JP2007278809A - スポット溶接部の検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを用いたスポット溶接部の超音波検査について良否判定の信頼性を向上する。
【解決手段】超音波センサ１１のワークＷに対する姿勢及び位置をロボット１２により変化させ、１つのスポット溶接部ＳＰについて複数の姿勢及び位置でワークＷに超音波を発信し、該複数の姿勢及び位置のうち反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を検出し、該検出された姿勢及び位置における超音波センサ１１の計測データを用いてスポット溶接部ＳＰの良否判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波により非破壊でスポット溶接部の良否を自動判定する検査方法及び装置に関するものである。

自動車産業等において金属パネル同士を接合するためにスポット溶接が多用されており、そのスポット溶接部の良否検査を行う必要がある。従来はタガネ破壊検査により良否判定が行われていたが、破壊部品の廃却ロスが生じるため、近年は超音波を利用した非破壊検査が利用され始めている。この非破壊検査は、作業員が手動で超音波探触子をスポット溶接部に押し当てて行っているため、作業に熟練を要すると共に作業員ごとに検査結果のバラツキも生じる。

それに対して、特許文献１にはロボットを用いて超音波センサの動作制御を行うことにより自動的に検査を実施するものが開示されている。該文献によれば、ロボットは、超音波検査装置に予め存在する溶接部位置情報に基づいて超音波センサをスポット溶接部に位置合わせして検査を行う。その際、実際の溶接位置が溶接部位置情報とずれることで超音波信号が所定の基準に達していない場合には、超音波信号が該基準を満たすまでロボットにより超音波センサを移動させて検査を行うようにしている。
独国第１０１２５７８２公開公報

しかしながら、特許文献１の場合、ロボットにより超音波センサを移動させて超音波信号が前記基準を満たした最初の点で良否判断を行うこととしているため、超音波センサが本来判定すべき最良の検査位置に至る前に良否判定を実施して誤判定するおそれがある。

そこで、本発明は、ロボットを用いたスポット溶接部の超音波検査について良否判定の信頼性を向上することを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るスポット溶接部の検査方法は、超音波センサのワークに対する姿勢及び位置をロボットにより変化させ、１つのスポット溶接部に対して複数の姿勢及び位置で超音波を発信し、該複数の姿勢及び位置のうち反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を検出し、該検出された姿勢及び位置における前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行うことを特徴とする。

このようにすると、１つのスポット溶接部について超音波センサの姿勢及び位置をロボットによりそれぞれ複数試し、該複数の姿勢及び位置のうち反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を最終的に検査用として採用しているので、常に最良の検査姿勢及び検査位置でスポット溶接部の良否判定を行うことができ高精度な検査が可能となる。また、超音波センサのワークに対する位置だけでなく姿勢も変化させながら超音波検査を行っているので、従来と異なり超音波センサの姿勢も最良な状態であることを保証することが可能となる。

前記超音波センサの前記ワークに対する姿勢を前記ロボットにより変化させながら、前記超音波センサにより前記スポット溶接部の１点に超音波を発信して反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出し、該最適姿勢が維持された状態で前記ロボットにより前記超音波センサを前記ワークに対して相対移動させることで、前記スポット溶接部を前記超音波センサで走査して反射波の強度が最大となる最適位置を検出し、該最適姿勢及び最適位置における前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行うようにしてもよい。

このようにすると、スポット溶接部の１点について超音波センサの位置を静止させた状態で超音波センサの姿勢を変化させながら超音波検査を行い、反射波の強度が最大となる姿勢を検出することで、まず超音波センサの最適姿勢を確定する。次いで、その最適姿勢を維持したまま超音波センサをスポット溶接部に走査して反射波の強度が最大となる位置を検出することで、超音波センサの最適位置を検出する。最終的に、その最適姿勢及び最適位置での超音波センサの計測データを用いてスポット溶接部の良否判定を実施している。したがって、超音波センサの姿勢及び位置を網羅的に試しながらも超音波センサの姿勢及び位置の変化量が効率的に抑制され、検査時間を効果的に短縮することできる。

