JP2013525768A - ２つの金属ストリップの２つの横方向端のバット溶接の超音波検査のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つの金属ストリップの２つの横方向端部のバット溶接を検査するための方法であって、２つの横方向端部を、共に引き合わせて各横方向端部に沿って配置されている第１ジョーと第２ジョーとの間に把持し、入射波の第１伝送チャネルのパスが、第１金属ストリップの１つの表面上で超音波を形成でき、かつ、入射波の第２伝送チャネルのパスが、第２金属ストリップの表面から出現できるようにするために、第１ジョーと第２ジョーとの間で間隙を形成するための少なくとも１つのスペースを残し、第１チャネルの入射波を、動作状態においてレーザパルスを用いて形成し、それによって少なくとも、溶接部を通過して前記第２のチャネルに出現する、第１ストリップの表面上に形成される超音波の第３チャネルが実現されるようにし、パルスに関連して動作状態を分析するためのステップを用いて識別するため、及び、第２チャネルにおける超音波の出現に基づく第２ストリップの表面の振動状態の特徴を測定するために、溶接部の検査特性量が抽出される。

Description

本発明は、請求項１の冒頭に記載された、２つの金属ストリップの２つの横方向端のバット溶接を検査する方法と、この目的で使用される請求項１１に記載された装置とに関する。

本発明は、金属ストリップ特に鋼を圧延、酸洗い、コーティング等により加工する装置（以下では一般に「加工装置」と呼ぶ）の中を進む金属ストリップのバット溶接に関する。本発明は特にバット溶接の非破壊検査に関している。

鋼ストリップを各コイルごとに加工することを避けることにより冷間圧延と加工装置の生産性を向上させるために、現代の高性能な装置は、加工の終わったストリップのテール部を新しいストリップのヘッド部に結合して、ストリップを互いに順次連続して溶接することにより作動する。

このバット溶接処理の間、溶接すべき２つの近接したストリップ端の動きは止められ、２つの順次連続する溶接の間にプリロードされたストリップが蓄積装置によって加工装置の下流部に供給される。

この技術は当業者には周知であり、バット溶接処理を加速して、ストリップ端が止められる時間を制限し、ひいては蓄積装置の容量とコストを制限するのに役立つ。この技術はまた、加工装置内で破損したり、異なる複数の機械の中を進んでいく間に一部が損傷を受けたりしにくい、強くて丈夫な溶接を生成するという要求にも対処する。

バット溶接処理は、溶接装置自体（フラッシュ、抵抗シーム、ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザ、レーザハイブリッドバット溶接）に加えて、２つのクランピングジョーを含む溶接機によって行われる。各クランピングジョーは巻回されたストリップ又はシートのうちの１つを固定するように設計されており、一方のクランピングジョーはストリップの運動方向において下流に配置されており、ラインに加わっているコイルのテール部を固定するためのものであり、もう一方のクランピングジョーは上流に配置されており、最近挿入されたコイルのヘッド部を固定するためのものである。

この種の溶接機は初回で高品質の溶接を生成できなければならない。実際、ストリップが装置内を動く間の溶接の破損、又は正しくない溶接をやり直しは、大きな生産ロスを発生させ兼ねない。溶接の品質は主に次の基準に基づいた複数の分離できない主要因に依存している。
・特に熱影響部が冶金学的変質を受けやすい鋼の、溶接接合部の冶金学的品質
・理想的には厚すぎもせず薄すぎもしない溶接部
・溶接接合部の連続性とコンパクトさ

冶金学的品質は、使用される方法と影響領域に生じる熱サイクル、並びに、予熱及び後熱処理又は溶接機自体又は溶接機の直ぐ下流で局所的に行われる焼きなまし処理に依存する。

溶接部は溶接後に行われる仕上げの方法と手段とに依存する。フラッシュバット溶接はビードを生じるので、ビードを平らにしなければならないが、フラッシュバット溶接機はふつう組み込みプレーナを具えている。抵抗シーム溶接も、溶接すべきシートの重なり合いのせいで厚さ過剰を生じるが、これはふつう溶接機に組み込まれたシリンダ機構によって押しつぶさなければならない。レーザ溶接は非常に限られた熱影響部によって結合された溶接部の精密な取り扱いを可能にする。

接合部の連続性とコンパクトさは主に使用される溶接パラメータに依存する。これらのパラメータは主に電気的パラメータであり、ふつうは容易に高い信頼性をもって管理できる。

しかし、接合部の連続性とコンパクトさと断面とに関係するパラメータと同様に、溶接すべきエッジの真直度と溶接中のエッジの相対的位置に関する別のパラメータも重要である。

