超音波接合検査装置および方法
【課題】亀裂の発生を高精度で予測できる超音波接合検査装置および方法を提供する。
【解決手段】振動するホーン１１２をワークＷに押付けて超音波接合する超音波接合装置１００の内部データを用いて、あらかじめ、複数のワーク試料に対して、特徴的数値を算出し、当該複数のワーク試料に対して算出された前記特徴的数値と、対応する複数のワーク試料の変形量とから、これらの関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得する。前記ワーク試料とは別のワークに対し、前記超音波接合装置の内部データから前記特徴的数値を算出し、前記取得された特徴的数値−変形量関係式に基づいて前記ワークの変形量の推定値を算出し、この変形量の推定値に基づいて超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測する。
【解決手段】振動するホーン１１２をワークＷに押付けて超音波接合する超音波接合装置１００の内部データを用いて、あらかじめ、複数のワーク試料に対して、特徴的数値を算出し、当該複数のワーク試料に対して算出された前記特徴的数値と、対応する複数のワーク試料の変形量とから、これらの関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得する。前記ワーク試料とは別のワークに対し、前記超音波接合装置の内部データから前記特徴的数値を算出し、前記取得された特徴的数値−変形量関係式に基づいて前記ワークの変形量の推定値を算出し、この変形量の推定値に基づいて超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合検査装置および超音波接合検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池の電極タブを接続する方法として超音波接合法が採用されているが、電池の電極タブなどは薄板であるため、接合時の亀裂の発生を防止する接合構造が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の接合構造によれば亀裂の発生は抑制できるものの、実際には亀裂の発生は予測が困難であるため、完全になくすことはできない。そのため、たとえば所定ロットごとに亀裂の有無の目視検査を実施するなど、作業者による検品工程が必要となる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、亀裂の発生を高精度で予測できる超音波接合検査装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、あらかじめ特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得しておき、この特徴的数値−変形量関係式に基づいて、特徴的数値からワークの変形量の推定値を算出し、この変形量の推定値に基づいて超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測することによって、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、亀裂発生に相関する特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式をあらかじめ取得しておき、この特徴的数値−変形量関係式に基づいてワークの亀裂発生の可能性を予測するので、亀裂の発生を高い精度で予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した超音波接合システムを示す構成図である。
【図２】図１の超音波接合システムを示すブロック図である。
【図３】図１の検査装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の超音波接合装置によりワークを超音波接合している間に取得される内部データを示すグラフである。
【図５】図１の検査装置における事前評価処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図１の検査装置における検査処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態において算出される特徴的数値を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、図面において同一の部材には同一の符号を用いている。
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施の形態を適用した超音波接合システムを示す構成図であり、超音波接合装置１００に接合良否検査装置２００を適用した超音波接合システムを例に挙げて本発明を説明する。図２は同じく超音波接合システムのブロック図、図３は接合良否検査装置のブロック図である。
【００１０】
超音波接合装置１００は、超音波接合機１１０および制御部１２０を有し、接合良否検査装置２００は、この制御部１２０に電気的に接続されている。
【００１１】
超音波接合機１１０は、アンビル１１１上に載置されるワークＷ（たとえば、２枚の金属板）に対し、超音波で振動するホーン１１２を押付けることによってワークＷを超音波接合するものであり、各駆動部は制御部１２０によって制御される。これに対し接合良否検査装置２００は、超音波接合装置１００がワークＷを超音波接合している間に超音波接合装置１００において時系列に生成される内部データを取得して、超音波接合されたワークＷの接合状態の良否、ここでは接合部分に亀裂の発生があるか否かを判定するものである。
【００１２】
超音波接合機１１０は、図１及び図２に示すように、ワークＷが載置されるアンビル（anvil，受け金具）１１１と、アンビル１１１上に載置されるワークＷに押付けられて振動を付与するホーン（振幅側金具，ソノトロードともいう。）１１２と、を備える。ホーン１１２は、振動子１１３に連結されて所定の振幅および周波数で振動されるとともに、エアシリンダなどの加圧機構１１４によって所定の加圧力でワークＷに押付けられる。ワークＷに押付けられるホーン１１２の上下方向の変位は、ホーン１１２又は加圧機構１１４の駆動部に装着されたリニアスケール１１５によって検出される。
【００１３】
制御部１２０は、制御回路１２１、パワーモジュール１２２、および電力モニタ１２３を備える。制御回路１２１は、パワーモジュール１２２を介して振動子１１３と電気的に接続され、パワーモジュール１２２の出力端は、電力モニタ１２３を介して制御回路１２１と電気的に接続されている。制御回路１２１は、パワーモジュール１２２に電力指令値を送信し、その指令値に基づいてパワーモジュール１２２が振動子１１３に指令電力を供給する。指令電力は、電力モニタ１２３によって検出され、制御回路１２１にフィードバックされる。
【００１４】
また、制御回路１２１は、加圧機構１１４およびリニアスケール１１５に電気的に接続され、リニアスケール１１５により検出されたホーン１１２の変位がフィードバックされるとともに、加圧機構１１４に圧力指令値を送信する。そしてし、ホーン１１２の変位を検出しつつ圧力指令値を送信し、この指令値に基づいて加圧機構１１４がホーン１１２を加圧する。
【００１５】
接合良否検査装置２００は、制御部１２０の制御回路１２１と電気的に接続されており、制御回路１２１を介して超音波接合機１１０から内部データを取得する。本例の接合良否検査装置２００は、内部データから外乱の影響を受け難く、しかも亀裂発生に強く相関する４つの特徴的数値を算出し、算出した３つの特徴的数値に基づいて、ワークの接合状態の良否、すなわち亀裂発生の有無を判定する。なお、本例の接合良否検査装置２００は、超音波接合装置１００の制御部１２０を構成するモニタリング端末の一機能として、当該モニタリング端末に組み込まれている。
