９に対して揺動を停止させる旨の信号が送られ、これにより、揺動駆動装置１９では、水平揺動装置７の揺動を停止させる（Ｓ１６）。
【００９５】
また、位置決め揺動制御装置３では、検査動作を停止する旨の信号がロボット制御装置２に送られる。これにより、ロボット制御装置２では、エアシリンダ６を縮退させ、検査プローブ９を上方向に変位させる（Ｓ１７）。
【００９６】
ロボット制御装置２では、エアシリンダ６の縮退動作が完了した旨の信号がエアシリンダ６から入力されると、検査すべきスポット痕の有無を判別し（Ｓ１８）、検査すべきスポット痕が残っている場合（Ｓ１８：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻り、マニピュレータ１を起動させ、被検査部材Ｗ上の次のスポット痕の検出が開始される。すなわち、ロボット制御装置２では、エアシリンダ６の縮退動作が完了した旨の信号が位置決め揺動制御装置３に送られ、位置決め揺動制御装置３では、画像の解析が再開される。
【００９７】
一方、ステップＳ１８において、検査すべきスポット痕が残っていない場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、検査動作の終了となり（Ｓ１９）、ロボット制御装置２では、マニピュレータ１を待機位置に移動させる。
【００９８】
このように、スポット痕の一連の検査動作は自動で行われるため、検査作業の短縮化を図ることができる。特に、従来では熟練作業者によって行われた検査プローブ９の揺動操作が自動で行われるため、作業者の負担が軽減され、検査作業の効率化が図られる。
【００９９】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、被検査対象として上板４１と下板４２とを接合させる場合に生じたスポット痕に対する検査方法を示したが、被検査対象としては、上記に限るものではない。
【０１００】
また、上記実施形態では、検査プローブ９を待機位置から被検査部材Ｗのスポット痕に、スポット痕から他のスポット痕に、他のスポット痕から待機位置に移動させる手段としてマニピュレータ１を用いたが、これに代えて、例えば小型クレーンや検査プローブ９を直線状に移動させるスライダ等の簡易な他の移載装置を用いるようにしてもよい。
【０１０１】
また、本実施形態では、被溶接部材Ｗに施された複数のスポット溶接の溶接部４３を連続的に検査する溶接検査システムについて説明したが、本発明に係る溶接検査用プローブは、１個のスポット溶接しか行われていない被溶接部材Ｗに対する溶接検査装置にも適用することができる。この場合は、溶接検査装置に被溶接部材Ｗの搭載部を設け、この搭載部に載置された被溶接部材Ｗの溶接部４３に対して所定の高さ位置に検査プローブ９を配置し、エアシリンダ６により当該検査プローブ９を昇降させるだけで検査プローブ９の本体２７の接触部２８を正確に溶接部４３に押し当てることができるので、検査プローブ９を移動させる移動装置が不要になり、溶接検査装置の構成が簡単になる。
【０１０２】
また、弾性部材８及び検査プローブ９の構成は、上記実施形態に限るものではない。例えば、図１１に示すように、移動板２５の下面に支持部材３１が設けられ、支持部材３１に設けられた略球状の空間に、検査プローブ９の上面に形成された略球状の突起３２と、その突起３２と支持部材３１とに介在された弾性部材３３とが設けられた構成とされてもよい。この構成においても、水平揺動装置７による変位力が弾性部材３３の弾性変形により一部吸収されて検査プローブ９に伝達されるので、支持部材３１が例えば水平揺動装置７によって略水平方向に変位されることにより、検査プローブ９が微小角で揺動され、上記した検査方法と同様の方法を実施することができる。
【０１０３】
また、上記実施形態では、スポット溶接の溶接判定について説明したが、本発明は、アーク溶接の溶接判定（特にビードの形状の良否判定）にも適用することができる。この場合は、図１０に示すフローチャートのステップＳ３の判定処理をアーク溶接された溶接部４３のビードの幅が設定値よりも小さいか否かの判定処理に変更することにより、アーク溶接によって被溶接部材Ｗの溶接部４３に連続的に形成されたビードの形状の良否判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本願発明に係る溶接検査用プローブを含む溶接検査システムの構成図である。
【図２】マニピュレータの外観図である。
【図３】検査プローブ近傍の構成を示す図である。
【図４】ナゲット径が小さい場合における超音波の進行状態を示す図である。
【図５】ナゲット径が小さい場合における検査判定装置のモニタに表示される波形図である。
【図６】ナゲットの厚みが薄い場合における超音波の進行状態を示す図である。
【図７】ナゲットの厚みが薄い場合における検査判定装置のモニタに表示される波形図である。
【図８】検査プローブの揺動軌跡を説明するための図である。
【図９】傾けられた検査プローブを説明するための図である。
【図１０】本願発明の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１１】検査プローブ近傍の他の実施例の構成を示す図である。
【図１２】被検査部材の断面図である。
【図１３】従来の溶接検査システムの構成を示す図である。
【図１４】ナゲット状態が正常の場合における検査判定装置のモニタに表示される波形図である。
【図１５】被溶接部材の溶接部に対する検査プローブの位置合わせ及び押し当て方向を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ マニピュレータ
２ ロボット制御装置
３ 位置決め揺動制御装置
４ 検査判定装置
５ ＣＣＤカメラ
６ エアシリンダ
７ 水平揺動装置
８ 弾性部材
９ 検査プローブ
１６ 撮像受信装置
１７ Ｘ方向揺動装置
１８ Ｙ方向揺動装置
１９ 揺動駆動装置
２７ 本体（検査プローブの）
２８ 接触部
Ｎ ナゲット
Ｗ 被検査部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接が施された被検査部材の溶接部に超音波を照射し、その反射波を用いて当該溶接部内に形成されたナゲットの状態が適切であるか否かを検査するために用いられる溶接検査用プローブであって、
