JP7764232B2 - Inspection method, inspection device, inspection system, and program - Google Patents
Inspection method, inspection device, inspection system, and programInfo
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Description
本発明の実施形態は、検査方法、検査装置、検査システム及びプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to an inspection method, an inspection device, an inspection system, and a program.
一般に、電力機器は、金属によって形成される導電部(導電体)が樹脂で覆われることによって、絶縁性を維持することができるように構成されている場合が多い。 In general, electric power equipment is often constructed so that conductive parts (conductors) made of metal are covered with resin to maintain insulation.
しかしながら、上記した導電部を樹脂で覆う工程においては、当該樹脂の内部に異物が混入する場合がある。このような異物は電力機器における部分放電または絶縁破壊を引き起こし、当該電力機器の故障原因となり得る。 However, during the process of covering the conductive parts with resin, foreign matter may become mixed into the resin. Such foreign matter can cause partial discharge or dielectric breakdown in the power equipment, potentially resulting in a malfunction of the power equipment.
このため、異物の混入に関して導電部を覆う樹脂の内部を検査することが求められている。この場合、例えば樹脂を破壊して当該樹脂の内部に異物が混入しているか否かを検査することは可能であるが、このような検査手法は、樹脂の破壊が必要であるため、破壊費用の発生または検査にかかる労力等の観点から好ましくない。このため、樹脂を破壊することなく(つまり、非破壊で)当該樹脂の内部を検査することが望ましい。 For this reason, there is a need to inspect the inside of the resin covering the conductive parts to check for the presence of foreign matter. In this case, it is possible to inspect whether foreign matter has been mixed inside the resin by destroying the resin, for example, but this inspection method requires the destruction of the resin, which is undesirable from the perspective of the destruction costs and labor required for inspection. For this reason, it is desirable to inspect the inside of the resin without destroying it (i.e., non-destructively).
しかしながら、導電部を覆う樹脂は厚みがあり、かつ、電力機器(製品)によって構造(例えば、樹脂の形状等)が異なるため、非破壊で当該樹脂の内部を検査することは困難である。また、異物の混入に対する対策を講じるためには樹脂の内部に混入している異物の種別を判別することが有用であるが、非破壊で当該異物の種別を判別(検査)することも困難である。特に混入異物はサイズが小さいものが多く、精密な検査が必要になる。このため、非破壊で樹脂の内部を検査する場合には、多くの時間を要する。 However, the resin covering the conductive parts is thick, and the structure (for example, the shape of the resin) varies depending on the power equipment (product), making it difficult to inspect the inside of the resin non-destructively. Furthermore, while it is useful to identify the type of foreign matter that has entered the resin in order to take measures to prevent the intrusion of foreign matter, it is also difficult to identify (inspect) the type of foreign matter non-destructively. Many of the foreign matter is particularly small, requiring precise inspection. For this reason, inspecting the inside of the resin non-destructively takes a long time.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電力機器において導電部を覆う樹脂の内部を非破壊で検査する時間を短縮することが可能な検査方法、検査装置、検査システム及びプログラムを提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide an inspection method, inspection device, inspection system, and program that can shorten the time required to non-destructively inspect the inside of the resin that covers the conductive parts of electric power equipment.
実施形態によれば、電力機器において導電部を覆う樹脂の内部を検査する検査方法が提供される。前記検査方法は、前記樹脂に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されたパルス波の当該樹脂の内部に混入している異物の界面からの反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、前記取得された反射波信号に基づいて前記異物を含む画像を生成するステップとを具備する。前記複数の照射点は、前記生成される画像を構成する複数の画素に対して疎に設定されている。前記生成するステップは、圧縮センシング技術を適用することによって前記画像を生成する。前記設定される複数の照射点の数は、前記樹脂の内部に混入している可能性がある異物の種別よって異なる。 According to an embodiment, an inspection method for inspecting the inside of a resin covering a conductive part in an electric power device is provided. The inspection method includes the steps of acquiring a reflected wave signal corresponding to a wave reflected from an interface of a foreign substance mixed inside the resin, the reflected wave signal being generated from a pulse wave irradiated based on a plurality of irradiation points set on the resin, and generating an image including the foreign substance based on the acquired reflected wave signal. The plurality of irradiation points are set sparsely with respect to a plurality of pixels constituting the generated image . The generating step generates the image by applying compressed sensing technology. The number of the plurality of irradiation points set varies depending on the type of foreign substance that may be mixed inside the resin.
以下、図面を参照して、実施形態について説明する。
本実施形態に係る検査装置は、樹脂によって導電部(導電体)が覆われるように構成されている電力機器に対してパルス波を照射することにより、当該樹脂を破壊することなく、当該樹脂の内部を検査する(つまり、当該樹脂の内部に混入している異物を検出する)ために用いられる。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
The inspection device of this embodiment is used to inspect the inside of resin without destroying it (i.e., to detect foreign matter mixed inside the resin) by irradiating pulse waves onto electric power equipment that is configured so that conductive parts (conductors) are covered with resin.
なお、本実施形態においては、樹脂の内部に混入している異物の種別として、例えば金属、気泡及び樹脂バリ等を想定している。また、異物の種別は、例えば導電部と樹脂との間に生じている剥離や樹脂内に生じているき裂のような電力機器の異常(欠陥)を含む概念であってもよい。 In this embodiment, types of foreign matter that may be mixed into the resin include, for example, metal, air bubbles, and resin burrs. Furthermore, types of foreign matter may also include abnormalities (defects) in the power equipment, such as peeling between the conductive part and the resin or cracks in the resin.
電力機器は、例えば遮断器、断路器、変流器または変圧器等の機器を含む。また、電力機器は、部分放電を発生する可能性がある機器であれば、例えば電力用変圧器、ガス絶縁開閉器、発電機、電動機またはリアクトル等であってもよい。このような電力機器は、電源ケーブルを介して外部から高電圧及び大電流を通電するため、絶縁性を維持するように導電部が樹脂で覆われた構成を有する。 Electric power equipment includes, for example, circuit breakers, disconnecting switches, current transformers, and voltage transformers. Furthermore, electric power equipment may also be, for example, a power transformer, gas-insulated switchgear, generator, electric motor, or reactor, as long as it is equipment that may generate partial discharge. Because such electric power equipment carries high voltages and large currents from the outside via power cables, its conductive parts are covered with resin to maintain insulation.
ここで、上記した樹脂の内部を非破壊で検査する手法としては、例えばX線または赤外線等の電磁波を用いる手法や超音波を用いる手法がある。以下、このような検査に使用されるいくつかの手法について簡単に説明する。 Methods for non-destructively inspecting the interior of the resin mentioned above include methods that use electromagnetic waves such as X-rays or infrared rays, and methods that use ultrasonic waves. Below, we will briefly explain some of the methods used for such inspections.
まず、X線は、樹脂透過性がよいため、樹脂の内部の検査に使用することができる。しかしながら、X線は金属に対して透過性が低いため、金属が埋め込まれている構造体の場合には、適切な検査を行うことができない可能性がある。なお、例えばX線CT装置を用いた検査(X線CT検査)によれば金属が埋め込まれていても樹脂の内部を検査(観察)することは可能であるが、大型の電力機器の場合は一般的なX線CT装置では検査することができない。大型の電力機器に対応可能なX線CT装置も存在するが、このようなX線CT装置は特殊仕様であり、当該X線CT装置を用いた検査は現実的でない。また、X線を用いる場合には放射線管理も必要となる。 First, X-rays have good penetration through resin, so they can be used to inspect the inside of resin. However, because X-rays have low penetration through metal, it may not be possible to properly inspect structures with embedded metal. For example, while it is possible to inspect (observe) the inside of resin even when metal is embedded using an X-ray CT scanner (X-ray CT inspection), large electric power equipment cannot be inspected using a general X-ray CT scanner. While there are X-ray CT scanners that can handle large electric power equipment, these X-ray CT scanners have special specifications, making inspection using them impractical. Furthermore, radiation management is also required when using X-rays.
更に、異物の混入に対する対策を講じるためには樹脂の内部に混入している異物の種別を判別することが有用であるが、当該異物の種別を判別するという観点からすれば、X線を使用した場合には、密度の違いにより、樹脂の内部に混入している金属及び気泡等を判別することは可能であると考えられる。しかしながら、樹脂バリのような密度が近いもの同士を区別して検出することはできない。 Furthermore, in order to take measures against the contamination of foreign matter, it is useful to identify the type of foreign matter that has been mixed into the resin. From the perspective of identifying the type of foreign matter, when using X-rays, it is thought that it is possible to distinguish between metals and air bubbles that have been mixed into the resin due to differences in density. However, it is not possible to distinguish between and detect objects with similar densities, such as resin burrs.
次に、赤外線(を用いたサーモグラフィ)に関しては、簡便に樹脂の内部の情報を得ることが可能であるが、樹脂が厚く(例えば、3mm以上)なると当該情報を得ることが難しくなる。また、赤外線の場合には、分解能が低いため、小さな異物を検出することは困難である。また、異物の種別については熱伝導差で判別することになるため、赤外線を用いて異物の種別を判別するのは困難である。 Next, while infrared (thermography) can easily obtain information about the inside of resin, it becomes difficult to obtain this information when the resin is thick (for example, 3 mm or thicker). Furthermore, infrared has low resolution, making it difficult to detect small foreign objects. Furthermore, since the type of foreign object is determined by differences in thermal conductivity, it is difficult to distinguish the type of foreign object using infrared.
また、超音波は、比較的簡易に、高い分解能で樹脂の内部の情報を得ることができる。しかしながら、超音波は樹脂中での減衰が大きく、一般的な手法では厚い樹脂(例えば、10mm以上)の検査は困難である。また、超音波は空気中での減衰も大きいため、検査時には例えば水浸やゲルを介する必要があり、煩雑である。異物の種別については、超音波の反射率や物質中での伝搬速度が物質によって異なる性質を利用すれば判別可能である。特に、電力機器(樹脂)の表層部の異物に関しては、超音波を用いた検査は有効な手法である。 Ultrasound can also provide information about the interior of resin with high resolution and relatively easy access. However, ultrasound is significantly attenuated in resin, making it difficult to inspect thick resin (e.g., 10 mm or thicker) using standard methods. Ultrasound also significantly attenuates in air, making inspection cumbersome, requiring immersion in water or passing through gel. The type of foreign matter can be determined by taking advantage of the fact that the reflectivity and propagation speed of ultrasound vary depending on the material. Ultrasound-based inspection is particularly effective for foreign matter on the surface of power equipment (resin).
なお、上記したX線、赤外線及び超音波以外では、高周波数帯の電磁波(例えば、テラヘルツ波)を用いることが考えられる。テラヘルツ波は、樹脂透過性のよい電磁波であり、厚みのある樹脂(例えば、60mm程度)であっても内部に混入している異物を検出することができる。また、走査機構等を設けた場合には、大型の電力機器に対応する(つまり、大型の電力機器の樹脂の内部を検査する)ことも可能である。更に、異物の種別は、テラヘルツ波の透過特性が物質によって異なる性質を利用することによって判別することができる可能性がある。 In addition to the above-mentioned X-rays, infrared rays, and ultrasound, it is also possible to use high-frequency electromagnetic waves (for example, terahertz waves). Terahertz waves are electromagnetic waves that have good resin penetration, and can detect foreign matter mixed inside even thick resin (for example, about 60 mm). Furthermore, if a scanning mechanism is installed, it can be used to detect large power equipment (i.e., inspect the inside of the resin in large power equipment). Furthermore, it may be possible to determine the type of foreign matter by taking advantage of the fact that the transmission characteristics of terahertz waves vary depending on the material.
