JP2017201274A - 溶接不良検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検査物である金属の溶接部が樹脂製のシートに覆われていても、精度よく検査できる溶接不良検査装置を提供する。【解決手段】インレイの溶接不良検査装置であって、インレイを搬送する搬送手段と、インレイを照明する第一の照明手段と、インレイを撮像する第一の撮像手段とを有する第一の光学手段と、第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、インレイを照明する第二の照明手段と、インレイを撮像する第二の撮像手段とを有する第二の光学手段と、第一の光学手段が撮像した画像からインレイ内のムラ分布を示すムラ分布情報を生成するムラ分布情報生成手段と、ムラ分布情報を用いて第二の光学手段によって撮像した温度変化情報を補正し、補正した温度変化情報に基づいてインレイの溶接不良を検出する溶接不良検出手段と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、ICモジュールおよびアンテナを実装したシートからなるインレットを埋め込んだ情報媒体、特に非接触ICカードや電子パスポートなどに内蔵されるインレイの溶接不良検査装置に関するものである。
被検査物の検査対象領域は、ICモジュールのベース及びアンテナの2片の金属を重ね合わせ、片方の面からレーザーをスポット照射して溶接した箇所である。2片の金属の間に隙間が生じた状態でレーザースポット溶接した場合、溶融した2片の金属が接着せず、溶接不良が発生する。
通常、非接触ICカードや電子パスポート用のインレイはインラインまたはオフライン上で通信検査を行い、製品の良否判定を行っている。しかしながら、溶接不良が発生していたとしても2片の金属が接触していれば導通し、通信可能となるため通信検査をパスしてしまう可能性がある。さらに、溶接具合が弱い場合は、製品として出荷された後、使用時に溶接部に力が加わったときに溶接部がはずれてしまう危険性がある。
また、レーザースポット溶接による溶接部のレーザー孔は、外観上、良品と不良品とに差が無いため、外観検査では不良品を見極めるのは非常に困難である。さらに、最終製品を保証するためには、オーバーシートによって覆われたインレイの状態で検査する必要があるため、外観から検査することは不可能となる。
従来、金属の溶接部に欠陥が発生しているか否かの検査としては、放射線透過試験や超音波探傷試験が挙げられるが、インレットのような薄く小さい部材の溶接部の検査には適用が困難である。そこで、レーザー溶接部の検査方法として注目されているのが、赤外線カメラを使用して溶接部の温度分布を観察する方法である。
特許文献1の技術は、溶接部の良品と不良品とでは温度分布のパターンに相違があり、溶接部からの放射エネルギーを赤外線カメラでエネルギー画像信号として検出し、画像処理装置により温度分布画像に変換し、処理することによって溶接部の良品と不良品を判別するものである。同様に、特許文献2の技術は、赤外線画像の明るさの差(遠赤外線放射率の差)を利用して、溶接部の良品と不良品を判別するものである。
しかしながら、上述した方法の場合、被検査物が赤外線カメラや照明といった観察系に対し、遮蔽物が無い状態では有効であるが、PET(ポリエチレンテレフタラート)等の樹脂製のオーバーシートで溶接部が覆われたインレイのような被検査物の場合、オーバーシートを貼り合せるための接着剤や空気層が影響し、正確な温度分布を取得することが困難である。
本発明は上述した従来技術の課題を解決するために提案するものであり、被検査物である金属の溶接部が樹脂製のシートに覆われていても、精度よく検査できる溶接不良検査装置を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するための手段として、本発明は、インレイの溶接不良検査装置であって、インレイを搬送する搬送手段と、インレイを照明する第一の照明手段と、インレイを撮像する第一の撮像手段とを有する第一の光学手段と、第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、インレイを照明する第二の照明手段と、インレイを撮像する第二の撮像手段とを有する第二の光学手段と、第一の光学手段が撮像した画像からインレイ内のムラ分布を示すムラ分布情報を生成するムラ分布情報生成手段と、ムラ分布情報を用いて第二の光学手段によって撮像した温度変化情報を補正し、補正した温度変化情報に基づいてインレイの溶接不良を検出する溶接不良検査手段と、を備えたことを特徴とする溶接不良検査装置である。
また、ムラ分布情報生成手段は、第一の光学手段である赤外線カメラによって撮像された画像からインレイの吸収波長の違いを捉え、インレイ内の接着剤及び空気層のムラ分布を示すムラ分布情報を生成してもよい。
