ワーク評価方法およびワーク評価装置
【課題】超音波接合における不良品の発生を防止することができるワーク評価方法およびワーク評価装置を提供する。
【解決手段】本発明のワーク評価方法は、スキューネスを算出する段階およびワークの良否を判定する段階を有する。スキューネスを算出する段階は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する。ワークの良否を判定する段階は、算出されるスキューネスに基づいて、超音波接合されるワークの良否を判定する。
【解決手段】本発明のワーク評価方法は、スキューネスを算出する段階およびワークの良否を判定する段階を有する。スキューネスを算出する段階は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する。ワークの良否を判定する段階は、算出されるスキューネスに基づいて、超音波接合されるワークの良否を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク評価方法およびワーク評価装置に関する。特に、本発明は、超音波接合されるワークの良否を判定するワーク評価方法およびワーク評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波接合は、たとえば、２枚の金属板をホーンとアンビルとの間に挟んで加圧しつつ、接触面に平行に超音波振動を加えることによって、これらの金属板を固相接合するものである。
【０００３】
超音波接合された２枚の金属板の接合状態を評価する技術としては、下記の特許文献１に示す良否判別方法が知られている。特許文献１に開示されている良否判別方法では、接合されている金属板および載置部の温度をそれぞれ測定し、測定された温度データを予め定められた基準値と比較することにより接合状態の良否を判別する。
【特許文献１】特開２０００−２０２６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記良否判別方法では、２枚の金属板の接合不具合が判明するのは超音波接合後であるため、接合不具合が判明した２枚の金属板は破棄されなければならず、不良品が発生してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、超音波接合における不良品の発生を防止することができるワーク評価方法およびワーク評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００７】
本発明のワーク評価方法は、スキューネスを算出する段階およびワークの良否を判定する段階を有する。前記スキューネスを算出する段階は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する。前記ワークの良否を判定する段階は、前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する。
【０００８】
本発明のワーク評価装置は、算出手段および判定手段を有する。前記算出手段は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する。前記判定手段は、前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のワーク評価方法およびワーク評価装置によれば、超音波接合前にワークの良否を判定することができるため、超音波接合による不良品の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明のワーク評価方法およびワーク評価装置を用いて、生産工程において超音波接合されるワークの良否を判定する場合を例にとって説明する。図中、同様の部材には、同一の符号を用いた。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるワーク評価装置の適用環境の一例を示すブロック図である。図１に示すとおり、本発明の第１の実施の形態におけるワーク評価装置１００は、表面粗さ測定装置２００および引張り試験装置３００と電気的に接続されている。また、ワーク評価装置１００の周辺には、超音波接合装置４００が設けられている。
【００１２】
ワーク評価装置１００は、超音波接合されるワーク（たとえば、板状の金属部材）の良否を判定するものである。ワーク評価装置１００は、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスＳｋに基づいてワークの良否を判定する。ワーク評価装置１００についての詳細な説明は後述する。
【００１３】
表面粗さ測定装置２００は、たとえば、触針式の粗さ測定装置であって、超音波接合される前のワークの表面粗さを測定する。また、引張り試験装置３００は、超音波接合された一組のワークの接合強度を測定するものであり、超音波接合装置４００は、重ね合わされた一組のワークを加圧しつつ、超音波振動を加えることによってワークを超音波接合するものである。なお、表面粗さ測定装置２００、引張り試験装置３００、および超音波接合装置４００自体は、一般的な表面粗さ測定装置、引張り試験装置、および超音波接合装置であるため、詳細な説明は省略する。
【００１４】
次に、図２を参照しつつ、本実施の形態におけるワーク評価装置１００について詳細に説明する。
【００１５】
図２は、図１に示すワーク評価装置の概略構成を示すブロック図である。図２に示すとおり、本実施の形態のワーク評価装置１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＡＭ１２０、ＲＯＭ１３０、ハードディスク１４０、入力部１５０、表示部１６０、およびインタフェース１７０を有する。これらの各部は、バスを介して相互に接続されている。
【００１６】
ＣＰＵ１１０は、表面粗さ測定装置２００で取得される表面粗さデータなどに対して種々の演算を実行するものである。ＣＰＵ１１０は、算出部（算出手段）および判定部（判定手段）として機能する。
【００１７】
ここで、算出部は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスＳｋを算出するものであり、判定部は、スキューネスＳｋに基づいて、ワークの良否を判定するものである。なお、各部の具体的な処理内容については後述する。
【００１８】
ＲＡＭ１２０は、上述した表面粗さデータを一時的に記憶するものであり、ＲＯＭ１３０は、制御プログラムおよびパラメータなどを予め記憶するものである。
【００１９】
ハードディスク１４０は、ワークのスキューネスＳｋなどを記憶するものである。また、ハードディスク１４０は、ワークの表面粗さデータからスキューネスＳｋを算出する算出プログラム、および、スキューネスＳｋに基づいて、ワークの良否を判定する判定プログラムを格納する。
【００２０】
入力部１５０は、たとえば、キーボード、タッチパネル、およびマウスなどのポインティングデバイスであり、表示部１６０は、たとえば、液晶ディスプレイおよびＣＲＴディスプレイなどである。
【００２１】
インタフェース１７０は、表面粗さ測定装置２００から送信される表面粗さデータなどを受信する。
【００２２】
以上のとおり、構成される本実施の形態におけるワーク評価装置１００では、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合を示すスキューネスＳｋが算出され、算出されるスキューネスＳｋに基づいて、超音波接合されるワークの良否が判定される。以下、図３および図４を参照しつつ、本実施の形態におけるワーク評価方法について詳細に説明する。
【００２３】
まず、図３を参照しつつ、本実施の形態のワーク評価方法において用いられるスキューネスＳｋについて説明する。
【００２４】
図３（Ａ）は、スキューネスＳｋが０の場合に対応するワークの表面粗さデータの偏り具合を示す図であり、図３（Ｂ）は、スキューネスＳｋが負の値をとる場合に対応するワークの表面粗さデータの偏り具合を示す図である。図３（Ｃ）は、スキューネスＳｋが正の値をとる場合に対応するワークの表面粗さデータの偏り具合を示す図である。
【００２５】
上述したとおり、スキューネスＳｋは、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合（ゆがみ）を示すものであり、次式（１）および（２）に基づいて算出される。なお、式中、ｎは、表面粗さデータのサンプル数を示し、Ｙｉは、ｉ番目の表面粗さデータの粗さ曲線の平均線からの高さを示す。
【００２６】
【数１】
【００２７】
図３（Ａ）に示すとおり、スキューネスＳｋが０の場合（Ｓｋ＝０）、ワークの表面粗さデータは高さ方向における偏りを有さない。言い換えれば、スキューネスＳｋが０の場合、ワークの表面粗さ曲線は、高さ方向における平均線からの偏りを有さず、振幅分布曲線も上下方向に偏りを有さない。
【００２８】
また、図３（Ｂ）に示すとおり、スキューネスＳｋが負の値をとる場合（Ｓｋ＜０）、ワークの表面粗さデータは高さ方向において上側への偏りを有する。言い換えれば、スキューネスＳｋが負の値をとる場合、ワークの表面粗さ曲線は、高さ方向における平均線から上側への偏りを有し、振幅分布曲線も上側への偏りを有する。
【００２９】
また、図３（Ｃ）に示すとおり、スキューネスＳｋが正の値をとる場合（Ｓｋ＞０）、ワークの表面粗さデータは高さ方向において下側への偏りを有する。言い換えれば、スキューネスＳｋが正の値をとる場合、ワークの表面粗さ曲線は、高さ方向における平均線から下側への偏りを有し、振幅分布曲線も下側への偏りを有する。
【００３０】
そして、ワーク表面の凹凸が上側へ偏っており、スキューネスＳｋが負の値をとるワークは、他のワークとの間で適度な摩擦係数が得られるため、超音波接合された一組のワークは十分な接合強度が確保される。一方、ワーク表面の凹凸が下側へ偏っており、スキューネスＳｋが正の値をとるワークは、超音波接合時に他のワークとの間で適度な摩擦係数が得られないため、超音波接合された一組のワークは十分な接合強度が確保されない場合がある。本実施の形態のワーク評価方法では、上述したスキューネスＳｋに基づいて、超音波接合されるワークの良否が判定される。
【００３１】
図４は、本実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、ワークの良否を判定する前段階として、ワーク評価装置１００において、ワークの良否を判定する基準となるスキューネスＳｋの上限基準値が算出されている。以下の処理では、予め算出されているスキューネスＳｋの上限基準値に基づいて、ワークの良否が判定される。なお、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される処理の詳細は後述する。
