JP5973965B2 - 接合性評価装置及び接合性評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１部材と第２部材が接着層を介して接合された評価対象物の接着層による接合性を評価する接合性評価装置及び接合性評価方法に関する。

構造体の軽量化や剛性向上、密閉性確保、意匠性向上等の目的に応じて、接着や接合、コーティング等が行われた多層構造体が多く適用されてきている。これれの多層構造体の機能確保には、接着等の状態を評価することが不可欠となっているが、外部からの確認が困難であるために、非破壊で評価する技術が提案されている。

下記特許文献１では、端部だけが重なり両側が各々１枚の構造になるように接着された多層構造体に対して、片側の構造体表面から超音波を入射し、もう一方の構造体表面に伝搬した超音波の振幅強度から、接着層の有無・途切れや剥離を非破壊で検出している。また、下記特許文献２では、端部が揃った状態で上下に接着された多層構造体に対して、超音波を送受信する超音波センサを構造体の上下に配置し、多層構造体を透過した超音波の振幅強度から、接着層の有無・途切れや剥離を非破壊で検出している。

特許文献１，２は、いずれも超音波が金属や樹脂等の物体を減衰しながらも伝搬し、音響インピーダンスが極めて大きく異なる、剥離等による空気層との界面で大きく反射される性質を利用したものである。一方で、このような空気層が構造体と熱伝導率が異なることを利用して、加熱後の温度変化を赤外線サーモグラフィで撮像して欠陥を検出する技術も提案されている（例えば下記特許文献３参照）。さらには、セラミックコーティングの剥離損傷に関して赤外線サーモグラフィで撮像した画像から欠陥部を推定し、欠陥部を超音波法で精密に検査する、ハイブリッド方式も提案されている（下記特許文献４参照）。

特開２０１１−１１７８７８号公報 特開２０１２−１１２８５１号公報 特許第３２７５７７０号公報 特開２０００−２０６１００号公報

例えば特許文献３のように、空気層が断熱場であることを利用する赤外線サーモグラフィでは、加熱（あるいは冷却）後に表面の温度分布画像に差異が生じる。評価対象物の接着層による接合性を評価する場合は、温度分布画像において、接着層が存在しない、接着層に途切れや剥離がある等、空気層が存在する領域（接合不良領域とする）と、接着層に途切れ及び剥離が無く空気層が存在しない領域（接合正常領域とする）とに温度差が生じる。しかし、接合正常領域と接合不良領域の境界部分では急激な温度変化が現れにくいため、接合正常領域を精度よく特定することは困難である。その結果、接着層の長さ・幅・面積等の接着状態を精度よく特定することが困難であり、小さい途切れや剥離を精度よく特定することも困難である。

また、例えば特許文献１，２のように、超音波を利用して評価対象物の接着層による接合性を評価する場合は、接合不良領域での超音波強度が接合正常領域での超音波強度と比較して極めて低下するため、接合正常領域の特定が可能である。しかし、接合正常領域の特定精度を向上させるためには、超音波による走査を細かい分解能で行う必要がある。その結果、超音波による走査に要する時間が長くなり、接合性の評価に要する時間が長くなる。

本発明は、評価対象物の接着層による接合性の評価に要する時間を短縮しつつ接合性の評価精度を向上させることを目的とする。

本発明に係る接合性評価装置及び接合性評価方法は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る接合性評価装置は、第１部材と第２部材が接着層を介して接合された評価対象物の接着層による接合性を評価する接合性評価装置であって、評価対象物の接合性評価領域を加熱または冷却する温度調整装置と、温度調整装置で加熱または冷却された評価対象物の接合性評価領域における温度分布を測定する温度分布測定装置と、超音波を評価対象物の接合性評価領域内における評価位置へ送信する超音波送信装置と、超音波送信装置から送信され且つ評価対象物を伝搬した超音波を受信する超音波受信装置と、前記評価位置を前記接合性評価領域内の一部の走査範囲で移動させるように超音波送信装置または評価対象物を移動させる走査装置と、走査装置により前記評価位置を前記走査範囲で移動させた場合の超音波受信装置で受信された超音波に基づいて、前記走査範囲における超音波強度分布を取得する超音波強度分布取得部と、超音波強度分布取得部で取得された超音波強度分布に基づいて、前記走査範囲における接合正常範囲の端位置を特定する接合端位置特定部と、温度分布測定装置で測定された温度分布と前記端位置に対応する温度に基づいて、前記接合性評価領域における接合正常領域を特定する接合正常領域特定部と、を備えることを要旨とする。

本発明の一態様では、接合正常領域特定部は、前記端位置に対応する温度に基づいて温度閾値を決定し、温度分布測定装置で測定された温度分布を当該温度閾値と比較することで、前記接合正常領域を特定することが好適である。

本発明の一態様では、走査装置は、前記評価位置を前記接合性評価領域内の所定の走査ラインに沿って移動させるように超音波送信装置または評価対象物を移動させることが好適である。

