專利名稱：焊接系統(tǒng)及焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用激光超聲技術(shù)的焊接系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
焊接是結(jié)構(gòu)制造必不可少的技術(shù)，而且隨著當(dāng)代技術(shù)的進(jìn)步，焊接可用于由通常難以焊接的材料制成的對(duì)象，或者具有通常難以焊接的形狀的對(duì)象。同時(shí)，當(dāng)使用先進(jìn)焊接技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)一旦根據(jù)檢查結(jié)果確定存在焊接缺陷，通常無法輕易對(duì)其進(jìn)行重新焊接。 因此，由于焊接缺陷造成的對(duì)工藝或成本的影響日益增加。在此情況下，為保證焊接結(jié)構(gòu)的可靠性，檢查(inspection)技術(shù)(JIS Z3060 :Method for ultrasonic examination for welds of ferritic steel (非專利文獻(xiàn)1)和由日本焊接協(xié)會(huì)編著、于1986年12月20日出版的“Basics of welding technology”(非專利文獻(xiàn)2)，在此以引用的方式結(jié)合其全部?jī)?nèi)容)的重要性比以前更高了。如上所述，當(dāng)根據(jù)焊接之后的質(zhì)量檢查的結(jié)果確認(rèn)在諸如厚板焊接的技術(shù)上困難的焊接中出現(xiàn)焊接缺陷時(shí)，重新焊接所需的成本和構(gòu)造周期明顯增加。因此，期望檢查不是在焊接操作之后而是在焊接操作期間進(jìn)行。根據(jù)檢查結(jié)果，可以改變焊接條件，或者可以將重新焊接及時(shí)反饋給焊接處理。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這一過程，則可以顯著地降低重新焊接的成本。此外，在檢查是在焊接之后進(jìn)行的情況下，如果被焊接對(duì)象尺寸很大，則可能出現(xiàn)冷卻該對(duì)象需要超過半天的情況，使得無法在焊接之后立即進(jìn)行檢查。因此，直到開始檢查之前的時(shí)間被浪費(fèi)了。日本專利申請(qǐng)公開號(hào)No. 2001-71139 (專利文獻(xiàn)1)或日本專利申請(qǐng)公開號(hào) No. 2002-71649 (專利文獻(xiàn)2)(在此通過弓|用的方式結(jié)合其全部?jī)?nèi)容)提出了一種在焊接操作期間檢查焊接質(zhì)量的技術(shù)，作為解決以上問題的方法。然而，這些系統(tǒng)使用一種探針，該探針接觸被焊接對(duì)象的表面，用以將超聲波發(fā)射到對(duì)象上或接收來自對(duì)象的超聲波。在這些方法中，需要諸如甘油或水的接觸介質(zhì)，以允許超聲探針接觸被焊接對(duì)象的表面，這使得后處理變得復(fù)雜。另外，在被焊接對(duì)象具有很高溫度的情況下，需要用于防止探針損壞的特殊機(jī)構(gòu)。日本專利申請(qǐng)公開號(hào)No. 2007-90435 (專利文獻(xiàn)3，在此通過引用的方式結(jié)合其全部?jī)?nèi)容)提出了一種系統(tǒng)，其中超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)附接到焊接機(jī)構(gòu)以監(jiān)測(cè)焊接操作。在此系統(tǒng)中，超聲探針未制作成接觸被焊接對(duì)象，而是設(shè)置在焊接機(jī)構(gòu)中，由此不必考慮被焊接對(duì)象的溫度。然而，在此系統(tǒng)中，必須將超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)直接設(shè)置在焊接機(jī)構(gòu)中，這需要對(duì)現(xiàn)有的焊接裝置進(jìn)行改造，且將可應(yīng)用的焊接方法限制為點(diǎn)焊或其類似方法。因此，在此系統(tǒng)中，難以執(zhí)行多樣化的焊接，諸如對(duì)接焊/坡口焊。這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)不是直接檢測(cè)諸如在實(shí)際焊接中由不良焊接部產(chǎn)生的反射回波的指示，而是檢測(cè)超聲信號(hào)的變化，因此不能識(shí)別不良焊接部。因此，這一系統(tǒng)不適用于修補(bǔ)特定的焊接部。為了克服以上問題，已經(jīng)嘗試應(yīng)用實(shí)現(xiàn)非接觸檢查的激光超聲技術(shù)。例如，在日本專利申請(qǐng)公開號(hào)No.2007-57485(專利文獻(xiàn)4，在此以引用的方式結(jié)合其全部?jī)?nèi)容)中，能夠以非接觸方式進(jìn)行測(cè)量的激光超聲方法用于檢測(cè)焊接部中的焊接缺陷或氣孔。然而，專利文獻(xiàn)4的方法是基于在焊接完成之后執(zhí)行檢查的假設(shè)，因而難以應(yīng)用于過程中 (in-processing)檢查。盡管日本專利申請(qǐng)公開號(hào)No. Hll-101632 (專利文獻(xiàn)5，在此通過引用的方式結(jié)合其全部?jī)?nèi)容)提出了過程中測(cè)量，但該測(cè)量是針對(duì)被焊接對(duì)象的厚度、其中的相位變化位置、或焊接期間的成分變化，而不是針對(duì)焊接缺陷檢查。另外，在焊接期間并未進(jìn)行反饋，因此如果出現(xiàn)焊接缺陷，需要進(jìn)行重新焊接操作。此外，專利文獻(xiàn)4和5未描述任何有關(guān)對(duì)激光照射表面狀態(tài)的影響，這是激光超聲方法中出現(xiàn)的問題。當(dāng)被焊接對(duì)象在焊接時(shí)被過度加熱，被焊接對(duì)象被氧化，導(dǎo)致激光照射表面的狀態(tài)無規(guī)律地變化。類似地，由于在焊接時(shí)的濺射物或散射物，諸如煙塵，被焊接對(duì)象表面的狀態(tài)改變。此外，專利文獻(xiàn)4公開了一種將用于發(fā)射超聲波到對(duì)象上或接收來自對(duì)象的超聲波的激光照射到被焊接金屬上的技術(shù)。在諸如專利文獻(xiàn)4中作為示例的實(shí)質(zhì)上沒有形成焊珠(welding bead)的點(diǎn)焊的焊接中，在發(fā)射/接收超聲波時(shí)幾乎未出現(xiàn)靈敏度的降低或變化；然而，在進(jìn)行掃描或多層焊接時(shí)會(huì)形成焊珠，并且由于所形成的焊珠而引起的不規(guī)則性的微小變化或表面狀態(tài)的改變，將導(dǎo)致超聲波的靈敏度降低或變化。在激光超聲方法中，這對(duì)檢測(cè)效果產(chǎn)生了嚴(yán)重的不利影響。另外，日本專利申請(qǐng)公開號(hào)No.2007_17^8(專利文獻(xiàn)6，在此通過引用的方式結(jié)合其全部?jī)?nèi)容)公開了一種技術(shù)，其使用超聲波而不是表面波，諸如底面回波，作為使用表面波的測(cè)量中的參考信號(hào)。然而，對(duì)于兩個(gè)探針設(shè)置為橫跨焊接部的配置，或者對(duì)于底面不平滑的被檢查對(duì)象，底部回波強(qiáng)度本身用作一參數(shù)，因而不能起到參考信號(hào)的作用。

發(fā)明內(nèi)容
需要即使在被焊接對(duì)象具有高溫的情況下，實(shí)現(xiàn)在焊接期間具有穩(wěn)定發(fā)射/接收靈敏度的實(shí)時(shí)檢查，同時(shí)減少對(duì)傳統(tǒng)焊接裝置的影響。針對(duì)以上問題作出實(shí)施例，并且其目的在于提供一種焊接系統(tǒng)，其即使在被焊接對(duì)象具有高溫的情況下，也能夠在焊接期間進(jìn)行具有穩(wěn)定發(fā)射/接收靈敏度的實(shí)時(shí)檢查。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種焊接系統(tǒng)，包括焊接機(jī)構(gòu)，其在沿著焊縫相對(duì)于被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，對(duì)所述被焊接對(duì)象進(jìn)行焊接；發(fā)射激光源，其產(chǎn)生發(fā)射激光；發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)，其在焊接操作期間或焊接操作后，在與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，將由所述發(fā)射激光源產(chǎn)生的所述發(fā)射激光傳輸至所述被焊接對(duì)象的表面以進(jìn)行照射，從而產(chǎn)生發(fā)射超聲波；接收激光源，其產(chǎn)生接收激光，以利用所述接收激光照射所述被焊接對(duì)象，用以檢測(cè)由于所述發(fā)射超聲波的反射而獲得的反射超聲波；接收光學(xué)機(jī)構(gòu)， 其在焊接操作期間或焊接操作后，在與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，將由所述接收激光源產(chǎn)生的所述接收激光傳輸至所述被焊接對(duì)象的表面以進(jìn)行照射， 并收集在所述被焊接對(duì)象的所述表面上散射/反射的激光；干涉儀，其對(duì)所散射/反射的激光進(jìn)行干涉測(cè)量；以及數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)，其測(cè)量并分析由所述干涉儀獲得的超聲信號(hào)。根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種焊接方法，在沿著焊縫相對(duì)于被焊接對(duì)象移動(dòng)焊接機(jī)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)所述被焊接對(duì)象進(jìn)行焊接，所述方法包括發(fā)射超聲波產(chǎn)生步驟，用于在焊接操作期間或焊接操作后，在發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，使用由發(fā)射激光源產(chǎn)生的發(fā)射激光照射所述被焊接對(duì)象的表面的部分，以產(chǎn)生發(fā)射超聲波；反射超聲波檢測(cè)步驟，用于在焊接操作期間或焊接操作后，在接收光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，使用由接收激光源產(chǎn)生的接收激光照射所述被焊接對(duì)象的表面的部分，并收集在所述被焊接對(duì)象的所述表面上散射/反射的激光，以檢測(cè)由于所述發(fā)射超聲波的反射而獲得的反射超聲波；以及干涉測(cè)量步驟，用于對(duì)所散射/反射的激光進(jìn)行干涉測(cè)量。以下，將參考附圖描述實(shí)施例。在整個(gè)附圖中，對(duì)相似或相應(yīng)元件使用相同的附圖標(biāo)記，并且將省略多余的解釋。


圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第一實(shí)施例的方框配置圖；圖2是示出圖1中的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間位置關(guān)系的平面圖；圖3是示出使用圖1的焊接系統(tǒng)執(zhí)行的焊接方法的第一實(shí)施例的流程圖；圖4是示出使用圖1的焊接系統(tǒng)執(zhí)行的焊接方法的第一實(shí)施例的變型的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第一實(shí)施例的變型中，沿焊縫方向觀看的垂直截面圖，其示出焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間的位置關(guān)系；圖6是根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第一實(shí)施例的另一變型中，沿焊縫的方向觀看的垂直截面圖，其示出焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間的位置關(guān)系；圖7是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施的又一變型的透視圖；圖8是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例的方框配置圖；圖9是示出圖8的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)、表面改性(modification)機(jī)構(gòu)等之間位置關(guān)系的平面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第二實(shí)施例中，沿焊縫的方向觀看的垂直截面圖，其示出對(duì)于被焊接對(duì)象的表面的改性處理之前發(fā)射激光點(diǎn)周圍的部分；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第二實(shí)施例中，表面改性機(jī)構(gòu)及其周圍部分的透視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第三實(shí)施例中沿與焊縫垂直的方向觀看的截面圖，其示出表面改性機(jī)構(gòu)及其周圍部分；圖13A和13B分別為表現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第三實(shí)施例中的表面改性處理的影響的曲線圖，其具體表現(xiàn)了相對(duì)于焊接方向上的位置的返回光的強(qiáng)度分布，其中圖13A 是未進(jìn)行表面改性處理的曲線圖，圖13B是已進(jìn)行表面改性處理的曲線圖；圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第四實(shí)施例中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間位置關(guān)系的平面圖；圖15是示出圖14的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間位置關(guān)系的透視圖；圖16是示意性示出由圖14和圖15的焊接系統(tǒng)獲得的焊接部附近可視的二維截面之間位置關(guān)系的透視圖；圖17是示意性示出由圖14和圖15的焊接系統(tǒng)獲得的焊接部附近可視的三維區(qū)域的位置的透視圖18是示意性示出圖16的可視二維截面數(shù)據(jù)被處理以顯示(在預(yù)定方向上的投影)的情形的透視圖；圖19是實(shí)際的具體測(cè)量示例的視圖，其中如圖18所示的可視的二維截面數(shù)據(jù)在與焊接方向垂直的方向上投影以顯示，其示出了圖7的焊接系統(tǒng)獲得的結(jié)果(第一實(shí)施例的變型)；圖20是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第五實(shí)施例的方框配置圖；圖21是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第六實(shí)施例的方框配置圖；圖22是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第七實(shí)施例的方框配置圖；圖23是示意性示出圖22的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)、被焊接對(duì)象上的照射圖案等的平面圖；圖M是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第八實(shí)施例中保護(hù)機(jī)構(gòu)及其周圍部分的透視圖；圖25是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第九實(shí)施例的方框配置圖；圖沈是示出由圖25的焊接系統(tǒng)獲得的測(cè)量結(jié)果的示例的視圖；圖27是示出通過直接處理圖沈的測(cè)量結(jié)果而獲得的二維截面數(shù)據(jù)的示例的視圖；圖28是示出通過從圖沈的測(cè)量結(jié)果中取消toef而獲得的結(jié)果的示例的視圖；圖四是示出由圖觀的測(cè)量結(jié)果獲得的二維截面數(shù)據(jù)的示例的視圖；以及圖30是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第十實(shí)施例中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、參考信號(hào)激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)、表面改性機(jī)構(gòu)等之間位置關(guān)系的平面圖。
具體實(shí)施例方式[第一實(shí)施例]圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第一實(shí)施例的方框配置圖。圖2是示出圖1的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間位置關(guān)系的平面圖。根據(jù)第一實(shí)施例的焊接系統(tǒng)30包括用于對(duì)被焊接的對(duì)象(或工件)2進(jìn)行焊接的焊接機(jī)構(gòu)1以及控制焊接機(jī)構(gòu)1的焊接控制機(jī)構(gòu)3。被焊接對(duì)象2例如由兩個(gè)平板構(gòu)成，且兩個(gè)平板的端部對(duì)接在一起用以進(jìn)行多層焊接。焊接機(jī)構(gòu)1設(shè)計(jì)成可以沿焊縫相對(duì)被焊接對(duì)象2移動(dòng)。即，被焊接對(duì)象2可以在焊接機(jī)構(gòu)1固定的情況下被驅(qū)動(dòng)，或者相反，被焊接對(duì)象2可以在焊接機(jī)構(gòu)1被驅(qū)動(dòng)的情況下固定。焊接機(jī)構(gòu)1可以是任意類型的執(zhí)行以下焊接的機(jī)構(gòu)例如氣焊、遮蔽金屬弧焊、電渣焊、鋁熱焊、埋弧焊、惰性氣體弧焊、MAG焊、CO2弧焊、電子束焊、等離子弧焊、激光焊，或諸如熔焊的其他形式的焊接。并且，焊接機(jī)構(gòu)1可以是執(zhí)行除焊接以外的接合(卷邊或釬焊)，諸如摩擦攪拌接合的一類機(jī)構(gòu)。焊接系統(tǒng)30還包括以發(fā)射激光Ii照射被焊接對(duì)象2的發(fā)射激光源4以及以接收激光Id照射被焊接對(duì)象2的接收激光源5。用作發(fā)射激光源4和接收激光源5的激光器可以是，例如，NdiYAG激光器、CO2激光器、Er:YAG激光器、鈦藍(lán)寶石激光器、翠綠寶石激光器、紅寶石激光器、染料激光器、受激準(zhǔn)分子激光器等。激光源能夠輸出連續(xù)波或者脈沖波，并且可以單個(gè)使用或多個(gè)結(jié)合使用。在使用多個(gè)激光源的情況下，測(cè)量超聲波所需的其他部件的數(shù)量根據(jù)需要增加。焊接系統(tǒng)30還包括發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9，用于將由發(fā)射激光源4產(chǎn)生的發(fā)射激光Ii 傳輸至被焊接對(duì)象2上的給定發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi ；發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11，用于移動(dòng)發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi的位置；接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10，用于將由接收激光光源5產(chǎn)生的接收激光Id 傳輸至被焊接對(duì)象2上的給定接收激光照射點(diǎn)Pd進(jìn)行照射，并收集來自所發(fā)射的接收激光 Id的接收激光照射點(diǎn)Pd的反射/散射光Ir ；以及接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12，用于移動(dòng)接收激光照射點(diǎn)Pd的位置。發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9和接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10均由透鏡、反射鏡和光纖構(gòu)成。