バット溶接の品質を保証するためには、溶接すべきストリップ端を完全に整列させ、真っ直ぐにしなければならない。これを確実に行うために、溶接機はふつうシートを固定するための２つのクランピングジョーを含んでいる。これら２つのクランピングジョーのうち、一方はストリップの運動方向において下流に配置されており、ライン上のコイルに属しているストリップのテール部を固定するためのものであり、もう一方は上流に配置されており、先行するストリップに結合させるために、挿入されたばかりのコイルに属するストリップのヘッド部を固定するためのものである。それゆえ、ストリップ端は、溶接機に組み込まれた鋏又はレーザビームを使用して行われる精確かつ的確な剪断によって形成された張り出しによってクランピングジョーから突き出て、クランピングジョーに固定される。この張り出しは、溶接すべき隣接端を遊び有り又は遊び無しで正しく整列された状態に保つために、溶接すべき隣接端に沿ってできるだけ小さくなければならない。

幾何学的条件、冶金学的条件、及び溶接パラメータ条件のすべてを満たすために講じられるすべての措置にもかかわらず、依然として、加工装置内を動いてく間に破損を生じかねない欠陥を有する溶接が存在する。このようなトラブルは、特に破損が連続焼鈍炉又は亜鉛メッキ炉の中で生じる場合、深刻な結果をもたらしかねない。ストリップの連続性を再確立するために、装置は数日にわたって停止されかねない。

他の欠陥又は不完全性は厚さ過剰や厚さ不足のようなずっと深刻度の低い結果をもたらす。厚さ過剰や厚さ不足は、例えばスキンパスミルのシリンダを開くことを要し、溶接の上流と下流でスキンパスされない数メートルのストリップの損失が生じる。この種のトラブルが複数生じると、加工装置内で加工されるコイルの歩留まりが著しく低下してしまう。それゆえ、溶接が加工装置に向けて溶接機を出る前に、溶接の品質が十分高いことにオペレータが確信を持てることが特に重要である。

このことを保証するために、殆どの装置では、時としてカメラを使用して溶接の視覚的検査が行われる。この意思決定プロセスはオペレータの注意力と経験に依存しており、通常は保守的であり、必ずしも必要でない再溶接につながる。

或るケースでは、温度測定と赤外線カメラが用いられる。特に、高性能な装置は殆ど画像処理システムを有しているので、これはかなりの進歩である。しかしながら、これらの装置は一般にストリップ及び検査すべき溶接の上面の上方に配置されているため、溶接機内で下面にアクセスすることはほぼできない。

別のケースでは、電気的パラメータと動きパラメータが、正しい溶接を保証するようにプログラムされたパラメータと比較されるだけである。

現在のところ、これらの手段しかこれらのタイプの溶接の検査に使用されておらず、内部的な欠陥、特に「ストリップ‐溶接‐ストリップ」複合体の内部的欠陥の存在又は有害性を検出する手段は存在していない。「ストリップ‐溶接‐ストリップ」複合体とは、すなわち、溶接すべきエッジと隣接する溶融していない「熱影響」部とをつなぐ前記エッジの溶融部であり、そこでは非常に微かに発生する欠陥、例えば、割れやオペレータ又は使用されるカメラによって捕らえられる光線と実質的に平行な主平面を有する非溶接部と共に、複数の異なる冶金学的変質が生じる。

さらに、上述のように、ジョーに保持された端部の張り出しを最小化するためのスペーシングは限られていなければならず、そのせいで溶接を正しく見ることができず、温度／電気的測定が妨げられる。最後に、これらの事実を考慮しても、端部がまだジョーに保持されている間に溶接が検査されなければ、また、ジョーがストリップをクランプする位置から放された後にこの検査が行われなければ、また、従来技術によって欠陥が検出されるならば、ストリップを再切断するため及び溶接作業を再開するために、それに伴う欠点にもかかわらず、必ずストリップを溶接機内に再挿入し、再位置決めしなければならない。

本発明の課題は、２つの金属ストリップの２つの横方向端のバット溶接をこれらバット溶接が溶接中に使用されるクランピングジョーのきつい把持から解放される前に検査する方法であって、特に「ストリップ‐溶接‐ストリップ」構造に関連する外的及び内的な欠陥を検査できる方法を提案することである。また、この方法を実行するための適切な装置を提供することが、本発明の別の課題である。

検査方法及びそれを実行する装置は請求項１と請求項１１に示されている。

したがって本発明は、２つの金属ストリップの２つの横方向端部のバット溶接を超音波検査するための方法であって、前記２つの横方向端部を１つに結合し、各横方向端部に沿って配置されている第１のジョーと第２のジョーとの間に把持する、方法において、以下のことを特徴としている。

