CN104918743B - 接合状态检查方法 - Google Patents

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Abstract

一种被进行超声波接合的板状构件的接合状态检查方法，具有：测定阶段，对在将振动的变幅杆推压至被重叠地载置于砧上的多个板状构件来对板状构件进行超声波接合时传递到砧的能量进行测定；以及判定阶段，根据在测定阶段测定出的能量，判定板状构件的接合状态是否良好。

Description

接合状态检查方法
技术领域
本发明涉及一种接合状态检查方法。特别地，本发明涉及一种对被进行超声波接合的板状构件的接合状态进行检查的接合状态检查方法。
背景技术
超声波接合通过将振动的变幅杆推压至以叠加的状态载置于砧上的两个金属板来将两个金属板进行固相接合。
与此相关联地，在下述的专利文献1中提出了测定在超声波接合时的砧的振动并将振动的测定波形与标准波形进行比较来判定超声波接合是否良好的超声波接合的监视方法。根据专利文献1所公开的监视方法，能够简单地判定被进行超声波接合的两个金属板的接合状态是否良好。
专利文献1：日本特开平5-115986号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述的监视方法中，由于将振动的测定波形与标准波形进行比较，因此如果测定波形与标准波形不同，则判定为产品是不合格品。因此，即使是进行拉伸试验而被判定为合格品的产品，如果测定波形与标准波形不同，则也被判定为不合格品，从而存在判定精度低这样的问题。
本发明是为了解决上述的问题而完成的。因而，本发明的目的在于提供一种能够高精度地判定被进行超声波接合的板状构件的接合状态是否良好的接合状态检查方法。
用于解决问题的方案
通过下述的方案达成本发明的上述目的。
本发明的接合状态检查方法具有测定阶段和判定阶段。在上述测定阶段，对在将振动的变幅杆推压至被重叠地载置在砧上的多个板状构件来对上述板状构件进行超声波接合时传递到上述砧的能量进行测定。在上述判定阶段，根据在上述测定阶段测定出的上述能量，判定上述板状构件的接合状态是否良好。
发明的效果
根据本发明，由于根据被传递到砧的能量来判定板状构件的接合状态是否良好，因此即使振动的测定波形与标准波形不同也能够进行正确的判定。也就是说，能够高精度地判定板状构件的接合状态是否良好。
附图说明
图1是表示应用本发明的一个实施方式所涉及的接合状态检查方法的检查装置的概要结构的图。
图2是表示图1所示的解析装置的概要结构的框图。
图3是表示由解析装置执行的数据解析处理的过程的流程图。
图4是表示振动波形数据的一例的图。
图5是表示应用带通滤波器后的振动波形数据的图。
图6是表示图3的步骤S103所示的截取点指定处理的过程的流程图。
图7是表示进行全波整流后的振动波形数据的图。
图8是表示应用低通滤波器后的振动波形数据的图。
图9是用于说明截取点指定处理的图。
图10是表示截取对象区间的波形所得到的振动波形数据的图。
图11是表示进行全波整流后的振动波形数据的图。
图12是表示振动波形数据的累积积分结果的图。
图13是表示在超声波接合时砧的运动状态的图。
图14是用于说明接合状态检查方法的效果的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。此外，图中对同样的构件使用了相同的附图标记。
图1是表示应用本发明的一个实施方式所涉及的接合状态检查方法的检查装置100的概要结构的图。
检查装置100检查被超声波接合装置200进行超声波接合的板材W的接合状态。超声波接合装置200具有被推压至板材W并施加振动的变幅杆210以及载置板材W的砧220。在被相向配置在超声波接合装置200上的变幅杆210和砧220的前端部分别方格状地形成有具有角锥形状的多个突起。