具體而言，在發(fā)射激光Ii照射到被焊接對(duì)象2表面上的圓形的發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi的情況下，優(yōu)選構(gòu)造該接收激光照射點(diǎn)Pd處的照射直徑落入大約0. Imm至30mm范圍內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)?？商娲?，使用圓柱形透鏡的光學(xué)系統(tǒng)用于使照射形狀成線性。在此情況下，線長(zhǎng)度優(yōu)選落入大約 Imm至IOOmm的范圍內(nèi)，且線寬度落入大約0. OOlmm至30mm的范圍內(nèi)。照射形狀不限于以上提到的一種。發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd位于焊接方向上的焊接點(diǎn)Pw之后的焊接部W的兩側(cè)，如圖1和圖2所示。發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9和接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10分別由發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12驅(qū)動(dòng)，從而與焊接機(jī)構(gòu)1 一起沿著焊縫相對(duì)于被焊接對(duì)象2移動(dòng)。焊接系統(tǒng)30還包括用于對(duì)已從超聲波U轉(zhuǎn)變的激光Ir進(jìn)行干涉測(cè)量的干涉儀6。 干涉儀6可以是Michelson干涉儀、零差干涉儀、外差干涉儀、Fizeau干涉儀、Mach Zehnder 干涉儀、Fabry Perot干涉儀、光折變干涉儀或其他激光干涉儀。也可以采用刀口法，作為不同于干涉測(cè)量的方法。以上所有干涉儀可單獨(dú)或多個(gè)一起使用。焊接系統(tǒng)30還包括數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7，用于記錄已經(jīng)通過干涉測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的超聲信號(hào)，以執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7具有記錄由干涉儀6獲得的超聲波數(shù)據(jù)的功能、分析獲得的超聲波數(shù)據(jù)的功能、記錄焊接位置和焊接條件的功能、調(diào)整激光照射位置的位置控制功能、以及記錄照射位置信息的功能。可以設(shè)想數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7可以是一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)，且上述功能有時(shí)以分布方式在多個(gè)數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7中實(shí)現(xiàn)。焊接系統(tǒng)30還包括顯示機(jī)構(gòu)8，能夠顯示由數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7獲得的檢查結(jié)果或焊接條件。顯示機(jī)構(gòu)8具有除顯示檢查結(jié)果之外的至少一個(gè)或更多功能，當(dāng)確定焊接質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)顯示報(bào)警，通過觸摸面板界面使操作緊急停止，比較仿真結(jié)果和實(shí)際數(shù)據(jù)寸。在難以確定(由于被焊接對(duì)象形狀的復(fù)雜性)根據(jù)被焊接對(duì)象的形狀獲得的超聲波形是反映出表示焊接缺陷的超聲信號(hào)，還是僅僅表示被焊接對(duì)象的形狀的超聲信號(hào)的情況下，在焊接之前、期間或之后，進(jìn)行對(duì)被焊接對(duì)象的形狀進(jìn)行仿真的超聲波傳播仿真，作為所述仿真。以下將描述如上配置的第一實(shí)施例的操作。在被焊接對(duì)象2的焊接點(diǎn)Pw處進(jìn)行焊接操作以形成焊接部W。同時(shí)，由發(fā)射激光源4發(fā)射的發(fā)射激光Ii透過發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9 并照射到被焊接對(duì)象2表面上的發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi。這時(shí)，由于對(duì)抗熱應(yīng)力或表層摩損導(dǎo)致的反作用力產(chǎn)生了超聲波U。產(chǎn)生的超聲波U包括各種模式，諸如縱向波、橫向波和表面波，在下文統(tǒng)稱為超聲波U。當(dāng)產(chǎn)生的超聲波U到達(dá)不良焊接部或被焊接對(duì)象的底面時(shí)，傳播路徑因超聲波U的反射、散射和折射而改變。同時(shí)，由接收激光源5發(fā)射的接收激光Id透過接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10并照射到被焊接對(duì)象2表面上的接收激光照射點(diǎn)Pd。此時(shí)，當(dāng)超聲波U到達(dá)接收激光照射點(diǎn)Pd時(shí)，接收激光Id經(jīng)歷振幅調(diào)制或相位調(diào)制，或者反射角變化并作為包含超聲信號(hào)分量的激光Ir被反射。具有超聲信號(hào)的激光Ir由接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10再次收集，而后傳輸至干涉儀6。具有有超聲分量的光學(xué)信號(hào)由干涉儀6轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而后由數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7存儲(chǔ)為超聲波數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7可對(duì)所獲得的超聲信號(hào)應(yīng)用平均處理、移動(dòng)平均處理、濾波、FFT (快速傅里葉變換)、小波變換、合成孔徑處理以及其他信號(hào)處理。并且，能夠利用焊接位置信息、照射位置信息、溫度信息等來校正該超聲信號(hào)。根據(jù)本實(shí)施例，可以進(jìn)行過程中焊接檢查。使用根據(jù)本實(shí)施例的焊接系統(tǒng)的焊接方法的過程將利用圖3進(jìn)行描述。圖3是示出使用根據(jù)第一實(shí)施例的焊接系統(tǒng)進(jìn)行焊接方法的示例的流程圖。如圖3所示，坡口被對(duì)準(zhǔn)(步驟Si)，被焊接對(duì)象被預(yù)熱(步驟S2)，然后進(jìn)行焊接(步驟S3)。并行地，執(zhí)行焊接檢查(步驟S4)。當(dāng)焊接檢查結(jié)果出現(xiàn)問題，局部維護(hù)和修補(bǔ)，例如去除或熔化焊接部(步驟S5)，接著再次預(yù)熱(步驟S》和焊接處理(步驟S3)。 在焊接完成而焊接檢查(步驟S4)中沒有任何問題的情況下，結(jié)束焊接(步驟S6)。在焊接結(jié)束后，被焊接對(duì)象被加熱(步驟S7)并且隨后冷卻(步驟S8)，從而完成整個(gè)操作(步驟 S9)?？捎蓴?shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7基于分析結(jié)果(例如，基于超聲信號(hào)的閥值，基于仿真結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的比較等)自動(dòng)地做出或由操作者基于顯示機(jī)構(gòu)8上的顯示做出焊接檢查 (步驟S4)中的焊接缺陷存在/不存在的確定。在局部維護(hù)和修補(bǔ)處理(步驟S5)中，在用于重新焊接的焊接操作期間，焊接位置可設(shè)定回到不良焊接部之前的位置，或在一系列焊接處理結(jié)束后僅僅對(duì)不良焊接部進(jìn)行重新焊接。并且，在局部維護(hù)和修補(bǔ)處理(步驟期間或之后，為了不產(chǎn)生焊接缺陷，可改變焊接條件。如上所述，在這個(gè)處理流程中，檢查是在焊接期間進(jìn)行的，且在根據(jù)檢查結(jié)果檢測(cè)到焊接缺陷的情況下，僅不良焊接部需要在另一焊接前進(jìn)行維護(hù)和修補(bǔ)。在傳統(tǒng)處理流程中，檢查僅能在焊接完成且施加熱處理/冷卻處理之后進(jìn)行，因此在焊道(welding pass)數(shù)量大的情況下，直到檢查開始時(shí)所需的時(shí)間非常長(zhǎng)。另外，執(zhí)行再處理成為很大的負(fù)擔(dān)。另一方面，根據(jù)本實(shí)施例，檢查可以針對(duì)每個(gè)焊道執(zhí)行或在特定數(shù)量的焊道完成后進(jìn)行，因此如果出現(xiàn)焊接缺陷，重新焊接的再處理負(fù)擔(dān)很小。并且，能夠構(gòu)造盡管發(fā)生了焊接缺陷仍可確定在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面沒問題的配置。而且，檢查不僅可以在焊接后的硬化狀態(tài)下進(jìn)行，也可在熔化狀態(tài)下進(jìn)行。圖4是示出使用第一實(shí)施例的焊接系統(tǒng)進(jìn)行的焊接方法的另一示例的流程圖。圖 4的處理流程的示例說明以下情形焊接檢查(步驟S4)結(jié)果檢測(cè)到微小(minor)焊接缺陷；由于所檢測(cè)的焊接缺陷尚可容忍，則不對(duì)焊接部W進(jìn)行局部維護(hù)和修補(bǔ)(步驟S5)；以及在焊接(步驟S3)正在繼續(xù)的同時(shí)改變焊接條件(步驟S10)。按照如下確定焊接缺陷是否尚可容忍。