− 入射波の第１の伝送チャネルのパスが、第１金属ストリップの１つの表面上で超音波を形成できるようにするために、かつ、入射波の第２の伝送チャネルのパスが、前記第２金属ストリップの表面から出現できるようにするために、前記第１ジョーと第２ジョーの間で隙間を形成するための少なくとも１つのスペースを残しておく。
− 前記第１のチャネルの入射波を、動作状態にてレーザパルスを用いて形成する。なお、前記レーザパルスは、少なくとも、溶接部を通過して前記第２のチャネルに出現する、前記第１ストリップの表面上に形成される超音波の第３のチャネルを実現するために形成されるものである。
− 前記パルスに関連して動作状態を分析するためのステップ（７）を用いて識別するため、及び、例えば前記第２のチャネルにおける超音波の出現に基づく前記第２ストリップの表面の振動状態の特徴（signature）のような、少なくとも１つの特性を測定するために、溶接部の検査特性量を抽出する。

換言すると、本発明による方法は、圧延装置又は加工装置における鋼ストリップのコイルの２つの端部のバット溶接を非破壊検査するために使用できるものであり、この方法では、前記圧延装置又は加工装置において巻回されていない一方のストリップの端部が、溶接機の"出口"ジョー同士の間で停止され、他方で、新しいストリップのヘッド部が、同一の溶接機の"入口"ジョー同士の間に供給され、これらのジョーにおいてクランプされた２つのストリップの端部は、溶接に適した幾何形状を形成するために切断され、ジョーを溶接位置へと移動させることによって移動され、その後、例えばレーザビーム、プラズマアーク、アーク、抵抗シーム、又はフラッシュバット溶接のような適切な方法を使用して共に溶接される。

本発明による方法は、例えばレーザ溶接機の場合には、溶接機のジョー同士の間の非常に小さいスペースに、超音波信号を送信（又は形成）及び受信するために使用されるデバイスを配置可能でなければならないことを特徴としている。このスペースは、溶接部に対して横方向に１０ｍｍ未満とすることができる。前記デバイスは、ストリップとの結合の問題なしに非常に高速な動きを可能にし、例えば前記第１のチャネルと前記第２のチャネルを維持するための前記デバイスはレーザ溶接ヘッドの直ぐ近くにないという環境に耐える必要がある。

溶接機のジョー同士の間のこの小さいスペースにおいて、本発明による方法は、以下のことを保証することができる：
− 超音波は第１のチャネルの出力端において、前記ストリップの表面に向けて発生される。前記第１のチャネルの出力端は、前記ストリップの両端のうちいずれか一端の上方において非接触で、前記溶接部に対して平行に、かつ該溶接部の全長に沿って移動される。
− このようにして発生された超音波は前記バット溶接部を通過し、（光学的）集波入力端を有する第２のチャネルを介して受信器により捕捉される。この集波入力端は、前記ストリップの他端の上方において非接触で、前記溶接部に対して平行に、かつ該溶接部の全長に沿って、前記送信器の経路に平行でありかつ同期する経路上で移動される。
− 前記受信器により捕捉された超音波は、前記送信器と前記受信器との間の波伝達の少なくとも１つの特性データを識別することができる解析装置によって解析される。前記少なくとも１つの特性データは、たとえば減衰、伝搬時間または波変換等である。
− 前記波伝達の特性は、複数の異なる種類の溶接欠陥に関連づけられた複数の伝達異常のライブラリと比較される。
− 識別された欠陥の種類と、前記溶接部の長さ方向における該欠陥の範囲とに基づき、前記解析システムは該欠陥の重度を定量化する。

とりわけ、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルは、溶接部のエッジ上および各ストリップの１つの面上の１点において検出できる、１点での入射または出射を可能にするのに十分な、小さい断面積の導光路を有する。実験の結果、波伝達チャネルを光スペクトル領域で形成するためには、断面積が約１０ｍｍ未満である少なくとも１つの光ファイバまたは光波コリメータを用いることができることが明らかになっている。したがって、本発明の説明の冒頭にて言及した張り出しを非常に小さくすることができ、ジョー相互間に適切な隙間を設けるスペースが、本発明の範囲外の端部の適正な維持に通常必要とされるスペースに実質的に等しくなるのが分かる。したがって、ジョーを分離する必要なく、換言すると、ストリップの両端をジョーから取り外す必要なく、検査を行うことができるようになる。

