JP4838812B2 - 孔検出装置及び孔検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物に形成された孔の検出を行う孔検出装置及び孔検出方法に関する。

従来、かかる孔の検出装置としては、被検査物を加熱し温度勾配を発生させて、その温度分布を赤外線検知装置で捉えて、孔固有の温度分布を抽出することにより孔の有無を検出することが多数提案されている。

例えば、特開昭６４−７８１３９号公報では、被検査体の壁面の背面に高温気体または低温気体からなる検出気体を圧力をかけて負荷し、壁面の前面を赤外線カメラで撮像して、壁面に発生している貫通孔から漏れ出てくる検出気体と壁面の前面との温度差により貫通孔を赤外線画像として検出することを提案している。

また、特開２００２−２１４０６３号公報では、高温・高圧流体を案内するプロセス配管を外側から赤外線カメラ等の配管画像撮影手段で撮影し、この画像データをパソコン内で、予め格納され、流体流速と流体温度を関連つけた熱流量解析モデルを用いてデータ処理し、プロセス配管からの流体漏洩流量を計測し、かつ画像データの温度分布状態の分析により流体漏洩箇所を同定することを提案している。

特開昭６４−７８１３９号公報 特開２００２−２１４０６３号公報

以上のような温度分布の画像処理による孔の検出は、安定性に欠けるため精度が悪く、また、そのデータ処理のためのコストが高価になり、また、データ処理の時間がかかり、高速処理に対応できないという問題がある。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、高精度且つ低コストで、さらに高速に処理することができる画期的な孔検出装置及び孔検出方法を提案することである。

前述した目的を達成するために、本発明は、一定の方向に搬送される被検査物に対して、搬送方向に一定間隔をあけて且つ搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて形成された孔の検出を行う孔検出装置であって、被検査物の一方向面側に配置され、前記被検査物の一方面にむけて流体を吹出す吹出部材と、被検査物の他方面に向けて、且つ前記形成された孔に対応して搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて配置された複数の温度感知センサと、温度感知センサが感知する温度に基づく信号を処理する処理装置とを備え、前記流体は、前記温度感知センサにおいて、孔を流体が貫通する状態と被検査物によって流体が貫通できない状態とで温度差を発生することができる温度に設定されており、前記処理装置は、前記孔を貫通した流体が前記温度感知センサに作用した状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、孔を流体が貫通することができず、前記温度感知センサに流体が作用しない状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、の差異により孔を検出し、前記温度感知センサは、異方性の熱電気力を持つ結晶性固体の薄膜からなる検出面を有するフローセンサであり、流体の作用に対して１００ｎｓ以下の応答時間を有する。

また、本発明は、一定の方向に搬送される被検査物に対して、搬送方向に一定間隔をあけて且つ搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて形成された孔の検出を行う孔検出方法であって、被検査物の一方向面側に前記被検査物の一方面にむけて流体を吹出す吹出部材と、被検査物の他方面に向けて、且つ前記形成された孔に対応して搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて複数の温度感知センサとを配置する工程と、前記温度感知センサが感知する温度に基づく信号を受信して処理する工程と、を備え、前記流体は、前記温度感知センサにおいて、孔を流体が貫通する状態と被検査物によって流体が貫通できない状態とで温度差を発生することができる温度に設定されており、前記処理工程は、前記孔を貫通した流体が前記温度感知センサに作用した状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、孔を流体が貫通することができず、前記温度感知センサに流体が作用しない状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、の差異により孔を検出し、前記温度感知センサは、異方性の熱電気力を持つ結晶性固体の薄膜からなる検出面を有するフローセンサであり、流体の作用に対して１００ｎｓ以下の応答時間を有する。

温度感知センサによる温度感知は迅速に行われるために、応答性良く信号を出力することができ、これによって信号処理も簡単で且つ、高速に孔を検出することができる。

温度感知センサは、ヒートフローセンサとすることができ、好ましくは、異方性の熱電気力を持つ結晶性固体の薄膜を有するヒートフローセンサとすることができる。また、好ましくは、流体の作用に対して１００ｎｓ以下の応答時間を有するものとすると、高速化にさらに好都合となる。

被検査物の一方面側には、前記被検査物の一方面にむけて圧力流体を吹出す吹出部材を備えることができる。これによって、吹出部材からの圧力流体が孔を通過した場合と孔がなくて通過できない場合との温度感知センサにおける差異を明確にさせることができる。

温度感知センサは、常温に対して加熱及び冷却のいずれか一つがなされる一方で、前記流体は常温であるようにすると、常温の流体が温度感知センサに作用したときに、温度感知センサから出力される信号の変化を発生させることができる。これによって圧力流体の温度コントロールが不要となり、手間がかからず低コストとなり、また、安定した検出を行うことができる。