S卩，由于數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7執(zhí)行的分析，當(dāng)在預(yù)定區(qū)域中觀察到基于閥值確定來表示焊接缺陷的信號(hào)預(yù)定次數(shù)或更多次數(shù)，或預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度或更長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)，確定已經(jīng)發(fā)生超出可容忍范圍的焊接缺陷，而當(dāng)觀察到表示焊接缺陷的信號(hào)少于預(yù)定次數(shù)，或少于預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)，確定發(fā)生在可容忍范圍內(nèi)的焊接缺陷。同樣，在圖3的焊接檢查(步驟S4)中，當(dāng)焊接缺陷在可容忍范圍內(nèi)時(shí)，處理流程進(jìn)行到步驟S6，而當(dāng)焊接缺陷超出可容忍范圍時(shí)，處理流程進(jìn)行到步驟S5。如上所述，在圖4的處理流程的示例中，檢查結(jié)果可以反饋至焊接控制機(jī)構(gòu)3以使地當(dāng)前焊接條件變得最優(yōu)。而且，由于檢查不僅可以在焊接后的硬化狀態(tài)下進(jìn)行，而且可以在熔化狀態(tài)下進(jìn)行，因此可改變當(dāng)前的焊接條件以優(yōu)化焊接條件并設(shè)定焊接條件以消除下一焊道中的焊接缺陷。這使得即便出現(xiàn)焊接缺陷，也能夠減少了焊接操作時(shí)間和成本。如上所述，可以在焊接期間實(shí)時(shí)進(jìn)行檢查而不影響傳統(tǒng)的焊接設(shè)備，而且進(jìn)一步地，可根據(jù)檢查結(jié)果暫時(shí)停止焊接并將檢查結(jié)果反饋至當(dāng)前焊接條件?？梢愿淖儓D4的處理流程以使得焊接條件在局部維護(hù)和修補(bǔ)(步驟S5)期間或之后改變。并且，可以改變圖3和圖4的處理流程，以在局部維護(hù)和修補(bǔ)(步驟S5)中確定在該局部維護(hù)和修補(bǔ)之后是否需要進(jìn)行預(yù)熱，并在確定不需要預(yù)熱時(shí)，跳過預(yù)熱(步驟S2)而進(jìn)行焊接處理(步驟S3)。盡管在第一實(shí)施例中，發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd位于焊接部W的兩側(cè)，然而本發(fā)明并不限于以上位置關(guān)系。圖5和圖6分別示出發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd之間在位置關(guān)系方面的改變。更特別地，在沿焊縫的方向上觀看，圖5和圖 6分別是示出第一實(shí)施例的變型中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)等之間位置關(guān)系的垂直截面圖。在圖5的示例中，發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd都位于焊接部W的一側(cè)。在圖6的示例中，發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd都位于焊接部W上。盡管在第一實(shí)施例中，被焊接對(duì)象2是由兩塊平板組成，但本發(fā)明并不限于此。例如，如圖7的變型所示的，被焊接對(duì)象2可由兩個(gè)同軸的具有相同直徑的圓柱體組成。在此情況下，這兩個(gè)圓柱體可在它們軸線方向上排列以進(jìn)行焊接。圖7是示意性示出焊接系統(tǒng)的第一實(shí)施例的變型的透視圖。[第二實(shí)施例]圖8是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第二實(shí)施例的方框配置圖。圖9是示出圖8的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)、表面改性機(jī)構(gòu)等之間的位置關(guān)系的平面圖。圖10是在沿焊縫的方向上觀看的垂直截面圖，示出焊接系統(tǒng)中對(duì)被焊接對(duì)象進(jìn)行表面改性處理之前發(fā)射激光照射點(diǎn)附近的部分。圖11是示出焊接系統(tǒng)中表面改性機(jī)構(gòu)及其周圍部分的透視圖。根據(jù)本實(shí)施例的焊接系統(tǒng)31是通過增加諸如研磨機(jī)或者金屬絲刷的用于研磨表面的研磨機(jī)構(gòu)14a，作為表面改性機(jī)構(gòu)而得到的。研磨機(jī)構(gòu)14a設(shè)計(jì)用于對(duì)焊接方向上的發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd附近的被焊接對(duì)象2的表面進(jìn)行改性。
當(dāng)發(fā)射激光Ii照射到被焊接對(duì)象2表面上的發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi時(shí)，如果發(fā)射激光Ii具有密集的能量，則此表面被磨損。因此，如圖10所示，通過發(fā)射激光Ii，會(huì)出現(xiàn)表層中形成坡口 50的現(xiàn)象。由于在多層焊接的情況下沿著相同焊道進(jìn)行多次焊接，在用于第二層和后繼層的焊接操作中發(fā)射激光Ii均照射坡口 50上。盡管坡口 50的深度最大一般約為幾十微米至幾百微米，但是激發(fā)的超聲波U的振幅或頻率特性逐漸地降級(jí)，從而降低激發(fā)效率。為了應(yīng)對(duì)這種情況，如圖11所示，采用諸如研磨機(jī)的機(jī)構(gòu)去除被焊接對(duì)象2的表面上的變形部分，該諸如研磨機(jī)的機(jī)構(gòu)和能夠研磨發(fā)射激光Ii已經(jīng)照射過一次或多次的表面部分，使得發(fā)射激光Ii的照射在發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi周圍的部分總是平整的狀態(tài)下進(jìn)行。因此，能夠防止超聲波U的激發(fā)效率的降低，即靈敏度的降低。此外，甚至在單層焊接的情況下，即使由于存在附加物而導(dǎo)致發(fā)射激光Ii照射的表面的狀態(tài)較差，也能通過研磨機(jī)構(gòu)14a防止靈敏度降低。此外，對(duì)接收激光照射點(diǎn)Pd應(yīng)用類似的研磨機(jī)構(gòu)14a，防止了由于焊接操作的預(yù)熱而導(dǎo)致的被焊接對(duì)象2的表面被氧化，或者去除了諸如煙塵或?yàn)R射物的附著物。因此，提高了接收激光照射點(diǎn)Pd處的反射率，從而提高了激光Ir的光量。由此，增強(qiáng)了所獲得的超聲信號(hào)的靈敏度。使用研磨機(jī)構(gòu)14a的研磨工作可由檢驗(yàn)員或焊接操作者在檢查之前或期間進(jìn)行。[第三實(shí)施例]圖12是在與焊縫線垂直的方向上觀看的截面圖，其示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第三實(shí)施例中的表面改性機(jī)構(gòu)及其周圍部分。第三實(shí)施例是第二實(shí)施例的改進(jìn)，其中一種涂覆機(jī)構(gòu)代替第二實(shí)施例的研磨機(jī)構(gòu)用作表面改性機(jī)構(gòu)。涂覆機(jī)構(gòu)14b將涂層材料16，諸如耐高溫墨水或涂料或薄膜金屬涂覆在相對(duì)于焊接方向上的發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd相鄰側(cè)的被焊接對(duì)象2的表面上。涂層材料16可以是能夠抗高溫且可由發(fā)射激光Ii磨損的材料，或是能夠抗高溫且相對(duì)于所使用的接收激光Id的波長(zhǎng)表現(xiàn)出高反射率的材料。耐高溫涂層材料16可由涂覆機(jī)構(gòu)14b自動(dòng)地涂覆，也可由檢驗(yàn)員或焊接操作者在檢查之前或期間手動(dòng)地涂覆。在使用涂覆耐高溫墨水或涂料或金屬薄膜的涂覆機(jī)構(gòu)14b的情況下，不是被焊接對(duì)象2的表面而是涂層材料16在發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi (圖1 處被磨損。這對(duì)于防止被焊接對(duì)象2本身被激光照射損壞非常有效。會(huì)存在這樣的情況由所涂覆的材料引起的磨損而產(chǎn)生的超聲波的強(qiáng)度大于由激光照射到被焊接對(duì)象的表面而產(chǎn)生的超聲波的強(qiáng)度。因此， 有可能增強(qiáng)最終獲得的超聲信號(hào)的靈敏度。而且，利用以上涂覆機(jī)構(gòu)，可增強(qiáng)在接收激光照射點(diǎn)Pd處的接收靈敏度，或者由于第二實(shí)施例中得到的研磨效果，接收靈敏度的變化因此保持恒定。具體而言，接收激光受到表面狀態(tài)的強(qiáng)烈影響。圖13A和圖13B中示出具體測(cè)量結(jié)果的曲線，該具體測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)出由于被焊接對(duì)象的溫度升高而引起的表面氧化造成的影響。圖13A和圖1 分別是表現(xiàn)出第三實(shí)施例中的表面改性處理的效果的曲線圖，其具體表現(xiàn)出返回光相對(duì)于焊接方向上的位置的強(qiáng)度分布。圖13A是未進(jìn)行表面改性處理時(shí)的曲線圖，而圖1 是已經(jīng)進(jìn)行表面改性處理時(shí)的曲線圖。