上述の超音波と３つのチャネルの形態の導光路とを用いると、第１のチャネルから入射した光波が超音波を発生させ、この超音波は第３のチャネル内を伝搬し、すなわち第１のストリップの一部に伝搬し、溶接部を通り、最後に第２のストリップの一部の内部を伝搬した後、この超音波は最終的に第２のチャネル内に入ることができる（この超音波はその際に、光学的に検出可能な表面振動となる）。前記第２のチャネルは、第２のストリップから来た波を解析する段階を実施するために構成されたものである。

ストリップ‐溶接部‐ストリップ構造の表面においても、該構造のバルク内部においても、当該超音波が伝搬していくと該超音波の物理的特性は変化し、これにより第３のチャネルが実現される。超音波はこのようにして、予め定められた基準を用いて識別できる、溶接部の少なくとも１つの検査特性を伝達する。前記予め定められる基準はたとえば、波の解析される変化の種類を、理想的な溶接部と、第２のチャネルから出力された波形信号の、登録された特徴により典型的に認識可能である１つの欠陥を有する溶接部と、複数のこのような欠陥を有する溶接部に予め分類することにより定められる。前記超音波の物理的な発生原理は、「レーザ超音波技術」という技術用語で知られているが、本発明はこの理論をさらに発展させたものではなく、溶接工程に必要とされる一連の革新的なステップの一部として前記超音波発生原理を利用できるようにし、かつ、理想的には、溶接欠陥を示唆する超音波の振動状態を使用して測定された特徴の解析結果であって、データベースに登録された典型的な欠陥のシグナチャの解析結果を用いて複雑なストリップ‐溶接部‐ストリップ構造の最終分析を効率的かつ瞬時に行うことを可能にする、溶接位置における検査方法に焦点を当てたものである。それゆえ、測定された特徴／登録された特徴の比較による解析は簡単かつ迅速である。というのも、このような解析は複雑な知識を必要としないか、または少なくとも、異なる欠陥タイプごとに非常に複雑になるストリップ‐溶接部‐ストリップ構造における超音波の伝搬特性の複雑な物理的特性を抽出するためのアルゴリズムを実装する必要としないからである。

溶接部のこの検査特性量は例えば、減衰、伝搬時間を測定することによって、または第２のチャネルを介した波の測定による波伝搬を測定することによって推論されてもよい。これらの特性量に依存して、または少なくとも、溶接部の検査から導出された特徴に依存して、故障の可能性を、迅速にフラグを立てて知らせるためにアラームが生成される。

本発明の方法は、レーザ送信器によって送信されるパルスを提供する。ここでこのレーザ送信器は、第１のチャネルの入力側に結合されている。さらに、第２のチャネルの波は、第２のチャネルの出力側に結合されている受信器によって捕捉される；
− 第１のチャネルの出力側および第２のチャネルの入力側は、ストリップに触れることなく、２つのジョーの間の間隙の上方にある空間または２つのジョーの間を通る空間に沿ってスライドされる。これは例えば、溶接部の検査特性量または特徴を２つの方法で抽出するためである。すなわち：
− 同期して、かつできるだけ短い時間の間に、溶接機自体に関連して抽出する。これは前記２つのジョーの間の空間に沿ったスライド機構によって行われる。
− 各ストリップ端の溶接が終了した後に抽出する。

そのため、第１のチャネルの出力側および第２のチャネルの入力側をスライドさせることによって、溶接中および溶接後に検査を、ストリップ端に沿って行うことが可能になる。ここでは、「ストリップ−溶接部−ストリップ」構造体を、このスライディング運動に関連して動かす必要はない。

使用されている溶接方法に依存して、第１のチャネルの出力側の非接触運動および第２のチャネルの入力側の非接触運動が、前記２つのストリップ端の上方で、溶接部に並列に提供された間隙において、かつその全長にわたって実施される：
− 溶接と同時に、および発展した溶接方法の場合と同じ速さで実施される。これは例えば抵抗シーム溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接である。この場合には、第１のチャネルの出力側と第２のチャネルの入力側は溶接ヘッドの後方に配置されるか、または、溶接ヘッドと同じ運動デバイス上に配置されるか、または溶接ヘッドとは別であるが、前記溶接ヘッドの運動デバイスと同期する運動デバイス上に配置される。
− フラッシュ−バット溶接のための溶接が終了した後に実施される。

この方法を、以下の方法のうちの１つを用いて実施することもできる：
− 学習モード。これには体系的に、溶接欠陥の識別および定量化（典型的な欠陥の痕跡の認識）を確認または修正するエキスパートが含まれる；
− 自動モード。これにおいては、溶接の検査特性に関連する分析ステップにより、少なくとも１つの溶接欠陥が（当該欠陥の痕跡の十分な認識により）独立に識別または定量化され、所定の誤差を含む対象を少なくとも１つの警告でオペレータに発せられる；
− 半自動モード。これにおいては、先の自動モードの一部として、超音波伝送特性／痕跡が十分に識別できない傾向がある場合、さらなる検査についての決定要求がオペレータに送られる。