また、本発明に係る接合性評価方法は、第１部材と第２部材が接着層を介して接合された評価対象物の接着層による接合性を評価する接合性評価方法であって、加熱または冷却された評価対象物の接合性評価領域における温度分布を測定する温度分布測定ステップと、評価対象物の接合性評価領域内における評価位置を当該接合性評価領域内の一部の走査範囲で移動させながら、超音波を当該評価位置へ送信し、評価対象物を伝搬した超音波を受信する超音波送受信ステップと、前記評価位置を前記走査範囲で移動させた場合に受信された超音波に基づいて、前記走査範囲における超音波強度分布を取得する超音波強度分布取得ステップと、当該取得された超音波強度分布に基づいて、前記走査範囲における接合正常範囲の端位置を特定する接合端位置特定ステップと、温度分布測定ステップで測定された温度分布と前記端位置に対応する温度に基づいて、前記接合性評価領域における接合正常領域を特定する接合正常領域特ステップと、を含むことを要旨とする。

本発明によれば、接合性評価領域内の一部の走査範囲における超音波強度分布に基づいて、走査範囲における接合正常範囲の端位置を精度よく特定することができ、接合性評価領域における温度分布と端位置に対応する温度に基づいて、接合性評価領域における接合正常領域を精度よく特定することができる。その際に、超音波による走査は、接合性評価領域の全領域を行う必要が無く、接合性評価領域内の一部の走査範囲だけで済むため、超音波による走査に要する時間を短縮することができる。その結果、評価対象物の接着層による接合性の評価に要する時間を短縮しつつ、接合性の評価精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る接合性評価装置の概略構成を示す図である。 超音波送信センサ及び超音波受信センサの概略構成を示す図である。 計測処理システムの機能ブロック図を示す図である。 評価対象物の接合性評価領域の一例を示す図である。 評価対象物の接着層による接合性を評価する場合の動作を説明する図である。 評価対象物の接着層による接合性を評価する場合の動作を説明する図である。 走査ラインにおける超音波強度分布の一例を示す図である。 加熱前後における接合性評価領域の２次元温度分布差分画像の一例を示す図である。 接合性評価領域の２値化画像の一例を示す図である。 雑音除去処理後における接合性評価領域の２値化画像の一例を示す図である。 接着層の幅Ｗ１，Ｗ２を求める方法の一例を示す図である。 接着層の幅Ｗ１を求める方法の他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る接合性評価装置の他の概略構成を示す図である。 評価対象物の接着層による接合性を評価する場合の他の動作を説明する図である。 評価対象物の接着層による接合性を評価する場合の他の動作を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜３は本発明の実施形態に係る接合性評価装置の概略構成を示す図であり、図１は装置全体の概略構成を示し、図２は超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０の概略構成を示し、図３は計測処理システム５１の機能ブロック図を示す。本実施形態に係る接合性評価装置は、ヒートガン６０と、赤外線カメラ６２と、超音波送信センサ１０と、超音波受信センサ２０と、走査装置４０と、超音波送受信制御部４１と、計測処理システム５１と、加熱制御部６１と、を備える。

評価対象物３０は、板状部材である鋼板３２，３４と、鋼板３２，３４同士を接合するための接着層３６とを含んで構成され、鋼板３２の裏面３２ｂと鋼板３４の表面３４ａが接着層３６を介して接合された多層構造体である。鋼板３２，３４間における接着層３６が設けられていない領域は空隙となっている。以下の説明では、本実施形態に係る接合性評価装置を用いた評価対象物３０の検査の適用例として、鋼板３２，３４の接着層３６による接合性を評価する場合について説明する。

ここで、図１，４に示すように、鋼板３２，３４の板面方向と平行で且つ接着層３６の長手方向をｘ軸、鋼板３２，３４の板面方向と平行で且つｘ軸（接着層３６の長手方向）と垂直方向をｙ軸とするｘｙ２次元座標系を評価対象物３０に規定する。評価対象物３０の接合性評価領域３７は、例えば図４に示すように、接着層３６が設けられた領域と、接着層３６が設けられていない周囲の領域とを含むように設定される。図４に示す例では、接合性評価領域３７のｘ軸方向長さがＬであり、接合性評価領域３７内において、接着層３６が途中で途切れて２つに分かれている。

温度調整装置として設けられたヒートガン６０は、評価対象物３０の接合性評価領域３７を加熱することが可能である。ヒートガン６０は、評価対象物３０を加熱する手段であり、フラッシュランプやレーザ、高周波加熱装置等、熱を評価対象物３０に非接触で投与できるものであればよい。図１に示す例では、ヒートガン６０は、鋼板３４の裏面３４ｂと対向配置され、鋼板３４の裏面３４ｂを加熱することが可能である。ヒートガン６０による評価対象物３０（鋼板３４の裏面３４ｂ）の加熱状態は、加熱制御部６１により制御される。

温度分布測定装置として設けられた赤外線カメラ（赤外線サーモグラフィ）６２は、評価対象物３０の接合性評価領域３７を撮像することで、評価対象物３０の接合性評価領域３７の温度分布を非接触で測定することが可能である。図１に示す例では、赤外線カメラ６２は、評価対象物３０を介してヒートガン６０と対向可能なよう鋼板３２の表面３２ａと対向配置され、鋼板３２の表面３２ａを撮像することで、鋼板３２の表面３２ａの２次元温度分布を測定することが可能である。赤外線カメラ６２で測定された評価対象物３０（鋼板３２の表面３２ａ）の２次元温度分布を示す信号は、計測処理システム５１へ供給される。