圖13A和圖13B分別示出當(dāng)接收激光照射點(diǎn)Pd在焊接方向上移動(dòng)時(shí)測(cè)量的作為返回光的激光Ir的強(qiáng)度變化。如示出未進(jìn)行表面改性處理情況的圖13A清晰表明的，激光Ir在特定位置顯著變化。因此，超聲波的接收靈敏度會(huì)在特定檢查位置顯著變化，或者超聲信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)變化。這會(huì)導(dǎo)致靈敏度在一個(gè)位置達(dá)到飽和而在另一位置存在非常小的靈敏度的情況。并且，會(huì)出現(xiàn)靈敏度的變化用作偽信號(hào)變化并被錯(cuò)誤地確定為缺陷信號(hào)的情況。因此，通過將涂層材料16涂覆在接收激光照射點(diǎn)Pd的位置上，能夠抑制以上的靈敏度變化。例如，在涂層材料16是由對(duì)所使用的激光的波長(zhǎng)具有高反射率的材料制成的情況下，可以隨著研磨時(shí)間增加激光Ir的光量并提高所獲得的超聲信號(hào)的靈敏度。圖13B中示出已使用涂層材料16的情況下得到的結(jié)果?？梢源_認(rèn)作為返回光的激光Ir的強(qiáng)度的變化可被抑制。利用本實(shí)施例的配置，可以提供能夠防止靈敏度降低并且提供高靈敏度檢查結(jié)果的系統(tǒng)。[第四實(shí)施例]圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第四實(shí)施例中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi、 接收激光照射點(diǎn)Pd等之間位置關(guān)系的平面圖。圖15是示出圖14的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi、接收激光照射點(diǎn)Pd等之間位置關(guān)系的透視圖。圖16是示意性示出由圖 14和圖15的焊接系統(tǒng)獲得的焊接部附近可視的二維截面之間位置關(guān)系的透視圖。圖17 是示意性示出由圖14和圖15的焊接系統(tǒng)獲得的焊接部附近可視的三維區(qū)域的位置的透視圖。圖18是示意性示出圖16的可視二維截面的數(shù)據(jù)被處理以顯示(在預(yù)定方向上的投影)的情形的透視圖。本實(shí)施例是第一實(shí)施例的改進(jìn)，其中發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd的位置分別由發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12改變。在焊接部W的檢查中，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)沿與焊接方向平行的方向，即圖14的 X方向，移動(dòng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12，并顯示檢查結(jié)果，諸如A掃描、B掃描、C掃描和D掃描，以確定存在/不存在缺陷。A掃描、B掃描等是在超聲技術(shù)領(lǐng)域中使用的術(shù)語。例如，A掃描是由時(shí)間軸和超聲振幅軸定義的波形數(shù)據(jù)，B掃描顯示將元素?cái)?shù)量(或元素位置)描繪在一個(gè)軸上而超聲振幅(或亮度值變化)描繪在另一個(gè)軸上的波形數(shù)據(jù)。在例如由日本無損檢查協(xié)會(huì)出版的“Nondestructive Inspection Technique-Ultrasonic Inspection III” 中描述了具體細(xì)節(jié)。當(dāng)執(zhí)行沿垂直于焊接方向的方向，即圖14和圖15的Y方向，移動(dòng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12的操作時(shí)，能夠通過孔徑合成處理來可視化對(duì)圖15 和圖16所示的二維截面17的區(qū)域或焊接部附近的二維截面17的部分區(qū)域的檢查。孔徑合成是合成由位于多個(gè)位置的接收器獲得的數(shù)據(jù)以提高分辨能力的技術(shù)，并且一般用于孔徑合成雷達(dá)中。還可以通過孔徑合成處理來可視化圖17所示的三維區(qū)域18。此外，如圖18所示的配置也是可行的，其中圖16中所示的所獲得的二維截面17 的一部分可視化區(qū)域進(jìn)行信號(hào)處理，例如最大值檢測(cè)處理或平均處理而后投影在焊接方向上，以顯示為二維截面17a。類似地，二維截面17的部分可視化區(qū)域可以在與焊接方向垂直的方向上投影以顯示為二維截面17b。
檢查可以在焊接操作期間進(jìn)行，并且由以上處理獲得的結(jié)果顯示在顯示機(jī)構(gòu)8上 (參見圖1)。這一處理是能夠顯著增強(qiáng)超聲波檢測(cè)靈敏度的技術(shù)。利用以上配置，能夠提供一種可以防止靈敏度降低并提供高靈敏度檢查結(jié)果的系統(tǒng)。圖19示出投影在垂直于焊接方向的方向上的二維截面17b的具體顯示示例。圖 19是實(shí)際的具體測(cè)量示例的視圖，其中，如圖18所示的可視的二維截面數(shù)據(jù)被投影在與焊接方向垂直的方向上進(jìn)行顯示，這示出圖7的焊接系統(tǒng)(第一實(shí)施例的變型)獲得的結(jié)果。 更具體地，圖19示出在圖7的系統(tǒng)中對(duì)厚度為150mm以及直徑約為425mm的圓柱形狀的被焊接對(duì)象2進(jìn)行焊接時(shí)，圖18的二維截面17b的測(cè)量結(jié)果。被焊接對(duì)象2的溫度大約為 2000C。將有意地產(chǎn)生焊接缺陷的機(jī)構(gòu)應(yīng)用于被焊接對(duì)象2，并且在從表面到40mm深度進(jìn)行焊接操作時(shí)進(jìn)行測(cè)量。如圖19中可以確認(rèn)的，缺陷指示能夠以高亮度顯示。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，即使在被焊接對(duì)象具有較高溫度的情況下，也能夠以穩(wěn)定的發(fā)射/接收靈敏度在焊接操作期間實(shí)時(shí)檢查存在/不存在焊接缺陷，同時(shí)降低對(duì)傳統(tǒng)焊接裝置的影響。而且，可以根據(jù)探測(cè)結(jié)果暫時(shí)停止焊接并將缺陷結(jié)果反饋到當(dāng)前焊接條件。[第五實(shí)施例]圖20是示意性示出據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第五實(shí)施例的方框配置圖。根據(jù)本實(shí)施例的焊接系統(tǒng)32是第一實(shí)施例的變型，并且特征在于用于測(cè)量被焊接對(duì)象2的溫度的溫度測(cè)量機(jī)構(gòu)13增加到第一實(shí)施例。溫度測(cè)量機(jī)構(gòu)13可以是，例如非接觸式輻射測(cè)溫儀、接觸電阻測(cè)溫儀、熱敏電阻、熱電偶，或根據(jù)其他原理測(cè)量溫度的技術(shù)。 而且，所設(shè)置的溫度測(cè)量機(jī)構(gòu)13的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)。溫度測(cè)量機(jī)構(gòu)13優(yōu)選安裝在超聲波U的傳播路徑上或傳播路徑附近的部分。根據(jù)第五實(shí)施例，獲得的超聲信號(hào)的聲速可以相對(duì)于溫度進(jìn)行校正。一般而言，超聲波的聲速取決于溫度。因此，當(dāng)由檢測(cè)到的超聲信號(hào)來計(jì)算焊接缺陷位置時(shí)，存在誤差。 類似地，當(dāng)進(jìn)行利用超聲信號(hào)發(fā)射/接收位置信息的信號(hào)處理，諸如孔徑合成處理時(shí)，存在誤差。為了避免這一問題，測(cè)量在檢查時(shí)間時(shí)被焊接對(duì)象2的溫度，并使用預(yù)先準(zhǔn)備的用于調(diào)整由于溫度變化而造成的聲速變化的校正公式等來校正聲速。利用這一配置，可以降低由于溫度變化而導(dǎo)致的誤差。如上所述，根據(jù)第五實(shí)施例，可以進(jìn)行在高溫度環(huán)境下執(zhí)行超聲檢查的焊接操作。[第六實(shí)施例]圖21是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第六實(shí)施例的方框配置圖。根據(jù)本實(shí)施例的焊接系統(tǒng)33是第一實(shí)施例的變型，且特征在于在第一實(shí)施例中增加用于連續(xù)測(cè)量發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9和被焊接對(duì)象2之間距離和/或接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10和被焊接對(duì)象2之間距離的距離測(cè)量機(jī)構(gòu)23。當(dāng)發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9和被焊接對(duì)象2之間的距離或接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10和被焊接對(duì)象2 之間的距離在焊接期間由于焊接機(jī)構(gòu)1的掃描精度、由于已進(jìn)行焊接的被焊接對(duì)象的變形或者由于被焊接對(duì)象的固有形狀而發(fā)生改變時(shí)，包含超聲信號(hào)的激光Ir的收集效率會(huì)下降。而且，上述的距離改變會(huì)引起發(fā)射激光Ii或接收激光Id的照射點(diǎn)的直徑改變，或者發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi或接收激光照射點(diǎn)Pd的位置改變。這導(dǎo)致待產(chǎn)生的超聲波的激發(fā)效率降低、接收靈敏度降低、在如孔徑合成處理的信號(hào)處理時(shí)執(zhí)行的使用位置信息的校正處理中的誤差，該誤差構(gòu)成影響靈敏度的因素。根據(jù)本實(shí)施例，通過使用距離測(cè)量機(jī)構(gòu)23來測(cè)量距離的改變，并將測(cè)量結(jié)果分別反饋給發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12，以便將它們之間的距離調(diào)整至最優(yōu)值，從而可以防止靈敏度的降低。在含有超聲信號(hào)的激光Ir被收集的情況下，距離改變會(huì)降低靈敏度。為了防止這一問題，測(cè)量距離改變量，并將測(cè)量結(jié)果反饋至光學(xué)路徑調(diào)整功能元件以確保最優(yōu)的照射距離。根據(jù)本實(shí)施例，可以提供一種能夠防止靈敏度降低并提供高靈敏度檢查結(jié)果的系統(tǒng)。[第七實(shí)施例]圖22是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第七實(shí)施例的方框配置圖。圖23是示出圖22的焊接系統(tǒng)中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi、接收激光照射點(diǎn)Pd、被焊接對(duì)象上的照射圖案等的平面圖。根據(jù)本實(shí)施例，焊接系統(tǒng)34是第一實(shí)施例的變型，且特征在于在第一實(shí)施例中增加圖案投影機(jī)構(gòu)15。圖案投影機(jī)構(gòu)15利用激光光源、光學(xué)透鏡、反射鏡、狹縫和衍射光柵中的一個(gè)或組合，或者其他方法，將圖案Ip投影到被焊接對(duì)象2的表面上。