さらに、本発明にかかる方法は、以下のモードの少なくとも１つにより行うことができる：
− 学習モード。これには体系的に、溶接欠陥の識別および定量化に基づいて、当該欠陥を修正するために、適切な溶接パラメータたとえば溶接ヘッドの移動速度や溶接パワーを修正するエキスパートが含まれる。
− 自動モード。これにおいては、溶接検査の特性／痕跡に関連する分析ステップによって、溶接欠陥の識別および定量化に基づいて溶接パラメータが独立に修正される；
− 半自動モード。これにおいては、先の自動モードの一部として、分析ステップにより、溶接欠陥の識別および定量化に基づいて、溶接パラメータの修正要求がオペレータに対して発せられる。

したがって、本発明にかかる方法のこれらの実施により、溶接欠陥に関する全ての疑念を速やかに解消する、検査における高度の柔軟性が提供され、すなわち、溶接の間および／または溶接の後、そして有利には溶接欠陥が予め疑われる他の処理段階のための溶接位置がストリップに残る前における高度の柔軟性が提供される。

本発明にかかる方法では、有利には、データベースに記録される、識別され定量化された全てのエラーについての、検査ステップ後の分析ステップに対する表示がまとめて分類された痕跡の形で提供され、かつ、各溶接欠陥についての、使用される溶接パラメータおよび溶接されたストリップに関するデータが提供される。したがって、分析ステップでは、識別され定量化された欠陥のその後の分析を可能とするためのできるだけ多くのデータを得るための表示によって、複雑であり変化するストリップ溶接の設定および状況を考慮して、検査精度の向上が可能となる。欠陥発生状況を統計的に研究し、溶接パラメータを改善するため、オフライン分析を行うこともできる。

また、本発明にかかる方法は、以下の２つの動作状態において、第１のストリップの表面上にパルスレーザにより超音波を生成させることができる：
− 熱弾性動作状態；
− 切除動作状態と交番的に切り替えられる熱弾性動作状態、前記交番的な切り替えは特に分析的なステップによって求められ、警告に関して異常又は疑いがある場合には、波伝達に関する特性の付加的な分析を実行することができる。交番的に行われる２つの動作状態によって、有利には、ストリップ-溶接部-ストリップ構造を通過する超音波の２つの交番的な振動状態特性を取得することができ、これにより検査がより信頼性が高いものとなり、特に測定された２つの特性のうちの一方に関して何らかの疑いが存在する場合には信頼性が高いものとなる。したがって不必要な警告を回避することができ、その結果、溶接検査は測定アーチファクトに対してよりロバストになる。

実際のところ、溶接機械のジョー間の非常に狭いスペースにフィットさせるため、また、ストリップとの結合問題なく高速な移動を実現するために、超音波伝送装置は、「熱弾性の」動作状態、すなわち溶融においてストリップの表面に超音波振動を発生させるパルス式レーザである。この熱弾性の動作状態はラム波又は表面波の生成にとっては好適である。すなわち、波はストリップの表面に実質的に平行に伝播する。

択一的に、超音波は熱弾性動作状態と「切除」動作状態において交番的に生成される。切除動作状態はビームが当たった瞬間における非常に局所的な溶融を含み、また縦方向のバルク波、すなわち、ストリップの表面に実質的に垂直に伝播する波の生成を促進する。

レーザ送信機によって生成される超音波の異なる性質によって、単一の溶接部に関して非常に異なる波伝達特性が生じる。識別された所定のタイプの波伝達異常に関して、分析装置は、切除パルスを熱弾性パルス間にフィットさせるために、レーザ発射パラメータ（出力および持続時間）の変更を要求することができる。溶接欠陥の２倍の「特徴」は診断の信頼性を改善する。そのような方法は、熱弾性動作状態における波伝達の特性が記録されていない場合、または単に特徴ライブラリもしくはデータベースに記録されている場合に、分析装置によっても要求することができる。

第２チャネルから出力される信号雑音比を改善することにより、小さな欠陥の検出を改善するため、本発明による上記の方法では、上記の解析ステップの前に、第２チャネルによって補足した超音波信号に開口合成技術（ＳＡＦＴ）処理を行う。