そこで、本実施形態においては、上記したテラヘルツ波を用いて電力機器において導電部を覆う樹脂の内部を検査する検査装置について説明する。なお、本実施形態における樹脂の内部の検査には、当該樹脂の内部に混入している異物(例えば金属、気泡及び樹脂バリ等)を検出すること及び上記した剥離や亀裂が生じている(つまり、電力機器に欠陥が生じている)ことを検出すること等が含まれる。更に、樹脂の内部の検査には、当該樹脂の内部に混入している異物の種別を判別することが含まれていてもよい。 In this embodiment, therefore, an inspection device is described that uses the above-mentioned terahertz waves to inspect the inside of the resin covering the conductive parts of electric power equipment. Note that the inspection of the inside of the resin in this embodiment includes detecting foreign matter (e.g., metal, air bubbles, resin burrs, etc.) that has become mixed in the inside of the resin, as well as detecting the occurrence of the above-mentioned peeling or cracks (i.e., defects in the electric power equipment). Furthermore, the inspection of the inside of the resin may also include identifying the type of foreign matter that has become mixed in the inside of the resin.
図1は、本実施形態に係る検査装置の機能構成の一例を示す。図1に示す検査装置10は、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータまたはサーバ装置等の情報処理装置(電子機器)である。 Figure 1 shows an example of the functional configuration of an inspection device according to this embodiment. The inspection device 10 shown in Figure 1 is an information processing device (electronic device) such as a personal computer, smartphone, tablet computer, or server device.
図1に示すように、検査装置10は、発振装置(発振機)20及び受信装置(受信器)30と接続される。本実施形態において、検査装置10、発振装置20及び受信装置30は、検査システムを構成する。 As shown in FIG. 1, the inspection device 10 is connected to an oscillator (oscillator) 20 and a receiver (receiver) 30. In this embodiment, the inspection device 10, oscillator 20, and receiver 30 constitute an inspection system.
発振装置20は、電力機器(導電部を覆う樹脂)に対して所定のパルス波(テラヘルツ波)を照射するために用いられる照射装置としての機能を有し、例えば検査装置10からの指示に応じて当該テラヘルツ波を発振するように構成されている。なお、発振装置20によって発振されるテラヘルツ波は、例えば0.05~10THzの範囲に該当する周波数帯の電磁波であるものとする。 The oscillator 20 functions as an irradiation device used to irradiate the power equipment (the resin covering the conductive parts) with a predetermined pulse wave (terahertz wave), and is configured to oscillate the terahertz wave in response to instructions from the inspection device 10, for example. The terahertz wave oscillated by the oscillator 20 is assumed to be an electromagnetic wave in a frequency band ranging from 0.05 to 10 THz, for example.
上記したように発振装置20から発振されたテラヘルツ波が樹脂に照射された場合、当該テラヘルツ波は、例えば樹脂の内部に混入している異物(の界面)において反射する。受信装置(検波装置)30は、このような反射波を受信(検波)するように構成されている。受信装置30は、受信された反射波を電気信号に変換することによって当該反射波に応じた反射波信号を生成する。この反射波信号には、受信装置30によって受信された反射波の強度(信号強度)、当該反射波の強度のピーク値及び当該ピークに到達した時間(以下、ピーク到達時間と表記)等が含まれる。 As described above, when terahertz waves emitted from the oscillator 20 are irradiated onto resin, the terahertz waves are reflected, for example, by (the interface of) foreign matter mixed inside the resin. The receiver (detector) 30 is configured to receive (detect) such reflected waves. The receiver 30 converts the received reflected waves into an electrical signal, thereby generating a reflected wave signal corresponding to the reflected waves. This reflected wave signal includes the intensity (signal intensity) of the reflected waves received by the receiver 30, the peak value of the intensity of the reflected waves, and the time at which the peak is reached (hereinafter referred to as the peak arrival time).
なお、本実施形態において電力機器に照射されるテラヘルツ波(つまり、発振装置20によって発振されるテラヘルツ波)の計測光遅延時間は例えば160secである。なお、この計測光遅延時間を光路長に換算した場合は48mmとなる。反射型使用時測定可能厚さは24mm(往復48mm、屈折率1.0)である。テラヘルツ波形取得速度は1000波形/秒である。なお、イメージング時の取得速度は1000ピクセル/秒である。サンプリング間隔は0.1psecである。テラヘルツ波発振帯域は2.0THzより大きい。 In this embodiment, the measured optical delay time of the terahertz waves irradiated to the power equipment (i.e., the terahertz waves emitted by the oscillator 20) is, for example, 160 seconds. When converted to an optical path length, this is equal to 48 mm. When using the reflective type, the measurable thickness is 24 mm (round trip 48 mm, refractive index 1.0). The terahertz waveform acquisition speed is 1000 waveforms/second. The acquisition speed during imaging is 1000 pixels/second. The sampling interval is 0.1 psec. The terahertz wave oscillation band is greater than 2.0 THz.
なお、発振装置20には高出力型または広帯域型等の種類があるが、当該発振装置20の種類については、テラヘルツ波が照射される樹脂の材質等(つまり、検査対象)に応じて適切なものが使用されればよい。 Note that there are various types of oscillator 20, such as high-output and broadband types, but the type of oscillator 20 used should be appropriate depending on the material of the resin to be irradiated with terahertz waves (i.e., the object to be inspected).
図1に示す検査装置10は、伝搬挙動予測部11、反射波信号取得部12、波形データ生成部13、画像生成部14、深さ算出部15、判別部16及び出力部17を含む。 The inspection device 10 shown in Figure 1 includes a propagation behavior prediction unit 11, a reflected wave signal acquisition unit 12, a waveform data generation unit 13, an image generation unit 14, a depth calculation unit 15, a discrimination unit 16, and an output unit 17.
伝搬挙動予測部11は、例えば電力機器の構造と樹脂及び当該樹脂の内部に混入している可能性がある異物の比誘電導率との少なくとも一方に基づいて、電力機器において導電部を覆う樹脂の内部を検査する際のテラヘルツ波の伝搬挙動を予測する。上記した検査時における発振装置20によって発振されるテラヘルツ波(つまり、樹脂に照射されるテラヘルツ波)の周波数や発振装置20の位置及び受信装置30の位置は、伝搬挙動予測部11による予測結果に基づいて設定される。 The propagation behavior prediction unit 11 predicts the propagation behavior of terahertz waves when inspecting the inside of the resin covering a conductive part in electric power equipment, based on, for example, at least one of the structure of the electric power equipment and the relative dielectric conductivity of the resin and any foreign matter that may be mixed inside the resin. The frequency of the terahertz waves emitted by the oscillator 20 during the above-mentioned inspection (i.e., the terahertz waves irradiated onto the resin), the position of the oscillator 20, and the position of the receiver 30 are set based on the prediction results by the propagation behavior prediction unit 11.
反射波信号取得部12は、上記した受信装置30において生成された反射波信号を当該受信装置30から取得する。 The reflected wave signal acquisition unit 12 acquires the reflected wave signal generated by the receiving device 30 from the receiving device 30.
波形データ生成部13は、反射波信号取得部12によって取得された反射波信号に基づいて、反射波の波形(以下、反射波形と表記)を示す波形データを生成する。具体的には、波形データ生成部13は、反射波信号に含まれる反射波の強度、当該反射波の強度のピーク値及びピーク到達時間等が反映された波形データを生成する。 The waveform data generation unit 13 generates waveform data indicating the waveform of the reflected wave (hereinafter referred to as the reflected waveform) based on the reflected wave signal acquired by the reflected wave signal acquisition unit 12. Specifically, the waveform data generation unit 13 generates waveform data that reflects the intensity of the reflected wave contained in the reflected wave signal, the peak value of the intensity of the reflected wave, the time to reach the peak, etc.
画像生成部14は、反射波信号取得部12によって取得された反射波信号に基づいて画像(例えば、平面画像)を生成する。具体的には、画像生成部14は、反射波信号に基づいて3次元画像データを生成する。なお、3次元画像データは、例えば3次元空間の直交座標系の座標値毎に反射波信号に含まれる反射波の強度等に相当する画素値を含む。画像生成部14は、この3次元画像データに基づいて異物が含まれる画像を生成する。具体的には、画像生成部14は、3次元空間の座標値(x,y,z)のうち、いずれか1つの座標軸の値を固定した平面画像を生成する。例えばZ軸の座標値を固定した場合、画像生成部14は、固定されたZ軸の座標値におけるXY平面に関する平面画像を生成することができる。 The image generation unit 14 generates an image (e.g., a planar image) based on the reflected wave signal acquired by the reflected wave signal acquisition unit 12. Specifically, the image generation unit 14 generates three-dimensional image data based on the reflected wave signal. The three-dimensional image data includes pixel values corresponding to the intensity of the reflected wave contained in the reflected wave signal for each coordinate value in a Cartesian coordinate system in three-dimensional space. The image generation unit 14 generates an image containing a foreign object based on this three-dimensional image data. Specifically, the image generation unit 14 generates a planar image in which the value of one of the coordinate axes (x, y, z) in three-dimensional space is fixed. For example, if the coordinate value of the Z axis is fixed, the image generation unit 14 can generate a planar image related to the XY plane at the fixed Z axis coordinate value.
深さ算出部15は、反射波信号取得部12によって取得された反射波信号に基づいて樹脂の内部に混入している異物の深さを算出する。なお、異物の深さは、テラヘルツ波が照射される樹脂の表面から当該異物までの距離であり、反射波信号に含まれるピーク到達時間(遅延時間)及び樹脂の屈折率に基づいて算出される。なお、樹脂の屈折率は、例えば予め計測されて検査装置10の内部で保持されているものとする。 The depth calculation unit 15 calculates the depth of any foreign matter mixed inside the resin based on the reflected wave signal acquired by the reflected wave signal acquisition unit 12. The depth of the foreign matter is the distance from the surface of the resin irradiated with the terahertz waves to the foreign matter, and is calculated based on the peak arrival time (delay time) included in the reflected wave signal and the refractive index of the resin. The refractive index of the resin is assumed to be measured in advance and stored inside the inspection device 10, for example.
判別部16は、反射波信号取得部12によって取得された反射波信号を解析することによって得られる異物の種別に応じて値が異なる指標に基づいて、樹脂の内部に混入している異物の種別を判別する。本実施形態においては、例えば波形データ生成部13によって生成される波形データ上に現れる指標(特性)を利用して異物の種別が判別されるものとする。 The discrimination unit 16 discriminates the type of foreign matter contained in the resin based on an index whose value varies depending on the type of foreign matter obtained by analyzing the reflected wave signal acquired by the reflected wave signal acquisition unit 12. In this embodiment, the type of foreign matter is discriminated using, for example, an index (characteristic) that appears in the waveform data generated by the waveform data generation unit 13.
