JP2020098109A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】接合体における部材同士の接合状態を迅速に検査することができる検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】検査装置１は、互いに重なり合う複数の板部材９１をリベット９２を介して接合された接合体９において、板部材９１同士の接合状態を検査する装置である。この検査装置１は、接合体９の観察面９３に対して、位相、振幅の空間分布および／または周波数が異なる複数の振動条件の弾性波を付与する加振部２と、加振部２による加振中に、観察面９３における板部材９１とリベット９２との接合部９４またはその近傍における振動変位に関する物理量の空間分布を検出する検出部３と、検出部３が検出した物理量の空間分布を処理する処理部４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関する。
自動車部品等の分野において、複数の板部材同士を接合して接合体を得ることがある。この場合、板部材同士の接合には、リベットが用いられる。そして、リベットによる板部材同士の接合部の良不良の検査方法としては、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。この特許文献１に記載された方法は、次の手順で行われる。
まず、２枚の板部材のうちの一方の板部材のリベット近傍に、パルス波発信用の探触子（以下「第１探触子」と言う）を接触させる。また、リベットのかしめ部に、パルス波受信用の探触子（以下「第２探触子」と言う）を接触させた状態とする。
この状態で、第１探触子からパルス波を発信すると、パルス波は、第２探触子で受信される。このとき、リベットのかしめ部と一方の板部材との密着の程度、すなわち、板部材同士の接合部の良不良に応じて、第２探触子で受信されるパルス波の波形に変化が生じる。
このように、特許文献１に記載された方法では、パルス波の波形を記録して、この波形に基づいて、接合部の良不良の判断を行うことができる。しかしながら、この方法では、第１探触子と第２探触子との間における接合部の接合状態しか検査することができない。
従って、リベットのかしめ部の全周にわたって、接合部の接合状態を十分に検査する場合には、一方の板部材上での第１探触子の配置位置をリベットのかしめ部の全周にわたって変更していき、その都度、パルス波を記録する必要がある。そのため、検査完了までの時間が多大に費やされてしまう。
特開平１０−２４９４７４号公報
この発明は、上記のような課題（検査完了までに時間を要すること）を解決するためになされたものであり、その１つの目的は、例えば、接合体における部材同士の接合状態を迅速に検査することができる検査装置および検査方法を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における検査装置は、互いに重なり合って接合された複数の部材を含む接合体において、部材同士の接合状態を検査する検査装置であって、
接合体の観察面に対して、位相、振幅の空間分布および／または周波数が異なる複数の振動条件の弾性波を付与する加振部と、
加振部による加振中に、観察面における部材同士の接合部またはその近傍における弾性波により生じる振動（以下単に振動という）の変位に関する物理量の空間分布を一括検出する検出部と、
検出部が検出した物理量の空間分布を、記憶または表示する処理部と、を有する。
この発明の一の局面による検査装置では、接合体の観察面における振動変位に関する物理量の空間分布の一括イメージングを利用し、この一括イメージングを、複数の振動条件の振動を接合体に付与することにより行う。ここで、一括イメージングする振動は、加振部から連続的に弾性波が付与されることにより観察面において空間的に定常状態となっている。振動が定常状態となった観察面においては、振動の振幅が極端に小さくなる領域（振動の節）が生じる。このため、部材同士の接合状態とは無関係に振動の節となってしまった箇所においては、接合状態を検査することができない。そこで、本発明では、複数の振動条件において振動の一括イメージングを行うことで、観察面における全ての箇所で接合状態を検査することが可能となる。これにより、簡単な構成で、接合体の検査を迅速に行うことができる。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、加振部は、振動条件として周波数が異なる複数の振動を異なるタイミングで付与する。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、加振部は、振動条件として周波数が異なる複数の振動を同じタイミングで付与する。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、加振部は、観察面に振動子を接触させて振動の付与を行い、観察面における振動子の接触位置を変更することにより振動の位相、振幅の空間分布を変化させる。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、加振部は、観察面に複数の振動子を接触させて振動の付与を行い、各振動子で付与する振動条件を変更することにより振動の位相、振幅の空間分布を変化させる。