本発明による方法を実施するため、上述のジョーに保持された２つのストリップ端部の溶接を非破壊検査する装置は、殊につぎのような特徴を有する。すなわち、第１および第２の２つの超音波チャネルのうちの少なくとも１つには、少なくとも１つの光導波器（１つまたは複数の光ファイバ、コリメータおよび／または集束器）が含まれており、これらの光導波器は、上記のストリップ端部の表面の上を溶接パスに平行に非接触で移動する。この光導波器（理想的には１つまたはそれ以上の光ファイバ）は、底面積が限られており、２つのジョーの間の極めて小さい断面を通して、また上記の溶接部の両側において、それぞれ上記の近接したストリップの端部の両側において、超音波の入射および出射チャネリングを可能にする。

したがって溶接を行うのにつれて上記の溶接ゾーンをスキャンすることができ、これによってサイクル時間の最適化が促進され、これは、例えば、レーザ溶接ヘッドの背後を移動することよって行われる。また溶接の後にスキャンニングを行うことも可能であり、これは、例えば、フラッシュ溶接の場合である。

上記の第２チャネルは、受信器に接続されており、この受信器は、干渉計などの超音波によって形成される、上記のストリップの表面の振動を感知する受信器であり、また第２チャネルには、集波端部を有する少なくとも１つの光導波器が含まれており、この集波端部は、第１ストリップ側における超音波のパスに平行にこのパスに沿ってまた同期して上記のジョー間の間隙内を非接触で移動する。

第１チャネルの出力部および第２チャネルの入力部は、上記の端部のあらかじめ定めた長さに沿った溶接作業に対して遅延されるかまたはこれに同期してストリップ端部の上を非接触で移動することができる。

上記のパルスは、理想的には第１チャネルの入力部におけるパルスＹＡＧレーザによって形成され、また第１チャネルによってガイドされ、第１ストリップの表面における入射によって第１チャネルの出力部に超音波を形成する。

第２チャネルの出力部は、超音波受信器に接続されるか、または超音波によって発生した上記のストリップの表面の振動を光学的に感知する少なくとも１つの受信器に接続される。この受信器は好適には、共焦形ファブリペローまたはＰＩ−ＥＭＦ（photo-induced electromotive force）干渉計であり、これは基準面を構成する連続レーザまたはパルスレーザに接続可能である。

上記のレーザ送信器の光ファイバパスの送信端部の軸および上記の干渉式受信器の光ファイバパスの受信端部の軸は、実質的に上記のストリップの表面に垂直であるか、または上記の溶接部に向かってわずかに傾けることができる。

従属請求項には本願発明の利点が記載されている。

ストリップ溶接機（断面図に図示）において本発明の方法の実現を可能にする実施形態を示す図である。

第１のストリップ１ｂのテール部は、溶接機の出口ジョー２ｂ、３ｂにクランプされている。第２のストリップ１ａのヘッド部は、前記溶接機の入口ジョー２ａ，３ａにクランプされている。

入口ジョーと出口ジョーは近似的に溶接位置にあり、２つのストリップ端部１ａ，１ｂが溶接１ｃによって結合され、検査される。ストリップ端部の支持のために支持エレメント４を追加で設けることができる。

たとえばパルス型ＹＡＧレーザである送信器５がレーザビーム５１を光ファイバ経路５２に沿って送信する。この光ファイバ経路が、本発明の方法で説明する第１のチャネルである。第１のストリップ上でのレーザビームの衝撃は、たとえば熱弾性モードでは、すなわちストリップの溶融がない場合、超音波を第１のストリップ１ｂの表面（この場合は上面）に形成し、この超音波は溶接部１ｃおよび第２のストリップ１ａに向かって／その中へ伝播する。この超音波によって、ストリップの表面に対して垂直の機械的運動が発生し、この機械的運動はファイバ光学経路６１を用いて干渉計６によって検知することができる。このファイバ光学経路が、超音波によって生じるストリップ表面の振動状態により光学的に影響を受けるウェーブに対する第２のチャネルである。第１の光学的チャネルが位置５２’に破線を使用して図示されており、ファイバ光学経路の１つがこれに向いたストリップ面に対して傾斜して入射するのを可能にする。第３のウェーブチャネルは「ストリップ-溶接-ストリップ」結合５４，１ｃ、５５によって実現されており、その上およびその中をウェーブが伝播する。少なくとも１つのスペースが第１のジョーと第２のジョーとの間に残され、隙間５４，５５が形成される。この隙間によって、第１の光学的入射チャネル５２の経路が、超音波を第１のストリップ１ｂの表面上に発生させ、かつ第２の光学的出射チャネル６１が第２のストリップ１ａの表面から発生するウェーブを捕捉するのを可能にする。溶接部周囲の隙間５４，５５の幅は少なくとも第１と第２のチャネルの軸間に許容される間隔であり、この幅は、ジョーにより要求される近似のためにできるだけ小さくする。そして必要であれば、ジョーにより許容される最大幅内で可変に適合することができる。この適合は、溶接部から所定の間隔にある正確な入射点を必要とする目標溶接特性より良く抽出するためである。いくつかの特徴を、第１と第２のチャネル間の可変の間隔内にある幾何配置に依存して有利に測定することができる。

