JP5264820B2 - クラック検知装置及びクラック検知方法 - Google Patents
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Description
クラック検知装置100は、測定対象物50を空中に浮上させる浮上手段1と、浮上した測定対象物50を上下方向に加振する加振手段2と、加振手段2の加振入力に対する応答(例えば、変位)を検出する動作検出装置3と、動作検出装置3の出力に基づきクラックの有無を検出するクラック検出手段4とを備えている。浮上手段1は、測定対象物50の面内全体に浮揚力を作用させ、測定対象物50を一定の高さに浮上させるものである。測定対象物50としては、例えば電子部品が搭載される基板等が該当する。
図2は、図1の浮上手段1及び加振手段2として超音波を用いた場合のクラック検知装置100の一例を示す模式図である。
図1の浮上手段1及び加振手段2の具体例として、超音波振動子(以下、振動子という)10と、ホーン11と、振動板12とを備えている。なお、ホーン11が備えられていなくても、浮上手段1及び加振手段2としての機能を発揮することができる。以下、振動子10の浮上手段1としての動作と、振動子10の加振手段2としての動作について順次説明する。
振動子10には、図示省略の圧電素子が設けられており、この圧電素子に正電極端子及び負電極端子を介してパルス電圧が印加され、圧電素子が発振するようになっている。つまり、振動子10は、圧電素子にパルス電圧が印加されることによって、所定の周波数範囲(19kHz〜40kHz)の音波(超音波)を発生する。ホーン11は、両端面が開口され、内部に音響通路(超音波帯域の音響信号を増幅する通路)が形成されるように構成されており、振動子10と振動板12との間に取り付けられている。また、ホーン11は円錐台形状に構成され、振動子10側から振動板12側に向けて徐々に縮径されているのが好ましい。
図3は、図1の加振手段2として超音波を用いた場合の作用説明図で、浮上加振時の入力レベルとそれに対する応答出力の時間変化とを表している。なお、図3の応答出力の実線はクラック無しの場合、点線はクラック有りの場合を示している。また、図3の入力レベル1の時には浮上用のパルス電圧が印加され、入力レベル2の時には浮上用電圧に更に加振用電圧を重畳したパルス電圧が印加される。
入力レベル1のとき、圧電素子に浮上用のパルス電圧が印加され、上述したように測定対象物50は浮上する。そして、入力レベルを2に上げることにより、浮上用電圧に更に加振用電圧を重畳したパルス電圧が圧電素子に印加される。これにより、測定対象物50の応答が大きくなる(つまり、更に浮上する)。そして、再び入力レベルを1に戻して一定に保つことにより、測定対象物50の応答は小さくなる(つまり、測定対象物50の位置が降下する)。これを繰り返し、浮上用電圧に加振用電圧を間欠的に重畳する。これにより、共振波に強弱が生じて測定対象物50は一定の振幅を有した上下振動を行うことになり、振動子10が加振手段2として動作することになる。
(浮上手段1としての動作)
図4は、図1の浮上手段1として静電気を用いた場合の作用説明図である。
浮上手段1は、正極と接続された下板13を有している。下板13に電圧が印加されることにより、下板13に正電荷がチャージされ、チャージされた正電荷により測定対象物50が帯電する。すなわち、測定対象物50と下板13とが同電荷に帯電し、お互い反発し合って測定対象物50が下板13から浮上する。なお、ここでは下板13を正極と接続した構成を図示したが、負極としてももちろん良い。
図5は、図1の加振手段2として静電気を用いた場合の作用説明図であり、浮上加振時の電圧(入力)の時間変化と、それに対応する下板13と測定対象物50間の距離の時間変化とを併せて示した図である。
電圧レベルを周期的に変動させることにより、測定対象物50は、浮上した状態を保ちながら上下に振動する。すなわち、浮上した状態から電圧レベルを下げると、同電荷に帯電した測定対象物50と下板13との間の反発力が弱くなり、下板13と測定対象物50との距離が小さくなる。そして、再び電圧レベルを上げると、測定対象物50と下板13との間の反発力が強まり、下板13と測定対象物50との距離が大きくなる。この動作を周期的に繰り返すことにより、測定対象物50は上下に振動することになる。
図6は、図1の浮上手段1として気体又は液体を用いた場合のクラック検知装置100の一例を示す模式図である。
浮上手段1は、気体又は液体を噴出する装置(図示せず)を有し、気体又は液体を測定対象物50の下面に向かって噴出させ、気圧又は液圧により測定対象物50を空中に浮上させる。浮上手段1として気体又は液体を用いたときの加振手段2としては、上述の超音波又は静電気を用いれば良い。
図7(a)は、図1の加振手段2としてレーザー加熱を用いた場合の模式図である。図7(b)は、クラックを有する測定対象物50をレーザー加熱した際の振動波の分布を示す模式図である。
加振手段2は、レーザー加熱装置40を有している。レーザー加熱装置40から測定対象物50のある一点に対してレーザーを照射すると、測定対象物50には、照射点を中心に面方向に振動波が発生する。測定対象物50にクラックや傷がある場合、図7(b)に示すように振動波はクラックでせき止められ、面全体として不均一な分布になる。これを動作検出装置3により検知することにより、測定対象物50のクラックの有無を検出することができる。なお、レーザーは、一点に限らず、複数個所に照射してもよい。加振手段2としてレーザー加熱を用いた時の浮上手段1としては、上述の超音波、静電気、気体又は液体が用いられる。なお、加振手段2としてレーザー加熱を用いる場合には、動作検出装置3を複数配置して測定対象物50の各所の変位を検出し、クラック検出手段4にて振動波の不均一な分布を検知できるようにする。
Claims (4)
- 測定対象物を空中に浮上させる浮上手段と、
浮上した測定対象物を上下方向に加振する加振手段と、
前記加振手段の測定対象物への加振入力に対する応答出力を検出する動作検出装置と、
前記動作検出装置の出力に基づき前記測定対象物のクラックの有無を検知するクラック検知手段とを備え、
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振動板とを前記浮上手段及び前記加振手段として共有して備え、前記振動板の全面から放射される共振波によって測定対象物を空中に浮上させ、前記共振波の強弱により測定対象物を加振することを特徴とするクラック検知装置。 - 前記浮上手段は、測定対象物の外側に作用する浮揚力が最も大きくなるようにして測定対象物を浮上させることを特徴とする請求項1記載のクラック検知装置。
- 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振動板の全面から放射される共振波によって測定対象物を空中に浮上させ、
前記共振波の強弱により、浮上した測定対象物を上下方向に加振し、
測定対象物への加振入力に対する応答出力を検出し、
検出結果に基づき測定対象物のクラックの有無を検知することを特徴とするクラック検知方法。 - 測定対象物の外側に作用する浮揚力が最も大きくなるようにして測定対象物を浮上させることを特徴とする請求項3記載のクラック検知方法。
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