JP2017201274A - 溶接不良検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物である金属の溶接部が樹脂製のシートに覆われていても、精度よく検査できる溶接不良検査装置を提供する。【解決手段】インレイの溶接不良検査装置であって、インレイを搬送する搬送手段と、インレイを照明する第一の照明手段と、インレイを撮像する第一の撮像手段とを有する第一の光学手段と、第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、インレイを照明する第二の照明手段と、インレイを撮像する第二の撮像手段とを有する第二の光学手段と、第一の光学手段が撮像した画像からインレイ内のムラ分布を示すムラ分布情報を生成するムラ分布情報生成手段と、ムラ分布情報を用いて第二の光学手段によって撮像した温度変化情報を補正し、補正した温度変化情報に基づいてインレイの溶接不良を検出する溶接不良検出手段と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣモジュールおよびアンテナを実装したシートからなるインレットを埋め込んだ情報媒体、特に非接触ＩＣカードや電子パスポートなどに内蔵されるインレイの溶接不良検査装置に関するものである。

被検査物の検査対象領域は、ＩＣモジュールのベース及びアンテナの２片の金属を重ね合わせ、片方の面からレーザーをスポット照射して溶接した箇所である。２片の金属の間に隙間が生じた状態でレーザースポット溶接した場合、溶融した２片の金属が接着せず、溶接不良が発生する。

通常、非接触ＩＣカードや電子パスポート用のインレイはインラインまたはオフライン上で通信検査を行い、製品の良否判定を行っている。しかしながら、溶接不良が発生していたとしても２片の金属が接触していれば導通し、通信可能となるため通信検査をパスしてしまう可能性がある。さらに、溶接具合が弱い場合は、製品として出荷された後、使用時に溶接部に力が加わったときに溶接部がはずれてしまう危険性がある。

また、レーザースポット溶接による溶接部のレーザー孔は、外観上、良品と不良品とに差が無いため、外観検査では不良品を見極めるのは非常に困難である。さらに、最終製品を保証するためには、オーバーシートによって覆われたインレイの状態で検査する必要があるため、外観から検査することは不可能となる。

従来、金属の溶接部に欠陥が発生しているか否かの検査としては、放射線透過試験や超音波探傷試験が挙げられるが、インレットのような薄く小さい部材の溶接部の検査には適用が困難である。そこで、レーザー溶接部の検査方法として注目されているのが、赤外線カメラを使用して溶接部の温度分布を観察する方法である。

特許第２５２６２１８号公報 特許第４１４０２１８号公報

特許文献１の技術は、溶接部の良品と不良品とでは温度分布のパターンに相違があり、溶接部からの放射エネルギーを赤外線カメラでエネルギー画像信号として検出し、画像処理装置により温度分布画像に変換し、処理することによって溶接部の良品と不良品を判別するものである。同様に、特許文献２の技術は、赤外線画像の明るさの差（遠赤外線放射率の差）を利用して、溶接部の良品と不良品を判別するものである。

しかしながら、上述した方法の場合、被検査物が赤外線カメラや照明といった観察系に対し、遮蔽物が無い状態では有効であるが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等の樹脂製のオーバーシートで溶接部が覆われたインレイのような被検査物の場合、オーバーシートを貼り合せるための接着剤や空気層が影響し、正確な温度分布を取得することが困難である。

本発明は上述した従来技術の課題を解決するために提案するものであり、被検査物である金属の溶接部が樹脂製のシートに覆われていても、精度よく検査できる溶接不良検査装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明は、インレイの溶接不良検査装置であって、インレイを搬送する搬送手段と、インレイを照明する第一の照明手段と、インレイを撮像する第一の撮像手段とを有する第一の光学手段と、第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、インレイを照明する第二の照明手段と、インレイを撮像する第二の撮像手段とを有する第二の光学手段と、第一の光学手段が撮像した画像からインレイ内のムラ分布を示すムラ分布情報を生成するムラ分布情報生成手段と、ムラ分布情報を用いて第二の光学手段によって撮像した温度変化情報を補正し、補正した温度変化情報に基づいてインレイの溶接不良を検出する溶接不良検査手段と、を備えたことを特徴とする溶接不良検査装置である。