前記超音波センサの前記ワークに対する姿勢を前記ロボットにより変化させながら、前記超音波センサで前記スポット溶接部の１点に超音波を発信して反射波の強度が最大となる姿勢を検出し、該検出された姿勢が維持された状態で前記ロボットにより前記超音波センサを前記ワークに対して相対移動させることで、前記スポット溶接部を前記超音波センサで走査して反射波の強度が最大となる最適位置を検出し、該最適位置で更に前記超音波センサの前記ワークに対する姿勢を前記ロボットにより変化させながら、前記超音波センサで超音波を発信して反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出し、該最適姿勢及び最適位置における前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行うようにしてもよい。

このようにすると、スポット溶接部の１点について超音波センサの位置を静止させた状態で超音波センサの姿勢を変化させながら超音波検査を行い、反射波の強度が最大となる姿勢を検出することで、まず超音波センサの好適な姿勢を取得する。次いで、その姿勢を維持したまま超音波センサをスポット溶接部に走査して反射波の強度が最大となる位置を検出することで、超音波センサの最適位置を検出する。さらに、その最適位置において超音波センサの姿勢を変化させて反射波の強度が最大となる姿勢を検出して最適姿勢を決定する。最終的に、その最適姿勢及び最適位置での超音波センサの計測データを用いてスポット溶接部の良否判定を実施している。したがって、超音波センサの最適姿勢を確実に保証ながらも超音波センサの姿勢及び位置の変化量が効率的に抑制され、短時間でかつ高精度な検査が可能となる。

前記スポット溶接部の複数の点で検出された反射波の強度を位置座標上に表示する分布図をデータ処理装置で作成し、該データ処理装置が該分布図の強度分布状態に基づいて前記スポット溶接部の良否確認を更に行うようにしてもよい。

このようにすると、最適な姿勢及び位置における超音波センサの計測データに基づいて良否判定を行った後で、分布図の強度分布状態（例えば、強度分布形状や特定強度領域の個数など）に基づいて更なる良否確認も実施しているので、良否判定の精度が飛躍的に向上する。

前記超音波センサは接触型の超音波探触子であり、前記ロボットは前記超音波センサを前記ワーク表面に当接させたまま複数の方向に走査し、前記データ処理装置は、前記分布図に表示する反射波強度の位置座標を前記超音波センサの前記ロボットに対する撓み量を用いて補正するようにしてもよい。

このようにすると、超音波センサの走査時にワークとの摩擦による負荷で超音波センサが撓み、超音波センサの走査方向が複数である場合にはその撓み方向が異なるためにそのままだと分布図が正しい形状で表示されないこととなるが、走査方向ごとの撓み量を考慮して分布図上の位置座標を補正しているので正しい分布図を得ることができる。

視覚センサにより前記ワーク上の前記スポット溶接部の位置を検出し、該検出された位置に基づいて前記超音波センサの初期位置を決定してもよい。

このようにすると、視覚センサでワーク上のスポット溶接部の位置を把握してから超音波センサをスポット溶接部に対して位置決めするので、超音波センサの初期位置の精度が向上する。

視覚センサにより前記ワーク上の前記スポット溶接部の表面の向きを検出し、該表面の向きに基づいて前記超音波センサの初期姿勢を決定してもよい。

このようにすると、視覚センサでワーク上のスポット溶接部の表面の向き（例えば面直方向）を把握してから超音波センサのスポット溶接部に対する姿勢を決めるので、超音波センサの初期姿勢の精度が向上する。

複数のワークを連続検査する場合に、前回検査時の良否判定に用いた前記超音波センサの最適姿勢及び最適位置を今回検査の初期姿勢及び位置として用いてもよい。

このようにすると、複数のワークを連続検査する場合には各スポット溶接部の箇所は略同一であり、前回検査時の良否判定に用いた超音波センサの姿勢及び位置を今回検査の姿勢及び位置に利用しているので、超音波センサのスポット溶接部に対する初期姿勢及び初期位置の精度が向上する。