如图1所示那样，检查装置100具备对超声波接合装置200的砧220的振动振幅进行测定的振动传感器110以及根据来自振动传感器110的信号判定板材W的接合状态是否良好的解析装置120。
振动传感器110被配置在砧220的侧面，测定在超声波接合时的砧220的振动振幅。振动传感器110通过A/D转换器(未图示)与解析装置120连接。作为振动传感器110，能够采用涡电流传感器、激光多普勒位移计等非接触式位移传感器。
解析装置120判定被进行超声波接合的板材W的接合状态是否良好。解析装置120对振动传感器110测定砧220的振动振幅所得到的振动波形数据进行解析，来判定被进行超声波接合的两个板材W的接合状态是否良好。解析装置120例如是一般的个人计算机。
图2是表示解析装置120的概要结构的框图。解析装置120具有CPU 121、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)122、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)123、硬盘124、显示器125、输入部126以及接口127。这些各部通过总线相互连接。
CPU 121按照程序进行上述各部的控制和各种运算处理。ROM 122预先保存各种程序和各种数据。RAM 123作为作业区域暂时地存储程序和数据。
硬盘124保存包含OS(操作系统)的各种程序和各种数据。在硬盘124中保存有用于对由振动传感器110测定砧220的振动振幅所得到的振动波形数据进行解析的数据解析程序。
显示器125例如是液晶显示器，显示各种信息。输入部126例如是键盘、触摸面板以及鼠标等指示设备，用于各种信息的输入。
接口127将解析装置120和振动传感器110电连接。接口127接收来自振动传感器110的信号。
此外，解析装置120也可以包含上述的结构要素以外的结构要素，或者也可以不包含上述的结构要素中的一部分结构要素。
如以上那样构成的检查装置100根据在利用超声波接合装置200对板材W进行超声波接合时传递到砧220的能量，来判定板材W的接合状态是否良好。下面，参照图3～图14详细地说明本实施方式所涉及的接合状态检查方法。
图3是表示利用解析装置120执行的数据解析处理的过程的流程图。此外，通过图3的流程图示出的算法作为程序被存储在解析装置120的硬盘124中，通过CPU 121执行。
首先，记录振动波形数据(步骤S101)。具体地说，在超声波接合装置200对板材W进行超声波接合的期间，利用振动传感器110测定砧220的振动振幅，记录振动传感器110的输出作为振动波形数据。
接着，应用带通滤波器(以下称为“BPF”)(步骤S102)。具体地说，针对在步骤S101所示的处理中记录的振动波形数据应用BPF，抽出规定频带的数据。BPF是以变幅杆210的振动频率(例如20kHz)为中心频率并相对于中心频率具有±500Hz的频带宽度的FIR滤波器。
图4是表示振动波形数据的一例的图，图5是表示应用BPF后的振动波形数据的图。图4和图5的纵轴表示砧220的振动振幅(振动传感器110的输出电压)，横轴表示时间(采样点数)。
在本实施方式中，如图4所示，振动传感器110的输出被记录为振动波形数据。振动波形数据中还包含超声波接合装置200开始超声波接合前和结束超声波接合后的数据。对所记录的振动波形数据应用BPF就能够如图5所示那样从振动波形数据抽出例如中心频率20kHz且频带宽度±500Hz的振动波形数据。
接着，执行截取点指定处理(步骤S103)。具体地说，执行指定采样点的截取点指定处理，上述采样点用于从在步骤S102所示的处理中应用BPF后的振动波形数据截取砧220处于振动的时间的数据。