また、第二の光学手段は、第二の照明手段によりインレイを瞬間的に加熱して温度変化を促し、第二の撮像手段である赤外線カメラによりインレイの温度変化を捉えてもよい。
本発明の溶接不良検査装置によれば、被検査物が樹脂製のシートに覆われた状態でも精度よく検査できる溶接不良検査装置を実現できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図1は本発明の実施形態に係る溶接不良検査装置の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、溶接不良検査装置1は、被検査物であるICモジュールおよびアンテナを実装したシートからなるインレットを埋め込んだ情報媒体(インレイ)10を搬送する手段である搬送部15と、インレイを照明する第一の照明手段である反射光源部131と、インレイを撮像する第一の撮像手段である撮像部121と、インレイを検出する第一のインレイ検出手段であるインレイ検出部141と、を有する第一の光学手段と、第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、インレイを照明する第二の照明手段である反射光源部132と、インレイを撮像する第二の撮像手段である撮像部122と、インレイを検出する第二のインレイ検出手段であるインレイ検出部142と、を有する第二の光学手段と、データ処理部16−1と、データ処理部16−2と、溶接不良検出部17とを備えている。
データ処理部16−1は、第一の光学手段が撮像した画像を用いて、吸収波長の違いからインレイ内のムラ分布を表すムラ分布情報を生成する。データ処理部16−2は、第二の光学手段が撮像した画像を用いて、インレイ内の温度変化を表す温度変化情報を生成する。溶接不良検出部17は、データ処理部16−1が生成したムラ分布情報を用いて、データ処理部16−2が生成した温度変化情報を補正し、補正した温度変化情報に基づきインレイの溶接不良を検出する。尚、本実施形態においては、データ処理部16−1とデータ処理部16−2とは、データ処理部16として一体となっている。
図2は、本発明の実施形態に係る被検査物であるインレイを模式的に示した図である。図2(a)はインレイの構成を示した図であり、2枚のオーバーシート100、アンテナシート101、ICモジュール102から構成されている。図2(b)はアンテナシート101にICモジュール102がレーザー溶接にて実装された状態を示した図であり、この状態をインレットと呼ぶ。図2(c)は上記インレットを2枚のオーバーシート100で上下面から貼り合せた状態を示した図であり、この状態をインレイ10と呼ぶ。オーバーシートはPETのような樹脂製のものであり、オーバーシート内側に接着剤を塗布し熱圧着によって貼り合せている。
図3は、本発明の実施形態に係る被検査物の溶接部の模式図であり、アンテナシート101にICモジュール102を実装するためのレーザースポット溶接を模式的に示した図である。図3(a)はレーザースポット溶接の様子を側面から表した図であり、PET等の樹脂製のアンテナシート基材部101−1、アルミ等の金属で成膜されたアンテナシートパターン部101−2、ICモジュールチップ102−1を備えたICモジュールベース部102−2が図のように配置され、アンテナシート基材部101−1、アンテナシートパターン部101−2およびICモジュールベース部102−2が重なり合った状態でレーザー20によってレーザースポット溶接される。図3(b)はレーザースポット溶接の様子を上面から表した図であり、ICモジュールベース部102−2の左右両側に溶接ポイント(溶接部良品102−3)を配置している。溶接部の強度を上げるため、溶接箇所は片側複数であることが望ましい。
図4は、被検査物の溶接不良の模式図であり、図3と同様、アンテナシート101にICモジュール101を実装するためのレーザースポット溶接を模式的に示した図である。図4(a)はレーザースポット溶接の際、アンテナシート101とICモジュール102の把持不良により、アンテナシート101とICモジュールベース部102−2との間に隙間が生じ、溶接不良を発生させる状態を表している。図4(b)はアンテナシート101とICモジュールベース部102−2との間に隙間が生じた状態でレーザースポット溶接した結果の様子を上面から表した図であり、隙間が生じた側に溶接部不良品102−4が発生している。
図1で説明したように、撮像部、反射光源部、インレイ検出部はそれぞれ2組ある。1組目の第一の光学手段の役割は、インレイ内のムラ分布情報を生成するための画像を撮像するものである。そのため、第一の光学手段における撮像部121には、InGaAsなどの吸収波長の違いを捉える受光素子を利用した赤外線カメラが適している。吸収波長の違いで画像を形成するため、オーバーシート100に塗布した接着剤のムラの状態および熱圧着による貼り合せの際にオーバーシート間に生じる空気層のムラの状態を観察することが可能となる。
