(57)【要約】【課題】  導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態を、作業効率や信頼性が高く検査することが可能な非破壊検査方法を提供すること。【解決手段】  導電性材料で形成された導電性部品３と他の構成部品４とを接合した際に、両者の接合部２の状態を検査する非破壊検査方法において、該導電性部品３に変動する磁界を印加することにより該導電性部品３の全体を加振させ、該磁界印加後の該導電性部品の振動状態に基づいて接合状態を判断することを特徴とする。  また、好ましくは、該導電性部品３を一様な磁場７中に配置し、該導電性部品３にパルス状の前記変動する磁界６を印加することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料で形成された導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態を検査する非破壊検査方法において、
該導電性部品に変動する磁界を印加することにより該導電性部品の全体を加振させ、該磁界印加後の該導電性部品の振動状態に基づいて接合状態を判断することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の非破壊検査方法において、該導電性部品を一様な磁場中に配置し、該導電性部品にパルス状の前記変動する磁界を印加することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載の非破壊検査方法において、該導電性部品が強磁性体であることを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非破壊検査方法において、前記導電性部品の振動状態は、該導電性部品に照射された光の反射光、または該導電性部品と測定用電極との間の静電容量のいずれかを用いて計測されることを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の非破壊検査方法において、前記接合状態を判断する際には、前記導電性部品の振動状態に係る測定波形をスペクトル分析して得られる周波数スペクトルを、正常な接合状態に対応する周波数スペクトルと対比することにより、接合状態の判断を行うことを特徴とする非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性材料で形成された導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態を検査する非破壊検査方法に関し、特に変動磁界を用いて、非接触にて接合状態の検査を行う非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属などの導電性材料で形成された導電性部品を他の構成部品に接合し、その接合状態を検査することは、現在、多種多様な技術分野で行われている。
例えば、パソコンや携帯電話などの筺体材料としてアルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽金属の利用が拡大している。軽金属は、鋳造やチクソモールディングが一般的であるが、薄板材料を塑性加工するとコストを大幅に低下させることができる。これらの薄板材料を利用する場合、電装類の固定などにスタッド溶接が不可欠である。しかしながら、軽金属の溶接条件は厳しく溶接不良が発生し易い。このため接合状態を検査する必要があり、特に、非破壊かつ高速に検査を行うことが可能な検査手段が求められている。
【０００３】
従来のスタッド溶接あるいはスポット溶接を対象とした非破壊検査方法として以下の方法がある。
（ａ）溶接電流を計測して溶接状態を推定する方法。
電気抵抗溶接を行う過程において溶接電流を計測し、その溶接電流に基づいて機械的溶接状態を判定する方法である。しかしながら必ずしも、溶接電流と機械的溶接状態とは一定の関係にならないために、高精度な検査は困難である。
【特許文献１】特開平８−１２２２８６号公報
【０００４】
（ｂ）スタッドの溶接過程におけるスタッドの変位に基づいて評価する手法。
スタッド溶接においては、スタッド自体が溶融して母材に溶接される。従って、溶接過程におけるスタッドの変位が溶接面積と関係し、その関係から溶接状態を推定するものである。しかしながら溶接の欠陥は、スタッドが溶融しているのにもかかわらず、スタッドと母材間に空隙あるいは、材質の異なる成分が集積して発生する。従って、溶接過程のスタッドの変位からは一部の欠陥しか検出できない。また、小型のスタッドの場合、スタッドの高精度の変位計測自体が難しい。
【特許文献２】特開平５−２３８５８号公報
【０００５】
（ｃ）超音波法。
