超聲波檢查裝置以及超聲波檢查方法
【專利摘要】提供一種能夠簡易地檢測焊接部的尺寸的超聲波檢查裝置以及超聲波檢查方法。實施方式的超聲波檢查裝置，具備：振動產生部，向第一部件照射激光，產生超聲波振動；檢測部，檢測經由焊接部從上述第一部件傳播至第二部件的超聲波振動；以及解析部，解析由上述檢測部檢測到的所傳播的上述超聲波振動。并且，上述解析部求出上述第二部件在厚度方向上的位移最大時由上述檢測部檢測到的超聲波振動的頻率及波長的至少某個，根據預先求出的、上述第二部件的上述第一部件側的面的位置上的焊接部的截面尺寸、與上述超聲波振動的頻率及波長的至少某個之間的相關關系，求出上述焊接部的截面尺寸。
【專利說明】超聲波檢查裝置以及超聲波檢查方法
[0001] 本申請主張以日本專利申請?zhí)卦?013-061142 (申請日：2013年3月22日）為基 礎的優(yōu)先權。本申請通過參照該申請而包含該申請的全部內容。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及超聲波檢查裝置以及超聲波檢查方法。

【背景技術】
[0003] 有如下超聲波檢查方法，S卩：對檢查對象照射激光，使檢查對象產生超聲波振動， 對在檢查對象中傳播的超聲波振動進行解析，由此對檢查對象的內部狀態(tài)進行檢查。
[0004] 并且，提出了如下技術，即：預先求出母材進行諧振的頻率，對產生超聲波振動的 位置和檢測超聲波振動的位置進行掃描，根據掃描位置求出以比母材進行諧振的頻率低的 頻率進行諧振的區(qū)域的尺寸，將求出的區(qū)域的尺寸作為焊接部的尺寸。
[0005] 但是，存在超聲波檢查方法繁瑣、超聲波檢查裝置復雜等問題。
[0006] 因此，希望開發(fā)出能夠簡易地檢測焊接部的尺寸的技術。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明要解決的課題在于，提供一種能夠簡易地檢測焊接部的尺寸的超聲波檢查 裝置以及超聲波檢查方法。
[0008] 實施方式的超聲波檢查裝置，具備：振動產生部，對第一部件照射激光，產生超聲 波振動；檢測部，檢測經由焊接部從上述第一部件向第二部件傳播的超聲波振動；以及解 析部，解析由上述檢測部檢測到的所傳播的上述超聲波振動。
[0009] 并且，上述解析部，求出上述第二部件在厚度方向上的位移最大時由上述檢測部 檢測出的超聲波振動的頻率及波長的至少某個，根據預先求出的、上述第二部件的上述第 一部件側的面的位置上的焊接部的截面尺寸、與上述超聲波振動的頻率及波長的至少某個 之間的相關關系，求出上述焊接部的截面尺寸。
[0010] 根據上述構成的超聲波檢查裝置，能夠提供能夠簡易地檢測焊接部的尺寸的超聲 波檢查裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是用于例示本實施方式的超聲波檢查裝置1的示意圖。
[0012] 圖2的（a)?（d)是用于例示超聲波振動傳播的形態(tài)的示意圖。
[0013] 圖3是用于例示對到達激光L2所照射的位置的超聲波振動進行頻率解析的一例 的曲線圖。

【具體實施方式】
[0014] 以下，參照附圖，對實施方式進行例示。另外，各附圖中，對相同的構成要素附加同 一符號而將詳細說明適當省略。
[0015] 圖1是用于例示本實施方式的超聲波檢查裝置1的示意圖。
[0016] 首先，對檢查對象100進行說明。
[0017] 如圖1所示，檢查對象100是在部件101 (相當于第一部件的一例)與部件102 (相 當于第二部件的一例)重合的部分進行了焊接的結構。例如，是將部件101與部件102進行 了塞焊（plug weld)或槽焊（slot weld)的結構。
[0018] 被焊接的部分表示為焊接部103。