出力部17は、波形データ生成部13によって生成された波形データ、画像生成部14によって生成された画像、深さ算出部15によって算出された異物の深さ及び判別部16によって判別された異物の種別等を出力する。 The output unit 17 outputs the waveform data generated by the waveform data generation unit 13, the image generated by the image generation unit 14, the depth of the foreign object calculated by the depth calculation unit 15, and the type of foreign object identified by the identification unit 16.
図2は、図1に示す検査装置10のハードウェア構成の一例を示す。検査装置10は、CPU101、不揮発性メモリ102、RAM103及び通信デバイス104等を備える。また、検査装置10は、CPU101、不揮発性メモリ102、RAM103及び通信デバイス104を相互に接続するバス105を有する。 Figure 2 shows an example of the hardware configuration of the inspection device 10 shown in Figure 1. The inspection device 10 includes a CPU 101, non-volatile memory 102, RAM 103, and a communication device 104. The inspection device 10 also includes a bus 105 that interconnects the CPU 101, non-volatile memory 102, RAM 103, and communication device 104.
CPU101は、検査装置10内の各コンポーネントの動作を制御するためのプロセッサである。CPU101は、単一のプロセッサであってもよいし、複数のプロセッサで構成されていてもよい。CPU101は、不揮発性メモリ102からRAM103にロードされる様々なプログラムを実行する。本実施形態において、CPU101によって実行されるプログラムには、検査プログラム103aが含まれる。 CPU 101 is a processor for controlling the operation of each component within inspection device 10. CPU 101 may be a single processor or may be composed of multiple processors. CPU 101 executes various programs loaded from non-volatile memory 102 to RAM 103. In this embodiment, the programs executed by CPU 101 include inspection program 103a.
なお、上記した図1に示す伝搬挙動予測部11、反射波信号取得部12、波形データ生成部13、画像生成部14、深さ算出部15、判別部16及び出力部17の一部または全ては、例えばCPU101(つまり、検査装置10のコンピュータ)が検査プログラム103aを実行すること、すなわち、ソフトウェアによって実現されるものとする。この検査プログラム103aは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納して頒布されてもよいし、ネットワークを通じて検査装置10にダウンロードされても構わない。 Note that some or all of the propagation behavior prediction unit 11, reflected wave signal acquisition unit 12, waveform data generation unit 13, image generation unit 14, depth calculation unit 15, discrimination unit 16, and output unit 17 shown in FIG. 1 above are realized by software, for example, when the CPU 101 (i.e., the computer of the inspection device 10) executes the inspection program 103a. This inspection program 103a may be distributed by being stored on a computer-readable storage medium, or may be downloaded to the inspection device 10 via a network.
ここでは上記した各部11~17の一部または全てがソフトウェアによって実現されるものとして説明したが、当該各部11~17の一部または全ては、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェア及びハードウェアの組み合わせ構成によって実現されてもよい。 Here, we have described the above units 11 to 17 as being partly or entirely implemented by software, but these units 11 to 17 may also be partly or entirely implemented by hardware such as an integrated circuit (IC), or may be implemented by a combination of software and hardware.
不揮発性メモリ102は、補助記憶装置として用いられる記憶媒体である。RAM103は、主記憶装置として用いられる記憶媒体である。図2においては、不揮発性メモリ102及びRAM103のみが示されているが、検査装置10は、例えばHDD(Hard Disk Drive)及びSSD(Solid State Drive)等の他の記憶装置を備えていてもよい。 Non-volatile memory 102 is a storage medium used as an auxiliary storage device. RAM 103 is a storage medium used as a main storage device. Although only non-volatile memory 102 and RAM 103 are shown in FIG. 2, the inspection device 10 may also be equipped with other storage devices, such as an HDD (Hard Disk Drive) and an SSD (Solid State Drive).
通信デバイス104は、外部機器との有線通信または無線通信を実行するように構成されたデバイスである。 The communication device 104 is a device configured to perform wired or wireless communication with external devices.
図2においては省略されているが、検査装置10は、例えばマウスまたはキーボードのような入力装置及びディスプレイのような表示装置を更に備えていてもよい。 Although omitted in FIG. 2, the inspection device 10 may further include an input device such as a mouse or keyboard and a display device such as a display.
次に、本実施形態に係る検査装置10において樹脂の内部を検査する原理について説明する。 Next, we will explain the principle of inspecting the inside of resin using the inspection device 10 according to this embodiment.
図3は、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向によって規定されている3次元空間に配置された電力機器40を模式的に示している。図3に示すように、電力機器40は、金属材料から構成される導電部41及び当該導電部41を覆う樹脂(絶縁体)42から構成されている。なお、図3においては、便宜的に、導電部41及び樹脂42の一部のみが示されている。 Figure 3 shows a schematic diagram of electric power equipment 40 arranged in a three-dimensional space defined by mutually orthogonal X, Y, and Z directions. As shown in Figure 3, electric power equipment 40 is composed of a conductive part 41 made of a metal material and a resin (insulator) 42 that covers the conductive part 41. For convenience, only a portion of the conductive part 41 and the resin 42 is shown in Figure 3.
樹脂42は、例えばフィラーを含むエポキシ樹脂によって形成されている。エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂が用いられてもよい。また、樹脂42の硬化剤としては、酸無水物系が用いられてもよい。フィラーとしては、例えばシリカが用いられる。なお、ここで説明した樹脂42は一例であり、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂の代わりにジシクロペンタジエン等が用いられてもよい。 Resin 42 is formed, for example, from an epoxy resin containing a filler. Bisphenol A epoxy resin, for example, may be used as the epoxy resin. An acid anhydride may be used as the curing agent for resin 42. Silica, for example, is used as the filler. Note that the resin 42 described here is just one example; for example, dicyclopentadiene or the like may be used instead of bisphenol A epoxy resin.
上記したように電力機器40における樹脂42には異物43が混入されている場合があり、当該異物43は、金属、気泡及び樹脂バリ等を含む。 As mentioned above, foreign matter 43 may be mixed into the resin 42 in the electric power equipment 40, and this foreign matter 43 may include metal, air bubbles, resin burrs, etc.
次に、上記した電力機器40(樹脂42)に対して照射されるテラヘルツ波を発振する発振装置20及び当該電力機器40からのテラヘルツ波の反射波を受信する受信装置30について説明する。 Next, we will explain the oscillator 20 that emits terahertz waves that are irradiated onto the above-mentioned power equipment 40 (resin 42) and the receiver 30 that receives the terahertz waves reflected from the power equipment 40.
図4は、例えば電力機器40と空気との界面に対して垂直方向からテラヘルツ波を照射する場合の発振装置20と受信装置30との位置関係を示している。 Figure 4 shows the positional relationship between the oscillator 20 and receiver 30 when terahertz waves are irradiated from a direction perpendicular to the interface between the power equipment 40 and air, for example.
この場合、発振装置20から発振されたテラヘルツ波の一部はビームスプリッタ51によって反射されるが、当該ビームスプリッタ51によって反射されないテラヘルツ波はビームスプリッタ51を透過する。ビームスプリッタ51を透過したテラヘルツ波は、レンズ52によって収束される。収束されたテラヘルツ波は、電力機器40に到達する。電力機器40(樹脂42の内部に混入している異物43の界面)で反射されたテラヘルツ波の一部(反射波)は、ビームスプリッタ51で屈折し、受信装置30によって受信される。 In this case, a portion of the terahertz waves emitted from the oscillator 20 is reflected by the beam splitter 51, but the terahertz waves that are not reflected by the beam splitter 51 are transmitted through the beam splitter 51. The terahertz waves that have transmitted through the beam splitter 51 are converged by the lens 52. The converged terahertz waves reach the electric power equipment 40. A portion of the terahertz waves (reflected waves) reflected by the electric power equipment 40 (the interface of the foreign matter 43 mixed inside the resin 42) is refracted by the beam splitter 51 and received by the receiver 30.
図4においてはレンズ52を備える発振装置20及び受信装置30(つまり、レンズ方式が採用されている発振装置20及び受信装置30)について説明したが、発振装置20及び受信装置30は、図5に示すようにレンズ52を備えない(つまり、レンズレス方式を採用した)構成であってもよい。 In Figure 4, an oscillator device 20 and a receiver device 30 equipped with a lens 52 (i.e., an oscillator device 20 and a receiver device 30 employing a lens system) are described, but the oscillator device 20 and the receiver device 30 may also be configured without a lens 52 (i.e., employing a lensless system) as shown in Figure 5.
また、図6は、例えば電力機器40と空気との界面に対して垂直ではない角度からテラヘルツ波を照射する場合の発振装置20及び受信装置30との位置関係を示している。 Furthermore, Figure 6 shows the positional relationship between the oscillator 20 and receiver 30 when terahertz waves are irradiated from an angle that is not perpendicular to the interface between the power equipment 40 and the air.
この場合、発振装置20は、当該発振装置20によって発振されたテラヘルツ波が所定の角度を設けて電力機器40に照射される位置に配置される。所定の角度とは、例えば電力機器40と空気との界面に対して垂直ではない角度である。このように発振装置20から発振されたテラヘルツ波は、電力機器40に到達する。電力機器40(樹脂42の内部に混入している異物43の界面)で反射されたテラヘルツ波(反射波)は、受信装置30によって受信される。 In this case, the oscillator 20 is positioned so that the terahertz waves emitted by the oscillator 20 are irradiated onto the power equipment 40 at a predetermined angle. The predetermined angle is, for example, an angle that is not perpendicular to the interface between the power equipment 40 and the air. In this way, the terahertz waves emitted from the oscillator 20 reach the power equipment 40. The terahertz waves (reflected waves) reflected by the power equipment 40 (the interface of the foreign matter 43 mixed inside the resin 42) are received by the receiver 30.
例えば図4において説明した位置関係で発振装置20及び受信装置30を使用した場合には、ビームスプリッタ51の影響により、理論上75%のテラヘルツ波の損失がある。 For example, if the oscillator 20 and receiver 30 are used in the positional relationship described in Figure 4, there is a theoretical loss of 75% of the terahertz waves due to the influence of the beam splitter 51.
一方、図6に示す位置関係で発振装置20及び受信装置30を使用した場合には、ビームスプリッタ51を介さずに受信装置30がテラヘルツ波(の反射波)を受信することが可能であるため、当該ビームスプリッタ51による損失を低減し、反射波の受信能力(検出能力)を向上させることができる。 On the other hand, when the oscillator 20 and receiver 30 are used in the positional relationship shown in Figure 6, the receiver 30 can receive the terahertz waves (or their reflected waves) without passing through the beam splitter 51, thereby reducing loss due to the beam splitter 51 and improving the reception (detection) capability of the reflected waves.
また、図6においてはレンズ方式を採用した発振装置20及び受信装置30を想定しているが、図6に示す発振装置20及び受信装置30は、レンズレス方式を採用していてもよい。 Furthermore, while Figure 6 assumes that the oscillator 20 and receiver 30 employ a lens system, the oscillator 20 and receiver 30 shown in Figure 6 may employ a lensless system.