【００１６】
本例の接合良否検査装置２００は、図３に示すように、ＣＰＵ２１０、ＲＡＭ２２０、ＲＯＭ２３０、ハードディスク２４０、入力部２５０、表示部２６０、およびインタフェース２７０を備え、これらの各部はバスを介して相互に接続されている。
【００１７】
ＣＰＵ２１０は、超音波接合装置１００の内部データなどに対して種々の演算を実行するものである。ＣＰＵ２１０は、本発明における、特徴的数値−変形量関係式を取得する関係式取得手段と、特徴的数値を算出する第１算出手段と、特徴的数値からワークの変形量の推定値を算出する第２算出手段と、超音波接合されたワークの亀裂発生の可能性を予測する予測手段に相当する。
【００１８】
すなわちＣＰＵ２１０は、超音波接合装置１００の内部データから、４つの特徴的数値を算出し、特徴的数値−変形量関係式を取得するものである。またＣＰＵ２１０は、算出された４つの特徴的数値に基づいて、超音波接合されたワークの接合状態の良否を判定するものである。この具体的な処理内容については後述する。
【００１９】
ＲＡＭ２２０は、上述した内部データを一時的に記憶するものであり、ＲＯＭ２３０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。またハードディスク２４０は、上述した４つの特徴的数値などを記憶するものであり、超音波接合装置１００の内部データから４つの特徴的数値を算出する算出プログラム、および４つの特徴的数値に基づいて超音波接合されたワークの接合状態の良否を判定する判定プログラムを格納する。なお、ＲＯＭ，ＲＡＭおよびハードディスクはいずれもメモリであるため、これらに格納する具体例は上述したものに限定されるものではない。
【００２０】
入力部２５０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２６０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。またインタフェース２７０は、超音波接合装置１００から送信される内部データなどを受信する。
【００２１】
以上のとおり構成された本例の接合良否検査装置２００では、まず、ワーク試料を用いて超音波接合装置１００の内部データに基づいて亀裂発生に関係する事前評価を行い、特徴的数値とワークの変形量との関係式を求めておく。そして、実際のワークを超音波接合する際に、超音波接合装置１００の内部データから４つの特徴的数値を算出し、この算出された４つの特徴的数値と上記予め求めておいた関係式とに基づいて、ワークの変形量を推定し、このワークの変形量の推定値に基づいて超音波接合されたワークの亀裂発生の有無を判定する。以下、接合良否検査装置２００の処理内容について詳細に説明する。
【００２２】
まず、図４を参照しつつ、本例におけるワークＷの亀裂発生の有無の判定に用いられる４つの特徴的数値について説明する。本例では、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する４つの特徴的数値を用いて判定する。
【００２３】
図４は、ワークを超音波接合している間（発振時間Ｔ）に時系列に生成される超音波接合装置１００の内部データを示す図であり、図４（Ａ）の実線は、ワークＷを超音波接合している間に押付け方向に移動するホーン１１２の移動量（以下、沈込量Ｄと称する）を示し、同図の破線は、ホーン１１２の振動子１１３に供給される電力Ｐ（電圧×電流）を示す。図４（Ａ）に示すとおり、ホーン１１２の沈込量Ｄは、発振時間の増加にともなって増加したのち飽和傾向を示す。本例では、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する第１及び第２の特徴的数値として、ワークＷを超音波接合している発振時間Ｔおよびホーン１１２の沈込量Ｄの最大値Ｄｍａｘを用いる。なお、ワークによってはホーン１１２の沈込量Ｄの最大値Ｄｍａｘが亀裂発生にそれほど相関しない場合があり、そのような場合は、ホーン１１２の沈込量Ｄの最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外してもよい。
【００２４】
また、図４（Ｂ）に示すとおり、ワークＷを超音波接合している間に振動子１１３に供給される電力Ｐは、発振時間Ｔの増加にともなって増加したのち飽和傾向を示す。本例では、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する第３および第４の特徴的数値として、ワークを超音波接合している間に振動子１１３に供給される電力Ｐの時間積分値Ｅ（電力の総和、エネルギー）および振動子１１３に供給される電力の最大値Ｐｍａｘ（ピークパワー）を用いる。
【００２５】
次に本例の検査方法を説明する。
【００２６】
図５は、本例における事前評価処理手順を示すフローチャートであり、複数のワーク試料Ｗ０（実際に生産される製品としてのワークＷと区別する意味で別の符号を付するが、物の構造や材質はワークＷと同じものである。）を用いて、実際の生産工程で考えられる接合条件を適宜変更しつつ、超音波接合し、このときの上記４つの特徴的数値を算出するとともに、各ワーク試料Ｗ０の変形量を測定し、これら４つの特徴的数値とワーク試料Ｗ０の変形量のデータから亀裂発生の有無を推定するための特徴的数値−変形量関係式を事前に求めておく。
【００２７】
すなわち、図５のステップＳ１０１では、ワーク試料Ｗ０を超音波接合する際の接合条件が設定される。本例では、振動子１１３の振幅、加圧力および発振時間などの接合条件が制御部１２０を通じて設定される。
【００２８】
次にステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で設定された複数の接合条件で、複数のワーク試料Ｗ０が超音波接合される。本例では、ステップＳ１０１に示す処理で設定された加圧力でワーク試料Ｗ０に押付けられるホーン１１２が、設定された振幅で振動してワーク試料Ｗ０に振動を付与することにより、ワーク試料Ｗ０を超音波接合する。
【００２９】
次にステップＳ１０３では、ワーク試料Ｗ０を超音波接合している発信時間Ｔ、ワーク試料Ｗ０を超音波接合している間のホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘ、振動子１１３に供給された電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘよりなる４つの特徴的数値をそれぞれ算出する。本例では、超音波接合装置１００のリニアスケール１１５および電力モニタ１２３の出力から、ＣＰＵ２１０が上記４つの特徴的数値を算出する。なお、ホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外する場合にはその算出は省略する。また、発信時間Ｔは制御部１２０に設定された値を用いてよい。これら算出された４つの特徴的数値は、ハードディスク２４０に格納される。
【００３０】
次にステップＳ１０４では、超音波接合された各ワーク試料Ｗ０の変形量が測定される。本例では、超音波接合されたワーク試料の変形量を、発生した亀裂の長さで代用し、この亀裂の長さの測定値を変形量とする。ただし、本発明のワーク試料の変形量は、発生した亀裂の長さだけでなく、これに代えて塑性変形した部分の長さで代用することもできる。実際に亀裂が発生していなくても塑性変形量が大きい場合には亀裂発生の可能性が高いといえるからである。こうして測定されたワーク試料の変形量は、ハードディスク２４０に格納される。
【００３１】