温度感知センサを所定温度に加熱するために、温度感知センサに電熱線を巻回することができる。

孔を流体が通過してきたときに出される温度感知センサから信号のピーク強度は孔の寸法に依存しているために、ピーク強度を求めることにより孔の寸法を評価することも可能になる。

本発明の実施形態にかかる孔検出装置の概略斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態にかかる孔検出装置の断面図とブロック図、（ｂ）は（ａ）の被検査物に対応して得られる温度感知センサからの信号である。 温度感知センサからの実際の信号の出力波形図である。 参考形態にかかる孔検出装置の概略斜視図である。 別の参考形態にかかる孔検出装置の断面図である。

符号の説明

１０ 孔検出装置
１２ シート（被検査物）
１２’ 管（被検査物）
１３、１３’ 孔
２０ 温度感知センサ（ヒートフローセンサ）
２４ センサ部
２４ｂ 薄膜
２８ 吹出スリーブ（吹出部材）
３４ 電熱コイル
３８ 処理装置
４０ 二次元移動ステージ
６０ 吹出ボックス（吹出部材）

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態による孔検出装置１０を表す概略斜視図である。図において、孔検出装置１０には、被検査物であるシート１２が通過するようになっている。この例でシート１２はプラスチックフィルムであり、シート１２は、搬送装置によって搬送されている。孔検出装置１０を通過する前にシート１２は孔加工装置１４を経ており、ここで、微細な孔１３、例えば、直径１０μｍ以下の孔がレーザ加工されている。この例では、ＣＯ_２レーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ等からなる複数のレーザ照射器１６がシートの搬送方向に直交する方向に互いに間隔を空けて配置されており、一定時間間隔のレーザ照射によってシート１２の長手方向に一定間隔で孔１３が穿設される。

孔加工装置１４の下流に配置される孔検出装置１０は、基本的に、各レーザ照射器１６に整列するように配置された温度感知センサ２０と、温度感知センサ２０に対してシート１２を挟んで反対側に配置されてシート１２に向けて気体を吹出す吹出部材である吹出スリーブ２８と、温度感知センサ２０からの信号を処理する処理装置３８（図２）とを備えている。

温度感知センサ２０としては、温度を感知する任意のセンサとすることができるが、好ましくは、この実施形態のようにヒートフローセンサ２０とするとよい。ヒートフローセンサ２０は、ドイツ特許第４３０６４９７Ｃ２，米国特許５，８２３，６８２号に記載されたものに基づき製造することができ、これら公報はこの明細書で引用する。例えば温度感知センサ２０としてＦＯＲＴＥＣＨ ＨＴＳ ＧｍｂＨ社製ヒートフローセンサを使用することができる。具体的には、図２に示すように、ヒートフローセンサ２０は、筒状ハウジング２２と、筒状ハウジング２２の一端の開口に配置されたセンサ部２４と、ハウジング２２の反対側端の開口に設けられたコネクタ部２６とを有している。センサ部２４は、基板２４ａと、基板２４ａ上に成長されてその表面が検出面となる活性層２４ｂと、活性層２４ｂの両側に設けられてコネクタ部２６に接続される一対の電極２４ｃ、２４ｃとを備えている。活性層２４ｂは、異方性の熱電気力を持つ結晶性固体の薄膜であり、高温超伝導体（ＲＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-8，Ｒは希土類金属、例えばイットリウム）を用いることができ、異方主軸が、活性層の表面の垂線に対して傾いている。

このヒートフローセンサ２０は、応答速度が速く、１００ｎｓ以下、好ましくは１０〜３０ｎｓの立ち上がり速度を持って温度を感知することができる。

吹出スリーブ２８は圧力気体を供給する供給源であるコンプレッサ３０に接続される。好ましくはコンプレッサ３０と吹出スリーブ２８との間にフィルタ３２を設けるとよい。

吹出スリーブ２８には吹出口となるスリット２８ａが形成されており、該スリット２８ａから乾燥圧力気体をシート１２に向けて吹出すことができるようになっている。気体は、周囲温度と異なる温度のものとするか、または、周囲温度と同じ温度とするかの、いずれかとすることができる。周囲温度と同じ気体を使用する場合には、ヒートフローセンサ２０の方を常温よりも加熱または冷却することができる。

図示した例では、ヒートフローセンサ２０の方を加熱しているもので、筒状ハウジング２２の外周にニクロム線といった電熱コイル３４を巻回して、該電熱コイル３４には電源３６からの電力が供給される。