以上のように構成すれば、比較的簡単な操作で振動の振動条件を変更することができる。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、検出部は、加振部による加振中に、観察面に対して光を照射する光照射部を備える。
上記光照射部を備える検査装置において、好ましくは、光照射部は、加振部が付与する振動の周期と同期して、光としてパルスレーザ光を照射する。
上記パルスレーザ光を照射する検査装置において、好ましくは、光照射部は、加振部による振動の位相とは少なくとも３つの異なる位相差を持つパルスレーザ光を照射する。
以上のように構成すれば、観察面における振動変位による物理量の空間分布を検出し易くなる。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、検出部は、物理量の空間分布として光干渉法によって観察される干渉画像を取得する。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、処理部は、各振動条件に関わらず、接合部またはその近傍における物理量の変化が、接合部またはその近傍を除く領域における物理量の変化より小さい場合には、接合部での接合状態が良と判定する。
上記一の局面による検査装置において、好ましくは、処理部は、物理量を所定値と比較することで接合状態の良否を判定する。
以上のように構成すれば、部材同士の接合状態の良否の判定を円滑に行うことができる。
また、この発明の一の局面における検査方法は、上記検査装置を用いて、互いに重なり合って接合された複数の部材を含む接合体において、部材同士の接合状態を検査する検査方法であって、接合体の観察面に対して、位相、振幅の空間分布および／または周波数が異なる複数の振動条件の振動を付与しつつ、観察面における部材同士の接合部またはその近傍における振動変位に関する物理量の空間分布を検出することにより、接合状態の良否を判定する。
この発明の一の局面による検査方法では、上記のように、互いに重なり合って接合された複数の部材を含む接合体に対して、異なる複数の振動モードの振動を付与し、この振動による変位に関する物理量の空間分布を検出することで、部材同士の接合状態を検査する。これにより、簡単な構成で、接合体の検査を迅速に行うことができる。
本発明によれば、接合体の接合状態を検査する際には、各振動条件下で接合体を加振して、その加振中に変化する接合体の物理量の空間分布を検出することができる。そして、この検出された物理量の空間分布に基づいて、接合体の接合状態の良否の判定がなされ、接合体の検査を迅速に行うことができる。
このように、接合体への振動条件を変更して、物理量の空間分布を検出するという簡単な構成で、接合体を検査する検査時間を短縮することができる。
本発明の検査装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す検査装置における制御部の制御プログラムを示すフローチャートである。 図１に示す検査装置により物理量の空間分布を検出する原理を説明するためのグラフである。 図１に示す検査装置の検査対象となる接合体を示す平面図である。 図４中のＡ−Ａ線断面図である。 第１振動条件下での接合体（接合状態：良）の振動状態を模式的に示す側面図である。 第２振動条件下での接合体（接合状態：良）の振動状態を模式的に示す側面図である。 第１振動条件下での接合体の振動状態（接合状態：不良）を模式的に示す側面図である。 第２振動条件下での接合体の振動状態（接合状態：不良）を模式的に示す側面図である。 接合体（接合状態：良）の濃淡画像を模式的に示す図である。 接合体（接合状態：不良）の濃淡画像を模式的に示す図である。 本発明の検査装置（第２実施形態）の検査対象となる接合体を示す平面図である。
以下、本発明の検査装置および検査方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図１１を参照して本発明の検査装置および検査方法の第１実施形態について説明する。
図１に示す検査装置１０は、その被検査物体Ｓである接合体９の接合状態（以下単に「接合状態」と言うことがある）の検査に用いられる。
接合体９としては、特に限定されず、図４に示す接合体９を一例に挙げることができる。図４に示すように、接合体９は、図中の左右方向に沿った長い形状をなす板部材９１を複数枚有している。そして、これらの板部材９１は、図４中の左右方向に沿って並べられ、端部同士が互いに板厚方向に重なり合って重なり部９１１を形成している。また、各重なり部９１１は、リベット９２を介して接合されている。
図５に示すように、リベット９２は、頭部９２１が裏側に位置する。また、リベット９２の表側には、板部材９１同士の接合時に、かしめにより塑性変形したかしめ部９２２が形成される。
このように、接合体９は、複数枚の板部材９１と、板部材９１同士を接合する接合部材としての複数のリベット９２とを含む。そして、検査装置１０は、板部材９１同士の接合状態を検査することができる。また、この検査では、接合体９の表側の面が、前記接合状態を検査する際に観察される観察面９３となる。図５では、観察面９３の理解を容易にするために、符号「９３」を付した二点鎖線で示す。
また、本発明の検査方法は、本発明の検査装置１０を用いて、接合体９における板部材９１同士の接合状態を検査する方法である。
