JP7398241B2 - 重ね継手の溶接検査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１部材及び第２部材の重ね合わせ部を溶接してなる溶接部を検査する装置及び方法に関する。

鉄道車両の構体等には、外板の内面に補強部材等を溶接してなる重ね継手が存在する。従来、重ね継手の溶接部の健全性検査には、超音波探傷法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。超音波探傷法では、超音波探傷子を検査対象部位に正しく接触させる必要がある。外板の内面側から溶接作業が行われる場合に外板の内面側には隆起した溶接ビードが形成されるため、外板の内面側からは超音波探傷作業を正確に行うのが難しい。そのため、外板の内面側において補強部材を外板に接合する溶接作業を一通り終わらせて構体モジュールを組み立てた後に、外板の外面側において構体モジュールの溶接部の検査を行うのが通常である。

特開２００６－１２６０６８号公報

しかし、構体モジュールの組み立て完了後の検査において溶接不良が発見されると、補修作業が困難な場合がある。例えば、溶接不良箇所が複数の補強部材が立体的に重ねられた場所に存在する状況等では、補修作業が困難を極め、最悪の場合には構体モジュールを廃棄して始めからやり直さねばならない。

そこで本発明は、溶接不良の発生時における補修コストを低減することを目的とする。

本発明の一態様に係る重ね継手の溶接検査装置は、第１部材及び第２部材を互いに重ね合わせた状態で前記第１部材及び前記第２部材の重ね合わせ部を前記第２部材側から溶接してなる溶接部を検査する装置であって、前記重ね合わせ部の前記第２部材側から前記溶接部の温度を計測する温度計測装置と、前記温度計測装置に接続された演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において前記温度計測装置により計測された温度を記録する温度記録部と、前記記録された温度に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する健全性判定部と、を有する。

本発明の一態様に係る重ね継手の溶接検査方法は、第１部材及び第２部材を互いに重ね合わせた状態で前記第１部材及び前記第２部材の重ね合わせ部を前記第２部材側から溶接し、前記重ね合わせ部に溶接部を形成する溶接工程と、前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において、前記重ね合わせ部の前記第２部材側から前記溶接部の温度を計測する温度計測工程と、前記計測された温度に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する健全性判定工程と、を備える。

前記装置及び方法によれば、溶接の接合状態の違いにより溶接後の放熱状況が変わる現象を利用し、冷却途中（放熱中）における溶接部の温度から溶接部の冷却進行度を把握し、その冷却進行度が健全時に比べて遅いと判断される場合には未接合又は接合不十分の不良があると判定できるので、簡単に溶接部の健全性を判定できる。そして、第１部材及び第２部材の重ね合わせ部の第２部材側（即ち、溶接作業を行う側と同じ側）から溶接検査を行うことができる。そのため、製品の組み立て完了（一連の溶接作業の完了）を待たずに溶接作業に並行して検査を行うことができ、溶接不良の発生時における補修を容易に行うことができる。

本発明によれば、溶接不良の発生時における補修コストを低減できる。

図１は、重ね継手を含む構体の内面側から見た斜視図である。 図２は、重ね継手の溶接検査装置のブロック図である。 図３は、図２の演算処理装置のブロック図である。 図４（Ａ）は、溶接部の健全箇所の断面図である。図４（Ｂ）は、溶接部の不良箇所の断面図である。 図５（Ａ）は、溶接開始から冷却完了までの溶接部の温度の時系列データを示すグラフある。図５（Ｂ）は、図４（Ａ）における健全データと不良データとの間の温度差の時系列データを示すグラフである。 図６（Ａ）は、計測タイミングにおける溶接部の健全箇所の温度分布を示す熱画像である。図６（Ｂ）は、計測タイミングにおける溶接部の不良箇所の温度分布を示す熱画像である。図６（Ｃ）は、計測タイミングにおける溶接部のスパッタ付き健全箇所の温度分布を示す熱画像である。 図７は、溶接部を横断する幅方向の温度分布を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、重ね継手を含む構体１の内面側から見た斜視図である。図１に示すように、構体１は、例えば、鉄道車両や船舶や航空機等のボディである。構体１は、例えば、外板２と、外板２に溶接される横骨３と、外板２から離間した状態で横骨３に溶接される縦骨４とを備える。即ち、横骨３及び縦骨４は、外板２を補強する補強部材である。横骨３及び縦骨４は、例えば、断面ハット形状を有する長尺部材である。具体的には、横骨３及び縦骨４は、断面Ｕ状の本体部３ａ，４ａと、本体部３ａ，４ａからフランジ状に突出した一対のフランジ部３ｂ，４ｂと、を有する。