なお、検査装置10による検査における反射波の強度等は、電力機器40に対して照射されるテラヘルツ波の角度によって異なるし、発振装置20及び受信装置30においてレンズ方式及びレンズレス方式のいずれの方式が採用されているかによっても異なる。このため、上記した電力機器40に対して照射されるテラヘルツ波の角度(垂直入射または斜入射)や発振装置20及び受信装置30において採用される方式(レンズ方式またはレンズレス方式)等については、電力機器40(製品)に応じて、適宜、選択可能であるものとする。 Note that the intensity of the reflected waves during inspection by the inspection device 10 varies depending on the angle of the terahertz waves irradiated onto the electric power equipment 40, and also on whether the oscillator 20 and receiver 30 use a lens system or a lensless system. Therefore, the angle of the terahertz waves irradiated onto the electric power equipment 40 (normal incidence or oblique incidence) and the system used by the oscillator 20 and receiver 30 (lens system or lensless system) can be selected appropriately depending on the electric power equipment 40 (product).
次に、図7のフローチャートを参照して、本実施形態に係る検査装置10の処理手順の一例について説明する。 Next, an example of the processing procedure of the inspection device 10 according to this embodiment will be described with reference to the flowchart in Figure 7.
本実施形態においては受信装置30によって受信された反射波に応じた反射波信号(受信装置30によって生成された反射波信号)に基づいて樹脂42の内部を検査するところ、当該反射波の強度等は、例えばテラヘルツ波の周波数帯や当該テラヘルツ波が照射される角度等によって異なると考えられる。 In this embodiment, the inside of the resin 42 is inspected based on a reflected wave signal (a reflected wave signal generated by the receiving device 30) corresponding to the reflected wave received by the receiving device 30. The intensity of the reflected wave is thought to vary depending on, for example, the frequency band of the terahertz wave and the angle at which the terahertz wave is irradiated.
このため、伝搬挙動予測部11は、電力機器40における樹脂42の内部を検査する前に、事前に当該樹脂42におけるテラヘルツ波の伝搬挙動(または反射挙動)を予測(シミュレーション)する(ステップS1)。 For this reason, before inspecting the inside of the resin 42 in the power equipment 40, the propagation behavior prediction unit 11 predicts (simulates) the propagation behavior (or reflection behavior) of terahertz waves in the resin 42 in advance (step S1).
以下、伝搬挙動予測部11によるテラヘルツ波の伝搬挙動の予測(処理)について説明する。テラヘルツ波の伝搬挙動の予測には、例えば対象物と電磁場(電磁界)との相互作用を解析する電磁界解析における時間領域差分法(FDTD:Finite-Difference Time-Domain method)を使用することができる。この場合、例えば電磁界解析上で、異物の混入を考慮したシミュレーションモデルを構築し、当該シミュレーションモデルにおいてテラヘルツ波の発振点(発振位置)及び当該テラヘルツ波の反射波の受信点(受信位置)を設定する。 The following describes the prediction (processing) of the propagation behavior of terahertz waves by the propagation behavior prediction unit 11. To predict the propagation behavior of terahertz waves, for example, the Finite-Difference Time-Domain method (FDTD) can be used in electromagnetic field analysis, which analyzes the interaction between an object and an electromagnetic field. In this case, for example, a simulation model that takes into account the presence of foreign matter is constructed in the electromagnetic field analysis, and the oscillation point (oscillation position) of the terahertz waves and the reception point (reception position) of the reflected waves of the terahertz waves are set in the simulation model.
ここで、図8を参照して、上記したシミュレーションモデルの概要について説明する。図8に示すシミュレーションモデルによれば、例えば樹脂42に相当する第1材質61と異物43に相当する第2材質62とが定義されている。更に、第1材質61には、任意の周波数帯のテラヘルツ波(球面波)を発振する発振点63及び当該テラヘルツ波の第1材質61と第2材質62との界面からの反射波を受信する受信点64が設定されている。 Now, with reference to Figure 8, an overview of the above-mentioned simulation model will be described. According to the simulation model shown in Figure 8, a first material 61 corresponding to, for example, resin 42 and a second material 62 corresponding to foreign matter 43 are defined. Furthermore, in first material 61, an oscillation point 63 that oscillates terahertz waves (spherical waves) of an arbitrary frequency band and a reception point 64 that receives the terahertz waves reflected from the interface between first material 61 and second material 62 are set.
なお、図8に示す例では、上記した図4において説明したように第1材質61及び第2材質62に対して垂直方向からテラヘルツ波が照射される垂直入射における当該テラヘルツ波の伝搬挙動を予測する場合を示しているが、発振点63及び受信点64の位置(設定)を変更することで、第1材質61及び第2材質62に対して垂直ではない角度からテラヘルツ波が照射される斜入射における当該テラヘルツ波の伝搬挙動を予測することも可能である。 Note that the example shown in Figure 8 shows a case where the propagation behavior of terahertz waves is predicted in the case of perpendicular incidence, where the terahertz waves are irradiated perpendicularly onto the first material 61 and the second material 62, as described above in Figure 4. However, by changing the positions (settings) of the oscillation point 63 and the reception point 64, it is also possible to predict the propagation behavior of terahertz waves in the case of oblique incidence, where the terahertz waves are irradiated from an angle that is not perpendicular to the first material 61 and the second material 62.
このようなシミュレーションモデルによれば、テラヘルツ波の周波数帯、発振点及び受信点を変更しながら当該受信点において受信される当該テラヘルツ波の反射波の強度(当該反射波に対応する電界値)を当該テラヘルツ波の伝搬挙動として予測することによって、例えば電力機器40(樹脂42)が複雑な構造(形状)を有している場合等であっても、有用な(つまり、最大の)反射波の強度を得ることができるテラヘルツ波の照射条件を選定することができる。 This simulation model allows the propagation behavior of terahertz waves to be predicted by changing the frequency band, oscillation point, and reception point of the terahertz waves and predicting the intensity of the reflected wave (the electric field value corresponding to the reflected wave) of the terahertz waves received at the reception point. This makes it possible to select terahertz wave irradiation conditions that will produce useful (i.e., maximum) reflected wave intensity, even if, for example, the power equipment 40 (resin 42) has a complex structure (shape).
また、図9~図11を参照して、上記したシミュレーションモデルにおける第1材質61及び第2材質62の界面からの反射波について説明する。 Furthermore, with reference to Figures 9 to 11, we will explain the reflected waves from the interface between the first material 61 and the second material 62 in the above-mentioned simulation model.
図9は、例えば0.1THz帯のテラヘルツ波が発振点63から発信された場合において受信点64において受信された入射波及び反射波を示している。すなわち、図9においては、上記したシミュレーションモデルに設定された発振点63及び受信点64との位置関係から、発振点63において発振されたテラヘルツ波が入射波として受信点64において直接受信された後に、第1材質61及び第2材質62の界面からの反射波が当該受信点64において受信されたことが示されている。 Figure 9 shows the incident and reflected waves received at reception point 64 when, for example, terahertz waves in the 0.1 THz band are transmitted from oscillation point 63. That is, Figure 9 shows that, based on the positional relationship between oscillation point 63 and reception point 64 set in the simulation model described above, the terahertz waves transmitted at oscillation point 63 are directly received at reception point 64 as incident waves, and then the reflected waves from the interface between first material 61 and second material 62 are received at reception point 64.
また、図10は、図9に示す反射波形を拡大して示している。具体的には、図10においては、第2材質62の比誘電率を変化させることによってシミュレーションモデルにおいて予測される反射波形71~74が示されている。なお、第1材質61及び第2材質62の各々の比誘電率は、図11に示している。 Figure 10 also shows an enlarged version of the reflected waveform shown in Figure 9. Specifically, Figure 10 shows reflected waveforms 71 to 74 predicted by the simulation model by changing the relative dielectric constant of the second material 62. The relative dielectric constants of the first material 61 and the second material 62 are shown in Figure 11.
図10に示す反射波形71は、第1材質61及び比誘電率が1である第2材質62の界面からの反射波の波形である。反射波形72は、第1材質61及び比誘電率が2である第2材質62の界面からの反射波の波形である。反射波形73は、第1材質61及び比誘電率が4である第2材質62の界面からの反射波の波形である。反射波形74は、第1材質61及び比誘電率が5である第2材質62の界面からの反射波の波形である。なお、図11に示すように第1材質61の比誘電率は3であるものとする。 Reflected waveform 71 shown in Figure 10 is the waveform of a wave reflected from the interface between first material 61 and second material 62, which has a relative dielectric constant of 1. Reflected waveform 72 is the waveform of a wave reflected from the interface between first material 61 and second material 62, which has a relative dielectric constant of 2. Reflected waveform 73 is the waveform of a wave reflected from the interface between first material 61 and second material 62, which has a relative dielectric constant of 4. Reflected waveform 74 is the waveform of a wave reflected from the interface between first material 61 and second material 62, which has a relative dielectric constant of 5. As shown in Figure 11, the relative dielectric constant of first material 61 is assumed to be 3.
この場合、図10に示す反射波形71~74の振幅が反射波の強度に相当し、当該反射波の強度の大小を第2材質62の比誘電率を用いて表現すると、1>5>2>4となる。 In this case, the amplitude of the reflected waveforms 71 to 74 shown in Figure 10 corresponds to the intensity of the reflected waves, and when the magnitude of the intensity of the reflected waves is expressed using the relative dielectric constant of the second material 62, it becomes 1 > 5 > 2 > 4.
なお、第1材質61及び第2材質62の界面におけるテラヘルツ波の反射係数(以下、単に第2材質62の反射係数と表記)Rは、以下の式(1)において計算することができる。
式(1)におけるZ1は第1材質61の特性インピーダンスであり、Z2は第2材質62の特性インピーダンスである。また、式(1)におけるεは比誘電率であり、μは透磁率である。なお、式(1)においては、便宜的に、透磁率μを1としている。 In equation (1), Z1 is the characteristic impedance of the first material 61, and Z2 is the characteristic impedance of the second material 62. In addition, in equation (1), ε is the relative permittivity, and μ is the magnetic permeability. For convenience, in equation (1), the magnetic permeability μ is set to 1.
このような式(1)によれば、例えば第1材質61の比誘電率及び第2材質62の比誘電率を適用することによって、当該第2材質62の反射係数を計算することができる。 According to formula (1), for example, by applying the relative dielectric constant of the first material 61 and the relative dielectric constant of the second material 62, the reflection coefficient of the second material 62 can be calculated.
上記した式(1)を用いて計算された比誘電率が異なる第2材質62の各々の反射係数は、以下の式(2)の通りである。
なお、式(2)におけるR1は比誘電率が1である第2材質62の反射係数であり、R2は比誘電率が2である第2材質62の反射係数であり、R4は比誘電率が4である第2材質62の反射係数であり、R5は比誘電率が5である第2材質62の反射係数である。 In addition, in equation (2), R1 is the reflection coefficient of the second material 62 having a relative dielectric constant of 1, R2 is the reflection coefficient of the second material 62 having a relative dielectric constant of 2, R4 is the reflection coefficient of the second material 62 having a relative dielectric constant of 4, and R5 is the reflection coefficient of the second material 62 having a relative dielectric constant of 5.
式(2)によれば、上記した各比誘電率に対応する反射波形71~74の振幅(つまり、反射波の強度)の大小関係が第2材質62の反射係数の絶対値の大小関係と概ね一致していることがわかる。なお、図10に示すように、第1材質61の比誘電率と第2材質62の比誘電率との大小関係が異なると、反射波は反転する。 Equation (2) shows that the magnitude relationship of the amplitudes (i.e., the intensity of the reflected waves) of the reflected waveforms 71 to 74 corresponding to each of the above-mentioned relative dielectric constants roughly matches the magnitude relationship of the absolute values of the reflection coefficients of the second material 62. Furthermore, as shown in Figure 10, if the magnitude relationship between the relative dielectric constants of the first material 61 and the second material 62 differs, the reflected wave will be inverted.