また、ムラ分布情報生成手段は、第一の光学手段である赤外線カメラによって撮像された画像からインレイの吸収波長の違いを捉え、インレイ内の接着剤及び空気層のムラ分布を示すムラ分布情報を生成してもよい。

また、第二の光学手段は、第二の照明手段によりインレイを瞬間的に加熱して温度変化を促し、第二の撮像手段である赤外線カメラによりインレイの温度変化を捉えてもよい。

本発明の溶接不良検査装置によれば、被検査物が樹脂製のシートに覆われた状態でも精度よく検査できる溶接不良検査装置を実現できる。

本発明の溶接不良検査装置の模式図 被検査物の模式図であって、（ａ）は被検査物の構成を表す模式図、（ｂ）は被検査物の樹脂製シートに覆われていない状態を表す模式図、（ｃ）は被検査物の樹脂製シートに覆われた状態を表す模式図 被検査物の溶接部の模式図であって、（ａ）は被検査物の溶接部の側面を表す模式図、（ｂ）は被検査物の溶接部の上面を表す模式図、 被検査物の溶接不良の模式図であって、（ａ）は被検査物の溶接不良の側面を表す模式図、（ｂ）は被検査物の溶接不良の上面を表す模式図 本発明の実施形態に係る溶接不良検出フローを表す模式図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る溶接不良検査装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、溶接不良検査装置１は、被検査物であるＩＣモジュールおよびアンテナを実装したシートからなるインレットを埋め込んだ情報媒体（インレイ）１０を搬送する手段である搬送部１５と、インレイを照明する第一の照明手段である反射光源部１３１と、インレイを撮像する第一の撮像手段である撮像部１２１と、インレイを検出する第一のインレイ検出手段であるインレイ検出部１４１と、を有する第一の光学手段と、第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、インレイを照明する第二の照明手段である反射光源部１３２と、インレイを撮像する第二の撮像手段である撮像部１２２と、インレイを検出する第二のインレイ検出手段であるインレイ検出部１４２と、を有する第二の光学手段と、データ処理部１６−１と、データ処理部１６−２と、溶接不良検出部１７とを備えている。

データ処理部１６−１は、第一の光学手段が撮像した画像を用いて、吸収波長の違いからインレイ内のムラ分布を表すムラ分布情報を生成する。データ処理部１６−２は、第二の光学手段が撮像した画像を用いて、インレイ内の温度変化を表す温度変化情報を生成する。溶接不良検出部１７は、データ処理部１６−１が生成したムラ分布情報を用いて、データ処理部１６−２が生成した温度変化情報を補正し、補正した温度変化情報に基づきインレイの溶接不良を検出する。尚、本実施形態においては、データ処理部１６−１とデータ処理部１６−２とは、データ処理部１６として一体となっている。

図２は、本発明の実施形態に係る被検査物であるインレイを模式的に示した図である。図２（ａ）はインレイの構成を示した図であり、２枚のオーバーシート１００、アンテナシート１０１、ＩＣモジュール１０２から構成されている。図２（ｂ）はアンテナシート１０１にＩＣモジュール１０２がレーザー溶接にて実装された状態を示した図であり、この状態をインレットと呼ぶ。図２（ｃ）は上記インレットを２枚のオーバーシート１００で上下面から貼り合せた状態を示した図であり、この状態をインレイ１０と呼ぶ。オーバーシートはＰＥＴのような樹脂製のものであり、オーバーシート内側に接着剤を塗布し熱圧着によって貼り合せている。

図３は、本発明の実施形態に係る被検査物の溶接部の模式図であり、アンテナシート１０１にＩＣモジュール１０２を実装するためのレーザースポット溶接を模式的に示した図である。図３（ａ）はレーザースポット溶接の様子を側面から表した図であり、ＰＥＴ等の樹脂製のアンテナシート基材部１０１−１、アルミ等の金属で成膜されたアンテナシートパターン部１０１−２、ＩＣモジュールチップ１０２−１を備えたＩＣモジュールベース部１０２−２が図のように配置され、アンテナシート基材部１０１−１、アンテナシートパターン部１０１−２およびＩＣモジュールベース部１０２−２が重なり合った状態でレーザー２０によってレーザースポット溶接される。図３（ｂ）はレーザースポット溶接の様子を上面から表した図であり、ＩＣモジュールベース部１０２−２の左右両側に溶接ポイント（溶接部良品１０２−３）を配置している。溶接部の強度を上げるため、溶接箇所は片側複数であることが望ましい。