一般的な検査方法で、超音波探傷検査である。水浸法と接触式の接触子を用いる方法などがある。水侵法は、液体に被検査体を浸し、水を介して超音波を照射して、その反射に基づいて検査を行う方法である。水侵法は、被検査対を水に浸す必要があるため、作業効率が低く、大量生産品では実用性に乏しい。また、薄板の溶接の場合、溶接部と底面反射との判別が難しく、溶接部の判定は困難である。探触子を用いる方法も底面反射の影響を受け、信頼性の高い検査は難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態の検査に関するものであり、従来技術に係る上記問題を解決しようとするものである。特に、本発明の目的は、作業効率が高く、信頼性が高い導電性部品の接合部の非破壊検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、導電性部品の全体を加振した際に、当該部品の振動状態が部品の接合状態に対応して変化することを見出し、本発明を完成させたものである。しかも、導電性部品を加振させる際に、局所的な電磁気力の変化を利用することで、非破壊で効率良い検査方法が実現できることを可能としたものである。
【０００８】
請求項１に係る発明は、導電性材料で形成された導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態を検査する非破壊検査方法において、該導電性部品に変動する磁界を印加することにより該導電性部品の全体を加振させ、該磁界印加後の該導電性部品の振動状態に基づいて接合状態を判断することを特徴とする。
本発明における「導電性部品の全体を加振」するとは、基本的に接合部を含む導電性部品全体を振動させることを意味し、この導電性部品全体の振動に伴い副次的に導電性部品内に弾性波動が生じることを排除するものではないが、超音波の励起のように導電性部品内に弾性波動のみを励起するものを意味するものではない。
また、本発明における「導電性部品の振動状態」とは、基本的に導電性部品全体が振動・変形している状態を意味し、導電性部品内を伝搬する弾性波動のみにより導電性部品の表面の一部が振動している状態を意味するものではない。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の非破壊検査方法において、該導電性部品を一様な磁場中に配置し、該導電性部品にパルス状の前記変動する磁界を印加することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の非破壊検査方法において、該導電性部品が強磁性体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の非破壊検査方法において、前記導電性部品の振動状態は、該導電性部品に照射された光の反射光、または該導電性部品と測定用電極との間の静電容量のいずれかを用いて計測されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の非破壊検査方法において、前記接合状態を判断する際には、前記導電性部品の振動状態に係る測定波形をスペクトル分析して得られる周波数スペクトルを、正常な接合状態に対応する周波数スペクトルと対比することにより、接合状態の判断を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明により、導電性材料で形成された導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態を検査する非破壊検査方法において、該導電性部品に変動する磁界を印加することにより該導電性部品の全体を加振させるため、導電性部品に接触することなく、測定判断対象である導電性部品の全体を効率的に加振させることが可能となる。しかも、前記磁界を印加した後の該導電性部品の振動状態に基づいて接合状態を判断するため、信頼性が高い導電性部品の接合部の非破壊検査方法を提供することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明により、導電性部品を一様な磁場中に配置し、該導電性部品にパルス状の前記変動する磁界を印加するため、より効率的に導電性部品を加振することが可能となり、作業効率の高い非破壊検査方法を提供することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明により、導電性部品が強磁性体であるため、該導電性部品に変動する磁界を印加するだけで、導電性部品内の磁歪効果により、効率的に導電性部品を加振させることが可能となり、作業効率の高い非破壊検査方法を提供することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明により、導電性部品の振動状態は、該導電性部品に照射された光の反射光、または該導電性部品と測定用電極との間の静電容量のいずれかを用いて計測されるため、導電性部品の振動状態も非破壊でかつ効率的に測定することが可能となる。
【００１７】
請求項５に係る発明により、接合状態を判断する際には、導電性部品の振動状態に係る測定波形をスペクトル分析して得られる周波数スペクトルを、正常な接合状態に対応する周波数スペクトルと対比することにより、接合状態の判断を行うため、電気的に自動処理を行うことが可能であり、作業効率や信頼性の高い導電性部品の接合部の非破壊検査方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明に係る非破壊検査方法について、詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の非破壊検査方法は、導電性材料で形成された導電性部品３と他の構成部品である基盤部４との接合部２の検査において、変動する磁界６を利用して導電性部品３の全体を加振し、導電性部品の振動状態から接合部２の接合状態を判断するものである。