また本発明のスポット溶接部の検査装置は、スポット溶接部に超音波を発信して反射波を検出する超音波センサと、該超音波センサがアームに設けられたロボットと、１つのスポット溶接部に対して前記超音波センサの姿勢及び位置を変化させるように該ロボットの動作を制御するロボットコントローラと、前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行う超音波検査装置と、前記ロボットコントローラから前記超音波センサの姿勢及び位置を受信すると共に前記超音波検査装置から計測データ及び良否判定結果を受信し、該位置、姿勢、計測データ及び良否判定結果を互いに関連付けて保存するデータ処理装置とを備え、前記データ処理装置は、前記超音波センサの反射波の強度が最大となる最適姿勢及び最適位置を検出し、該最適姿勢及び最適位置における良否判定結果を出力することを特徴とする。

このようにすると、１つのスポット溶接部について超音波センサの姿勢及び位置をそれぞれ複数試し、該複数の姿勢及び位置のうち反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を最終的に検査用として採用しているので、常に最良の検査姿勢及び検査位置でスポット溶接部の良否判定を行うことができ高精度な検査が可能となる。また、超音波センサのワークに対する位置だけでなく姿勢も変化させながら超音波検査を行っているので、従来に比べて超音波センサの姿勢も最良な状態であることを保証することが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、１つのスポット溶接部についてロボットにより超音波センサの姿勢及び位置をそれぞれ複数変化させ、該複数の姿勢及び位置のうち反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を良否判定用に採用しているので、常に最良の検査姿勢及び検査位置でスポット溶接部の良否判定が行われ、高精度な検査が可能となる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るスポット溶接部の検査装置１０を示すブロック図である。図１に示すように、スポット溶接部の検査装置１０は、設置されたワークＷ上のスポット溶接部ＳＰに超音波を発信して反射波を検出する超音波センサ１１を有している。超音波センサ１１は、多関節のロボット１２のアーム先端部１２ａに取り付けられている。また、ロボット１２のアーム先端部１２ａにはワークＷを撮影する視覚センサ１６も取り付けられている。ロボット１２には、アーム先端部１２ａの位置及び姿勢を動かすようにロボット１２を駆動制御するロボットコントローラ１３が接続されている。

超音波センサ１１には、超音波センサ１１からの出力電圧を増幅する中継増幅器１４を介して超音波検査装置１５が接続されている。超音波検査装置１５は、超音波センサ１１からの計測データに基づいてワークＷ上のスポット溶接部ＳＰの良否判定を行う構成となっている。視覚センサ１６には、視覚センサ１６から受信する画像に対して公知の画像処理技術を行うことでスポット溶接部ＳＰの位置やその表面の向き（例えば、面直方向）を検出可能な画像処理装置１７が接続されている。そして、ロボットコントローラ１３、超音波検査装置１５及び画像処理装置１７にはデータ処理装置１８が接続されている。

データ処理装置１８は、ロボットコントローラ１３から超音波センサ１１の姿勢及び位置を受信すると共に超音波検査装置１５から計測データ及び良否判定結果を受信して、姿勢、位置、計測データ及び良否判定結果を互いに関連付けて記憶部（図示せず）に保存する。また、データ処理装置１８は、超音波検査装置１５から受信した計測データに応じてロボットコントローラ１３に動作指令を出力する。また、データ処理装置１８は、超音波センサ１１の反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を検出し、該姿勢及び位置における良否判定結果を図示しない表示装置に出力する。さらに、データ処理装置１８は、画像処理装置１７からワークＷ上のスポット溶接部ＳＰの位置及び面直方向を受信して、ロボットコントローラ１３に動作指令を出力する。

図２は図１に示す検査装置１０の超音波センサ１１及び視覚センサ１６を表す要部拡大図である。図２に示すように、アーム先端部１２ａには第１ブラケット２０及び第２ブラケット２３を介して超音波センサ２４が取り付けられている。アーム先端部１２ａの先端面にはフランジ部１２ｂが設けられている。第１ブラケット２０は軸部２０ａの両端にフランジ部２０ｂ，２０ｃを有しており、一方のフランジ部２０ｂがアーム先端部１２ａのフランジ部１２ｂにボルト２１で固定されている。第１ブラケット２０の他方のフランジ部２０ｃには正面視でＬ形状の第２ブラケット２２の底壁部２２ａがボルト２３で固定されている。第２ブラケット２２の底面部２２ａの下面には超音波センサ１１が固定されている。

