JP5746321B2 - 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

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つの横方向端部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。

ロールごとに加工することを避けることにより鋼ストリップの冷間圧延と加工の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連続的にバット溶接することにより連続的に機能動作する。

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部の動きは止められ、加工装置の下流部分には２つの連続する溶接部のうちの先に供給されたストリップの蓄積装置が設けられている。

ストリップ端部が止められる時間を制限し、結果的に蓄積装置の容量とコストを制限するために、バット溶接の処理速度に関して努力する当業者にはこの技術は周知である。当業者の努力はまた、加工装置内で破損したり、または、これを構成する種々の機械の中を進んでいく間にその特定部分が損傷を受けたりしにくい、強くて丈夫な溶接部を実現するという要求にも向けられている。

バット溶接処理は、（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よる）溶接装置自体に加えて、２つのクランピングジョーを備える溶接機によって行われる。各クランピングジョーはストリップのうちの１つ又は巻回された（又はすくなくとも巻回可能な）シート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の下流に配置されており、ラインに導入されるロー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、導入された直後のロー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、又は正しくないと判別された溶接をやり直さなければならないことは、大きな生産ロスを発生させ兼ねない。溶接の品質に決定的な要素は非常に込み入って多数有るが、主に次の基準に基づいている。
・特に熱により影響される領域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
・理想的には過剰な厚さも過剰な薄さも存在しない溶接部分
・溶接接合部の連続性とコンパクトさ

冶金学的品質は、使用される方法と該方法が影響領域に誘導する熱サイクル、並びに、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または予熱及び後熱といった種々の処理に依存する。

溶接される部分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では平らにしなければならないビードが生じ、「フラッシュバット」と呼ばれる溶接機はふつう組み込まれたプレーナを具えている。抵抗シーム溶接でも、溶接すべきシートの重なり合いのせいで過剰な厚さが生じ、これはふつう溶接機に組み込まれたローラ装置によって押しつぶさなければならない。レーザ溶接では非常に限られた熱により影響される領域にも関連する溶接部分を精密に管理できる。

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、接合及びその部分の連続性とコンパクトさとの両方に関係する別のパラメータが重要であり、それは、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ものである。

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部を完全に整列させ、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備えている。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、ラインに導入されたロー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、導入されたばかりのロー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、ストリップ端部は、溶接機に組み込まれたシャー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が出た状態で、クランピングジョーに固定される。この張り出しは、溶接すべき隣接端部を遊び有り又は制御された遊び無しで正しく整列された状態によく保つために、この隣接端部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部が存在する。このようなトラブルは、特に破損が連続焼鈍炉又は電気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過剰な厚さのようなずっと軽微な結果であるが、過剰な厚さは、例えば「スキンパス」型ミルのシリンダの開放を要しかつ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を要し、あまりにも重要である。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ロールの歩留まりが著しく低下してしまう。それゆえ、溶接部が加工装置を通過するために溶接機を出る前に、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。

このために、殆どの装置では、時としてカメラを使用して溶接部の視覚的検査が行われる。オペレータの注意力と経験がこの決定プロセスに重要であり、この決定は通常は保守的であり、必ずしも正しく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、最高性能の装置は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部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部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‐溶接部‐ストリップ」複合体の内部構造に関連する内部欠陥の存在又は有害性を判定する手段は存在していない。「ストリップ‐溶接部‐ストリップ」複合体とは、すなわち、溶接すべきエッジと、「熱影響」と呼ばれる隣接する非溶融領域とを接合する溶接エッジの溶融領域（および可能な溶着領域）であり、そして、使用されるカメラ又はオペレータによって捕捉される光線と実質的に平行な主平面を有する溶接の不足又は割れのような非常に微かに発生する欠陥が生じる場所、あるいは、複数の異なる冶金学的変質が生じる場所である。

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スはわずかでなければならず、そのせいで溶接部を正しく見ることができず、容易な温度／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部が検査されなければ、そして、ジョーがストリップを保持する位置から離された後にこの検査が行われなければ、そして、従来技術によって欠陥が検出される場合には、ストリップを再切断し溶接作業を再開するために、これに伴う全ての欠点を伴って、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つの横方向端部のバット溶接を、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これらが解放される前に検査する方法であって、特に「ストリップ‐溶接部‐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、この方法を実施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施する装置は請求項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検査するための方法であって、２つの横方向端部が、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のジョーとの間で近づけられて保持される方法において、以下のことを特徴としている。

