JP6620499B2 - 光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法 - Google Patents
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Description
まず図1を用いて、第1の実施の形態における光学非破壊検査装置1の全体構成について説明する。第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1は、加熱用レーザの強度の計測を、計測点に照射される加熱用レーザである照射光の強度であって正弦波状に変化する照射光の強度を計測するタイプの光学非破壊検査装置の例を示している。光学非破壊検査装置1は、レーザ出力装置27、集光手段10(図1、図2の例では、反射型対物レンズ)、レーザ強度検出手段41、赤外線強度検出手段31、位相差検出装置60、判定装置70等を有している。また、以下の説明では、第1部材51が銅であり、第2部材52が銅であり、第1部材51と第2部材52とが、溶接によって接合界面53にて接合されている例で説明する。
次に図2を用いて、第2の実施の形態における光学非破壊検査装置1Aの全体構成について説明する。第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aは、加熱用レーザの強度の計測を、計測点にて反射された加熱用レーザの反射光の強度であって正弦波状に変化する反射光の強度を計測するタイプの光学非破壊検査装置の例を示している。第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aは、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1に対して、レーザ出力装置27がレーザ出力装置27Aに変更されて加熱用レーザLaが線状である点と、加熱レーザ選択反射手段23が省略されている点と、反射光選択反射手段43が追加されている点が異なる。以下、これらの相違点について主に説明する。相違点以外の構成については、第1の実施の形態にて説明したとおりであるので、説明を省略する。なお図2の例では、説明上、ワーク(接合界面53にて接合された第1部材51と第2部材52)への入射光である加熱用レーザLaの入射角度と、加熱用レーザLaの反射光の反射角度(光軸Xの角度)と、に合わせてワークの傾斜角度を設定している例を示している。
次に図3に示すフローチャートを用いて、判定装置70及び位相差検出装置60の処理手順の例について説明する。例えば作業者が判定装置70を起動すると、位相差検出装置60が連動して起動され、判定装置70はステップS15へと処理を進め、位相差検出装置60はステップS140へと処理を進める。
αt=π・f・(x/δ)2 (式1)
λt=αt・ρ1・c1 (式2)
Rs=Rt−(R1+R2) (式3)
Rs=(1/S)・Ks (式4)
S=(1/Rs)・Ks (式5)
S=(1/Rs)・(d/λ1) (式6)
10 集光手段(対物レンズ)
21 半導体レーザ光源
21A レーザ光源
22 コリメートレンズ
23 加熱レーザ選択反射手段
24 音響光学変調器
25 変調信号出力手段
27、27A レーザ出力装置
31 赤外線強度検出手段
32、42 集光レンズ
41 レーザ強度検出手段
51 第1部材
52 第2部材
53 接合界面
60 位相差検出装置
70 判定装置
70A 物理特性情報
80 通信回線
81 配信装置
c1 第1部材の比熱容量
d 接合界面の厚さ
Ks 接合係数
La 加熱用レーザ
R1 第1部材の熱抵抗
R2 第2部材の熱抵抗
Rs 接合界面熱抵抗
Rt 計測対象物全体の熱抵抗
S 接合界面面積
SP 計測点
x 熱拡散長
αt 第1部材と第2部材を1つの部材とみなしたときの熱拡散率
λ1 第1部材の熱伝導率
λt 第1部材と第2部材を1つの部材とみなしたときの熱伝導率
δ 位相差
ρ1 第1部材の密度
Claims (12)
- 接合界面にて互いに接合された第1部材と第2部材である計測対象物における第1部材の表面に設定した計測点に加熱用レーザを照射して、前記加熱用レーザに関する情報と前記計測点から取得される情報と、に基づいて、前記接合界面の面積を求める、光学非破壊検査装置であって、
前記計測点における強度が正弦波状に変化するように前記加熱用レーザを出射するレーザ出力装置と、
前記計測点の前記加熱用レーザの強度、を検出するレーザ強度検出手段と、
前記計測点から放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する前記赤外線の強度を検出する赤外線強度検出手段と、
前記レーザ強度検出手段からの検出信号と前記赤外線強度検出手段からの検出信号を取り込んで、正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度と、正弦波状に変化する前記赤外線の強度と、の位相差を検出する位相差検出装置と、
前記位相差検出装置から取り込んだ前記位相差に基づいて前記接合界面の面積である接合界面面積を算出する判定装置と、を有する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記計測点の前記加熱用レーザの強度は、
前記計測点に照射される前記加熱用レーザである照射光の強度であって正弦波状に変化する前記照射光の強度、または、前記計測点にて反射された前記加熱用レーザの反射光の強度であって正弦波状に変化する前記反射光の強度、である、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1または2に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記判定装置には、前記第1部材の物理特性である第1物理特性と、前記第2部材の物理特性である第2物理特性と、前記接合界面の物理特性である界面物理特性と、が記憶されており、
前記判定装置は、
前記位相差と、正弦波状に強度が変化する前記加熱用レーザの周波数と、前記第1物理特性と、に基づいて前記第1部材と前記第2部材とを1つの部材とみなした熱拡散率を求め、
求めた前記熱拡散率と、前記第1物理特性と、に基づいて前記第1部材と前記第2部材とを1つの部材とみなした熱伝導率を求め、
