JP4463855B2 - 被膜、表面、及び界面を検査するシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本明細書において記載する赤外線検査技術により、多様な自動車製造プロセスにおける欠陥の存在を調査するための、柔軟で非接触かつ非破壊的なツールが実現される。以下の実施例に示されているように、本発明の原理は、溶接された複合高分子プラスチックジョイントの、被膜表面及び/又は接着強度/完全性を検査するのに適用され得る。
ここで記載するように、赤外線サーモグラフィを使用して接着の完全性及び被膜の欠陥を評価することは、上記で論じた概念及び原理に基づき得る。特に、フィルム基板の界面について、これらの異常が、上記で論じた熱的不整合因数Γに支配される量だけ熱波動を反射する平面を構成する。これはまた、以下のように定義され得る。
kは熱伝導性であり、pは密度、cは材料の比熱である。下付き文字の、coat、planeとは、被膜材料及び反射面がそれぞれ作られる材料(例えば、空気)である。
したがって、本発明の原理に従って、基板界面からの熱波動の反射効果は、表面下の欠陥を特定する、かつ被膜フィルムの厚さを測定するのに使用され得る。厚さ測定の適用形態が、図6に例示されている。ここには、スチール基板からの反射に対する異なる例証的塗料層の厚さにおける、温度履歴グラフ(即ち、温度対時間)が示されている。次いで、厚さの値が、半無限(即ち、反射界面がない)の場合からの逸脱が発生した時間から推測され得る。
この実施例においては、赤外線システムが、防錆被膜の欠け落ちた箇所を検出するために生産ラインに設置される。図8は、その周囲とは異なる温度シグネチュアを表す、欠け落ちた箇所を有する防錆保護被膜で被膜された鉄骨構造の温度プロファイルを示している(同じ赤外線検出システムは、欠落した被膜箇所(薄い塗料)の検出に使用され得る。)。これらの欠け落ちた箇所は、検出するのに容易な目標となる被膜とは異なる熱慣性を有するスチール基板を露出する。この適用形態は図9に示されており、ここには、薄い塗装領域の視覚画像及びこれに対応する温度プロファイルが示されている。本発明の原理によれば、その領域の時間の経過に伴う温度変化は、時間の経過に伴う温度プロファイルを監視することによって判断され得る。これにより、欠陥が、本明細書に記載されている方法などに従って、予想される変化に対する温度変化基づいて判断され得る。
この実施例においては、赤外線システムが、本発明の追加の原理に従って高分子プラスチックの溶接ジョイントの接着層の完全性を調査するのに使用される。ジョイントは、この実施例においては、接着界面を有する2層の高分子(高密度ポリエチレンHDPE)の複合体から作られる。断熱の目的で、熱吸収属性及び放射属性がより良くなるように黒くするために、炭素色素がHDPE層の1つに追加されている。この実施例において検査されるジョイントの形状が、図10の断面図に示されており、この実施例の形状が頸部で共に溶接された2つのカップで表されている。HDPE層と当該形状の残りの部分との間には接着界面がある。この実施例においては、赤外線サーモグラフィは2つのモードで印加され得る。刺激物(例えば、ソース)及び検出器が両側にある送信モードがある。反射モードについては、刺激物及び検出器は、同じ側に位置し、時間の経過に伴う表面温度上の反射した熱波動効果を監視する。反射モードを使用する主要目的は、リアルタイムの非接触モードを使用して、層間剥離などの表面下の特徴のいくつかを調査することである。
この実施例においては、本発明の追加の態様に従って、赤外線「自己参照」サーモグラフィが再び適用される。述べたように、この技術により、温度プロファイルからの欠陥の自動識別を可能にするための欠陥の無い領域についての以前の知識の必要性が排除される。この技術の原則は、温度コントラストを計算するために、これらの部位が欠陥のない動作を示すという仮定を用いて、サーモグラムプロファイルを小さく局在化された部位に分割することである。この技術は、静的(ホットスポット検出)な場合及び動的(赤外線トモグラフィ)な場合の両方において利用され得る。
