KR20080110893A

KR20080110893A - 마찰교반접합물의 검사 방법 및 검사 장치

Info

Publication number: KR20080110893A
Application number: KR1020087027523A
Authority: KR
Inventors: 히로노리 오카우치; 마모루 니시오; 히데유키 히라사와
Original assignee: 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-12-19
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: WO2007116629A1; KR101079436B1; US20110100525A1; US20090140026A1; JP4933534B2; CA2774290C; EP2015064B1; JPWO2007116629A1; US7861910B2; EP2015064A1; CA2774290A1; CA2651536C; EP2015064A4; CA2651536A1; US8590766B2

Abstract

본 발명은, 스포트 마찰교반접합(spot friction stir joining)되는 접합물의 접합 영역 및 접합 강도를 검사하는 검사 방법을 제공한다. 접합 툴 몰입면(24)과 반대측의 뒷면(25)으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 상기 접합물(20)로부터 반사한 초음파가 받아들여진다. 접합 영역(21) 및 접합 강도는, 상기 접합 툴 몰입면으로부터 반사된 초음파를 이용하지 않고 기준 방향에서의 Z 위치 근방으로부터 반사된 초음파를 이용하여, 평가되며, 상기 접합물은 상기 평가 결과에 근거하여 검사된다. 상기 Z 위치는 상기 두 접합된 부재들 사이의 경계면(27)에 해당한다. 결과적으로, 상기 접합 툴 몰입면(24)에 형성된 접합자취(29)의 불규칙성이 방지되며, 접합 품질은, 상기 접합물(20)의 파괴 없이 초음파를 이용하여 상기 접합 영역(21)을 평가함에 의해 검사될 수 있다.

Description

마찰교반접합물의 검사 방법 및 검사 장치{METHOD AND DEVICE FOR INSPECTING OBJECT FORMED BY FRICTION STIR JOINING}

본 출원은, 일본 특허 출원 2006-109071호에 기초하여 우선권을 주장하는 것으로서, 상기 일본 특허 출원의 전체 내용을 참조하여 본 명세서에 통합한 것으로 한다.

본 발명은, 마찰교반접합법(friction stir joining)을 이용해 2개의 접합 부재가 접합된 접합물에 대해, 비파괴 검사에 의해 접합 영역 및 접합 강도를 검사 및 추정하는 방법에 관한 것이다.

도 25는, 종래 기술의 저항 스포트 용접법에 의해 용접되는 용접물(1)에 있어서의 용접 영역(2)의 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 25에 나타내듯이, 용접물(1)은, 상판(3) 및 하판(4)이 용접 영역(2)에서 스포트적으로 용접된다. 용접 영역(2)에서는, 상판(3)과 하판(4)과의 계면부분(5)이 용융에 의해 소멸하는 것에 의해, 상판(3) 및 하판(4)이 용접된다. 용접물(1) 가운데, 용접 영역(2)을 제외하는 비용접 영역(6)에서는, 상판(3) 및 하판(4)의 사이에 계면(5)이 남는다.

또, 용접 영역(2)은, 상판(3) 및 하판(4)를 용융용접하는 너깃(nugget)부(7), 너깃부(7)을 덮어 상판(3) 및 하판(4)을 살짝 용융하여 밀착하는 코로나 본 드부(8)를 포함한다. 또, 저항 스포트 용접에서는, 용접물(1)의 겉의 면(9)과 속의 면(10)이 거의 평행한 면이 된다.

종래 기술로서, 초음파를 이용한 용접물(1)의 용접 영역(2)의 추정 방법이 있다. 종래 기술에서는, 용접 영역(2)상을 통과하도록, 초음파를 발하는 초음파탐촉자(11)를 주사시켜, 주사 변위 마다 용접물(1)로부터 반사하는 초음파의 반사파(12)를 취한다. 용접물(1)에 입사한 초음파의 반사파(12)는, 비용접 영역(6)에서는 상판(3)의 저면(13)으로부터의 반사파가 되고, 용접 영역(2)에서는 하판(4)의 저면(14)으로부터의 반사파가 된다. 종래 기술의 추정 방법에서는, 상판저면(13)과, 하판저면(14)의 반사파를 비교하는 것에 의해, 용접 영역(2)과 비용접 영역(6) 과의 경계 위치(15)를 추정해, 용접 영역(2)의 크기를 추정한다.

특허 문헌 1에 개시되는 기술에서는, 용접물(1)에 있어서의 용접 영역(2)의 추정으로서, 상판표면(16) 및 하판저면(14)에서 다중 반사하는 다중 반사파의 감쇠량에 근거하여, 너깃부(7)를 구한다. 특허 문헌 2에 개시되는 기술에서는, 용접물(1)에 있어서의 용접 영역(2)의 추정으로서, 하판저면(14)에서 초음파가 반사하는 때에, 모드 변환에 의해 생기는 횡파 초음파의 레벨에 근거하여, 너깃부(7)를 구한다.

또, 다른 종래 기술로서, 초음파를 이용한 연속 마찰교반접합의 접합 영역의 추정 방법이 있다. 특허 문헌 3에 개시되는 기술에서는, 접합물의 저면으로부터 반사하는 저면 에코(echo)의 진폭이, 이론치보다 작은 경우, 접합 결함인 공공(空孔)이 접합 영역에 존재하는 것을 판단한다. 또, 연속 마찰교반접합된 접합물은, 겉면은 대략 평탄하게 된다.

특허 문헌 1: 일본특허공개 평 3-233352호 공보

특허 문헌 2: 일본특허공개 2000-146928호 공보

특허 문헌 3: 일본특허공개 2004-317475호 공보

접합 방법의 하나로 마찰교반접합을 이용한 겹침조인트 접합이 있다. 마찰교반접합에 의해 접합된 겹침조인트는, 상판 및 하판과의 계면부분이 교반되는 것에 의해 소멸하는 것으로, 상판과 하판이 접합된다. 종래에는, 마찰교반접합된 겹침조인트 접합물의 접합 영역 및 접합 강도는, 파괴 검사에 의해 구하고 있다. 따라서, 마찰교반접합된 겹침 조인트 접합물에 있어서도, 비파괴 검사에 의해 접합 영역 및 접합 강도를 구하는 방법 및 장치가 필요하다.

그렇지만, 마찰교반접합되는 접합물은, 툴 몰입면이 복잡한 요철 형상을 갖는 비평탄면이 된다. 따라서, 하판 저면(14)으로부터의 반사파를 이용한 비파괴 검사 기술에서는, 툴 몰입면의 요철의 영향을 받게 되어, 스포트 마찰교반접합되는 접합물에 대해, 접합 영역 및 접합 강도를 구하는 것이 곤란하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 스포트 마찰교반접합되는 접합물의 접합 영역 또는 접합 강도를 추정하는 추정 방법 및 추정 장치를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 파괴 검사를 실시하는 일 없이, 스포트 마찰교반접합되는 접합물에 대해, 접합 영역 또는 접합 강도를 검사하는 검사 방법 및 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물에 대해, 접합 영역을 추정하는 추정 방법으로서, 상기 접합물중에서 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 접합물에 초음파를 입사 시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정, 반사파 측정 공정에 의해 받아들인 반사파중에서, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파가 미리 정하는 경계 조건을 만족할 때의 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법이다.

본 발명에 따르면, 반사파 측정 공정에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 접합물로부터 반사한 초음파를 받아들인다. 접합물 가운데, 비접합 영역에서는, 한편의 접합 부재와 다른 편의 접합 부재와의 사이의 계면이 완전하게 소멸하고 있지 않기 때문에, 한편의 접합 부재로부터 입사한 초음파는, 한편의 접합 부재와 다른 편의 접합 부재와의 사이의 계면에서 반사한다. 또, 접합 영역에서는, 한편의 접합 부재와 다른 편의 접합 부재가 접합되어 계면이 소멸하고 있으므로, 한편의 접합 부재로부터 입사한 초음파는, 한편의 접합 부재로 반사하지 않고 다른 편의 접합 부재에 투과하여, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근으로부터 반사하는 반사파가 적게 되거나, 또는 소멸한다.

따라서, 주목 반사파의 특징은, 초음파 입사 위치가, 비접합 영역상에 위치하는 경우와 접합 영역상에 위치하는 경우로 변화한다. 이 주목 반사파의 특징치의 변화량에 기초하여, 주목 반사파가, 미리 정하는 경계 조건을 만족하는지 아닌지를 판단하는 것으로, 초음파 입사 위치가 비접합 영역과 접합 영역의 어느 것의 위에 위치하는가를 추정할 수가 있다.

또, 본 발명에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시킨다. 이에 의해, 접합 툴 몰입면에 형성되는 요철의 영향을 받지 않고, 초음파를 접합물에 입사시킬 수가 있다. 또, 초음파탐촉자가, 접합물의 툴 몰입자취에 접촉하는 것을 막을 수가 있어, 초음파탐촉자의 파손을 막을 수가 있다. 또, 본 발명에서는, 추정 공정에서, 접합 툴 몰입면에서의 초음파의 반사파를 이용하지 않고, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서의 초음파의 반사파에 주목해 접합 영역을 추정한다. 이에 의해 접합 툴 몰입면의 요철의 영향을 받는 일 없이, 접합 영역을 추정할 수가 있다.

이와 같이 초음파를 이용하여 접합 영역을 추정하는 것으로, 접합물을 파괴하는 일 없이 접합 품질을 추정할 수가 있어서, 파괴 검사를 실시하는 경우에 비해, 품질 검사에 소비하는 비용을 저감할 수가 있다. 또, 파괴 검사를 실시하는 것이 곤란한 대형 접합물에 대해서도, 접합 품질을 추정할 수가 있다.

또, 본 발명은, 상기 반사파 측정 공정에서는, 접합 영역상을 통과하도록, 초음파의 입사 위치를 주사시키는 것과 동시에, 주사 변위 마다 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 취하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 입사 위치를, 접합 영역상을 통과하도록 주사시키는 것에 의해, 주사 방향에 따른 직선상에 위치할 것이고, 접합 영역과 비접합 영역과의 경계상의 위치를 추정할 수가 있어서, 접합 영역의 대략적인 크기를 추정할 수가 있다. 이에 의해 접합 강도를 구하거나, 접합 품질을 확인하거나 하는 작업에 필요한 정보를 얻을 수 있다.

또, 본 발명은, 상기 경계 조건은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역상에 위치하는 경우에, 2개의 접합 부재의 계면에서, 반사하는 반사파에 근거하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 입사 위치가 비접합 영역상에 위치하는 경우의 주목 반사파에 근거하여, 경계 조건을 설정한다. 이에 의해 접합물 마다 경계 조건을 설정할 수가 있어서, 접합물 마다 경계 조건이 흐트러지는 경우이어도, 접합 영역을 정밀하게 추정할 수가 있다.

또, 본 발명은, 상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파의 진폭이, 미리 정하는 진폭 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 접합물에 입사한 초음파는, 한편의 접합 부재로부터 다른 편의 접합 부재로 투과 하므로, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치에서 반사하는 초음파의 진폭은 작다. 따라서, 주목 반사파의 진폭이, 미리 정하는 진폭 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정할 수가 있다. 또, 주목 반사파의 진폭에 근거한 것으로, 반사파에 포함되는 파형을 주파수 분석할 필요가 없고, 접합 영역을 용이하게 추정할 수가 있다.

또, 본 발명은, 상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치를 넘는 파형의 주파수 분포 대역의 중심이 되는 중심 주파수가, 미리 정하는 주파수 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역상에 위치하는 경우에 비해, 한편의 접합 부재로부터 다른 편의 접합 부재로 초음파가 투과하기 쉽다. 또, 반사파에 포함되는 파형 중에서, 저주파역 파형에 비해 고주파역 파형 쪽이 지향성이 높기 때문에, 초음파 입사면측에서 마찰교반되어 있지 않은 영역과 접합 영역과의 경계면이 초음파 입사면에 대해서 경사진 것으로, 고주파역 파형 쪽이 반사파로서 받아들여지는 양이 작다. 또, 고주파역 파형 쪽이 저주파역 파형에 비해 저하하기 쉽다. 이로부터, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역상에 위치하는 경우에 비해, 주목 반사파의 중심 주파수가 저하한다.

따라서, 주목 반사파의 중심 주파수가, 미리 정하는 주파수 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정할 수가 있다. 또, 주파수 분석하는 것에 의해, 에코 높이가 작은 경우나, 노이즈가 존재하는 경우에도, 접합 영역을 정밀하게 추정할 수가 있다. 예를 들어, 미리 정하는 주파수 문턱값은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역상에 위치하는 경우에 있어서의 주목 반사파의 중심 주파수보다 낮게 설정된다.

또, 본 발명은, 상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치를 나타내는 파형의 주파수가 되는 피크 주파수가, 미리 정하는 주파수 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역상에 위치하는 경우에 비해, 한편의 접합 부재로부터 다른 편의 접합 부재로 초음파가 투과하기 쉽다. 또, 반사파에 포함되는 파형 중에서, 저주파역 파형에 비해 고주파역 파형 쪽이 지향성이 높기 때문에, 초음파 입사면측에서 마찰교반되어 있지 않은 영역과 접합 영역과의 경계면이 초음파 입사면에 대해서 경사진 것으로, 고주파역 파형 쪽이 반사파로서 받아들여지는 양이 작다. 또, 고주파역 파형 쪽이 저주파역 파형에 비해 저하하기 쉽다. 이로부터, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역상에 위치하는 경우에 비해, 주목 반사파의 피크 주파수가 저하한다.