図４は、被検査物の溶接不良の模式図であり、図３と同様、アンテナシート１０１にＩＣモジュール１０１を実装するためのレーザースポット溶接を模式的に示した図である。図４（ａ）はレーザースポット溶接の際、アンテナシート１０１とＩＣモジュール１０２の把持不良により、アンテナシート１０１とＩＣモジュールベース部１０２−２との間に隙間が生じ、溶接不良を発生させる状態を表している。図４（ｂ）はアンテナシート１０１とＩＣモジュールベース部１０２−２との間に隙間が生じた状態でレーザースポット溶接した結果の様子を上面から表した図であり、隙間が生じた側に溶接部不良品１０２−４が発生している。

図１で説明したように、撮像部、反射光源部、インレイ検出部はそれぞれ２組ある。１組目の第一の光学手段の役割は、インレイ内のムラ分布情報を生成するための画像を撮像するものである。そのため、第一の光学手段における撮像部１２１には、ＩｎＧａＡｓなどの吸収波長の違いを捉える受光素子を利用した赤外線カメラが適している。吸収波長の違いで画像を形成するため、オーバーシート１００に塗布した接着剤のムラの状態および熱圧着による貼り合せの際にオーバーシート間に生じる空気層のムラの状態を観察することが可能となる。

第一の光学手段における反射光源部１３１は、例えばＬＥＤやハロゲンランプやキセノンランプ等の光源が用いられ、さらにはエポキシ樹脂等の接着剤の吸収波長にあった赤外照明を使用すると赤外線カメラにおいてより効果的に接着剤のムラ分布を検出することが可能となる。

２組目の第二の光学手段の役割は、インレイを瞬間的に加熱して温度変化を促し、この温度変化を捉えるための画像を撮像するものである。そのため、第二の光学手段における撮像部１２２には、ＩｎＳｂなどの温度の違いを捉える受光素子を利用した赤外線カメラが適している。また、被検査物であるアンテナシート１０１とＩＣモジュールベース部１０２−２は薄く小さい部材であるため、温度変化の速度が非常に速い。そのため、撮像部１２２は高いフレームレートおよび高い温度分解能の赤外線カメラであることが望ましい。

第二の光学手段における反射光源部１３２は、被検査物であるインレイに対し瞬間的に温度変化を促す役割を担うため、極めて短時間だけ発光するフラッシュランプやレーザーといった光源を使用することが望ましい。撮像部１２２は、温度分布の画像を短時間に複数枚撮像し、被検査物であるインレイ内の各位置での温度変化の違いを画像化する。

次に、データ処理部１６および溶接不良検出部１７について詳細に説明する。図５は、本発明の実施形態に係る溶接不良検出フローを表す模式図である。

まず、データ処理部１６−１が、第一の光学手段から画像を取得し（ステップ１）、取得した画像に基づいてインレイ内のムラ分布情報を生成する（ステップＳ２）。アンテナシートにＩＣモジュールを実装したインレットを接着剤を使用してオーバーシートで覆ったインレイに、接着剤の塗布ムラおよびわずかな空気層が存在すると、塗布ムラや空気層の存在しない部分との吸収波長に差が生じる。そこで、データ処理部１６−１は、第一の光学手段の撮影画像を解析し、撮影画像のうち塗布ムラや空気層の存在する領域を特定し、ムラ分布を示すムラ分布情報を生成する。生成したムラ分布情報は、データ処理部１６−１が備えるメモリ等の記憶装置に保持される。