外板２の内面には、互いに平行な複数の横骨３のフランジ部３ｂが重ねられる。外板２と横骨３のフランジ部３ｂとで構成される重ね合わせ部には、横骨３側（室内側）からレーザー溶接を行うことで溶接部Ｗ１が形成され、フランジ部３ｂが外板２に接合される。縦骨４は、複数の横骨３に交差するように配置される。縦骨４のフランジ部４ｂは、横骨３の本体部３ａのうち外板２から離間した頭部（フランジ部３ｂとは反対側の部分）に重ねられる。横骨３と縦骨４とで構成される重ね合わせ部には、縦骨４側からレーザー溶接を行うことで溶接部Ｗ２が形成され、縦骨４が横骨３に接合される。

即ち、外板２と横骨３のフランジ部３ｂとが溶接により重ね継手を構成し、横骨３の本体部３ａの頭部と縦骨４のフランジ部４ｂとが溶接により重ね継手を構成する。構体１の内面側（室内側）から見て、外板２と横骨３との溶接部Ｗ１の少なくとも一部は、縦骨４により覆われており、溶接部Ｗ１のうち縦骨４で覆われた部分には構体１の内面側からアクセスしにくい構成になっている。

なお、構体１の構造は、これに限られず、重ね継手を含む構造であれば他の構造でもよい。例えば、横骨３及び／又は縦骨４の形状は、断面ハット形状に限られず、他の形状（例えば、断面Ｚ形状）でもよい。溶接部Ｗ１，Ｗ２の形状は、ライン形状に限られず、スポット状でもよい。溶接法は、レーザー溶接法に限られず、重ね合わせ部の一方面側から熱を付与するものであれば他の溶接法でもよい。構体１は、横骨３又は縦骨４の一方が無いものとしてもよい。

図２は、重ね継手の溶接検査装置２０のブロック図である。図２では、図１を参照して前述した外板２及び横骨３で構成された重ね合わせ部や横骨３と縦骨４とで構成された重ね合わせ部を、第１部材１１及び第２部材１２で構成された重ね合わせ部１０として一般化して説明する。溶接検査装置２０は、フレーム２１、溶接装置２２、赤外線カメラ２３（温度計測装置）、マーカー装置２４、移動装置２５、演算処理装置２６、ユーザ入力装置２７、表示装置２８等を備える。

フレーム２１は、溶接装置２２と赤外線カメラ２３とマーカー装置２４とを支持する。即ち、赤外線カメラ２３及びマーカー装置２４は、フレーム２１を介して溶接装置２２と一体化されている。これにより、溶接装置２２、赤外線カメラ２３及びマーカー装置２４は、互いに一体的に移動することになる。

溶接装置２２は、第１部材１１及び第２部材１２の重ね合わせ部に第２部材１２側から溶接を行う。溶接装置２２は、例えばレーザー溶接機であり、第２部材１２側からレーザー光を照射することでライン状の溶接部Ｗを形成する。なお、溶接装置２２は、レーザー溶接機以外の溶接機でもよく、溶接部Ｗの形状はスポット状でもよい。

赤外線カメラ２３は、溶接部Ｗ及びその近傍を第２部材１２側（溶接装置２２と同じ側）から撮影し、温度分布が示される熱画像（サーモグラフィ）を取得する。即ち、赤外線カメラ２３は、溶接部Ｗの温度とともに溶接部Ｗに隣接した非溶接部の温度も非接触で計測する。なお、温度計測装置は、赤外線カメラ２３のように面計測せずに、線計測又は点計測するものでもよい。温度計測装置は、赤外線カメラ２３に限られず、他の種類のもの（例えば、熱電対等）が用いられてもよい。

赤外線カメラ２３は、溶接進行方向Ｘにおいて溶接装置２２のレーザー照射箇所Ｌ（溶接熱が付与される箇所）の後方領域を温度計測領域Ａとし、その計測領域Ａの温度を計測するように配置されている。これにより、赤外線カメラ２３は、溶接装置２２により溶接部Ｗが形成されてから溶接部Ｗの冷却が完了するまでの間の冷却途中の溶接部Ｗの温度を計測するように配置されている。