図１に示すように、検査装置１０は、接合体９に対して振動を付与する加振部２と、加振部２による加振中に接合体９の観察面９３で生じる物理量の空間分布を一括して検出する検出部３と、検出部３が検出した物理量の空間分布を記憶または表示する処理部４とを有している。加振部２は、信号発生器１１および振動子１２を備えている。検出部３は、パルスレーザ光源１３、照明光レンズ１４およびスペックル・シェアリング干渉計１５を備えている。処理部４は、制御部１６、記憶部１７および表示部１８を備えている。以下、各部の構成について説明する。
信号発生器１１は、ケーブルで振動子１２に接続されており、交流電気信号を発生させて該振動子１２に送信する。
振動子１２は、接合体９の観察面９３に接触させて用いられ、信号発生器１１から交流電気信号を受信して機械的振動に変換し、該機械的振動を接合体９に付与する。これにより、該接合体９に弾性波を励起する。
なお、観察面９３に対する振動子２１の接触位置としては、特に限定されない。例えば、図４に示すように、板部材９１が平面視での形状が長方形の場合、板部材９１の短辺方向の中央部とすることができる。また、振動子２１の接触位置は、重なり部９１１上であってもよいし、重なり部９１１上から外れた位置であってもよい。また、振動子２１の接触位置は、リベット９２上であってもよいし、リベット９２上から外れた位置であってもよい。
また、加振部２は、接合体９の観察面９３に対して、周波数が異なる複数の振動条件（振動モード）の振動を付与することができる。本実施形態では、第１周波数で振動を与える第１振動条件と、第１周波数よりも高い第２周波数で振動を与える第２振動条件とがある。そして、加振部２は、第１振動条件の振動と、第２振動条件の振動とを異なるタイミングで付与する。これにより、第１振動条件および第２振動条件の各条件下で観察面９３に生じる振動振幅の空間分布を反映した濃淡画像（後述する画像ＩＭ１、ＩＭ２）が得られる。これらの画像は、接合体９の接合状態の良否判定に用いられる。
本実施形態では、加振部２は、周波数が異なる複数の振動条件の振動を異なるタイミングで付与するよう構成されているが、これに限定されず、例えば、周波数が異なる複数の振動条件の振動を同じタイミングで付与するよう構成されてもよい。この場合、振動付与後に周波数解析を行えば、どの振動条件での振動による濃淡画像であるのかを識別することができる。これにより、前述した異なるタイミングでの振動付与と同様に、接合体９の接合状態の良否判定が可能となる。
信号発生器１１は、また、振動子１２と接続するケーブルとは別のケーブルでパルスレーザ光源１３にも接続されており、前記交流電気信号が所定の位相となるタイミングで、該パルスレーザ光源１３にパルス状の電気信号（パルス信号）を送信する。前記所定の位相、およびそれにより定まる前記タイミングは、接合体９の検査を行う間に後述のように変更される。パルスレーザ光源１３は、加振部２による加振中に、加振部２が付与する振動の周期と同期して、信号発生器１１からパルス信号を受けたときに、パルスレーザ光を観察面９３に対して出力する、すなわち、照射する光源（光照射部）である。
照明光レンズ１４は、パルスレーザ光源１３と接合体９の間に配置されており、凹レンズから成る。照明光レンズ１４は、パルスレーザ光源１３からのパルスレーザ光を接合体９の表面の測定領域の全体に拡げる役割を有する。
スペックル・シェアリング干渉計１５は、ビームスプリッタ１５１、第１反射鏡１５２１、第２反射鏡１５２２、位相シフタ１５３、集光レンズ１５４およびイメージセンサ１５５を有する。ビームスプリッタ１５１は、接合体９の表面の測定領域で反射した照明光が入射する位置に配置されたハーフミラーである。第１反射鏡１５２１は、ビームスプリッタ１５１で反射される照明光の光路上に配置されており、第２反射鏡１５２２は、ビームスプリッタ１５１を透過する照明光の光路上に配置されている。位相シフタ１５３は、ビームスプリッタ１５１と第１反射鏡１５２１の間に配置されており、該位相シフタ１５３を通過する光の位相を変化（シフト）させるものである。イメージセンサ１５５は、ビームスプリッタ１５１で反射された後に第１反射鏡１５２１で反射されてビームスプリッタ１５１を透過する照明光、およびビームスプリッタ１５１を透過した後に第２反射鏡１５２２で反射されてビームスプリッタ１５１で反射される照明光の光路上に配置されている。集光レンズ１５４は、ビームスプリッタ１５１とイメージセンサ１５５の間に配置されている。
第１反射鏡１５２１は、その反射面がビームスプリッタ１５１の反射面に対して４５°の角度になるように配置されている。それに対して第２反射鏡１５２２は、その反射面がビームスプリッタ１５１の反射面に対して４５°からわずかに傾斜した角度になるように配置されている。これら第１反射鏡１５２１および第２反射鏡１５２２の配置により、イメージセンサ１５５では、接合体９の表面（観察面９３）上のある点Ａおよび第１反射鏡１５２１で反射される照射光（図１中の一点鎖線）と、該表面上の点Ａからわずかにずれた位置にある点Ｂおよび第２反射鏡１５２２で反射される照射光（同・破線）は、イメージセンサ１５５の同じ位置に入射して干渉する。イメージセンサ１５５は、検出素子を多数有しており、接合体９の表面上の多数の点（前記の点Ａ）から第１反射鏡１５２１および位相シフタ１５３を通してイメージセンサ１５５に入射する光を、それぞれ異なる検出素子で検出する。前記の点Ｂについても同様に、多数の点から第２反射鏡１５２２を通してイメージセンサ１５５に入射する光を、それぞれ異なる検出素子で検出する。このようにして干渉画像が得られる。なお、図１では、一例として、点Ａは、リベット９２のかしめ部９２２上の点であり、点Ｂは、重なり部９１１上の点であって、かしめ部９２２が接する板部材９１上の点である。