超音波送信センサ１０は、超音波を送信する超音波送信面１２と、送信側超音波遮蔽キャップ１４とを含んで構成される。超音波送信面１２は、例えば圧電素子等により構成することが可能である。超音波送信センサ１０には、超音波送受信制御部４１からの超音波信号が供給される。超音波送信面１２が鋼板３２を介して接着層３６と対向するよう評価対象物３０（鋼板３２）の表面３２ａと対向配置された状態では、超音波送信面１２から送信された超音波は、図２の矢印６１に示すように、空中を伝搬して鋼板３２の表面３２ａに入射する。鋼板３２の表面３２ａに入射した超音波は、図２の矢印６２に示すように、鋼板３２を伝搬して接着層３６に到達し、さらに、接着層３６及び鋼板３４を伝搬して評価対象物３０（鋼板３４）の裏面側に透過する。図２に示す例では、超音波送信センサ１０はフォーカス型センサであり、超音波送信面１２は、評価対象物３０中（接着層３６）に焦点３８が位置する凹曲面形状であり、超音波送信面１２から送信された超音波は、焦点３８（接着層３６）へ集束する。

超音波受信センサ２０は、超音波を受信する超音波受信面２２と、受信側超音波遮蔽キャップ２４とを含んで構成される。超音波受信面２２も、例えば圧電素子等により構成することが可能である。超音波受信面２２が評価対象物３０（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を介して超音波送信面１２と対向するよう評価対象物３０（鋼板３４）の裏面３４ｂと対向配置された状態では、評価対象物３０（鋼板３４）の裏面側に到達した超音波は、図２の矢印６３に示すように、空中を伝搬して超音波受信面２２に到達する。超音波受信センサ２０は、超音波送信面１２から送信され且つ評価対象物３０（鋼板３２と接着層３６と鋼板３４）を伝搬して透過した超音波を超音波受信面２２で受信する。図２に示す例では、超音波受信センサ２０もフォーカス型センサであり、超音波受信面２２も、評価対象物３０中（接着層３６）に焦点３８が位置する凹曲面形状であり、焦点３８に集束した超音波は、超音波受信面２２全体に拡散して到達する。超音波受信面２２で受信された超音波信号は、超音波送受信制御部４１へ供給され、さらに、計測処理システム５１へ供給される。

送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４は、超音波送信面１２から送信された超音波が評価対象物３０を迂回して超音波受信面２２に回折波として到達するのを抑制するために設けられている。送信側超音波遮蔽キャップ１４は、超音波送信面１２の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波送信面１２の周囲より評価対象物３０（鋼板３２）の表面３２ａへ全周に渡って突出して設けられている。送信側超音波遮蔽キャップ１４の先端と評価対象物３０（鋼板３２）の表面３２ａとの間には、僅かな（例えば３〜４ｍｍ程度の）空隙が形成される。受信側超音波遮蔽キャップ２４も、超音波受信面２２の周囲を全周に渡って取り囲み、超音波受信面２２の周囲より評価対象物３０（鋼板３４）の裏面３４ｂへ全周に渡って突出して設けられている。受信側超音波遮蔽キャップ２４の先端と評価対象物３０（鋼板３４）の裏面３４ｂとの間にも、僅かな（例えば３〜４ｍｍ程度の）空隙が形成される。送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４の音響インピーダンスは、評価対象物３０（鋼板３２，３４）の音響インピーダンスより低いことが好ましい。例えば、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４の素材を、金属材料に比べて音響インピーダンスの低い樹脂製（例えばポリアセタール等）やゴム製とすることが可能である。

走査装置４０は、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０（超音波送信面１２及び超音波受信面２２）を、鋼板３２，３４の板面方向と平行に移動走査させる。これによって、評価対象物３０に対して超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８を鋼板３２，３４の板面方向と平行に移動走査させることができ、評価対象物３０に対する超音波透過位置（接合性評価位置）を鋼板３２，３４の板面方向と平行に移動走査させることができる。

本実施形態では、走査装置４０は、評価対象物３０に対する超音波透過位置（接合性評価位置）を接合性評価領域３７内の一部の走査範囲で移動させるように、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を移動走査させる。例えば図１，４に示すように、超音波透過位置（接合性評価位置）を接合性評価領域３７内の所定の走査ライン３９に沿って移動させるように、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を移動走査させる。走査範囲（走査ライン３９）は、接着層３６が設けられた範囲と、接着層３６が設けられていない周囲の範囲とを含むように設定される。図１，４に示す例では、走査ライン３９がｘ軸（接着層３６の長手方向）と平行な直線であり、接合性評価領域３７のｙ軸方向に関する中央に位置する。ただし、走査ライン３９は、接合性評価領域３７のｙ軸方向に関する中央に必ずしも位置していなくてもよく、また、必ずしもｘ軸と平行な直線でなくてもよい。

さらに、走査装置４０は、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０とともに、ヒートガン６０及び赤外線カメラ６２も鋼板３２，３４の板面方向と平行に移動させる。図１に示す例では、ｘ軸方向（接着層３６の長手方向）に関して、超音波送信センサ１０と赤外線カメラ６２がＬ／２の間隔をおいて配置され、超音波受信センサ２０とヒートガン６０がＬ／２の間隔をおいて配置されている。そして、超音波送信センサ１０、超音波受信センサ２０、ヒートガン６０、及び赤外線カメラ６２が一体となって、ｘ軸方向（走査方向）に移動可能である。超音波送信センサ１０、超音波受信センサ２０、ヒートガン６０、及び赤外線カメラ６２の各位置情報（ｘ軸方向位置等）は、計測処理システム５１へ供給される。