[0019] 此外，對超聲波振動進行檢測的一側的部件(在圖1所例示的情況下是部件102) 的產生超聲波振動的一側的部件(在圖1中所例示的情況下是部件101)側的面(在圖1中 所例示的情況下是面102a)的位置上的焊接部103的截面尺寸被設為W (以下，簡稱為焊接 部103的截面尺寸W)。
[0020] 另外，圖1中，在部件101與部件102之間設有間隙，但部件101和部件102也可 以接觸。
[0021] 部件101及部件102的材料沒有特別限定。部件101及部件102的材料例如能夠 采用金屬、樹脂等。
[0022] 這里，有檢查焊接部103是否具有適當?shù)膹姸鹊那闆r。該情況下，焊接部103中設 有塞或槽的部件102側能夠從外部觀察焊接的狀態(tài)。
[0023] 但是，焊接部103中，形成在部件101和部件102之間的部分無法從外部觀察焊接 的狀態(tài)。
[0024] 并且，無法從外部觀察的焊接部103的截面尺寸W對焊接強度的適當與否帶來較 大影響。
[0025] 因此，若能夠檢測無法從外部觀察的焊接部103的截面尺寸W，則能夠進行焊接強 度的適當與否的判斷。
[0026] 本實施方式的超聲波檢查裝置1如后述那樣，能夠簡易地檢測焊接部103的截面 尺寸W。進而，能夠根據檢測到的焊接部103的截面尺寸W、和預先求出的截面尺寸長度的 閾值，判定焊接強度的適當與否。
[0027] 接著，返回圖1，對超聲波檢查裝置1進行例示。
[0028] 超聲波檢查裝置1設有振動產生部2、檢測部5、解析部9以及控制部14。
[0029] 振動產生部2對部件101照射激光L1，使部件101產生超聲波振動。
[0030] 振動產生部2設有激光光源3和照射頭4。
[0031] 激光光源3能夠射出高能量且被時間調制后的激光L1。激光光源3例如能夠設置 為脈沖激光光源。激光光源3例如能夠采用YAG激光器、C02激光器、鈦藍寶石激光器、準 分子激光器等可脈沖振蕩的激光器。
[0032] 但是，激光光源3不限于例示的激光器，只要是能夠使檢查對象100產生超聲波振 動的激光器即可。
[0033] 照射頭4經由光纖13a而與激光光源3連接。照射頭4將從激光光源3射出的激 光L1向部件101的表面照射。照射頭4能夠具有使激光L1聚光的未圖示的光學機構(例 如透鏡等)。
[0034] 另外，例示了照射頭4與激光光源3經由光纖13a連接的情況，但不限于此。只要 將照射頭4與激光光源3光學連接即可。
[0035] 檢測部5檢測向在與部件101重合的部分上與部件101焊接的部件102傳播的超 聲波振動。S卩，檢測部5檢測由振動產生部2產生的、從部件101經由焊接部103向部件 102傳播的超聲波振動。
[0036] 此外，檢測部5將檢測出的超聲波振動變換為電信號。
[0037] 檢測部5能夠設置為例如激光干涉計。
[0038] 檢測部5設有激光光源6、頭7以及變換部8。
[0039] 激光光源6例如能夠采用半導體激光器。
[0040] 頭7經由光纖13b而與激光光源6連接。此外，頭7經由光纖13c而與變換部8 連接。另外，不限于基于光纖13b、13c的連接，只要光學連接即可。
[0041] 頭7將從激光光源6射出的激光L2向部件102的表面照射。此外，頭7接收來自 部件102的表面的反射光L3。頭7能夠具有使激光L2、L3聚光的未圖示的光學機構(例如 透鏡等)。
[0042] 根據部件102的表面的位置變化(部件102在厚度方向上的位移)，反射光L3的光 路長變化。因此，通過使從激光光源6射出并在頭7內的反射面(參照面）反射的激光L2 (參照光)、與來自部件102的表面的反射光L3在頭7內干涉從而能夠產生干涉光。
[0043] 干涉光的強度根據從頭7內的反射面到部件102的表面的距離而變化。因此，根 據干涉光的強度的變化，能夠檢測部件102在厚度方向上的位移量。
[0044] 并且，變換部8通過檢測相對于經過時間的干涉光的強度變化(相對于經過時間 的部件102在厚度方向上的位移)，檢測向部件102傳播的超聲波振動。