（本発明の分析ステップを実行するために用いられる）分析装置７は、干渉計６によって形成されて第２のチャネルを介して供給される信号と、ＰＬＣシステム９から到来する溶接機を制御するためのデータとを受け取る。これらのデータは、例えば、ストリップ厚さ、鋼等級、溶接パラメータの全て、および、溶接前後の熱処理に用いられる全ての装置に関する設定に関連する。これらのデータは、送信器５と受信器６とのあいだで、波伝搬についての少なくとも１つのデータ特性または特徴を表す。例えば、データ特性は、減衰率、走行時間、波変換、または、ストリップ‐溶接‐ストリップ構造のその他の目標異常特性もしくは識別可能な異常特性である。データライブラリ８において、理想的には単独の特徴または２重特徴の識別によって、波伝搬異常と溶接欠陥タイプとの潜在適合性が探索される。ＰＬＣシステム９により欠陥の重大度が定量化されるので、欠陥のために溶接の再実行が要求される場合には、操作員制御卓１０へ警報を送出することができる。また、制御卓１０を介して操作員に決定を要求することもできる。分析装置７は送信器５のパルスモード（単純モードまたは交互モード）を制御するモジュールを含むので、パルスに関連する動作状態を分析するステップと、第２のチャネルから到来する超音波の清浄度を少なくとも１回測定するステップとにより、目標異常特性に対して抽出された溶接特性を検査することができる。

本発明の方法の選択的実施例では、分析装置７は、ＰＬＣシステム９を介して、検出された欠陥に依存して、溶接パラメータを補正する。こうした補正は操作員に通知可能である。

欠陥の発生中にＰＬＣシステム９，データライブラリ８、および、干渉計６から到来するデータ、また、潜在的には操作員制御卓１０から到来するデータは、データベース１１に記録され、これにより欠陥の原因を分析することができる。

このように、本発明の方法および本発明の方法を実行するための装置によれば、溶接部の可視の表面だけでない、完全な調査が可能となる。こうしたアダプティブ分析能力により、操作員の監視の労ひいては操作員に要求される熟練性を低減でき、不要な再溶接も低減される。特に有利には、きわめて制限されたストリップ停止時間のみで検査を実行できさらに、少なくとも、第１のチャネル５２の波出力および第２のチャネル６１の波入力のスライド運動が溶接ヘッドの運動に同期される場合、必要な溶接時間が低減される。

さらに、送信器および／または受信器、ならびに、第１のチャネルおよび第２のチャネルは、溶接構造部の周囲の超音波を形成ないし捕捉する電気音響部品であってよい。ただし、これらの部品があまり大きいと、特に厚さが数ｃｍより薄いストリップの場合、（数ｃｍの大きさの）ジョーの間隙に結合できなくなる。このため、有利には、第１のチャネルおよび第２のチャネルは短区間の光ガイドとして構成される。

Claims (15)