【００３２】
図４に示すとおり、本実施の形態のワーク評価処理では、まず、超音波接合される前のワークの表面粗さが測定される（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、表面粗さ測定装置２００にワークが載置され、超音波接合される前のワークの接合箇所の表面粗さが測定される。測定されたワークの表面粗さデータは、ワーク評価装置１００に送信される。
【００３３】
次に、表面粗さが測定されたワークのスキューネスＳｋが算出される（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００がワークの表面粗さデータを受信して、スキューネスＳｋを算出する。なお、ワークの表面粗さデータからスキューネスＳｋを算出する処理自体は、一般的なデータ処理技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
次に、算出されたスキューネスＳｋが上限基準値以下か否かが判断される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００において、ステップＳ１０２に示す処理で算出されたワークのスキューネスＳｋと、予め設定されている上限基準値とが比較される。算出されたスキューネスＳｋが上限基準値よりも大きい場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、スキューネスＳｋが算出されたワークは十分な接合強度が得られないとして、超音波接合されることなく除外される（ステップＳ１０４）。
【００３５】
一方、算出されたスキューネスＳｋが上限基準値以下の場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、スキューネスＳｋが算出されたワークは十分な接合強度が得られるとして、超音波接合される（ステップＳ１０５）。本実施の形態では、ステップＳ１０３に示す処理において十分な接合強度が得られると判断されたワークが、他のワークと重ね合わされて超音波接合される。より具体的には、超音波接合装置４００のアンビル上に重ね合わされた一組のワークが載置され、ワーク上にホーンが押し当てられることにより、ワークが超音波接合される。
【００３６】
そして、すべてのワークに対して接合が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０６）。すべてのワークに対して接合が終了した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、処理が終了される。一方、すべてのワークに対して接合が終了していない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、すべてのワークに対して接合が終了するまで、ステップＳ１０１以下の処理が繰り返される。
【００３７】
以上のとおり、図４に示すフローチャートの処理によれば、ワークのスキューネスＳｋに基づいて、超音波接合される前のワークの良否が判定される。具体的には、予め設定されている上限基準値以下のスキューネスＳｋのワークが良好であると判定され、他のワークと超音波接合される。一方、上限基準値よりも大きいスキューネスＳｋのワークは不良であると判定され、超音波接合されることなく除外される。以下、図５および図６を参照しつつ、スキューネスＳｋの上限基準値を算出する事前評価処理について説明する。
【００３８】
図５は、本実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の事前評価処理では、複数の事前評価用ワーク（以下、ワークサンプルと称する）を利用して、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される。
【００３９】
図５に示すとおり、本実施の形態における事前評価処理では、まず、ワークサンプルの表面粗さが測定され、表面粗さが測定されたワークサンプルのスキューネスＳｋが算出される（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）。
【００４０】
次に、スキューネスＳｋが算出されたワークサンプルが超音波接合される（ステップＳ２０３）。本実施の形態では、超音波接合装置４００のアンビル上に一組のワークサンプルが載置され、ワークサンプル上にホーンが押し当てられることにより、ワークサンプルが超音波接合される。
【００４１】
次に、超音波接合されたワークサンプルの接合強度が測定される（ステップＳ２０４）。本実施の形態では、引張り試験装置３００によって超音波接合された一組のワークサンプルの接合強度が測定される。測定された接合強度データは、ワーク評価装置１００に送信される。
【００４２】
そして、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋおよび接合強度が算出されたか否かが判断され（ステップＳ２０５）、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋおよび接合強度が算出されるまで、ステップＳ２０１以下の処理が繰り返される。
【００４３】
次に、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋおよび接合強度のデータに基づいて、回帰直線が算出される（ステップＳ２０６）。本実施の形態では、スキューネスＳｋを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする単回帰分析によって、たとえば、図６に示すような回帰直線（回帰式：Ｙ＝Ａ＋ＢＸ）が算出される。このような回帰直線は、複数のスキューネスＳｋと接合強度との関係を示すデータから、たとえば、最小二乗法などにより算出される。
【００４４】
次に、回帰直線に基づいて、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される（ステップＳ２０７）。本実施の形態では、予め設定される接合強度の下限基準値（たとえば、５ｋｇｆ）と、ステップＳ２０６に示す処理で算出された回帰直線とに基づいて回帰の逆推定が実行され、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される。より具体的には、図６における回帰直線と下限基準値との交点のスキューネスＳｋの値が、スキューネスＳｋの上限基準値として算出される。そして、算出されたスキューネスＳｋの上限基準値は、ワーク評価装置１００のハードディスク１４０に記憶され、処理が終了される。
【００４５】
以上のとおり、図５に示すフローチャートの処理によれば、複数のワークサンプルから得られるスキューネス−接合強度関係式に基づいて、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される。そして、図５のフローチャートに示す事前評価処理において算出されたスキューネスＳｋの上限基準値に基づいて、上述した図４に示すフローチャートの処理において、ワークの良否が判定される。
【００４６】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００４７】
（ａ）本実施の形態のワーク評価方法は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する段階と、算出されるスキューネスに基づいて、超音波接合されるワークの良否を判定する段階と、を有する。したがって、超音波接合前にワークの良否を判定することができるため、超音波接合による不良品の発生を防止することができる。その結果、不良品の発生による経済的損失を抑制することができる。
【００４８】
（ｂ）ワークの良否を判定する段階は、算出されるスキューネスと上限基準値とを比較する段階と、スキューネスが上限基準値以下の場合、ワークを良好と判定する段階と、を有する。したがって、予め設定される上限基準値とスキューネスとを比較することによって、ワークの良否を判定することができる。
【００４９】
（ｃ）本実施の形態のワーク評価方法は、複数のワークに対してスキューネスをそれぞれ算出する段階と、複数のワークに対して算出されるスキューネスと対応するワークの接合強度との関係を示すスキューネス−接合強度関係式に基づいて、スキューネスの上限基準値を算出する段階と、をさらに有し、ワークの良否を判定する段階は、上限基準値以下のスキューネスのワークを良好と判定する。したがって、スキューネスＳｋから直接的にワークの良否を判定することができる。また、超音波接合されるワークの接合強度が確保される。
【００５０】
（ｄ）スキューネスの上限基準値を算出する段階は、複数のワークのスキューネスを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により回帰直線を算出する段階と、接合強度の下限基準値と回帰直線とから、スキューネスの上限基準値を算出する段階と、を有する。したがって、回帰分析に基づいて、ワークのスキューネス−接合強度関係式を算出するため、ワークの良否を精度よく判定することができる。
【００５１】
（ｅ）本実施の形態のワーク評価装置は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する算出部と、算出されるスキューネスに基づいて、超音波接合されるワークの良否を判定する判定部と、を有する。したがって、超音波接合前にワークの良否を判定することができるため、超音波接合による不良品の発生を防止することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、ワークの表面粗さデータから算出されるスキューネスＳｋに基づいて、ワークの良否を判定した。本実施の形態では、ワークの表面粗さデータから算出されるスキューネスＳｋと平均粗さＲａとに基づいて、ワークの良否を判定する。
【００５３】
図７は、本発明の第２の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、ワーク表面の平均粗さＲａの対数とスキューネスＳｋとの積、すなわち、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）に基づいて、ワークの良否が判定される。また、本実施の形態では、ワークの良否を判定する前段階として、ワーク評価装置１００において、ワークの良否を判定する基準となるＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出されている。Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出される処理の詳細は後述する。