そしてステップＳ１０５では、すべての接合条件において超音波接合が完了したか否かが判断される。すべての接合条件において超音波接合が完了していない場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、すべての接合条件で特徴的数値およびワークの変形量が取得されるまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理が繰り返される。
【００３２】
一方、すべての接合条件において、超音波接合が完了した場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６へ進み、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４に示す処理で取得された特徴的数値およびワーク試料の変形量に基づいて、特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式が算出され、処理が終了される。
【００３３】
本例では、種々の接合条件で超音波接合された複数のワーク試料Ｗ０に対して算出された特徴的数値および変形量から、ＣＰＵ２１０が重回帰分析により特徴的数値−変形量関係式を算出する。具体的には、発振時間Ｔ、沈込量の最大値Ｄｍａｘ、電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘよりなる４つの特徴的数値を説明変数とし、かつ変形量を目的変数とする重回帰分析が実行され、Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３＋ＥＸ４（ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ：定数、Ｙ：変形量、Ｘ１：発振時間Ｔ、Ｘ２：沈込量の最大値Ｄｍａｘ、Ｘ３：電力の時間積分値Ｅ、Ｘ４：電力の最大値Ｐｍａｘ）で表される重回帰式が算出される。なお、沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外する場合の重回帰式は、Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＤＸ３＋ＥＸ４（ここで、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ：定数、Ｙ：変形量、Ｘ１：発振時間Ｔ、Ｘ３：電力の時間積分値Ｅ、Ｘ４：電力の最大値Ｐｍａｘ）で表される。
【００３４】
ちなみに、複数のデータから重回帰式を算出する重回帰分析自体は、一般的な統計的手法であるため詳細な説明は省略する。また、特徴的数値−変形量関係式の求め方はこの重回帰法にのみ限定されず、他の幾何学的解析法やニューラルネットワークなどの他の統計分析法を用いることもできる。算出された重回帰式は、ハードディスク２４０に格納される。
【００３５】
以上により、複数のワーク資料Ｗ０に対して算出された発振時間Ｔ、沈込量の最大値Ｄｍａｘ、電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘと、ワークの変形量の実測値とに基づいて、特徴的数値−変形量関係式が算出される。そして、図５に示す手順で算出された特徴的数値−変形量関係式（Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３ＥＸ４）に基づいて、以下に説明する図６の処理にて４つの特徴的数値から実際のワークＷの変形量の推定値が算出される。なお、沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外する場合は、特徴的数値−変形量関係式（Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＤＸ３＋ＥＸ４）に基づいて、以下に説明する図６の処理にて４つの特徴的数値から実際のワークＷの変形量の推定値が算出される。
【００３６】
図６は、本例における亀裂発生検査の処理手順を示すフローチャートであり、発振時間Ｔ、ホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘ、振動子１１３に供給される電力の時間積分値Ｅ、および振動子１１３に供給される電力の最大値Ｐｍａｘに基づいて推定されるワークの変形量から、超音波接合されたワークの亀裂発生の有無が判定される。
【００３７】
まずステップＳ２０１では、実際のワークＷに対し超音波接合が実施され、このとき超音波接合装置１００から内部データが取得される。本例では、接合良否検査装置２００が、インタフェース２７０を介して、超音波接合装置１００のリニアスケール１１５および電力モニタ１２３の出力を内部データとして取得する。
【００３８】
次にステップ２０２では、取得された内部データから、ワークを超音波接合している発振時間Ｔ、超音波接合している間のホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘが算出される。本例では、超音波接合装置１００に設定された発振時間Ｔを発振時間Ｔとし、またステップＳ２０１で取得されたリニアスケール１１５の出力から、ＣＰＵ２１０がホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘを算出する。なお、ホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外した場合にはこの算出は省略する。
【００３９】
またステップＳ２０２では、取得された内部データから、ワークＷを超音波接合している間に振動子１１３に供給された電力の時間積分値Ｅが算出される。本例では、ステップＳ２０１で取得された電力モニタ１２３の出力から、ＣＰＵ２１０が電力の時間積分値Ｅを算出する。
【００４０】
さらにステップＳ２０２では、取得された内部データから、ワークＷを超音波接合している間に振動子１１３に供給された電力の最大値Ｐｍａｘが算出される。本例では、ステップＳ２０１で取得された電力モニタ１２３の出力から、ＣＰＵ２１０が電力の最大値Ｐｍａｘを算出する。
【００４１】
次にステップＳ２０３では、算出された４つの特徴的数値から、超音波接合されたワークＷの変形量の推定値が算出される。本例では、図５に示す事前評価処理によって予め求められた特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式に、ステップＳ２０２で算出された４つの特徴的数値を代入することによって、ＣＰＵ２１０が変形量の推定値を算出する。
【００４２】
次にステップＳ２０４では、変形量の推定値が上限基準値以下か否かが判断される。本例では、ＣＰＵ２１０が、ステップＳ２０３で算出された変形量の推定値を、予め設定されている変形量の上限基準値（亀裂発生の可能性が低いと判断できる変形量の最大閾値）と比較する。
【００４３】
ステップＳ２０４にて変形量の推定値が上限基準値を越える場合には（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ステップＳ２０６へ進み、超音波接合されたワークの接合状態は不良、すなわち亀裂発生の可能性が高いと判断され、処理が終了する。なお、このステップＳ２０６にて、ワークＷには亀裂発生の可能性が高い旨を作業者等に喚起するべく警報等を出力したり、生産管理装置に出力してそのワークＷを生産ライン外へ跳ね出したりしてもよい。
【００４４】
一方、変形量の推定値が上限基準値以下の場合には（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、超音波接合されたワークの接合状態は良好、すなわち亀裂発生の可能性が低いと判断され、処理が終了する。良否の判定結果は、接合良否検査装置２００の表示部２６０に表示される。
【００４５】