そして、このような構成の検出部３は、観察面９３に含まれる板部材９１とリベット９２のかしめ部９２２との接合部９４またはその近傍における振動変位に関する物理量の空間分布を、加振部２による加振中に検出することができる。ここで、「接合部９４」とは、板部材９１とかしめ部９２２との境界（部材同士の境界）を言い、「接合部９４の近傍」とは、接合部９４から３〜２０ｍｍ以内の範囲を言う。また、「振動変位に関する物理量の空間分布」とは、観察面９３における振動の振幅および位相の空間分布であり、本実施形態では光干渉法によって観察される干渉画像である。この干渉画像は、スペックル・シェアリング干渉計１５によって取得される。
制御部１６は、信号発生器１１を制御するとともに、イメージセンサ１５５の各検出素子から得られる検出信号に基づいてデータ処理を行う。記憶部１７は、イメージセンサ１５５の各検出素子から得られる検出信号や、制御部１６による処理後のデータを記憶する。
表示部１８は、例えば液晶画面を有している。そして、この表示部１８により、記憶部１７に記憶された干渉画像、複数の干渉画像に基づいて得られる濃淡画像や、その他の情報（例えば検査装置１０による検査結果等）を表示することができる。
以下、図２のフローチャートおよび図３のグラフを用いて、検査装置１０の動作を説明する。本実施形態では、振動子１２の振動の位相が異なる、ｍｍａｘ≧３回の表面（観察面９３）変位の測定を行う。ここで「振動子１２の振動の位相」は、信号発生器１１から振動子１２に送信される交流電気信号の位相であり、接合体９に励振される弾性波の、振動子１２が接触する点における位相に相当する。以下では、各回の表面変位の測定を、数値ｋ（１〜ｍｍａｘの間のいずれかの自然数）を用いて「ｋ回目の測定」と表す。また、以下の説明では、まずは最も単純な例としてｍｍａｘ=３である場合について全てのステップを説明し、その後、ｍｍａｘがさらに大きな数である場合について説明する。
まず、ｋの初期値を１に設定し（ステップＳ１）、信号発生器１１から振動子１２に交流電気信号を送信することにより、振動子１２から、被検査物体Ｓである接合体９への振動の付与を開始する（ステップＳ２）。これにより、接合体９に弾性波が励起される。なお、ステップＳ２は、第１周波数での振動付与か、または、第２周波数での振動付与となる。
次に、振動子１２の振動の位相が、所定の初期値φ０（例えばφ０＝０）を用いて[φ０＋２π（ｋ−１）／ｍｍａｘ]で表されるタイミング毎に、信号発生器１１は、パルスレーザ光源１３にパルス信号を送信する。この段階ではｋ＝１であるため、パルス信号が送信されるときの振動子１２の振動の位相はφ０である。パルスレーザ光源１３は、パルス信号を受ける毎にパルスレーザ光である照明光を繰り返し出力する。この照明光は、照明光レンズ１４により拡径され、接合体９の表面の測定領域の全体に照射される（ステップＳ３）。
照明光は、接合体９の表面で反射され、スペックル・シェアリング干渉計１５のビームスプリッタ１５１に入射する。その照明光の一部はビームスプリッタ１５１で反射され、位相シフタ１５３を通過した後に第１反射鏡１５２１で反射され、再度位相シフタ１５３を通過した後に一部がビームスプリッタ１５１を通過し、イメージセンサ１５５に入射する。また、ビームスプリッタ１５１に入射した照明光の残りは、ビームスプリッタ１５１を透過して第２反射鏡１５２２で反射され、一部がビームスプリッタ１５１で反射されてイメージセンサ１５５に入射する。前述の通り、イメージセンサ１５５では、接合体９の表面上の多数の点で反射される照射光をそれぞれ異なる検出素子で検出する。
位相シフタ１５３は、パルスレーザ光である照明光が繰り返し出力されている間に、該位相シフタ１５３を通過する照射光（すなわち、点Ａで反射された照射光）の位相を変化（シフト）させてゆく。これにより、点Ａで反射された照射光と点Ｂで反射された照射光の位相差が変化してゆき、この変化の間に、イメージセンサ１５５の各検出素子はこれら２つの照射光が干渉した干渉光の強度を検出してゆく（ステップＳ４）。図３（ａ）に、振動子１２の振動の位相がφ０であるときに得られる、位相シフタ１５３による位相のシフト量と、イメージセンサ１５５の検出素子で検出される干渉光の強度の一例をグラフで示す。なお、図３において、検出強度が位相シフト量に対して正弦波状に変化する関係が連続的な曲線で示されているが、実際に観測されるのは離散的なデータであり、観測されたデータから最小二乗法等により上記の連続的な正弦波形を再現する。そのためには、少なくとも３つの異なる位相シフト量での強度を検出する必要がある。
続いて、ステップＳ５において、ｋの値がｍｍａｘに達しているか否かを確認する。この段階では未だｋ＝１であってｍｍａｘ（この例では３）に達していないため、ステップＳ５での判定は「ＮＯ」となる。「ＮＯ」のときにはステップＳ６に進み、ｋの値を１だけ増加させて「２」とする（ステップＳ５での判定が「ＹＥＳ」の場合については後述）。
次に、ステップＳ３に戻り、振動子１２の振動の位相が［φ０＋２π（ｋ−１）／ｍｍａｘ］においてｋ＝２、すなわち［φ０＋２π／３］≡φ1であるタイミング毎に、信号発生器１１は、パルスレーザ光源１３にパルス信号を送信し、パルスレーザ光源１３は、該パルス信号を受信したタイミングで接合体９の表面にパルスレーザ光である照明光を繰り返し照射する。そして、位相シフタ１５３により点Ａで反射された照射光の位相を少なくとも３つの値に変化（シフト）させつつ、イメージセンサ１５５の各検出素子は点Ａで反射されて位相シフタ１５３等を通過した照射光と点Ｂで反射された照射光の干渉光の強度を検出してゆく（ステップＳ４）。