求めた前記熱伝導率から前記計測対象物の見かけ上の熱抵抗を求め、求めた計測対象物の見かけ上の熱抵抗と、前記第1物理特性と、前記第2物理特性とから前記接合界面の熱抵抗である接合界面熱抵抗を求め、
求めた前記接合界面熱抵抗と、前記界面物理特性と、に基づいて前記接合界面面積を算出する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項3に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記判定装置は、所定の通信回線に接続されており、前記第1物理特性と、前記第2物理特性と、前記界面物理特性とを、前記通信回線を介して受信して記憶する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項3または4に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記第1物理特性と前記第2物理特性と前記界面物理特性は、
前記第1部材における前記計測点から前記第1部材と前記第2部材の接触面までの距離である熱拡散長と、
前記第1部材の比熱容量と、
前記第1部材の密度と、
前記第1部材の熱抵抗と、
前記第2部材の熱抵抗と、
前記接合界面の厚さ、または、前記接合界面熱抵抗に対する前記接合界面面積に関する接合係数と、を含む、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記レーザ出力装置は、
入力された変調信号に基づいて強度が変調されたレーザを出射する半導体レーザ光源と、前記変調信号を出力する変調信号出力手段と、にて構成されている、
あるいは、所定の強度のレーザを音響光学変調器に向けて出射するレーザ光源と、入力された変調信号に基づいて入射されたレーザを回折する音響光学変調器と、前記変調信号を出力する変調信号出力手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 接合界面にて互いに接合された第1部材と第2部材である計測対象物における第1部材の表面に設定した計測点に加熱用レーザを照射して、前記加熱用レーザに関する情報と前記計測点から取得される情報と、に基づいて、前記接合界面の面積を求める、光学非破壊検査方法であって、
レーザ出力装置と、位相差検出装置と、判定装置と、を用いて、
前記レーザ出力装置にて、前記計測点における強度が正弦波状に変化するように前記加熱用レーザを出射するレーザ出射ステップと、
前記位相差検出装置にて、前記計測点の前記加熱用レーザの強度、を計測するレーザ強度計測ステップと、
前記位相差検出装置にて、前記計測点から放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する前記赤外線の強度を計測する赤外線強度計測ステップと、
前記位相差検出装置にて、計測された正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度と、計測された正弦波状に変化する前記赤外線の強度と、の位相差を求め、求めた前記位相差を前記判定装置に出力する位相差計測ステップと、
前記判定装置にて、前記位相差に基づいて、前記接合界面の面積である接合界面面積を算出する接合界面面積算出ステップと、を有する、
光学非破壊検査方法。 - 請求項7に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記計測点の前記加熱用レーザの強度は、
前記計測点に照射される前記加熱用レーザである照射光の強度であって正弦波状に変化する前記照射光の強度、または、前記計測点にて反射された前記加熱用レーザの反射光の強度であって正弦波状に変化する前記反射光の強度、である、
光学非破壊検査方法。 - 請求項7または8に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記判定装置に、前記第1部材の物理特性である第1物理特性と、前記第2部材の物理特性である第2物理特性と、前記接合界面の物理特性である界面物理特性と、を記憶しておき、
前記接合界面面積算出ステップにおいて、
前記判定装置にて、
前記位相差と、正弦波状に強度が変化する前記加熱用レーザの周波数と、前記第1物理特性と、に基づいて前記第1部材と前記第2部材とを1つの部材とみなした熱拡散率を求め、
求めた前記熱拡散率と、前記第1物理特性と、に基づいて前記第1部材と前記第2部材とを1つの部材とみなした熱伝導率を求め、
求めた前記熱伝導率から前記計測対象物の見かけ上の熱抵抗を求め、求めた計測対象物の見かけ上の熱抵抗と、前記第1物理特性と、前記第2物理特性とから前記接合界面の熱抵抗である接合界面熱抵抗を求め、
求めた前記接合界面熱抵抗と、前記界面物理特性と、に基づいて前記接合界面面積を算出する、
光学非破壊検査方法。 - 請求項9に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記第1物理特性と、前記第2物理特性と、前記界面物理特性とを、所定の通信回線を介して配信して前記判定装置に記憶させる、
光学非破壊検査方法。 - 請求項9または10に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記第1物理特性と前記第2物理特性と前記界面物理特性は、
前記第1部材における前記計測点から前記第1部材と前記第2部材の接触面までの距離である熱拡散長と、
前記第1部材の比熱容量と、
前記第1部材の密度と、
前記第1部材の熱抵抗と、
前記第2部材の熱抵抗と、
前記接合界面の厚さ、または、前記接合界面熱抵抗に対する前記接合界面面積に関する接合係数と、を含む、
光学非破壊検査方法。 - 請求項7〜11のいずれか一項に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記レーザ出力装置として、
入力された変調信号に基づいて強度が変調されたレーザを出射する半導体レーザ光源と、前記変調信号を出力する変調信号出力手段と、にて構成されている前記レーザ出力装置、
あるいは、所定の強度のレーザを音響光学変調器に向けて出射するレーザ光源と、入力された変調信号に基づいて入射されたレーザを回折する音響光学変調器と、前記変調信号を出力する変調信号出力手段と、にて構成されている前記レーザ出力装置、を用いる、
光学非破壊検査方法。
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