マーカー装置２４は、溶接部Ｗのうち不良箇所Ｗ_f（未接合箇所）のロケーションを認識可能な目印Ｍを付すための装置である。マーカー装置２４は、溶接進行方向Ｘにおいて赤外線カメラ２３の温度計測領域Ａの後方領域に目印Ｍを付与可能に配置されている。マーカー装置２４は、例えば、インクジェットプリンタ又はレーザーマーカーである。なお、溶接検査装置２０は、マーカー装置２４を備えていなくてもよい。

移動装置２５は、フレーム２１を溶接進行方向Ｘに移動させるアクチュエータである。移動装置２５は、例えば多関節ロボットであるが、これに限られず他のもの（例えば、移動テーブル）でもよい。移動装置２５がフレーム２１を溶接進行方向Ｘに移動させることで、溶接装置２２と赤外線カメラ２３とマーカー装置２４とが一体に溶接進行方向Ｘに移動することになる。即ち、赤外線カメラ２３及びマーカー装置２４は、溶接装置２２と同期して移動するように構成されている。なお、移動装置２５は、溶接装置２２と赤外線カメラ２３とマーカー装置２４との群が静止した状態で第１部材１１と第２部材１２との群を移動させるものとしてもよい。

演算処理装置２６は、溶接装置２２、赤外線カメラ２３、マーカー装置２４、移動装置２５、入力装置２７及び表示装置２８に接続されている。入力装置２７は、ユーザの操作又は外部の制御信号に応じて、演算処理装置２６に溶接開始の信号等を入力する。表示装置２８は、演算処理装置２６からの出力に基づいてユーザが視認可能な表示画面を提供する。

図３は、図２の演算処理装置２６のブロック図である。図３に示すように、演算処理装置２６の入力側には、入力装置２７及び赤外線カメラ２３が接続されている。演算処理装置２６の出力側には、溶接装置２２、移動装置２５、マーカー装置２４及び表示装置２８が接続されている。演算処理装置２６は、ハードウェア面において、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。演算処理装置２６は、ソフトウェア面において、溶接制御部３０、温度記録部３１、健全性判定部３２及びマーキング出力部３３を有する。溶接制御部３０、健全性判定部３２及びマーキング出力部３３は、不揮発性メモリに保存されたプログラムに基づいてプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで実現される。温度記録部３１は、揮発性メモリ等で実現される。

溶接制御部３０は、入力装置２７から入力される溶接開始指令に応じて、溶接装置２２及び移動装置２５を制御する。具体的には、溶接制御部３０は、フレーム２１（溶接装置２２、赤外線カメラ２３及びマーカー装置２４）を重ね合わせ部１０に対して溶接進行方向Ｘに移動させるように移動装置２５を制御しながら、重ね合わせ部１０の溶接予定箇所にレーザー光を照射させるように溶接装置２２を制御する。

温度記録部３１は、赤外線カメラ２３に撮影された熱画像（サーモグラフィ）のうち、溶接部Ｗを横断するライン（図６の温度記録ラインＲＬ）上の温度分布を記録する。即ち、温度記録部３１は、当該熱画像のうち溶接部Ｗの長手方向に交差する幅方向の温度分布を記録する。本実施形態では、温度記録部３１が記録する温度分布には、溶接部Ｗの温度だけでなく溶接部Ｗに隣接した非溶接部の温度も含まれる。

健全性判定部３２は、温度記録部３１に記録された温度に関するデータに基づいて、溶接部Ｗの健全性を判定する。この「温度に関するデータ」は、溶接部Ｗの形成後かつ冷却完了前の冷却途中における溶接部Ｗの温度から把握される溶接部Ｗの冷却進行度を示すデータであり、健全性判定部３２は、後述するように溶接部Ｗの冷却進行度によって溶接部Ｗの健全性を判定する。健全性判定部３２は、温度記録部３１に記録された温度に関するデータが所定の高温条件を満たす場合に、溶接部Ｗに不良箇所Ｗ_f（未接合箇所）が発生したと判定する。

マーキング出力部３３は、健全性判定部３２が溶接部Ｗに不良箇所Ｗ_fがあると判定すると、重ね合わせ部１０における不良箇所Ｗ_fのロケーションを認識可能な情報を提示するための出力を行う。具体的には、マーキング出力部３３は、重ね合わせ部１０における不良箇所Ｗ_fの近傍に目印Ｍを付ける制御信号をマーカー装置２４に出力する。また、マーキング出力部３３は、重ね合わせ部１０における不良箇所Ｗ_fのロケーションを画面上で把握できる情報をユーザに提示する表示情報を表示装置２８に出力する。なお、マーキング出力部３３の出力先は、マーカー装置２４及び表示装置２８の両方でなくてもよく、マーカー装置２４又は表示装置２８の一方のみでもよい。また、マーキング出力部３３は、不良箇所Ｗ_fのロケーションを認識可能な情報を記憶装置に出力し、検査記録を生成する構成としてもよい。