次に、評価対象物３０の接着層３６による接合性を評価する場合の動作について説明する。

接着層３６の大まかな位置情報が予め既知、あるいは前工程から計測処理システム５１へ供給されているため、その情報を用いて接合性評価領域３７及び走査ライン３９を決定し、超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８のｙ軸方向位置が走査ライン３９上（接合性評価領域３７の中央）に位置するように、超音波送信センサ１０、超音波受信センサ２０、ヒートガン６０、及び赤外線カメラ６２を走査装置４０により移動させる。その際には、図１に示すように、超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８のｘ軸方向位置が接合性評価領域３７の一端（走査ライン３９の一端）に位置するように、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０のｘ軸方向位置を走査装置４０により制御する。

図１の状態を接合性評価開始位置として、超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８が走査ライン３９上に沿って所定距離Ｌ移動するように、走査装置４０により超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０をヒートガン６０及び赤外線カメラ６２とともにｘ軸方向に１次元的に所定距離Ｌ移動走査しながら、超音波送信装置１０から超音波を送信し、評価対象物３０中を透過した超音波を超音波受信装置２０で受信する（第１回目の走査）。超音波受信装置２０で受信された超音波信号は、超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８の位置（超音波透過位置）と対応付けて計測処理システム５１へ供給される。計測処理システム５１において、超音波強度分布取得部５２は、第１回目の走査で受信された、各超音波透過位置（接合性評価位置）に対応する超音波信号の振幅を検出することで、所定距離Ｌの走査ライン３９における超音波強度分布を取得する。

第１回目の走査終了後には、図５に示すように、ヒートガン６０及び赤外線カメラ６２のｘ軸方向位置が所定距離Ｌの走査ライン３９の中央に位置する。その状態で、赤外線カメラ６２により評価対象物３０（鋼板３２の表面３２ａ）の接合性評価領域３７を撮像することで、評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を測定する（第１回目の加熱前温度分布測定）。その際には、赤外線カメラ６２の撮像範囲が、ｘ軸方向に関して所定距離Ｌを含み、ｙ軸方向に関して接合性評価領域３７の全範囲を含むようにしておく。

さらに、図５に示す状態で、ヒートガン６０により評価対象物３０（鋼板３４の裏面３４ｂ）を加熱し、加熱された評価対象物３０の接合性評価領域３７を赤外線カメラ６２により撮像することで、評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を測定する（第１回目の加熱後温度分布測定）。ヒートガン６０による加熱時間は、評価対象物３０の種類や鋼板３２，３４の板厚等に応じて設定することが好ましい。また、ヒートガン６０をｘ軸方向に移動させながら加熱を行うことも可能である。赤外線カメラ６２で測定された評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を示す信号は、計測処理システム５１の温度分布画像処理部５６へ供給される。

次に、図５に示す状態から、焦点３８が走査ライン３９上に沿って所定距離Ｌ移動するように、ｘ軸方向に１次元的に所定距離Ｌ移動走査しながら、超音波送信装置１０から超音波を送信し、評価対象物３０中を透過した超音波を超音波受信装置２０で受信する（第２回目の走査）。計測処理システム５１の超音波強度分布取得部５２は、第２回目の走査で受信された、各超音波透過位置（接合性評価位置）に対応する超音波信号の振幅を検出することで、所定距離Ｌの走査ライン３９における超音波強度分布を取得する。

第２回目の走査終了後には、図６に示すように、ヒートガン６０及び赤外線カメラ６２のｘ軸方向位置が所定距離Ｌの走査ライン３９の中央に位置する。その状態で、赤外線カメラ６２により評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を測定する（第２回目の加熱前温度分布測定）。さらに、図６に示す状態で、ヒートガン６０により評価対象物３０を加熱し、加熱された評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を赤外線カメラ６２により測定する（第２回目の加熱後温度分布測定）。

第１回目（または第２回目）の走査により、超音波透過位置（接合性評価位置）を走査ライン３９の範囲で移動させることで、超音波強度分布取得部５２では、例えば図７に示すような、走査ライン３９における超音波強度分布が得られる。接着層３６が存在しない場合や、接着層３６が途切れている場合や、鋼板３２（あるいは鋼板３４）と接着層３６との界面に剥離がある場合等、鋼板３２，３４間に空気層が存在する場合は、接着層３６に途切れ及び剥離が無く、鋼板３２，３４間に空気層が存在せず接着層３６だけが存在する場合と比較して、評価対象物３０を透過して超音波受信面２２で受信される超音波信号のレベルが極めて低下する。したがって、超音波受信面２２で受信された、各超音波透過位置（接合性評価位置）に対応する超音波の振幅（強度）を調べることで、接合性評価位置における接着層３６による接合性を評価することが可能となる。例えば超音波強度が閾値Ｔｈ以上である接合性評価位置については、接着層３６に途切れ及び剥離が無く、鋼板３２，３４間に空気層が存在せず接着層３６だけが存在する接合正常範囲と判定することができる。一方、超音波強度が閾値Ｔｈより小さい接合性評価位置については、接着層３６が存在しない場合や、接着層３６が途切れている場合や、鋼板３２（あるいは鋼板３４）と接着層３６との界面に剥離がある場合等、鋼板３２，３４間に空気層が存在する接合不良範囲と判定することができる。