【００５４】
図７に示すとおり、本実施の形態のワーク評価処理では、まず、超音波接合される前のワークの表面粗さが測定され、表面粗さが測定されたワークのスキューネスＳｋが算出される（ステップＳ３０１，Ｓ３０２）。
【００５５】
次に、表面粗さが測定されたワークの平均粗さＲａが算出される（ステップＳ３０３）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００がワークの表面粗さデータを受信して、平均粗さＲａを算出する。なお、平均粗さＲａは、次式（３）に基づいて算出される。ここで、式中、ｎは、表面粗さデータのサンプル数、Ｙｉは、ｉ番目の表面粗さデータの粗さ曲線の平均線からの高さを示す。また、粗さデータから平均粗さＲａを算出する処理自体は、一般的なデータ処理技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
【数２】
【００５７】
次に、平均粗さＲａの対数とスキューネスＳｋとの積であるＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出される（ステップＳ３０４）。そして、算出されたＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が上限基準値以下か否かが判断される（ステップＳ３０５）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００において、予め設定されている上限基準値と、ステップＳ３０４に示す処理で算出されたＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）とが比較される。Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が上限基準値よりも大きい場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出されたワークは十分な接合強度が得られないとして、超音波接合されることなく除外される（ステップＳ３０６）。一方、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が上限基準値以下の場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出されたワークは十分な接合強度が得られるとして、超音波接合される（ステップＳ３０７）。
【００５８】
そして、すべてのワークに対して接合が終了したか否かが判断され（ステップＳ３０８）、すべてのワークに対して接合が終了するまで、ステップＳ３０１以下の処理が繰り返される。
【００５９】
以上のとおり、図７に示すフローチャートの処理によれば、ワーク表面のスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａに基づいて、ワークの良否が判定される。具体的には、上限基準値以下のＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）のワークが良好であると判定され、他のワークと超音波接合される。一方、上限基準値よりも大きいＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）のワークは不良であると判定され、超音波接合されることなく除外される。以下、図８を参照しつつ、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値を算出する事前評価処理について説明する。
【００６０】
図８は、本実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の事前評価処理では、複数のワークサンプルを利用して、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出される。
【００６１】
図８に示すとおり、本実施の形態における事前評価処理では、まず、ワークサンプルの表面粗さが測定され（ステップＳ４０１）、ワークサンプルのスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出される（ステップＳ４０２，Ｓ４０３）。そして、平均粗さＲａの対数とスキューネスＳｋとの積であるＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出される（ステップＳ４０４）。
【００６２】
次に、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークサンプルが超音波接合され、超音波接合されたワークの接合強度が測定される（ステップＳ４０５，Ｓ４０６）。
【００６３】
次に、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されたか否かが判断され（ステップＳ４０７）、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されるまで、ステップＳ４０１以下の処理が繰り返される。
【００６４】
そして、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度のデータに基づいて、回帰直線が算出される（ステップＳ４０８）。本実施の形態では、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）を説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする単回帰分析によって、回帰直線が算出される。
【００６５】
次に、接合強度の下限基準値と回帰直線とに基づいて、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出され（ステップＳ４０９）、処理が終了される。
【００６６】
以上のとおり、図８に示すフローチャートの処理によれば、複数のワークサンプルから得られるスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出される。そして、図８のフローチャートに示す事前評価処理において算出されたＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値に基づいて、上述した図７に示すフローチャートの処理において、ワークの良否が判定される。
【００６７】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６８】
（ｆ）本実施の形態のワーク評価方法は、ワークの表面粗さ測定結果から、ワークの平均粗さを算出する段階をさらに有し、ワークの良否を判定する段階は、ワークのスキューネスと平均粗さと接合強度との関係を示すスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、ワークの良否を判定する。したがって、複数のパラメータに基づいてワークの良否が判定されるため、良否の判定精度が向上する。
【００６９】
（ｇ）スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、複数のワークそれぞれの平均粗さをＲａ、かつ、スキューネスをＳｋとした場合に、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）を説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により算出される。したがって、回帰直線を利用したワークの良否の判定精度が向上する。
【００７０】
（第３の実施の形態）
次に、図９および図１０を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、重回帰分析を利用してワークの良否を判定する実施の形態である。
【００７１】
図９は、本発明の第３の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、ワーク表面のスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａから推定されるワークの接合強度により、ワークの良否が判定される。また、本実施の形態では、ワークの良否を判定する前段階として、スキューネスＳｋと平均粗さＲａとを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする重回帰分析により、スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出されている。スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される処理の詳細は後述する。
【００７２】
図９に示すとおり、本実施の形態のワーク評価処理では、まず、超音波接合される前のワークの表面粗さが測定され（ステップＳ５０１）、表面粗さが測定されたワークのスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出される（ステップＳ５０２，Ｓ５０３）。
【００７３】
次に、算出されたスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａに基づいて、接合強度の推定値が算出される（ステップＳ５０４）。本実施の形態では、前段階で設定されるスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、接合強度の推定値が算出される。
【００７４】
次に、接合強度の推定値が下限基準値以上か否かが判断される（ステップＳ５０５）。接合強度の推定値が下限基準値未満の場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークは十分な接合強度が得られないとして、超音波接合対象から除外される（ステップＳ５０６）。一方、接合強度の推定値が下限基準値以上の場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークは十分な接合強度が得られるとして、超音波接合される（ステップＳ５０７）。