図４（Ａ）は、溶接部Ｗの健全箇所Ｗｈの断面図である。図４（Ｂ）は、溶接部Ｗの不良箇所Ｗ_fの断面図である。図４（Ａ）に示すように、溶接部Ｗの健全箇所Ｗ_hでは、溶接部Ｗが第２部材１２だけでなく第１部材１１にも十分に到達しているため、溶接部Ｗが形成されてから大気中で冷却される際には、放熱経路（図４（Ａ）中の矢印）が第２部材１２だけでなく第１部材１１にも形成される。即ち、健全状態の溶接部Ｗの熱は、第１部材１１及び第２部材１２の両方を介して大気に放出されるため、冷却速度が速くなる。

他方、図４（Ｂ）に示すように、溶接部Ｗの不良箇所Ｗ_f（未接合箇所）では、溶接部Ｗが第１部材１１に十分に到達していないため、溶接部Ｗが形成されてから大気中で冷却される際には、放熱経路（図４（Ｂ）中の矢印）が第１部材１１に形成されにくい。即ち、不良状態の溶接部Ｗの熱は、第１部材１１を介して大気に放出されにくく、主に第２部材１２を介して大気に放出されるため、冷却速度が遅くなる。

図５（Ａ）は、溶接開始から冷却完了までの溶接部Ｗの温度の時系列データを示すグラフある。図５（Ｂ）は、図４（Ａ）における健全データと不良データとの間の温度差の時系列データを示すグラフである。図５（Ａ）に示すように、溶接開始前における重ね合わせ部１０の溶接予定箇所の温度をＴ₀とする。当該箇所の温度は溶接開始（時刻ｔ₀）から溶接終了（時刻ｔ₁）まで急上昇して溶接部Ｗが形成される。その後は、放熱により溶接部Ｗの温度が徐々に低下し、元の温度Ｔ₀に戻った時点で冷却が完了する。

その際、不良箇所Ｗ_fの冷却完了に要する時間（時刻ｔ₁から時刻ｔ₅まで）は、健全箇所Ｗ_hの冷却完了に要する時間（時刻ｔ₁から時刻ｔ₄まで）よりも長くなる。即ち、不良箇所Ｗ_fの冷却速度が健全箇所Ｗ_hの冷却速度よりも遅いために、冷却途中では、不良箇所Ｗ_fの温度と健全箇所Ｗ_hの温度との間に温度差ΔＴが生じる（図５（Ｂ）も参照）。そこで、溶接終了（時刻ｔ₁）を基点として、温度差ΔＴが所定値ΔＴ₁より大きくなると見込まれる期間（時刻ｔ₂から時刻ｔ₃まで）内の所定の時期（時刻ｔ_m）に温度の計測タイミングを設定する。

その点、図２の溶接検査装置２０においては、レーザー照射箇所Ｌから温度計測領域Ａまでの距離と、溶接装置２２及び赤外線カメラ２３の移動速度とによって、溶接終了（時刻ｔ₁）を基点とした計測タイミングが決定される。言い換えると、温度の計測タイミングが溶接終了（時刻ｔ₁）を基点として所定の時期（時刻ｔ_m）に設定されるように、レーザー照射箇所Ｌから温度計測領域Ａまでの距離と、溶接装置２２及び赤外線カメラ２３の移動速度とが決定される。

図６（Ａ）は、計測タイミング（時刻ｔ_m）における溶接部Ｗの健全箇所Ｗ_hの温度分布を示す熱画像である。図６（Ｂ）は、計測タイミング（時刻ｔ_m）における溶接部Ｗの不良箇所Ｗ_fの温度分布を示す熱画像である。図６（Ｃ）は、計測タイミング（時刻ｔ_m）における溶接部ＷのスパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hの温度分布を示す熱画像である。なお、温度記録部３１（図３参照）は、熱画像において溶接部Ｗの長手方向に交差して延びた温度記録ラインＲＬ上の温度情報を記録する。なお、レーザー照射箇所Ｌと温度計測領域Ａとの間の位置関係が固定され、かつ、熱画像中における温度記録ラインＲＬの位置が固定されているので、レーザー照射箇所Ｌと温度記録ラインＲＬとの間の位置関係は固定されている。