なお、上記したシミュレーションの結果では、誘電率によって反射波の強度や波形に違いが表れるが、実際の検査(測定)でも同様の傾向が確認されている。具体的には、図12は、実際の検査結果に基づく反射波形の一例を示している。図12においては、例えば樹脂板の下に異物43に相当する各材質(金属、気泡及び樹脂バリ)を配置し、当該樹脂板の上面からテラヘルツ波を照射する(つまり、検査を行う)ことによって得られた反射波形が示されている。なお、図13は、図12に示す検査結果に基づく反射波の強度(反射強度)を示している。なお、図13の比率は、金属(Al板)からの反射波の強度を100%としたときの他の材質からの反射波の強度の割合を示している。図13によれば、金属、気泡、樹脂バリの順に反射波の強度が低くなることが示されている。 While the simulation results described above show differences in the intensity and waveform of the reflected wave depending on the dielectric constant, similar trends have been confirmed in actual inspections (measurements). Specifically, Figure 12 shows an example of a reflected waveform based on actual inspection results. Figure 12 shows the reflected waveform obtained by placing various materials (metal, air bubbles, and resin burrs) corresponding to foreign matter 43 under a resin plate and irradiating the resin plate with terahertz waves from the top surface (i.e., performing an inspection). Figure 13 shows the intensity of the reflected wave (reflection intensity) based on the inspection results shown in Figure 12. The ratios in Figure 13 indicate the ratio of the intensity of the reflected wave from other materials when the intensity of the reflected wave from metal (Al plate) is set to 100%. Figure 13 shows that the intensity of the reflected wave decreases in the order of metal, air bubbles, and resin burrs.
上記したように反射波の強度は樹脂42(第1材質61)及び異物43(第2材質62)の比誘電率によって変化するため、当該樹脂42及び当該樹脂42の内部に混入している可能性がある異物43の材質(比誘電率)を予め把握しておくことにより、より正確なテラヘルツ波の伝搬挙動を予測することができる。すなわち、本実施形態においては、樹脂42及び異物43の材質を考慮したテラヘルツ波の照射条件を選定するようにしてもよい。 As described above, the intensity of the reflected wave varies depending on the relative dielectric constant of the resin 42 (first material 61) and the foreign matter 43 (second material 62). Therefore, by knowing in advance the material (relative dielectric constant) of the resin 42 and the foreign matter 43 that may be mixed inside the resin 42, it is possible to more accurately predict the propagation behavior of the terahertz wave. In other words, in this embodiment, the irradiation conditions for the terahertz wave may be selected taking into account the material of the resin 42 and the foreign matter 43.
上記したようにステップS1においては、電力機器40の構造(例えば、導電部41及び樹脂42の形状等)と、樹脂42及び当該樹脂42の内部に混入している可能性がある異物43の比誘電率(材質)との少なくとも一方に基づいて、テラヘルツ波の伝搬挙動が予測されるものとする。 As described above, in step S1, the propagation behavior of the terahertz waves is predicted based on at least one of the structure of the power equipment 40 (e.g., the shape of the conductive part 41 and resin 42) and the relative dielectric constant (material) of the resin 42 and any foreign matter 43 that may be mixed inside the resin 42.
再び図7に戻ると、ステップS1において予測されたテラヘルツ波の伝搬挙動に基づいて選定された照射条件が設定される(ステップS2)。なお、ステップS2において設定される照射条件には、例えばテラヘルツ波の周波数帯と、上記したテラヘルツ波の伝搬挙動の予測における発振点63及び受信点64に基づく発振装置20及び受信装置30の位置(テラヘルツ波が照射される角度)とが含まれるが、当該テラヘルツ波の周波数帯と発振装置20及び受信装置30の位置との少なくとも一方のみが含まれていてもよい。 Returning to FIG. 7 , irradiation conditions selected based on the propagation behavior of the terahertz waves predicted in step S1 are set (step S2). Note that the irradiation conditions set in step S2 include, for example, the frequency band of the terahertz waves and the positions of the oscillator 20 and receiver 30 (the angle at which the terahertz waves are irradiated) based on the oscillation point 63 and reception point 64 in the prediction of the propagation behavior of the terahertz waves described above, but may also include only at least one of the frequency band of the terahertz waves and the positions of the oscillator 20 and receiver 30.
なお、ステップS2の処理が実行された場合、当該ステップS2において設定された照射条件に含まれる周波数帯のテラヘルツ波を発振するように検査装置10から発振装置20に指示される。また、例えば発振装置20及び受信装置30の位置を自動的に調整する機構(以下、位置調整機構と表記)が設けられている場合には、ステップS2において設定された照射条件に含まれる発振装置20及び受信装置30の位置に基づいて当該発振装置20及び受信装置30の位置を自動的に調整(移動)するようにしてもよい。なお、位置調整機構が設けられていない場合には、ステップS2において設定された照射条件に含まれる発振装置20及び受信装置30の位置を検査装置10(検査システム)の管理者が確認し、当該管理者が手動で発振装置20及び受信装置30の位置を調整するようにしてもよい。 When the processing of step S2 is executed, the inspection device 10 instructs the oscillator device 20 to emit terahertz waves in a frequency band included in the irradiation conditions set in step S2. Furthermore, if a mechanism for automatically adjusting the positions of the oscillator device 20 and the receiver device 30 (hereinafter referred to as a position adjustment mechanism) is provided, the positions of the oscillator device 20 and the receiver device 30 may be automatically adjusted (moved) based on the positions of the oscillator device 20 and the receiver device 30 included in the irradiation conditions set in step S2. If a position adjustment mechanism is not provided, the administrator of the inspection device 10 (inspection system) may confirm the positions of the oscillator device 20 and the receiver device 30 included in the irradiation conditions set in step S2, and manually adjust the positions of the oscillator device 20 and the receiver device 30.
ここで、本実施形態における発振装置20及び受信装置30(テラヘルツ装置)には、走査機構が構築されており、上記した電力機器40において導電部41を覆う樹脂42の内部を検査する場合に電力機器40の例えば上面(XY平面)を走査することができるものとする。このような構成によれば、電力機器40(樹脂42)の上面に対して設定されている複数の照射点に基づいて順次テラヘルツ波が照射されることにより、当該樹脂42の内部に混入している異物43の界面からの反射波を樹脂42の広範囲にわたって受信することができる。なお、発振装置20がレンズ方式を採用している場合は、当該電力機器40(樹脂42)の深さ方向(Z軸方向)に焦点を順次変えながらテラヘルツ波を照射するようなことも可能である。 In this embodiment, the oscillator 20 and receiver 30 (terahertz device) are equipped with a scanning mechanism that can scan, for example, the top surface (XY plane) of the electric power equipment 40 when inspecting the inside of the resin 42 covering the conductive portion 41 in the electric power equipment 40. With this configuration, terahertz waves are sequentially irradiated based on multiple irradiation points set on the top surface of the electric power equipment 40 (resin 42), allowing reflected waves from the interface of foreign matter 43 mixed inside the resin 42 to be received over a wide range of the resin 42. If the oscillator 20 uses a lens system, it is also possible to irradiate terahertz waves while sequentially changing the focus in the depth direction (Z-axis direction) of the electric power equipment 40 (resin 42).
ステップS2において照射条件が設定されると、発振装置20は、当該照射条件に従ってテラヘルツ波を発振しながら、走査機構により電力機器40の上面を走査する。これにより、受信装置30は、電力機器40(樹脂42)の全体から反射波を受信する。 Once the irradiation conditions are set in step S2, the oscillator 20 emits terahertz waves in accordance with the irradiation conditions while scanning the top surface of the power equipment 40 using the scanning mechanism. As a result, the receiver 30 receives reflected waves from the entire power equipment 40 (resin 42).
この場合、反射波信号取得部12は、受信装置30によって受信された反射波に応じた反射波信号を当該受信装置30から取得する(ステップS3)。ステップS3において取得される反射波信号には、樹脂42の内部の状態に応じた反射波の強度、当該反射波の強度のピーク値及びピーク到達時間等が含まれる。なお、反射波信号にはノイズが含まれている可能性があるため、反射波信号取得部12は、当該ノイズレベルを下げるために当該反射波信号に対して加算平均処理等の信号処理を実行してもよい。 In this case, the reflected wave signal acquisition unit 12 acquires from the receiving device 30 a reflected wave signal corresponding to the reflected wave received by the receiving device 30 (step S3). The reflected wave signal acquired in step S3 includes the intensity of the reflected wave corresponding to the internal state of the resin 42, the peak value of the intensity of the reflected wave, and the time to reach the peak. Note that since the reflected wave signal may contain noise, the reflected wave signal acquisition unit 12 may perform signal processing such as averaging on the reflected wave signal to reduce the noise level.
波形データ生成部13は、ステップS3において取得された反射波信号に含まれる反射波の強度、当該反射波の強度のピーク値及びピーク到達時間等に基づいて波形データを生成する(ステップS4)。 The waveform data generator 13 generates waveform data based on the intensity of the reflected wave contained in the reflected wave signal acquired in step S3, the peak value of the intensity of the reflected wave, the time to reach the peak, etc. (step S4).
画像生成部14は、ステップS3において取得された反射波信号に基づいて電力機器40において導電部41を覆う樹脂42の3次元画像データを生成することができる。画像生成部14は、生成された3次元画像データに基づいて、樹脂42の画像を生成する(ステップS5)。 The image generation unit 14 can generate three-dimensional image data of the resin 42 covering the conductive portion 41 in the power equipment 40 based on the reflected wave signal acquired in step S3. The image generation unit 14 generates an image of the resin 42 based on the generated three-dimensional image data (step S5).
ここで、樹脂42の画像(例えば、平面画像)は複数の画素から構成され、当該複数の画素の各々には、上記したように発振装置20及び受信装置30が電力機器40の上面を走査することによって当該樹脂42(電力機器40)に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されたテラヘルツ波の反射波に応じた反射波信号の各々に対応する画素値が割り当てられている。換言すれば、異物43を視認することができる程度の鮮明度を有する樹脂42の画像(3次元画像データ)を生成するためには、画像を構成する複数の画素に対して多数の照射点を密に(つまり、狭い間隔で)設定する必要がある。 Here, the image (e.g., a planar image) of the resin 42 is composed of a plurality of pixels, each of which is assigned a pixel value corresponding to a reflected wave signal corresponding to the reflected waves of the terahertz waves irradiated based on a plurality of irradiation points set on the resin 42 (electric power equipment 40) by the oscillator 20 and receiver 30 scanning the top surface of the electric power equipment 40 as described above. In other words, to generate an image (three-dimensional image data) of the resin 42 that is clear enough to visually recognize the foreign matter 43, it is necessary to set a large number of irradiation points densely (i.e., at close intervals) on the plurality of pixels that make up the image.
しかしながら、上記したように設定された多数の照射点の各々にテラヘルツ波を順次照射して樹脂42の内部を検査するためには時間がかかる。 However, it takes time to sequentially irradiate each of the numerous irradiation points set as described above with terahertz waves to inspect the inside of the resin 42.