次に、データ処理部１６−２は、第二の光学手段から画像を取得する（ステップＳ３）。第二の光学手段の撮影画像は、反射光源部１３２が瞬間的に温度変化をインレイに生じさせ、インレイ内の各部に生じた温度分布を記録したものである。取得した撮影画像（温度変化情報）は、データ処理部１６−２が備えるメモリ等の記憶装置に保持する。ここで、インレイに与えた熱が通過する際に溶接部良品と溶接部不良品では熱拡散率に差があるため、温度変化に違いが生じる。一般に、溶接部不良品の場合（つまり溶接部が剥離している場合）、良品と比べて熱拡散が生じにくいため、温度が高い（冷めにくい）傾向にある。しかしながら、インレイの状態ではオーバーシートや接着剤、空気層の存在により、誤差を含む温度変化情報となる。

次に、溶接不良検出部１７は、データ処理部１６−１で保持しているムラ分布情報を取得し、取得したムラ分布情報を用いて温度変化情報（第二の光学手段の撮影画像）を画素ごとに補正する（ステップＳ４）。その後、溶接不良検出部１７は、補正後の温度変化情報に基づき、溶接不良部を検出する（ステップＳ５）。以上の処理を行うことにより、オーバーシートや接着剤、空気層などに影響されにくい溶接不良検査を可能とする。

ここで、温度変化情報の補正方法及び補正後の温度変化情報に基づく溶接不良部の検出方法について説明する。ムラ分布情報をＭ、ムラ分布情報のレンジをＭｒａｎｇｅ、第二の光学手段で測定可能な温度範囲をＴｒａｎｇｅ、温度変化情報をＴとしたときの補正後の温度変化情報Ｔｃは、Ｔｃ＝Ｔ−（Ｍ／Ｍｒａｎｇｅ）Ｔｒａｎｇｅとなる。この補正後の温度変化情報Ｔｃがあらかじめ設定した基準を超えていた場合、溶接不良部と判定する。

このように本発明の溶接不良検査装置を用いることにより、溶接部がオーバーシート等で覆われ、接着剤や空気層等に由来した外乱成分が存在する状態でも、その外乱成分をあらかじめ測定し補正することによって、その外乱成分の影響を受けることなく、高精度な検査を実施することが可能となる。

本発明に係る溶接不良検査装置は、非接触ＩＣカードや電子パスポートなどに内蔵されるインレイの溶接不良検査に好適に用いられる。

１…溶接不良検査装置
１０…インレイ
１００…オーバーシート
１０１…アンテナシート
１０１−１…アンテナシート基材部
１０１−２…アンテナシートパターン部
１０２…ＩＣモジュール
１０２−１…ＩＣモジュールチップ
１０２−２…ＩＣモジュールベース部
１０２−３…溶接部良品
１０２−４…溶接部不良品
１１…インレイを搬送する方向を示す矢印
１２１…撮像部
１２２…撮像部
１３１…反射光源部
１３２…反射光源部
１４１…インレイ検出部
１４２…インレイ検出部
１５…搬送部
１６…データ処理部
１７…溶接不良検出部
２０…レーザー

Claims (3)

1. インレイの溶接不良検査装置であって、
   前記インレイを搬送する搬送手段と、
   前記インレイを照明する第一の照明手段と、前記インレイを撮像する第一の撮像手段とを有する第一の光学手段と、
   前記第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、前記インレイを照明する第二の照明手段と、前記インレイを撮像する第二の撮像手段とを有する第二の光学手段と、
   前記第一の光学手段が撮像した画像から前記インレイ内のムラ分布を示すムラ分布情報を生成するムラ分布情報生成手段と、
   前記ムラ分布情報を用いて第二の光学手段によって撮像した温度変化情報を補正し、補正した前記温度変化情報に基づいてインレイの溶接不良を検出する溶接不良検出手段と、を備えたことを特徴とする溶接不良検査装置。
2. 前記ムラ分布情報生成手段は、前記第一の光学手段である赤外線カメラによって撮像された画像からインレイの吸収波長の違いを捉え、インレイ内の接着剤及び空気層のムラ分布を示すムラ分布情報を生成することを特徴とする、請求項１に記載の溶接不良検査装置。
3. 前記第二の光学手段は、前記第二の照明手段により前記インレイを瞬間的に加熱して温度変化を促し、前記第二の撮像手段である赤外線カメラにより前記インレイの温度変化を捉えることを特徴とする、請求項１または２に記載の溶接不良検査装置。