JP4906897B2 - クラック検知支援装置、及び、クラック検知支援方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態に係るクラック検知支援装置100の一例を説明するための説明図である。図1に基づいて、クラック検知支援装置100の構成及び動作について説明する。また、図1には、測定対象物50を併せて図示している。このクラック検知支援装置100は、空中に強力な音圧レベルの超音波を測定対象物50に衝突させて、測定対象物50から発生される音によって測定対象物50にクラックが存在しているかどうかの判定を容易にするものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
λ={2πCph/f}*1/2・・・式(1)
ここで、λが波長を、Cpが振動板12を構成する板材料の固有定数を、hが振動板12を構成する板材料の厚みを、fが周波数をそれぞれ表している。なお、Cpは、振動板12を構成する材料固有の定数であり、その材料のヤング率やポアソン比等を用いて算出することができる。
L1 =(N1 −0.5)*λ/2・・・式(2)
ここで、N1 が振動板12に出現する「節」線の数(偶数値)を表している。
すなわち、振動板12の一辺の長さL1 を式(2)で示す関係に設定すれば、振動板12のたわみ振動時におけるモード形状を「格子モード」とすることができる。
圧電素子にパルス電圧が印加されると振動子10から19kHz〜40kHz帯域の超音波が発生し、この超音波がホーン11を介して振動板12に伝搬する。振動板12に伝搬した超音波は、共振され強力な音圧レベルを有する共振波となって振動板12の表面全体から一様に放射される。そうすると、振動板12と測定対象物50との間には定在波による音響波が発生し、振動板12の表面に置かれた測定対象物50が空中に浮遊することになる。加えて、測定対象物50は、音響波により加振されて振動することになる。すなわち、振動板12は上述したように「格子モード」で「たわみ振動」しているので、測定対象物50が浮遊すると同時に振動することになるのである。
単位空間距離計算部201では、クラックのない測定対象物50を対象とする。FFT処理データを収集し(ステップS1)、収集したFFT処理データについて、ユーザーの目的に応じて解析対象の周波数帯域を選択し(ステップS2)、該周波数帯域のデータについて、マハラノビスの距離を計算する(ステップS3)。計算したマハラノビスの距離は、良品データとして、良品データ記憶部203に記憶させる(ステップS4)。
信号距離計算部202では、クラックの有無が未知の測定対象物50を対象とする。収集されたFFT処理データを元に、単位空間距離計算部201にて計算した基準データのマハラノビスの距離との相関から、該信号データのマハラノビスの距離を求める(ステップS11)。求めたマハラノビスの距離をあらかじめ決めておいた閾値と比較し(ステップS12)、閾値よりも小さい場合(ステップS12;YES)は、良品(クラックなし)とみなし、閾値よりも大きい場合(ステップS12;NO)は、不良品(クラックあり)とみなして、それぞれの結果を表示する(ステップS13、ステップS14)。さらに、算出したマハラノビスの距離が閾値より小さく、良品(クラックなし)とみなされた場合は、良品データ記憶部203に、該データを追加記憶させてもよい。
Claims (26)
- 圧電素子が設けられ、所定の周波数帯域の超音波を発生する超音波振動子と、
前記超音波振動子の先端部に取り付けられ、前記超音波振動子の振動と共振することで格子モードでたわみ振動し、所定の音圧レベルの共振波を発生する振動板と、
前記振動板の全面から放射される共振波によって空中に浮上及び振動する測定対象物から発生する音を検出する音検出装置と、を備えた
ことを特徴とするクラック検知支援装置。 - 前記超音波振動子から発生する超音波の周波数帯域を19kHz〜40kHzとし、
前記振動板から放射される共振波の音圧レベルを130dB以上としている
ことを特徴とする請求項1に記載のクラック検知支援装置。 - 前記音検出装置で検出された音の信号を目視可能に表示する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のクラック検知支援装置。 - 前記音検出装置で検出された音の信号をFFT処理するFFT処理部を設け、その測定結果を表示する
ことを特徴とする請求項3に記載のクラック検知支援装置。 - 前記FFT処理部によりFFT処理された測定結果にクラック発生時のピーク周波数の音響判定用の閾値を予め定めておく