以上のとおり、図５に示す判定処理によれば、超音波接合中に発振時間Ｔ、ホーン１１２が降下した沈込量の最大値Ｄｍａｘ（場合によっては除外してもよい）、振動子１１３に供給された電力の時間積分値Ｅ、および振動子１１３に供給された電力の最大値Ｐｍａｘに基づいて、亀裂発生に相関が強いワークの変形量が推定される。そして、推定された変形量に基づいて亀裂発生の有無が判定される。
【００４６】
なお、アルミニウム板と銅板とを超音波接合するワーク試料を用い、図５に示す手順で特徴的数値−変形量関係式を重回帰分析にて求めたところ、発振時間をＴ、沈込量の最大値をＤｍａｘ、電力の時間積分値をＥ、電力の最大値をＰｍａｘとして、ワークの変形量Ｙ＝−４１．３＋２６．８Ｔ−０．０４９Ｅ＋１．３Ｐｍａｘという関係式が得られた。このときの重回帰の分散比は、定数項が２．２、発振時間Ｔの項が０．１６、電力の時間積分値Ｅの項が０．４１、電力の最大値Ｐｍａｘの項が２．９であった。また、このワーク試料では、沈込量の最大値Ｄｍａｘは、ワークの変形量に相関がなかった。
【００４７】
本例によれば、振動するホーン１１２を押付けてワークＷを超音波接合する超音波接合装置１００の内部データから、ワークＷを超音波接合している発振時間Ｔ、超音波接合している間に押付け方向に移動するホーンの沈込量の最大値Ｄｍａｘ（場合によっては除外してもよい）、ホーン１１２の振動子１１３に供給される電力Ｐの時間積分値Ｅ、および電力Ｐの最大値Ｐｍａｘよりなる４つ（または３つ）の特徴的数値を算出し、算出された４つ（または３つ）の特徴的数値に基づいて、超音波接合されたワークＷの亀裂発生の有無を判定する。したがって、外乱の影響を受け難く、しかも亀裂発生に相関性が強い４つ（または３つ）の特徴的数値に基づいてワークＷの亀裂発生の有無を判定するため、亀裂発生の判定精度が向上する。
【００４８】
また、ワークの亀裂発生の有無判定する場合は、算出された４つ（または３つ）の特徴的数値から超音波接合されたワークの変形量の推定値を算出し、算出された変形量の推定値と変形量の上限基準値とを比較し、変形量の推定値が上限基準値以下である場合には、ワークの亀裂発生の可能性が低いと判定する一方で、変形量の推定値が上限基準値を越えている場合は、ワークの亀裂発生の可能性が高いと判定する。したがって、ワークの亀裂発生の有無を画一的に判定することができると同時に、超音波接合したワークの変形量の推定値が上限基準値からどの程度離れているかも知ることができるため、亀裂発生可能性の度合いを定量的に知ることもできる。
【００４９】
［第２実施形態］
図７は本発明の他の実施の形態を適用した超音波接合システムにおいて、亀裂発生の有無の判定に用いられる特徴的数値を説明するグラフであり、上述した第１実施形態に係る４つ（または３つ）の特徴的数値に付加される他の特徴的数値を示す図である。
【００５０】
図７の破線で示すとおり、超音波接合装置１００の内部データにおいて、振動子１１３に供給される電力Ｐと発振時間Ｔとの関係を示す電力−時間曲線は、発振時間Ｔの増加にともなって増加する電力Ｐが飽和傾向となるときに極大点を示す。このような極大点は、ワークＷの固相接合が開始される時点と考えられる。
【００５１】
そこで本例では、振動子１１３に供給される電力Ｐが極大点に達するまでの間の内部データから、外乱の影響を受けにくい他の特徴的数値を算出する。なお、下記のとおり第５の特徴的数値を付加して、超音波接合されたワークの亀裂発生の有無を判定することを除いては、上述した第１実施形態と同様であるため、共通部分はここに援用する。
【００５２】
図７に示すとおり、本例では、電力Ｐが極大点に達するまでの時間Ｔ１、電力Ｐが極大点に達したときの電力の値Ｐ１、電力Ｐが極大点に達するまでのホーン１１２の沈込量Ｄ１、または電力Ｐが極大点に達するまでのホーン１１２の沈込量と時間との関係を示す沈込量−時間曲線の傾きθの少なくとも一つを、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する第５の特徴的数値として算出する。２以上の特徴的数値を付加する場合には、それが第６の特徴的数値、第７の特徴的数値…となる。
【００５３】
ここで、沈込量−時間曲線の傾きθは、たとえば、電力が極大点に達するまでの間の所定時間における沈込量−時間曲線の近似直線の傾きとして算出することができる。
【００５４】
本例では、第１実施形態について図５で示した手順と同じ手順で、発振時間Ｔ、沈込量の最大値Ｄｍａｘ、電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘと、上述した第５の特徴的数値とワーク試料の変形量の実測値とから、あらかじめ特徴的数値−変形量関係式を求めておき、実際のワークについては、５つの特徴的数値と上記関係式とに基づいて、ワークの変形量の推定値を算出し、このワークの変形量の推定値からワークＷの亀裂発生の有無を判定する。このように特徴的数値を付加することにより、ワークの亀裂発生の有無の判定精度がさらに向上する。
【符号の説明】
【００５５】
１００…超音波接合装置
１１１…アンビル
１１２…ホーン
１１３…振動子
２００…接合良否検査装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合検査装置および超音波接合検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池の電極タブを接続する方法として超音波接合法が採用されているが、電池の電極タブなどは薄板であるため、接合時の亀裂の発生を防止する接合構造が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の接合構造によれば亀裂の発生は抑制できるものの、実際には亀裂の発生は予測が困難であるため、完全になくすことはできない。そのため、たとえば所定ロットごとに亀裂の有無の目視検査を実施するなど、作業者による検品工程が必要となる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、亀裂の発生を高精度で予測できる超音波接合検査装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、あらかじめ特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得しておき、この特徴的数値−変形量関係式に基づいて、特徴的数値からワークの変形量の推定値を算出し、この変形量の推定値に基づいて超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測することによって、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、亀裂発生に相関する特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式をあらかじめ取得しておき、この特徴的数値−変形量関係式に基づいてワークの亀裂発生の可能性を予測するので、亀裂の発生を高い精度で予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した超音波接合システムを示す構成図である。
【図２】図１の超音波接合システムを示すブロック図である。
【図３】図１の検査装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の超音波接合装置によりワークを超音波接合している間に取得される内部データを示すグラフである。
【図５】図１の検査装置における事前評価処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図１の検査装置における検査処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態において算出される特徴的数値を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、図面において同一の部材には同一の符号を用いている。