図３（ｂ）に、振動子１２の振動の位相がφ１であるときに得られる、位相シフタ１５３による位相のシフト量と、イメージセンサ１５５の検出素子で検出される干渉光の強度をグラフで示す。この図３（ｂ）と前出の図３（ａ）を対比すると、干渉光の強度のピーク位置が両者でδφ１−δφ０だけずれている。このずれは、点Ａからの光路と点Ｂからの光路の位相差が、検出時の振動子１２の振動の位相の相違により変化したことを示している。この光路の位相差の変化は、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位が変化していることを示している。
このようにｋ＝２におけるステップＳ４の操作を実行した後、ステップＳ５では未だｍｍａｘ（＝３）に達していないため「ＮＯ」と判定し、ステップＳ６においてｋの値を１だけ増加させて「３」とする。その後、ステップＳ３に戻り、交流電気信号の位相が[φ０＋２π（ｋ−１）／ｍｍａｘ]においてｋ＝３、すなわち［φ０＋４π／３］≡φ２であるタイミング毎に、パルスレーザ光源１３が接合体９の表面にパルスレーザ光である照明光を繰り返し照射し、イメージセンサ１５５の各検出素子は、干渉光の強度を検出してゆく（ステップＳ４）。こうして、図３（ｃ）に示すように、交流電気信号の位相がφ２であるときの位相シフタ１５３による位相のシフト量と干渉光の強度の関係が得られる。
その後、ステップＳ５では、ｋの値が３であってｍｍａｘに達しているため「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ７に移る。ステップＳ７では、信号発生器１１から振動子１２への交流電気信号の送信を停止し、それにより振動子１２が振動を停止する。
次に、ステップＳ８およびＳ９において、以下の操作によって測定領域の各点における弾性波の振動状態（振幅および位相）を求める。
ステップＳ８では、干渉画像の全ての画素について、得られた複数の位相の干渉画像データから、２点間の面外方向の相対変位の時間変化を算出し、ステップＳ９では、２点間の面外方向の相対変位の時間変化から、測定領域の各点（各測定点）における弾性波の振動状態（振幅および位相）を求める。
具体的には、まず、イメージセンサの各検出素子につき、各振動の位相φ０、φ１、およびφ２においてそれぞれ、位相シフタ１５３による位相のシフト量を変化させた間に検出素子の出力が最大となる最大出力位相シフト量δφ０、δφ１、δφ２を求める（図３（ａ）〜（ｃ）のグラフ参照）。さらに、振動の位相が異なる最大出力位相シフト量の差(δφ1-δφ０)、(δφ２-δφ１）、および(δφ０-δφ２)を求める（ステップＳ８）。これら３つの最大出力位相シフト量の差は、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位を、振動子１２の振動の位相が異なる（すなわち時間が異なる）２つのデータで３組示している。これら３組の相対的な変位に基づいて、測定領域の各点における振動の振幅、振動の位相、および振動の中心値（ＤＣ成分）、という３つのパラメータの値が得られる（ステップＳ９）。
こうして得られた各点の振動の振幅や位相の値に基づき、画像を作成する（ステップＳ１０）。例えば、測定点の振幅が大きいほど、その測定点に対応する画素の輝度を高くすることにより、振動の振幅の相違を画像の明暗（濃淡）の相違で表すことができる。
以上のようなステップＳ１〜ステップＳ１０は、第１振動条件および第２振動条件の各振動条件で行われるステップである。例えば、第１振動条件でのステップＳ１〜ステップＳ１０を行い、続いて、第２振動条件でのステップＳ１〜ステップＳ１０を行う。
ところで、接合体９の接合状態には、良否がある。図６および図７には、接合状態が良の場合が示されている。図８および図９には、接合状態が不良の場合が示されている。
検査装置１０は、この接合状態の良否の検査することができる。接合状態に良否が生じるのは、リベット９２による接合力の影響が大きい。
接合状態が良となる場合には、通常、リベット９２による接合力が十分となっている。これにより、図６および図７に示すように、リベット９２のかしめ部９２２と板部材９１との接合部９４では、これらが互いに密着している。また、この場合、板部材９１同士が確実に接合されている。
接合状態が良の接合体９を第１振動条件で加振すると、図６に示すように、観察面９３が波打つ、すなわち、観察面９３には、振幅が最大となる腹Ｒ１と、振幅が零となる節Ｒ２とが交互に形成される定常波Ｒが生じる。このとき、接合部９４は、定常波Ｒにとっての固定端となるため、振幅が零となる。従って、定常波Ｒは、接合部９４で節Ｒ２となる。
また、接合状態が良の接合体９を第２振動条件で加振すると、図７に示すように、観察面９３には、定常波Ｒ’が生じる。このときも、接合部９４は、定常波Ｒ’にとっても固定端となるため、振幅が零となる。従って、定常波Ｒ’は、接合部９４で節Ｒ２となる。
このように、接合状態が良の接合体９は、第１振動条件で加振されるか、第２振動条件で加振されるかに関わらず、接合部９４で節Ｒ２となる。
一方、接合状態が不良となる場合には、前記とは反対に、リベット９２による接合力が不十分となっている。この場合、図８および図９に示すように、接合部９４に隙間が生じ、その隙間分、板部材９１同士がガタつき易くなる。
