JP2005300276A - 薄板の非破壊欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄板に発生した欠陥を短時間で検出することができるとともに、薄板に発生している微細な欠陥までも検出することが可能な薄板の非破壊欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】 薄板Ｗの外縁の一部を保持手段１の固定部１ｃでチャッキングして該薄板Ｗを略鉛直状態で保持し、前記保持された薄板Ｗの予め定められた加振部位Ａ〜Ｄを加振ユニット２のハンマー２ａ〜２ｄが時分割的に加振する。そして、前記各ハンマー２ａ〜２ｄが前記薄板Ｗを加振したときに発生した振動音を、前記薄板Ｗの加振部位Ａ〜Ｄに対応して設けられたコンデンサーマイク３ａ〜３ｄで集音し、前記集音された振動音を周波数分析して前記薄板Ｗの加振部位Ａ〜Ｄにおける欠陥の有無を演算するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄板に発生した割れ、あるいは内部クラック等の欠陥を非破壊で検出する装置に関するものである。

従来、薄板に発生した欠陥を非破壊で検出する装置としては、試料（本明細書の薄板に相当する。）を取り付ける試料取り付け部、試料を加振させる振り子状の振動子、前記振動子により試料を加振したときの振動音を収集する音収集器からなる検査冶具と、前記音収集器により収集された振動音を周波数分析する音検知機とから構成された試料の欠陥測定装置が公知である（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２３５４５１号公報（第２−６頁、第１−６図）

前記特許文献１に記載の試料の欠陥測定装置は、前記試料取り付け部を、検査冶具内の固定側の軸にベアリングを介して装着することにより、該試料取り付け部を加振方向に対して可動式にしたことを特徴としている。これにより、前記振り子状の振動子が、試料を加振したときに該試料全体が加振方向に揺動する結果、試料を加振したときの衝撃を最小限に抑えることができる。

また、前記試料の欠陥測定装置は、前記振り子状の振動子を試料の所定の打点（試料中央部）に衝突させて試料の欠陥を検出する構成となっている。これにより、試料を均等に振動させることができる結果、当該試料の欠陥検出の精度が向上する。

しかしながら、前記試料の欠陥測定装置は、試料を加振したときに該試料全体が加振方向に対して揺動するので、同じ試料を繰り返し加振して欠陥を検査する場合、この揺動が収束するまで次の加振動作を行なうことができず、結果的に当該試料の欠陥検出を短時間で行なうことが困難である。

また、試料の所定の打点（試料中央部）のみを加振するだけでは、大きな欠陥を検出することはできても、前記所定の打点から離れた位置に発生している微細な欠陥を検出することは困難である。

したがって、本発明は、前記問題点を解決することを課題としてなされたものであり、薄板に発生した欠陥を短時間で検出することができるとともに、薄板に発生している微細な欠陥までも検出することが可能な薄板の非破壊欠陥検出装置を提供するものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の薄板の非破壊欠陥検出装置の発明では、保持手段は、薄板の外縁の一部を掴んで該薄板を略鉛直状態で保持し、加振手段は、薄板の予め定められた複数部位を時分割的に加振することを特徴としたものである。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記保持手段は、緩衝材を介して薄板を保持する構成としたものである。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記加振手段は、薄板と接触する部分を弾性体で形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記加振手段は、複数設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、振動音検出手段を薄板の近傍に配置したものである。

請求項６に記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれかに記載の発明において、前記振動音検出手段は、前記薄板の予め定められた複数部位に対応して複数設けられているものである。

本発明は、次のような効果を奏する。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、薄板の複数部位にわたって欠陥検出を短時間で行なうことができるとともに、微細な欠陥をも検出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、薄板を加振したときの衝撃を最小限に抑制できる結果、薄板を損傷させることなく繰り返し当該薄板の欠陥検出を行なうことができる。

請求項３に記載の発明によれば、薄板を加振したときに加振手段が薄板に一定時間接触する結果、該薄板に加わる外力は瞬間的でない力、すなわち、インパルス的ではない外力となるため、亀裂等の欠陥部分が擦れ合って生じる軋み音等の特徴的な音の抽出が容易となり、薄板の欠陥検出の精度が向上する。