したがって、計測処理システム５１の接合端位置特定部５３は、走査ライン３９における超音波強度分布を基に、走査ライン３９（走査範囲）における各接合性評価位置が接合正常範囲か接合不良範囲かを判定することができ、走査ライン３９における接合正常範囲の端位置（接合正常範囲と接合不良範囲の境界位置）を特定することができる。例えば図７に示すように、走査ライン３９のうち、超音波強度が閾値Ｔｈ以上である範囲を接合正常範囲、超音波強度が閾値Ｔｈより小さい範囲を接合不良範囲、超音波強度が閾値Ｔｈである位置を接合正常範囲の端位置（接合正常範囲と接合不良範囲の境界位置）と特定することが可能である。図７の例では、走査ライン３９の途中で接着層３６が途切れており、２つの接合正常範囲Ａｄ１，Ａｄ２、接合正常範囲Ａｄ１の左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ、及び接合正常範囲Ａｄ２の左右端位置Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒが特定される。ここでの閾値Ｔｈについては、例えば接着層３６が存在しない場合の超音波強度よりも若干大きい値に設定することが可能である。また、走査ライン３９に対する超音波強度分布の傾きを基に、走査ライン３９における接合正常範囲の端位置を特定することも可能である。例えば走査ライン３９に対する超音波強度分布の傾きが設定値より大きい範囲の中央位置を接合正常範囲の端位置と特定することも可能である。図７の超音波強度分布に示すように、走査ライン３９における超音波強度の大きい範囲と小さい範囲は明確であり、その境界（超音波強度が急激に変化する箇所）も明確である。したがって、走査ライン３９における接合正常範囲、接合不良範囲、及びその境界位置を精度よく判定することができる。

また、計測処理システム５１の温度分布画像処理部５６では、第１回目（または第２回目）の加熱前温度分布測定により、加熱前における評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布画像が得られる。さらに、第１回目（または第２回目）の加熱後温度分布測定により、加熱後における評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布画像が得られる。接着層３６が存在しない場合や、接着層３６が途切れている場合や、鋼板３２（あるいは鋼板３４）と接着層３６との界面に剥離がある場合等、鋼板３２，３４間に空気層が存在する場合は、空気層が断熱層として機能し、熱が伝わりにくくなる。一方、接着層３６に途切れ及び剥離が無く、鋼板３２，３４間に空気層が存在せず接着層３６だけが存在する場合は、接着層３６を介して熱が伝わりやすくなる。その結果、鋼板３２，３４間に空気層（断熱層）が存在する場合は、鋼板３２，３４間に空気層が存在せず接着層３６だけが存在する場合と比較して、ヒートガン６０による加熱後に赤外線カメラ６２により測定される温度が低くなる。したがって、加熱後の接合性評価領域３７の２次元温度分布において、温度の高い領域を、鋼板３２，３４間に空気層が存在せず接着層３６だけが存在する接合正常領域、温度の低い領域を、鋼板３２，３４間に空気層が存在する接合不良領域と大まかに判定することが可能である。

ただし、接着層３６の厚さや、赤外線カメラ６２で測定する鋼板３２の表面３２ａの状態等によっては、加熱後の接合性評価領域３７の２次元温度分布画像が不鮮明となる場合が生じる。そのため、温度分布画像処理部５６は、加熱後の接合性評価領域３７の２次元温度分布から加熱前の接合性評価領域３７の２次元温度分布を差分した２次元温度分布差分画像を取得する。ここでの差分法自体は公知技術を適用可能である。差分することで、撮像部位毎で異なる評価対象物３０（鋼板３２）の表面３２ａでの放射状態、接着層３６の厚さの影響や周りからの写り込み等の雑音による影響を削除することができる。

加熱前後における接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像を図８に示す。図８においては、白い（輝度値の高い）領域であるほど、加熱前後の差分温度が大きいことを示している。図８の２次元温度分布差分画像から、加熱前後の差分温度が大きい白い（輝度値の高い）領域を接合正常領域、加熱前後の差分温度が小さい黒い（輝度値の低い）領域を接合不良領域と大まかに判定することは可能である。しかし、接合正常領域から接合不良領域へ向かうにつれて加熱前後の差分温度は徐々に変化しているため、図８の２次元温度分布差分画像だけでは、接合正常領域の端位置（接合正常領域と接合不良領域の境界位置）を精度よく判定することは困難である。

超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８と、赤外線カメラ６２の撮像範囲との相対位置関係は予め既知である。そのため、図８に示すように、接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像において、走査ライン３９における接合正常範囲Ａｄ１の左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ、及び接合正常範囲Ａｄ２の左右端位置Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒに対応する画素位置を特定することができ、左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒの画素位置に対応する差分温度（輝度値）を特定することができる。そこで、計測処理システム５１の接合正常領域特定部５７は、赤外線カメラ６２で測定された２次元温度分布差分画像と、左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒに対応する差分温度に基づいて、接合性評価領域３７における接合正常領域を特定する。その際には、接合正常領域特定部５７は、まず左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒに対応する差分温度に基づいて温度閾値τ０を決定する。例えば左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒに対応する差分温度の平均値を温度閾値τ０とすることが可能である。