接合状態が不良の接合体９を第１振動条件で加振すると、図８に示すように、観察面９３が波打つ、すなわち、観察面９３には、定常波Ｒが生じる。このとき、接合部９４は、定常波Ｒにとっての自由端となり、定常波Ｒは、腹Ｒ１、節Ｒ２のいずれも取り得る。なお、図８では、定常波Ｒは、接合部９４で腹Ｒ１となっている。
また、接合状態が不良の接合体９を第２振動条件で加振すると、図９に示すように、観察面９３には、定常波Ｒ’が生じる。このときも、接合部９４は、定常波Ｒ’にとっても自由端となるため、定常波Ｒ’は、腹Ｒ１、節Ｒ２のいずれも取り得る。なお、図９では、定常波Ｒは、接合部９４で節Ｒ２となっている。
このように、接合状態が不良の接合体９は、第１振動条件、第２振動条件によって、接合部９４で腹Ｒ１となったり、節Ｒ２となったりする。
そして、図６〜図９に示す状態の接合体９に対して、第１振動条件および第２振動条件の各振動条件で振動を付与し、上述したステップＳ１〜Ｓ１０に従って濃淡画像を取得する。この濃淡画像は、表示部１８に表示することができる。表示部１８に表示される画像は、図１０に示す画像ＩＭ１と、図１１に示す画像ＩＭ２である。
画像ＩＭ１および画像ＩＭ２では、測定点の振幅（物理量の変化）が大きいほど、その測定点に対応する画素の輝度が高くなっており、濃淡画像における濃度が低い。これとは反対に、測定点の振幅（物理量の変化）が小さいほど、その測定点に対応する画素の輝度が低くなっており、濃淡画像における濃度が高い。このように、振動の振幅の相違が画像の濃淡の相違で表されている。
画像ＩＭ１では、接合部９４またはその近傍における濃度が高く、濃色で表されている。これにより、接合部９４における振動振幅が小さく、接合部９４での接合状態が良と判定することができる。一方、画像ＩＭ２では、接合部９４またはその近傍における濃度が低く、淡色で表されている。これにより、接合部９４またはその近傍における振動振幅は大きく、接合部９４での接合状態が不良と判定することができる。
そして、第１振動条件および第２振動条件のいずれの振動条件でも、画像ＩＭ１が得られた場合には、処理部４は、接合部９４またはその近傍における振動振幅（物理量の変化）が小さく、接合部９４での接合状態が良と判定する。
一方、第１振動条件および第２振動条件のうちの少なくとも一方の条件で、画像ＩＭ２が得られた場合には、処理部４は、接合部９４またはその近傍における振動振幅（物理量の変化）が大きく、接合部９４での接合状態が不良と判定する。
なお、処理部４は、接合状態の良否を判定する際、物理量を閾値（所定値）と比較して、その判定を行うのが好ましい。この場合、例えば、濃度（輝度）の閾値（所定値）を設定して、当該閾値と、画像ＩＭ１や画像ＩＭ２での接合部９４の実際の濃度の実測値と比較する。そして、実測値が閾値以上であれば、淡色と判断し、実測値が閾値未満であれば、濃色と判断することができる。なお、閾値は、記憶部１７に予め記憶されているのが好ましい。また、処理部４では、閾値を適宜変更することもできる。
以上のように、接合体９の接合状態の良否を判定する際には、各振動条件下で接合体９を加振して、画像ＩＭ１や画像ＩＭ２を得ることができる。処理部４は、各振動条件に関わらず、接合部９４またはその近傍における物理量の変化が、接合部９４またはその近傍を除く領域における物理量の変化より小さい場合には、接合状態が良と判定する。一方、処理部４は、各振動条件によって、接合部９４またはその近傍における物理量の変化が、接合部９４またはその近傍を除く領域における物理量の変化より小さくなったり、大きくなったりする場合には、接合状態が不良と判定する。
このように、検査装置１０では、画像ＩＭ１や画像ＩＭ２に基づいて、接合体９の接合状態の良否を迅速に検査することができる。
また、以上のような方法によれば、３箇所存在するリベット９２による接合体９の接合状態の良否を一括して検査することができ、接合体の検査を迅速に行うことができる。
＜第２実施形態＞
以下、図１２を参照して本発明の検査装置および検査方法の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、接合体に対する加振箇所が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
図１２に示すように、本実施形態では、加振部２は、観察面９３における振動子１２の接触位置を位置Ｐ１と位置Ｐ２とに変更することができる。位置Ｐ１は、板部材９１の短辺方向の中央部である。位置Ｐ２は、図１２中、位置Ｐ１よりも下方であって、若干右側にある。このような位置に振動子１２を配置することにより、加振部２は、接合体９の観察面９３に対して、振動の位相をずらした、すなわち、位相が異なる２つの振動条件の振動を付与することができる。これによっても、各振動条件下での濃淡画像を取得することができる。そして、この画像を接合状態の良否判定に用いることができる。
なお、位置Ｐ１と位置Ｐ２とには、振動子１２を順に配置して、振動付与を行ってもよい。この場合、位置Ｐ１に振動子１２を配置した状態での振動と、位置Ｐ２に振動子１２を配置した状態での振動とは、異なるタイミングで行われる。
また、これと異なり、振動子１２を２つ用意し、位置Ｐ１と位置Ｐ２とに振動子１２を１つずつ配置して、一括して振動付与を行ってもよい。この場合、位置Ｐ１に振動子１２を配置した状態での振動と、位置Ｐ２に振動子１２を配置した状態での振動とは、異なるタイミングで行われる。