図６（Ａ）に示すように、計測タイミング（時刻ｔ_m）における溶接部Ｗの健全箇所Ｗ_hでは、溶接後の冷却速度が速いために、温度が大きく低下している。他方、図６（Ｂ）に示すように、計測タイミング（時刻ｔ_m）における溶接部Ｗの不良箇所Ｗ_fでは、溶接後の冷却速度が遅いために、温度が大きくは低下していない。また、図６（Ｃ）に示すように、溶接部Ｗの健全箇所Ｗ_hにスパッタＳが付着する場合がある。スパッタＳは、溶接中に飛散した溶融金属の微粒子であり、冷却が進んだ健全箇所Ｗ_hの温度よりも高温となり得る。これらの現象の違いを更に図７を用いて説明する。

図７は、溶接部Ｗを横断する幅方向（温度記録ラインＲＬ上）の温度分布を示すグラフである。図７に示すように、健全箇所Ｗ_hの温度分布（二点鎖線）では、その最大温度が所定の最大温度閾値Ｔ_aよりも低い。他方、不良箇所Ｗ_fの温度分布（実線）では、その最大温度が最大温度閾値Ｔ_aよりも高い。

よって、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における最大温度が最大温度閾値Ｔ_a以下である場合には、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定できる。他方、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における最大温度が最大温度閾値Ｔ_aを超えている場合には、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定できる。

但し、スパッタＳが付着した健全箇所Ｗ_hの温度分布（一点鎖線）では、スパッタＳの温度が最大温度閾値Ｔ_aよりも高くなる。そのため、スパッタＳのような外乱の影響を考慮する必要がある場合には、最大温度以外のパラメータを健全性判定に用いる必要がある。

以下、最大温度以外に健全性判定に用いることができるパラメータについて説明する。図７に示すように、不良箇所Ｗ_fの温度分布（実線）では、基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅Ｄ１が大きい。他方、健全箇所Ｗ_hの温度分布（二点鎖線）では、基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅がゼロである（温度分布の全体が基準温度閾値Ｔ_aを超えていない）。また、スパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hの温度分布（一点鎖線）では、基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅Ｄ２が小さい。

よって、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅が所定の幅閾値Ｄ_a以下である場合には（Ｄ１＞Ｄ_a＞Ｄ２）、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定できる。他方、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅が所定の幅閾値Ｄ_aを超えている場合には、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定できる。即ち、健全箇所Ｗ_hにスパッタＳが付着した場合であっても、スパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hを正しく健全箇所Ｗ_hであると判定できる。なお、基準温度閾値Ｔ_aを最大温度閾値Ｔ_aと同じ値として説明したが、それらは互いに異なる値でもよい。

また、図７に示すように、不良箇所Ｗ_fの温度分布（実線）では、温度積分値Ｉ１が大きい。他方、健全箇所Ｗ_hの温度分布（二点鎖線）では、温度積分値Ｉ２が小さい。また、スパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hの温度分布（一点鎖線）でも、温度積分値は小さい（温度積分値Ｉ２よりも若干大きいだけである。）。

よって、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における温度積分値が所定の積分閾値Ｉ_a以下である場合には（Ｉ１＞Ｉ_a＞Ｉ２）、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定できる。他方、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における温度積分値が積分閾値Ｉ_aを超えている場合には、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定できる。即ち、健全箇所Ｗ_hにスパッタＳが付着した場合であっても、スパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hを正しく健全箇所Ｗ_hであると判定できる。

また、図７に示すように、不良箇所Ｗ_fの温度分布（実線）は、健全箇所Ｗ_hの温度分布（二点鎖線）及びスパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hの温度分布（一点鎖線）とは分布形状（グラフの曲線形状）が異なる。よって、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布の分布形状（グラフの曲線形状）に基づいて、その判定対象箇所が不良箇所Ｗ_fであるか健全箇所Ｗ_hであるかを判定できる。例えば、健全箇所Ｗ_hの温度分布（一点鎖線）の最大勾配Ｇ２は、不良箇所Ｗ_fの温度分布（実線）の最大勾配Ｇ１よりも小さい。他方、スパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hの温度分布（一点鎖線）の最大勾配Ｇ３は、不良箇所Ｗ_fの温度分布（実線）の最大勾配Ｇ１よりも大きい。

よって、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布の最大勾配が所定の勾配範囲Ｇ_a内である場合には、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定できる。他方、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布の最大勾配が勾配範囲Ｇ_a外である場合には、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定できる。即ち、健全箇所Ｗ_hにスパッタＳが付着した場合であっても、スパッタＳ付き健全箇所Ｗ_hを正しく健全箇所Ｗ_hであると判定できる。なお、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布に基づく健全性判定に最大勾配を用いる態様を説明したが、その他の態様（例えば、人工知能等を用いたパターン認識等）により分布形状の違いを判定してもよい。