− 第１の金属ストリップの１つの表面上で超音波を生成可能な入射波が第１の伝送チャネルを通過させ、かつ、第２の金属ストリップの表面から生じた波の第２の伝送チャネルを通過させるために、間隙が形成されるように、第１のジョーと第２ジョーの間に少なくとも１つのスペースを設ける。
− 第１のストリップの表面上に生成され、溶接部を通過して第２のチャネルへと生じる超音波の第３のチャネルを実現するよう少なくとも設けられた動作状態において、レーザパルスを用いて第１のチャネルの入射波を生成する。
− 第２のチャネルへの超音波の発生の際の第２ストリップの表面の振動状態の識別特性（signature）などの少なくとも１つの測定及びパルスに関連した動作状態を分析するステップ（７）によって、溶接部の検査の特性（caracteristique）を識別のために抽出する。

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ロールの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、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、ジョーの移動によって溶接位置へと移動され、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一体に溶接される。

本発明による方法は、超音波を送信（又は生成）及び受信するために使用される装置を、溶接機のジョー同士の間の非常に小さいスペースに、すなわち例えばレーザ溶接機の場合には、溶接部に対して横方向に１０ｍｍ未満であるスペースに配置可能でなければならないことを特徴としている。この装置は、ストリップとの結合の問題なしに高速な動きが可能であるとともに、例えば第１のチャネルと第２のチャネルを保持する装置がレーザ溶接ヘッドの直ぐ近くに続く場合に高温となりうる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、ストリップの表面で生成される。第１のチャネルの出力端は、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、溶接部に対して平行に、かつ該溶接部の全長にわたって移動される。
− 従ってバット溶接を通じて生成された超音波は、集（光）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、ストリップの他端の上方を非接触で、溶接部に対して並行に、かつ該溶接部の全長に沿って、送信器の経路に平行でありかつ同期する経路に沿って移動される。
− 受信器により捕捉された超音波は、送信器と受信器との間の波伝播の少なくとも１つの特性データを識別することができる分析装置によって分析される。少なくとも１つの特性データは、たとえば減衰、伝播時間または波の変形である。
− 波伝播の特性は、溶接欠陥の種類に関連づけられる伝播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、溶接部の長さ方向における該欠陥の範囲とに基づき、分析システムは該欠陥の重度を定量化する。

とりわけ、第１のチャネルおよび第２のチャネルは、１点での入射、または、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出射を可能にするのに十分な、小さい断面積の光導波体を有する。実験の結果、光スペクトル領域の波の伝送チャネルを実現するためには、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波コリメータが適してい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、ジョー相互間に十分な間隙を提供するスペースが、本発明の範囲に含まれない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維持されることが分かる。したがって、ジョーを離す必要なく、または、換言すると、ストリップの両端部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３つのチャネルの形態の超音波と光導波手段とにより、第１のチャネルから生じた光波が超音波を発生させ、この超音波は第３のチャネル内を伝播し、すなわち第１のストリップの一部内を伝播し、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播した後、この超音波は最終的に、第２のストリップから生じる波の分析ステップを実施するために設けられた第２のチャネルへと生じる（超音波の形態で、次いで、光学的に検出可能な表面振動の形態で伝播する）。

ストリップ‐溶接部‐ストリップ構造の表面および該構造のバルク内部を当該超音波が伝播していくと（これにより第３のチャネルが実現される）、該超音波の物理的性質は変化する。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つの検査特性を伝搬する。予め定められる基準はたとえば、分析される波の変化の種類を、理想的な溶接部、または、第２のチャネルから出力された波信号の、登録された識別特性により典型的に認識可能である１つまたは複数の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。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るものではない。本発明は、溶接サイクルにより必要とされかつ複雑なストリップ‐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一連の革新的なステップによって実施することによる、理想的には、溶接欠陥を示唆する超音波の振動状態で測定されかつデータベースに登録された典型的な欠陥の識別特性と比較され識別される識別特性の分析によって実施することによる、上述の物理原則を利用可能とする溶接位置における検査方法を対象とするものである。それゆえ、測定された／登録された識別特性の比較による分析は簡単かつ迅速である。というのも、このような分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播挙動の複雑な物理的性質を抽出するアルゴリズムを実装する必要がないからである。

溶接部のこの検査特性は例えば、第２のチャネルを介した波の測定による波の減衰、伝播時間または変形を測定することによって推定されてもよい。これらの特性に依存して、または少なくとも溶接部の検査から導出された識別特性に依存して、存在しうる欠陥を迅速に報告するために警告が生成される。