图6是表示截取点指定处理的过程的流程图。
首先，进行全波整流(步骤S201)。具体地说，针对在步骤S102所示的处理中应用BPF后的振动波形数据进行全波整流。进行全波整流就会如图7所示那样使振动波形数据的负侧的振幅值反转。
接着，应用低通滤波器(以下称为“LPF”)(步骤S202)。具体地说，针对在步骤S201所示的处理中进行全波整流后的振动波形数据应用LPF。应用LPF就能够如图8所示那样抽出振动波形数据的包络线。
然后，指定截取点(步骤S203)。具体地说，根据在步骤S202所示的处理中应用LPF后的振动波形数据，指定用于从振动波形数据中截取砧220处于振动的时间的数据的起点和终点。
图9是用于说明截取点指定处理的图。图9的(A)是图8的虚线所包围的部分A的放大图，图9的(B)是图8的虚线所包围的部分B的放大图。
在指定起点的情况下，如图9的(A)所示那样，首先，识别振动波形数据的振幅值最初超过规定的阈值V1的时间点(采样点1)。接着，确认振幅值超过阈值V1的状态持续了规定时间T1(规定的采样点数)的情形。如果确认出振幅值超过阈值V1的状态持续了规定时间，则从采样点1起回溯规定时间T2(规定的采样点数)的时间点(采样点2)被指定为起点。
另一方面，在指定终点的情况下，如图9的(B)所示那样，首先，识别振动波形数据的振幅值最初低于规定的阈值V2的时间点(采样点3)。接着，确认振幅值低于阈值V2的状态持续了规定时间T3的情形。如果确认出振幅值低于阈值V2的状态持续了规定时间，则从采样点3起前移规定时间T4的时间点(采样点4)被指定为终点。
如上所述，根据图3的步骤S103所示的截取点指定处理，指定用于从振动波形数据截取砧220处于振动的时间的数据的采样点。
接着，截取对象区间的波形(步骤S104)。具体地说，从在步骤S102所示的处理中应用BPF后的振动波形数据截取利用在步骤S103所示的处理中指定的两个截取点划定的时间的数据。其结果，如图10所示那样，能够得到与接合状态是否良好的判定无关的数据被去除后的振动波形数据。
接着，进行全波整流(步骤S105)。具体地说，针对在步骤S104所示的处理中截取出的振动波形数据进行全波整流。进行全波整流就会如图11所示那样使振动波形数据的负侧的振幅值反转。
接着，进行累积积分(步骤S106)。具体地说，对在步骤S105所示的处理中进行全波整流后的振动波形数据进行累积积分。更具体地说，对振动波形数据的各采样点的振幅值进行累积。
接着，计算积分曲线的斜率(步骤S107)。具体地说，通过将在步骤S106所示的处理中进行累积积分得到的振动波形数据的累积积分值除以积分曲线的起点至终点的时间(积分时间)，来计算振动波形数据的积分曲线的斜率。
图12是表示振动波形数据的累积积分结果的图。在本实施方式中，通过将振动波形数据的累积积分值V除以积分曲线的起点到至终点的时间T，来计算振动波形数据的积分曲线的斜率(V/T)。此外，累积积分值V相当于图11所示的振动波形数据的面积值。另外，累积积分值V和振动波形数据的面积值相当于在利用超声波接合装置200对板材W进行超声波接合时传递到砧220的能量。
接着，判断积分曲线的斜率是否超过规定的阈值(步骤S108)。具体地说，判断在步骤S107所示的处理中计算出的积分曲线的斜率是否超过规定的阈值。在此，规定的阈值是关于接合状态良好的多组板材取得关于积分曲线的斜率的数据而统计性地求出的值。
在判断为积分曲线的斜率超过规定的阈值的情况下(步骤S108：“是”)、判断为接合状态良好(步骤S109)，结束处理。例如，在解析装置120的显示器125显示接合状态良好的意思，并结束处理。
另一方面，在判断为积分曲线的斜率未超过规定的阈值的情况下(步骤S108：“否”)，判断为接合状态不良(步骤S110)，并结束处理。例如，在解析装置120的显示器125显示接合状态不良的意思，并结束处理。