以下、図２，３及び７等を適宜参照しながら溶接検査装置２０による検査方法について説明する。入力装置２７から溶接開始の信号が演算処理装置２６に入力されると、溶接制御部３０が溶接装置２２を制御して重ね合わせ部１０をレーザー溶接しながら（溶接工程）、移動装置２５を制御して溶接装置２２、赤外線カメラ２３及びマーカー装置２４を溶接進行方向Ｘに移動させる。その際、赤外線カメラ２３は、レーザー照射箇所Ｌの後方の温度計測領域Ａを撮影し、溶接後の冷却途中の溶接部Ｗの温度計測を行う（温度計測工程）。

温度記録部３１は、溶接装置２２が溶接しながら移動装置２５が駆動している最中、赤外線カメラ２３で撮影された熱画像のうち温度記録ラインＲＬ上の温度分布を記録し続ける。健全性判定部３２は、温度記録部３１に記録された温度に関するデータに基づいて、溶接部Ｗの健全性を判定する（健全性判定工程）。

具体的には、健全性判定部３２は、溶接部Ｗの判定対象箇所（溶接進行方向Ｘの特定位置）の（温度記録ラインＲＬ上の）温度分布における最大温度が最大温度閾値Ｔ_a以下である場合に、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定し、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における最大温度が最大温度閾値Ｔ_aを超えている場合に、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定する。その際、健全性判定部３２は、図７の温度分布において低温側に収束した部分の温度、即ち、図７の温度分布における非溶接部の温度Ｔ₀（母材温度）をゼロ点温度とし溶接部Ｗの健全性を判定してもよい。

具体的には、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における最大温度をＴとした場合に、［Ｔ－Ｔ₀］の値が［Ｔ_a－Ｔ₀］の値以下である場合に、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定し、［Ｔ－Ｔ₀］の値が［Ｔ_a－Ｔ₀］の値を超えている場合に、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定することで、気温変化に伴う母材温度の変化の影響を受けることなく、最大温度による健全性判定を行うことができる。

健全性判定部３２は、このような最大温度を判定パラメータとした健全性判定に代えて又は加えて、以下のように温度分布における高温度幅、温度積分値及び分布形状の少なくとも１つの判定パラメータを用いて健全性判定することができる。なお、これら判定パラメータにおいても、上記同様に、図７の温度分布における非溶接部の温度Ｔ₀（母材温度）をゼロ点温度とし、温度分布上の全点において母材温度Ｔ₀との差分をとり、当該差分値を用いて溶接部Ｗの健全性を判定するとよい。

具体的には、健全性判定部３２は、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における基準温度閾値Ｔ_a（例えば、母材温度Ｔ₀に所定の差分値を足した値）を超えた温度を有する領域の幅（高温度幅）が所定の幅閾値Ｄ_a以下である場合に、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定し、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅が所定の幅閾値Ｄ_aを超えている場合に、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定してもよい。

また、健全性判定部３２は、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における温度積分値（例えば、計測された温度分布の各値から母材温度Ｔ₀を引いた各値からなる分布の積分値）が所定の積分閾値Ｉ_a以下である場合に、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定し、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における温度積分値が積分閾値Ｉ_aを超えている場合に、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定してもよい。

また、健全性判定部３２は、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布の最大勾配が所定の勾配範囲Ｇ_a内である場合に、その判定対象箇所は不良箇所Ｗ_fと判定し、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布の最大勾配が勾配範囲Ｇ_a外である場合に、その判定対象箇所は健全箇所Ｗ_hと判定してもよい。

以上のように、溶接部Ｗの判定対象箇所の温度分布における最大温度・高温度幅・温度積分値・分布形状が、判定対象箇所の冷却進行度を示すデータである。健全性判定部３２は、その冷却進行度を示すデータが所定の冷却遅延条件を満たす場合、即ち、温度記録部３１に記録された温度分布が所定の高温条件を満たす場合に、溶接部Ｗに不良箇所Ｗ_f（未接合箇所）が発生したと判定する。