本発明の方法は、第１のチャネルの入力端に結合されたレーザ送信器によって送信されるパルスを用い、第２のチャネルの波は、第２のチャネルの出力端に結合されている受信器によって捕捉される；
− 第１のチャネルの出力端および第２のチャネルの入力端は、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のスペースまたはこの間隙を通るスペースに沿ってスライドされる。これは、溶接部の検査の特性または識別特性を２つの方法で抽出するためである。すなわち：
− ２つのジョーの間のスペースに沿ったスライド機構によって動かされる溶接機自体に対して同期してかつできるだけ短い時間で抽出する。
− 各ストリップ端部の溶接が終了した後に抽出する。

そのため、第１のチャネルの出力端および第２のチャネルの入力端をスライドさせることによって、「ストリップ−溶接部−ストリップ」構造をこのスライド運動に関連して動かす必要なく、ストリップ端部に沿って、溶接中および溶接後に検査を行うことが可能になる。

使用されている溶接方法に依存して、設けられた間隙における２つのストリップ端部の上方の、第１のチャネルの出力端および第２のチャネルの入力端の非接触運動が、溶接部に並行に、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、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などの漸進的溶接方法の場合と同じ速さで実施される。この場合には、第１のチャネルの出力端と第２のチャネルの入力端は、溶接ヘッドの後方に、溶接ヘッドと同じ運動装置に配置されるか、または、溶接ヘッドとは別であるが、溶接ヘッドの運動装置と同期する運動装置に配置される。
− フラッシュ−バット溶接処理の場合には溶接が終了した後に実施される。

この方法を、以下のモードのうちの１つを用いて実施することもできる：
− 学習モード。これにはシステム上、溶接欠陥の識別および定量化（典型的な欠陥の識別特性の認識）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（当該欠陥の識別特性の十分な認識により）独立に識別および定量化され、所定の許容差の下で少なくとも１つの警告が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、超音波伝播特性／識別特性が十分に識別できない場合、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。これにはシステム上、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／識別特性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非常に速やかに、すなわち、溶接の間および／または溶接の後、そして特に、溶接欠陥が予め疑われる他の処理段階に向かう溶接位置をストリップが出る前に柔軟に解消する、検査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、有利には検査ステップ後の分析ステップのために、識別され定量化された欠陥が、集合的に登録された識別特性の形でかつ溶接欠陥ごとに、用いられた溶接の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、データベースに記録される。したがって、分析ステップによって、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できるだけ多くのデータを得るため、複雑であり変化するストリップ溶接の設定および状況に従った、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によれば、以下の２つの動作状態の１つにおいて、（第１のチャネルの入力端に結合された）パルスレーザにより、第１のストリップの表面上に（第１のチャネルの出力端に）超音波を生成させることができる：
− 熱弾性動作状態；
− アブレーション動作状態と交番的に切り替えられる熱弾性動作状態。この交番状態は、異常又は警告に関する疑いがある場合に、波伝播に関する特性分析の起こりうる補完のために、特に分析ステップによって決定される。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の識別特性を取得することができ、これにより、特に測定された２つの識別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、検査がより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、溶接機のジョー間の非常に狭いスペースに配置可能にするため、および、ストリップとの結合の問題のない高速な移動を実現するために、超音波送信装置は、「熱弾性」動作状態で、すなわち溶融無く、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り、すなわち、これらの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「アブレーション」動作状態において交番的に生成される。アブレーション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播特性が生じる。識別された所定のタイプの波伝播異常に関して、分析装置は、アブレーション状態のパルスを熱弾性状態のパルス間に挿入するために、レーザショットパラメータ（出力および持続時間）の変更を要求することができる。溶接欠陥の二重の「識別特性」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播の特性が識別特性ライブラリもしくはデータベースに記録されていない場合またはほとんど記録されていない場合に、分析装置によって必要とされることがある。

第２の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、上記の分析ステップの前に、第２の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、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つの光導波体（１つまたは複数の光ファイバ、コリメータおよび／またはフォーカス装置）が含まれており、これらの光導波体は、ストリップ端部の表面の上を溶接経路に平行に非接触で移動する。サイズの小さいこの光導波体（理想的には１つまたは複数の光ファイバ）は、近づけられたストリップの各端部の側への、２つのジョーの間の極めて狭い部分ならびに溶接部の両側への、超音波の入射および出射のそれぞれのチャネル形成を可能にする。