【００１９】
具体的には、一様な磁場７中において、導電性部品３の周りに配置されたコイル５に、変動する電流を流し、導電性部品３内部に変動する磁場を励起し、その結果、導電性材料３内部に渦電流８を発生させ、一様な磁場７と渦電流８との相互作用によって、導電性部品３全体を加振するものである。
【００２０】
導電性部品３を加振する方法としては、上述した方法に限らない。例えば、導電性部品３が強磁性体の場合には、変動する磁場を印加する前から導電性部品３内には一様な磁場が形成されており、変動する磁場６によって、導電性部品３内の磁歪効果により導電性部品３自体が伸縮し、振動する。
【００２１】
導電性部品３と他の構成部品である基盤部４との接合部２の状態は、導電性部材３の振動状態に現れる。例えば、接合面積が異なる場合、振動特性も異なる。また、接合部に接合材料を用いている場合、接合材料の厚さが異なる場合でも、導電性部品の振動特性が変化する。
【００２２】
次に、導電性部品３の振動状態を何らかの計測手段で計測し、その振動特性から接合部２の状態を推定する。
導電性部品３の振動状態を測定するには、導電性部品の材質や大きさ、接合部分の面積や接合材料など各種の条件により、振動周波数や振幅が異なるため、測定条件に合った計測方法を選択する必要がある。
【００２３】
例えば、上述したパソコンや携帯電話などに利用される軽金属の薄板にスタッドを溶接する場合などでは、振動周波数も高く、振幅も極めて小さなものとなる。
このような厳しい条件でも非接触かつ高速に測定可能な手段として、レーザー・ドップラー振動計、位置検出素子（ＰＳＤ）、レーザー変位計などのように、導電性部品に照射された光の反射光を用いた方法や、導電性部品の近傍に測定用電極を配置し、両者間の静電容量を測定する方法が、好適に利用可能である。
【００２４】
接合状態を判断する際には、導電性部品の振動状態、例えば、時間経過に伴う導電性部品の変位変化、変位の速度・加速度変化などを、正常な接合状態に対応する振動特性と直接比較することも可能であるが、測定結果（測定波形）が各部品毎に種々のノイズを含む可能性が高く、また、接合部とは無関係な振動まで対比する結果ともなる。さらには、着目する接合部の振動変化が他の要因に対して極めて小さく現れる場合もあり、測定結果を直接比較することは、余り好ましくない。
【００２５】
本発明の非破壊検査方法では、記導電性部品の振動状態に係る測定波形結果を、フリーエ変換、ウェーブレット変換、線形予測法、最大エントロピー法、ハートレー変換などを用いたスペクトル分析を行い、測定波形を周波数スペクトルに分解し、さらに、正常な接合状態に対応する周波数スペクトルと対比することにより、接合状態の判断を行っている。
この構成により、より精度の高い判断が可能となる。また、これらの処理は、電気的に自動処理を行うことも可能であり、作業効率を向上させることも可能となる。
【００２６】
図２は、本発明の非破壊検査方法を実施する非破壊検査装置を示す論理ブロック図である。
導電性部品３と基盤部４との接合状態を調べるため、両者は検査台３１上に配置される。
導電性部品３には、検査台３１の下部に設置された電磁石などの磁石３２により一様な磁場７が予め印加されている。磁石３２の設置場所等については、例えば、検査台３１の下部に限定されず、導電性部品３に一様な電場を形成できる場所に任意に設置可能であり、数や形状についても適宜設定可能である。
【００２７】
コンピューターシステム１０内のメモリー１１には、導電性部品３に印加する変動する磁界に対応して、パルス波形、バースト波形、その他の変動波形が記憶されている。これらの波形に係る電気信号はＤ／Ａ変換器２１およびアンプ２２を介してコイル５に送られ、導電性部品３に変動する磁界を印加する。
【００２８】
導電性部品３の振動状態は、レーザー・ドップラー振動計２５により計測し、コントローラー２４およびＡ／Ｄ変換器２３を介して、コンピューターシステム１０に取り込む。
次に、測定波形をスペクトル分析するため高速フーリエ変換（ＦＦＴ）手段１２により、振動状態に対応する周波数スペクトルが求められる。この周波数スペクトルはビデオデバイス１３を介して、ＣＲＴモニター１４に表示される。
【００２９】
図２においては、振動状態に対応する周波数スペクトルをＣＲＴモニター１４等に表示させただけであるが、導電性部品の接合状態を自動的に判定するために、予め正常な接合状態に対応する周波数スペクトルを別の記憶手段に蓄積して置き、検査対象の周波数スペクトルと対比し、例えば、特定帯域の周波数スペクトル値や波形全体の形状などを比較し、接合状態の判断を行う。
【００３０】
特に、不良接合状態の場合に、特定帯域の周波数スペクトルに変化が現れる場合には、当該特定帯域（または特定周波数のみ）の周波数スペクトル値を比較することで、接合状態を判断することが可能である。また、仮に、特定帯域の波形の大きさや変化量が、全体波形の中でも相対的に小さい場合には、同一波形の中で特定帯域と他の着目する波形との大きさの相対値を算出し、該相対値を比較することで接合状態を判定することも可能である。