請求項５および請求項６に記載の発明によれば、薄板から発生する振動音を確実に収集することができる。

つぎに、本発明にかかる薄板の非破壊欠陥検出装置の実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔを示し、この薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔは、大略、薄板Ｗを保持する保持手段１と、薄板Ｗを加振する加振ユニット２と、薄板Ｗを加振したときに発生する振動音を検出する振動音検出手段３と、前記振動音検出手段３により検出された振動音を周波数分析し、当該薄板Ｗの割れ、あるいは内部クラック等の欠陥の有無を演算する演算手段４と、前記演算手段４にて演算された演算結果を出力するモニター５とから構成されている。

前記保持手段１は、図示のとおり、固定部１ｃにより薄板Ｗの外縁の一部をチャッキングし、該薄板Ｗを略鉛直状態で保持する構成となっている。そして、前記保持手段１の固定部１ｃの内側には、例えば、スポンジ、スポンジゴム、羊毛フェルト等の緩衝材１ｄが貼り付けてあり、前記薄板Ｗは、緩衝材１ｄを介して固定部１ｃにより保持される。

また、前記固定部１ｃは、ボルト１ｆにて軸１ｂと固定する構成となっている。したがって、前記薄板Ｗは先行技術と異なり、固定状態で保持されることになるが、後述する加振ユニット２のハンマー２ａ〜２ｄにて加振したときの衝撃を前記緩衝材１ｄで吸収するようにしているので薄板Ｗが加振により損傷することはない。

前記加振ユニット２は、薄板Ｗを加振する複数のハンマー２ａ〜２ｄと、前記ハンマー２ａ〜２ｄを加振動作させる図示しないエアシリンダや電磁石等の駆動機構と、前記それぞれのハンマー２ａ〜２ｄの加振動作を制御する図示しない制御部とから構成されている。

前記加振ユニット２のハンマー２ａ〜２ｄは、薄板Ｗの加振部位Ａ〜Ｄを加振するよう配置されている。詳述すると、ハンマー２ａが前記薄板Ｗの加振部位Ａを加振し、ハンマー２ｂが前記薄板Ｗの加振部位Ｂを加振し、ハンマー２ｃが前記薄板Ｗの加振部位Ｃを加振し、ハンマー２ｄが前記薄板Ｗの加振部位Ｄを加振する構成となっている。

また、前記加振ユニット２は、前記それぞれのハンマー２ａ〜２ｄの加振動作を例えば、ハンマー２ａ（薄板Ｗの加振部位Ａ）→ハンマー２ｄ（薄板Ｗの加振部位Ｄ）→ハンマー２ｂ（薄板Ｗの加振部位Ｂ）→ハンマー２ｃ（薄板Ｗの加振部位Ｃ）の順序で時分割的に行なわれるよう前記制御部が制御する構成となっている。

したがって、この加振ユニット２の構成により、薄板Ｗの各加振部位Ａ〜Ｄを短時間で多点加振することができる。

図２は、前記加振ユニット２に備えられているハンマー（本説明のみ符号を省略する。）の詳細図である。図示のとおり、このハンマーは、例えば、ステンレス製の棒Ｓの先端部にプラスチック樹脂製の硬質の部材で形成された芯Ｐが取り付けられ、前記芯Ｐの外側を天然ゴムやシリコンゴム等からなる弾性体Ｇで被われた構成となっている。

前記ハンマーを上記構成としたことにより、次のような作用効果を得ることができた。先ず、前記構成のハンマーで薄板Ｗを加振したとき、該ハンマーの薄板Ｗと接触する部分が適度に変形する。したがって、ハンマーが薄板Ｗに一定時間接触する結果、該薄板Ｗに加わる外力は瞬間的でない力、すなわち、インパルス的ではない外力となる。

一方、前記ハンマーの弾性体Ｇの内側には芯Ｐが形成されているので、薄板Ｗを加振したとき、前記薄板Ｗと接触する部分（弾性体Ｇ）に加振力をほとんど吸収されることなく該ハンマーからの加振力を薄板Ｗに伝達することができる。