超音波センサ１１は接触型の超音波探触子であり、その先端に超音波を発信して反射波を受信するセンシング部１１ａが設けられている。超音波センサ１１の側面には配線ケーブルを接続するコネクタ部１１ｂが設けられていると共に、上部にはセンシング部１１ａへの負荷を吸収するバネ２４が設けられている。また、第２ブラケット２２の側壁部２２ｂには、視覚センサ１６が超音波センサ１１と略同方向を向くようにボルト２８で固定されている。視覚センサ１６には、先端にレンズ２６を有するＣＣＤカメラ２５を用いている。なお、第１ブラケット２０を廃止して第２ブラケット２２をアーム先端部１２ａに直接取り付けてもよい。

図３は図１に示す検査装置１０の動作を説明するフローチャートである。以下、主として図３に基づきながらスポット溶接部の検査装置１０の動作について説明する。図１及び図３に示すように、まず、画像処理装置１７が視覚センサ１６で得られた画像を公知の画像処理技術により解析してワークＷ上のスポット溶接部ＳＰの位置及びその面直方向（表面に垂直な方向）を検出する（ステップＳ１）。データ処理装置１８は、画像処理装置１７からその検出位置及び面直方向に関するデータを受信し、超音波センサ１１がスポット溶接部ＳＰの中心近傍に接触した状態で且つ超音波センサ１１がスポット溶接部ＳＰの表面に対して例えば垂直な状態となるようにロボットコントローラ１３に指令し、超音波センサ１１の初期位置及び初期姿勢を決定する（ステップＳ２）。

図４（ａ）は超音波センサ１１による検査を説明する断面図、（ｂ）は超音波センサ１１で検出される反射波の強度を表すグラフである。図４（ａ）に示すように、ワークＷは上側金属板Ｗａと下側金属板Ｗｂとを重ね合わせてスポット溶接されており、そのスポット溶接部ＳＰの内部にはナゲットＮが形成されている。前記初期位置及び初期姿勢からロボット１２により超音波センサ１１の軸線Ｘを予め設定された角度傾動させながら、超音波センサ１１によりスポット溶接部ＳＰ上の１点に超音波を発信する。即ち、超音波センサ１１のセンシング部１１ａのワークＷに対する位置を変化させずに姿勢のみを初期姿勢を中心として変化させる。

そして、データ処理装置１８は、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の姿勢データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出する（ステップＳ３）。ここで、底面第一反射波は、下側金属板Ｗｂの底面（超音波センサ１１と反対側の面）に反射して超音波センサ１１が受信する反射波のうち時間的に最初に受信する波であり、図４（ｂ）中にＡで示した部分の信号のことである。なお、本実施形態では底面第一反射波を判定に用いているが、反射波の平均強度を用いてもよいし、底面第二反射波など他の反射波を用いてもよい。

図５は超音波センサ１１の走査を説明する斜視図である。次いで、図５に示すように、データ処理装置１８は、ロボットコントローラ１３に指令し、底面第一反射波が最大となった最適姿勢が維持された状態（例えばワーク表面形状（またはワーク座標系）に対する軸線Ｘの方向を固定した状態）で、超音波センサ１１をワークＷに接触させたまま所定の経路で移動させることにより、スポット溶接部ＳＰの中心及びその近傍を超音波センサ１１で走査する。そして、データ処理装置１８は、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の位置データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる最適位置を検出する（ステップＳ４）。なお、超音波センサ１１のワークＷとの摩擦による超音波センサ１１の撓み量が予めナゲット形状が既知のテストピースを用いてテスト検査された上でデータ処理装置１８に入力されており、データ処理装置１８は、ロボットコントローラ１３から受信する位置情報に対して該撓み量を用いて超音波センサ１１の位置を補正するようにしている。