【実施例】
【００３１】
導電性部品の例として、図３に示すマグネシウムスタッドの溶接状態の判定を行った。なお、図３は、中央に円柱状の凹部を有する略円柱状のスタッドを、マグネシウムの薄板に接合した状態を示す断面図であり、図中に示す数値は、ｍｍ単位を示す。
適切条件で溶接したスタッドと溶接エネルギー不足の不適切条件で溶接したスタッドをそれぞれ３個検査した。図３のスタッドを取り囲むようにコイル（直径：約７ｍｍ，巻数：２５回）を配置し、一様な磁場を印加して、コイルにパルス電流（１μｓ幅、ピーク電流：約１Ａ）を周期的に流した。
【００３２】
パルス電流を１０００回入力し、入力直後から発生する減衰振動を１０００回計測し、振動を加算平均した結果をＦＦＴ手段により周波数スペクトルを得た。
図４は、適切な溶接スタッドの結果であり、図５は不適切な溶接のスタッドの結果である。数十ｋＨｚに発生するピークにおいて、周波数の違いと振幅の大きさの違いが確認できる。
したがって、このような特定帯域又は特定周波数の周波数スペクトルの大きさを比較することにより、接合状態の良・不良を容易に判断することが可能となる。
このように、接合状態の違いが数十ｋＨｚの低い周波数に現れていることを考慮すると、本発明の非接触検査方法は、超音波などの弾性波動が接合部などからの反射態様を捉えているのではなく、接合部を含む導電性部品全体（場合によっては他の構成部品も含めて）の振動状態の変化を捉えているものと推測される。
【００３３】
図６は、コイル５を基盤部４の背面に配置した実施例である。なお、導電性部品が強磁性体である場合は、一定磁場７は不要であるため、図６のように、変動する磁界を印加するコイル５を配置することも可能となる。
【００３４】
図７は、一つのコイル５を用いて一定磁場７と変動磁場６とを発生させる場合に、コイル５に流す電流の一例である。一定電流部分で一定磁場７を発生し、パルス電流を重ね合わせることで、変動磁場６を発生させることができる。これを利用することにより、図２のように、磁場の形成に、磁石３２やコイル５の２つの磁場形成手段を用いる必要が無く、図６のように、一つのコイルで兼用することが可能となる。
【００３５】
図８は、導電性部品３の振動を、静電容量の変化から測定する実施例である。導電性部品３の上部に測定用電極１９を配置する。導電性部品３が振動すると導電性部品３と電極１９間の間隔が変化する。間隔の変化は静電容量の変化として電気的に計測することができる。
【００３６】
図９は、導電性部品が板状体３０の場合の実施例である。接合方法はスポット溶接の例である。符号１がスポット溶接部を示す。一定磁場７内の導電性部品３０の上部にコイル５を配置し、コイル５に変動する電流を流す。その結果、導電性部品３０には変動する渦電流８が発生し、一定磁場７と変動する渦電流８との相互作用によって、導電性材料は振動する。その振動を、レーザー９を用いて計測する。この後の処理は、上述したスタッド溶接と同様に行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明の非破壊検査方法によれば、導電性部品と他の構成部品とを接合した際に、両者の接合部の状態を、作業効率や信頼性が高く検査することが可能な非破壊検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】導電性部品を変動する磁場によって加振する方法を示した図である。
【図２】本発明に係る非破壊検査方法を実施する検査装置の論理ブロック図を示したものである。
【図３】導電性部品を基盤部である薄板に接合した様子を示す断面図である。
【図４】適切条件で溶接された導電性部材の振動の周波数スペクトルである。
【図５】不適切条件で溶接された導電性部材の振動の周波数スペクトルである。
【図６】変動する磁場を発生させるコイルを導電性部品の背面に配置した場合の図である。
【図７】一定の磁場及び変動する磁場を単一のコイルによって発生させる場合のコイルに流す電流の例を示した図である。
【図８】導電性部品の振動を測定用電極を用いて、導電性部品と電極間の静電容量から求める場合の図である。
【図９】導電性部品が板状体の場合の例を示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  スポット溶接部
２  接合部
３  導電性部品
４  基盤部
５  コイル
６  変動する磁界
７  一定磁場
８  変動する渦電流
９  レーザー
１０  コンピューターシステム
１１  メモリー
１２  ＦＦＴ手段
１３  ビデオデバイス
１４  ＣＲＴモニター
２１  Ｄ／Ａ変換器
２２  アンプ
２３  Ａ／Ｄ変換器
２４  コントローラー
２５  レーザー・ドップラー振動計
３０  導電性部品（板状体）
３１  検査台
３２  磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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