したがって、上記構成のハンマーで薄板Ｗの欠陥部分を加振すると、亀裂部分が擦れ合って生じる軋み音等の特徴的な音の抽出が容易となる。

なお、加振ユニット２に備えられるハンマーの数や、ハンマーにて薄板Ｗを加振する部位、各ハンマーの加振動作の順序については、薄板Ｗの材質や形状、大きさ等によって適宣変更可能であることはいうまでもない。

また、前記ハンマーの弾性体Ｇの材質は、薄板Ｗを加振したときに適度に変形するものであれば、天然ゴム以外にシリコンゴムやウレタンゴム、フッ素ゴム等であってもよい。また、芯Ｐの材質もプラスチック樹脂に代えて金属製の部材にしてもよい。

前記振動音検出手段３は、図１に示すように、薄板Ｗを介して加振ユニット２に対向して配置された複数のコンデンサーマイク３ａ〜３ｄで構成され、前記加振ユニット２のハンマー２ａ〜２ｄが薄板Ｗを加振したときに発生する振動音を集音してこれを電気信号に変換し、後述する演算手段４に出力するものである。

そして、前記それぞれのコンデンサーマイク３ａ〜３ｄは、薄板Ｗの各加振部位Ａ〜Ｄに対応して該薄板Ｗの近傍に配置されている。すなわち、コンデンサーマイク３ａが薄板Ｗの加振部位Ａの振動音を集音し、コンデンサーマイク３ｂが薄板Ｗの加振部位Ｂの振動音を集音し、コンデンサーマイク３ｃが薄板Ｗの加振部位Ｃの振動音を集音し、コンデンサーマイク３ｄが薄板Ｗの加振部位Ｄの振動音を集音する構成となっている。

前記演算手段４は、前記加振ユニット２のハンマー２ａ〜２ｄが薄板Ｗの各加振部位Ａ〜Ｄを加振したときに発生した振動音を、前記振動音検出手段３のコンデンサーマイク３ａ〜３ｄが集音して電気信号に変換し、該信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行なって分析し、薄板Ｗの各加振部位Ａ〜Ｄにおける欠陥の有無を演算する構成となっている。

そして、前記演算手段４で演算された演算結果は、モニター５に出力される構成となっている。

以上の構成から明らかなように、本発明の薄板の非破壊欠陥検出装置は、一度の検査で薄板の複数部位にわたって欠陥検出を短時間で行なうことができるとともに、微細な欠陥をも検出することが可能になる。

なお、前記保持手段１で保持されている薄板Ｗの外縁を欠陥検出するに際しては、１回目の検査が終了した後、いったん薄板Ｗを保持手段１から取り外し、該薄板Ｗを時計方向または半時計方向に９０度反転させ、再び該薄板Ｗを保持手段１に取り付けた後、再度欠陥検出作業を行なうようにすればよい。

図６は、本発明の第１実施形態の変形例を説明する概略図である。なお、本変形例において、第１実施形態と同一構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、加振ユニット２は、薄板Ｗを加振する単数のハンマー２ａが備えられている。また、前記加振ユニット２本体は、例えば、モータが取り付けられたボールネジ等の駆動機構により薄板Ｗに沿ってＹ−Ｙ′方向に移動自在に構成されている。

そして、前記加振ユニット２は、次のような動作を時分割的に行なう。すなわち、図示しない制御部から出力された信号に基づいて薄板Ｗの加振部位Ａに対応する位置に移動し、前記単数のハンマー２ａが前記薄板Ｗの加振部位Ａを加振する。続いて、前記加振ユニット２が前記薄板Ｗの加振部位Ｂに対応する位置に移動し、前記単数のハンマー２ａが前記薄板Ｗの加振部位Ｂを加振する。同様に、前記薄板Ｗの加振部位Ｃを加振する。なお、薄板Ｗの加振部位Ａ〜Ｃを加振する順序や、薄板Ｗの材質や形状、大きさ等によって適宣変更可能であることはいうまでもない。