따라서, 주목 반사파의 피크 주파수가, 미리 정하는 주파수 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정할 수가 있다. 또, 주파수 분석하는 것에 의해, 에코 높이가 작은 경우나, 노이즈가 존재하는 경우에도, 접합 영역을 정밀하게 추정할 수가 있다. 예를 들어, 미리 정하는 주파수는, 초음파 입사 위치가 비접합 영역상에 위치하는 경우에 있어서의 주목 반사파의 중심 주파수보다 낮게 설정된다. 또, 피크 주파수로부터 접합 영역을 추정하는 것으로, 주목 반사파에 포함되는 각 파형의 주파수 분포가 정규 분포로부터 어긋나는 경우이어도, 접합 영역을 추정하는 것이 가능하다.

또, 본 발명은, 상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치를 넘는 파형의 주파수 분포 대역폭이, 미리 정하는 주파수 대역폭 문턱값 이상이 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역상에 위치하는 경우에 비해, 한편의 접합 부재로부터 다른 편의 접합 부재로 초음파가 투과하기 쉽다. 또, 반사파에 포함되는 파형 중에서, 저주파역 파형에 비해 고주파역 파형 쪽이 지향성이 높기 때문에, 초음파 입사면측에서 마찰교반되어 있지 않은 영역과 접합 영역과의 경계면이 초음파 입사면에 대해서 경사진 것으로, 고주파역 파형 쪽이 반사파로서 받아들여지는 양이 작다. 또, 고주파역 파형 쪽이 저주파역 파형에 비해 저하하기 쉽다. 이로부터, 초음파 입사 위치가, 접합 영역상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역상에 위치하는 경우에 비해, 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포의 분산이 커져, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치를 넘는 파형의 주파수 분포 대역폭이 넓어진다.

따라서, 주목 반사파의 주파수 분포 대역폭이, 미리 정하는 주파수대역폭 문턱값 이상이 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정할 수가 있다. 예를 들어, 미리 정하는 주파수대역폭 문턱값은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역상에 위치하는 경우에 있어서의 주파수대역폭보다 넓게 설정된다. 또, 주파수 분석하는 것에 의해, 에코 높이가 작은 경우나, 노이즈가 존재하는 경우에도, 접합 영역을 정밀하게 추정할 수가 있다. 또, 피크 주파수로부터 접합 영역을 추정하는 것으로, 주목 반사파에 포함되는 각 파형의 주파수 분포가 정규 분포로부터 어긋나는 경우에도, 접합 영역을 추정할 수가 있다.

또, 본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접 합된 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 방법으로서, 상기 접합물 중에서 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 접합물에 초음파를 입사 시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정과, 반사파 측정 공정에 의해 받아들인, 반사파중에서, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파가 미리 정하는 경계 조건을 만족시킬 때의 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 접합 영역 추정 공정과, 접합 영역 추정 공정에 의해 추정한 접합 영역상의 위치에 근거해, 접합 영역의 크기를 추정해, 추정한 접합 영역의 크기에 근거해, 접합물의 접합 강도를 구하는 강도 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 강도의 추정 방법이다.

본 발명에 따르면, 반사파 측정 공정에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 접합물로부터 반사한 초음파를 받아들인다. 주목 반사파의 특징은, 초음파 입사 위치가, 비접합 영역상에 위치하는 경우와 접합 영역상에 위치하는 경우로 변화한다. 이 변화량에 근거하여, 주목 반사파가, 미리 정하는 경계 조건을 만족시키는지 아닌지를 판단하는 것으로, 초음파 입사 위치가 접합 영역상에 위치하는지 아닌지를 추정할 수가 있다.

또, 본 발명에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시킨다. 이에 의해 접합 툴 몰입면에 형성되는 요철의 영향을 받지 않고, 초음파를 접합물에 입사시킬 수가 있다. 또, 초음파탐촉자가, 접합물의 툴 몰입자취에 접촉하는 것을 막을 수가 있어서, 초음파탐촉자의 파손을 막을 수가 있다. 또, 본 발명에서는, 접합 영역 추정 공정에서, 접합 툴 몰입면에서의 초음파의 반사파를 이용하지 않고, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서의 초음파의 반사파에 주목하여 접합 영역을 추정한다. 이와 같이 접합 툴 몰입면에서의 초음파의 반사파를 이용하는 일 없이, 접합 영역을 추정하는 것으로, 접합 툴 몰입면의 요철의 영향을 받는 일 없이, 접합 영역을 추정할 수가 있다.

강도 추정 공정에서는, 접합 영역 추정 공정에 의해 추정한 추정 결과에 근거하여, 접합 영역의 크기를 추정한다. 접합 영역의 크기와 접합 강도란, 거의 1대 1의 관계가 된다. 따라서, 접합 영역의 크기에 근거하는 것으로, 접합물의 접합 강도를 추정할 수가 있다.

이와 같이 초음파를 이용해 접합물의 접합 강도를 추정하는 것으로, 접합물을 파괴하는 일 없이 접합 강도를 추정할 수가 있어서, 파괴 검사를 실시하는 경우에 비해, 품질 검사에 소비하는 비용을 저감할 수가 있다. 또, 파괴 검사를 실시하는 것이 곤란한 대형의 접합물에 대해서도, 접합 강도를 추정할 수가 있다.

또, 본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 방법으로서, 접합물의 접합 영역상의 영역을 포함하는 단위 범위에 대해, 상기 접합물중에서 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 접합물에 초음파를 입사시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정과, 반사파 측정 공정에 의해 받아들인 반사파 가운데, 단위 범위에 대해, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파의 종합적인 특징치와, 상기 종합적인 특징치를 접합물의 강도로 변환하기 위해 설정되는 변환 관계에 근거해, 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 강도의 추정 방법이다.

본 발명에 따르면, 반사파 측정 공정에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 접합물로부터 반사한 초음파를 받아들인다. 접합 영역상의 영역을 포함하는 단위범위에 있어서의, 주목 반사파의 종합적인 특징치는, 단위 범위하에 있어서의 접합 영역의 크기에 의해 변화한다. 접합 영역의 크기와 접합물의 강도는, 1대 1의 관계를 가지므로, 단위 범위에 있어서의 주목 반사파의 종합적인 특징치와, 미리 정하는 변환 관계에 따르는 것에 의해, 접합물의 접합 강도를 추정할 수가 있다. 이와 같이, 단위 범위에 있어서의 주목 반사파의 종합적인 특징에 근거해, 접합물의 접합 강도를 추정하는 것으로, 접합 영역의 크기를 구할 필요가 없고, 접합물의 접합 강도를 간단하게 추정할 수가 있다.

또, 본 발명은, 상술한 접합 영역의 추정 방법 및 접합 강도의 추정 방법에 있어서, 상기 반사파 측정 공정에 있어서 복수의 다른 굴절각에 의해 접합물에 초음파를 입사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 마찰교반접합에 즈음하여 훅킹 현상이 발생했을 경우에도, 훅킹부로부터의 반사 에코를 사각탐상(斜角探傷)으로 잡는 것이 가능하므로, 접합 영역 및 접합 강도의 추정 정밀도를 높일 수가 있다.

또, 본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 방법으로서, 상기 접합물 중에서 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 수직 진동자를 이용해 접합 지름 이상의 단면 치수를 가지는 초음파 빔을 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정과, 반사파 측정 공정에 의해 얻어진 반사 에코 높이에 근거해, 접합물의 접합 강도를 추정하는 강도 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 강도의 추정 방법이다.

본 발명에 따르면, 간편하면서도 저렴한 방법에 의해 접합물의 접합 강도를 추정하는 것이 가능하다.

또, 본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 검사 방법으로서, 상술하는 추정 방법에 따라 추정한 추정 결과에 근거해, 접합물을 검사하는 것을 특징으로 하는 접합물의 검사 방법이다.

본 발명에 따르면, 상술하는 추정 방법의 추정에 근거해 접합물을 검사한다. 이에 따라, 접합물을 파괴하는 일 없이, 접합 영역 또는 접합 강도의 검사를 실시할 수가 있어서, 검사 작업을 간편하게 실시할 수가 있다.

또, 본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물에 대해, 접합 영역을 추정하는 추정 장치로서, 초음파를 접합물에 입사가능하게 구성되는 것과 동시에, 접합물로부터 반사하는 반사파를 받아들일 수 있도록 구성되는 초음파탐촉자와, 초음파탐촉자를, 상기 접합물의 접합 영역상을 통과하도록, 접합물중에서 접합툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면에 대해 주사 이동시키는 탐촉자 이동수단과, 탐촉자의 주사 위치를 검출하는 주사 위치 검출 수단과, 초음파탐촉자에게 접속되어 초음파탐촉자가 받아들인 반사파 중에서, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파를 추출하는 추출 수단과, 주사 위치 검출 수단에 의해 검출되는 주사 위치와 상기 주사 위치에 대응해 추출 수단에 의해 추출되는 주목 반사파를 관련지어 기억하는 기억 수단과, 기억 수단에 기억되는 정보를 읽어들여, 미리 정하는 경계 조건을 만족시키는 주목 반사파에 대응하는 주사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 추정 수단과, 추정 수단에 의해 추정되는 추정 결과를 출력하는 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 장치이다.

본 발명에 따르면, 초음파탐촉자에 의해, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 접합물로부터 반사한 초음파를 받아들인다. 이 상태로, 탐촉자 이동 수단이, 초음파탐촉자를, 접합물의 접합 영역상을 통과하도록 주사 구동시킨다. 추출 수단은, 탐촉자 이동 수단에 의해 초음파탐촉자를 이동시키고 있는 동안에, 주사 위치 마다, 주목 반사파를 추출한다. 또, 기억 수단은, 주사 위치 검출 수단에 의해 검출되는 주사 위치와, 상기 주사 위치에 대응해 추출 수단에 의해 추출되는 주목 반사파를 관련지어 기억한다.

주목 반사파의 특징은, 초음파 입사 위치가, 비접합 영역상에 위치하는 경우와 접합 영역상에 위치하는 경우로 변화한다. 추정 수단은, 주목 반사파가 미리 정하는 경계 조건을 만족시킬 때의 주사 위치를, 초음파 입사 위치가 접합 영역상의 위치라고 추정한다. 출력 수단은, 추정 수단에 의해 추정된 추정 결과를 출력한다.

본 발명에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서의 초음파의 반사파에 주목해 접합 영역을 추정한다. 이에 의해, 접합 툴 몰입면의 요철의 영향을 받는 일 없이, 접합 영역을 추정할 수가 있다. 또, 초음파탐촉자가, 접합물의 툴 몰입자취에 접촉하는 것을 막는 것이 가능하여, 초음파탐촉자의 파손을 막을 수가 있다. 또, 접합 영역의 추정 결과를 출력하는 것으로, 접합물을 파괴하는 것이 없이, 접합 품질을 알릴 수가 있어서, 파괴 검사를 실시하는 경우에 비해, 품질 검사에 소비하는 비용을 저감 시킬 수가 있다.

또, 본 발명은, 마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물을 검사하는 검사 장치로서, 초음파가 접합물에 입사 가능하게 구성되는 것과 동시에, 접합물로부터 반사하는 반사파를 받아들일 수 있도록 구성되는 초음파탐촉자와, 초음파탐촉자를, 접합 영역상을 통과하도록, 접합물 중에서, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면에 대해 주사 이동시키는 탐촉자 이동 수단과, 탐촉자의 주사 위치를 검출하는 주사 위치 검출 수단과, 초음파탐촉자에게 접속되어, 초음파탐촉자가 받아들인 반사파 중에서, 2개의 접합부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파를 추출하는 추출수단과, 주사 위치 검출 수단에 의해 검출되는 주사 위치와 상기 주사 위치에 대응해 추출 수단에 의해 추출되는 주목 반사파를 관련지어 기억하는 기억 수단과, 기억 수단에 기억되는 정보를 읽어 들여, 미리 정하는 경계 조건을 만족시키는 주목 반사파에 대응하는 주사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 추정 수단과, 추정 수단에 의해 추정되는 추정 결과에 근거해, 접합물이 미리 정해지는 품질을 만족시키는지 아닌지를 판정하는 판정 수단과, 판정 수단에 의한 판정 결과를 출력하는 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 검사 장치이다.

본 발명에 따르면, 초음파탐촉자에 의해, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 접합물로부터 반사한 초음파를 받아들인다. 이 상태로, 탐촉자 이동 수단이, 초음파탐촉자를, 접합물의 접합 영역상을 통과하도록 주사 구동시킨다. 추출 수단은, 탐촉자 이동 수단에 의해 초음파탐촉자를 이동시키고 있는 동안에, 주사 위치 마다, 주목 반사파를 추출한다. 또, 기억 수단은, 주사 위치검출단에 의해 검출되는 주사 위치와, 상기 주사 위치에 대응해 추출수단에 의해 추출되는 주목 반사파를 관련지어 기억한다.