マーキング出力部３３は、健全性判定部３２が溶接部Ｗに不良箇所Ｗ_fがあると判定すると、マーカー装置２４を制御して重ね合わせ部１０における不良箇所Ｗ_fの近傍に目印Ｍを付けさせる（マーキング出力工程）。また、マーキング出力部３３は、健全性判定部３２が溶接部Ｗに不良箇所Ｗ_fがあると判定すると、表示装置２８を制御して重ね合わせ部１０における不良箇所Ｗ_fのロケーションを画面表示させる。なお、マーカー装置２４又は表示装置２８のいずれか一方はなくてもよい。

以上に説明した構成によれば、冷却途中における溶接部Ｗの温度から溶接部Ｗの冷却進行度を把握し、その冷却進行度が健全時に比べて遅いと判断される場合には未接合の不良があると判定できるので、簡単に溶接部Ｗの健全性を判定できる。そして、第１部材１１及び第２部材１２の重ね合わせ部１０の第２部材１２側（即ち、溶接作業を行う側と同じ側）から溶接検査を行うことができる。そのため、構体１の組み立て完了（一連の溶接作業の完了）を待たずに（縦骨４の組付け前に）、溶接作業に並行して検査を行うことができ、溶接不良の発生時における補修を容易に行うことができる。よって、溶接不良の発生時における補修コストを低減できる。

また、赤外線カメラ２３は、溶接部Ｗに対して非接触で温度計測するため検査時間を短縮できる。即ち、従来の超音波探傷法では、重ね合わせ部１０の溶接部Ｗに対して小さなエリアごとに順番に超音波探傷子を当てて検査する必要があり、検査に要する時間が長くなっていた。しかし、本実施形態の構成によれば、溶接部Ｗの温度が非接触にて瞬時に計測されて検査時間が短縮でき、かつ、連続的な全数検査を溶接施工中に実施できるため、検査のための追加作業時間を削減でき、かつ、検査の信頼性を向上させることができる。

また、温度記録部３１には、溶接部Ｗを横断する温度記録ラインＲＬ上の温度分布が記録され、その温度分布に基づいて健全性を判定するため、局所的に高温な健全箇所（例えば、スパッタ）を不良と誤判定することを防止できる。

また、健全性判定部３２は、温度分布における最大温度が所定の最大温度閾値Ｔ_aを超えている場合に、溶接部Ｗに不良箇所Ｗ_fがあると判定できるので、溶接部Ｗの健全性を簡易に判定できる。

また、健全性判定部３２は、温度分布において所定の基準温度閾値Ｔ_aを超えた温度を有する領域の幅（高温度幅）、温度分布における温度積分値、及び、温度分布の分布形状の少なくとも１つに基づいて、溶接部Ｗの健全性を判定できるので、局所的に高温な健全箇所（例えば、スパッタＳ）を不良と誤判定することを防止できる。

また、健全性判定部３２は、温度分布における非溶接部の温度Ｔ₀（母材温度）をゼロ点温度として溶接部Ｗの健全性を判定するので、気温変化に伴う母材温度変化という外乱の影響が抑制され、判定精度を高めることができる。

また、赤外線カメラ２３は、溶接部Ｗを形成する溶接装置２２と同期して移動するので、溶接作業に並行した検査を容易に行うことができる。

また、マーキング出力部３３は、重ね合わせ部１０における不良箇所Ｗ_fのロケーションを認識可能な情報を提示するための出力を行うので、検査終了後の補修作業を容易かつ確実に行うことができる。

１０ 重ね合わせ部
１１ 第１部材
１２ 第２部材
２０ 溶接検査装置
２２ 溶接装置
２３ 赤外線カメラ（温度計測装置）
２６ 演算処理装置
３１ 温度記録部
３２ 健全性判定部
３３ マーキング出力部
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ 溶接部
Ｗ_h 健全箇所
Ｗ_f 不良箇所

Claims (15)