そして、データ処理装置１８は、前記検出された最適姿勢及び最適位置での超音波センサ１１の計測データを用いて良否判定した結果を超音波検査装置１５から受信し、図示しない表示装置等に出力する（ステップＳ５）。ここで、図６に示すように、スポット溶接部の溶接状態は反射波の強度パターンにより把握することが可能なため、スポット溶接部の良否判定は反射波の強度パターンを解析することにより行っている。

次いで、ワークＷ上に次の検査対象となるスポット溶接部が存在するか否かを判定し、存在すればステップＳ１に戻り、無ければ終了する（ステップＳ６）。

以上の構成とすれば、１つのスポット溶接部ＳＰについて超音波センサ１１の姿勢及び位置をそれぞれ複数試し、複数の姿勢及び位置のうち底面第一反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を最終的に採用しているので、常に最良の検査姿勢及び検査位置でスポット溶接部ＳＰの良否判定を行うことができる。

また、スポット溶接部の１点について超音波センサの位置を静止させた状態で超音波センサの最適姿勢を検出した後で、最適姿勢を維持したまま超音波センサを走査して最適位置を決定するようにしているので、最適姿勢及び最適位置の検出に要する時間が最小で済むことになる。つまり、超音波センサ１１の姿勢及び位置を網羅的に試しながらも超音波センサ１１の姿勢及び位置の変化量が効率的に抑制され、検査時間を効果的に短縮化できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図７は第２実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。なお、図７中において第１実施形態と同様のステップは同一符号を付している。

図７に示すように、ステップＳ１〜Ｓ４は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。ステップＳ４で最適位置が検出された後、その最適位置において更にロボット１２により超音波センサ１１を予め設定された角度傾動させながら超音波を発信する。即ち、超音波センサ１１のセンシング部１１ａのワークＷへの当接位置を変化させずに姿勢のみを変化させる。そして、データ処理装置１８は、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の姿勢データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる姿勢を検出して最適姿勢を更新する（ステップＳ７）。

次いで、データ処理装置１８は、前記最適位置及び更新された最適姿勢における超音波センサ１１の計測データを用いて良否判定した結果を超音波検査装置１５から受信し、図示しない表示装置等に出力する（ステップＳ８）。次いで、ワークＷ上に次の検査対象となるスポット溶接部が存在するか否かを判定し、存在すればステップＳ１に戻り、無ければ終了する（ステップＳ９）。

以上の構成とすれば、初期位置で検出された最適姿勢を維持したまま超音波センサを走査して最適位置を決定した後、更に超音波センサの姿勢を変化させて最適姿勢を更新している。よって、最適な姿勢及び位置の検出精度が向上し、良否判定の信頼性を向上させることができる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図８は第３実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。なお、図８中において第１実施形態と同様のステップは同一符号を付している。

図８に示すように、ステップＳ１〜Ｓ５は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。ステップＳ５でスポット溶接部の良否判定が行われた後、データ処理装置１８は超音波センサ１１を走査しながら取得した計測データの底面第一反射波の分布図を作成する（ステップＳ１０）。

図９は超音波センサ１１を連続走査して検出された底面第一反射波を位置座標上にプロットした分布図を表示した画面３０である。なお、画面３０のプロットは色により底面第一反射波の強度を表現している。図９に示すように、ロボット１２は超音波センサ１１を走査方向が二方向となるようスポット溶接部ＳＰの中心近傍をジグザクに走査しており、超音波検査装置１５は所定のタイミングで計測データのサンプリングを行っている。なお、図９は一例であり、位置座標上におけるプロット間隔を狭めて高解像度のサンプリングを行えばより好適である。

図１０は撓み補正をせずに図９のプロットを補間して分布図をグラデーション表示した画面３１である。超音波センサ１１は走査時にワークＷとの摩擦による負荷で撓むこととなるが、図９に示すように超音波センサ１１をジグザグに走査した場合には、その撓み方向が二方向となるため、そのままでは図１０に示すように誤って歪な形状に表示されてしまう。そこで、本実施形態では、走査方向ごとの撓み量を用いて補正することで正しい分布図を得ることができる。