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施の形態を適用した超音波接合システムを示す構成図であり、超音波接合装置１００に接合良否検査装置２００を適用した超音波接合システムを例に挙げて本発明を説明する。図２は同じく超音波接合システムのブロック図、図３は接合良否検査装置のブロック図である。
【００１０】
超音波接合装置１００は、超音波接合機１１０および制御部１２０を有し、接合良否検査装置２００は、この制御部１２０に電気的に接続されている。
【００１１】
超音波接合機１１０は、アンビル１１１上に載置されるワークＷ（たとえば、２枚の金属板）に対し、超音波で振動するホーン１１２を押付けることによってワークＷを超音波接合するものであり、各駆動部は制御部１２０によって制御される。これに対し接合良否検査装置２００は、超音波接合装置１００がワークＷを超音波接合している間に超音波接合装置１００において時系列に生成される内部データを取得して、超音波接合されたワークＷの接合状態の良否、ここでは接合部分に亀裂の発生があるか否かを判定するものである。
【００１２】
超音波接合機１１０は、図１及び図２に示すように、ワークＷが載置されるアンビル（anvil，受け金具）１１１と、アンビル１１１上に載置されるワークＷに押付けられて振動を付与するホーン（振幅側金具，ソノトロードともいう。）１１２と、を備える。ホーン１１２は、振動子１１３に連結されて所定の振幅および周波数で振動されるとともに、エアシリンダなどの加圧機構１１４によって所定の加圧力でワークＷに押付けられる。ワークＷに押付けられるホーン１１２の上下方向の変位は、ホーン１１２又は加圧機構１１４の駆動部に装着されたリニアスケール１１５によって検出される。
【００１３】
制御部１２０は、制御回路１２１、パワーモジュール１２２、および電力モニタ１２３を備える。制御回路１２１は、パワーモジュール１２２を介して振動子１１３と電気的に接続され、パワーモジュール１２２の出力端は、電力モニタ１２３を介して制御回路１２１と電気的に接続されている。制御回路１２１は、パワーモジュール１２２に電力指令値を送信し、その指令値に基づいてパワーモジュール１２２が振動子１１３に指令電力を供給する。指令電力は、電力モニタ１２３によって検出され、制御回路１２１にフィードバックされる。
【００１４】
また、制御回路１２１は、加圧機構１１４およびリニアスケール１１５に電気的に接続され、リニアスケール１１５により検出されたホーン１１２の変位がフィードバックされるとともに、加圧機構１１４に圧力指令値を送信する。そしてし、ホーン１１２の変位を検出しつつ圧力指令値を送信し、この指令値に基づいて加圧機構１１４がホーン１１２を加圧する。
【００１５】
接合良否検査装置２００は、制御部１２０の制御回路１２１と電気的に接続されており、制御回路１２１を介して超音波接合機１１０から内部データを取得する。本例の接合良否検査装置２００は、内部データから外乱の影響を受け難く、しかも亀裂発生に強く相関する４つの特徴的数値を算出し、算出した３つの特徴的数値に基づいて、ワークの接合状態の良否、すなわち亀裂発生の有無を判定する。なお、本例の接合良否検査装置２００は、超音波接合装置１００の制御部１２０を構成するモニタリング端末の一機能として、当該モニタリング端末に組み込まれている。
【００１６】
本例の接合良否検査装置２００は、図３に示すように、ＣＰＵ２１０、ＲＡＭ２２０、ＲＯＭ２３０、ハードディスク２４０、入力部２５０、表示部２６０、およびインタフェース２７０を備え、これらの各部はバスを介して相互に接続されている。
【００１７】
ＣＰＵ２１０は、超音波接合装置１００の内部データなどに対して種々の演算を実行するものである。ＣＰＵ２１０は、本発明における、特徴的数値−変形量関係式を取得する関係式取得手段と、特徴的数値を算出する第１算出手段と、特徴的数値からワークの変形量の推定値を算出する第２算出手段と、超音波接合されたワークの亀裂発生の可能性を予測する予測手段に相当する。
【００１８】
すなわちＣＰＵ２１０は、超音波接合装置１００の内部データから、４つの特徴的数値を算出し、特徴的数値−変形量関係式を取得するものである。またＣＰＵ２１０は、算出された４つの特徴的数値に基づいて、超音波接合されたワークの接合状態の良否を判定するものである。この具体的な処理内容については後述する。
【００１９】
ＲＡＭ２２０は、上述した内部データを一時的に記憶するものであり、ＲＯＭ２３０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。またハードディスク２４０は、上述した４つの特徴的数値などを記憶するものであり、超音波接合装置１００の内部データから４つの特徴的数値を算出する算出プログラム、および４つの特徴的数値に基づいて超音波接合されたワークの接合状態の良否を判定する判定プログラムを格納する。なお、ＲＯＭ，ＲＡＭおよびハードディスクはいずれもメモリであるため、これらに格納する具体例は上述したものに限定されるものではない。
【００２０】
入力部２５０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２６０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。またインタフェース２７０は、超音波接合装置１００から送信される内部データなどを受信する。
【００２１】
以上のとおり構成された本例の接合良否検査装置２００では、まず、ワーク試料を用いて超音波接合装置１００の内部データに基づいて亀裂発生に関係する事前評価を行い、特徴的数値とワークの変形量との関係式を求めておく。そして、実際のワークを超音波接合する際に、超音波接合装置１００の内部データから４つの特徴的数値を算出し、この算出された４つの特徴的数値と上記予め求めておいた関係式とに基づいて、ワークの変形量を推定し、このワークの変形量の推定値に基づいて超音波接合されたワークの亀裂発生の有無を判定する。以下、接合良否検査装置２００の処理内容について詳細に説明する。
【００２２】
まず、図４を参照しつつ、本例におけるワークＷの亀裂発生の有無の判定に用いられる４つの特徴的数値について説明する。本例では、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する４つの特徴的数値を用いて判定する。
【００２３】
図４は、ワークを超音波接合している間（発振時間Ｔ）に時系列に生成される超音波接合装置１００の内部データを示す図であり、図４（Ａ）の実線は、ワークＷを超音波接合している間に押付け方向に移動するホーン１１２の移動量（以下、沈込量Ｄと称する）を示し、同図の破線は、ホーン１１２の振動子１１３に供給される電力Ｐ（電圧×電流）を示す。図４（Ａ）に示すとおり、ホーン１１２の沈込量Ｄは、発振時間の増加にともなって増加したのち飽和傾向を示す。本例では、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する第１及び第２の特徴的数値として、ワークＷを超音波接合している発振時間Ｔおよびホーン１１２の沈込量Ｄの最大値Ｄｍａｘを用いる。なお、ワークによってはホーン１１２の沈込量Ｄの最大値Ｄｍａｘが亀裂発生にそれほど相関しない場合があり、そのような場合は、ホーン１１２の沈込量Ｄの最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外してもよい。
【００２４】
また、図４（Ｂ）に示すとおり、ワークＷを超音波接合している間に振動子１１３に供給される電力Ｐは、発振時間Ｔの増加にともなって増加したのち飽和傾向を示す。本例では、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する第３および第４の特徴的数値として、ワークを超音波接合している間に振動子１１３に供給される電力Ｐの時間積分値Ｅ（電力の総和、エネルギー）および振動子１１３に供給される電力の最大値Ｐｍａｘ（ピークパワー）を用いる。