【００７５】
そして、すべてのワークに対して接合が終了したか否かが判断され（ステップＳ５０８）、すべてのワークに対して接合が終了するまで、ステップＳ５０１以下の処理が繰り返される。
【００７６】
以上のとおり、図９に示すフローチャートの処理によれば、ワーク表面のスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａに基づいて、ワークの接合強度が推定される。そして、推定された接合強度に基づいて、ワークの良否が判定される。以下、図１０を参照しつつ、接合強度を推定するためのスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式を算出する事前評価処理について説明する。
【００７７】
図１０は、本実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の事前評価処理では、複数のワークサンプルを利用して、接合強度を推定するためのスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される。
【００７８】
図１０に示すとおり、本実施の形態における事前評価処理では、まず、ワークサンプルの表面粗さが測定され（ステップＳ６０１）、表面粗さが測定されたワークサンプルのスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出される（ステップＳ６０２，Ｓ６０３）。
【００７９】
次に、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークサンプルが超音波接合され、超音波接合されたワークの接合強度が測定される（ステップＳ６０４，Ｓ６０５）。
【００８０】
次に、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されたか否かが判断され（ステップＳ６０６）、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されるまで、ステップＳ６０１以下の処理が繰り返される。
【００８１】
そして、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度のデータに基づいて、スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される（ステップＳ４０７）。本実施の形態では、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする重回帰分析によって、関係式（回帰式：Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＣＸ２、Ｙ：接合強度、Ｘ１：スキューネスＳｋ、Ｘ２：平均粗さＲａ）が算出される。そして、算出されたスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、ワーク評価装置１００のハードディスク１４０に記憶され、処理が終了される。
【００８２】
以上のとおり、図１０のフローチャートに示す事前評価処理によれば、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度のデータに基づいて、スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される。そして、図１０に示すフローチャートの処理において算出されたスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、図９に示すフローチャートの処理において、ワークの良否が判定される。なお、上述した実施の形態では、重回帰分析により関係式を算出した。しかしながら、たとえば、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とするニューラルネットワークのような他の統計分析を用いて、関係式を算出してもよい。
【００８３】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００８４】
（ｈ）スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、複数のワークのスキューネスおよび平均粗さを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする重回帰分析により算出される。したがって、統計的手法により複数の説明変数と目的変数とが関連付けられるため、ワークの良否の判定精度が向上する。
【００８５】
以上のとおり、第１〜第３の実施の形態において、本発明のワーク評価方法およびワーク評価装置を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。
【００８６】
たとえば、第１〜第３の実施の形態では、表面粗さ測定装置での測定結果から、ワーク評価装置がワークのスキューネスおよび平均粗さを算出した。しかしながら、表面粗さ測定装置に内蔵される演算プログラムなどによって、表面粗さ測定装置がワークのスキューネスおよび平均粗さを算出してもよい。
【００８７】
また、第１〜第３の実施の形態では、下限基準値を超える接合強度に対応するスキューネスのワークを良好と判定した。しかしながら、接合強度を考慮することなく、たとえば、スキューネスが負であるワークを良好と判断してもよい。
【００８８】
さらに、第１および第２の実施の形態では、スキューネスおよびＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値を算出することによって、ワークの良否を判定した。しかしながら、第１および第２の実施の形態においても、第３の実施の形態と同様に、接合強度の推定値を算出することによって、ワークの良否を判定してもよい。
【００８９】
さらに、第１および第２の実施の形態では、線形の回帰式を算出することによって、スキューネスおよびＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値を算出した。しかしながら、非線形の回帰式を算出することによって、上限基準値を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるワーク評価装置の適用環境の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すワーク評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すワーク評価装置でのワーク評価処理において用いられるスキューネスを説明するための図である。
【図４】図１に示すワーク評価装置によるワーク評価処理を示すフローチャートである。
【図５】図１に示すワーク評価装置による事前評価処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５に示すフローチャートの処理にける単回帰分析を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１００ ワーク評価装置、
２００ 表面粗さ測定装置、
３００ 引張り試験装置、
４００ 超音波接合装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク評価方法およびワーク評価装置に関する。特に、本発明は、超音波接合されるワークの良否を判定するワーク評価方法およびワーク評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波接合は、たとえば、２枚の金属板をホーンとアンビルとの間に挟んで加圧しつつ、接触面に平行に超音波振動を加えることによって、これらの金属板を固相接合するものである。
【０００３】
超音波接合された２枚の金属板の接合状態を評価する技術としては、下記の特許文献１に示す良否判別方法が知られている。特許文献１に開示されている良否判別方法では、接合されている金属板および載置部の温度をそれぞれ測定し、測定された温度データを予め定められた基準値と比較することにより接合状態の良否を判別する。
【特許文献１】特開２０００−２０２６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記良否判別方法では、２枚の金属板の接合不具合が判明するのは超音波接合後であるため、接合不具合が判明した２枚の金属板は破棄されなければならず、不良品が発生してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、超音波接合における不良品の発生を防止することができるワーク評価方法およびワーク評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００７】
本発明のワーク評価方法は、スキューネスを算出する段階およびワークの良否を判定する段階を有する。前記スキューネスを算出する段階は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する。前記ワークの良否を判定する段階は、前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する。
【０００８】
本発明のワーク評価装置は、算出手段および判定手段を有する。前記算出手段は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する。前記判定手段は、前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のワーク評価方法およびワーク評価装置によれば、超音波接合前にワークの良否を判定することができるため、超音波接合による不良品の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明のワーク評価方法およびワーク評価装置を用いて、生産工程において超音波接合されるワークの良否を判定する場合を例にとって説明する。図中、同様の部材には、同一の符号を用いた。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるワーク評価装置の適用環境の一例を示すブロック図である。図１に示すとおり、本発明の第１の実施の形態におけるワーク評価装置１００は、表面粗さ測定装置２００および引張り試験装置３００と電気的に接続されている。また、ワーク評価装置１００の周辺には、超音波接合装置４００が設けられている。