次に、接合正常領域特定部５７は、赤外線カメラ６２で測定された２次元温度分布差分画像の各画素に対応する差分温度を温度閾値τ０と比較する。例えば、接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像において、差分温度が温度閾値τ０以上である画素を高輝度（ｈｉｇｈ）、差分温度が温度閾値τ０より低い画素を低輝度（ｌｏｗ）とする２値化処理を行う。これによって、例えば図９に示すような、接合性評価領域３７の２値化画像が得られる。図９の２値化画像において、白い領域は、差分温度が温度閾値τ０以上である高輝度（ｈｉｇｈ）の領域を表し、黒い領域は、差分温度が温度閾値τ０より低い低輝度（ｌｏｗ）の領域を表す。さらに、接合性評価領域３７の２値化画像に対して、雑音を除去する処理を行う。雑音除去処理自体は公知技術を適用可能であり、例えば収縮処理後に膨張処理を行う方法を適用可能である。雑音除去処理後における接合性評価領域３７の２値化画像（雑音除去画像）を図１０に示す。

接合正常領域特定部５７は、図１０の接合性評価領域３７の２値化画像において、差分温度が温度閾値τ０以上である高輝度の画素（図１０の白い領域）を接合正常領域と判定し、差分温度が温度閾値τ０より低い低輝度の画素（図１０の黒い領域）を接合不良領域と判定する。図１０の例では、走査ライン３９の途中で接着層３６が途切れており、２つの接合正常領域Ｒｄ１，Ｒｄ２が特定される。図１０に示すように、接合性評価領域３７の２値化画像において、接合正常領域Ｒｄ１のｘ軸方向の左右端位置Ｒｄ１＿Ｌ，Ｒｄ１＿Ｒ、及び接合正常領域Ｒｄ２のｘ軸方向の左右端位置Ｒｄ２＿Ｌ，Ｒｄ２＿Ｒを抽出すれば、接着層３６の長手方向（ｘ軸方向）長さＬ１，Ｌ２を求めることができる。

また、接着層３６の幅（ｙ軸方向長さ）については、以下のようにして求めることが可能である。例えば図１１に示すように、接合正常領域Ｒｄ１，Ｒｄ２のｘ軸方向の中間位置Ｘ１，Ｘ２において、ｙ軸方向の上下端位置を抽出すれば、接着層３６の幅Ｗ１，Ｗ２を求めることができる。この方法は、簡易に代表的な接着幅を求めるものであり、平均的な接着幅を求める場合には、接合正常領域Ｒｄ１を例にすると、Ｒｄ１＿ＬとＲｄ１＿Ｒの長手方向区間つまりｘ軸方向長さＬ１の間における２値化画像に対して、図１２に示すように、ｙ軸方向の各位置毎に高輝度の（差分温度が温度閾値τ０以上である）画素数を積算したプロファイルを生成する。このプロファイルの重心値、または最大値と最小値の中央値を求めて、そのレベルと直交するプロファイルの交点間距離を接着層３６の幅Ｗ１とする。また、接合性評価領域３７の２値化画像において、差分温度が温度閾値τ０以上である高輝度の画素数から接合正常領域Ｒｄ１，Ｒｄ２の面積、つまり接着層３６の接着面積を求めることができる。

以上説明した本実施形態によれば、接合性評価領域３７内の走査ライン３９における超音波強度分布を基に、走査ライン３９における接合正常範囲Ａｄ１，Ａｄ２の端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒを特定する。図７の超音波強度分布に示すように、走査ライン３９における超音波強度の大きい範囲と小さい範囲は明確であり、その境界（超音波強度が急激に変化する箇所）も明確であるため、接合正常範囲Ａｄ１，Ａｄ２及びその端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒを精度よく特定することができる。そして、接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像において、端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒに対応する画素の差分温度を基に温度閾値τ０を設定することで、接合性評価領域３７における接合正常領域と接合不良領域の境界位置に対応する温度閾値τ０を精度よく設定することができる。そして、接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像において、各画素に対応する差分温度を温度閾値τ０と比較することで、接合性評価領域３７における接合正常領域を精度よく特定することができる。これによって、接着層３６の有無・途切れ・剥離・接着長さ・幅・面積等の接着状態を非接触・非破壊で精度よく評価することができ、小さい途切れや剥離であっても精度よく特定することができる。その結果、接触検査等による後工程への影響を除去できるだけでなく、抜き取り等の破壊検査を不要とし環境負荷低減にもつながる。また、製造工程内で評価することで、前工程、例えば接着剤塗布工程への早期異常通知も可能となり、接着品質の信頼性評価だけでなく生産工程の管理にも効果が生じる。

また、接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像は、赤外線カメラ６２の撮像によって短時間で容易に取得することができる。そして、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０による走査は、接合性評価領域３７の全領域を行う必要が無く、接合性評価領域３７における一部の走査範囲だけで済む。そのため、走査（超音波強度分布の取得）に要する時間を短縮することができる。したがって、評価対象物３０の接着層３６による接合性の評価に要する時間を短縮することができる。さらに、超音波送信センサ１０や超音波受信センサ２０の干渉等により接合性評価領域３７の全領域の走査が困難な場合や、接合性評価領域３７が評価対象物３０を迂回する超音波（回折波）の生じやすい端部を含む場合であっても、接合性評価領域３７の全領域で接合性の評価が可能となる。さらに、走査ライン３９に沿って１次元的に走査することで、走査がさらに容易となる。

本実施形態では、加熱後の接合性評価領域３７の２次元温度分布から加熱前の接合性評価領域３７の２次元温度分布を差分する処理を省略することも可能である。つまり、接合正常領域特定部５７は、赤外線カメラ６２で測定された加熱後の接合性評価領域３７の２次元温度分布と、左右端位置Ａｄ１＿Ｌ，Ａｄ１＿Ｒ，Ａｄ２＿Ｌ，Ａｄ２＿Ｒに対応する温度に基づいて、接合性評価領域３７における接合正常領域を特定することも可能である。その際には、赤外線カメラ６２で測定された加熱後の２次元温度分布画像の各画素に対応する温度を温度閾値τ０と比較する。例えば、加熱後の接合性評価領域３７の２次元温度分布画像において、温度が温度閾値τ０以上である画素を高輝度（ｈｉｇｈ）、温度が温度閾値τ０より低い画素を低輝度（ｌｏｗ）とする２値化処理を行う。