【００２５】
次に本例の検査方法を説明する。
【００２６】
図５は、本例における事前評価処理手順を示すフローチャートであり、複数のワーク試料Ｗ０（実際に生産される製品としてのワークＷと区別する意味で別の符号を付するが、物の構造や材質はワークＷと同じものである。）を用いて、実際の生産工程で考えられる接合条件を適宜変更しつつ、超音波接合し、このときの上記４つの特徴的数値を算出するとともに、各ワーク試料Ｗ０の変形量を測定し、これら４つの特徴的数値とワーク試料Ｗ０の変形量のデータから亀裂発生の有無を推定するための特徴的数値−変形量関係式を事前に求めておく。
【００２７】
すなわち、図５のステップＳ１０１では、ワーク試料Ｗ０を超音波接合する際の接合条件が設定される。本例では、振動子１１３の振幅、加圧力および発振時間などの接合条件が制御部１２０を通じて設定される。
【００２８】
次にステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で設定された複数の接合条件で、複数のワーク試料Ｗ０が超音波接合される。本例では、ステップＳ１０１に示す処理で設定された加圧力でワーク試料Ｗ０に押付けられるホーン１１２が、設定された振幅で振動してワーク試料Ｗ０に振動を付与することにより、ワーク試料Ｗ０を超音波接合する。
【００２９】
次にステップＳ１０３では、ワーク試料Ｗ０を超音波接合している発信時間Ｔ、ワーク試料Ｗ０を超音波接合している間のホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘ、振動子１１３に供給された電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘよりなる４つの特徴的数値をそれぞれ算出する。本例では、超音波接合装置１００のリニアスケール１１５および電力モニタ１２３の出力から、ＣＰＵ２１０が上記４つの特徴的数値を算出する。なお、ホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外する場合にはその算出は省略する。また、発信時間Ｔは制御部１２０に設定された値を用いてよい。これら算出された４つの特徴的数値は、ハードディスク２４０に格納される。
【００３０】
次にステップＳ１０４では、超音波接合された各ワーク試料Ｗ０の変形量が測定される。本例では、超音波接合されたワーク試料の変形量を、発生した亀裂の長さで代用し、この亀裂の長さの測定値を変形量とする。ただし、本発明のワーク試料の変形量は、発生した亀裂の長さだけでなく、これに代えて塑性変形した部分の長さで代用することもできる。実際に亀裂が発生していなくても塑性変形量が大きい場合には亀裂発生の可能性が高いといえるからである。こうして測定されたワーク試料の変形量は、ハードディスク２４０に格納される。
【００３１】
そしてステップＳ１０５では、すべての接合条件において超音波接合が完了したか否かが判断される。すべての接合条件において超音波接合が完了していない場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、すべての接合条件で特徴的数値およびワークの変形量が取得されるまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理が繰り返される。
【００３２】
一方、すべての接合条件において、超音波接合が完了した場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６へ進み、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４に示す処理で取得された特徴的数値およびワーク試料の変形量に基づいて、特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式が算出され、処理が終了される。
【００３３】
本例では、種々の接合条件で超音波接合された複数のワーク試料Ｗ０に対して算出された特徴的数値および変形量から、ＣＰＵ２１０が重回帰分析により特徴的数値−変形量関係式を算出する。具体的には、発振時間Ｔ、沈込量の最大値Ｄｍａｘ、電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘよりなる４つの特徴的数値を説明変数とし、かつ変形量を目的変数とする重回帰分析が実行され、Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３＋ＥＸ４（ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ：定数、Ｙ：変形量、Ｘ１：発振時間Ｔ、Ｘ２：沈込量の最大値Ｄｍａｘ、Ｘ３：電力の時間積分値Ｅ、Ｘ４：電力の最大値Ｐｍａｘ）で表される重回帰式が算出される。なお、沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外する場合の重回帰式は、Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＤＸ３＋ＥＸ４（ここで、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ：定数、Ｙ：変形量、Ｘ１：発振時間Ｔ、Ｘ３：電力の時間積分値Ｅ、Ｘ４：電力の最大値Ｐｍａｘ）で表される。
【００３４】
ちなみに、複数のデータから重回帰式を算出する重回帰分析自体は、一般的な統計的手法であるため詳細な説明は省略する。また、特徴的数値−変形量関係式の求め方はこの重回帰法にのみ限定されず、他の幾何学的解析法やニューラルネットワークなどの他の統計分析法を用いることもできる。算出された重回帰式は、ハードディスク２４０に格納される。
【００３５】
以上により、複数のワーク資料Ｗ０に対して算出された発振時間Ｔ、沈込量の最大値Ｄｍａｘ、電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘと、ワークの変形量の実測値とに基づいて、特徴的数値−変形量関係式が算出される。そして、図５に示す手順で算出された特徴的数値−変形量関係式（Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３ＥＸ４）に基づいて、以下に説明する図６の処理にて４つの特徴的数値から実際のワークＷの変形量の推定値が算出される。なお、沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外する場合は、特徴的数値−変形量関係式（Ｙ＝Ａ＋ＢＸ１＋ＤＸ３＋ＥＸ４）に基づいて、以下に説明する図６の処理にて４つの特徴的数値から実際のワークＷの変形量の推定値が算出される。
【００３６】
図６は、本例における亀裂発生検査の処理手順を示すフローチャートであり、発振時間Ｔ、ホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘ、振動子１１３に供給される電力の時間積分値Ｅ、および振動子１１３に供給される電力の最大値Ｐｍａｘに基づいて推定されるワークの変形量から、超音波接合されたワークの亀裂発生の有無が判定される。
【００３７】
まずステップＳ２０１では、実際のワークＷに対し超音波接合が実施され、このとき超音波接合装置１００から内部データが取得される。本例では、接合良否検査装置２００が、インタフェース２７０を介して、超音波接合装置１００のリニアスケール１１５および電力モニタ１２３の出力を内部データとして取得する。
【００３８】