ことを特徴とする請求項4に記載のクラック検知支援装置。 - 前記FFT処理部によりFFT処理された5kHz〜80kHzの周波数帯域を測定帯域として用いる
ことを特徴とする請求項5に記載のクラック検知支援装置。 - 前記FFT処理部によりFFT処理された測定結果を用いて、MTS法により前記測定対象物のクラックを検知している
ことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 前記FFT処理部によりFFT処理された30kHz〜40kHzの周波数帯域を分析帯域として用いている
ことを特徴とする請求項7に記載のクラック検知支援装置。 - 前記FFT処理部によりFFT処理された測定結果を用いて、MTS法により前記測定対象物の浮上状態を判別している
ことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 前記FFT処理部によりFFT処理され、前記振動子の共振周波数によるピーク周波数の前後1kHzの周波数帯域に対して前記MTS法を用いる
ことを特徴とする請求項9に記載のクラック検知支援装置。 - 前記音検出装置は、
1つまたは2つ以上配設される
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 前記音検出装置を2つ以上設ける場合は、前記音検出装置と前記測定対象物との距離が等しくなるように設ける
ことを特徴とする請求項11に記載のクラック検知支援装置。 - 前記音検出装置は、
マイクロホン、音センサー、もしくは、超音波センサー、又はこれらの組み合わせで構成されている
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 両端面が開口され、内部に音響通路が形成されているホーンを、前記超音波振動子と前記振動板との間に取り付けている
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 前記振動板の前記超音波振動子の取付面とは反対側面における「節」の位置に緩衝材を設けている
ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 前記測定対象物が半導体基板又は金属材料である
ことを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載のクラック検知支援装置。 - 所定の周波数帯域の超音波を超音波振動子から発生させ、
前記超音波振動子の振動と共振することで格子モードでたわみ振動する振動板から所定の音圧レベルの共振波を発生させ、
前記振動板の全面から放射される共振波によって空中に測定対象物を浮上及び振動させ、このとき前記測定対象物から発生する音を検出する
ことを特徴とするクラック検知支援方法。 - 前記超音波振動子から19kHz〜40kHzの周波数帯域の超音波を発生させ、
前記振動板から130dB以上の音圧レベルの共振波を放射させる
ことを特徴とする請求項17に記載のクラック検知支援方法。 - 前記測定対象物から発生し、検出された音の信号を目視可能に表示する
ことを特徴とする請求項17又は18に記載のクラック検知支援方法。 - 前記測定対象物から発生する音の信号をFFT処理し、その測定結果を表示する
ことを特徴とする請求項19に記載のクラック検知支援方法。 - 前記FFT処理された測定結果にクラック発生時のピーク周波数の音響判定用の閾値を予め定めておく
ことを特徴とする請求項20に記載のクラック検知支援方法。 - 前記FFT処理された5kHz〜80kHzの周波数帯域を測定帯域として用いる
ことを特徴とする請求項21に記載のクラック検知支援方法。 - 前記FFT処理された測定結果を用いて、MTS法により前記測定対象物のクラックを検知する
ことを特徴とする請求項20〜22のいずれか一項に記載のクラック検知支援方法。 - 前記FFT処理された30kHz〜40kHzの周波数帯域を分析帯域として用いる
ことを特徴とする請求項23に記載のクラック検知支援方法。 - 前記FFT処理された測定結果を用いて、MTS法により前記測定対象物の浮上状態を判別する
ことを特徴とする請求項20〜22のいずれか一項に記載のクラック検知支援方法。 - 前記FFT処理され、前記振動子の共振周波数によるピーク周波数の前後1kHzの周波数帯域に対して前記MTS法を用いる
ことを特徴とする請求項25に記載のクラック検知支援方法。
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