(1)それぞれの温度プロファイルが自らを参照するので、別個の「比較標準」の必要性が排除される。
(2)刺激力の伝達が均一でないこと、不均一な放射率、及び幾何学的な差が克服される。
(3)温度プロファイル内の欠陥の無い領域についての、事前の知識の必要性が排除される。
(4)簡単かつ静的な作業、したがって、比較的短い処理時間となる。
この実施例においては、自動車の被膜構造体(120μmの厚さ)で塗装された金属表面上の面の特徴を検出するための赤外線システムが設計される。このような特徴には、塗装表面の外観に影響を及ぼす、塵粒、へこみ、及び混入した異物が含まれることがある。これらの不具合のある領域は、熱属性(粉塵又はほこりの混入)の差又は形状(へこみ)による放射率の差により、それらの周囲と比較した場合に、異なる温度プロファイル(及び時間の経過に伴う異なる温度変化)を有する。
自己参照技術のこの特徴を強調するために、面の欠陥及び大きい熱質量を有する別のサンプルが研究される。このサンプルは図19に示され、その結果が図20に示されている。大きい熱質量のために、全体的に見て、このような統計による自動欠陥検出アルゴリズムの有効性を減少させる温度プロファイルに基づく閾値処理統計が使用不可能となる。
この実施例においては、自己参照技術は、赤外線トモグラフィに適用される。トモグラフィの手法は、本質的に、温度コントラストの過渡的動作を監視することに基づくという理由により選ばれる。自己参照アルゴリズムは、その動作の分析を援助するよう、トモグラフィの手順に適用される。この実施例の場合の適用形態は、溶接されたプラスチックの複合構造体(高密度ポリエチレン高分子)内の接着の完全性の検査である。この実施例においては、15msの持続時間の6.4kJのパルス源を使用する、パルス赤外線サーモグラフィの設定が利用される(商品名BALCAR Source 6400)。この実施例においては、図10に示されているサンプルが利用される。
この実施例においては、熱放射の差を利用して、スチール基板(燃料タンク、鉄骨構造など)上の欠落した被膜箇所を検出するためのシステムが設けられる。このシステムは、熱検出器と、目標表面全体に検出器を横切る走査機構と、加熱ランプなどの放射源に又はそのプロセスにおいて実在するエアガン又はキュア装置などの対流装置に適用される温度調節装置と、計算処理ユニットとを備える。論じたように、時間の経過に伴う熱放射の差は、スチール基板の属性を有する欠落した箇所と塗装材料の属性を有する上手く被膜された周囲との間の、熱属性、即ち、熱伝導性κ、比熱Cp、密度ρの差に起因すると思われる。被膜されたスチール製品の(上記の熱刺激方法のいずれかによる)熱調節により、欠落した被膜箇所が、上手く被膜された周囲とは異なる形で熱を貯え、移動させ、したがって、これらの箇所の異なる温度インプリント、及び欠落した箇所と上手く被膜された周囲との間の時間の経過に伴って起こる温度変化の差が生じる。熱検出器は、被膜表面からの熱放射を検出し、この放射の温度プロファイルを作る。処理ユニットは、この温度プロファイルを処理し、上手く被膜された基板から逸脱した熱放射値の偏差、及び時間の経過に伴って起きる温度変化の差を検出する。次いで、この情報は、本明細書に記載されているシステム及び方法などに従って、その欠落した箇所を検出するのに利用され得る。
この実施例においては、プラスチックジョイントの完全性が検査される。利用されるこのシステムは、プラスチック成形されたジョイントの接触強度、及び接着界面の層間剥離の存在を検査する。このシステムは、この実施例においては、熱検出器と、目標表面全体に検出器を横切る走査機構と、温度調節手段と、コンピュータ又は処理ユニットとを備える。上手く接触しているジョイント(即ち、閉じ込められた空気がない)が、(その低い熱伝導性値による)空気の高い熱抵抗により、空気ポケットを有するジョイントより速く熱を伝達する。したがって、如何に熱が時間の経過に伴ってジョイントを通るかを監視することが、接触強度の評価の助けとなる。その上、層間剥離は、異なる熱属性(即ち、熱伝導性κ、比熱Cp、及び密度ρ)を有し、熱反射係数と呼ばれる因数に支配される量だけ熱前線を反射する界面を構成する。