次にステップ２０２では、取得された内部データから、ワークを超音波接合している発振時間Ｔ、超音波接合している間のホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘが算出される。本例では、超音波接合装置１００に設定された発振時間Ｔを発振時間Ｔとし、またステップＳ２０１で取得されたリニアスケール１１５の出力から、ＣＰＵ２１０がホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘを算出する。なお、ホーン１１２の沈込量の最大値Ｄｍａｘを特徴的数値から除外した場合にはこの算出は省略する。
【００３９】
またステップＳ２０２では、取得された内部データから、ワークＷを超音波接合している間に振動子１１３に供給された電力の時間積分値Ｅが算出される。本例では、ステップＳ２０１で取得された電力モニタ１２３の出力から、ＣＰＵ２１０が電力の時間積分値Ｅを算出する。
【００４０】
さらにステップＳ２０２では、取得された内部データから、ワークＷを超音波接合している間に振動子１１３に供給された電力の最大値Ｐｍａｘが算出される。本例では、ステップＳ２０１で取得された電力モニタ１２３の出力から、ＣＰＵ２１０が電力の最大値Ｐｍａｘを算出する。
【００４１】
次にステップＳ２０３では、算出された４つの特徴的数値から、超音波接合されたワークＷの変形量の推定値が算出される。本例では、図５に示す事前評価処理によって予め求められた特徴的数値と変形量との関係を示す特徴的数値−変形量関係式に、ステップＳ２０２で算出された４つの特徴的数値を代入することによって、ＣＰＵ２１０が変形量の推定値を算出する。
【００４２】
次にステップＳ２０４では、変形量の推定値が上限基準値以下か否かが判断される。本例では、ＣＰＵ２１０が、ステップＳ２０３で算出された変形量の推定値を、予め設定されている変形量の上限基準値（亀裂発生の可能性が低いと判断できる変形量の最大閾値）と比較する。
【００４３】
ステップＳ２０４にて変形量の推定値が上限基準値を越える場合には（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ステップＳ２０６へ進み、超音波接合されたワークの接合状態は不良、すなわち亀裂発生の可能性が高いと判断され、処理が終了する。なお、このステップＳ２０６にて、ワークＷには亀裂発生の可能性が高い旨を作業者等に喚起するべく警報等を出力したり、生産管理装置に出力してそのワークＷを生産ライン外へ跳ね出したりしてもよい。
【００４４】
一方、変形量の推定値が上限基準値以下の場合には（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、超音波接合されたワークの接合状態は良好、すなわち亀裂発生の可能性が低いと判断され、処理が終了する。良否の判定結果は、接合良否検査装置２００の表示部２６０に表示される。
【００４５】
以上のとおり、図５に示す判定処理によれば、超音波接合中に発振時間Ｔ、ホーン１１２が降下した沈込量の最大値Ｄｍａｘ（場合によっては除外してもよい）、振動子１１３に供給された電力の時間積分値Ｅ、および振動子１１３に供給された電力の最大値Ｐｍａｘに基づいて、亀裂発生に相関が強いワークの変形量が推定される。そして、推定された変形量に基づいて亀裂発生の有無が判定される。
【００４６】
なお、アルミニウム板と銅板とを超音波接合するワーク試料を用い、図５に示す手順で特徴的数値−変形量関係式を重回帰分析にて求めたところ、発振時間をＴ、沈込量の最大値をＤｍａｘ、電力の時間積分値をＥ、電力の最大値をＰｍａｘとして、ワークの変形量Ｙ＝−４１．３＋２６．８Ｔ−０．０４９Ｅ＋１．３Ｐｍａｘという関係式が得られた。このときの重回帰の分散比は、定数項が２．２、発振時間Ｔの項が０．１６、電力の時間積分値Ｅの項が０．４１、電力の最大値Ｐｍａｘの項が２．９であった。また、このワーク試料では、沈込量の最大値Ｄｍａｘは、ワークの変形量に相関がなかった。
【００４７】
本例によれば、振動するホーン１１２を押付けてワークＷを超音波接合する超音波接合装置１００の内部データから、ワークＷを超音波接合している発振時間Ｔ、超音波接合している間に押付け方向に移動するホーンの沈込量の最大値Ｄｍａｘ（場合によっては除外してもよい）、ホーン１１２の振動子１１３に供給される電力Ｐの時間積分値Ｅ、および電力Ｐの最大値Ｐｍａｘよりなる４つ（または３つ）の特徴的数値を算出し、算出された４つ（または３つ）の特徴的数値に基づいて、超音波接合されたワークＷの亀裂発生の有無を判定する。したがって、外乱の影響を受け難く、しかも亀裂発生に相関性が強い４つ（または３つ）の特徴的数値に基づいてワークＷの亀裂発生の有無を判定するため、亀裂発生の判定精度が向上する。
【００４８】
また、ワークの亀裂発生の有無判定する場合は、算出された４つ（または３つ）の特徴的数値から超音波接合されたワークの変形量の推定値を算出し、算出された変形量の推定値と変形量の上限基準値とを比較し、変形量の推定値が上限基準値以下である場合には、ワークの亀裂発生の可能性が低いと判定する一方で、変形量の推定値が上限基準値を越えている場合は、ワークの亀裂発生の可能性が高いと判定する。したがって、ワークの亀裂発生の有無を画一的に判定することができると同時に、超音波接合したワークの変形量の推定値が上限基準値からどの程度離れているかも知ることができるため、亀裂発生可能性の度合いを定量的に知ることもできる。
【００４９】
［第２実施形態］
図７は本発明の他の実施の形態を適用した超音波接合システムにおいて、亀裂発生の有無の判定に用いられる特徴的数値を説明するグラフであり、上述した第１実施形態に係る４つ（または３つ）の特徴的数値に付加される他の特徴的数値を示す図である。
【００５０】
図７の破線で示すとおり、超音波接合装置１００の内部データにおいて、振動子１１３に供給される電力Ｐと発振時間Ｔとの関係を示す電力−時間曲線は、発振時間Ｔの増加にともなって増加する電力Ｐが飽和傾向となるときに極大点を示す。このような極大点は、ワークＷの固相接合が開始される時点と考えられる。
【００５１】
そこで本例では、振動子１１３に供給される電力Ｐが極大点に達するまでの間の内部データから、外乱の影響を受けにくい他の特徴的数値を算出する。なお、下記のとおり第５の特徴的数値を付加して、超音波接合されたワークの亀裂発生の有無を判定することを除いては、上述した第１実施形態と同様であるため、共通部分はここに援用する。
【００５２】
図７に示すとおり、本例では、電力Ｐが極大点に達するまでの時間Ｔ１、電力Ｐが極大点に達したときの電力の値Ｐ１、電力Ｐが極大点に達するまでのホーン１１２の沈込量Ｄ１、または電力Ｐが極大点に達するまでのホーン１１２の沈込量と時間との関係を示す沈込量−時間曲線の傾きθの少なくとも一つを、外乱の影響を受け難くかつ亀裂発生に強く相関する第５の特徴的数値として算出する。２以上の特徴的数値を付加する場合には、それが第６の特徴的数値、第７の特徴的数値…となる。
【００５３】
ここで、沈込量−時間曲線の傾きθは、たとえば、電力が極大点に達するまでの間の所定時間における沈込量−時間曲線の近似直線の傾きとして算出することができる。
【００５４】
本例では、第１実施形態について図５で示した手順と同じ手順で、発振時間Ｔ、沈込量の最大値Ｄｍａｘ、電力の時間積分値Ｅ、および電力の最大値Ｐｍａｘと、上述した第５の特徴的数値とワーク試料の変形量の実測値とから、あらかじめ特徴的数値−変形量関係式を求めておき、実際のワークについては、５つの特徴的数値と上記関係式とに基づいて、ワークの変形量の推定値を算出し、このワークの変形量の推定値からワークＷの亀裂発生の有無を判定する。このように特徴的数値を付加することにより、ワークの亀裂発生の有無の判定精度がさらに向上する。
【符号の説明】
【００５５】
１００…超音波接合装置