図１１は撓み補正をして図９のプロットを補間して分布図をグラデーション表示した画面３２である。本検査の前にテスト検査を実施し、そのテスト検査の際に正しい分布図を表示するためにはどれだけの撓み量を補正すればよいかを予め確認してデータ処理装置１８に入力しておく。そして、ジグザグの一方の走査方向で検出された計測データの位置座標に合わせるように、他方の走査方向で検出された計測データの位置座標を補正し、図１１の画面３２に示すような撓み補正後の分布図を作成する。なお、図１２に示すように、超音波センサ１１を一方向にのみ走査する場合には、撓み量も一様となり強度分布形状は正しく表示されるが、位置が撓み量の分だけ片方向にずれているため、この場合も撓み補正を行う方が望ましい。

そして、データ処理装置１８は、図１１に示す分布図の強度分布状態（例えば、強度分布形状や特定強度領域の個数や高強度領域の面積など）に基づいて更なる良否確認を実施する（ステップＳ１１）。例えば、データ処理装置１８は、図１１に示すように高強度領域が１つで、比較的円形状に近く、高強度領域がある程度の面積以上である場合には、スポット溶接部は良好であると判定する。一方、図１３の分布図に示すように、底面第一反射波の高強度領域が２つに分かれている場合等は正確にナゲットの反射波を捕らえていない可能性があると判定する。

以上の構成とすると、最適な姿勢及び位置における超音波センサ１１の計測データに基づいて良否判定を行った後で、分布図の強度分布状態に基づいて更なる良否確認も実施しているので、良否判定の精度が飛躍的に向上する。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態では、分布図の良否確認をデータ処理装置１８で自動的に行っているが、表示された分布図を人が目視して確認してもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。図１４は第４実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。図１４に示すように、まず画像処理装置１７が視覚センサ１６で得られた画像を公知の画像処理技術により解析してワークＷ上のスポット溶接部ＳＰの位置及び面直方向を検出する（ステップＳ２０）。

データ処理装置１８は、画像処理装置１７からその検出位置及び面直方向に関するデータを受信し、超音波センサ１１がスポット溶接部ＳＰの中心位置近傍のある１点に接触した状態で超音波センサ１１の姿勢のみを変化させるようロボットコントローラ１３に指令する。そして、データ処理装置１８は、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の姿勢データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出する（ステップＳ２１）。そして、超音波検査装置１５はその最適姿勢における超音波センサ１１の計測データでスポット溶接部の良否判定を行い、計測データ及び良否判定結果をデータ処理装置１８の記憶部に保存する（ステップＳ２２）。その際、データ処理装置１８は、その計測データ及び良否判定結果をロボットコントローラ１３から受信する位置及び姿勢と関連付けて保存する。

次いで、データ処理装置１８は、予め設定された複数の計測点数をサンプリング済みかどうか判断する（ステップＳ２３）。ここでは未だ１点しかサンプリングしていないので、データ処理装置１８は、所定量だけ超音波センサ１１をスポット溶接部上で移動させ、次の計測点で同様に超音波センサ１１の姿勢のみを変化させるようロボットコントローラ１３に指令する。そして、データ処理装置１８は、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の姿勢データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出する（ステップＳ２４）。そして、超音波検査装置１５はその最適姿勢における超音波センサ１１の計測データでスポット溶接部の良否判定を行い、計測データ及び良否判定結果をデータ処理装置１８の記憶部に保存する（ステップＳ２２）。

このような動作を繰り返し、データ処理装置１８が予め設定された複数の計測点数をサンプリング済みである判断すれば（ステップＳ２３）、スポット溶接部の中心位置近傍の全計測点でのそれぞれの計測データ及び良否判定結果に基づいて総合的に良否判定を行う（ステップＳ２５）。次いで、ワークＷ上に次の検査対象となるスポット溶接部が存在するか否かを判定し、存在すればステップＳ２０に戻り、無ければ終了する（ステップＳ２６）。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。図１５は第５実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。なお、図１５中において第１実施形態と同様のステップは同一符号を付している。図１５に示すように、複数のワークＷを連続検査する場合に、データ処理装置１８は、前回ワークの検査時の良否判定に用いた超音波センサ１１の最適姿勢及び最適位置が既に存在するか否かを判断する（ステップＳ３０）。前回ワークの検査時の最適姿勢及び最適位置が存在する場合には、データ処理装置１８はそれを今回ワークの検査時の超音波センサ１１の初期姿勢及び初期位置として採用する（ステップＳ３１）。