また、本実施形態では、雑音除去処理を省略することも可能である。つまり、接合正常領域特定部５７は、図９の接合性評価領域３７の２値化画像において、差分温度が温度閾値τ０以上である高輝度の画素（図９の白い領域）を接合正常領域と判定し、差分温度が温度閾値τ０より低い低輝度の画素（図９の黒い領域）を接合不良領域と判定することも可能である。

また、本実施形態では、例えば図１３に示すように、ｘ軸方向（走査方向）に関して超音波送信センサ１０を挟んで２つの赤外線カメラ６２−１，６２−２を設置することも可能である。図１３に示す構成例では、ｘ軸方向に関して、赤外線カメラ６２−１，６２−２が互いにＬの間隔をおいて配置され、その中間位置に超音波送信センサ１０が配置されている。ヒートガン６０は、超音波受信センサ２０より走査方向前方に配置されている。

評価対象物３０の接着層３６による接合性を評価する場合は、赤外線カメラ６２−１のｘ軸方向位置が所定距離Ｌの走査ライン３９の中央に位置する図１３の状態を接合性評価開始位置として、まず赤外線カメラ６２−１により評価対象物３０（鋼板３２の表面３２ａ）の接合性評価領域３７の２次元温度分布を測定する（第１回目の加熱前温度分布測定）。次に、超音波送信面１２及び超音波受信面２２の焦点３８が走査ライン３９上に沿って所定距離Ｌ移動するように、走査装置４０により超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０をヒートガン６０及び赤外線カメラ６２−１，６２−２とともにｘ軸方向に１次元的に所定距離Ｌ移動走査しながら、超音波送信センサ１０から超音波を送信し、評価対象物３０中を透過した超音波を超音波受信センサ２０で受信する（第１回目の走査）。その際には、ヒートガン６０により評価対象物３０（鋼板３４の裏面３４ｂ）を加熱する。

第１回目の走査終了後には、図１４に示すように、赤外線カメラ６２−２のｘ軸方向位置が所定距離Ｌの走査ライン３９の中央に位置する。その状態で、加熱された評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を赤外線カメラ６２−２により測定する（第１回目の加熱後温度分布測定）。その際には、赤外線カメラ６２−１，６２−２の光学条件（撮像範囲等）を同一とし、所定距離Ｌの走査後に赤外線カメラ６２−２が走査前の赤外線カメラ６２−１と同じ領域を撮像するようにする。

さらに、図１４に示す状態で、赤外線カメラ６２−１により評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を測定する（第２回目の加熱前温度分布測定）。次に、図１４に示す状態から、焦点３８が走査ライン３９上に沿って所定距離Ｌ移動するように、ｘ軸方向に１次元的に所定距離Ｌ移動走査しながら、超音波送信センサ１０から超音波を送信し、評価対象物３０中を透過した超音波を超音波受信センサ２０で受信する（第２回目の走査）。その際には、ヒートガン６０により評価対象物３０を加熱する。

第２回目の走査終了後には、図１５に示すように、赤外線カメラ６２−２のｘ軸方向位置が所定距離Ｌの走査ライン３９の中央に位置する。その状態で、加熱された評価対象物３０の接合性評価領域３７の２次元温度分布を赤外線カメラ６２−２により測定する（第２回目の加熱後温度分布測定）。

図１３に示す構成例によれば、走査終了時には、走査ライン３９における超音波強度分布と、加熱前後における接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像を瞬時に得ることができる。したがって、評価対象物３０の接着層３６による接合性の評価に要する時間をさらに短縮することができる。

本実施形態では、超音波送信センサ１０と超音波受信センサ２０の配置を入れ替え、超音波送信面１２が鋼板３４と対向し、超音波受信面２２が鋼板３２と対向するように、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を配置することも可能である。また、赤外線カメラ６２（６２−１，６２−２）とヒートガン６０の配置を入れ替え、赤外線カメラ６２（６２−１，６２−２）が鋼板３４と対向し、ヒートガン６０が鋼板３２と対向するように、赤外線カメラ６２（６２−１，６２−２）及びヒートガン６０を配置することも可能である。

また、本実施形態では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０を先に走査し、赤外線カメラ６２（６２−１，６２−２）及びヒートガン６０を別の走査装置で走査することも可能である。搭載する装置の組み合わせや走査順は、製造工程や評価対象物３０に応じて設定することが好ましい。また、本実施形態では、超音波送信センサ１０、超音波受信センサ２０、赤外線カメラ６２（６２−１，６２−２）、及びヒートガン６０を固定し、評価対象物３０に対する超音波透過位置（接合性評価位置）を接合性評価領域３７内の一部の走査範囲で（走査ライン３９に沿って）移動させるように、走査装置４０により評価対象物３０の方を移動させることも可能である。