また、本実施形態では、加振部２は、振動子１２の接触位置を２箇所に変更して、位相が異なる２つの振動条件の振動を付与するが、これに限定さない。例えば、加振部２は、振動子１２の接触位置を３箇所以上に変更可能であってもよい。この場合、加振部２は、位相が異なる３つ以上の振動条件の振動を付与することができる。
振動子１２を位置Ｐ１と位置Ｐ２とに変更することにより、観察面９３における振幅の空間分布を変化させることもできる。これによっても、接合状態の良否判定が可能となる。
以上、本発明の検査装置および検査方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、本発明の検査装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成と置換することができ、また、任意の構成が付加されていてもよい。
また、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
また、本発明の検査装置および検査方法は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
上記の例ではｍｍａｘ＝３としたが、ｍｍａｘを［２ｎ＋１］（ｎは２以上の自然数）で表される数より大きく選ぶことにより、接合体９に励起された弾性波のｎ次の成分（第ｎ高調波成分）までを検出することができるようになる。すなわち、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位が（２ｎ＋１）組以上得られることから、基本波の振幅、基本波の位相、第２高調波の振幅、第２高調波の位相、…第ｎ高調波の振幅、第ｎ高調波の位相、および弾性波のＤＣ成分、という（２ｎ＋１）個のパラメータの値が得られる。
また、上記実施形態では信号発生器１１と振動子１２、および信号発生器１１とパルスレーザ光源１３はケーブル（有線）で接続しているが、これらを無線で接続していてもよい。特に、信号発生器１１と振動子１２は無線で接続されていることが好ましい。信号発生器１１と振動子１２が無線で接続されていることにより、振動子１２を接合体９に接触させたうえで、振動子１２以外の検査装置１０の構成要素が接合体９から離れた位置に配置されていても、長いケーブルを用意する必要がない。このような無線を用いた構成は、例えば航空機や列車等のような比較的大型の接合体９を有する構造体を検査する場合に有益である。
上記実施形態では接合体９の表面に接触させて使用する振動子１２を用いたが、その代わりに、接合体９の表面に接触させない位置に置かれた強力なスピーカ等を振動子として用いてもよい。
上記実施形態における接合体９からの反射光がイメージセンサへ入射するまでの光路上に、光学部品の保護や装置のＳＮ比の向上等を目的として、ウィンドウや、種々の光学フィルタを配置してもよい。種々の光学フィルタとは、例えば偏光板、波長板、バンドパスフィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ等である。
上記実施形態では、集光レンズ１５４は、ビームスプリッタ１５１とイメージセンサ１５５の間に配置されているが、この配置に限定されるものではない。また、集光レンズ１５４は、複数のレンズまたは複数のレンズ群によって構成されるものでもよい。例えば、集光レンズ１５４をレンズ群１とレンズ群２によって構成し、レンズ群１を接合体９とビームスプリッタ１５１の間、レンズ群２をビームスプリッタ１５１とイメージセンサ１５５の間に配置することができる。この時、レンズ群１をスペックル・シェアリング干渉計１５の筐体を分解することなく脱着可能な構成とした上で、レンズ群１を焦点距離の異なる別のレンズ群と交換することにより、画角を簡便に変更することができる。これにより、例えば接合体９とスペックル・シェアリング干渉計１５との間の距離に応じて画角を調整し、適切な測定領域の大きさを設定することで、様々な位置にある被検査物体に対して欠陥の検査が実現できるようになる。レンズ群１に用いることのできるレンズは、例えば、望遠レンズ、広角レンズ、マクロレンズ、ズームレンズ等である。
また、加振部２は、前記各実施形態では２つの振動条件の振動を付与するよう構成されているが、これに限定されず、３つ以上の振動条件の振動を付与するよう構成されていてもよい。
また、加振部２は、第１実施形態では周波数が異なる複数の振動条件の振動を付与しており、第２実施形態では位相が異なる複数の振動条件の振動を付与しているが、これに限定されない。例えば、加振部は、位相、振幅の空間分布および周波数の少なくとも１つが異なる複数の振動条件の振動を付与してもよい。
この場合、加振部は、観察面に１つの振動子を接触させて振動の付与を行い、観察面における振動子の接触位置を変更することにより振動の位相、振幅の空間分布を変化させるように構成することができる。また、加振部は、観察面に複数の振動子を接触させて振動の付与を行い、各振動子で付与する振動条件を変更することにより振動の位相、振幅の空間分布を変化させるように構成することができる。なお、後者の場合、加振部は、振動子アレイのような複数の個別素子を内蔵する単一の振動子ユニットとして構成してもよい。
また、検出部３は、観察面９３の物理量の空間分布を検出するには、前記各実施形態では光干渉法を用いているが、これに限定されず、例えば、格子投影法、サンプリングモアレ法、デジタル画像相関（DIC: Digital Image Correlation）法、振動速度を計測するレーザドップラー振動計を用いてもよい。この場合、観察面９３の物理量の空間分布は、各方法によって異なる。