주목 반사파의 특징은, 초음파 입사 위치가, 비접합 영역상에 위치하는 경우와 접합 영역상에 위치하는 경우로 변화한다. 추정 수단은, 주목 반사파가 미리 정하는 경계 조건을 만족시킬 때의 주사 위치를, 초음파 입사 위치가 접합 영역상의 위치라고 추정한다. 판정 수단은, 추정 수단에 의해 추정되는 추정 결과에 근거하여, 접합물이 미리 정해진 품질을 만족시키는지 아닌지를 판정한다. 출력 수단은, 판정 수단에 의해 판정된 판정 결과를 출력한다.

본 발명에서는, 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터 초음파를 접합물에 입사시키는 것과 동시에, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서의 초음파의 반사파에 주목해 접합 영역을 추정한다. 이에 의해, 접합 툴 몰입면의 요철의 영향을 받는 일 없이, 또, 접합물을 파괴하는 일 없이, 접합물의 품질을 검사할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 접합물(20)의 접합 영역(21)의 추정 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 접합 영역(21)의 추정 장치(30)를 나타내는 블럭도이다.

도 3은 탐촉자 이동 수단(32)에 의해 이동되는 초음파탐촉자(31)의 이동 경로를 나타내는 도면이다.

도 4는 접합물(20)로부터 반사한 초음파의 반사파 파형을 나타내는 도면이다.

도 5는 주사 위치 변화에 대응하는 반사파 파형의 변화를 나타내는 도면이다.

도 6은 주사 위치 변화에 대한 에코 높이 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수와 추정 후에 파단면(破斷面)을 관찰한 접합 영역(21)의 직경 치수의 분포를 비교한 그래프이다.

도 8은 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수와, 추정 후에 파단면을 관찰한 접합 영역(21)의 직경 치수와의 분포를 비교한 그래프이다.

도 9는 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수와 파괴 시험에 의해 측정한 접합물의 접합 강도와의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 10은 접합 강도의 추정 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예인 접합물의 추정 방법을 설명하는 추정 결과를 나타내는 평면도이다.

도 12는 추정한 접합 영역(21)의 면적과 파괴 시험에 의해 측정한 접합물(20)의 접합 강도와의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 13은 주목 반사파(45)에 포함되는 파형을 주파수 분석한 그래프이다.

도 14는 본 발명의 제3 실시예의 추정 장치(130)을 나타내는 블럭도이다.

도 15는 주사 위치 변화에 대한 피크 주파수 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 16은 주사 위치 변화에 대한 대역폭 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 17은 제4 실시예의 추정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 18은 제1 ~ 제4 실시예로 이용되는 초음파탐촉자(31)의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 19는 본 발명의 제5 실시예의 초음파탐촉자(200)를 나타내는 사시도이다.

도 20은 주사 위치와 에코 높이와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 21은 상대 에코 높이와 접합 영역(21)의 면적과의 관계를 나타내는 그래 프이다.

도 22는 상기 각 실시예의 일 변형례로서 초음파탐촉자(300)를 이용한 측정 방법을 설명하기 위한 도이다.

도 23은 본 발명의 제6 실시예로서 초음파탐촉자(400)를 이용한 측정 방법을 설명하기 위한 도이다.

도 24는 본 발명의 제6 실시예에 의한 측정 방법에 있어서, 접합지름과 에코 높이와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 25는 종래 기술의 저항 스포트 용접법에 따라 용접되는 용접물(1)에 있어서의 용접 영역(2)의 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제1 실시예인 접합물의 접합 영역의 추정 방법은, 도 1에 나타낸 접합물(20)의 접합 영역(21)을 추정하는 방법이다. 본 실시예에서는, 접합물(20)은, 마찰교반접합법에 의해, 미리 정하는 기준 방향 Z로 겹쳐지는 2개의 접합 부재(22, 23)가, 기준 방향 Z로 서로 접합된 것이다.

스포트 마찰교반접합법에서는, 2개의 접합 부재(22, 23)의 한편의 기준 방향(Z1)의 접합 부재(23)의 한편의 기준 방향(Z1) 표면이 되는 툴 몰입면(24)으로부터, 접합 툴을 회전시킨 상태로 다른 편 기준 방향(Z2)으로 압압한다. 접합 툴과 한편의 접합 부재(23)로 마찰열을 발생시켜, 한편의 접합 부재(23)을 연화시켜, 접합 툴의 첨단부를, 한편의 접합 부재(23)로부터 다른 편의 접합 부재(22)에 이를 때까지 압입한다. 이 때, 각 접합 부재(22, 23) 중 연화 부분은, 접합 툴에 의해 회전축 선주위에 소성유동한다. 각 접합 부재(22, 23)의 연화 부분을 충분히 소성 유동시킨 후, 접합 툴을, 접합 부재(22, 23)로부터 한편의 기준 방향(Z1)으로 뽑는다.

접합 툴은, 대략 원통형의 핀부와, 핀부의 일단부에 늘어서 핀부에 같은 축에 형성되는 대략 원통형의 숄더(shoulder)부를 포함하여 구성된다. 숄더부의 직경은, 핀부의 직경에 비해 크게 형성된다. 접합 툴은, 첨단부가 되는 핀부로부터 한편의 접합 부재(23)의 툴 몰입면(24)에 몰입한다. 또, 핀부가 한편의 접합 부재(22)를 관통하여 다른 편의 접합 부재(22)에 몰입한 상태에서는, 숄더부가 한편의 접합 부재(23)에 몰입해, 숄더부가 한편의 접합 부재(23)을 압압한다.

각 접합 부재(22, 23)의 각각의 계면부분이 소성 유동되는 것으로, 계면부근에서 2개의 접합 부재(22, 23)가 마찰교반되어 혼합된다. 이에 의해, 2개의 접합 부재(22, 23)의 계면(27)이 소멸해, 2개의 접합 부재(22, 23)가 야금적으로 일체화된다. 2개의 접합 부재(22, 23)의 계면이 소멸한 부분이, 2개의 접합 부재(22, 23)를 접합하는 접합 영역(21)이 된다.

접합 후의 접합물(20)은, 교반부(21a)와, 열영향부(21b)를 포함해 구성된다. 교반부(21a)는, 마찰교반시에 핀부와 함께 회전해 소성 유동하는 부분이다. 교반부(21a)는, 마찰교반시에 접합 툴의 핀부에 임하는 부분이 되어, 접합자취(29)의 축선에 같은 축의 대략 링형상으로 형성된다. 교반부(21a)는, 잔여의 부분에 비해 금속 조직에 있어서의 금속결정 알갱이가 미세화한 부분이다. 열영향부(21b)는, 교반부(21a)를 덮는 대략 링형상으로 형성된 부분이다. 열영향부(21b)는, 마찰교 반시에 교반부(21a) 및, 접합 툴로부터 주어지는 열의 영향으로, 마찰교반시에 연화하는 부분이다.

또, 접합물(20)은, 접합 강도에 기여하는 접합 영역(21)이 형성된다. 접합 영역(21)은, 교반 접합 영역(21c)과, 압착 접합 영역(21d)을 포함하여 구성된다. 교반접합 영역(21c)은, 교반부(21a)의 일부의 영역이면서, 소성 유동에 의한 교반을 주요인으로서, 상판(22)과 하판(23)의 계면부분이 섞여 소멸된 영역이다. 압착 접합 영역(21d)은, 열영향부(21b)의 일부의 영역이면서, 마찰열에 의한 각 판(22, 23)의 연화의 영향과, 접합 툴의 숄더부에 의한 압압을 주요인으로서, 상판(22)와 하판(23)의 계면부분이 압착되어 소멸된 영역이다. 교반접합 영역(21c)및 압착 접합 영역(21d)는, 접합전에 각 판(22, 23)의 계면이 존재하고 있던 위치에 형성되어, 접합자취(29)의 축선에 같은 축의 링 형상을 갖는다. 이러한 접합 영역(21)의 크기는, 접합물(20)의 접합 강도에 영향을 준다.

접합 후의 접합물(20)에는, 한편의 기준 방향(Zl)의 접합 부재(23)의 한편의 기준 방향(Zl)의 표면에는, 접합 툴의 접합자취(29)가 요철 형상으로서 남는다. 접합자취(29)는, 한편에 개방되는 바닥이 있는(有底) 통모양의 오목부가 된다. 또, 접합물(20) 중에서, 접합 툴이 몰입하는 몰입면(24)과 반대측의 뒷면(backing surface)(25)은, 평탄면으로 유지된다. 이하, 다른 편 기준 방향(Z2)의 접합 부재(22)를 상판(22)으로 칭하고, 한편의 기준 방향(Zl)의 접합 부재(23)를 하판(23)으로 칭한다. 또, 접합 영역(21) 이외의 영역을, 비접합 영역(28)으로 칭한다. 비접합 영역(28)에서는, 상판(22)과 하판(23)이 접합되지 않고, 상판(22)과 하 판(23)의 사이에 계면(27)이 존재한다.

도 1에 나타내듯이 본 실시예에서는, 접합물(20) 중에서, 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면(24)과 반대측이 되는 뒷면(25)으로부터, 초음파탐촉자(31)를 이용해, 접합물(20)에 초음파를 입사시키는 것과 동시에, 접합물(20)에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들인다. 초음파탐촉자(31)에 의해 발생되는 초음파는, 접합물(20)의 접합 영역(21)상을 통과하도록, 초음파 입사 위치가 미리 정하는 주사 방향 X로 주사된다.

본 실시예의 추정방법에서는, 초음파탐촉자(31)에 의해 받아들인, 반사파 중에서, 2개의 접합 부재(22, 23)의 계면(27)에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파의 진폭의 변화량에 근거하여, 접합 영역(21)을 추정한다. 이하, 주목 반사파의 진폭을, 에코 높이로 칭한다. 에코 높이는, 주목 반사파의 최대 진폭이며, 주목 반사파의 강도에 상당한다. 본 실시예에서는, 에코 높이가 미리 정하는 높이 문턱값 이하가 될 때의 주사 위치를, 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정한다.

도 2는, 접합 영역(21)의 추정 장치(30)를 나타내는 블록도이다. 본 실시예에서는, 추정 장치(30)는, 접합물(20)의 조인트(繼手, joint) 강도가 되는 접합 강도를 추정하는 강도 추정 장치(30)를 겸해 구성된다. 본 실시예에 있어서 접합물(20)의 접합 강도는, 상판(22)과 하판(23)을 기준 방향 Z로 벗길 방향으로 인장력을 주었을 경우의 강도이거나, 또는 상판(22)과 하판(23)을 기준 방향 Z에 수직인 방향으로 전단력을 주었을 경우의 강도이다.

추정 장치(30)는, 초음파탐촉자(31)와 탐촉자 이동 수단(32)과, 주사 위치 검출 수단(33)과, 초음파 송수신부(34)와, 컴퓨터(35)를 포함해 구성된다. 초음파탐촉자(31)는, 전기 음향 변환 소자를 포함해 구성되어, 초음파 송수신부(34)로부터 펄스 모양의 전기신호가 주어지는 것에 의해, 진동하여 초음파를 발생한다. 또, 초음파탐촉자(31)는, 초음파를 받아 진동하는 것으로, 진동에 따른 펄스 모양의 전기신호를 발생하며, 발생한 전기신호를 초음파 송수신부(34)로 부여한다. 초음파탐촉자(31)는, 초음파를 접합물(20)에 입사 가능하게 구성되는 것과 동시에, 접합물(20)의 내부로부터 반사하는 초음파의 반사파를 받아들이는 것이 가능하도록 구성된다.

본 실시예에서는, 초음파탐촉자(31)는, 초음파 송수신 가능한 탐촉자이면서, 빔 지름이 O.8 x O.5 mm가 되며, 17 MHz의 주파수의 초음파를 발생하는 탐촉자이다. 또, 초음파탐촉자(31)와, 접합물(20)의 사이에는, 초음파의 송수신을 행하기 위한 접촉 매체가 개재된다. 접촉 매체는, 물이 충만되는 수대(水袋), 물등의 액체 또는 글리세린 등의 젤리 상태 물질이다.

탐촉자 이동 수단(32)은, 초음파탐촉자(31)를 변위 이동한다. 본 실시예에서는, 탐촉자 이동 수단(32)은, 접합물(20)의 접합 영역(21) 상을 통과하도록, 접합물(20) 중에서, 뒷면(25)에 대해, 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시킨다. 탐촉자 이동 수단(32)은, 기준 방향 Z에 대해서 수직인 제1 방향과, 기준 방향 Z 및 제1 방향에 수직인 제2 방향에 대해, 초음파탐촉자(31)를 변위 구동 가능하도록 구성된다. 탐촉자 이동 수단(32)은, 초음파의 입사 방향이 뒷면(25)에 대해서 수직인 상태를 유지한 상태로, 초음파탐촉자(31)를 주사 이동한다. 주사 위치 검출 수 단(33)은, 초음파탐촉자(31)의 주사 위치를 검출한다. 주사 위치 검출 수단(33)은, 초음파탐촉자(31)의 주사 위치를 나타내는 주사 위치 신호를, 컴퓨터(35)에게 부여한다.