また、本実施形態では、ヒートガン６０に代えて、評価対象物３０の接合性評価領域３７を冷却する冷却装置を温度調整装置として設けることも可能である。その場合は、冷却装置による冷却後の接合性評価領域３７の２次元温度分布において、鋼板３２，３４間に空気層が存在せず接着層３６だけが存在する領域（接合正常領域）の温度が低くなり、鋼板３２，３４間に空気層が存在する領域（接合不良領域）の温度の方が高くなる。したがって、接合正常領域特定部５７は、冷却前後における接合性評価領域３７の２次元温度分布差分画像を２値化処理した２値化画像において、差分温度が温度閾値τ０以下である低輝度の画素を接合正常領域と判定し、差分温度が温度閾値τ０より高い高輝度の画素を接合不良領域と判定する。また、冷却後における接合性評価領域３７の２次元温度分布画像を２値化処理した２値化画像において、冷却後温度が温度閾値τ０以下である低輝度の画素を接合正常領域と判定し、冷却後温度が温度閾値τ０より高い高輝度の画素を接合不良領域と判定することも可能である。

以上の説明では、説明の便宜上、鋼板３２，３４の直線部が接着された場合について説明したが、湾曲部を有する評価対象物３０では、その部分も接着される場合がある。この湾曲部では、超音波の受信強度信号では所定間隔毎の時系列データである一方、赤外線カメラ６２（６２−１，６２−２）では湾曲状の表面温度分布が観察される。そのため、走査軌跡に応じて直線状の表面温度分布となるように座標変換した画像を生成して解析する。

以上の説明では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０がフォーカス型センサであり、超音波送信面１２及び超音波受信面２２が評価対象物３０中（接着層３６）に焦点３８を有する凹曲面形状である場合について説明した。ただし、本実施形態では、超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０がフォーカス型センサでなくてもよく、超音波送信面１２及び超音波受信面２２が平面であってもよい。

以上の説明では、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４を超音波送信センサ１０及び超音波受信センサ２０にそれぞれ設けた場合について説明した。ただし、本実施形態では、送信側超音波遮蔽キャップ１４及び受信側超音波遮蔽キャップ２４の少なくとも一方を省略することも可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 超音波送信センサ、１２ 超音波送信面、１４ 送信側超音波遮蔽キャップ、２０ 超音波受信センサ、２２ 超音波受信面、２４ 受信側超音波遮蔽キャップ、３０ 評価対象物、３２，３４ 鋼板、３６ 接着層、３７ 接合性評価領域、３８ 焦点、３９ 走査ライン、４０ 走査装置、４１ 超音波送受信制御部、５１ 計測処理システム、５２ 超音波強度分布取得部、５３ 接合端位置特定部、５６ 温度分布画像処理部、５７ 接合正常領域特定部、６０ ヒートガン、６２，６２−１，６２−２ 赤外線カメラ。

Claims (4)

1. 第１部材と第２部材が接着層を介して接合された評価対象物の接着層による接合性を評価する接合性評価装置であって、
   評価対象物の接合性評価領域を加熱または冷却する温度調整装置と、
   温度調整装置で加熱または冷却された評価対象物の接合性評価領域における温度分布を測定する温度分布測定装置と、
   超音波を評価対象物の接合性評価領域内における評価位置へ送信する超音波送信装置と、
   超音波送信装置から送信され且つ評価対象物を伝搬した超音波を受信する超音波受信装置と、
   前記評価位置を前記接合性評価領域内の一部の走査範囲で移動させるように超音波送信装置または評価対象物を移動させる走査装置と、
   走査装置により前記評価位置を前記走査範囲で移動させた場合の超音波受信装置で受信された超音波に基づいて、前記走査範囲における超音波強度分布を取得する超音波強度分布取得部と、
   超音波強度分布取得部で取得された超音波強度分布に基づいて、前記走査範囲における接合正常範囲の端位置を特定する接合端位置特定部と、
   温度分布測定装置で測定された温度分布と前記端位置に対応する温度に基づいて、前記接合性評価領域における接合正常領域を特定する接合正常領域特定部と、
   を備える、接合性評価装置。
2. 請求項１に記載の接合性評価装置であって、
   接合正常領域特定部は、前記端位置に対応する温度に基づいて温度閾値を決定し、温度分布測定装置で測定された温度分布を当該温度閾値と比較することで、前記接合正常領域を特定する、接合性評価装置。
3. 請求項１または２に記載の接合性評価装置であって、
   走査装置は、前記評価位置を前記接合性評価領域内の所定の走査ラインに沿って移動させるように超音波送信装置または評価対象物を移動させる、接合性評価装置。
4. 第１部材と第２部材が接着層を介して接合された評価対象物の接着層による接合性を評価する接合性評価方法であって、
   加熱または冷却された評価対象物の接合性評価領域における温度分布を測定する温度分布測定ステップと、
   評価対象物の接合性評価領域内における評価位置を当該接合性評価領域内の一部の走査範囲で移動させながら、超音波を当該評価位置へ送信し、評価対象物を伝搬した超音波を受信する超音波送受信ステップと、
   前記評価位置を前記走査範囲で移動させた場合に受信された超音波に基づいて、前記走査範囲における超音波強度分布を取得する超音波強度分布取得ステップと、
   当該取得された超音波強度分布に基づいて、前記走査範囲における接合正常範囲の端位置を特定する接合端位置特定ステップと、
   温度分布測定ステップで測定された温度分布と前記端位置に対応する温度に基づいて、前記接合性評価領域における接合正常領域を特定する接合正常領域特ステップと、
   を含む、接合性評価方法。