この実施例においては、キュアの均一性及び十分性の点において、キュア性能を評価するシステムが設けられる。このシステムは、熱検出器と、目標表面全体に検出器を横切る走査機構と、温度調節装置と、処理ユニットとを備える。キュアプロセスは、被膜構造内の含有水分を乾燥させ、塗料接着に触媒作用を及ぼすのに適用される。熱検出器を用いて、キュアした被膜製品からの熱放射を監視することにより、その製品の表面の温度値が提供される。このプロファイルは、キュア装置による熱刺激の分散を示す。水は、塗料とは異なる熱属性(即ち、熱伝導性κ、比熱Cp、及び密度ρ)を有するので、温度プロファイル内の温度値は、被膜構造内の含有水分を表示する。このシステムは、キュアした被膜製品からの熱放射を収集するために、キュア装置の出口に設置された熱検出器を含み得る。この熱放射は、予め定義された(予想される)理想的なキュアプロファイルと比較するよう処理される。この理想的なプロファイルは、制御されたサンプルからの温度プロファイルより得られる。
図25は、本発明の様々な原理に従って、表面の及び表面下の欠陥を突き止めるよう行われ得る比較の組合せを示す概略図である。この実施例は、多くの欠陥検査作業を用いて表面被膜内の欠陥を判断するシステム及び方法を作るため、本発明の様々な態様を組み合わせる。この実施例においては、自動車部品の表面が層で被膜され、それぞれの層について、欠陥の存在を判断するための比較が行われる。特に、第1の層を塗布する前に、シェルの温度プロファイル又はシグネチュア102が、所与の時間、所望の温度でシェルを加熱することにより、次いで赤外線センサを使用して、温度プロファイルを得ることにより、被膜されていない(例えば、プライマーのみで被膜された)シェルから得られる。シェルの温度プロファイルデータ102は、シェル上のそれぞれの場所XnYnの温度Tを表す、複数のピクセル位置を有する。
Claims (5)
- 被膜内の欠陥を検出する方法であって、
a)第1被膜を表面に塗布するステップと、
b)前記表面及び被膜の温度を修正するステップと、
c)複数の局所領域のそれぞれにおける温度パラメータを測定することによって、前記表面と前記第1皮膜に関する温度プロファイルを作成するステップと、
d)局所領域のそれぞれについて、特定の局所領域の温度パラメータと前記特定の局所領域の周囲に位置する複数の局所領域の温度パラメータに対応する少なくとも1つの値とを比較することによって前記特定の局所領域に関する変化パラメータを算出するステップであって、前記周囲の局所領域は前記全体の温度プロファイルよりも小さい領域に対応しており、前記少なくとも1つの値が前記特定の局所領域に応じて異なっており、
e)許容レベルから外れる少なくとも1つの変化パラメータを特定することによって、少なくとも1つの欠陥を特定するステップと、を含む方法。 - a)温度シグネチュアを作るよう、前記表面の温度プロファイルを測定するステップと、
b)前記表面及び前記第1被膜から放射された輻射量の第1の測定を行うステップと、
c)放射された前記輻射と前記温度シグネチュアとを比較するステップと、
d)前記表面と前記第1被膜及び第2被膜との間の温度差を作るステップと、
e)第2被膜を前記第1被膜に塗布するステップと、
f)前記表面、前記第1及び第2被膜からの放射された輻射量の第2の測定を行うステップと、
g)前記第1の測定と前記第2の測定とを比較するステップと、をさらに含む請求項1に記載の被膜内の欠陥を検出する方法。 - 前記比較に基づいて、前記欠陥の三次元の場所を識別するステップをさらに含む請求項1に記載の被膜内の欠陥を検出する方法。
- 識別された欠陥を補正するステップをさらに含む請求項1に記載の被膜内の欠陥を検出する方法。
- 欠陥を識別すると、塗布装置の作業をリアルタイムで変更するステップをさらに含む請求項1に記載の被膜内の欠陥を検出する方法。
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