盡管被投影圖案Ip是圖23 中所示的多條線排列的柵格形狀或圖案，但本發(fā)明不限于此。例如，圖案Ip可以是一維或二維排列點(diǎn)的柵格形狀或圖案，或照射點(diǎn)可以排列在發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd的最優(yōu)化位置。當(dāng)然，可以采用其他圖案。由于被焊接對(duì)象2具有較高溫度，對(duì)于操作者來說難以接近被焊接對(duì)象2，或者即使能夠接近被焊接對(duì)象2，這樣做也可能有危險(xiǎn)。在使用波長(zhǎng)落在可見光波長(zhǎng)區(qū)域以外的非可見激光以確認(rèn)超聲波的發(fā)射/接收位置的情況下，通常，形成用作引導(dǎo)光的可見激光以相對(duì)其同軸的方式進(jìn)入激光照射路徑。在激光本身是可見的或者采用引導(dǎo)光使激光可見的任一情況下，可以在被焊接對(duì)象的表面上觀察到激光照射點(diǎn)。在測(cè)量了發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd的位置的情況下，可采用尺等測(cè)量距被焊接對(duì)象2的坡口的距離以及發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi與接收激光照射點(diǎn)Pd之間的距離。然而，如上所述，當(dāng)被焊接對(duì)象具有較高溫度時(shí)這存在危險(xiǎn)。因此，通過在測(cè)量發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd時(shí)照射圖案Ip作為引導(dǎo)，能夠促進(jìn)位置測(cè)量，且獲得的測(cè)量結(jié)果可以用于調(diào)整發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd的位置，或者用于數(shù)據(jù)分析。如上所述，本實(shí)施例的配置使得超聲檢查可以在高溫環(huán)境下進(jìn)行。當(dāng)使用紅外照相機(jī)時(shí)，不必使圖案Ip總是可見的。[第八實(shí)施例]圖M是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第八實(shí)施例中的保護(hù)機(jī)構(gòu)及其周圍部分的透視圖。本實(shí)施例是例如第一實(shí)施例的變型，且特征在于發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9和接收光學(xué)機(jī)構(gòu) 10由耐熱保護(hù)機(jī)構(gòu)19遮蓋。保護(hù)機(jī)構(gòu)19具有孔40，發(fā)射激光Ii、接收激光Id和反射/散射光Ir經(jīng)過該孔。由于在焊接操作期間產(chǎn)生煙塵或?yàn)R射，因此焊接經(jīng)常在帶塵環(huán)境下進(jìn)行。因此，會(huì)存在灰塵不利地影響光學(xué)機(jī)構(gòu)從而使靈敏度降低，或使設(shè)備不穩(wěn)定的情況，而且最壞的情況是設(shè)備故障。同時(shí)，被焊接對(duì)象2的高溫會(huì)損害光學(xué)系統(tǒng)9和10。因此，提供為光學(xué)機(jī)構(gòu)防塵的耐熱保護(hù)機(jī)構(gòu)19，從而避免了上述不利影響。根據(jù)本實(shí)施例，可以提出一種能夠防止靈敏度降低并提供高靈敏度檢查結(jié)果的系統(tǒng)。[第九實(shí)施例]圖25是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第九實(shí)施例的方框配置圖。本實(shí)施例是第一實(shí)施例的變型，與第一實(shí)施例的不同之處在于，新提供了參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60和參考信號(hào)光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)61。在圖25中，省略了在圖1中示出的焊接機(jī)構(gòu)1、焊接控制機(jī)構(gòu)3以及它們的相關(guān)信號(hào)線。參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60由發(fā)射自發(fā)射激光源4的發(fā)射激光Ii的一部分產(chǎn)生參考信號(hào)激光Iref，并將產(chǎn)生的參考信號(hào)激光Iref傳輸至被焊接對(duì)象2的表面上參考信號(hào)激光照射點(diǎn)Pref。參考信號(hào)激光照射點(diǎn)Pref設(shè)置在與發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi和接收激光照射點(diǎn)Pd 不同的位置。接收激光照射點(diǎn)Pd和參考信號(hào)激光照射點(diǎn)Pref優(yōu)選設(shè)置在相對(duì)于焊縫的同一側(cè)，并且發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi設(shè)置在相當(dāng)于焊縫的與接收激光照射點(diǎn)Pd和參考信號(hào)激光照射點(diǎn)Pref的不同側(cè)。參考信號(hào)光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)61驅(qū)動(dòng)參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60，并設(shè)計(jì)為結(jié)合發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和接收光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12，連同焊接機(jī)構(gòu)1(如圖1) 一起在焊接方向上相對(duì)于被焊接對(duì)象2移動(dòng)。從發(fā)射激光源4發(fā)射的發(fā)射激光Ii經(jīng)過發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)9并照射到被焊接對(duì)象2 的表面上的發(fā)射激光照射點(diǎn)Pi。此時(shí)，由于對(duì)抗熱應(yīng)力或表層磨損的反作用力而產(chǎn)生超聲波Ui。產(chǎn)生的超聲波Ui包括各種模式，諸如縱向波、橫向波和表面波，在下文統(tǒng)稱為超聲波 Ui。當(dāng)產(chǎn)生的超聲波Ui到達(dá)不良焊接部或被焊接對(duì)象的底面時(shí)，傳播路徑由于超聲波Ui 的反射、散射和折射而改變，并且超聲波Ui作為響應(yīng)超聲波Ur從不良焊接部返回。產(chǎn)生的響應(yīng)超聲波包括各種模式，諸如縱向波、橫向波和表面波，在下文統(tǒng)稱為超聲波Ur。并且，從發(fā)射激光源4發(fā)射的發(fā)射激光Ii進(jìn)入?yún)⒖夹盘?hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60。參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60根據(jù)發(fā)射激光Ii的一部分產(chǎn)生參考信號(hào)激光Iref，并且產(chǎn)生的參考信號(hào)激光 Iref照射到被焊接對(duì)象2的表面上的參考信號(hào)激光照射點(diǎn)Pref。此時(shí)，由于對(duì)抗熱應(yīng)力或表層磨損而產(chǎn)生的反作用力，產(chǎn)生參考信號(hào)Uref。所產(chǎn)生的參考信號(hào)Uref包括各種模式， 比如縱向波、橫向波和表面波，在下文統(tǒng)稱為超聲波Uref。同時(shí)，從接收激光源5發(fā)射的接收激光Id經(jīng)過接收光學(xué)機(jī)構(gòu)10并照射到被焊接對(duì)象2的表面上的接收激光照射點(diǎn)Pd。此時(shí)，當(dāng)超聲波Ur和Uref到達(dá)接收激光照射點(diǎn)Pd， 接收激光Id經(jīng)過幅度調(diào)制或相位調(diào)制，或者反射角的改變，并作為包含超聲信號(hào)分量的散射/反射激光Ir被反射。具有超聲信號(hào)的激光Ir由光學(xué)機(jī)構(gòu)10再次收集，而后傳輸至干涉儀6。帶有超聲分量的光學(xué)信號(hào)由干涉儀6轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而后由數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7存儲(chǔ)作為超聲波數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)7可對(duì)所獲得的超聲信號(hào)應(yīng)用平均處理、移動(dòng)平均處理、濾波、FFT(快速傅里葉變換)、小波變換、孔徑合成處理及其他信號(hào)處理。利用峰值檢測(cè)、積分、RMS或其他檢測(cè)方法能夠測(cè)量所獲得的參考信號(hào)Uref的強(qiáng)度。并且，利用參考信號(hào)Uref 的信號(hào)強(qiáng)度、焊接位置信息、照射位置信息、溫度信息等能夠校正超聲信號(hào)。而且，通過對(duì)校正后的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行歸一化并將歸一化的信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)用到DAC曲線、DGS圖、或由校準(zhǔn)TP產(chǎn)生的其他校準(zhǔn)曲線，可量化地評(píng)估所檢測(cè)的缺陷?？赡艽嬖趨⒖夹盘?hào)Uref在某待測(cè)量區(qū)域重疊的情況；然而，在這種情況下，可以將參考信號(hào)toef作為出現(xiàn)在已知時(shí)間區(qū)域的信號(hào)取消。在此將描述第九實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。在上述第一實(shí)施例中，沒有提供作為用于量化評(píng)估缺陷的參考的單獨(dú)聲音源。