[0045] 變換部8將檢測出的超聲波振動變換為電信號。變換部8例如能夠具備CCD (Charge Coupled Devices,電荷稱合元件）等固體攝像元件。
[0046] 另外，例示了檢測部5是激光干涉計的情況，但不限于此。只要能夠檢測向部件 102傳播的超聲波振動即可。例如，檢測部5也可以具備壓電元件。
[0047] 但是，使檢測部5為激光干涉計等能夠以非接觸的方式進行檢測的結構時，能夠 擴大對檢查對象的適用范圍。
[0048] 解析部9解析由檢測部5檢測到的超聲波振動。
[0049] 例如，解析部9根據由檢測部5檢測到的超聲波振動，求出焊接部103的截面尺寸 W。進而，解析部9根據求出的焊接部103的截面尺寸W，判定焊接強度的適當與否。
[0050] 解析部9設有運算部10、判定部11以及顯示部12。
[0051] 運算部10根據由檢測部5檢測出的超聲波振動，對焊接部103的截面尺寸W進行 運算。
[0052] 運算部10例如通過進行到達激光L2所照射的位置的超聲波振動的頻率解析，對 焊接部103的截面尺寸W進行運算。超聲波振動的頻率解析例如能夠用高速傅里葉變換 (FFT)進行。
[0053] 例如，解析部9所設置的運算部10求出部件102在厚度方向上的位移最大時由檢 測部5檢測出的超聲波振動的頻率及波長的至少某個。并且，根據預先求出的、焊接部的截 面尺寸W與超聲波振動的頻率及波長的至少某個之間的相關關系，求出焊接部的截面尺寸 I
[0054] 另外，關于求出焊接部103的截面尺寸W的方法在后面詳述。
[0055] 判定部11根據求出的焊接部103的截面尺寸W判定焊接強度的適當與否。例如， 在求出的焊接部103的截面尺寸W比預先確定的閾值長的情況下，能夠判定為焊接強度是 適當?shù)?。相對于此，在求出的焊接?03的截面尺寸W比預先確定的閾值短的情況下，能夠 判定為焊接強度是不適當?shù)摹Ａ硗?，閾值能夠通過對焊接部103的截面尺寸W與焊接強度 之間的關系進行實驗、仿真等來決定。
[0056] 顯示部12顯示由運算部10求出的焊接部103的截面尺寸W、判定部11的焊接強 度的判定結果。顯示部12例如可以是液晶顯示裝置等。
[0057] 控制部14對激光光源3和激光光源6進行控制。控制部14例如對來自激光光源 3的激光L1的射出、激光L1的射出停止等進行控制?？刂撇?4例如對來自激光光源6的 激光L2的射出、激光L2的射出停止等進行控制。
[0058] 接著，對超聲波檢查裝置1的作用以及本實施方式的超聲波檢查方法進行例示。
[0059] 首先，通過控制部14使從激光光源3射出激光L1。從激光光源3射出的激光L1 經由光纖13a向照射頭4入射。向照射頭4入射的激光L1向部件101的表面照射。當向 部件101的表面照射激光L1時，部件101的表面發(fā)生熱變形等，部件101產生高頻彈性波 (超聲波)。即，產生超聲波振動。產生的超聲波振動在部件101中傳播，經由焊接部103向 部件102傳播。
[0060] 圖2的（a)?（d)是用于例示超聲波振動傳播的形態(tài)的示意圖。
[0061] 圖2的（a)是用于例示圖1中的A部的超聲波振動的示意圖。
[0062] 圖2的（b)是用于例示圖1中的B部的超聲波振動的示意圖。
[0063] 圖2的（c)是用于例示圖1中的C部的超聲波振動的示意圖。
[0064] 圖2的（d)是用于例示圖1中的D部的超聲波振動的示意圖。
[0065] 如圖2 (a)所示，在部件101的被激光L1照射的位置（圖1中的A部)，產生具有 各種波長(頻率）的超聲波振動。
[0066] 接著，在部件101的被激光L1照射的位置產生的超聲波振動在部件101中傳播。 此時，具有短波長(具有高頻率）的超聲波振動具有難以傳播的性質。
[0067] 因此，如圖2 (b)所示，在部件101的焊接部103附近的位置（圖1中的B部)，僅 具有較長的波長(具有較低的頻率）的超聲波振動到達。