第一の光学手段における反射光源部131は、例えばLEDやハロゲンランプやキセノンランプ等の光源が用いられ、さらにはエポキシ樹脂等の接着剤の吸収波長にあった赤外照明を使用すると赤外線カメラにおいてより効果的に接着剤のムラ分布を検出することが可能となる。
2組目の第二の光学手段の役割は、インレイを瞬間的に加熱して温度変化を促し、この温度変化を捉えるための画像を撮像するものである。そのため、第二の光学手段における撮像部122には、InSbなどの温度の違いを捉える受光素子を利用した赤外線カメラが適している。また、被検査物であるアンテナシート101とICモジュールベース部102−2は薄く小さい部材であるため、温度変化の速度が非常に速い。そのため、撮像部122は高いフレームレートおよび高い温度分解能の赤外線カメラであることが望ましい。
第二の光学手段における反射光源部132は、被検査物であるインレイに対し瞬間的に温度変化を促す役割を担うため、極めて短時間だけ発光するフラッシュランプやレーザーといった光源を使用することが望ましい。撮像部122は、温度分布の画像を短時間に複数枚撮像し、被検査物であるインレイ内の各位置での温度変化の違いを画像化する。
次に、データ処理部16および溶接不良検出部17について詳細に説明する。図5は、本発明の実施形態に係る溶接不良検出フローを表す模式図である。
まず、データ処理部16−1が、第一の光学手段から画像を取得し(ステップ1)、取得した画像に基づいてインレイ内のムラ分布情報を生成する(ステップS2)。アンテナシートにICモジュールを実装したインレットを接着剤を使用してオーバーシートで覆ったインレイに、接着剤の塗布ムラおよびわずかな空気層が存在すると、塗布ムラや空気層の存在しない部分との吸収波長に差が生じる。そこで、データ処理部16−1は、第一の光学手段の撮影画像を解析し、撮影画像のうち塗布ムラや空気層の存在する領域を特定し、ムラ分布を示すムラ分布情報を生成する。生成したムラ分布情報は、データ処理部16−1が備えるメモリ等の記憶装置に保持される。
次に、データ処理部16−2は、第二の光学手段から画像を取得する(ステップS3)。第二の光学手段の撮影画像は、反射光源部132が瞬間的に温度変化をインレイに生じさせ、インレイ内の各部に生じた温度分布を記録したものである。取得した撮影画像(温度変化情報)は、データ処理部16−2が備えるメモリ等の記憶装置に保持する。ここで、インレイに与えた熱が通過する際に溶接部良品と溶接部不良品では熱拡散率に差があるため、温度変化に違いが生じる。一般に、溶接部不良品の場合(つまり溶接部が剥離している場合)、良品と比べて熱拡散が生じにくいため、温度が高い(冷めにくい)傾向にある。しかしながら、インレイの状態ではオーバーシートや接着剤、空気層の存在により、誤差を含む温度変化情報となる。
次に、溶接不良検出部17は、データ処理部16−1で保持しているムラ分布情報を取得し、取得したムラ分布情報を用いて温度変化情報(第二の光学手段の撮影画像)を画素ごとに補正する(ステップS4)。その後、溶接不良検出部17は、補正後の温度変化情報に基づき、溶接不良部を検出する(ステップS5)。以上の処理を行うことにより、オーバーシートや接着剤、空気層などに影響されにくい溶接不良検査を可能とする。
ここで、温度変化情報の補正方法及び補正後の温度変化情報に基づく溶接不良部の検出方法について説明する。ムラ分布情報をM、ムラ分布情報のレンジをMrange、第二の光学手段で測定可能な温度範囲をTrange、温度変化情報をTとしたときの補正後の温度変化情報Tcは、Tc=T−(M/Mrange)Trangeとなる。この補正後の温度変化情報Tcがあらかじめ設定した基準を超えていた場合、溶接不良部と判定する。
このように本発明の溶接不良検査装置を用いることにより、溶接部がオーバーシート等で覆われ、接着剤や空気層等に由来した外乱成分が存在する状態でも、その外乱成分をあらかじめ測定し補正することによって、その外乱成分の影響を受けることなく、高精度な検査を実施することが可能となる。
本発明に係る溶接不良検査装置は、非接触ICカードや電子パスポートなどに内蔵されるインレイの溶接不良検査に好適に用いられる。
1…溶接不良検査装置
10…インレイ
100…オーバーシート
101…アンテナシート
101−1…アンテナシート基材部
101−2…アンテナシートパターン部
102…ICモジュール
102−1…ICモジュールチップ
102−2…ICモジュールベース部
102−3…溶接部良品
102−4…溶接部不良品
11…インレイを搬送する方向を示す矢印
121…撮像部
122…撮像部
131…反射光源部
132…反射光源部
141…インレイ検出部
142…インレイ検出部
15…搬送部
16…データ処理部
17…溶接不良検出部
20…レーザー
10…インレイ
100…オーバーシート
101…アンテナシート
101−1…アンテナシート基材部
101−2…アンテナシートパターン部
102…ICモジュール
102−1…ICモジュールチップ
102−2…ICモジュールベース部
102−3…溶接部良品