초음파 송수신부(34)는, 초음파탐촉자(31)를 진동 구동시키기 위한 펄스 모양의 전기신호를 초음파탐촉자(31)에게 부여한다. 또, 초음파 송수신부(34)는, 초음파탐촉자(31)로부터 주어지는 반사파에 따른 펄스 모양의 전기신호를 증폭해, 초음파탐촉자(31)가 받아들인 반사파를 나타내는 반사파 신호로 변환해, 컴퓨터(35)에게 준다. 반사파 신호는, 초음파탐촉자(31)가 받아들인 초음파 진폭의 시간 변화를 나타낸다.

컴퓨터(35)는, 주목 반사파 추출부(42)와, 에코 높이 계측부(36)와, 접합 영역 추정부(37)와, 접합 강도 추정부(38)와, 기억부(39)와, 입력부(41)와, 표시부(40)를 포함해 실현된다. 주목 반사파 추출부(42)는, 초음파 송수신부(34)로부터 주어지는 반사파 신호에 근거해, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파를, 초음파탐촉자(31)의 주사 위치 변위 마다 추출하는 추출 수단이 된다. 에코 높이 계측부(36)는, 주목 반사파 추출부(42)의 추출 결과에 근거해, 초음파탐촉자(31)의 주사 위치 변위 마다 주목 반사파의 진폭인 에코 높이를 계측해, 계측한 에코 높이를 기억부(39)에 차례차례 기억시킨다.

기억부(39)에는, 주사 위치 검출 수단(33)으로부터 주사 위치 신호가 주어진다. 기억부(39)는, 주사 위치 검출 수단(33)에 의해 검출되는 초음파탐촉자(31)의 주사 위치와, 상기 주사 위치에 대응해 에코 높이 계측부(36)에 의해 계측되는 에 코 높이를 관련지어 기억하는 기억 수단이 된다. 접합 영역 추정부(37)는, 기억부(39)에 기억되는 정보를 읽어들여, 미리 정하는 경계 조건을 만족시키는 주사 위치를, 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정한다. 또, 접합 강도 추정부(38)는, 접합 영역 추정부(37)에 의해 추정된 접합 영역(21) 상의 위치에 근거해, 접합 영역(21)의 크기를 추정하고, 그 크기에 1대 1로 대응하는 관계에 근거하여, 접합 강도를 추정하는 추정 수단이 된다.

표시부(40)는, 기억부(39)에 기억되는 에코 높이와, 에코 높이에 관련지어 기억되는 주사 위치를 가리키는 정보를 표시하는 출력 수단이 된다. 또, 표시부(40)는, 접합 강도 추정부(38)에 의해 추정된 접합 강도를 표시한다. 또, 입력부(41)는, 접합 영역(21)의 추정에 필요한, 미리 정하는 경계 조건이 입력되어, 그 입력된 경계 조건을 접합 영역 추정부(37)에게 준다. 또, 입력부(41)는, 접합 강도의 추정에 필요한, 접합 영역(21)의 크기와, 접합 강도와의 관계를 나타내는 관계 정보가 입력되어 그 입력된 관계 정보를 접합 강도 추정부(38)에게 준다. 본 실시예에서는, 에코 높이 추출부(36), 접합 영역 추정부(37) 및, 접합 강도 추정부(38)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 처리 회로(43)가, 미리 정해지는 기억 회로에 기억되는 연산 프로그램을 실행하는 것에 의해 실현된다.

도 3은, 탐촉자 이동 수단(32)에 의해 이동되는 초음파탐촉자(31)의 이동 경로를 나타내는 도면이다. 도 3(1)에 나타내듯이, 탐촉자 이동 수단(32)은, 접합자취(29)의 중심 위치(43) 상을 통과해 기준 방향 Z에 수직인 주사방향으로, 초음파탐촉자(31)를 이동시킨다. 구체적으로는, 탐촉자 이동 수단(32)은, 접합 영역(21) 보다도 다른 편 주사 방향으로 충분히 이간시킨 위치로부터, 접합 영역(21) 보다 주사 방향 한편으로 충분히 이간시킨 위치까지, 한 편의 주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 이동시킨다. 바꾸어 말하면, 탐촉자 이동 수단(32)은, 접합 영역(21)에 대해서 한편의 주사 방향으로 인접하는 비접합 영역(28) 상으로부터, 접합 영역(21) 상을 주사 방향으로 통과해, 접합 영역(21)에 대해서 다른 편의 주사 방향으로 인접하는 비접합 영역(28)에 이를 때까지, 초음파탐촉자(31)를 이동시킨다. 여기서, 비접합 영역(28)은, 2개의 접합 부재(22, 23)의 사이에 계면(27)이 존재하는 영역이 된다.

또, 도 3(2)에 나타내듯이, 제1의 주사 방향 X와, 제2의 주사 방향 Y에 초음파탐촉자(31)를 이동시켜도 좋다. 제1 및 제2의 주사 방향 X, Y는, 접합자취(29)의 중심 위치(43) 상을 통과해 기준 방향 Z에 수직인 방향이며, 서로 직교해 늘어난다. 이 경우에서도, 제1 주사 방향 및 제2 의 주사 방향에 관해서, 뒷면(25)에 따라, 접합 영역(21)을 통과하도록, 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시킨다.

또, 도 3(3)에 나타내듯이, 뒷면(25)에 따라, 접합 영역(21) 상의 영역을 포함한 미리 정해지는 2차원 평면 전역을 주사 하도록 초음파탐촉자(31)를 이동시켜도 좋다. 예를 들어, 기준 방향 Z에 수직인 주(主)주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 이동시킨 후, 주주사 방향에 대해서 직교하는 부(副)주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 옮겨, 다시 주주사 방향으로 이동시킨다. 이 동작을 반복하여, 미리 정해지는 2차원 평면 전역에 초음파탐촉자(31)를 주사시켜도 좋다.

도 4는, 접합물(20)로부터 반사한 초음파의 반사파 파형을 나타내는 도면이 다. 도 4는, 가로축에 시간을 나타내고, 세로축에 반사파의 진폭을 나타낸다. 주사 위치가 비접합 영역(28) 상인 경우, 반사파는, 상판(22)의 윗면이 되는 뒷면(25)으로 반사한 반사파(44)와, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)에서 반사한 반사파(45)를 포함한다.

주목 반사파 추출부(42)는, 초음파 송수신부(34)로부터 주어지는 반사파 신호에 근거해, 상판(22)의 윗면(25)으로부터의 반사파(44)가 초음파탐촉자(31)에 도달하고 나서, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)으로부터의 반사파(45)가 초음파탐촉자(31)에 도달하는 기준 시각(T1)을 구한다. 주목 반사파 추출부(42)는, 기준 시각(T1)의 전후의 구간에 게이트 구간(W)을 마련한다. 게이트 구간(W)은, 기준 시각(T1) 보다 미리 전의 시각(T1- A1)으로부터, 기준 시각(T1) 보다 미리 후의 시각(T1 + A2)까지의 구간이다. 주목 반사파 추출부(42)는, 게이트 구간(W)에 초음파탐촉자(31)가 받아들인 반사파를, 2개의 접합 부재(22, 23)의 계면(27)에 상당하는 기준 방향Z 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파(45)로서 추출한다. 에코 높이 계측부(36)는, 게이트 구간(W)에 있어서의 주목 반사파 중에서, 가장 높은 진폭을 에코 높이로서 출력한다.

도 5는, 주사 위치 변화에 대응하는 반사파 파형의 변화를 나타내는 도면이다. 도 5(1)은, 주사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치할 때의 반사파 파형을 나타낸다. 도 5(2)는, 주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치할 때의 반사파 파형을 나타낸다.

비접합 영역(28)에서는, 윗면(22)와 아랫면(23)의 계면(27)이 존재하므로, 상판(22)으로부터 입사한 초음파는, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)으로 반사한다. 또, 접합 영역(21)에서는, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)이 소멸하고 있으므로, 상판(22)으로부터 입사한 초음파는, 상판(22)에서 반사하지 않고 하판(23)에 투과한다.

따라서, 도 5(1)에 나타내듯이, 주사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에는, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)으로부터 반사하는 반사파가 크고, 주목 반사파(45)의 에코 높이가 크다. 이에 대해서, 도 5(2)에 나타내듯이, 주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치하는 경우에는, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)에 상당하는 기준 방향 위치로부터 반사하는 반사파가 적고, 주목 반사파(45)의 에코 높이가 작다.

도 6은, 주사 위치 변화에 대한 에코 높이 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 6(1)은, 주사 위치 변화에 대한 에코 높이 변화를 나타내는 그래프이며, 도 6(2)는 그래프에 대응하는 접합물(20)의 단면도이다. 도 6(1)에는, 가로축에 주사 위치를 나타내고, 세로축에 에코 높이를 나타낸다. 구체적으로는, 도 6(1)에는, 기준 에코 높이(HO)에 대한 주사 위치 마다의 에코 높이의 비율을 세로축에 나타낸다. 기준 에코 높이(HO)는, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치할 때의 에코 높이이다.

도 3(1)에 나타내듯이 접합자취(29)의 중심을 통과하는 주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시키는 경우, 도 6(1)에 나타내듯이, 주사 위치 마다의 에코 높이가 미리 정하는 높이 문턱값 C1 이하가 되는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정할 수가 있다.

또, 주사 위치 마다의 에코 높이가, 높이 문턱값 C1 보다 높은 상태로부터 낮은 상태에 절환되는 주사위치 P1과, 높이 문턱값 C1 보다 낮은 상태로부터 높은 상태에 절환되는 주사 위치 P2를, 접합 영역(21)과 비접합 영역(28)의 경계상의 위치로서 추정한다. 또, 경계상의 2개의 주사 위치 P1, P2를 묶는 직선의 길이를, 접합 영역(21)의 직경 치수로서 추정할 수가 있다.

주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치하는지 아닌지를 판정하는 경계 조건인 높이 문턱값 C1은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의, 주목 반사파에 근거해 결정된다. 높이 문턱값 C1은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의 에코 높이보다 낮게 설정된다. 예를 들어, 높이 문턱값 C1은, 상판(22)의 판두께 t1와 하판(23)의 판두께 t2와 접합 조건에 관한 인자 L1과, 툴 형상에 관한 인자 L2와, 재료에 관한 인자 L3를 변수로 하는 함수에 근거해 결정된다 (C1 =f(t1, t2, L1, L2, L3)). 높이 문턱값 C1은, 기준 에코 높이(HO) 보다 작고, 주사 위치가, 접합 영역(21)과 비접합 영역(28)과의 경계상에 위치할 때의 에코 높이이다. 본 실시예에서는, 높이 문턱값 C1은, 상판(22)의 판두께 t1과, 기준 에코 높이(HO)를 변수로 하는 함수에 근거해 결정된다. 이 경우, 높이 문턱값(C1)은, 기준 에코 높이(HO)에 대해, -α - 20Log(t2^1/2) 데시벨 저하한 높이로 설정된다. 여기서, t2는, 하판(23)의 판두께로 설정된다. 기준 에코 높이(HO)는, 상술한 것처럼 비접합 영역(28) 상에 주사 위치 가 위치할 때의 에코 높이이다. 또, α는, 정수이며, 본 실시예에서는,α=9로 설정된다.

또, 기준 에코 높이를 HO로 하면, 높이 C1 문턱값은, HO ×β에 의해 설정되어도 좋다. 여기서, β은, 정수이며, 본 실시예에서는, 예를 들어, O.35 로 설정된다. 상술한, α, β는, 접합 재료, 접합 조건, 접합 툴의 형상에 의해 적절히 변경되어, 추정전에 미리 행해지는 실험에 의해 구해도 좋다.

도 7 및 도 8은, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수(실선)와, 추정 후에 파단면을 관찰한 접합 영역(21)의 직경 치수와의 분포를 비교한 그래프이다. 도 7 및 도 8에는, 가로축에 파단면을 관찰한 접합 영역(21)의 직경 치수를 나타내고, 세로축에 추정한 접합 영역(21)을 나타낸다. 도 7은, 각 판(22, 23)의 판두께가, 각각 1 mm인 경우를 나타내고, 도 8은, 각 판(22, 23)의 판두께가, 각각 2 mm인 경우를 나타낸다. 도 7 및 도 8에 나타내듯이, 파단면에 의한 관찰 결과와 추정 결과에 상관성이 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 상술한 추정 방법에 따라, 접합물(20)을 파괴하는 일 없이, 접합 영역(21)의 직경 치수(L)를 추정할 수가 있다.

도 9는, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수와, 파괴 시험에 의해 측정한 접합물의 접합 강도와의 분포를 나타내는 그래프이다. 추정한 접합 영역 직경 치수의 평균치에 근거해 추정한 접합 강도를 실선으로 나타내고, 추정한 접합 영역 직경 치수의 평균치를 ±20%한 값에 근거해 추정한 접합 강도를 파선으로 표시한다. 도 9에 나타내듯이, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수 L과, 접합 강도에는, 1대 1에 대응하는 상관관계가 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 미리 추정한 접합 영 역(21)의 직경 치수 L과 접합 강도와의 관계를 나타내는 연산식 또는 데이타베이스를 구해 두는 것으로, 추정한 접합 영역(21)으로부터, 관계식 또는 데이터베이스에 따라, 접합 강도를 구할 수가 있다. 예를 들어, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수를 L로 하면, 접합 강도는, 대략적으로는, K1·L² 로 표현된다. 여기서, K1은, 미리 정하는 정수이며, 실험에 의해 구하는 것이 가능하다.