また、処理部４は、パルスレーザ光源１３が省略されていてもよい。この場合、パルスレーザ光源１３からの光に代えて、自然光を用いることができる。また、この場合、観察面上に着色された微粒子を配置してもよい。
また、処理部４は、前記各実施形態では記憶部１７および表示部１８の双方を有しているが、これに限定されず、例えば、これらのうちの一方が省略されていてもよい。
また、接合体９の接合状態の良否判定は、前記各実施形態では処理部４により行われているが、これに限定されない。例えば、各振動条件下での濃淡画像を作業者が目視にて比較して、その判定を行ってもよい。
なお、接合体９の接合状態の良否判定に使用する画像は、例えば、振動振幅（物理量の変化）が他の領域における振動振幅（物理量の変化）より大きい領域を赤色で表示し、振動振幅（物理量の変化）が他の領域における振動振幅（物理量の変化）より小さい領域を青色で表示した着色画像であってもよい。
また、接合体９での部材同士の接合は、前記各実施形態ではリベット９２を用いているが、これに限定されず、例えば、ボルトを用いてもよいし、スポット溶接等の溶接を用いてもよいし、接着剤を用いてもよいし、あるいは、部材の塑性変形を利用してもよい。
１０ 検査装置
２ 加振部
３ 検出部
４ 処理部
９ 接合体
９１ 板部材
９１１ 重なり部
９２ リベット
９２１ 頭部
９２２ かしめ部
９３ 観察面
９４ 接合部
１１ 信号発生器
１２ 振動子
１３ パルスレーザ光源
１４ 照明光レンズ
１５ スペックル・シェアリング干渉計
１５１ ビームスプリッタ
１５２１ 第１反射鏡
１５２２ 第２反射鏡
１５３ 位相シフタ
１５４ 集光レンズ
１５５ イメージセンサ
１６ 制御部
１７ 記憶部
１８ 表示部
Ａ 点
Ｂ 点
ＩＭ１ 画像
ＩＭ２ 画像
Ｐ１ 位置
Ｐ２ 位置
Ｒ 定常波
Ｒ’ 定常波
Ｒ１ 腹
Ｒ２ 節
Ｓ 被検査物体
Ｓ１〜Ｓ１０ ステップ

Claims (12)

  1. 互いに重なり合って接合された複数の部材を含む接合体において、前記部材同士の接合状態を検査する検査装置であって、
    前記接合体の観察面に対して、位相、振幅の空間分布および／または周波数が異なる複数の振動条件の弾性波を付与する加振部と、
    前記加振部による加振中に、前記観察面における前記部材同士の接合部またはその近傍における弾性波により生じる振動の変位に関する物理量の空間分布を一括検出する検出部と、
    前記検出部が検出した前記物理量の空間分布を、記憶または表示する処理部と、を有することを特徴とする検査装置。
  2. 前記加振部は、前記振動条件として周波数が異なる複数の弾性波を異なるタイミングで付与する請求項１に記載の検査装置。
  3. 前記加振部は、前記振動条件として周波数が異なる複数の弾性波を同じタイミングで付与する請求項１に記載の検査装置。
  4. 前記加振部は、前記観察面に振動子を接触させて前記弾性波の付与を行い、前記観察面における前記振動子の接触位置を変更することにより前記振動の位相、振幅の空間分布を変化させる請求項１に記載の検査装置。
  5. 前記加振部は、前記観察面に複数の振動子を接触させて前記弾性波の付与を行い、前記各振動子で付与する前記振動条件を変更することにより前記振動の位相、振幅の空間分布を変化させる請求項１に記載の検査装置。
  6. 前記検出部は、前記加振部による加振中に、前記観察面に対して光を照射する光照射部を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の検査装置。
  7. 前記光照射部は、前記加振部が付与する弾性波の周期と同期して、前記光としてパルスレーザ光を照射する請求項６に記載の検査装置。
  8. 前記光照射部は、前記加振部による前記弾性波の位相とは少なくとも３つの異なる位相差を持つ前記パルスレーザ光を照射する請求項７に記載の検査装置。
  9. 前記検出部は、前記物理量の空間分布として光干渉法によって観察される干渉画像を取得する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の検査装置。
  10. 前記処理部は、前記各振動条件に関わらず、前記接合部またはその近傍における前記物理量の変化が、前記接合部またはその近傍を除く領域における前記物理量の変化より小さい場合には、前記接合部での前記接合状態が良と判定する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の検査装置。
  11. 前記処理部は、前記物理量を所定値と比較することで前記接合状態の良否を判定する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の検査装置。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の検査装置を用いて、互いに重なり合って接合された複数の部材を含む接合体において、前記部材同士の接合状態を検査する検査方法であって、
    前記接合体の観察面に対して、位相、振幅の空間分布および／または周波数が異なる複数の振動条件の弾性波を付与しつつ、前記観察面における前記部材同士の接合部またはその近傍における弾性波により生じる振動の変位に関する物理量の空間分布を検出することにより、前記接合状態の良否を判定することを特徴とする検査方法。
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