1. ２つの金属ストリップ（１ａ、１ｂ）の２つの横方向端部のバット溶接を検査するための方法であって、
   前記２つの横方向端部を、共に引き合わせて当該各横方向端部に沿って配置されている第１のジョーと第２のジョー（２ａ、２ｂ）との間に把持し、
   入射波の第１の伝送チャネル（５２）のパスが、第１の金属ストリップの１つの表面上で超音波を形成でき、かつ、入射波の第２の伝送チャネルのパスが、第２の金属ストリップの表面から出現できるようにするために、前記第１のジョーと第２のジョーとの間で間隙を形成するための少なくとも１つのスペースを残し、
   前記第１のチャネルの入射波を、動作状態においてレーザパルスを用いて形成し、それによって少なくとも、溶接部を通過して前記第２のチャネルに出現する、前記第１ストリップの表面上に形成される超音波の第３のチャネルが実現されるようにし、
   前記パルスに関連して動作状態を分析するためのステップ（７）を用いて識別するために、及び、前記第２のチャネルにおける超音波の出現に基づく前記第２のストリップの表面の振動状態の特徴を測定するために、前記溶接部の検査特性量が抽出されるようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記パルスは、前記第１のチャネルの入力側に接続された送信器（５）によって送信され、前記第２のチャネルの超音波が当該第２のチャネルの出力側に接続された受信器（６）によって捕捉され、
   前記第１のチャネルの出力側と前記第２のチャネルの入力側が、前記２つのジョーの間のスペースに沿ってストリップに接触することなくスライドされ、それによって溶接部の特性量を以下の２つの方法で抽出する、すなわち、
   前記２つのジョーの間のスペースに沿ったスライドの機構によって実行される溶接デバイス自体に関してできるだけ短い時間周期中に同期して抽出するか、
   前記各ストリップの端部の溶接が完了した時点で抽出する、請求項１記載の方法。
3. 前記溶接部の検査特性量を、前記第２のチャネルから到来する超音波の変換量、走行時間、減衰量の測定から推定する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記溶接部の特性量の特徴を、データベースにサンプル記録されている溶接欠陥の測定特徴と比較する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 抽出された溶接部の検査特性または特徴に依存してアラームを生成する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 以下のモード、すなわち、
   溶接部欠陥の識別と定量化を確認若しくは修正するエキスパートが組織的に係る学習モード、
   溶接部の検査特性に関する分析ステップが少なくとも１つの溶接欠陥を独立して識別及び定量化し、所定の誤差をオペレータに知らせる少なくとも１つのアラームが発せられる自動モード、
   前記自動モードの１つとして、超音波伝送特性が不適切な識別に陥りやすい場合に、さらなる検査決定要求をオペレータに送信される、半自動モード、
   のうち１つを実行する、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
7. 学習モードと自動モードと半自動モードのうちの１つを実行し、
   前記学習モードは、溶接欠陥の識別および定量化に基づき、溶接ヘッドの移動速度または溶接電力などの適切な溶接パラメータを補正して、前記欠陥を修正するエキスパートが組織的に係わる学習モードであり、
   前記自動モードにおいて、溶接検査特性に関する分析ステップが、溶接欠陥の識別および定量化に基づき前記溶接パラメータを別個に補正し、
   前記半自動モードにおいて、前記自動モードの一部として前記分析ステップは、溶接欠陥の識別および定量化に基づき、オペレータに対し溶接パラメータ補正要求を発行する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
8. 検査ステップ後に分析ステップを行うために、識別され定量化されたすべての欠陥を、使用した溶接パラメータおよび溶接されたストリップに関するデータとともに、欠陥溶接ごとにデータベースに記録する、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 熱弾性動作状態と、熱弾性動作状態とアブレーション動作状態とが交互に現れる状態のうちの、少なくとも１つの動作状態において動作するパルスレーザによって、第１のストリップ表面に超音波を発生させる、ただし、前記熱弾性動作状態とアブレーション動作状態とが交互に現れる状態を、たとえば分析ステップにより決定し、異常が発生したときには、超音波伝達に関する特性の追加の分析を実行可能である、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記分析ステップを行う前に、第２のチャネルにより捕捉される超音波信号に対し、開口合成法（ＳＡＦＴ）プロセスを実施する、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 請求項１から１０のいずれか１項記載の方法を実施可能な非破壊溶接検査装置において、
    ２つの第１または第２の超音波チャネルのうち少なくとも１つが、少なくとも１つの光導波体を含み、たとえば１つまたは複数の光ファイバまたはコリメータ／フォーカス装置を含み、該光導波体は、ストリップ端部表面上を溶接パスと平行に無接触で移動することを特徴とする、
    非破壊溶接検査装置。
12. 前記第２のチャネルは、超音波感応型の受信器たとえば干渉計と接続されており、該第２のチャネルは、超音波収集端部を有する少なくとも１つの光導波体を含み、該超音波収集端部は複数のジョーの間の間隙内を、第１のストリップ表面における超音波の経路と平行な経路に沿って該超音波と同期して、無接触で移動する、請求項１１記載の装置。
13. 前記第１のチャネルの出力端と前記第２のチャネルの入力端を、ストリップ端部表面上を無接触で移動させ、かつ、前記端部の所定の長さに沿って溶接動作と同期させ、または溶接動作に対し遅延させる、請求項１１または１２記載の装置。
14. パルス化ＹＡＧレーザにより形成された前記パルスが、前記第１のチャネルを通して案内され、かつ、前記第１のストリップの側における前記第１のチャネルの出力端から超音波を発生させる、請求項１１から１３のいずれか１項記載の装置。
15. 前記第２のチャネルの出力端は、共焦点型ファブリペロー干渉計または光誘導起電力型（ＰＩ−ＥＭＦ）干渉計の超音波受信器と結合されている、請求項１１から１４のいずれか１項記載の装置。

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