도 10은, 접합 강도의 추정 방법의 순서를 나타내는 플로차트(flow chart)이다. 우선, aO 단계에서, 스포트 마찰교반접합된 접합물을 준비함과 함께, 추정 장치(30)를 준비한다. 또, 기준 에코 높이로부터, 높이 문턱값 C1을 구하기 위한 관계식과, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수 L로부터, 접합 강도를 추정하기 위한 관계식을 미리 실험에 의해 구한다. 또, 추정 강도를 추정하는지 아닌지를 지정한다. 이와 같이 접합물의 추정 작업에 필요한 준비가 완료되면, a1 단계로 진행되어, 추정 작업을 개시한다.

a1 단계에서는, 초음파탐촉자(31)에 의해 접합물(20)에 초음파를 입사시켰을 때 발생하는 반사파를 측정하는 반사파 측정 공정을 실시한다. 탐촉자 이동 수단(32)에 의해 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시키면서, 반사파를 받아들인다. 이와 같이, 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시켜, 주사 위치 마다의 반사파를 측정하면, a2 단계로 진행된다.

a2 단계에서는, 주목 반사파 추출부(42)에 의해, 반사파 중으로부터, 주목 반사파를 미리 정하는 미소 주사 위치 마다 추출한다. 다음으로, 에코 높이 계측 부(36)에 의해, 주사 위치 마다 추출한 주목 반사파의 에코 높이를 계측한다. 주목 반사파 추출부(42)는, 입력부(41)로부터 입력되는 상판(22)의 판두께에 근거해, 주목 반사파를 잡기 위한 게이트 구간(W)를 결정해도 좋다. 이와 같이 해서, 주사 위치 마다 에코 높이를 계측하는 에코 높이 계측 공정을 끝내면, a3 단계로 진행된다.

a3 단계에서는, 접합 영역 추정부(37)에 의해, a2 단계에서 구한 주사위치 마다의 에코 높이 중으로부터, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치할 때의 기준 에코 높이(HO)를 결정한다. 예를 들어, 기준 에코 높이(HO)는, 비접합 영역(28)을 주사 이동하는 동안의 에코 높이의 평균치에 의해 구해진다. 접합 영역 추정부(37)가, 기준 에코 높이(HO)를 결정하면, a4 단계로 진행된다.

a4 단계에서는, 접합 영역 추정부(37)가, 기준 에코 높이(HO)와, 상판(22)의 판두께 t1을 변수로 하는 함수에 근거해, 높이 문턱값 C1을 결정한다. 높이 문턱값 C1을 결정하면, 높이 문턱값 C1과 일치하는 에코 높이가 되는 2개의 주사 위치 P1, P2를 추출한다. 다음으로, 이 2개의 주사 위치 P1, P2를 묶는 직선의 길이를, 접합 영역(21)의 직경 치수 L로서 추정해, a5 단계로 진행된다.

a5 단계에서는, 접합 강도를 추정하는 것이 지정되어 있는 경우에는, a6 단계로 진행되고, 접합 강도를 추정하지 않는 것이 지정되어 있는 경우에는, a7 단계로 진행된다. 예를 들어, 접합 강도를 추정하는 경우, 강도 추정 지령이 입력부(41)에 의해 미리 입력된다. 연산 처리 회로(43)는, 강도 추정 지령이 입력되어 있는 것을 판단하면, a6 단계로 진행되고, 그렇지 않으면 a7 단계로 진행된다.

a6 단계에서는, 접합 강도 추정부(38)가, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수(L)와, 미리 주어지는 접합 강도를 구하는 관계식 또는 데이터베이스에 근거해, 접합 강도를 추정한다. 도 9에 나타내듯이, 추정한 접합 영역(21)의 직경 치수(L)와, 접합 강도에는, 1대 1의 관계를 가지므로, 그 관계에 근거하는 것에 의해, 접합물(20)을 파괴하는 일 없이, 접합 강도를 추정할 수가 있다. 이와 같이, 접합 강도를 추정하면, 표시부(40)에 추정 결과를 표시시켜, a7 단계로 진행된다. a7 단계에서는, 접합 강도의 추정 동작을 종료한다. 본 실시예에서는, 추정 순서로서 접합 강도를 추정하는 공정을 포함했지만, 접합 강도를 추정하지 않고, 접합 영역(21)의 직경 치수(L)를 추정하는 공정을 끝내면, 추정 작업을 종료해도 좋다. 또, 접합 영역 추정부(37)에 의해 추정되는 추정 결과를 표시부(40)에 표시시켜도 좋다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 접합 툴 몰입면(24)과 반대측의 뒷면(25)으로부터 초음파를 접합물(20)에 입사시켜, 초음파의 주목 반사파에 근거해, 접합 영역(21)을 추정한다. 이에 의해, 접합 툴 몰입면(24)에 형성되는 요철의 영향을 받는 일 없이, 접합물(20)의 두께 치수가 접합자취(29)에 의해 변화해도, 접합 영역(21) 및 접합 강도를 추정할 수가 있다.

이와 같이 초음파를 이용해 접합 영역(21)을 추정하는 것으로, 접합물(20)을 파괴하는 일 없이 접합 품질 및 접합 강도를 추정할 수가 있어서, 파괴 검사를 실시하는 경우에 비해, 품질 검사에 소비하는 비용을 저감 하는 것이 가능하다. 또, 파괴 검사를 실시하는 것이 곤란한 대형 접합물에 대해서도, 접합 품질 및 접합 강 도를 추정할 수가 있다.

예를 들어, 접합 툴을 몰입시키는 시간이 짧은 경우 등, 접합 조건을 같게 하고 있어도, 접합 영역(21)의 크기가 안정되지 않고, 접합 강도가 흐트러지는 일이 있다. 이러한 경우에도, 접합물(20)을 파괴하는 일 없이, 초음파를 이용해 접합 강도를 추정할 수가 있다. 따라서, 파괴 검사로 이용하고 있던 테스트용의 접합물을 제조하는 노력과 파괴 검사를 실시하는 수고를 생략할 수가 있어서, 작업 효율을 향상할 수가 있다. 또, 접합물(20)을 포함한 제품으로서 제조한 후에, 제조물을 파괴하는 일 없이, 접합물(20)에 대해 접합 강도를 추정하는 품질 검사를 실시할 수가 있다.

또, 본 실시예에 의하면, 초음파탐촉자(31)를 주사시키는 것에 의해, 접합 영역(21)과 비접합 영역(28)의 경계상의 위치를 추정할 수가 있는 것과 동시에, 접합 영역(21)의 대략적인 크기를 추정할 수가 있다. 이에 의해, 접합 강도를 구하거나 접합 품질을 확인하거나 하는 작업에 필요한 정보를 얻을 수 있다.

또, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우의 주목 반사파에 근거해, 경계 조건인 높이 문턱값 C1을 결정한다. 이것에 의해 접합물(20) 마다 경계 조건을 결정할 수가 있어, 접합물(20) 마다 경계 조건이 흐트러지는 경우이어도, 접합 영역(21)을 정밀하게 추정할 수가 있다. 더욱이, 에코 높이, 즉 주목 반사파의 진폭에 근거해, 접합 영역(21)을 추정하고 있으므로, 반사파에 포함되는 파형을 주파수 분석할 필요가 없고, 접합 영역(21)을 용이하게 추정할 수가 있다. 또, 비접합 영역(28)을 주사할 경우에, 기준 에코 높이를 구하는 것이 가능하 여, 편리성을 향상할 수가 있다.

본 실시예에서는, 주목 반사파의 에코 높이에 근거해 접합 영역(21)을 추정한다고 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 주목 반사파의 에코 높이 이외의 특징이, 미리 정하는 경계 조건을 만족시키는 때의 주사 위치로부터, 접합 영역(21)을 추정해도 좋다. 예를 들어, 후술하는 제3 실시예와 같이 주목 반사파의 주파수에 관한 특징에 근거해, 접합 영역(21)을 추정해도 좋다.

본 실시예에서는, 접합물의 접합 영역(21) 및, 접합 강도에 대한 추정 방법 및 추정 방법을 나타냈지만, 이러한 추정 방법을 이용한 검사 방법도 본 발명에 포함된다. 검사 방법은, 상술한 추정 방법에 따라 추정한 추정 결과에 근거해, 접합물을 검사한다. 예를 들어 추정한 접합 영역(21)의 크기 또는 접합 강도가, 미리 정하는 허용치보다 큰 경우, 접합물이 요구되는 접합 품질을 만족시키는 것을 검사할 수가 있다. 이와 같이 상술한 추정 방법을 이용해 접합물을 검사하는 것에 의해, 비파괴로 접합물을 검사할 수가 있어 편리성을 향상할 수가 있다. 예를 들어, 접합물에 대해 전품 검사를 실시할 수가 있어 접합 불량이 되는 제조물을 매우 적합하게 제거할 수가 있다.

또, 상술한 접합물의 검사를 실시하는 검사 장치도 본 발명에 포함된다. 검사 장치는 도 2에 나타내는 추정 장치의 구성에 한층 더 접합물의 합격 여부를 판정하는 판정부인 판정 수단을 갖춘다. 판정부는, 추정 수단에 의해 추정되는 추정 결과가, 미리 정해지는 요구치 이상인가 아닌가를 판정한다. 예를 들어 접합 영역(21)의 크기 또는 접합 강도가, 요구치 이상이다라고 판단되면, 검사한 접합물의 품질이 미리 정하는 품질을 만족시키는 것으로 판단할 수가 있다. 이 경우, 표시부(40)가 판정 결과를 표시한다. 판정부는, 연산 처리 회로(43)가, 미리 정해지는 기억 회로에 기억되는 연산 프로그램을 실행하는 것에 의해 실현된다. 판정부는, 입력부에 의해 접합 영역(21)의 허용 직경 또는 허용 면적, 허용 강도가 입력되는 것으로, 입력된 허용치와 추정치를 비교할 수가 있다.

도 11은, 본 발명의 제2 실시예인 접합물의 추정 방법을 설명하는 추정 결과를 가리키는 평면도이다. 단면도이다. 본 발명의 제1 실시예에서는, 접합 영역(21)의 크기로서, 직경 치수 L을 추정했지만, 본 발명의 제2 실시예에서는, 접합 영역(21)의 크기로서 면적을 추정한다. 그 외의 구성에 대해서는, 제1 실시예와 동일하기 때문에, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 동일한 참조 부호를 붙인다.

도 3(2)에 나타내듯이, 제1의 주사 방향 X와, 제2의 주사 방향(Y)의 각각으로 초음파탐촉자(31)를 주사시키는 경우, 접합 영역 추정부(37)는, 제1의 주사 방향 X로 초음파탐촉자(31)를 주사시켰을 경우에 추정되는 접합 영역(21)의 직경 치수 Lx, 제2의 주사방향 Y로 초음파탐촉자(31)를 주사시켰을 경우에 추정되는 접합 영역(21)의 직경 치수 Ly를 각각 구한다. 접합 영역 추정부(37)는, 제1의 주사 방향 X의 접합 영역(21)의 직경 치수를 Lx로 하고, 제2의 주사 방향 X의 접합 영역(21)의 직경 치수를 Ly로 하면, Lx·Ly·π/4로 구해지는 값을, 접합 영역(21)의 면적으로서 추정한다.

또, 도 3(3)에 나타내듯이, 접합 영역(21) 상의 영역을 포함하는 미리 정해 지는 2차원 평면 전역을 주사하는 경우, 상기 높이 문턱값 Cl 이하가 되는 주사 위치를 종합한 면적을, 접합 영역(21)의 면적으로서 추정한다. 도 11에는, 희게 그려져 있는 부분이, 높이 문턱값 Cl 이하가 되는 주사 위치가 존재하는 부분이다. 따라서, 희게 그려져 있는 부분의 가장자리내의 면적을, 접합 영역(21)의 면적으로서 추정한다.

도 12는, 추정한 접합 영역(21)의 면적과, 파괴시험에 의해 측정한 접합물(20)의 접합 강도와의 분포를 나타내는 그래프이다. 추정한 접합 영역 면적의 평균치에 근거해 추정한 접합 강도를 실선으로 나타내고, 추정한 접합 영역 면적의 평균치를 ±20%한 값에 근거해 추정한 접합 강도를 파선으로 나타낸다. 도 12에 나타내듯이, 추정한 접합 영역(21)의 면적과, 접합 강도에는, 1대 1로 대응하는 상관관계가 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 미리 추정한 접합 영역(21)의 면적과, 접합 강도와의 관계를 나타내는 연산식 또는 데이터베이스를 구해 두는 것으로, 추정한 접합 영역(21)으로부터, 관계식 또는 데이터베이스에 따라, 접합 강도를 구할 수가 있다. 예를 들어, 추정한 접합 영역(21)의 면적을 A로 하면, 접합 강도는, 대략적으로는, K2·A로 표현된다. 여기서, K2는, 미리 정하는 정수이며, 실험에 의해 구할 수가 있다.