在上述情況下，在以激光干涉儀為代表的測(cè)量系統(tǒng)中出現(xiàn)顯著波動(dòng)，因此盡管可以進(jìn)行缺陷檢查，但難以對(duì)其進(jìn)行量化評(píng)估，導(dǎo)致無法對(duì)焊接部的有效性進(jìn)行精確評(píng)估。盡管可以考慮使用來自底表面的反射波，但是由于穿透形狀的差異并不總是獲得均勻的反射波，因此精度降低。在第九實(shí)施例中，除了發(fā)射激光Ii和接收激光Id的照射以外，參考信號(hào)激光Iref 也照射到接收激光照射點(diǎn)Pd附近的參考信號(hào)激光照射點(diǎn)I^ref。參考信號(hào)toef沿被焊接對(duì)象2的表面?zhèn)鞑?，并與超聲波Ui —起由接收激光Id接收。激光超聲波受到測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)的顯著影響，特別是受到接收端的靈敏度波動(dòng)的顯著影響。因此，以恒定強(qiáng)度激發(fā)并沿固定傳播路徑傳播的參考信號(hào)toef的接收使得可以量化接收端的波動(dòng)并且利用參考信號(hào)toef的強(qiáng)度的歸一化可以再次校正測(cè)量后的波動(dòng)。利用這一配置，可以量化表示信號(hào)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)基于諸如DAC曲線或DGS圖的校準(zhǔn)曲線執(zhí)行缺陷的量化評(píng)估。圖沈是示出由根據(jù)第九實(shí)施例的焊接系統(tǒng)(圖25)獲得的測(cè)量結(jié)果的示例的曲線圖。圖27是示出通過直接處理圖沈的測(cè)量結(jié)果獲得的二維截面數(shù)據(jù)的示例的視圖。如圖沈和27所示，在參考信號(hào)toef位于測(cè)量區(qū)域附近的情況下，參考信號(hào)toef會(huì)作為鬼像出現(xiàn)在測(cè)量結(jié)果中。這樣的鬼像會(huì)造成錯(cuò)誤檢測(cè)。為了處理參考信號(hào)toef的鬼像出現(xiàn)在已知時(shí)間區(qū)域的情況，設(shè)定取消toef的時(shí)間幀，由此可降低鬼像對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。圖觀所示為通過從圖23的測(cè)量結(jié)果取消toef 得到的結(jié)果的示例的曲線圖。圖四為示出由圖觀的測(cè)量結(jié)果得到的二維截面數(shù)據(jù)的示例的視圖。在以上描述中，參考信號(hào)激光Iref是從發(fā)射激光Ii中分離出的；可替代地，作為一種變型，參考信號(hào)激光Iref可從與發(fā)射激光源4分開提供的參考信號(hào)激光源產(chǎn)生。[第十實(shí)施例]圖30是示出根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第十實(shí)施例中焊接部、發(fā)射激光照射點(diǎn)、參考信號(hào)激光照射點(diǎn)、接收激光照射點(diǎn)、表面改性機(jī)構(gòu)等之間位置關(guān)系的平面圖。本實(shí)施例是在根據(jù)第二實(shí)施例的焊接系統(tǒng)(參見圖8至圖11)上增加根據(jù)第九實(shí)施例的焊接系統(tǒng)(圖25)的參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60和參考信號(hào)光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)61獲得的。在第十實(shí)施例中，提供研磨機(jī)構(gòu)1 作為表面改性機(jī)構(gòu)，如在第二實(shí)施例中的，并且通過研磨機(jī)構(gòu)Ha修復(fù)在被焊接對(duì)象4的表面上由發(fā)射激光Ii、接收激光Id和參考信號(hào)激光Iref形成的淺坡口。并且，如在第九實(shí)施例的情況，參考信號(hào)toef的接收使得能夠?qū)Ρ缓附訉?duì)象2的表面上的缺陷進(jìn)行量化評(píng)估。其他實(shí)施例盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已在上面描述，但這些實(shí)施例僅僅是示例性的且不限制本發(fā)明的范圍。這些新穎的實(shí)施例能以其他各種形式實(shí)施，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出各種省略、替代和改變。因此，實(shí)施例及其改進(jìn)包含在本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)以及所付權(quán)利要求及其等同物內(nèi)。
例如，實(shí)施例的特征可以結(jié)合。更具體地，第二和第三實(shí)施例的表面改性機(jī)構(gòu)可以增加到第四至第八實(shí)施例。而且，第九和第十實(shí)施例的參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)60和參考信號(hào)光學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)61可以增加到第三至第八實(shí)施例中。盡管在以上描述中采用了術(shù)語“平面圖”和“垂直截面圖”，但它們僅僅用于描述性目的，而且在本發(fā)明中并未特別限定垂直或水平方向。
權(quán)利要求
1.一種焊接系統(tǒng)，包括焊接機(jī)構(gòu)，其在沿著焊縫相對(duì)于被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，對(duì)所述被焊接對(duì)象進(jìn)行焊接；發(fā)射激光源，其產(chǎn)生發(fā)射激光；發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)，其在焊接操作期間或焊接操作后，在與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，將由所述發(fā)射激光源產(chǎn)生的所述發(fā)射激光傳輸至所述被焊接對(duì)象的表面以進(jìn)行照射，從而產(chǎn)生發(fā)射超聲波；接收激光源，其產(chǎn)生接收激光，以利用所述接收激光照射所述被焊接對(duì)象，用以檢測(cè)由于所述發(fā)射超聲波的反射而獲得的反射超聲波；接收光學(xué)機(jī)構(gòu)，其在焊接操作期間或焊接操作后，在與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，將由所述接收激光源產(chǎn)生的所述接收激光傳輸至所述被焊接對(duì)象的表面以進(jìn)行照射，并收集在所述被焊接對(duì)象的所述表面上散射/反射的激光；干涉儀，其對(duì)所散射/反射的激光進(jìn)行干涉測(cè)量；以及數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)，其測(cè)量并分析由所述干涉儀獲得的超聲信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括表面改性機(jī)構(gòu)，所述表面改性機(jī)構(gòu)增強(qiáng)了對(duì)在所述被焊接對(duì)象的被所述發(fā)射激光照射的表面上產(chǎn)生的超聲信號(hào)以及在所述被焊接對(duì)象的被所述接收激光照射的表面上產(chǎn)生的超聲信號(hào)的至少之一的靈敏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述表面改性機(jī)構(gòu)能夠與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)，并設(shè)置在至少所述被焊接對(duì)象的被所述發(fā)射激光照射的所述表面的部分和所述被焊接對(duì)象的被所述接收激光照射的所述表面的部分的移動(dòng)方向前方側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述表面改性機(jī)構(gòu)研磨至少所述被焊接對(duì)象的被所述發(fā)射激光照射的所述表面的部分和所述被焊接對(duì)象的被所述接收激光照射的所述表面的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述表面改性機(jī)構(gòu)將耐高溫材料涂覆至所述被焊接對(duì)象的被所述發(fā)射激光照射的所述表面的部分和所述被焊接對(duì)象的被所述接收激光照射的所述表面的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)基于對(duì)超聲信號(hào)的分析結(jié)果，來確定焊接缺陷的出現(xiàn)，并且當(dāng)所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)確定所述焊接缺陷已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)，改變焊接條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)基于對(duì)超聲信號(hào)的分析結(jié)果，來確定焊接缺陷的出現(xiàn)，并且當(dāng)所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)確定所述焊接缺陷已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)所述焊接缺陷的部位進(jìn)行用于維護(hù)和修補(bǔ)的局部焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器，所述光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)和所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)，使得所述發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)和所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