一方端に前記被検査部材の溶接部に接触し、前記超音波とその反射波の入出射をするための接触部を有する本体と、
前記本体の他方端に弾性部材を介在させて取り付けられ、前記超音波の放射方向に対して直交する方向に前記本体を変位させる変位手段と、
前記被検査部材の溶接部に対して略垂直に前記本体及び前記変位手段を所定の押圧力で押し当てる押し当て手段と、
を備えることを特徴とする、溶接検査用プローブ。
【請求項２】
前記変位手段は、互いに直交する方向に変位させる２個の変位部材からなることを特徴とする、請求項１に記載の溶接検査用プローブ。
【請求項３】
前記弾性部材は、樹脂からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接検査用プローブ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接検査用プローブと、
前記溶接検査用プローブを前記被検査部材に形成された１又は複数の溶接部の上方位置に移動させる移動手段と、
前記溶接検査用プローブの本体を前記押し当て手段により前記被検査部材の溶接部に押し当てた状態で、当該溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定するナゲット状態判定手段と
を備えることを特徴とする、溶接検査システム。
【請求項５】
前記移動手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなり、
前記溶接検査用プローブの移動中に当該溶接検査用プローブの前記超音波の照射軸が前記被検査部材と交叉する位置を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像される画像を用いて前記被検査部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により前記被検査部材の溶接部の位置が検出されると、前記移動手段による前記溶接検査用プローブの移動を停止させる移動停止手段と、
を備えることを特徴とする、請求項４に記載の溶接検査システム。
【請求項６】
前記押し当て手段により前記溶接検査用プローブを前記被検査部材の溶接部を押し当てた状態で、前記変位手段により当該被検査部材の溶接部と平行面内で予め設定された複数の方向に順次、変位力を発生させる変位制御手段をさらに備え、
前記ナゲット状態判定手段は、前記変位制御手段により複数の方向に順次、変位力を発生させている期間に、前記溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定することを特徴とする、請求項４又は５に記載の溶接検査システム。
【請求項１】
スポット溶接が施された被検査部材の溶接部に超音波を照射し、その反射波を用いて当該溶接部内に形成されたナゲットの状態が適切であるか否かを検査するために用いられる溶接検査用プローブであって、
一方端に前記被検査部材の溶接部に接触し、前記超音波とその反射波の入出射をするための接触部を有する本体と、
前記本体の他方端に弾性部材を介在させて取り付けられ、前記超音波の放射方向に対して直交する方向に前記本体を変位させる変位手段と、
前記被検査部材の溶接部に対して略垂直に前記本体及び前記変位手段を所定の押圧力で押し当てる押し当て手段と、
を備えることを特徴とする、溶接検査用プローブ。
【請求項２】
前記変位手段は、互いに直交する方向に変位させる２個の変位部材からなることを特徴とする、請求項１に記載の溶接検査用プローブ。
【請求項３】
前記弾性部材は、樹脂からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接検査用プローブ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接検査用プローブと、
前記溶接検査用プローブを前記被検査部材に形成された１又は複数の溶接部の上方位置に移動させる移動手段と、
前記溶接検査用プローブの本体を前記押し当て手段により前記被検査部材の溶接部に押し当てた状態で、当該溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定するナゲット状態判定手段と
を備えることを特徴とする、溶接検査システム。
【請求項５】
前記移動手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなり、
前記溶接検査用プローブの移動中に当該溶接検査用プローブの前記超音波の照射軸が前記被検査部材と交叉する位置を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像される画像を用いて前記被検査部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により前記被検査部材の溶接部の位置が検出されると、前記移動手段による前記溶接検査用プローブの移動を停止させる移動停止手段と、
を備えることを特徴とする、請求項４に記載の溶接検査システム。
【請求項６】
前記押し当て手段により前記溶接検査用プローブを前記被検査部材の溶接部を押し当てた状態で、前記変位手段により当該被検査部材の溶接部と平行面内で予め設定された複数の方向に順次、変位力を発生させる変位制御手段をさらに備え、
前記ナゲット状態判定手段は、前記変位制御手段により複数の方向に順次、変位力を発生させている期間に、前記溶接検査用プローブによって検出される前記超音波の前記被検査部材からの反射波の波形に基づいて各溶接部のナゲットの状態が適切であるか否かを判定することを特徴とする、請求項４又は５に記載の溶接検査システム。
【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】
【公開番号】特開２００６−１５３７１０（Ｐ２００６−１５３７１０Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４６１６９（Ｐ２００４−３４６１６９）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]