このため、本実施形態においては、ステップS5において画像を生成する際に画像処理を取り入れることにより、上記した照射点(つまり、反射波の観測点)の数の削減を実現する。ここでは、画像処理として圧縮センシング技術に基づく処理が実行される(つまり、圧縮センシング技術を適用することによって画像を生成する)ものとする。なお、圧縮センシング技術とは、例えば必要とする数よりも少ない数のデータから対象となるデータを復元する技術である。本実施形態において圧縮センシング技術を適用した場合には、例えば画像を構成する複数の画素に対して疎に設定された照射点に対してテラヘルツ波を照射することによって得られる少ない数の反射波信号(に基づいて生成される画像)から未知の反射波信号を導出し、当該導出された反射波信号を利用して画像を復元(生成)することができる。復元のためには、予め密な照射点で取得した画像と疎な照射点の画像を変換するための係数(観測行列と呼ぶ)を設定しておく必要がある。この行列を正しく設定することで、疎な画像から密な画像への変換が可能となる。 For this reason, in this embodiment, image processing is incorporated when generating the image in step S5, thereby reducing the number of irradiation points (i.e., observation points for reflected waves). Here, it is assumed that image processing is performed based on compressed sensing technology (i.e., an image is generated by applying compressed sensing technology). Compressed sensing technology is a technology that restores target data from a smaller number of pieces of data than required. When compressed sensing technology is applied in this embodiment, unknown reflected wave signals can be derived from a small number of reflected wave signals (an image generated based on) obtained by irradiating terahertz waves to irradiation points that are sparsely set for multiple pixels that make up the image, and the image can be restored (generated) using the derived reflected wave signals. For restoration, coefficients (called an observation matrix) for converting an image acquired at dense irradiation points to an image acquired at sparse irradiation points must be set in advance. By correctly setting this matrix, it is possible to convert a sparse image into a dense image.
ここで、図13を参照して、本実施形態において圧縮センシング技術を適用することによって生成される画像の一例について説明する。 Here, with reference to Figure 13, we will explain an example of an image generated by applying compressed sensing technology in this embodiment.
まず、図13に示す元画像81は、画像生成部14によって生成される画像(つまり、出力部17によって出力される画像)を構成する複数の画素に対して密に設定された照射点に対してテラヘルツ波を照射することによって得られる反射波信号に基づいて生成された画像である。元画像81は鮮明な画像であり、当該元画像81中の異物43を容易に視認することができる。なお、元画像81においては、例えば0.5mm×0.5mmのピッチで照射点が設定されている場合を想定している。 First, the original image 81 shown in FIG. 13 is an image generated based on reflected wave signals obtained by irradiating terahertz waves onto irradiation points that are densely set on multiple pixels that make up the image generated by the image generation unit 14 (i.e., the image output by the output unit 17). The original image 81 is a clear image, and foreign matter 43 in the original image 81 can be easily seen. Note that it is assumed that the irradiation points are set at a pitch of, for example, 0.5 mm x 0.5 mm in the original image 81.
次に、第1間引き画像82は、元画像81と比較して照射点の数を75%削減し、残りの25%の照射点に対してテラヘルツ波を照射することによって得られる反射波信号に基づいて生成された画像である。すなわち、第1間引き画像82は照射点のピッチが1mm×1mmとなっている。第1間引き画像82は元画像81と比べて照射点(つまり、反射波信号)の数が削減されているため、当該第1間引き画像82の鮮明度は元画像81よりも低下している。しかしながら、第1間引き画像82(の生成に用いられた反射波信号)に対して圧縮センシング技術を適用した場合には、第1復元画像83を得ることができる。第1復元画像83は第1間引き画像82よりも鮮明度が向上している。 Next, the first thinned image 82 is an image generated based on reflected wave signals obtained by reducing the number of irradiation points by 75% compared to the original image 81 and irradiating the remaining 25% of irradiation points with terahertz waves. In other words, the pitch of the irradiation points in the first thinned image 82 is 1 mm x 1 mm. Because the number of irradiation points (i.e., reflected wave signals) in the first thinned image 82 is reduced compared to the original image 81, the clarity of the first thinned image 82 is lower than that of the original image 81. However, when compressed sensing technology is applied to the first thinned image 82 (the reflected wave signals used to generate it), a first restored image 83 can be obtained. The clarity of the first restored image 83 is improved compared to the first thinned image 82.
また、第2間引き画像84は、元画像81と比較して照射点の数を96%削減し、残りの4%の照射点に対してテラヘルツ波を照射することによって得られる反射波信号に基づいて生成された画像である。すなわち、第2間引き画像84は照射点のピッチが2mm×2mmとなっている。第2間引き画像84は第1間引き画像82よりも照射点の数が更に削減されているため、当該第2間引き画像84の鮮明度は第1間引き画像82よりも更に低下している。しかしながら、第2間引き画像84(の生成に用いられた反射波信号)に対して圧縮センシング技術を適用した場合には、第2復元画像85を得ることができる。第2復元画像85は第2間引き画像84よりも鮮明度が向上している。 The second thinned image 84 is an image generated based on reflected wave signals obtained by reducing the number of irradiation points by 96% compared to the original image 81 and irradiating the remaining 4% of irradiation points with terahertz waves. That is, the pitch of the irradiation points in the second thinned image 84 is 2 mm x 2 mm. Because the number of irradiation points in the second thinned image 84 is further reduced compared to the first thinned image 82, the clarity of the second thinned image 84 is even lower than that of the first thinned image 82. However, when compressed sensing technology is applied to the second thinned image 84 (the reflected wave signals used to generate it), a second restored image 85 can be obtained. The clarity of the second restored image 85 is improved compared to the second thinned image 84.
更に、第3間引き画像86は、元画像81と比較して照射点の数を99%削減し、残りの1%の照射点に対してテラヘルツ波を照射することによって得られる反射波信号に基づいて生成された画像である。すなわち、第3間引き画像86は照射点のピッチが5mm×5mmとなっている。第3間引き画像86は第2間引き画像84よりも照射点の数が更に削減されているため、当該第3間引き画像86の鮮明度は第2間引き画像84よりも更に低下している。しかしながら、第3間引き画像86(の生成に用いられた反射波信号)に対して圧縮センシング技術を適用した場合には、第3復元画像87を得ることができる。第3復元画像87は第3間引き画像86よりも鮮明度が向上している。 Furthermore, the third thinned image 86 is an image generated based on the reflected wave signals obtained by reducing the number of irradiation points by 99% compared to the original image 81 and irradiating the remaining 1% of irradiation points with terahertz waves. In other words, the pitch of the irradiation points in the third thinned image 86 is 5 mm x 5 mm. Because the number of irradiation points in the third thinned image 86 is further reduced compared to the second thinned image 84, the clarity of the third thinned image 86 is even lower than that of the second thinned image 84. However, when compressed sensing technology is applied to the third thinned image 86 (or the reflected wave signals used to generate it), a third restored image 87 can be obtained. The clarity of the third restored image 87 is improved compared to the third thinned image 86.
上記した図13に示す第1復元画像83及び第2復元画像85によれば元画像81と同様に異物43を容易に視認可能であるため、本実施形態において圧縮センシング技術を適用する場合には、元画像81(つまり、画像を構成する複数の画素に対して密に設定された照射点)と比べて、当該照射点を96%まで削減することができると考えられる。 In the first restored image 83 and the second restored image 85 shown in Figure 13 above, the foreign object 43 is easily visible, just like in the original image 81. Therefore, when compressed sensing technology is applied in this embodiment, it is thought that the number of illumination points can be reduced by up to 96% compared to the original image 81 (i.e., illumination points densely set for multiple pixels that make up the image).
すなわち、本実施形態においては、圧縮センシング技術を適用することによって、例えば画像を構成する複数の画素に対して照射点を疎に設定(つまり、当該照射点を削減)したとしても、異物43を認識(把握)するために有用な画像を得ることができる。なお、画像を構成する複数の画素に対して照射点を疎に設定するとは、例えば元画像81を得るために設定される照射点の数よりも少ない数の照射点を設定する(つまり、元画像81を得るために設定される照射点よりも広い間隔で照射点を設定する)ことを意味する。 In other words, in this embodiment, by applying compressed sensing technology, it is possible to obtain an image that is useful for recognizing (understanding) foreign matter 43, even if, for example, irradiation points are set sparsely for multiple pixels that make up the image (i.e., the number of irradiation points is reduced). Note that setting irradiation points sparsely for multiple pixels that make up the image means, for example, setting fewer irradiation points than the number of irradiation points set to obtain original image 81 (i.e., setting irradiation points at wider intervals than the irradiation points set to obtain original image 81).
なお、第3復元画像87は元画像81と比較すると鮮明度は低い(不明瞭である)が、異物43の種別によっては当該異物43を視認することが可能である。このため、樹脂42の内部に混入している異物43が比較的容易に視認することができると想定されるものであれば、元画像81を得るために設定される照射点の99%を削減しても構わない。 Note that although the third restored image 87 has lower clarity (is unclear) compared to the original image 81, it is possible to visually identify the foreign matter 43 depending on the type of foreign matter 43. Therefore, if it is expected that the foreign matter 43 mixed inside the resin 42 can be relatively easily visually identified, it is acceptable to reduce 99% of the illumination points set to obtain the original image 81.
図7に示すステップS5においては平面画像(XY平面の画像)が生成される場合を想定しているが、当該ステップS5においては断層画像(XZ平面またはYZ平面の画像)が生成されても構わない。 Step S5 in Figure 7 assumes that a planar image (an image in the XY plane) is generated, but a tomographic image (an image in the XZ plane or YZ plane) may also be generated in step S5.
次に、深さ算出部15は、ステップS3において取得された反射波信号に基づいて樹脂42に混入している異物43の深さを算出する(ステップS6)。この場合、異物43の深さは、反射波信号に含まれるピーク到達時間(テラヘルツ波の計測光遅延時間)及び樹脂42の屈折率に基づいて算出される。 Next, the depth calculation unit 15 calculates the depth of the foreign matter 43 mixed in the resin 42 based on the reflected wave signal acquired in step S3 (step S6). In this case, the depth of the foreign matter 43 is calculated based on the peak arrival time (measured light delay time of the terahertz wave) included in the reflected wave signal and the refractive index of the resin 42.
なお、図7においては、ステップS5及びS6の処理がステップS3において取得された反射波信号に基づいて実行されるものとして説明したが、当該処理はステップS4において生成された波形データに基づいて実行されてもよい。また、ステップS6の処理は、ステップS5において生成された画像(例えば、断層画像)を考慮して実行されてもよい。 Note that in FIG. 7, the processes of steps S5 and S6 are described as being performed based on the reflected wave signal acquired in step S3, but these processes may also be performed based on the waveform data generated in step S4. Furthermore, the process of step S6 may also be performed taking into account the image (e.g., a tomographic image) generated in step S5.
次に、判別部16は、ステップS4において生成された波形データに基づいて、樹脂42の内部に混入している異物43の種別を判別する(ステップS7)。 Next, the discrimination unit 16 discriminates the type of foreign matter 43 contained in the resin 42 based on the waveform data generated in step S4 (step S7).