一方、１つ目のワークＷを検査する場合には前回検査時の姿勢及び位置のデータが存在しないため、画像処理装置１７が視覚センサ１６で得られた画像を公知の画像処理技術により解析してワークＷ上のスポット溶接部ＳＰの位置及び面直方向を検出する（ステップＳ３２）。データ処理装置１８は、画像処理装置１７からその検出位置及び面直方向に関するデータを受信し、超音波センサ１１がスポット溶接部ＳＰの中心近傍に接触した状態で且つ超音波センサ１１がスポット溶接部ＳＰの表面に対して例えば垂直な状態となるようにロボットコントローラ１３に指令し、超音波センサ１１の初期位置及び初期姿勢を決定する（ステップＳ３１）。以下に続くステップＳ３〜Ｓ６は第１実施形態と同様である。

以上の構成とすると、複数のワークＷを連続検査する場合には各スポット溶接部ＳＰの箇所は略同一であり、前回検査時の良否判定に用いた超音波センサ１１の姿勢及び位置を今回検査の姿勢及び位置に利用しているので、超音波センサ１１のスポット溶接部ＳＰに対する初期姿勢及び初期位置の精度が向上する。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。図１６は第６実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。図１６に示すように、ステップＳ１，Ｓ２は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。ロボット１２は、ステップＳ２で決められた初期位置及び初期姿勢から、超音波センサ１１の姿勢を維持したまま超音波センサ１１の位置のみを変化させてスポット溶接部ＳＰの中心及びその近傍を走査する。そして、データ処理装置１８は、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の位置データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる最適位置を検出する（ステップＳ４０）。

次いで、データ処理装置１８は、ロボットコントローラ１３に指令し、底面第一反射波が最大となった最適位置が維持された状態で、超音波センサ１１の姿勢のみを変化させ、超音波センサ１１から超音波検査装置１５を介して受信する反射波データと、ロボットコントローラ１３から受信する超音波センサ１１の姿勢データとを参照し、超音波センサ１１が受信する底面第一反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出する（ステップＳ４１）。

そして、データ処理装置１８は、前記検出された最適位置及び最適姿勢での超音波センサ１１の計測データを用いて良否判定した結果を超音波検査装置１５から受信し、図示しない表示装置等に出力する（ステップＳ４２）。次いで、ワークＷ上に次の検査対象となるスポット溶接部が存在するか否かを判定し、存在すればステップＳ１に戻り、無ければ終了する（ステップＳ４３）。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

また、上述した各実施形態ではワークＷを固定させて超音波センサ１１を移動させているが、逆に超音波センサ１１を固定させてワークＷをロボットで移動させてもよい。

以上のように、本発明に係るスポット溶接部の検査方法及び装置は、超音波センサの最良の検査姿勢及び検査位置での計測データに基づいてスポット溶接部の良否判定が行われ、高精度な検査が可能となる優れた効果を有し、このようなスポット溶接部の検査装置に適用すると有益である。

