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公開番号2024062497
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-10
出願番号2022170352
出願日2022-10-25
発明の名称超音波検査装置および超音波検査方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類G01N 29/24 20060101AFI20240501BHJP(測定;試験)
要約【課題】溶接部の品質保証のための超音波検査の測定精度と測定速度を向上させることができる超音波検査技術を提供する。
【解決手段】超音波検査装置1は、少なくとも2個の母材3が溶接で互いに接合され、溶接が施された接合施工部4を有する測定対象2に照射して超音波を発生させるための送信用レーザ光Ltを発振する送信用光源10と、測定対象2に照射して超音波で計測を行うための受信用レーザ光Lrを発振する受信用光源11と、受信用レーザ光Lrを測定対象2に照射したときに反射する戻り光を干渉計測して超音波信号を抽出する干渉計測部12と、超音波信号に基づいて、接合施工部4の少なくとも大きさを評価する評価部29と、を備え、送信用レーザ光Ltと受信用レーザ光Lrが照射されるそれぞれの照射領域の少なくとも一方が、母材3と接合施工部4の境界5を含むように拡張されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも２個の母材が溶接で互いに接合され、前記溶接が施された接合施工部を有する測定対象に照射して超音波を発生させるための送信用レーザ光を発振する送信用光源と、
前記測定対象に照射して前記超音波で計測を行うための受信用レーザ光を発振する受信用光源と、
前記受信用レーザ光を前記測定対象に照射したときに反射する戻り光を干渉計測して超音波信号を抽出する干渉計測部と、
前記超音波信号に基づいて、前記接合施工部の少なくとも大きさを評価する評価部と、
を備え、
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光が照射されるそれぞれの照射領域の少なくとも一方が、前記母材と前記接合施工部の境界を含むように拡張されている、
超音波検査装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光を出射するそれぞれの出射部の少なくとも一方に、前記送信用レーザ光または前記受信用レーザ光を拡大するための拡大用光学機器が設けられている、
請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光が、前記接合施工部を挟んで対向する位置に照射される、
請求項１または請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光を照射する前に、前記溶接により前記測定対象の表面に生じた凹凸を成す部分の範囲を読み取る表面読取部を備える、
請求項１または請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光の少なくとも一方のスポット径を、前記表面読取部で読み取られた前記範囲よりも大きくする照射領域制御部を備える、
請求項４に記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光の一方の前記照射領域が、拡張されていない照射スポットであり、前記照射スポットを移動させるための走査部を備える、
請求項１または請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項７】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光が照射される前記測定対象の表面を均質化する表面改質部を備える、
請求項１または請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項８】
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光が照射されるそれぞれの前記照射領域の少なくとも一方を不活性ガスの雰囲気で覆い、前記測定対象の表面の酸化を抑制する酸化抑制部を備える、
請求項１または請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項９】
少なくとも２個の母材が溶接で互いに接合され、前記溶接が施された接合施工部を有する測定対象に照射して超音波を発生させるための送信用レーザ光を送信用光源が発振するステップと、
前記測定対象に照射して前記超音波で計測を行うための受信用レーザ光を受信用光源が発振するステップと、
干渉計測部が、前記受信用レーザ光を前記測定対象に照射したときに反射する戻り光を干渉計測して超音波信号を抽出するステップと、
評価部が、前記超音波信号に基づいて、前記接合施工部の少なくとも大きさを評価するステップと、
を含み、
前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光が照射されるそれぞれの照射領域の少なくとも一方が、前記母材と前記接合施工部の境界を含むように拡張されている、
超音波検査方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波検査技術に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いた超音波計測法、いわゆるレーザ超音波法は、非接触・非破壊で超音波検査ができることから、狭隘部または高温部などの検査に有用である。他方、レーザ溶接またはスポット溶接といった局所的な接合技術は、製造技術の中でも重要な役割を担っている。しかし、その品質保証、特に、接合部の健全性を正確にかつ工程に影響を与えずに高速度で計測する技術が求められている。レーザ超音波法は、非接触検査という特徴から、高速な接合部計測に効果を発揮すると考えられる。
【０００３】
自動車業界では、接合技術が幅広く活用されており、その品質保証に関する技術も種々報告されている。例えば、非接触計測が可能な空中超音波を用いたスポット溶接部測定が行われている。この空中超音波は、レーザ超音波と同様に、非接触計測が可能であり、対象表面に光を照射する必要もないため、高速かつ安定した計測結果が期待される。しかし、周波数が上がるほど空中での減衰率が高いため、高い周波数が使えない。このため、溶接量がΦ数ｍｍになるような小さな対象の測定には使用できないなどの問題がある。
【０００４】
このレーザ超音波法を利用した同様の計測手法として、超音波を送信するためのレーザ光と受信するためのレーザ光を、溶接部を挟んで対向配置して超音波を送受信する技術が知られている。例えば、受信用レーザ光の照射位置を溶接部縁部分に固定し、溶接部上を横断するように送信用レーザ光で走査を行い、それぞれの送信位置で得られる超音波の変化傾向をみることで、溶接幅を測定する。このレーザ超音波では、前述の空気超音波に起因する問題は発生しないが、受信用レーザ光の照射位置が溶接部縁部分に限定されており、溶接部が毎回微小に変化する対象においては、安定した測定が難しい。また、安定した計測のために高精度な計測および位置合わせのための機構が必要となる。さらに、送信用レーザ光を走査するために１つの溶接部の測定に時間を要するなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１２－１１２８５１号公報
特開２０１２－２１９１８号公報
【非特許文献】
【０００６】
C. B. Scruby and L. E. Drain, Laser Ultrasonic: Techniques and Applications (Adam Hilger, Bristol, 1990).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、溶接部の品質保証のための超音波検査の測定精度と測定速度を向上させることができる超音波検査技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る超音波検査装置は、少なくとも２個の母材が溶接で互いに接合され、前記溶接が施された接合施工部を有する測定対象に照射して超音波を発生させるための送信用レーザ光を発振する送信用光源と、前記測定対象に照射して前記超音波で計測を行うための受信用レーザ光を発振する受信用光源と、前記受信用レーザ光を前記測定対象に照射したときに反射する戻り光を干渉計測して超音波信号を抽出する干渉計測部と、前記超音波信号に基づいて、前記接合施工部の少なくとも大きさを評価する評価部と、を備え、前記送信用レーザ光と前記受信用レーザ光が照射されるそれぞれの照射領域の少なくとも一方が、前記母材と前記接合施工部の境界を含むように拡張されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態により、溶接部の品質保証のための超音波検査の測定精度と測定速度を向上させることができる超音波検査技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態の超音波検査装置を示す構成図。
制御用コンピュータを示すブロック図。
入射超音波と透過超音波が伝達される態様を示す断面図。
反射超音波が伝達される態様を示す断面図。
超音波検査処理を示すフローチャート。
変形例１のレーザ光の照射態様を示す斜視図。
変形例２のレーザ光の照射態様を示す断面図。
変形例３のレーザ光の照射態様を示す断面図。
第２実施形態の超音波検査装置を示す構成図。
第３実施形態の超音波検査装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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