이와 같이 접합 영역(21)의 크기로서, 면적을 구하는 경우에 대해서도, 도 10과 같은 추정 방법의 순서를 이용해, 접합 강도를 추정할 수가 있다. 이 경우, 도 10에 비해, a4 단계의 접합 영역(21)의 크기를 추정하는 공정에서, 접합 영역(21)의 면적을 추정하게 된다. 또, a5 단계의 접합 강도를 추정하는 공정에서, 접합 강도 추정부(38)가, 추정한 접합 영역(21)의 면적 A와, 미리 주어지는 접합 강도를 구하는 관계식 또는 데이터베이스에 근거해, 접합 강도를 추정한다. 그 외의 공정에 대해서는, 도 10에 나타내는 순서와 같기 때문에, 설명을 생략한다. 본 실시예에 의하면, 접합 영역(21)의 직경 치수가 아니고, 접합 영역(21)의 면적에 의해 접합 강도를 구하는 것으로, 접합 영역(21)이 대략 타원형으로 형성되는 경우에도, 정밀하게 접합 강도를 추정할 수가 있다.

도 13은, 주목 반사파(45)에 포함되는 파형을 주파수 분석한 그래프이다. 가로축은, 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포이다. 세로축은, 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 마다의 진폭을 나타낸다. 또, 도 13에는, 주사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 때의 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포를 파선으로 나타낸다. 또, 주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치하는 때의 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포를 실선으로 나타낸다.

주사 위치가, 접합 영역(21) 상에 위치하는 경우에는, 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 비해, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)이 소멸하고 있으므로 상판(22)으로부터 하판(23)에 초음파가 투과하기 쉽다. 반사파에 포함되는 파형 중에서, 저주파역 파형에 비해 고주파역 파형 쪽이 지향성이 높기 때문에, 접합 영역(21)과 잔여 영역의 경계면이 뒷면(25)에 대해서 경사하는 것으로, 고주파역 파형 쪽이 반사파로서 받아들여지는 양이 작다. 또, 고주파역 파형 쪽이 저주파역 파형에 비해 저하하기 쉽다.

따라서, 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치를 나타내는 파형의 주파수인 피크 주파수 fp에 관해서, 접합 영역(21) 상에 주사 위치가 위치할 때의 피크 주파수 fp1는, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치하는 때의 피크 주파수 fpO 보다 작아지게 된다. 또, 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 주파수 분포 대역의 중심이 되는 중심 주파수 fc에 관해, 접합 영역(21) 상에 주사 위치가 위치할 때의 중심 주파수 fc1는, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치하는 때의 중심 주파수 fcO 보다 작아지게 된다. 본 실시예에서는, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치는, 피크 주파수 fp의 파형의 진폭치에 대해서 미리 정하는 비율, 예를 들어 6 dB 낮게 설정되는 진폭치로 설정된다.

또, 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치를 넘는 파형의 주목 주파수 대역폭 B에 관해, 접합 영역(21) 상에 주사 위치가 위치하는 때의 주목 주파수대역폭 B1은, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치하는 때의 주목 주파수대역폭 BO 보다 커진다. 본 실시예에서는, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치는, 피크 주파수 fp의 파형의 진폭치에 대해서 미리 정하는 비율, 예를 들어 6 dB 낮게 설정되는 진폭치로 설정된다.

도 14는, 본 발명의 제3 실시예의 추정 장치(130)를 나타내는 블럭도이다. 본 발명의 제3 실시예의 추정 장치(130)는, 제1 실시예의 추정 장치(130)와 유사한 구성을 나타내고, 같은 구성에 대해서는, 제1 실시예와 동일한 참조 부호를 부여하며, 설명을 생략한다.

제3 실시예의 추정 장치(130)는, 제1 실시예의 추정 장치(30)에 비해, 에코 높이 계측부(36)에 대신해, 주파수 특징 계측부(101)를 구비한다. 또, 추정 장치(130)는, 주파수 변환부(100)를 새롭게 구비한다. 주파수 변환부(100)는, 주목 반사파 추출부(42)에 의해 추출된 주목 반사파에 포함되는 파형을 주파수 분석하여, 주목 반사파에 포함되는 파형을 주파수 성분마다 분해한다. 주파수 변환부(100)는, 주파수 분석 결과를 주파수 특징 계측부(101)에 준다. 주파수 특징 계측부(101)는, 주파수 분석 결과로부터, 초음파탐촉자(31)의 주사 위치 변위 마다, 접합 영역(21)을 추정하는데 필요한 특징량을 계측하고, 계측 결과를 기억부(39)에 차례차례 기억시킨다. 주파수 변환부(100) 및 주파수 특징 계측부(101)는, 연산 처리 회로(43)가, 미리 정해지는 기억 회로에 기억되는 연산프로그램을 실행하는 것에 의해 실현된다. 또, 접합 영역 추정부(37)는, 주파수 특징 계측부(101)에 의해 기억부(39)에 기억되는 정보를 읽어들여, 미리 정하는 경계 조건을 만족시키는 주파수 특징에 대응하는 주사 위치를, 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정한다. 이외의 구성에 대해서는, 도 2에 나타내는 제1 실시예의 추정 장치(30)와 같다.

도 15는, 주사 위치 변화에 대한 피크 주파수 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 15(1)은, 주사 위치 변화에 대한 피크 주파수 변화를 나타내는 그래프이며, 도 15(2)는 그래프에 대응하는 접합물의 단면도이다. 도 15(1)에는, 가로축에 주사 위치를 나타내고, 세로축에 피크 주파수를 나타낸다. 도 3(1)에 나타내듯이 접합자취(29)의 중심을 통과하는 주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시키는 경우, 도 15(1)에 나타내듯이, 주사 위치 마다의 피크 주파수 fp가 미리 정하는 피크 주파수 문턱값 C2 이하가 되는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정할 수가 있다. 피크 주파수 문턱값 C2는, 주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치하는지 아닌지를 판정하는 경계 조건의 기준이 되어, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의 주목 반사파의 피크 주파수 fpO 보다 낮게 설정된다.

또, 주사위치 마다의 피크 주파수 fp가, 피크 주파수 문턱값 C2 보다 높은 상태로부터 낮은 상태로 절환되는 주사 위치 P1과, 피크 주파수 문턱값 C2 보다 낮은 상태로부터 높은 상태로 절환되는 주사 위치 P2를, 접합 영역(21)으로 피접합 영역(28)과의 경계상의 위치로서 추정할 수가 있다. 또, 경계상의 2개의 주사 위치 P1, P2를 묶는 직선의 길이를, 접합 영역(21)의 직경 치수로서 추정할 수가 있다.

본 실시예에서는, 경계 조건인 피크 주파수 문턱값 C2는, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의, 주목 반사파의 피크 주파수 fpO에 근거해 결정된다. 구체적으로는, 피크 주파수 문턱값 C2는, 기준 피크 주파수 fpO의 평균치 D2로부터, 비접합 영역(28)의 기준 피크 주파수 fpO로부터 산출되는 기준 피크 주파수 fpO의 표준 편차σ를 넘어 낮아지는 주파수로 설정된다.

여기서, 기준 피크 주파수 fpO는, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치하는 경우에, 주목 반사파를 주파수 분포 마다 분석한 파형 중에서, 진폭이 최대가 되는 파형의 주파수이다. 기준 피크 주파수 fpO의 평균치 D2 및, 표준 편차σ는, 미리 측정해 두어도 좋고, 또, 주파수 특징 계측부(43)가 주파수 특징을 계측 하기 전에, 주파수 변환부(100)로부터 주어지는 정보에 근거해 계산해도 좋다. 주파수 특징 계측부(101)는, 주목 반사파의 피크 주파수 fp를 계측 한다. 이 경우, 접합 영역 추정부(37)는, 주사 위치 마다의 피크 주파수 fp가 미리 정하는 피크 주파수 문턱값 C2 이하가 되는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정한다.

마찬가지로, 피크 주파수 fp에 대신해 중심 주파수 fc를 이용했을 경우에서도, 접합 영역(21)을 추정할 수가 있다. 구체적으로는, 도 3(1)에 나타내듯이 접합자취(29)의 중심을 통과하는 주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시키는 경우, 주사 위치 마다의 중심 주파수 fc가 미리 정하는 중심 주파수 문턱값 이하가 되는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정할 수가 있다. 중심 주파수 문턱값은, 주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치하는지 아닌지를 판정하는 경계 조건의 기준이 되어, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의 주목 반사파의 중심 주파수 fcO 보다 낮게 설정된다.

또, 주사 위치 마다의 중심 주파수 fc가, 중심 주파수 문턱값보다 높은 상태로부터 낮은 상태로 절환되는 주사 위치 P1과, 중심 주파수 문턱값보다 낮은 상태로부터 높은 상태로 절환되는 주사 위치 P2를, 접합 영역(21)으로 비접합 영역(28)과의 경계상의 위치로서 추정할 수가 있다. 또, 경계상의 2개의 주사위치 Pl, P2를 묶는 직선의 길이를, 접합 영역(21)의 직경 치수로서 추정할 수가 있다.

본 실시예에서는, 경계 조건인 중심 주파수 문턱값은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의, 주목 반사파에 근거해 결정된다. 구체적으로는, 중심 주파수 문턱값은, 기준 중심 주파수 fcO의 평균치로부터, 기준 중심 주파수 fcO로 설정되는 표준 편차σ를 넘어 낮아지는 주파수로 설정된다.

여기서, 기준 중심 주파수 fcO는, 비접합 영역(28) 상에 주사 위치가 위치하는 경우에, 주목 반사파를 주파수 분포 마다 분석한 파형중에서, 미리 정하는 진폭 이상의 파형 가운데, 가장 높은 주파수와 가장 낮은 주파수 사이의 주파수대역폭의 중심이 되는 주파수이다. 기준 중심 주파수 fcO의 평균치 및 표준 편차σ는, 미리 측정해 두어도 좋고, 또, 주파수 특징 계측부(43)가 주파수 특징을 계측 하기 전에, 주파수 변환부(100)로부터 주어지는 정보에 근거해 계산해도 좋다. 주파수 특징 계측부(101)는, 주목 반사파에 있어서의 중심 주파수 fc를 계측한다. 이 경우, 접합 영역 추정부(37)는, 주사 위치 마다의 중심 주파수 fc가 미리 정하는 중심 주파수 문턱값 이하가 되는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정한다.

도 16은, 주사 위치 변화에 대한 대역폭 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 16(1)은, 주사 위치 변화에 대한 대역폭 변화를 나타내는 그래프이며, 도 16(2)는 그래프에 대응하는 접합물의 단면도이다. 도 16(1)에는, 가로축에 주사 위치를 나타내고, 세로축에 대역폭을 나타낸다. 도 3(1)에 나타내듯이, 접합자취(29)의 중심을 통과하는 주사 방향으로 초음파탐촉자(31)를 주사 이동시키는 경우, 도 16(1)에 나타내듯이, 주사 위치 마다의 주목대역폭 B가 미리 정하는 대역폭 문턱값 C3 이하가 되는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정할 수가 있다. 대역폭 문턱값 C3는, 주사 위치가 접합 영역(21) 상에 위치하는지 아닌지를 판정하는 경계 조건의 기준이 되어, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의 주목 반사파의 주목 대역폭 BO 보다 넓게 설정된다.

또, 주사 위치 마다의 주목 대역폭 B가, 대역폭 문턱값 C3 보다 좁은 상태로부터 넓은 상태로 절환되는 주사 위치 P1과, 대역폭 문턱값 C3 보다 낮은 상태로부터 높은 상태로 절환되는 주사 위치 P2를, 접합 영역(21)으로 비접합 영역(28)과의 경계상의 위치로서 추정할 수가 있다. 또, 경계상의 2개의 주사 위치 P1, P2를 묶는 직선의 길이를, 접합 영역(21)의 직경 치수로서 추정할 수가 있다.

본 실시예에서는, 경계 조건인 대역폭 문턱값 C3는, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의, 주목 반사파에 근거해 결정된다. 예를 들어 대역폭 문턱값 C3는, 기준 대역폭 BO의 평균치 D3로부터, 비접합 영역(28)의 대역폭으로부터 산출되는 대역폭의 표준 편차σ를 넘어 커지는 대역폭으로 설정된다. 또, 예를 들어, 대역폭 문턱값 C3는, 기준 대역폭 B0에 대해 미리 정하는 설정량이 넓어지는 대역폭으로 설정되어, 일례로서 기준 대역폭 BO에 대해서 약 1.2 MHz 넓어지는 대역으로 설정된다. 여기서, 기준 대역폭 BO는, 기준 피크 주파수 fpO의 파형의 진폭으로부터 미리 설정하는 일정량, 예를 들어 6 dB 저하한 진폭 이상이 되는 파형에 있어서의 주파수대역이다.