本発明の第１実施形態に係るスポット溶接部の検査装置を示すブロック図である。 図１に示す検査装置の超音波センサ及び視覚センサを表す要部拡大図である。 図１に示す検査装置の動作を説明するフローチャートである。 （ａ）は超音波センサによる検査を説明する断面図、（ｂ）は超音波センサで検出される反射波の強度を表すグラフである。 超音波センサの走査を説明する斜視図である。 スポット溶接部の良否判定の判定基準を示す一覧図である。 第２実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。 第３実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。 図８の検査装置の超音波センサを連続走査して検出された底面第一反射波を位置座標上にプロットした分布図である。 撓み補正をせずに図９のプロットを補間してグラデーション表示した分布図である。 撓み補正をして図９のプロットを補間してグラデーション表示した分布図である。 超音波センサを一方向に走査して検出された底面第一反射波を位置座標上にプロットした分布図である。 異常分布の例を示す分布図である。 第４実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。 第５実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。 第６実施形態に係るスポット溶接部の検査装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ スポット溶接部の検査装置
１１ 超音波センサ
１２ ロボット
１３ ロボットコントローラ
１５ 超音波検査装置
１６ 視覚センサ
１８ データ処理装置
ＳＰ スポット溶接部
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 超音波センサのワークに対する姿勢及び位置をロボットにより変化させ、１つのスポット溶接部に対して複数の姿勢及び位置で超音波を発信し、該複数の姿勢及び位置のうち反射波の強度が最大となる姿勢及び位置を検出し、
   該検出された姿勢及び位置における前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行うことを特徴とするスポット溶接部の検査方法。
2. 前記超音波センサの前記ワークに対する姿勢を前記ロボットにより変化させながら、前記超音波センサにより前記スポット溶接部の１点に超音波を発信して反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出し、
   該最適姿勢が維持された状態で前記ロボットにより前記超音波センサを前記ワークに対して相対移動させることで、前記スポット溶接部を前記超音波センサで走査して反射波の強度が最大となる最適位置を検出し、
   該最適姿勢及び最適位置における前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接部の検査方法。
3. 前記超音波センサの前記ワークに対する姿勢を前記ロボットにより変化させながら、前記超音波センサで前記スポット溶接部の１点に超音波を発信して反射波の強度が最大となる姿勢を検出し、
   該検出された姿勢が維持された状態で前記ロボットにより前記超音波センサを前記ワークに対して相対移動させることで、前記スポット溶接部を前記超音波センサで走査して反射波の強度が最大となる最適位置を検出し、
   該最適位置で更に前記超音波センサの前記ワークに対する姿勢を前記ロボットにより変化させながら、前記超音波センサで超音波を発信して反射波の強度が最大となる最適姿勢を検出し、
   該最適姿勢及び最適位置における前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接部の検査方法。
4. 前記スポット溶接部の複数の点で検出された反射波の強度を位置座標上に表示する分布図をデータ処理装置で作成し、該データ処理装置が該分布図の強度分布状態に基づいて前記スポット溶接部の良否確認を更に行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスポット溶接部の検査方法。
5. 前記超音波センサは接触型の超音波探触子であり、前記ロボットは前記超音波センサを前記ワーク表面に当接させたまま複数の方向に走査し、
   前記データ処理装置は、前記分布図に表示する反射波強度の位置座標を前記超音波センサの前記ロボットに対する撓み量を用いて補正することを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接部の検査方法。
6. 視覚センサにより前記ワーク上の前記スポット溶接部の位置を検出し、該検出された位置に基づいて前記超音波センサの初期位置を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスポット溶接部の検査方法。
7. 視覚センサにより前記ワーク上の前記スポット溶接部の表面の向きを検出し、該表面の向きに基づいて前記超音波センサの初期姿勢を決定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスポット溶接部の検査方法。
8. 複数のワークを連続検査する場合に、前回検査時の良否判定に用いた前記超音波センサの最適姿勢及び最適位置を今回検査の初期姿勢及び位置として用いることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のスポット溶接部の検査方法。
9. スポット溶接部に超音波を発信して反射波を検出する超音波センサと、
   該超音波センサがアームに設けられたロボットと、
   １つのスポット溶接部に対して前記超音波センサの姿勢及び位置を変化させるように該ロボットの動作を制御するロボットコントローラと、
   前記超音波センサの計測データを用いて前記スポット溶接部の良否判定を行う超音波検査装置と、
   前記ロボットコントローラから前記超音波センサの姿勢及び位置を受信すると共に前記超音波検査装置から計測データ及び良否判定結果を受信し、該位置、姿勢、計測データ及び良否判定結果を互いに関連付けて保存するデータ処理装置とを備え、
   前記データ処理装置は、前記超音波センサの反射波の強度が最大となる最適姿勢及び最適位置を検出し、該最適姿勢及び最適位置における良否判定結果を出力することを特徴とするスポット溶接部の検査装置。

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