１１１…アンビル
１１２…ホーン
１１３…振動子
２００…接合良否検査装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動するホーンをワークに押付けて超音波接合する超音波接合装置の内部データを用いて、あらかじめ、複数のワーク試料に対して、前記ワーク試料を超音波接合している発振時間、前記ホーンの振動子に供給された電力の総和および前記電力の最大値という特徴的数値を算出し、当該複数のワーク試料に対して算出された前記特徴的数値と、対応する複数のワーク試料の変形量とから、これらの関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得する関係式取得手段と、
前記ワーク試料とは別のワークに対し、前記超音波接合装置の内部データから前記特徴的数値を算出する第１算出手段と、
前記取得された特徴的数値−変形量関係式に基づいて、前記第１算出手段で算出された前記特徴的数値から前記ワークの変形量の推定値を算出する第２算出手段と、
前記第２算出手段で算出された変形量の推定値に基づいて、超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測する予測手段と、を備える超音波接合検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波接合検査装置において、
前記関係式取得手段は、前記特徴的数値を説明変数とし、前記変形量を目的変数とする重回帰分析により前記特徴的数値−変形量関係式を取得する超音波接合検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波接合検査装置において、
前記関係式取得手段は、前記特徴的数値に、前記ワーク試料を超音波接合している間に押付け方向に移動した前記ホーンの移動量の最大値、前記電力が極大点に達するまでの時間、前記電力が極大点に達したときの電力の値、前記電力が極大点に達するまでの前記ホーンの移動量および前記電力が極大点に達するまでの前記ホーンの移動量と時間との関係を示す移動量−時間曲線の傾きのうち少なくともいずれかを加えて、前記特徴的数値−変形量関係式を取得する超音波接合検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波接合検査装置において、
前記予測手段は、前記第２算出手段で算出された変形量の推定値と、あらかじめ設定された変形量の上限基準値とを比較し、
前記変形量の推定値が前記上限基準値以上の場合に、前記ワークに亀裂発生の可能性がある旨を出力する超音波接合検査装置。
【請求項５】
振動するホーンをワークに押付けて超音波接合する超音波接合装置の内部データを用いて、あらかじめ、複数のワーク試料に対して、前記ワーク試料を超音波接合している発振時間、前記ホーンの振動子に供給された電力の総和および前記電力の最大値という特徴的数値を算出し、当該複数のワーク試料に対して算出された前記特徴的数値と、対応する複数のワーク試料の変形量とから、これらの関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得するステップと、
前記ワーク試料とは別のワークに対し、前記超音波接合装置の内部データから前記特徴的数値を算出し、当該算出された前記特徴的数値と前記特徴的数値−変形量関係式から前記ワークの変形量の推定値を算出するステップと、
前記変形量の推定値に基づいて、超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測する超音波接合検査方法。
【請求項１】
振動するホーンをワークに押付けて超音波接合する超音波接合装置の内部データを用いて、あらかじめ、複数のワーク試料に対して、前記ワーク試料を超音波接合している発振時間、前記ホーンの振動子に供給された電力の総和および前記電力の最大値という特徴的数値を算出し、当該複数のワーク試料に対して算出された前記特徴的数値と、対応する複数のワーク試料の変形量とから、これらの関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得する関係式取得手段と、
前記ワーク試料とは別のワークに対し、前記超音波接合装置の内部データから前記特徴的数値を算出する第１算出手段と、
前記取得された特徴的数値−変形量関係式に基づいて、前記第１算出手段で算出された前記特徴的数値から前記ワークの変形量の推定値を算出する第２算出手段と、
前記第２算出手段で算出された変形量の推定値に基づいて、超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測する予測手段と、を備える超音波接合検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波接合検査装置において、
前記関係式取得手段は、前記特徴的数値を説明変数とし、前記変形量を目的変数とする重回帰分析により前記特徴的数値−変形量関係式を取得する超音波接合検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波接合検査装置において、
前記関係式取得手段は、前記特徴的数値に、前記ワーク試料を超音波接合している間に押付け方向に移動した前記ホーンの移動量の最大値、前記電力が極大点に達するまでの時間、前記電力が極大点に達したときの電力の値、前記電力が極大点に達するまでの前記ホーンの移動量および前記電力が極大点に達するまでの前記ホーンの移動量と時間との関係を示す移動量−時間曲線の傾きのうち少なくともいずれかを加えて、前記特徴的数値−変形量関係式を取得する超音波接合検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波接合検査装置において、
前記予測手段は、前記第２算出手段で算出された変形量の推定値と、あらかじめ設定された変形量の上限基準値とを比較し、
前記変形量の推定値が前記上限基準値以上の場合に、前記ワークに亀裂発生の可能性がある旨を出力する超音波接合検査装置。
【請求項５】
振動するホーンをワークに押付けて超音波接合する超音波接合装置の内部データを用いて、あらかじめ、複数のワーク試料に対して、前記ワーク試料を超音波接合している発振時間、前記ホーンの振動子に供給された電力の総和および前記電力の最大値という特徴的数値を算出し、当該複数のワーク試料に対して算出された前記特徴的数値と、対応する複数のワーク試料の変形量とから、これらの関係を示す特徴的数値−変形量関係式を取得するステップと、
前記ワーク試料とは別のワークに対し、前記超音波接合装置の内部データから前記特徴的数値を算出し、当該算出された前記特徴的数値と前記特徴的数値−変形量関係式から前記ワークの変形量の推定値を算出するステップと、
前記変形量の推定値に基づいて、超音波接合された前記ワークの亀裂発生の可能性を予測する超音波接合検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５６５５７（Ｐ２０１１−５６５５７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０２６７（Ｐ２００９−２１０２６７）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【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２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【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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