如上所述，根据图3所示的流程图的处理，首先，利用振动传感器110测定砧220的振动振幅，并记录振动波形数据。接着，对振动波形数据进行积分并计算累积积分值。然后，根据振动波形数据的累积积分值判定板材W的接合状态是否良好。
即，根据本实施方式的接合状态检查方法，对在利用超声波接合装置200对板材W进行超声波接合时传递到砧220的能量进行测定，根据测定出的能量判定板材W的接合状态是否良好。根据这样的结构，能够高精度地判定被进行超声波接合的板材W的接合状态是否良好。
下面，参照图13和图14，对于本实施方式所涉及的接合状态检查方法的作用效果详细地进行说明。
图13是表示超声波接合时的砧220的运动状态的图。
如图13的(A)所示，在紧接着超声波接合开始之后，两个板材W1、W2未被接合，变幅杆210的振动仅传递到两个板材W1、W2中的上侧的板材W1。因此，砧220不振动，而产生因变幅杆210与板材W1之间的滑动引起的发热以及因板材W1与板材W2之间的滑动引起的发热。
如图13的(B)所示，如果板材W1和板材W2开始接合，则变幅杆210的振动被传递到砧220，砧220开始振动。
然后，如图13的(C)所示，板材W1与板材W2继续接合，则板材W1与板材W2之间不再滑动，从而因板材W1与板材W2之间的滑动引起的发热消失。另一方面，砧220的振动变大。此外，超声波接合装置200以将变幅杆210的振幅和加压力维持固定的方式对变幅杆210施加电力。
如上所述，在超声波接合中，与两个板材W1、W2的接合界面的接合状态相应地，从变幅杆210经由板材W1、W2传递到砧220的能量产生变化。除此之外，还有板材W1、W2的变形、脏污等的影响，即使测定变幅杆210的振动振幅也得不到与板材W1、W2的接合界面的接合状态的相关关系，从而无法正确地掌握接合状态。
另一方面，在本实施方式的接合状态检查方法中，通过测定砧220的振动振幅，来测定被传递到作为超声波接合的真正的要件的砧220的能量。因此，能够获得正确地反映随着时间的经过而产生变化的板材W1、W2的接合状态的测定结果，并能够高精度地判定接合状态是否良好。
另外，在本实施方式的接合状态检查方法中，利用非接触式的振动传感器110测定砧220的振动振幅。因而，不会像接触式的振动传感器那样传感器的自重对振动状态产生影响，从而能够正确地测定砧220的运动状态。
图14是用于说明本实施方式所涉及的接合状态检查方法的效果的图。在图14中用实线和虚线表示的振动波形是根据拉伸试验判断为接合状态(接合强度)良好的合格品的振动波形。另一方面，在图14中用点划线表示的振动波形是根据拉伸试验判断为接合状态不良的不合格品的振动波形。
如图14所示，不合格品与合格品相比，传递到砧的能量较小。另一方面，如果将用实线表示的合格品的振动波形与用虚线表示的合格品的振动波形相比，则波形不同。在将测定波形与标准波形进行比较的以往的监视方法中，用虚线表示的振动波形的产品被判定为不合格品。
然而，本实施方式的接合状态检查方法根据传递到砧的能量来判定接合状态是否良好，因此即使是如果着眼于测定波形则被判定为不合格品的产品，也能够判定为合格品。
这样，根据本实施方式的接合状态检查方法，板材的接合状态的判定精度提高。其结果，判定为不合格品的产品减少，产品的成品率提高。
如以上那样说明的本实施方式起到下面的效果。
(a)本实施方式的接合状态检查方法根据传递到砧的能量，来判断板材的接合状态是否良好。因而，即使砧的振动振幅的测定波形与标准波形不同，也能够进行正确的判定。也就是说，能够高精度地判定板材的接合状态是否良好。
(b)本实施方式的接合状态检查方法对利用振动传感器测定砧的振动振幅而得到的振动波形数据进行积分，并根据振动波形数据的积分结果判定板材的接合状态是否良好。因而，通过将传递到砧的能量进行数值化，能够容易地判定接合状态是否良好。