【００１２】
ワーク評価装置１００は、超音波接合されるワーク（たとえば、板状の金属部材）の良否を判定するものである。ワーク評価装置１００は、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスＳｋに基づいてワークの良否を判定する。ワーク評価装置１００についての詳細な説明は後述する。
【００１３】
表面粗さ測定装置２００は、たとえば、触針式の粗さ測定装置であって、超音波接合される前のワークの表面粗さを測定する。また、引張り試験装置３００は、超音波接合された一組のワークの接合強度を測定するものであり、超音波接合装置４００は、重ね合わされた一組のワークを加圧しつつ、超音波振動を加えることによってワークを超音波接合するものである。なお、表面粗さ測定装置２００、引張り試験装置３００、および超音波接合装置４００自体は、一般的な表面粗さ測定装置、引張り試験装置、および超音波接合装置であるため、詳細な説明は省略する。
【００１４】
次に、図２を参照しつつ、本実施の形態におけるワーク評価装置１００について詳細に説明する。
【００１５】
図２は、図１に示すワーク評価装置の概略構成を示すブロック図である。図２に示すとおり、本実施の形態のワーク評価装置１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＡＭ１２０、ＲＯＭ１３０、ハードディスク１４０、入力部１５０、表示部１６０、およびインタフェース１７０を有する。これらの各部は、バスを介して相互に接続されている。
【００１６】
ＣＰＵ１１０は、表面粗さ測定装置２００で取得される表面粗さデータなどに対して種々の演算を実行するものである。ＣＰＵ１１０は、算出部（算出手段）および判定部（判定手段）として機能する。
【００１７】
ここで、算出部は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスＳｋを算出するものであり、判定部は、スキューネスＳｋに基づいて、ワークの良否を判定するものである。なお、各部の具体的な処理内容については後述する。
【００１８】
ＲＡＭ１２０は、上述した表面粗さデータを一時的に記憶するものであり、ＲＯＭ１３０は、制御プログラムおよびパラメータなどを予め記憶するものである。
【００１９】
ハードディスク１４０は、ワークのスキューネスＳｋなどを記憶するものである。また、ハードディスク１４０は、ワークの表面粗さデータからスキューネスＳｋを算出する算出プログラム、および、スキューネスＳｋに基づいて、ワークの良否を判定する判定プログラムを格納する。
【００２０】
入力部１５０は、たとえば、キーボード、タッチパネル、およびマウスなどのポインティングデバイスであり、表示部１６０は、たとえば、液晶ディスプレイおよびＣＲＴディスプレイなどである。
【００２１】
インタフェース１７０は、表面粗さ測定装置２００から送信される表面粗さデータなどを受信する。
【００２２】
以上のとおり、構成される本実施の形態におけるワーク評価装置１００では、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合を示すスキューネスＳｋが算出され、算出されるスキューネスＳｋに基づいて、超音波接合されるワークの良否が判定される。以下、図３および図４を参照しつつ、本実施の形態におけるワーク評価方法について詳細に説明する。
【００２３】
まず、図３を参照しつつ、本実施の形態のワーク評価方法において用いられるスキューネスＳｋについて説明する。
【００２４】
図３（Ａ）は、スキューネスＳｋが０の場合に対応するワークの表面粗さデータの偏り具合を示す図であり、図３（Ｂ）は、スキューネスＳｋが負の値をとる場合に対応するワークの表面粗さデータの偏り具合を示す図である。図３（Ｃ）は、スキューネスＳｋが正の値をとる場合に対応するワークの表面粗さデータの偏り具合を示す図である。
【００２５】
上述したとおり、スキューネスＳｋは、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合（ゆがみ）を示すものであり、次式（１）および（２）に基づいて算出される。なお、式中、ｎは、表面粗さデータのサンプル数を示し、Ｙｉは、ｉ番目の表面粗さデータの粗さ曲線の平均線からの高さを示す。
【００２６】
【数１】
【００２７】
図３（Ａ）に示すとおり、スキューネスＳｋが０の場合（Ｓｋ＝０）、ワークの表面粗さデータは高さ方向における偏りを有さない。言い換えれば、スキューネスＳｋが０の場合、ワークの表面粗さ曲線は、高さ方向における平均線からの偏りを有さず、振幅分布曲線も上下方向に偏りを有さない。
【００２８】
また、図３（Ｂ）に示すとおり、スキューネスＳｋが負の値をとる場合（Ｓｋ＜０）、ワークの表面粗さデータは高さ方向において上側への偏りを有する。言い換えれば、スキューネスＳｋが負の値をとる場合、ワークの表面粗さ曲線は、高さ方向における平均線から上側への偏りを有し、振幅分布曲線も上側への偏りを有する。
【００２９】
また、図３（Ｃ）に示すとおり、スキューネスＳｋが正の値をとる場合（Ｓｋ＞０）、ワークの表面粗さデータは高さ方向において下側への偏りを有する。言い換えれば、スキューネスＳｋが正の値をとる場合、ワークの表面粗さ曲線は、高さ方向における平均線から下側への偏りを有し、振幅分布曲線も下側への偏りを有する。
【００３０】
そして、ワーク表面の凹凸が上側へ偏っており、スキューネスＳｋが負の値をとるワークは、他のワークとの間で適度な摩擦係数が得られるため、超音波接合された一組のワークは十分な接合強度が確保される。一方、ワーク表面の凹凸が下側へ偏っており、スキューネスＳｋが正の値をとるワークは、超音波接合時に他のワークとの間で適度な摩擦係数が得られないため、超音波接合された一組のワークは十分な接合強度が確保されない場合がある。本実施の形態のワーク評価方法では、上述したスキューネスＳｋに基づいて、超音波接合されるワークの良否が判定される。
【００３１】
図４は、本実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、ワークの良否を判定する前段階として、ワーク評価装置１００において、ワークの良否を判定する基準となるスキューネスＳｋの上限基準値が算出されている。以下の処理では、予め算出されているスキューネスＳｋの上限基準値に基づいて、ワークの良否が判定される。なお、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される処理の詳細は後述する。
【００３２】
図４に示すとおり、本実施の形態のワーク評価処理では、まず、超音波接合される前のワークの表面粗さが測定される（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、表面粗さ測定装置２００にワークが載置され、超音波接合される前のワークの接合箇所の表面粗さが測定される。測定されたワークの表面粗さデータは、ワーク評価装置１００に送信される。
【００３３】
次に、表面粗さが測定されたワークのスキューネスＳｋが算出される（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００がワークの表面粗さデータを受信して、スキューネスＳｋを算出する。なお、ワークの表面粗さデータからスキューネスＳｋを算出する処理自体は、一般的なデータ処理技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
次に、算出されたスキューネスＳｋが上限基準値以下か否かが判断される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００において、ステップＳ１０２に示す処理で算出されたワークのスキューネスＳｋと、予め設定されている上限基準値とが比較される。算出されたスキューネスＳｋが上限基準値よりも大きい場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、スキューネスＳｋが算出されたワークは十分な接合強度が得られないとして、超音波接合されることなく除外される（ステップＳ１０４）。
【００３５】
一方、算出されたスキューネスＳｋが上限基準値以下の場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、スキューネスＳｋが算出されたワークは十分な接合強度が得られるとして、超音波接合される（ステップＳ１０５）。本実施の形態では、ステップＳ１０３に示す処理において十分な接合強度が得られると判断されたワークが、他のワークと重ね合わされて超音波接合される。より具体的には、超音波接合装置４００のアンビル上に重ね合わされた一組のワークが載置され、ワーク上にホーンが押し当てられることにより、ワークが超音波接合される。
【００３６】
そして、すべてのワークに対して接合が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０６）。すべてのワークに対して接合が終了した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、処理が終了される。一方、すべてのワークに対して接合が終了していない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、すべてのワークに対して接合が終了するまで、ステップＳ１０１以下の処理が繰り返される。
【００３７】
以上のとおり、図４に示すフローチャートの処理によれば、ワークのスキューネスＳｋに基づいて、超音波接合される前のワークの良否が判定される。具体的には、予め設定されている上限基準値以下のスキューネスＳｋのワークが良好であると判定され、他のワークと超音波接合される。一方、上限基準値よりも大きいスキューネスＳｋのワークは不良であると判定され、超音波接合されることなく除外される。以下、図５および図６を参照しつつ、スキューネスＳｋの上限基準値を算出する事前評価処理について説明する。
【００３８】
図５は、本実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の事前評価処理では、複数の事前評価用ワーク（以下、ワークサンプルと称する）を利用して、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される。
【００３９】