以下、ステップS7の処理について説明する。テラヘルツ波は、上記したように材質の誘電率によって伝搬挙動や反射挙動が異なり、例えば金属では全反射する。本実施形態においては、このような特徴(特性)を利用することにより、非破壊で樹脂42の内部に混入している異物43の種別(材質)を判別(推定)する。 The processing of step S7 will be described below. As mentioned above, the propagation and reflection behavior of terahertz waves differs depending on the dielectric constant of the material; for example, metal causes total reflection. In this embodiment, this characteristic (property) is utilized to non-destructively determine (estimate) the type (material) of foreign matter 43 mixed inside resin 42.
ここで、図15は、異物(または欠陥)からの反射波(以下、第1反射波と表記)と、当該異物の周囲の樹脂(異物のない周囲樹脂)からの反射波(以下、第2反射波と表記)とを比較した際の当該第1及び第2反射波の特性の差異について説明するための図である。なお、図15に示す第1及び第2反射波は、実際に樹脂(の内部)を検査した結果として得られた反射波である。 Figure 15 is a diagram illustrating the difference in characteristics between a reflected wave from a foreign object (or defect) (hereinafter referred to as a first reflected wave) and a reflected wave from the resin surrounding the foreign object (surrounding resin without foreign objects) (hereinafter referred to as a second reflected wave) when comparing the first and second reflected waves. Note that the first and second reflected waves shown in Figure 15 are reflected waves obtained as a result of actually inspecting the resin (inside).
図15においては、反射波形特性、時間遅延特性及び周波数特性の各特性に関する第1及び第2反射波の差異が示されており、当該差異の程度に応じて〇、△及び×が付されている。なお、〇は特性に差異があることを表しており、×は特性に差異がない(または極めて小さい)ことを表しており、△は〇と×との間に相当する程度の差異があることを表している。 Figure 15 shows the differences between the first and second reflected waves in terms of the reflected waveform characteristics, time delay characteristics, and frequency characteristics, with a circle, triangle, or cross indicating the degree of difference. Note that a circle indicates a difference in the characteristics, a cross indicates no difference (or an extremely small difference) in the characteristics, and a triangle indicates a difference between a circle and a cross.
まず、図15に示す反射波形特性の差異について説明する。ここで示した図は、テラヘルツの反射波形を示しており、横軸は時間、縦軸は反射波強度である。異物が金属である場合にはテラヘルツ波を全反射するため、第1反射波の振幅は第2反射波よりも大きくなる。また、第1及び第2反射波の振幅差は、異物の深さ周囲で幅広く(数ps区間で)生じる。したがって、異物が金属である場合には、反射波形特性において第1及び第2反射波に差異があるといえる。 First, let's explain the differences in the reflected waveform characteristics shown in Figure 15. The diagram shown here shows the reflected terahertz waveform, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing reflected wave intensity. If the foreign object is metal, the terahertz wave is totally reflected, and the amplitude of the first reflected wave is larger than that of the second reflected wave. Furthermore, the difference in amplitude between the first and second reflected waves occurs widely (within a range of several picoseconds) around the depth of the foreign object. Therefore, if the foreign object is metal, it can be said that there is a difference in the reflected waveform characteristics between the first and second reflected waves.
異物が気泡である場合は、反射率は小さいが周囲の樹脂との誘電率差からわずかな振幅差が生じている。したがって、異物が気泡である場合には、反射波形特性において第1及び第2反射波に差異があるといえる。 If the foreign object is an air bubble, the reflectivity is small, but a slight difference in amplitude occurs due to the difference in dielectric constant with the surrounding resin. Therefore, if the foreign object is an air bubble, there will be a difference in the reflected waveform characteristics between the first and second reflected waves.
異物が樹脂バリである場合は、周囲の樹脂との誘電率差は小さいが、周囲の樹脂が一様かつ平坦であるのに対し、樹脂バリの位置では界面が存在するため、わずかな振幅差が生じている。また、この振幅差には、樹脂バリの樹脂中でしわが寄ったような形状も影響していると考えられる。ただし、この振幅差は上記した異物が金属である場合及び異物が気泡である場合に比べると小さいため、異物が樹脂バリである場合の反射波形特性における第1及び第2反射波の差異は△と評価されている。 When the foreign object is a resin burr, the difference in dielectric constant with the surrounding resin is small, but because the surrounding resin is uniform and flat, while an interface exists at the location of the resin burr, a slight amplitude difference occurs. It is also thought that this amplitude difference is influenced by the wrinkled shape of the resin burr within the resin. However, because this amplitude difference is smaller than when the foreign object is metal or when the foreign object is an air bubble, the difference between the first and second reflected waves in the reflected waveform characteristics when the foreign object is a resin burr is rated as fair.
次に、図15に示す時間遅延特性の差異について説明する。ここで示した図は、第1反射波と第2反射波との時間差の相関を示しており、横軸は時間、縦軸の値は相関を示す。異物が金属である場合及び異物が気泡である場合は、時間遅延差が0で当該異物と周囲の樹脂との相関が最大となっているため、時間遅延差は殆どない(つまり、時間遅延特性において第1及び第2反射波には差異がない)。一方、異物が樹脂バリである場合には、明確な時間遅延差が生じている(つまり、時間遅延特性において第1及び第2反射波に差異がある)。 Next, we will explain the differences in the time delay characteristics shown in Figure 15. The diagram shown here shows the correlation of the time difference between the first reflected wave and the second reflected wave, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing correlation. When the foreign object is metal or an air bubble, the time delay difference is 0 and the correlation between the foreign object and the surrounding resin is at its maximum, so there is almost no time delay difference (i.e., there is no difference between the first and second reflected waves in the time delay characteristics). On the other hand, when the foreign object is a resin burr, there is a clear time delay difference (i.e., there is a difference between the first and second reflected waves in the time delay characteristics).
最後に、図15に示す周波数特性の差異について説明する。ここでは、0.05~2.5THz帯間での異物(第1反射波)と周囲の樹脂(第2反射波)との相関を周波数特性として示している。異物が金属である場合には、第1反射波と第2反射波とで差異を確認することができないため、周波数特性における第1及び第2反射波の差異はないといえる。異物が気泡である場合、一部の低周波成分で第1反射波と第2反射波との差異が確認されるため、周波数特性における第1及び第2反射波の差異は△と評価されている。更に、異物が樹脂バリである場合には、特に1THz帯までの低周波成分において第1反射波と第2反射波との明確な差異を確認することができるため、周波数特性における第1及び第2反射波の差異があるといえる。 Finally, we will explain the differences in frequency characteristics shown in Figure 15. Here, the correlation between the foreign matter (first reflected wave) and the surrounding resin (second reflected wave) in the 0.05 to 2.5 THz band is shown as a frequency characteristic. If the foreign matter is metal, no difference can be detected between the first and second reflected waves, and it can be said that there is no difference in the frequency characteristics between the first and second reflected waves. If the foreign matter is an air bubble, a difference between the first and second reflected waves can be detected in some low-frequency components, and the difference in frequency characteristics between the first and second reflected waves is evaluated as fair. Furthermore, if the foreign matter is a resin burr, a clear difference can be detected between the first and second reflected waves, especially in low-frequency components up to the 1 THz band, and it can be said that there is a difference in the frequency characteristics between the first and second reflected waves.
本実施形態においては、上記したような特徴(特性)を把握した上で、所定の異物判別アルゴリズムを用いることによって、異物の種別の判別を実現する。 In this embodiment, the type of foreign matter is identified by understanding the characteristics (properties) described above and then using a specified foreign matter identification algorithm.
上記した異物判別アルゴリズムにおいては、例えば実際に樹脂を検査した結果(波形データ)のランダムサンプリングにより複数の波形データを抽出して相関フィルタ(異物のない周囲の樹脂の情報を有するフィルタ)を作成し、当該相関フィルタをシフト移動させながら畳み込み処理を実行することによって、各領域内での振幅差や位相差の整合性を図る。これによれば、相関フィルタと最もかけ離れた領域を異物が混入している箇所(または欠陥箇所)として検知することができる。この場合、異物が混入している箇所からの反射波を示す波形データ(つまり、異物に関する振幅、位相差及び周波数特性等)を識別機に入力することによって、周囲の樹脂(からの反射波を示す波形データ)との相関性に基づいて当該物の種別を判別することができる。なお、この波形データが入力される識別機としては、上記した各異物の界面からの反射波を示す波形データと当該異物の周囲からの反射波を示す波形データとの相関性(に基づく異物の種別)を予め学習した学習済モデルを用いることができる。 In the above-mentioned foreign matter discrimination algorithm, for example, multiple waveform data are extracted by random sampling of the results (waveform data) of actual resin inspections, and a correlation filter (a filter containing information about the surrounding resin without any foreign matter) is created. The correlation filter is then shifted while performing a convolution process to ensure consistency of amplitude and phase differences within each region. This allows the region furthest from the correlation filter to be detected as a location where a foreign matter has been mixed in (or a defective location). In this case, by inputting waveform data indicating the reflected waves from the location where the foreign matter has been mixed in (i.e., the amplitude, phase difference, frequency characteristics, etc. related to the foreign matter) into an identifier, the type of the foreign matter can be determined based on the correlation with the surrounding resin (waveform data indicating the reflected waves from the surrounding resin). The identifier to which this waveform data is input can use a trained model that has previously learned the correlation (and thus the type of foreign matter) between the waveform data indicating the reflected waves from the interfaces of each of the above-mentioned foreign matters and the waveform data indicating the reflected waves from the surrounding area of the foreign matter.
ステップS7の処理が実行されると、出力部17は、例えばステップS4において生成された波形データ、ステップS5において生成された画像、ステップS6において算出された異物43の深さ及びステップS7において判別された異物43の種別を、電力機器40において導電部41を覆う樹脂42の内部の検査結果として出力する(ステップS8)。 When the processing of step S7 is executed, the output unit 17 outputs, for example, the waveform data generated in step S4, the image generated in step S5, the depth of the foreign object 43 calculated in step S6, and the type of foreign object 43 determined in step S7 as inspection results for the inside of the resin 42 covering the conductive part 41 in the electric power equipment 40 (step S8).
具体的には、ステップS8において、波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別は、例えば検査装置10に備えられる表示装置に出力されて当該表示装置に表示される。これによれば、検査装置10を使用する検査者は、波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別を視認することによって、樹脂42の内部に混入している異物43を容易に把握することができる。 Specifically, in step S8, the waveform data, image, depth of the foreign matter 43, and type of foreign matter 43 are output to, for example, a display device provided in the inspection device 10 and displayed on the display device. This allows an inspector using the inspection device 10 to easily identify foreign matter 43 that has become mixed in the resin 42 by visually checking the waveform data, image, depth of the foreign matter 43, and type of foreign matter 43.
なお、上記した波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別の表示態様としては、種々のものが考えられる。具体的には、例えば波形データ及び画像は同一の画面上に並べて表示されてもよいし、異物43の深さ及び異物43の種別は画像に重畳するように表示されてもよい。更に、波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別は、適宜、加工されて表示されてもよい。この場合、例えば画像から異物43の位置(輝度値及び面積値等)を抽出し、当該異物43(または当該異物43の種別)を容易に視認することが可能な態様で画像を表示するようにしてもよい。 The waveform data, image, depth of foreign matter 43, and type of foreign matter 43 may be displayed in a variety of ways. Specifically, for example, the waveform data and image may be displayed side by side on the same screen, or the depth of foreign matter 43 and type of foreign matter 43 may be displayed superimposed on the image. Furthermore, the waveform data, image, depth of foreign matter 43, and type of foreign matter 43 may be processed as appropriate before being displayed. In this case, for example, the position of foreign matter 43 (brightness value, area value, etc.) may be extracted from the image, and the image may be displayed in a manner that allows the foreign matter 43 (or type of foreign matter 43) to be easily visually identified.