(c)本实施方式的接合状态检查方法在将振动波形数据的积分值除以积分时间所得到的值比规定的阈值大的情况下，判定为板材的接合状态良好。因而，接合时间的波动被吸收，从而判定的稳定性提高。
(d)本实施方式的接合状态检查方法从振动波形数据中截取出砧处于振动的时间的数据，并对截取出的数据进行积分。因而，数据量减少，从而能够在短时间内判定接合状态是否良好。
(e)本实施方式的接合状态检查方法应用根据变幅杆的振动频率所确定的频带的BPF来从振动波形数据中抽出数据。因而，能够去除振动波形数据中所包含的干扰(噪声)。
(f)BPF的中心频率与变幅杆的振动频率一致。因而，能够选择性地仅抽出从变幅杆传递的能量。
如上所述，在所说明的一个实施方式中，说明了本发明的接合状态检查方法。然而，本领域技术人员能够在本发明的技术思想的范围内适当地进行追加、变形以及省略，这是不言而喻的。
例如，在上述的实施方式中，根据振动波形数据的积分曲线的斜率判定板材的接合状态是否良好。然而，根据传递到砧的能量判定接合状态是否良好的方法不限定于利用积分曲线的斜率的方法。例如，在振动波形数据的累积积分值(振动波形数据的面积值)达到规定的值的情况下，也可以判定为板材的接合状态良好。
本申请基于2013年1月15日提出申请的日本专利申请号2013-004664号，将这些公开内容进行参照并整体引入到本申请中。
附图标记说明
100：检查装置；110：振动传感器；120：解析装置；121：CPU；122：ROM；123：RAM；124：硬盘；125：显示器；126：输入部；127：接口；200：超声波接合装置；210：变幅杆；220：砧。

Claims (7)

1.一种接合状态检查方法，其特征在于，包括：
测定阶段，对在将振动的变幅杆推压至被重叠地载置于砧上的多个板状构件来对上述板状构件进行超声波接合时传递到上述砧的能量进行测定；以及
判定阶段，根据在上述测定阶段中测定出的上述能量，判定上述板状构件的接合状态是否良好，
上述测定阶段包括：
振动测定阶段，通过振动传感器来测定上述砧的振动振幅；以及
积分阶段，对在上述振动测定阶段中测定上述砧的振动振幅所得到的振动数据进行积分，
其中，在上述判定阶段，根据上述积分阶段中的积分结果，判定上述板状构件的接合状态是否良好。
2.根据权利要求1所述的接合状态检查方法，其特征在于，
上述判定阶段包括比较阶段，在该比较阶段，将上述振动数据的积分值除以积分时间所得到的值与预先设定的阈值进行比较，
在上述积分值除以上述积分时间所得到的值比上述阈值大的情况下，判定为上述板状构件的接合状态良好。
3.根据权利要求1或2所述的接合状态检查方法，其特征在于，
上述测定阶段还包括截取阶段，在该截取阶段，从上述振动数据中截取上述砧处于振动的时间的数据，
在上述积分阶段，对在上述截取阶段中截取出的上述数据进行积分。
4.根据权利要求1或2所述的接合状态检查方法，其特征在于，
上述测定阶段还包括抽出阶段，在该抽出阶段，应用根据上述变幅杆的振动频率所确定的频带的带通滤波器，来从上述振动数据抽出上述频带的数据。
5.根据权利要求3所述的接合状态检查方法，其特征在于，
上述测定阶段还包括抽出阶段，在该抽出阶段，应用根据上述变幅杆的振动频率所确定的频带的带通滤波器，来从上述振动数据抽出上述频带的数据。
6.根据权利要求4所述的接合状态检查方法，其特征在于，
上述带通滤波器的中心频率与上述变幅杆的振动频率一致。
7.根据权利要求5所述的接合状态检查方法，其特征在于，
上述带通滤波器的中心频率与上述变幅杆的振动频率一致。
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