)的至少之一在與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，相對(duì)于所述焊接機(jī)構(gòu)，分別沿著所述被焊接對(duì)象的被所述發(fā)射激光照射的所述表面的部分和所述被焊接對(duì)象的被所述接收激光照射的所述表面的部分移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)基于在所述發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)和所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)的多個(gè)位置處的超聲信號(hào)，進(jìn)行孔徑合成處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括測(cè)量所述被焊接對(duì)象的溫度的溫度測(cè)量機(jī)構(gòu)，其中，所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)基于由所述溫度測(cè)量機(jī)構(gòu)獲得的所述被焊接對(duì)象的所述溫度，來校正所述被焊接對(duì)象內(nèi)的超聲波的速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括距離測(cè)量機(jī)構(gòu)，其測(cè)量所述發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述被焊接對(duì)象之間的距離以及所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述被焊接對(duì)象之間的距離；以及距離調(diào)整機(jī)構(gòu)，其基于由所述距離測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量的距離，來調(diào)整所述發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述被焊接對(duì)象之間的距離以及所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述被焊接對(duì)象之間的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括圖案投影機(jī)構(gòu)，其將能夠直接或間接可視地識(shí)別的預(yù)定圖案投影在所述被焊接對(duì)象的所述表面上的預(yù)定范圍內(nèi)，所述預(yù)定范圍包含所述被焊接對(duì)象上的被所述發(fā)射激光或所述接收激光照射的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括顯示機(jī)構(gòu)，其實(shí)時(shí)地顯示由于所述數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)進(jìn)行記錄/分析而獲得的結(jié)果。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)和所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)，除了激光照射到所述被焊接對(duì)象上所通過的部分和激光在所述被焊接對(duì)象上反射所通過的部分以外，被耐熱保護(hù)機(jī)構(gòu)遮蓋。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，還包括參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)，其在與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，將參考信號(hào)照射激光傳輸至所述被焊接對(duì)象的所述表面的部分上的參考信號(hào)激光照射位置，以產(chǎn)生參考信號(hào)超聲波，所述參考信號(hào)激光照射位置不同于所述發(fā)射激光照射的所述發(fā)射激光照射位置和所述接收激光照射的所述接收激光照射位置，其中，由所述接收光學(xué)機(jī)構(gòu)收集的所述激光是已經(jīng)受到由于所述發(fā)射超聲波的散射/反射而獲得的反射超聲波給出的調(diào)制和由于參考信號(hào)超聲波的散射/反射而獲得的反射超聲波給出的調(diào)制的激光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)具有從所述發(fā)射激光的一部分來產(chǎn)生所述參考信號(hào)激光的功能。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述接收激光照射位置和所述參考信號(hào)激光照射位置設(shè)置在相對(duì)于所述焊縫的同一側(cè)，并且所述發(fā)射激光照射位置設(shè)置在相對(duì)于所述焊縫的與所述接收激光照射位置和所述參考信號(hào)激光照射位置的不同側(cè)。
18.一種焊接方法，在沿著焊縫相對(duì)于被焊接對(duì)象移動(dòng)焊接機(jī)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)所述被焊接對(duì)象進(jìn)行焊接，所述方法包括發(fā)射超聲波產(chǎn)生步驟在焊接操作期間或焊接操作后，在發(fā)射光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，使用由發(fā)射激光源產(chǎn)生的發(fā)射激光照射所述被焊接對(duì)象的表面的部分，以產(chǎn)生發(fā)射超聲波；反射超聲波檢測(cè)步驟在焊接操作期間或焊接操作后，在接收光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，使用由接收激光源產(chǎn)生的接收激光照射所述被焊接對(duì)象的表面的部分，并收集在所述被焊接對(duì)象的所述表面上散射/反射的激光，以檢測(cè)由于所述發(fā)射超聲波的反射而獲得的反射超聲波；以及干涉測(cè)量步驟對(duì)所散射/反射的激光進(jìn)行干涉測(cè)量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的焊接方法，還包括在所述發(fā)射超聲波產(chǎn)生步驟之前的表面改性處理步驟進(jìn)行表面改性處理，用于增強(qiáng)對(duì)在所述被焊接對(duì)象的被所述發(fā)射激光照射的所述表面的部分上產(chǎn)生的超聲信號(hào)和在所述被焊接對(duì)象的被所述接收激光照射的所述表面的部分上產(chǎn)生的超聲信號(hào)的至少之一的靈敏度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的焊接方法，還包括仿真計(jì)算步驟對(duì)所述被焊接對(duì)象的焊接操作進(jìn)行仿真計(jì)算；以及顯示步驟顯示所述仿真計(jì)算步驟中獲得的結(jié)果與所述干涉測(cè)量步驟中獲得的結(jié)果之間的比較。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的焊接方法，其中，所述發(fā)射超聲波產(chǎn)生步驟包括參考信號(hào)產(chǎn)生步驟在焊接操作期間或焊接操作后，在參考信號(hào)光學(xué)機(jī)構(gòu)與所述焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于所述被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，使用參考信號(hào)激光照射所述被焊接對(duì)象的所述表面上的參考信號(hào)激光照射位置，從而產(chǎn)生參考信號(hào)，所述參考信號(hào)激光照射位置不同于所述發(fā)射激光照射的發(fā)射激光照射位置以及所述接收激光照射的接收激光照射位置；以及所述反射超聲波檢測(cè)步驟包括步驟收集已經(jīng)受到由于所述發(fā)射超聲波的散射/反射而獲得的反射超聲波給出的調(diào)制和由于參考信號(hào)超聲波的散射/反射而獲得的反射超聲波給出的調(diào)制的激光，以檢測(cè)由于所述發(fā)射超聲波的反射而獲得的反射超聲波。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的焊接方法，其中，所述參考信號(hào)產(chǎn)生步驟包括從由發(fā)射激光源產(chǎn)生的發(fā)射激光的一部分來產(chǎn)生參考信號(hào)激光的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的焊接方法，其中，所述接收激光照射位置和所述參考信號(hào)激光照射位置設(shè)置在相對(duì)于所述焊縫的同一側(cè)，并且所述發(fā)射激光照射位置設(shè)置在相對(duì)于所述焊縫的與所述接收激光照射位置和所述參考信號(hào)激光照射位置的不同側(cè)。
全文摘要
一種焊接系統(tǒng)，具有焊接機(jī)構(gòu)、接收激光源、接收光學(xué)機(jī)構(gòu)、干涉儀和數(shù)據(jù)記錄/分析機(jī)構(gòu)。接收激光源產(chǎn)生接收激光，以使用接收激光照射被焊接對(duì)象，用以檢測(cè)由于發(fā)射超聲波的反射而獲得的反射超聲波。接收光學(xué)機(jī)構(gòu)在焊接操作期間或焊接操作后，在與焊接機(jī)構(gòu)一起相對(duì)于被焊接對(duì)象移動(dòng)的同時(shí)，將由接收激光源產(chǎn)生的接收激光傳輸至被焊接對(duì)象的表面，并收集在被焊接對(duì)象的表面上散射/反射的激光。
文檔編號(hào)G01N29/14GK102294549SQ201110235029
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者三浦崇廣, 千星淳, 吉田昌弘, 小川剛史, 山本攝, 平野正三, 星岳志, 淺井知, 渡部和美, 落合誠, 藤田善宏, 長(zhǎng)井敏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