[0068] 并且，當超聲波振動經過焊接部103到達部件102時，具有長波長(具有低頻率)的 超聲波振動具有難以在焊接部103中通過的性質。
[0069] 因此，如圖2 (c)所示，在部件102的焊接部103附近的位置（圖1中的C部)，到 達部件101的焊接部103附近的位置的超聲波振動中，僅具有短波長(具有高頻率）的超聲 波振動到達。
[0070] 因此，根據本
【發(fā)明者】們的得到的見解，當焊接部103的截面尺寸W變化時，能夠在 焊接部103中通過的超聲波振動的波長(頻率）變化已得到明確。即，焊接部103的截面尺 寸W越短，能夠在焊接部103中通過的超聲波振動的波長越短(頻率越高）已得到明確。
[0071] 到達部件102的焊接部103附近的位置的超聲波振動在部件102中傳播。此時， 具有短波長(具有高頻率）的超聲波振動具有難以傳播的性質。
[0072] 因此，如圖2的（d)所示，在部件102的被激光L2照射的位置（圖1中的D部)，在 焊接部103中通過的超聲波振動中，僅具有長波長(具有低頻率）的超聲波振動到達。
[0073] S卩，如以上說明的那樣，當焊接部103的截面尺寸W變化時，到達被激光L2照射的 位置的超聲波振動的波長、頻率變化。
[0074] 因此，通過對到達被激光L2照射的位置的超聲波振動的波長、頻率進行解析，能 夠求出焊接部103的截面尺寸W。此外，根據求出的焊接部103的截面尺寸W，能夠判定焊 接強度的適當與否。
[0075] 圖3是用來例示對到達被激光L2照射的位置的超聲波振動進行頻率解析的一例 的曲線圖。
[0076] 圖3是用高速傅里葉變換對到達被激光L2照射的位置的超聲波振動進行頻率解 析的圖。
[0077] 圖3中的S1是焊接部103的截面尺寸W為1mm的情況，S2是焊接部103的截面 尺寸W為0· 5mm的情況，S3是焊接部103的截面尺寸W為0· 1mm的情況。
[0078] 如上述那樣，焊接部103的截面尺寸W越短，能夠在焊接部103中通過的超聲波振 動的頻率越高。
[0079] 因此，如圖3所示，對應于焊接部103的截面尺寸W，頻率特性變化。并且，可知當 焊接部103的截面尺寸W變化時，部件102在厚度方向上的位移為最大的頻率變化。例如， 焊接部103的截面尺寸W為1mm的情況下，在頻率F1，部件102在厚度方向上的位移最大。 焊接部103的截面尺寸W為0. 5mm的情況下，在頻率F2,部件102在厚度方向上的位移最 大。焊接部103的截面尺寸W為0. 1mm的情況下，在頻率F3,部件102在厚度方向上的位移 最大。
[0080] 即，若預先通過實驗、仿真來求出焊接部103的截面尺寸W與部件102在厚度方向 上的位移為最大的頻率之間的關系，則通過檢測部件102在厚度方向上的位移為最大的頻 率，能夠求出焊接部103的截面尺寸W的尺寸。例如，若在頻率F1時部件102在厚度方向 上的位移最大，則可知焊接部103的截面尺寸W為1mm。例如，若在頻率F2時部件102在厚 度方向上的位移最大，則可知焊接部103的截面尺寸W為0. 5mm。例如，若在頻率F3時部件 102在厚度方向上的位移最大，則可知焊接部103的截面尺寸W為0. 1mm。
[0081] 并且，根據這樣求出的焊接部103的截面尺寸W，能夠判定焊接強度的適當與否。 例如，在求出的焊接部103的截面尺寸W比預先確定的閾值長的情況下，能夠判定為焊接強 度是適當?shù)摹Ｏ鄬τ诖?，在求出的焊接?03的截面尺寸W比預先確定的閾值短的情況下， 能夠判定為焊接強度是不適當?shù)?。閾值能夠通過對焊接部103的截面尺寸W與焊接強度之 間的關系進行實驗、仿真等來決定。
[0082] 另外，利用當焊接部103的截面尺寸W變小時厚度方向的位移變小這一情況，在峰 值頻率時厚度方向的位移超過預先確定的閾值的情況下，也能夠判斷為是適當?shù)摹?br> [0083] 另外，以上是根據頻率來求出焊接部103的截面尺寸W、判定焊接強度的適當與否 的情況，但是例如也可以根據波長來求出焊接部103的截面尺寸W、判定焊接強度的適當與 否。