また、ヒートフローセンサ２０のコネクタ部２６は、増幅器３７を介して処理装置３８に接続される。

以上のように構成される孔検出装置１０においては、吹出スリーブ２８のスリット２８ａから検査中、乾燥圧力気体が吹出されており、シート１２の一方面へと吹き付けている。

孔加工装置１４におけるレーザ加工により孔が開けられたシート１２が流れてくると、吹出スリーブ２８から吹出された気体が孔１３を通り抜けて、シート１２の他方面側にある温度感知センサ２０のセンサ部２４に当たる。電熱コイル３４によって温まられている状態にあるセンサ部２４は、常温の気体が当たることにより冷却されて、この冷温に、即ち孔に対応して信号が出力される。

この信号は増幅器３７によって増幅されて処理装置３８に入力される。処理装置３８では、信号をＡ／Ｄ変換した後、ピーク保持を行って閾値と比較することにより、ピークの有無を求める。信号強度が閾値よりも高い場合にピークが有ると判定し、孔が形成されているものと判定する。また、そのピーク値を求めることで、ピーク強度を求めることができる。処理装置３８には、図示しない、被検査物の搬送装置からの搬送信号が入力されており、処理装置３８は、搬送信号から求められる位置と、ピーク強度とを関連付けて記録する。

ピーク強度は風量に関連している。言い換えれば、ピークの高さは孔の大きさに比例する。よって、予め参照孔寸法とピーク強度との関係を求めておき、処理装置３８でピーク強度を測定することにより、孔の寸法を求め、孔の寸法を評価することもできるようになる。即ち、ピーク強度が所定強度よりも小さい場合または第２所定強度よりも大きい場合には、加工不良と判断することができる。つまり、本発明では、孔加工装置１４によって正しく孔が形成されているかのみならず、許容寸法範囲で孔が穿設されているかどうかも検査することができる。気体の圧力は温度感知センサ２０の信号強度に影響するので、適当な高さとなるような圧力に設定されるとよい。

吹出す圧力気体の温度は、温度感知センサ２０において、孔を圧力気体が貫通する状態と被検査物によって圧力気体が貫通できない状態とである程度の温度差が発生することができる温度とすればよいので、上記例のように、温度感知センサを加熱して常温以上の温度にしている場合には、圧力気体は常温のものを使用することができる。または、加熱の代わりに温度感知センサを冷却して常温以下の温度とすることも可能である。これら温度感知センサを加熱または冷却する場合、圧力気体の温度コントロールが不要となるので手間がかからず低コストとなり、また、被検体に対する熱影響なく安定した検出を行うことができる。しかしながら、圧力気体を加熱または冷却し、温度感知センサを常温の状態に曝しておくことで、温度関係を逆にすることも勿論可能である。

図３は、２０μｍ程度の孔が形成された被検査物が２００ｍ／ｍｉｎで搬送された状態での温度感知センサ２０からの実際の出力波形である。圧力気体の圧力は２ｋｇｆ／ｃｍ^２（０．２ＭＰａ）、気体の温度は２２〜２３℃であり、温度感知センサ２０は５２〜５３℃に加熱されている。孔１３は２ｍｍピッチで形成されている。

図３に示されるように、センサ部２４が孔１３からの風を受けると、マイナス電圧の信号が出力される。各ピークが孔に対応している。このように感度のよい応答性のよい温度感知センサ２０を用いることにより、各孔に対応して急峻なピークが得られる。

こうして、本発明による孔検出装置によれば、１０μｍ以上の孔の有無を検出することができるようになり、また、被検査物が２００ｍ／ｍｉｎ程度またはそれ以下の速度で搬送されている状態においても、確実に孔の有無を検出することができる。

（参考形態）
図４は、参考形態を表す概略斜視図であり、この例では、被検査物に対して温度感知センサ２０が移動することにより、孔の有無を検出するものである。

温度感知センサ２０は、二次元移動ステージ４０に搭載されている。二次元移動ステージ４０は、直交するＸ、Ｙ軸に沿って温度感知センサ２０を案内するものであり、回転可能となったＸ方向の送りネジ軸４２と、該送りネジ軸４２を回転させるＸ軸モータ４４と、送りネジ軸４２に螺合するナット４６と、ナット４６に固定される第１可動台４８と、第１可動台４８に軸支されるＹ方向の送りネジ軸５０と、該送りネジ軸５０を回転させるＹ軸モータ５２と、送りネジ軸５０に螺合するナット５４と、ナット５４に固定される第２可動台５６と、を備えており、温度感知センサ２０は可動台５６に取付けられる。

被検査物の下方では、吹出ボックス６０が設けられており、吹出ボックス６０の表面には多数の孔６０ａが設けられており、気体が被検査物１２の一方面全体に亘って吹出されて圧力を作用するようになっている。