또, 주목 대역폭 B는, 대응하는 피크 주파수 fp1이 되는 파형의 진폭으로부터 상기 일정량, 예를 들어 6 dB 저하한 진폭 이상이 되는 파형에 있어서의 주파수대역이다. 기준 대역폭 BO는, 미리 측정해 두어도 좋고, 또, 주파수 특징 계측부(43)가 주파수 특징을 계측하기 전에, 주파수 변환부(100)로부터 주어지는 정보에 근거해 계산해도 좋다.

예를 들어, 주파수 특징 계측부(101)는, 주목 반사파에 있어서의 주목 대역 폭 B를 계측한다. 이 경우, 접합 영역 추정부(37)는, 주사 위치 마다의 주목 대역폭 B가 미리 정하는 대역폭 문턱값 C3 보다 넓어지는 주사 위치를 접합 영역(21) 상의 위치로서 추정하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 제3 실시예에서는, 에코 높이 H에 대신해, 주목 반사파의 주파수 특징에 근거해 접합 영역(21)을 추정한다. 상술한 것처럼 주파수 특징은, 피크 주파수 fp, 중심 주파수 fc 및 주목대역폭 B 중 어느것이어도 좋다. 또, 그 외의 주목 반사파의 주파수 특징에 근거하여, 접합 영역(21)을 추정해도 좋다. 또, 제3 실시예에서는, 접합 영역(21)을 추정하기 위한 경계 조건이 다른 것만으로, 추정 강도를 구하는 방법에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 추정할 수가 있다. 또, 제2 실시예와 같이 접합 영역(21)의 직경 치수를 추정하는 것 외에, 접합 영역(21)의 면적을 구해, 접합 강도를 추정해도 좋다. 제3 실시예에서도, 제1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 주파수 분석하는 것에 의해, 에코 높이가 작은 경우나, 노이즈가 큰 경우 등이어도, 접합 영역(21) 및 접합 강도를 정밀하게 추정할 수가 있다. 또, 접합 영역(21)과 비접합 영역(28)에서 변화가 크고, 이것에 의해도 접합 영역(21) 및, 접합 강도를 정밀하게 추정할 수가 있다. 더욱이, 원하지 않는 주파수를 제거하는 필터를 개입시키는 것에 의해, 노이즈의 영향을 한층 더 작게 하는 것이 가능하다.

또, 피크 주파수 fp 또는 주파수대역폭 B로부터 접합 영역(21)을 추정하는 것으로, 주목 반사파에 포함되는 각 파형의 주파수 분포가 정규 분포로부터 어긋나 는 경우에도, 접합 영역(21)을 추정할 수가 있다. 한층 더 피크 주파수 fp 및 중심 주파수 fc의 표준 편차σ에 근거해, 접합 영역(21)을 추정하기 위한 경계 조건을 결정하는 것으로, 접합물(20) 마다 파라미터, 예를 들어 상판(22)의 판두께 치수를 설정할 필요가 없고, 용이하게 경계 조건을 결정할 수가 있다.

도 17은, 제4 실시예의 추정 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 17은, 가로축에 주사 위치를 나타내고, 세로축에 에코 높이를 나타낸다. 구체적으로는, 도 17에서는, 기준 에코 높이 HO에 대한 주사 위치 마다의 에코 높이의 비율을 세로축에 나타낸다.

본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에서는, 접합 영역(21)의 크기를 구해, 그 크기에 근거해, 접합 강도를 구했다. 본 발명의 제4 실시예로서, 접합 영역(21)의 크기를 구하지 않고, 주목 반사파로부터 추출되는 에코 높이에 근거해, 접합 강도를 직접 추측한다. 제4 실시예에서는, 제1 실시예에 대해서 접합 영역 추정부(37)의 연산 순서가 다르며, 잔여의 구성에 대해서는 동일하므로, 설명을 생략한다.

제4 실시예에서는, 주사 위치 마다의 에코 높이(110)로부터 미리 정하는 설정 에코 높이 C4 까지의 거리(차이)를, 핀부가 몰입하는 주사 위치(111)를 제외한 주사 위치 범위(112)에 걸쳐서 적분한 면적(113)을 구한다. 본 실시예에서는 기준 에코 높이 HO가, 설정 에코 높이 C4로서 설정된다.

상판(22)과 하판(23)의 계면(27)에서 반사하는 반사파가 작아지는 것으로, 에코 높이가 작아진다. 상기 면적(113)이 커지는 것은, 계면(27)의 소멸 정도가 크고, 접합 강도가 커지는 것을 의미한다. 따라서, 상기 면적(113)과 접합 강도가 1대 1의 관계를 가진다. 이 관계에 근거해, 접합 강도 추정부(38)가 접합 강도를 구할 수 있다. 본 실시예에서는, 에코 높이의 변화를 적분했지만, 그 외 상술한 피크 주파수 fp, 중심 주파수 fc, 설정 대역폭 B 등의, 주목 반사파의 특징치 변화의 적분치에 근거해, 접합 강도를 직접 결정해도 좋다. 이 경우도 특징치의 변화량을, 핀부가 몰입하는 주사 위치(111)를 제외한 주사 위치 범위 112에 걸쳐서 적분한 적분치에 근거해, 접합 강도를 직접 결정할 수가 있다.

또, 접합 강도 추정부(38)는, 주사 위치 변화에 대한 주목 반사파의 변화량에 근거해, 접합 영역(21)의 위치를 구해도 좋다. 예를 들어, 주사 위치 변화에 대한 주목 반사파의 특징치의 변화량이 갑작스러운 경우에는, 그 급해진 주사 위치가, 교반 접합 영역(21c)과 압착 접합 영역(21d)와의 경계 위치상에 위치하는 것을 추정해도 좋다. 예를 들어, 주목 반사파의 특징치 변화의 기울기, 바꾸어 말하면 특징치 변화를 미분한 값이 미리 정하는 값을 넘은 주사 위치가, 교반접합 영역(21c)과 압착 접합 영역(21d)의 경계 위치상에 위치하는 것을 추정해도 좋다. 이와 같이, 교반 접합 영역(21c)과 압착 접합 영역(21d)의 형상을 구해, 접합 강도의 추정에 추가하는 것으로, 한층 더 정확한 접합 강도를 구할 수가 있다.

이와 같이, 접합 영역(21) 상의 영역을 포함하는 단위 범위에 대해, 초음파의 반사파를 받아들여, 단위 범위에 대해 주목 반사파의 종합적인 특징치와, 상기 특징치를 접합물의 강도로 변환하기 위해 설정되는 변환 관계와에 근거해, 접합물의 접합 강도를 추정해도 좋다. 종합적인 특징치는, 초음파 입사 영역이 단위 범 위가 되는 경우에는, 그 단위 범위내에 있어서의 주목 반사파의 특징치가 된다.

도 18은, 제1 ~ 제4 실시예에서 이용되는 초음파탐촉자(31)의 일례를 나타내는 사시도이다. 본 실시예에서는, 일차원 배열 어레이 진동자형의 페이즈드 어레이(phased array) 초음파탐촉자(31)가 이용된다. 페이즈드 어레이 초음파탐촉자(31)는, 미소한 진동자를 다수 배열한 어레이탐촉자로, 각 진동자에 인가하는 펄스의 타이밍을 바꾸는 것으로, 각 진동자로부터 발생시키는 초음파의 타이밍을 늦출 수가 있어서, 초음파의 수렴 위치를 임의로 바꿀 수가 있다. 이것에 의해, 어레이 배열 방향으로 초음파탐촉자를 주사시킬 필요가 없고, 편리성을 향상할 수가 있다.

또, 이차원 배열 어레이 진동자형의 페이즈드 어레이 초음파탐촉자에 대해서도 이용할 수 있다. 그 외에, 일탐촉자형의 초음파탐촉자(31)를 이용하는 것도 가능하다. 또, 초음파 발생용의 탐촉자와, 초음파 수취용의 탐촉자에 의해 구성되는 2탐촉자형의 초음파탐촉자를 이용해도 좋다. 또, 점수렴탐촉자외, 비수렴탐촉자를 이용할 수도 있다. 또, 초음파를 뒷면(25)에 대해서 수직으로 입사시키는 것 외에, 뒷면(25)에 대해서 경사지도록 초음파를 입사시켜도 좋다.

도 19는, 본 발명의 제5 실시예의 초음파탐촉자(200)를 나타내는 사시도이다. 도 20은, 주사 위치와 에코 높이와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 20(2)은, 주사 위치 변화에 대한 에코 높이 변화를 나타내는 그래프이며, 도 20(1)은 그래프에 대응하는 접합물(20)의 단면도이다. 본 발명의 제5 실시예에서는, 제1 실시예에 비해 초음파탐촉자(200)의 구성이 다르다. 또, 접합 영역 추정부(37)가 없 고, 접합 강도 추정부(38)가, 에코 높이에 근거해 접합 강도를 직접 추정 가능하게 구성된다. 잔여의 구성에 대해서는 동일하므로, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략 한다.

초음파탐촉자(200)는, 선(線)수렴탐촉자에 의해 실현된다. 초음파탐촉자(200)는, 접합 영역(21)의 직경 치수보다 큰 길이를 가지는 띠모양의 초음파 입사 영역(201)이 형성되어, 송신 진동자(202)와 수신 진동자(203)가 별체로 구성된다. 본 실시예의 초음파탐촉자(200)는, 진동자 치수가 10 x 2mm가 되어, 10 MHz 의 주파수의 초음파를 발생한다. 또, 에코 높이 계측부(36)는, 띠모양의 입사 영역(201)에 대해, 상판(22)과 하판(23)의 계면(27)에 상당하는 기준 방향 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파의 종합적인 에코 높이를 계측한다.

이러한 초음파탐촉자(200)를 이용해, 도 19에 나타내듯이, 초음파 입사 영역(201)이 접합자취(29)의 중심을 통과하도록 배치했을 때의 종합적인 에코 높이를 구한다. 바꾸어 말하면, 도 20에 나타내듯이, 초음파탐촉자(200)를 주사 이동시켜, 종합적인 에코 높이가 최소가 되는 초음파 주사 위치를 조사한다.

도 21은, 인장 전단 강도와 상대 에코 높이의 저하량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 21에는, 상대 에코 높이의 저하량으로서, 비접합 영역(28)에 초음파를 입사 했을 경우의 종합적인 기준 에코 높이에 대한, 에코 높이가 최소가 되는 종합적인 최소 에코 높이의 비율을 나타낸다. 도 21에는, 가로축에 상대 에코 높이의 저하량을 나타내고, 세로축에 파괴 검사에 의한 접합물의 인장 전단 강도를 나타낸다. 도 21에 나타내듯이, 상대 에코 높이의 저하량과 접합 강도는, 대략 1 대 1의 관계를 갖는다. 따라서, 종합적인 최소 에코 높이를 구하는 것으로, 종합적인 최소 에코 높이를, 접합 강도를 연산하는 관계식에 대입하는 것으로 접합 강도를 직접 추정할 수가 있다. 이 관계식은, 미리 실험등에 의해 구하는 것이 가능하다.

이와 같이 하여, 접합 강도 추정부(38)는, 종합적인 최소 에코 높이로부터, 접합 강도를 직접 추정할 수가 있다. 또, 본 실시예에서는, 선수렴탐촉자에 의해 탐촉자가 실현된다고 했지만, 비수렴 초음파탐촉자를 이용해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 비수렴 초음파탐촉자의 초음파 입사 영역의 면적은, 접합 영역(21)의 면적보다 충분히 큰 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 접합물(20)의 접합 영역(21) 상의 영역을 포함하는 단위 범위에 대해, 접합물(20)의 뒷면(25)으로부터, 접합물에 초음파를 입사시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들여, 단위 범위에 대해, 주목 반사파의 종합적인 특징치와, 상기 특징치를 접합물의 강도로 변환하기 위해 설정되는 변환 관계에 근거해, 접합물의 접합 강도를 추정한다. 이것에 의해 접합 영역(21)의 크기를 추정할 필요가 없고, 접합물(20)의 접합 강도를 간단하게 추정할 수가 있다.

또, 선수렴탐촉자인 경우에는, 초음파탐촉자를 한 방향으로 주사하는 것만으로 좋다. 더욱이, 비수렴탐촉자인 경우에는, 초음파탐촉자를 주사하지 않아도 좋다. 이것에 의해, 추정 장치를 간단화할 수가 있어서, 용이하게 접합 강도의 추정을 실시할 수가 있다. 또, 상술하는 단위 범위에 대해 수렴탐촉자를 주사 이동시 켜, 단위 범위내의 주목 반사파의 종합적인 특징치를 구해도 좋다. 이 경우, 종합적인 특징치란, 단위 범위내에 있어서의 주사 위치마다의 주목 반사파의 특징치를 더해 맞춘 값 또는, 단위 범위내에 있어서의 주사 위치마다의 주목 반사파의 특징치의 평균치가 된다. 또, 본 실시예에서는, 단위 범위에 걸치는 에코 높이의 종합적인 변화량에 근거해, 접합 강도를 구했지만, 그 외 상술한 피크 주파수 fp, 중심 주파수 fc, 설정 대역폭 B 등의, 주목 반사파의 특징치 변화에 근거해, 접합 강도를 직접 결정해도 좋다.