図５に示すとおり、本実施の形態における事前評価処理では、まず、ワークサンプルの表面粗さが測定され、表面粗さが測定されたワークサンプルのスキューネスＳｋが算出される（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）。
【００４０】
次に、スキューネスＳｋが算出されたワークサンプルが超音波接合される（ステップＳ２０３）。本実施の形態では、超音波接合装置４００のアンビル上に一組のワークサンプルが載置され、ワークサンプル上にホーンが押し当てられることにより、ワークサンプルが超音波接合される。
【００４１】
次に、超音波接合されたワークサンプルの接合強度が測定される（ステップＳ２０４）。本実施の形態では、引張り試験装置３００によって超音波接合された一組のワークサンプルの接合強度が測定される。測定された接合強度データは、ワーク評価装置１００に送信される。
【００４２】
そして、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋおよび接合強度が算出されたか否かが判断され（ステップＳ２０５）、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋおよび接合強度が算出されるまで、ステップＳ２０１以下の処理が繰り返される。
【００４３】
次に、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋおよび接合強度のデータに基づいて、回帰直線が算出される（ステップＳ２０６）。本実施の形態では、スキューネスＳｋを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする単回帰分析によって、たとえば、図６に示すような回帰直線（回帰式：Ｙ＝Ａ＋ＢＸ）が算出される。このような回帰直線は、複数のスキューネスＳｋと接合強度との関係を示すデータから、たとえば、最小二乗法などにより算出される。
【００４４】
次に、回帰直線に基づいて、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される（ステップＳ２０７）。本実施の形態では、予め設定される接合強度の下限基準値（たとえば、５ｋｇｆ）と、ステップＳ２０６に示す処理で算出された回帰直線とに基づいて回帰の逆推定が実行され、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される。より具体的には、図６における回帰直線と下限基準値との交点のスキューネスＳｋの値が、スキューネスＳｋの上限基準値として算出される。そして、算出されたスキューネスＳｋの上限基準値は、ワーク評価装置１００のハードディスク１４０に記憶され、処理が終了される。
【００４５】
以上のとおり、図５に示すフローチャートの処理によれば、複数のワークサンプルから得られるスキューネス−接合強度関係式に基づいて、スキューネスＳｋの上限基準値が算出される。そして、図５のフローチャートに示す事前評価処理において算出されたスキューネスＳｋの上限基準値に基づいて、上述した図４に示すフローチャートの処理において、ワークの良否が判定される。
【００４６】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００４７】
（ａ）本実施の形態のワーク評価方法は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する段階と、算出されるスキューネスに基づいて、超音波接合されるワークの良否を判定する段階と、を有する。したがって、超音波接合前にワークの良否を判定することができるため、超音波接合による不良品の発生を防止することができる。その結果、不良品の発生による経済的損失を抑制することができる。
【００４８】
（ｂ）ワークの良否を判定する段階は、算出されるスキューネスと上限基準値とを比較する段階と、スキューネスが上限基準値以下の場合、ワークを良好と判定する段階と、を有する。したがって、予め設定される上限基準値とスキューネスとを比較することによって、ワークの良否を判定することができる。
【００４９】
（ｃ）本実施の形態のワーク評価方法は、複数のワークに対してスキューネスをそれぞれ算出する段階と、複数のワークに対して算出されるスキューネスと対応するワークの接合強度との関係を示すスキューネス−接合強度関係式に基づいて、スキューネスの上限基準値を算出する段階と、をさらに有し、ワークの良否を判定する段階は、上限基準値以下のスキューネスのワークを良好と判定する。したがって、スキューネスＳｋから直接的にワークの良否を判定することができる。また、超音波接合されるワークの接合強度が確保される。
【００５０】
（ｄ）スキューネスの上限基準値を算出する段階は、複数のワークのスキューネスを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により回帰直線を算出する段階と、接合強度の下限基準値と回帰直線とから、スキューネスの上限基準値を算出する段階と、を有する。したがって、回帰分析に基づいて、ワークのスキューネス−接合強度関係式を算出するため、ワークの良否を精度よく判定することができる。
【００５１】
（ｅ）本実施の形態のワーク評価装置は、超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する算出部と、算出されるスキューネスに基づいて、超音波接合されるワークの良否を判定する判定部と、を有する。したがって、超音波接合前にワークの良否を判定することができるため、超音波接合による不良品の発生を防止することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、ワークの表面粗さデータから算出されるスキューネスＳｋに基づいて、ワークの良否を判定した。本実施の形態では、ワークの表面粗さデータから算出されるスキューネスＳｋと平均粗さＲａとに基づいて、ワークの良否を判定する。
【００５３】
図７は、本発明の第２の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、ワーク表面の平均粗さＲａの対数とスキューネスＳｋとの積、すなわち、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）に基づいて、ワークの良否が判定される。また、本実施の形態では、ワークの良否を判定する前段階として、ワーク評価装置１００において、ワークの良否を判定する基準となるＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出されている。Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出される処理の詳細は後述する。
【００５４】
図７に示すとおり、本実施の形態のワーク評価処理では、まず、超音波接合される前のワークの表面粗さが測定され、表面粗さが測定されたワークのスキューネスＳｋが算出される（ステップＳ３０１，Ｓ３０２）。
【００５５】
次に、表面粗さが測定されたワークの平均粗さＲａが算出される（ステップＳ３０３）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００がワークの表面粗さデータを受信して、平均粗さＲａを算出する。なお、平均粗さＲａは、次式（３）に基づいて算出される。ここで、式中、ｎは、表面粗さデータのサンプル数、Ｙｉは、ｉ番目の表面粗さデータの粗さ曲線の平均線からの高さを示す。また、粗さデータから平均粗さＲａを算出する処理自体は、一般的なデータ処理技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
【数２】
【００５７】
次に、平均粗さＲａの対数とスキューネスＳｋとの積であるＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出される（ステップＳ３０４）。そして、算出されたＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が上限基準値以下か否かが判断される（ステップＳ３０５）。本実施の形態では、ワーク評価装置１００において、予め設定されている上限基準値と、ステップＳ３０４に示す処理で算出されたＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）とが比較される。Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が上限基準値よりも大きい場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出されたワークは十分な接合強度が得られないとして、超音波接合されることなく除外される（ステップＳ３０６）。一方、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が上限基準値以下の場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出されたワークは十分な接合強度が得られるとして、超音波接合される（ステップＳ３０７）。
【００５８】
そして、すべてのワークに対して接合が終了したか否かが判断され（ステップＳ３０８）、すべてのワークに対して接合が終了するまで、ステップＳ３０１以下の処理が繰り返される。
【００５９】
以上のとおり、図７に示すフローチャートの処理によれば、ワーク表面のスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａに基づいて、ワークの良否が判定される。具体的には、上限基準値以下のＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）のワークが良好であると判定され、他のワークと超音波接合される。一方、上限基準値よりも大きいＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）のワークは不良であると判定され、超音波接合されることなく除外される。以下、図８を参照しつつ、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値を算出する事前評価処理について説明する。
【００６０】
図８は、本実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の事前評価処理では、複数のワークサンプルを利用して、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出される。