[0084] 如以上所例示的那樣，本實施方式的超聲波檢查方法，具備以下工序：對部件101 照射激光而使超聲波振動產生的工序；檢測在與部件101重合的部分向與部件101焊接的 部件102傳播的超聲波振動的工序；求出部件102在厚度方向上的位移最大時所檢測到的 超聲波振動的頻率及波長的至少某個，根據預先求出的焊接部103的截面尺寸W與超聲波 振動的頻率及波長的至少某個之間的相關關系，求出焊接部W的截面尺寸的工序。
[0085] 該情況下，在檢測向部件102傳播的超聲波振動的工序中，檢測通過對部件101照 射激光而產生的、從部件101經由焊接部103向部件102傳播的超聲波振動。
[0086] 此外，還可以具備根據求出的焊接部103的截面尺寸W和預先求出的閾值來判定 焊接強度的適當與否的工序。
[0087] 此外，根據本
【發(fā)明者】們得到的見解，已明確得知，將部件102在厚度方向上的位移 最大時的超聲波振動的頻率設為F、焊接部103的截面尺寸設為W、傳播的超聲波振動的速 度設為V時，V / 5W彡F彡V / W。
[0088] 另外，以上中，例示了將部件101和部件102進行塞焊或槽焊的情況，但也可以應 用于將部件101和部件102進行點焊的情況。
[0089] 根據本實施方式的超聲波檢查裝置以及超聲波檢查方法，對部件101照射激光 L1，對經由焊接部103向部件102傳播的超聲波振動的頻率、波長進行解析，從而能夠求出 焊接部103的截面尺寸W。此外，根據求出的焊接部103的截面尺寸W，能夠判定焊接強度 是否適當。
[0090] 即，能夠簡易地檢測焊接部103的截面尺寸W。進而，能夠簡易地判定焊接強度是 否適當。
[0091] 以上，例示了本發(fā)明的幾個實施方式，但這些實施方式是作為例子提示的，并不意 欲限定發(fā)明的范圍。這些新的實施方式能夠以其他各種形態(tài)實施，在不脫離發(fā)明主旨的范 圍內，能夠進行各種省略、替換、變更等。這些實施方式及其變形例包含在發(fā)明的范圍及主 旨中，并且包含在權利要求所記載的發(fā)明及其等同范圍內。此外，上述各實施方式能夠相互 組合實施。
【權利要求】
1. 一種超聲波檢查裝置，具備： 振動產生部，對第一部件照射激光，使超聲波振動產生； 檢測部，檢測經由焊接部從上述第一部件傳播至第二部件的超聲波振動；以及 解析部，解析由上述檢測部檢測出的被傳播的上述超聲波振動； 上述解析部求出上述第二部件在厚度方向上的位移成為最大時由上述檢測部檢測出 的超聲波振動的頻率及波長的至少某個，根據預先求出的、上述第二部件的上述第一部件 側的面的位置上的焊接部的截面尺寸與上述超聲波振動的頻率及波長的至少某個之間的 相關關系，求出上述焊接部的截面尺寸。
2. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 將上述第二部件在厚度方向上的位移成為最大時由上述檢測部檢測出的超聲波振動 的頻率設為F，將上述焊接部的截面尺寸設為W，將傳播的上述超聲波振動的速度設為V時， 滿足以下式子： V/5W<F<V/W。
3. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 上述振動產生部具有射出高能量且被時間調制后的激光的第一激光光源。
4. 如權利要求3記載的超聲波檢查裝置， 上述第一激光光源是脈沖激光光源。
5. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 上述檢測部檢測由上述振動產生部產生的、從上述第一部件經由上述焊接部傳播至上 述第二部件的上述超聲波振動。
6. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 上述檢測部具有： 射出激光的第二激光光源； 頭，將從上述第二激光光源射出的上述激光向上述第二部件的表面照射，基于上述激 光和來自上述第二部件的表面的反射光產生干涉光；以及 變換部，根據上述干涉光相對于經過時間的強度變化，檢測超聲波振動。
7. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 上述解析部通過高速傅里葉變換進行上述超聲波振動的頻率解析。
8. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 上述解析部根據求出的上述焊接部的截面尺寸和預先求出的閾值，判定焊接強度的適 當與否。
9. 如權利要求8記載的超聲波檢查裝置， 上述解析部在求出的上述焊接部的截面尺寸比上述閾值長的情況下，判定為上述焊接 強度是適當?shù)摹?br> 10. 如權利要求1記載的超聲波檢查裝置， 上述焊接部通過從塞焊、槽焊及點焊構成的組中選出的至少1種來形成。
11. 一種超聲波檢查方法，具備以下工序： 對第一部件照射激光，使超聲波振動產生的工序； 檢測經由焊接部從上述第一部件傳播至第二部件傳播的超聲波振動的工序；以及 求出上述第二部件在厚度方向上的位移成為最大時所檢測出的上述超聲波振動的頻 率及波長的至少某個，根據預先求出的、上述第二部件的上述第一部件側的面的位置上的 焊接部的截面尺寸與上述超聲波振動的頻率及波長的至少某個之間的相關關系，求出上述 焊接部的截面尺寸的工序。
12. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 將上述第二部件在厚度方向上的位移成為最大時所檢測出的上述超聲波振動的頻率 設為F，將上述焊接部的截面尺寸設為W，將傳播的上述超聲波振動的速度設為V時，滿足以 下式子： V/5W<F<V/W。
13. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 在使上述超聲波振動產生的工序中，照射高能量且被時間調制后的上述激光。
14. 如權利要求13記載的超聲波檢查方法， 上述高能量且被時間調制后的上述激光是脈沖激光。
15. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 在檢測超聲波振動的工序中，檢測通過對上述第一部件照射激光而產生的、從上述第 一部件經由上述焊接部傳播至上述第二部件的上述超聲波振動。
16. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 在檢測上述超聲波振動的工序中， 向上述第二部件的表面照射激光，基于照射的上述激光和來自上述第二部件的表面的 反射光產生干涉光，根據上述干涉光相對于經過時間的強度變化，檢測超聲波振動。
17. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 在求出上述焊接部的截面尺寸的工序中，通過高速傅里葉變換進行上述超聲波振動的 頻率解析。
18. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 還具備根據求出的上述焊接部的截面尺寸和預先求出的閾值來判定焊接強度的適當 與否的工序。
19. 如權利要求18記載的超聲波檢查方法， 在判定上述焊接強度的適當與否的工序中，在求出的上述焊接部的截面尺寸比上述閾 值長的情況下，判定為上述焊接強度是適當?shù)摹?br> 20. 如權利要求11記載的超聲波檢查方法， 上述焊接部通過從塞焊、槽焊及點焊構成的組中選出的至少1種來形成。
【文檔編號】G01N29/12GK104062358SQ201410084662
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權日:2013年3月22日
【發(fā)明者】森岡友子, 岡田直忠 申請人:株式會社東芝