102−4…溶接部不良品
11…インレイを搬送する方向を示す矢印
121…撮像部
122…撮像部
131…反射光源部
132…反射光源部
141…インレイ検出部
142…インレイ検出部
15…搬送部
16…データ処理部
17…溶接不良検出部
20…レーザー
Claims (3)
- インレイの溶接不良検査装置であって、
前記インレイを搬送する搬送手段と、
前記インレイを照明する第一の照明手段と、前記インレイを撮像する第一の撮像手段とを有する第一の光学手段と、
前記第一の光学手段のインレイ搬送方向の下流に設けられ、前記インレイを照明する第二の照明手段と、前記インレイを撮像する第二の撮像手段とを有する第二の光学手段と、
前記第一の光学手段が撮像した画像から前記インレイ内のムラ分布を示すムラ分布情報を生成するムラ分布情報生成手段と、
前記ムラ分布情報を用いて第二の光学手段によって撮像した温度変化情報を補正し、補正した前記温度変化情報に基づいてインレイの溶接不良を検出する溶接不良検出手段と、を備えたことを特徴とする溶接不良検査装置。 - 前記ムラ分布情報生成手段は、前記第一の光学手段である赤外線カメラによって撮像された画像からインレイの吸収波長の違いを捉え、インレイ内の接着剤及び空気層のムラ分布を示すムラ分布情報を生成することを特徴とする、請求項1に記載の溶接不良検査装置。
- 前記第二の光学手段は、前記第二の照明手段により前記インレイを瞬間的に加熱して温度変化を促し、前記第二の撮像手段である赤外線カメラにより前記インレイの温度変化を捉えることを特徴とする、請求項1または2に記載の溶接不良検査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016093218A JP2017201274A (ja) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | 溶接不良検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016093218A JP2017201274A (ja) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | 溶接不良検査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017201274A true JP2017201274A (ja) | 2017-11-09 |
Family
ID=60265019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016093218A Pending JP2017201274A (ja) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | 溶接不良検査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017201274A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102161971B1 (ko) * | 2020-05-13 | 2020-10-07 | 주식회사 베이스스톤홀딩스 | 유색 플라스틱 가공품의 레이저 용접 적합성 검사장치 |
JP2021059381A (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社京都製作所 | 判定装置、封緘システム、推定モデル、生成装置、判定方法、封緘方法、及び生成方法 |
-
2016
- 2016-05-06 JP JP2016093218A patent/JP2017201274A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021059381A (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社京都製作所 | 判定装置、封緘システム、推定モデル、生成装置、判定方法、封緘方法、及び生成方法 |
WO2021070444A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社京都製作所 | 判定装置、封緘システム、推定モデル、生成装置、判定方法、封緘方法、及び生成方法 |
JP7448331B2 (ja) | 2019-10-09 | 2024-03-12 | 株式会社京都製作所 | 判定装置、封緘システム、推定モデル、生成装置、判定方法、封緘方法、及び生成方法 |
KR102161971B1 (ko) * | 2020-05-13 | 2020-10-07 | 주식회사 베이스스톤홀딩스 | 유색 플라스틱 가공품의 레이저 용접 적합성 검사장치 |
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