つぎに、本発明の薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔで薄板Ｗを欠陥検出した実験例を説明する。実験条件については次のとおりである。
（ａ）薄板Ｗの材質：太陽電池セル（多結晶シリコン系）
（ｂ）薄板Ｗのサイズ：^□１５５ｍｍ×^ｔ２５０μｍ
（ｃ）ハンマーの弾性体Ｇの詳細：硬度がショアＡ値４０度の天然ゴム

図３および図４は、モニター５に出力された波形から薄板Ｗの欠陥を判定する図である。図の縦軸はスペクトル強度、横軸は薄板Ｗの振動周波数を示す。図３は、欠陥の存在しない良品の薄板Ｗの振動波形を示し、図示のとおり、良品の薄板Ｗを加振したときには、０〜２ＫＨｚ付近の振動周波数以外にピークは存在しない。図４は、欠陥の存在する不良品の薄板Ｗの振動波形を示し、図３と図４とを比較すれば明らかなように、不良品の薄板Ｗを加振したときには、０〜２ＫＨｚ付近の振動周波数以外、すなわち、４〜７ＫＨｚ付近にもピークが存在することが分かる。

本発明の第２実施形態を図面に従って説明する。

図５は、本発明の薄板の非破壊欠陥検出装置における第２実施形態を説明する概略図である。なお、本第２実施形態において、第１実施形態と同一構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、多数の保持手段１が備えられた搬送手段６を配置し、前記搬送手段６の搬送方向（Ｘ方向）下流側の所定位置に薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔを配置する構成とした。このように構成することで、複数の薄板Ｗを前記多数の保持手段１に保持させ、搬送手段６を前記所定位置に向けてＸ方向にタクト搬送させれば複数の薄板Ｗの欠陥検出を連続的に行なうことができる。

なお、具体的な説明は省略するが、前記搬送手段６の保持手段１に複数の薄板Ｗを保持させた状態で該搬送手段６を停止させておき、前記薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔ自体を所定方向に移動させる構成として複数の薄板Ｗの欠陥検出を連続的に行なってもよい。

本明細書で説明した薄板の非破壊欠陥検出装置の検査対象となる薄板については、例えば、太陽電池セルやシリコンウエハ等が好適である。

本発明にかかる薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔの第１実施形態を示す概略図である。 加振ユニット２のハンマーの構成を説明する図である。 モニター５に出力された良品の薄板Ｗの振動波形を示す図である。 モニター５に出力された不良品の薄板Ｗの振動波形を示す図である。 本発明にかかる薄板の非破壊欠陥検出装置Ｔの第２実施形態を示す概略図である。 第１実施形態の変形例を示す概略図である。

符号の説明

１ 保持手段
２ 加振ユニット
３ 振動音検出手段
４ 演算手段
５ モニター
Ａ〜Ｄ 加振部位
Ｔ 薄板の非破壊欠陥検出装置
Ｗ 薄板

Claims (6)

1. 薄板を保持する保持手段と、薄板を加振する加振手段と、薄板を加振したときに発生する振動音を検出する振動音検出手段と、前記振動音検出手段により検出された振動音を周波数分析し、該薄板の欠陥の有無を演算する演算手段と、前記演算手段にて演算された演算結果を出力する出力手段とから構成された薄板の非破壊欠陥検出装置において、
   前記保持手段は、薄板の外縁の一部を掴んで該薄板を略鉛直状態で保持し、前記加振手段は、薄板の予め定められた複数部位を時分割的に加振することを特徴とする薄板の非破壊欠陥検出装置。
2. 前記保持手段は、緩衝材を介して薄板を保持することを特徴とする請求項１に記載の薄板の非破壊欠陥検出装置。
3. 前記加振手段は、薄板と接触する部分を弾性体で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄板の非破壊欠陥検出装置。
4. 前記加振手段は、複数設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄板の非破壊欠陥検出装置。
5. 前記振動音検出手段を薄板の近傍に配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄板の非破壊欠陥検出装置。
6. 前記振動音検出手段は、前記薄板の予め定められた複数部位に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄板の非破壊欠陥検出装置。

Images