【００６１】
図８に示すとおり、本実施の形態における事前評価処理では、まず、ワークサンプルの表面粗さが測定され（ステップＳ４０１）、ワークサンプルのスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出される（ステップＳ４０２，Ｓ４０３）。そして、平均粗さＲａの対数とスキューネスＳｋとの積であるＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）が算出される（ステップＳ４０４）。
【００６２】
次に、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークサンプルが超音波接合され、超音波接合されたワークの接合強度が測定される（ステップＳ４０５，Ｓ４０６）。
【００６３】
次に、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されたか否かが判断され（ステップＳ４０７）、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されるまで、ステップＳ４０１以下の処理が繰り返される。
【００６４】
そして、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度のデータに基づいて、回帰直線が算出される（ステップＳ４０８）。本実施の形態では、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）を説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする単回帰分析によって、回帰直線が算出される。
【００６５】
次に、接合強度の下限基準値と回帰直線とに基づいて、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出され（ステップＳ４０９）、処理が終了される。
【００６６】
以上のとおり、図８に示すフローチャートの処理によれば、複数のワークサンプルから得られるスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値が算出される。そして、図８のフローチャートに示す事前評価処理において算出されたＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値に基づいて、上述した図７に示すフローチャートの処理において、ワークの良否が判定される。
【００６７】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６８】
（ｆ）本実施の形態のワーク評価方法は、ワークの表面粗さ測定結果から、ワークの平均粗さを算出する段階をさらに有し、ワークの良否を判定する段階は、ワークのスキューネスと平均粗さと接合強度との関係を示すスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、ワークの良否を判定する。したがって、複数のパラメータに基づいてワークの良否が判定されるため、良否の判定精度が向上する。
【００６９】
（ｇ）スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、複数のワークそれぞれの平均粗さをＲａ、かつ、スキューネスをＳｋとした場合に、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）を説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により算出される。したがって、回帰直線を利用したワークの良否の判定精度が向上する。
【００７０】
（第３の実施の形態）
次に、図９および図１０を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、重回帰分析を利用してワークの良否を判定する実施の形態である。
【００７１】
図９は、本発明の第３の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、ワーク表面のスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａから推定されるワークの接合強度により、ワークの良否が判定される。また、本実施の形態では、ワークの良否を判定する前段階として、スキューネスＳｋと平均粗さＲａとを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする重回帰分析により、スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出されている。スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される処理の詳細は後述する。
【００７２】
図９に示すとおり、本実施の形態のワーク評価処理では、まず、超音波接合される前のワークの表面粗さが測定され（ステップＳ５０１）、表面粗さが測定されたワークのスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出される（ステップＳ５０２，Ｓ５０３）。
【００７３】
次に、算出されたスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａに基づいて、接合強度の推定値が算出される（ステップＳ５０４）。本実施の形態では、前段階で設定されるスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、接合強度の推定値が算出される。
【００７４】
次に、接合強度の推定値が下限基準値以上か否かが判断される（ステップＳ５０５）。接合強度の推定値が下限基準値未満の場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークは十分な接合強度が得られないとして、超音波接合対象から除外される（ステップＳ５０６）。一方、接合強度の推定値が下限基準値以上の場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークは十分な接合強度が得られるとして、超音波接合される（ステップＳ５０７）。
【００７５】
そして、すべてのワークに対して接合が終了したか否かが判断され（ステップＳ５０８）、すべてのワークに対して接合が終了するまで、ステップＳ５０１以下の処理が繰り返される。
【００７６】
以上のとおり、図９に示すフローチャートの処理によれば、ワーク表面のスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａに基づいて、ワークの接合強度が推定される。そして、推定された接合強度に基づいて、ワークの良否が判定される。以下、図１０を参照しつつ、接合強度を推定するためのスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式を算出する事前評価処理について説明する。
【００７７】
図１０は、本実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の事前評価処理では、複数のワークサンプルを利用して、接合強度を推定するためのスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される。
【００７８】
図１０に示すとおり、本実施の形態における事前評価処理では、まず、ワークサンプルの表面粗さが測定され（ステップＳ６０１）、表面粗さが測定されたワークサンプルのスキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出される（ステップＳ６０２，Ｓ６０３）。
【００７９】
次に、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａが算出されたワークサンプルが超音波接合され、超音波接合されたワークの接合強度が測定される（ステップＳ６０４，Ｓ６０５）。
【００８０】
次に、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されたか否かが判断され（ステップＳ６０６）、すべてのワークサンプルに対してスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度が算出されるまで、ステップＳ６０１以下の処理が繰り返される。
【００８１】
そして、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度のデータに基づいて、スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される（ステップＳ４０７）。本実施の形態では、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする重回帰分析によって、関係式（回帰式：Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＣＸ２、Ｙ：接合強度、Ｘ１：スキューネスＳｋ、Ｘ２：平均粗さＲａ）が算出される。そして、算出されたスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、ワーク評価装置１００のハードディスク１４０に記憶され、処理が終了される。
【００８２】
以上のとおり、図１０のフローチャートに示す事前評価処理によれば、複数のワークサンプルに対して算出されたスキューネスＳｋ、平均粗さＲａ、および接合強度のデータに基づいて、スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式が算出される。そして、図１０に示すフローチャートの処理において算出されたスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、図９に示すフローチャートの処理において、ワークの良否が判定される。なお、上述した実施の形態では、重回帰分析により関係式を算出した。しかしながら、たとえば、スキューネスＳｋおよび平均粗さＲａを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とするニューラルネットワークのような他の統計分析を用いて、関係式を算出してもよい。
【００８３】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００８４】