このように溶接と同時に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が最適化され、これは、例えば、レーザ溶接ヘッドの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。

第２のチャネルは、超音波によって生成されるストリップ表面の振動を感知する受信器たとえば干渉計に結合されており、また第２のチャネルには、集波端部を有する少なくとも１つの光導波体が含まれており、この集波端部は、第１のストリップの一面上の超音波の移動経路に平行しかつ同期した経路に沿って、ジョー間の間隙内を非接触で移動する。

第１のチャネルの出力端および第２のチャネルの入力端は、ストリップ端部の上を非接触で動かされ、上記の端部の所定の長さにわたる溶接動作に対して遅延または同期可能である。

上記のパルスは、理想的には第１のチャネルの入力端においてＹＡＧ型レーザパルスによって生成され、第１のチャネルを介してガイドされ、第１のストリップの表面への衝突によって第１のチャネルの出力端に超音波を生成する。

第２のチャネルの出力端は、超音波受信器に結合されているか、または超音波によって発生されたストリップ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ている。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経路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経路の受信端部の軸は、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対してわずかに傾いていてもよい。

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、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溶接位置の近傍にあり、２つのストリップ端部１ａ，１ｂが溶接部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、本発明の方法で説明された第１のチャネルとしての光ファイバ経路５２を介してレーザビーム５１を送信する。第１のストリップ上にレーザビームの衝突によって、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、第１のストリップ１ｂの表面（この場合は上面）に超音波が生成され、この超音波は溶接部１ｃ次いで第２のストリップ１ａに向かって／その中を伝播する。この波によって、ストリップの表面に垂直の機械的運動が発生し、この機械的運動は、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波の第２のチャネルとしての光ファイバ経路６１の干渉計６によって検知することができる。オプションとして、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、この位置で、２つの光ファイバ経路の１つが反対のストリップに対して傾斜して入射する。波の第３のチャネルは「ストリップ-溶接部-ストリップ」接合５４，１ｃ、５５によって実現され、その上およびその中を波が伝播する。少なくとも１つのスペースが第１のジョーと第２のジョーとの間に設けられ、これにより、超音波を第１のストリップ１ｂの表面上に発生させるための光学的入射の第１のチャネル５２が通過可能であり、かつ、第２のストリップ１ａの表面から発生する波を捕捉するための光学的出射の第２のチャネル６１が通過可能な間隙５４，５５が形成されることが重要である。溶接部周囲の間隙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接近のためにできるだけ小さくされるように選択され、必要であれば、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をより良く抽出するため、ジョーにより許容される最大幅内で可変に適合させることができる。いくつかの識別特性を、第１と第２のチャネル間の可変間隔内での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によって生成され、第２のチャネルを介した信号と、溶接機を制御する自動化システム９から到来する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。装置は、送信器５と受信器６との間の波伝播についての少なくとも１つのデータ特性または識別特性、例えば、減衰、伝播時間、波の変形、または、ストリップ‐溶接部‐ストリップ構造の目標となる／識別可能な任意のその他の異常特性を識別し、そして、データライブラリ８において、理想的には単独の識別特性（または二重の識別特性も）の識別によって、これらの波伝播異常と溶接欠陥タイプとの潜在適合性を探索する。欠陥の重大度が定量化され、欠陥のために溶接の再実行が要求される場合には、自動化システム９によりオペレータ制御卓１０へ警報を送出することができる。また、オペレータに制御卓１０を介した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番モード）を制御するモジュールを含んでよく、これにより、パルスに関連する動作状態と、第２のチャネルから到来する超音波の性質の少なくとも１つの測定とを分析するステップにより、目標異常の識別のために溶接部の検査特性が抽出される。

本発明の方法の選択的実施例では、分析装置７は、自動化システム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。こうした補正はオペレータに通知可能である。

欠陥の発生時に分析され、かつ、自動化システム９、データライブラリ８、干渉計６、および、場合によりオペレータ制御卓１０から到来するデータは、欠陥発生の原因を分析するためにデータベース１１に記録される。

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。こうした適合的な分析能力により、オペレータの監視の労ひいてはオペレータに要求される熟練性をより低減でき、不要な再溶接も低減される。特に有利には、きわめて短いストリップ停止時間で、さらには、少なくとも第１のチャネル５２の波の出力端および第２のチャネル６１の波の入力端のスライドが溶接ヘッドの運動に同期される場合において溶接の時間と同じ時間で、検査を実行できる。