この参考形態では、二次元移動ステージ４０によって、温度感知センサ２０が被検査物１２の一面に沿って移動していく。このときに、温度感知センサ２０が孔１３の開いている地点に到達すると、孔１３を貫通して、下方の吹出ボックス６０からの吹出風が温度感知センサ２０に到達するために、温度感知センサ２０で検知される温度が急変し、信号が変化するために、孔１３を検出することができる。このときのＸＹ座標を記録することにより、孔１３の開いている箇所を特定することができる。この例は、シート状の被検査物１２に対して孔１３が有るかどうか、そして、その二次元的位置が不明である場合に好適である。

尚、図４の例は、被検査物との関係において、１つの温度感知センサ２０が二次元的に相対的に移動するものであったが、これに限るものではなく、図１に示した例を含み温度感知センサ２０が被検査物に対して一次元的に相対移動するものであってもよい。または、次で述べるように被検査物に対して温度感知センサ２０が三次元に相対的に移動するものであってもよい。いずれの場合にあっても、温度感知センサと被検査物のいずれかが移動することでもよい。

（別の参考形態）
図５は、別の参考形態にかかる孔検出装置の断面図である。この例では、被検査物１２’が管であり、その管内部を流体が流れている。そして、吹出部材は省略されている。

温度感知センサ２０は、管１２’の回りを相対的に螺旋的に移動することができるようになっている。管１２’の管壁に孔１３’があり、内部を流れるべき流体またはその蒸気が孔１３’から漏れ出す。温度感知センサ２０がその熱流を感知して信号を出すので、孔の存在を検出することができる。

管内を流れる流体が加熱流体または冷却流体である場合には、漏れ出す流体または気体も加熱または冷却されているために、温度感知センサ２０への加熱または冷却は不要である。

Claims (6)

1. 一定の方向に搬送される被検査物に対して、搬送方向に一定間隔をあけて且つ搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて形成された孔の検出を行う孔検出装置であって、
   被検査物の一方向面側に配置され、前記被検査物の一方面にむけて流体を吹出す吹出部材と、
   被検査物の他方面に向けて、且つ前記形成された孔に対応して搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて配置された複数の温度感知センサと、
   前記温度感知センサが感知する温度に基づく信号を処理する処理装置とを備え、
   前記流体は、前記温度感知センサにおいて、孔を流体が貫通する状態と被検査物によって流体が貫通できない状態とで温度差を発生することができる温度に設定されており、
   前記処理装置は、前記孔を貫通した流体が前記温度感知センサに作用した状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、孔を流体が貫通することができず、前記温度感知センサに流体が作用しない状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、の差異により孔を検出し、
   前記温度感知センサは、異方性の熱電気力を持つ結晶性固体の薄膜からなる検出面を有するフローセンサであり、流体の作用に対して１００ｎｓ以下の応答時間を有する、孔検出装置。
2. 前記温度感知センサは、常温に対して加熱及び冷却のいずれか一つがなされる一方で、前記流体は常温である請求項１記載の孔検出装置。
3. 前記温度感知センサには電熱線が巻回されており、温度感知センサが所定温度に加熱される請求項２記載の孔検出装置。
4. 前記処理装置は、孔を貫通した流体が温度感知センサに作用した状態の信号のピーク強度によって、孔の大きさを評価する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の孔検出装置。
5. 一定の方向に搬送される被検査物に対して、搬送方向に一定間隔をあけて且つ搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて形成された孔の検出を行う孔検出方法であって、
   被検査物の一方向面側に前記被検査物の一方面にむけて流体を吹出す吹出部材と、被検査物の他方面に向けて、且つ前記形成された孔に対応して搬送方向に直交する方向に互いに間隔をあけて複数の温度感知センサとを配置する工程と、
   前記温度感知センサが感知する温度に基づく信号を受信して処理する工程と、を備え、
   前記流体は、前記温度感知センサにおいて、孔を流体が貫通する状態と被検査物によって流体が貫通できない状態とで温度差を発生することができる温度に設定されており、
   前記処理工程は、前記孔を貫通した流体が前記温度感知センサに作用した状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、孔を流体が貫通することができず、前記温度感知センサに流体が作用しない状態において前記温度感知センサが感知した温度に基づく信号と、の差異により孔を検出し、
   前記温度感知センサは、異方性の熱電気力を持つ結晶性固体の薄膜からなる検出面を有するフローセンサであり、流体の作用に対して１００ｎｓ以下の応答時間を有する、孔検出方法。
6. 前記処理工程は、前記孔を貫通した流体が温度感知センサに作用した状態の信号のピーク強度により孔の寸法を評価することを含む、請求項５記載の孔検出方法。

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