（ｈ）スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、複数のワークのスキューネスおよび平均粗さを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする重回帰分析により算出される。したがって、統計的手法により複数の説明変数と目的変数とが関連付けられるため、ワークの良否の判定精度が向上する。
【００８５】
以上のとおり、第１〜第３の実施の形態において、本発明のワーク評価方法およびワーク評価装置を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。
【００８６】
たとえば、第１〜第３の実施の形態では、表面粗さ測定装置での測定結果から、ワーク評価装置がワークのスキューネスおよび平均粗さを算出した。しかしながら、表面粗さ測定装置に内蔵される演算プログラムなどによって、表面粗さ測定装置がワークのスキューネスおよび平均粗さを算出してもよい。
【００８７】
また、第１〜第３の実施の形態では、下限基準値を超える接合強度に対応するスキューネスのワークを良好と判定した。しかしながら、接合強度を考慮することなく、たとえば、スキューネスが負であるワークを良好と判断してもよい。
【００８８】
さらに、第１および第２の実施の形態では、スキューネスおよびＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値を算出することによって、ワークの良否を判定した。しかしながら、第１および第２の実施の形態においても、第３の実施の形態と同様に、接合強度の推定値を算出することによって、ワークの良否を判定してもよい。
【００８９】
さらに、第１および第２の実施の形態では、線形の回帰式を算出することによって、スキューネスおよびＳｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）の上限基準値を算出した。しかしながら、非線形の回帰式を算出することによって、上限基準値を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるワーク評価装置の適用環境の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すワーク評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すワーク評価装置でのワーク評価処理において用いられるスキューネスを説明するための図である。
【図４】図１に示すワーク評価装置によるワーク評価処理を示すフローチャートである。
【図５】図１に示すワーク評価装置による事前評価処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５に示すフローチャートの処理にける単回帰分析を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるワーク評価処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における事前評価処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１００ ワーク評価装置、
２００ 表面粗さ測定装置、
３００ 引張り試験装置、
４００ 超音波接合装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する段階と、
前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する段階と、を有することを特徴とするワーク評価方法。
【請求項２】
前記ワークの良否を判定する段階は、
前記算出されるスキューネスと上限基準値とを比較する段階と、
前記スキューネスが上限基準値以下の場合、前記ワークを良好と判定する段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載のワーク評価方法。
【請求項３】
複数のワークに対してスキューネスをそれぞれ算出する段階と、
前記複数のワークに対して算出されるスキューネスと対応するワークの接合強度との関係を示すスキューネス−接合強度関係式に基づいて、前記スキューネスの上限基準値を算出する段階と、をさらに有し、
前記ワークの良否を判定する段階は、
前記上限基準値以下のスキューネスのワークを良好と判定することを特徴とする請求項２に記載のワーク評価方法。
【請求項４】
前記スキューネスの上限基準値を算出する段階は、
前記複数のワークのスキューネスを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により回帰直線を算出する段階と、
接合強度の下限基準値と前記回帰直線とから、前記スキューネスの上限基準値を算出する段階と、を有することを特徴とする請求項３に記載のワーク評価方法。
【請求項５】
前記ワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの平均粗さを算出する段階をさらに有し、
前記ワークの良否を判定する段階は、
ワークのスキューネスと平均粗さと接合強度との関係を示すスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、ワークの良否を判定することを特徴とする請求項１に記載のワーク評価方法。
【請求項６】
前記スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、複数のワークそれぞれの平均粗さをＲａ、かつ、スキューネスをＳｋとした場合に、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）を説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により算出されることを特徴とする請求項５に記載のワーク評価方法。
【請求項７】
前記スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、前記複数のワークのスキューネスおよび平均粗さを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする統計分析により算出されることを特徴とする請求項５に記載のワーク評価方法。
【請求項８】
超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する算出手段と、
前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する判定手段と、を有することを特徴とするワーク評価装置。
【請求項１】
超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する段階と、
前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する段階と、を有することを特徴とするワーク評価方法。
【請求項２】
前記ワークの良否を判定する段階は、
前記算出されるスキューネスと上限基準値とを比較する段階と、
前記スキューネスが上限基準値以下の場合、前記ワークを良好と判定する段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載のワーク評価方法。
【請求項３】
複数のワークに対してスキューネスをそれぞれ算出する段階と、
前記複数のワークに対して算出されるスキューネスと対応するワークの接合強度との関係を示すスキューネス−接合強度関係式に基づいて、前記スキューネスの上限基準値を算出する段階と、をさらに有し、
前記ワークの良否を判定する段階は、
前記上限基準値以下のスキューネスのワークを良好と判定することを特徴とする請求項２に記載のワーク評価方法。
【請求項４】
前記スキューネスの上限基準値を算出する段階は、
前記複数のワークのスキューネスを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により回帰直線を算出する段階と、
接合強度の下限基準値と前記回帰直線とから、前記スキューネスの上限基準値を算出する段階と、を有することを特徴とする請求項３に記載のワーク評価方法。
【請求項５】
前記ワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの平均粗さを算出する段階をさらに有し、
前記ワークの良否を判定する段階は、
ワークのスキューネスと平均粗さと接合強度との関係を示すスキューネス−平均粗さ−接合強度関係式に基づいて、ワークの良否を判定することを特徴とする請求項１に記載のワーク評価方法。
【請求項６】
前記スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、複数のワークそれぞれの平均粗さをＲａ、かつ、スキューネスをＳｋとした場合に、Ｓｋ×ｌｏｇ（Ｒａ）を説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする回帰分析により算出されることを特徴とする請求項５に記載のワーク評価方法。
【請求項７】
前記スキューネス−平均粗さ−接合強度関係式は、前記複数のワークのスキューネスおよび平均粗さを説明変数、かつ、接合強度を目的変数とする統計分析により算出されることを特徴とする請求項５に記載のワーク評価方法。
【請求項８】
超音波接合されるワークの表面粗さ測定結果から、前記ワークの表面粗さデータの高さ方向における偏り度合いを示すスキューネスを算出する算出手段と、
前記算出されるスキューネスに基づいて、前記超音波接合されるワークの良否を判定する判定手段と、を有することを特徴とするワーク評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４７４５６（Ｐ２００９−４７４５６Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１１４８３（Ｐ２００７−２１１４８３）
【出願日】平成１９年８月１４日（２００７．８．１４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１４日（２００７．８．１４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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