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の生成ないし捕捉のための電気音響部品であってよい。ただし、これらの部品は、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）ジョーの無い間隙に結合するには大きすぎる。このため、有利には、第１のチャネルおよび第２のチャネルは小断面の光導波体用として設けられる。

Claims (19)

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部（１ｃ）を検査するための方法であって、
   前記２つの横方向端部が、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）との間で近づけられて保持される、方法において、
   前記第１のストリップの１つの表面上に超音波を生成可能な入射波の伝送の第１のチャネル（５２）を通過させ、かつ、前記第２のストリップの表面から生じた波の伝送の第２のチャネル（６１）を通過させるために、間隙（５４、５５）が形成されるように、前記第１のジョーと第２のジョーとの間に少なくとも１つのスペースを設け、
   前記第１のストリップの表面上に生成され、前記溶接部を通過して前記第２のチャネルへと生じる超音波の第３のチャネルを実現するよう少なくとも設けられた動作状態において、レーザパルスを用いて前記第１のチャネルの入射波を生成し、
   前記第２のチャネルへの超音波の発生の際の前記第２のストリップの表面の振動状態の識別特性の少なくとも１つの測定及び前記パルスに関連した動作状態を分析するステップ（７）によって、前記溶接部の検査特性を識別のために抽出する
   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のチャネルの入力端に結合された送信器（５）によって送信され、前記第２のチャネルの波が当該第２のチャネルの出力端に結合された受信器（６）によって捕捉され、
   前記第１のチャネルの出力端と前記第２のチャネルの入力端が、前記２つのジョーの間のスペースに沿って前記ストリップに非接触のままでスライドされ、それによって溶接部の検査特性を以下の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てスライド機構によって動かされる溶接機自体に対してできるだけ短い時間で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後に抽出する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記溶接部の検査特性を、前記第２のチャネルから到来する波の変形、伝播時間、減衰の測定から推定する、請求項１または２記載の方法。
4. 検査される溶接部の識別特性を、データベースに登録されている溶接欠陥の典型的な測定の識別特性と比較する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 抽出された前記溶接部の検査特性または識別特性に依存して警告を生成する、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システム上係わる学習モード、
   溶接部の検査特性に関する分析ステップによって独立に少なくとも１つの溶接欠陥が識別及び定量化され、所定の許容差の下でオペレータに少なくとも１つの警告が発せられる自動モード、
   前記自動モードの一部として、超音波伝播特性が十分識別できない場合に、さらなる検査についての決定要求がオペレータに送信される、半自動モード、
   のうちの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少なくとも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、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システム上係わる学習モードであり、
   前記自動モードにおいて、溶接部の検査特性に関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き前記溶接パラメータが別個に補正され、
   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、前記分析ステップによって、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が発せられる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記溶接パラメータは溶接ヘッドの移動速度または溶接電力を含む、請求項７に記載の方法。
9. 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８のいずれか１項に記載の方法。
10. 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番的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、前記第１のストリップ表面に超音波を発生させる、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 異常の場合には、超音波伝播に関する特性の起こりうる補完的分析のため、前記交番状態は分析ステップにより決定される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記分析ステップを行う前に、第２のチャネルを介して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１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 請求項１から１２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、
    前記第１および第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、該光導波体は、前記ストリップ端部表面上を溶接経路に平行に非接触で移動することを特徴とする、
    非破壊溶接検査装置。
14. 前記光導波体は、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む、請求項１３に記載の非破壊溶接検査装置。
15. 前記第２のチャネルは超音波感応型の受信器と結合されており、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前記ジョーの間のスペースを、前記第１のストリップ表面上の超音波の移動経路に平行にかつ同期した経路に沿って、非接触で移動する、請求項１３または１４記載の装置。
16. 前記受信器は干渉計である、請求項１５記載の装置。
17. 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は、前記ストリップ端部表面上を非接触で移動され、かつ、前記端部の所定の長さにわたって溶接動作に対して同期または遅延可能である、請求項１３から１６のいずれか１項記載の装置。
18. 前記パルスは、ＹＡＧ型パルスレーザにより生成され、前記第１のチャネルを通して案内され、かつ、前記第１のストリップの側の前記第１のチャネルの出力端に超音波を発生させる、請求項１３から１７のいずれか１項記載の装置。
19. 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）干渉計型の超音波受信器と結合されている、請求項１３から１８のいずれか１項記載の装置。

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