이상과 같이, 상술한 접합 영역(21) 또는 접합 강도의 추정 방법은, 본 발명의 일실시예로서, 발명의 범위내에서, 구성을 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 각 실시예에서는, 주목 반사파 중 상술한 특징 이외를 이용해, 접합 영역(21)을 추정해도 좋다. 또, 상술한 주목 반사파의 특징을 조합시켜 접합 영역(21)을 추정해도 좋다. 예를 들어 안전률을 높이기 위해서, 상술한 2개 이상의 추정 방법으로, 추정되는 접합 강도가 가장 작은 값을, 추정되는 접합 강도로서 채용해도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 초음파탐촉자를 주사시키고 있었지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 초음파 입사 위치가, 접합 영역(21) 상인지 아닌지를 추정하는 경우에는, 초음파탐촉자를 스포트적으로 배치하면 좋다.

또, 본 실시예에서는, 접합 영역(21)을 추정하기 위한 주목 반사파의 경계 조건이, 초음파 입사 위치가 비접합 영역(28) 상에 위치하는 경우에 있어서의 주목 반사파에 근거해 결정된다고 했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 경계 조건은, 일정치로 설정되어도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 연산식에 따라, 접합 영 역(21) 및 접합 강도를 추정한다고 했지만, 연산식에 대신해 데이터베이스를 이용해, 접합 영역(21) 및 접합 강도를 추정해도 좋다.

또, 변형예로서는, 상술한 각 실시예에 있어서의 반사파 측정 공정에 있어서는, 도 22(1) ~ (4)에 나타낸 것처럼, 초음파탐촉자(300)로부터 복수의 다른 굴절각에서 접합물에 초음파를 입사시킬 수도 있다. 이 방법은, 마찰교반접합 시에 접합부에 있어서 훅킹 현상이 발생하는 것 같은 경우에 특히 유효하다. 여기서 훅킹 현상이란, 마찰교반접합 시에 접합 부재(22, 23)가 연화해, 접합 부재(22)와 접합 부재(23)의 계면이 툴 몰입면(24)의 방향으로 끌어 당겨져서, 도 22(1)에 나타낸 것 같은 만곡부(훅킹부)(50)가 생기는 현상이다.

상기 훅킹부(50)는, 접합 부재(22)와 접합 부재(23)의 사이의 접합 강도에 실질적으로 기여하고 있지 않다. 덧붙여, 이 훅킹 현상은, 접합 부재의 재질 등, 마찰교반접합의 조건에 의해 그 발생의 정도가 다른 것이다.

그리고, 반사파 측정 공정에 있어서, 초음파탐촉자(300)로부터 복수의 다른 굴절각에서 접합물(20)에 초음파를 입사시키는 것으로, 접합물(20)의 내부에 훅킹부(50)가 존재하는 경우에서도, 훅킹부(50)으로부터의 반사 에코를 사각탐상으로 잡을 수가 있다. 즉, 굴절각이 0°(수직 입사)만으로는, 만곡한 훅킹부(50)로부터의 반사 에코를 잡을 수가 없다. 이 때문에, 실질적으로 접합 강도에 기여하지 않는 훅킹부(50)을, 접합 강도에 기여하는 부분으로부터 구별하지 못하고, 그 결과, 접합물(20)의 접합 강도를 실제보다 높게 평가해 버린다고 하는 문제가 생긴다.

이에 대해 본 실시예에 있어서는, 예를 들면, 굴절각 20°혹은 30°의 사각 탐상을 실시하는 것으로, 훅킹부(50)로부터의 반사파를 잡는 것이 가능하므로, 접합물(20) 내에 훅킹부(50)가 존재하는 경우에서도 접합 강도를 정밀하게 추정할 수가 있다.

도 23은, 본 발명의 제6 실시예에 의한 접합 강도의 추정 방법으로서, 수직 진동자로부터 완성되는 초음파탐촉자(400)를 이용한 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 24는, 동일 측정 방법에 있어서, 접합지름과 에코 높이와의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 실시예에 있어서는, 수직 진동자로부터 완성되는 초음파탐촉자(400)를 이용해, 접합 지름 이상의 단면 치수를 갖는 초음파 빔을 접합 부재(22)에 입사시키는 것과 동시에, 접합 부재(22)에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들인다(반사파 측정 공정). 덧붙여, 초음파탐촉자(400)로부터 방사된 초음파 빔은, 초음파탐촉자(400)와 접합 부재(22)의 사이에 배치된 초음파 전파 부재(401)를 통해 접합 부재(22)에 입사한다.

그리고, 본 실시예에 있어서는, 반사파 측정 공정에 의해 얻어진 반사 에코 높이에 근거해, 접합물(20)의 접합 강도를 추정한다(강도 추정 공정). 즉, 도 24에 나타낸 것처럼, 접합물의 접합지름과 에코 높이와의 관계를 미리 측정해 두는 것에 의해, 미지의 접합지름을 갖는 접합물(20)에 대해서도, 에코 높이를 측정하는 것에 의해 그 접합지름을 추정할 수가 있다.

이와 같은 본 실시예에 의하면, 접합 영역의 면적을 추정하는 일 없이, 접합 강도를 직접적으로 추정하는 것이 가능하고, 간편하면서 저렴한 방법에 의해 접합 물(20)의 접합 강도를 추정할 수가 있다.

또, 제1 실시예의 추정 방법을 이용한 검사 방법 및, 검사 장치에 대해, 본 발명에 포함되는 것과 동시에, 제2 ~ 제6 실시예의 추정 방법을 이용한 검사 방법 및, 검사 장치에 대해서도 본 발명에 포함된다. 제2 ~ 제6 실시예에 있어서도, 추정한 추정 결과에 근거해, 접합물이 미리 정해지는 품질을 만족시키는지 아닌지를 판정하는 것으로, 접합물을 파괴하는 일 없이, 접합물의 품질을 검사할 수가 있다.

또, 본 실시예에서는, 접합 강도를 추정하지 않고, 접합 영역(21)을 추정한 추정 결과를 표시부(40)에 의해 표시하는 경우도 포함한다. 2차원 평면상에 접합 영역(21)의 형상을 나타내는 화상을 표시하는 것에 의해, 검사자가 접합 강도 등의 접합 품질을 판단해도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 접합 영역(21) 및 접합 강도의 추정은, 추정 장치(30, 130)이 실시한다고 했지만, 이에 한정하지 않고, 상술한 공정을 인간이 실시하는 경우의 추정 방법도 본 발명의 범위내이다. 또, 본 실시예에서는, 접합 영역(21)을 추정했지만, 같은 순서에 의해, 교반 접합 영역(21c)와 압착 접합 영역(21d)의 각각을 개별적으로 추정해도 좋다. 본 실시예에서는, 상판(22) 및 하판(23)은, 알루미늄 합금으로 되지만, 마찰교반접합이 가능하면, 다른 재료에 의해 접합물(20)이 형성되어도 좋다. 또, 초음파탐촉자에 대해서는 범용품을 이용할 수가 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 어느 정도 특정적으로 설명했지만, 그것들에 대해 여러 가지의 변경을 할 수 있는 것은 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남이 없이, 본 명세서중에서 특정적으로 기재된 모양과는 다른 모양으로 본 발명을 실시할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합부재가 서로 접합된 접합물에 대해, 접합 영역을 추정하는 추정 방법으로서,

상기 접합물 중에서, 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 접합물에 초음파를 입사시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정과,

반사파 측정 공정에 의해 받아들인 반사파중에서, 2개의 접합부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파가 미리 정하는 경계 조건을 충족하는 때의 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 반사파 측정 공정에서는, 접합 영역상을 통과하도록, 초음파의 입사 위치를 주사시키는 것과 동시에, 주사 변위 마다 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 경계 조건은, 초음파 입사 위치가 비접합 영역상에 위치하는 경우에, 2개의 접합 부재의 계면에서 반사하는 반사파에 근거해 설정되는 것을 특징으로 하 는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파의 진폭이, 미리 정하는 진폭문턱값이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치를 넘는 파형의 주파수 분포 대역의 중심이 되는 중심 주파수가, 미리 정하는 주파수 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치를 나타내는 파형의 주파수가 되는 피크 주파수가, 미리 정하는 주파수 문턱값 이하가 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 추정 공정에서는, 상기 주목 반사파에 포함되는 파형의 주파수 분포 대역에 있어서, 최대 진폭치로부터 일정량 저하하는 진폭치를 넘는 파형의 주파수 분포 대역폭이, 미리 정하는 주파수대역폭 문턱값 이상이 되는 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역의 추정 방법.
마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 방법으로서,

상기 접합물중에서, 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 접합물에 초음파를 입사시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정과,

반사파 측정 공정에 의해 받아들인 반사파중에서, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파가 미리 정하는 경계 조건을 충족하는 때의 초음파 입사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 접합 영역 추정 공정과,

접합 영역 추정 공정에 의해 추정한 접합 영역상의 위치에 근거하여, 접합 영역의 크기를 추정해, 추정한 접합 영역의 크기에 기초하여, 접합물의 접합 강도를 추정하는 강도 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 강도의 추정 방법.
마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 방법으로서,

접합물의 접합 영역상의 영역을 포함하는 단위 범위에 대해, 상기 접합물중에서 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으로부터, 접합물에 초음파를 입사시키는 것과 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정과,

반사파 측정 공정에 의해 받아들인 반사파 가운데, 단위 범위에 대해, 2개의 접합 부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파의 종합적인 특징치와, 상기 종합적인 특징치를 접합물의 강도로 변환하기 위해서 설정되는 변환 관계에 근거하여, 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 강도의 추정 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사파 측정 공정에 있어서, 복수의 다른 굴절각에서 접합물에 초음파를 입사시키는 것을 특징으로 하는 추정 방법.
마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 접합 강도를 추정하는 추정 방법으로서,

상기 접합물중에서, 마찰교반시에 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면으 로부터, 수직 진동자를 이용해 접합 지름 이상의 단면 치수를 갖는 초음파 빔을 접합물에 입사시키는 동시에, 접합물에 입사시킨 초음파의 반사파를 받아들이는 반사파 측정 공정, 및

반사파 측정 공정에 의해 얻을 수 있던 반사 에코 높이에 근거하여, 접합물의 접합 강도를 추정하는 강도 추정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 강도의 추정 방법.
마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물의 검사 방법으로서, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 추정 방법에 의해 추정한 추정 결과에 근거하여, 접합물을 검사하는 것을 특징으로 하는 접합물의 검사방법.
마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물에 대해, 접합 영역을 추정하는 추정 장치로서,

초음파를 접합물에 입사 가능하게 구성되는 것과 동시에, 접합물로부터 반사하는 반사파를 받아들이는 것이 가능하도록 구성된 초음파탐촉자,

초음파탐촉자를, 상기 접합물의 접합 영역상을 통과하도록, 접합물중에서 접합툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면에 대해 주사 이동시키는 탐촉자 이동수단,

탐촉자의 주사 위치를 검출하는 주사 위치 검출 수단,

초음파탐촉자에게 접속되어, 초음파탐촉자가 받아들인 반사파 중에서, 2개의 접합부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파를 추출하는 추출 수단,

주사 위치 검출 수단에 의해 검출되는 주사 위치와, 상기 주사 위치에 대응해 추출수단에 의해 추출되는 주목 반사파를 관련지어 기억하는 기억 수단,

기억 수단에 기억되는 정보를 읽어 들여, 미리 정하는 경계 조건을 만족하는 주목 반사파에 대응하는 주사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 추정 수단, 및

추정 수단에 의해 추정되는 추정 결과를 출력하는 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 접합 영역 추정 장치.
마찰교반접합법에 의해, 겹쳐진 2개의 접합 부재가 서로 접합된 접합물을 검사하는 검사 장치로서,

초음파를 접합물에 입사 가능하게 구성되는 것과 동시에, 접합물로부터 반사하는 반사파를 받아들이는 것이 가능하게 구성되는 초음파탐촉자,

초음파탐촉자를, 접합물의 접합 영역상을 통과하도록, 접합물 중에서 접합 툴이 몰입된 몰입면과 반대측의 면에 대해 주사이동시키는 탐촉자 이동 수단,

탐촉자의 주사 위치를 검출하는 주사 위치 검출 수단,

초음파탐촉자에게 접속되어, 초음파탐촉자가 받아들인 반사파 중에서, 2개의 접합부재의 계면에 상당하는 위치 부근에서 반사하는 주목 반사파를 추출하는 추출 수단,

주사 위치 검출 수단에 의해 검출되는 주사 위치와, 상기 주사 위치에 대응해 추출 수단에 의해 추출되는 주목 반사파를 관련지어 기억하는 기억 수단,

기억 수단에 기억되는 정보를 읽어 들여, 미리 정하는 경계 조건을 만족하는 주목 반사파에 대응하는 주사 위치를, 접합 영역상의 위치로서 추정하는 추정 수단,

추정 수단에 의해 추정되는 추정 결과에 근거하여, 접합물이 미리 정해지는 품질을 만족하는지 아닌지를 판정하는 판정 수단, 및

판정 수단에 의한 판정 결과를 출력하는 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합물의 검사 장치.