1. 第１部材及び第２部材を互いに重ね合わせた状態で前記第１部材及び前記第２部材の重ね合わせ部を前記第２部材側から溶接してなる溶接部を検査する装置であって、
   前記重ね合わせ部の前記第２部材側から前記溶接部の温度を計測する温度計測装置と、
   前記温度計測装置に接続された演算処理装置と、を備え、
   前記演算処理装置は、
   前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において前記温度計測装置により計測された温度を記録する温度記録部と、
   前記記録された温度に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する健全性判定部と、を有し、
   前記健全性判定部は、前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において前記温度計測装置により計測された前記温度が所定の閾値を超えている場合に、前記溶接部に不良箇所があると判定する、重ね継手の溶接検査装置。
2. 第１部材及び第２部材を互いに重ね合わせた状態で前記第１部材及び前記第２部材の重ね合わせ部を前記第２部材側から溶接してなる溶接部を検査する装置であって、
   前記重ね合わせ部の前記第２部材側から前記溶接部の温度を計測する温度計測装置と、
   前記温度計測装置に接続された演算処理装置と、を備え、
   前記演算処理装置は、
   前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において前記温度計測装置により計測された温度を記録する温度記録部と、
   前記記録された温度に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する健全性判定部と、を有し、
   前記温度計測装置は、前記溶接部を横断する方向における前記溶接部の温度分布を計測するように構成されており、
   前記温度記録部は、前記温度計測装置により計測された前記温度分布を記録し、
   前記健全性判定部は、前記計測された温度分布に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する、重ね継手の溶接検査装置。
3. 前記健全性判定部は、前記温度分布における最大温度が所定の最大温度閾値を超えている場合に、前記溶接部に不良箇所があると判定する、請求項２に記載の重ね継手の溶接検査装置。
4. 前記健全性判定部は、
   前記温度分布において所定の基準温度閾値を超えた温度を有する領域の幅、
   前記温度分布における温度積分値、及び、
   前記温度分布の分布形状、
   の少なくとも１つに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する、請求項２又は３に記載の重ね継手の溶接検査装置。
5. 前記温度計測装置は、前記溶接部の温度とともに前記溶接部に隣接した非溶接部の温度も計測するように構成されており、
   前記健全性判定部は、前記計測された温度分布における前記非溶接部の温度をゼロ点温度として前記溶接部の健全性を判定する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査装置。
6. 前記温度計測装置は、前記溶接部に対して非接触の状態で前記溶接部の温度を計測するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査装置。
7. 前記温度計測装置は、前記溶接部を形成する溶接装置と同期して移動するように構成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査装置。
8. 前記演算処理装置は、前記健全性判定部が前記溶接部に不良箇所があると判定すると、前記重ね合わせ部における前記不良箇所のロケーションを認識可能な情報を提示するための出力を行うマーキング出力部を更に有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査装置。
9. 第１部材及び第２部材を互いに重ね合わせた状態で前記第１部材及び前記第２部材の重ね合わせ部を前記第２部材側から溶接し、前記重ね合わせ部に溶接部を形成する溶接工程と、
   前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において、前記重ね合わせ部の前記第２部材側から前記溶接部の温度を計測する温度計測工程と、
   前記計測された温度に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する健全性判定工程と、を備え、
   前記健全性判定工程では、前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において温度計測装置により計測された前記温度が所定の閾値を超えている場合に、前記溶接部に不良箇所があると判定する、重ね継手の溶接検査方法。
10. 第１部材及び第２部材を互いに重ね合わせた状態で前記第１部材及び前記第２部材の重ね合わせ部を前記第２部材側から溶接し、前記重ね合わせ部に溶接部を形成する溶接工程と、
    前記溶接部が形成されてから前記溶接部の冷却が完了するまでの間の冷却途中において、前記重ね合わせ部の前記第２部材側から前記溶接部の温度を計測する温度計測工程と、
    前記計測された温度に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する健全性判定工程と、を備え、
    前記温度計測工程では、前記溶接部を横断する方向における前記溶接部の温度分布を計測し、
    前記健全性判定工程では、前記計測された温度分布に関するデータに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する、重ね継手の溶接検査方法。
11. 前記健全性判定工程では、前記温度分布における最大温度が所定の最大温度閾値を超えている場合に、前記溶接部に不良箇所があると判定する、請求項１０に記載の重ね継手の溶接検査方法。
12. 前記健全性判定工程では、
    前記温度分布において所定の基準温度閾値を超えた温度を有する領域の幅、
    前記温度分布における温度積分値、及び、
    前記温度分布の分布形状、
    の少なくとも１つに基づいて、前記溶接部の健全性を判定する、請求項１０又は１１に記載の重ね継手の溶接検査方法。
13. 前記温度計測工程では、前記溶接部の温度とともに前記溶接部に隣接した非溶接部の温度も計測し、
    前記健全性判定工程では、前記計測された温度分布における前記非溶接部の温度をゼロ点温度として前記溶接部の健全性を判定する、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査方法。
14. 前記温度計測工程では、前記溶接部に対して非接触の状態で前記溶接部の温度を計測する、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査方法。
15. 前記健全性判定工程で前記溶接部に不良箇所があると判定されると、前記重ね合わせ部における前記不良箇所のロケーションを認識可能な情報を提示するための出力を行うマーキング出力工程を更に備える、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の重ね継手の溶接検査方法。

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