ここでは波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別が表示装置に表示されるものとして説明したが、当該波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別は、更に解析処理等を実行するために外部のサーバ装置に出力(送信)されても構わない。 Here, the waveform data, image, depth of the foreign object 43, and type of foreign object 43 are described as being displayed on the display device, but the waveform data, image, depth of the foreign object 43, and type of foreign object 43 may also be output (transmitted) to an external server device for further analysis processing, etc.
また、ステップS8において出力される検査結果には、波形データ、画像、異物43の深さ及び異物43の種別のうちの少なくとも1つが含まれていればよい。 Furthermore, the inspection results output in step S8 may include at least one of waveform data, an image, the depth of the foreign matter 43, and the type of the foreign matter 43.
なお、図7においては省略されているが、上記した電力機器40において導電部41を覆う樹脂42に混入している異物43の界面からの反射波はテラヘルツ波の周波数帯に応じて異なることが考えられるため、ステップS3~S7の処理は、特定周波数帯毎に実行されてもよい。具体的には、例えば0.05~1THzの範囲で細分化(分割)した周波数帯毎にステップS3~S7の処理を実行するようにしてもよい。 Although omitted from Figure 7, it is conceivable that the reflected waves from the interface of foreign matter 43 mixed in resin 42 covering conductive portion 41 in the above-described power device 40 will differ depending on the frequency band of the terahertz waves, and therefore steps S3 to S7 may be performed for each specific frequency band. Specifically, steps S3 to S7 may be performed for each frequency band subdivided (divided) into, for example, a range of 0.05 to 1 THz.
また、例えばステップ4において生成された波形データ及びステップS5において生成された画像に基づいて樹脂42の内部に異物が混入しているか否かを判定し、当該樹脂42の内部に異物が混入していると判定された場合にステップS6及びS7の処理が実行される構成であってもよい。 Alternatively, for example, a configuration may be adopted in which it is determined whether or not foreign matter has been mixed into the resin 42 based on the waveform data generated in step S4 and the image generated in step S5, and if it is determined that foreign matter has been mixed into the resin 42, the processes of steps S6 and S7 are executed.
上記したように本実施形態においては、樹脂42に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されたテラヘルツ波(パルス波)の当該樹脂42の内部に混入している異物43の界面からの反射波に応じた反射波信号を取得し、当該反射波信号に基づいて当該異物43を含む画像を生成し、当該複数の照射点は当該生成される画像を構成する複数の画素に対して疎に設定されている。 As described above, in this embodiment, terahertz waves (pulse waves) are irradiated based on multiple irradiation points set on the resin 42, and reflected wave signals corresponding to waves reflected from the interface of foreign matter 43 mixed inside the resin 42 are acquired. An image including the foreign matter 43 is generated based on the reflected wave signals, and the multiple irradiation points are set sparsely relative to the multiple pixels that make up the generated image.
本実施形態においては、このような構成により、照射点(つまり、検査時にテラヘルツ波が照射される回数)を削減することができるため、電力機器40において導電部41を覆う樹脂42の内部を非破壊で検査する時間(以下、単に検査時間と表記)を短縮することができる。 In this embodiment, this configuration makes it possible to reduce the number of irradiation points (i.e., the number of times terahertz waves are irradiated during inspection), thereby shortening the time (hereinafter simply referred to as inspection time) required to non-destructively inspect the interior of the resin 42 covering the conductive portion 41 of the power device 40.
なお、上記したように複数の照射点が疎に設定される場合、圧縮センシング技術を適用することによって上記した元画像と同程度に異物を視認可能な復元画像を生成することができるが、照射点を疎に設定したとしても異物を視認可能な画像を生成することが可能であれば、圧縮センシング技術に類似する技術または当該圧縮センシング技術以外の技術が適用されても構わない。 Note that when multiple illumination points are set sparsely as described above, applying compressed sensing technology can generate a restored image in which foreign objects are visible to the same extent as the original image described above. However, as long as it is possible to generate an image in which foreign objects are visible even when illumination points are set sparsely, technology similar to compressed sensing technology or technology other than compressed sensing technology may also be applied.
また、本実施形態においては、電力機器40の構造と樹脂42及び当該樹脂42の内部に混入している可能性がある異物43の比誘電率との少なくとも一方に基づいてテラヘルツ波(パルス波)の伝搬挙動を予測し、当該予測されたテラヘルツ波の伝搬挙動に基づいて当該テラヘルツ波の照射条件が設定される。本実施形態においては、このような構成により、電力機器40に対して適切な照射条件を設定して樹脂42の内部を検査することができるため、例えば精度の低い反射波信号が取得される可能性を低減することができる。すなわち、本実施形態においては、効率的な検査を実施することができ、結果として検査時間を短縮することができる。 In addition, in this embodiment, the propagation behavior of terahertz waves (pulse waves) is predicted based on at least one of the structure of the electric power equipment 40 and the relative dielectric constant of the resin 42 and foreign matter 43 that may be mixed inside the resin 42, and the irradiation conditions for the terahertz waves are set based on the predicted propagation behavior of the terahertz waves. In this embodiment, this configuration makes it possible to set appropriate irradiation conditions for the electric power equipment 40 and inspect the inside of the resin 42, thereby reducing the possibility of obtaining low-accuracy reflected wave signals, for example. In other words, in this embodiment, efficient inspections can be performed, and as a result, the inspection time can be shortened.
なお、上記したテラヘルツ波の照射条件には、例えば当該テラヘルツ波の周波数帯と、当該テラヘルツ波を発振するように構成された発振装置20の位置及び当該テラヘルツ波の反射波を受信するように構成された受信装置30の位置との少なくとも一方が含まれるが、他の条件(例えば、テラヘルツ波の強度等)が含まれていてもよい。 The above-mentioned terahertz wave irradiation conditions include, for example, at least one of the frequency band of the terahertz waves, the position of the oscillator device 20 configured to emit the terahertz waves, and the position of the receiver device 30 configured to receive the reflected terahertz waves, but may also include other conditions (for example, the intensity of the terahertz waves).
また、本実施形態においては、受信装置30から取得される反射波信号に基づいて反射波形を示す波形データを生成し、当該生成された波形データに基づいて樹脂42の内部に混入している異物43の種別を判別するが、当該異物43の種別は、当該波形データと当該異物の周囲の樹脂からの反射波形を示す波形データとの相関性を予め学習した学習済モデルを用いて判別されてもよい。本実施形態においては、このような構成により、非破壊で樹脂42の内部に混入している異物43の種別を判別することができ、当該判別結果(異物43の種別)を当該樹脂42の品質チェック、当該樹脂42に異物が混入した原因の分析及び当該異物43の混入に対する対策等に利用することができる。 In addition, in this embodiment, waveform data indicating a reflected waveform is generated based on the reflected wave signal obtained from the receiving device 30, and the type of foreign matter 43 mixed in the resin 42 is determined based on the generated waveform data. However, the type of the foreign matter 43 may also be determined using a trained model that has previously learned the correlation between the waveform data and waveform data indicating the reflected waveform from the resin surrounding the foreign matter. In this embodiment, this configuration makes it possible to non-destructively determine the type of foreign matter 43 mixed in the resin 42, and the determination result (type of foreign matter 43) can be used for checking the quality of the resin 42, analyzing the cause of the foreign matter being mixed in the resin 42, and taking measures to prevent the foreign matter 43 from being mixed in.
なお、本実施形態においては、例えば0.05~10THzの範囲に該当する周波数帯のテラヘルツ波を用いるものとして説明したが、具体的には、0.075~0.125THz帯のテラヘルツ波を利用することが好ましい。更に、樹脂42の内部に混入している異物43または欠陥が例えば金属、気泡、樹脂バリ、剥離及びき裂のうちの少なくとも1つである場合、0.1THz帯のテラヘルツ波は、反射波信号に基づいて生成される画像において当該異物43を好適に可視化することが可能である。このため、本実施形態においては、0.075~0.125THz帯の中でも特に0.1THz帯のテラヘルツ波を利用するとよい。すなわち、本実施形態においてテラヘルツ波の照射条件に含まれるテラヘルツ波の周波数帯としては、他の周波数帯に比較して0.1THz帯が優先的に選択される。ただし、上記したテラヘルツ波の伝搬挙動の予測結果によっては、0.1THz帯以外の周波数帯がテラヘルツ波の照射条件に含まれても構わない。 While this embodiment has been described as using terahertz waves in a frequency band ranging from 0.05 to 10 THz, it is preferable to use terahertz waves in the 0.075 to 0.125 THz band. Furthermore, if the foreign matter 43 or defect mixed in the resin 42 is, for example, at least one of metal, air bubbles, resin burrs, peeling, and cracks, terahertz waves in the 0.1 THz band can effectively visualize the foreign matter 43 in an image generated based on the reflected wave signal. Therefore, this embodiment preferably uses terahertz waves in the 0.1 THz band, particularly in the 0.075 to 0.125 THz band. In other words, the 0.1 THz band is preferentially selected as the frequency band of terahertz waves included in the terahertz wave irradiation conditions in this embodiment, compared to other frequency bands. However, depending on the results of the prediction of the propagation behavior of terahertz waves described above, frequency bands other than the 0.1 THz band may also be included in the terahertz wave irradiation conditions.
また、本実施形態における発振装置20及び受信装置30は、レンズ方式(テラヘルツ波及び当該テラヘルツ波の反射波を収束させるレンズを備える構成)を採用していてもよいし、レンズレス方式(テラヘルツ波及び当該テラヘルツ波の反射波を収束させるレンズを備えない構成)を採用していてもよいが、当該発振装置20及び受信装置30がレンズ方式を採用している場合には、強度が高い反射波を受信することができるため、例えば図16に示すような異物43を容易に視認することができる画像を生成することができる。すなわち、レンズ方式によれば、反射波に応じた反射波信号に基づく検査精度を向上させることができる。 Furthermore, the oscillator 20 and receiver 30 in this embodiment may employ a lens system (a configuration including a lens that converges the terahertz waves and their reflected waves) or a lensless system (a configuration that does not include a lens that converges the terahertz waves and their reflected waves). However, if the oscillator 20 and receiver 30 employ a lens system, they can receive reflected waves with high intensity, thereby generating an image in which foreign matter 43, for example, as shown in FIG. 16, can be easily identified. In other words, the lens system can improve the accuracy of inspection based on reflected wave signals corresponding to reflected waves.
一方、発振装置20及び受信装置30がレンズレス方式を採用している場合には、反射波の強度が低下するため、図17に示すように画像中の異物43に対する視認性は低下する。しかしながら、レンズレス方式によれば、焦点合わせ等の作業が不要であるため、検査時間の短縮に寄与することができる。 On the other hand, if the oscillator 20 and receiver 30 use a lensless system, the intensity of the reflected wave decreases, reducing the visibility of the foreign object 43 in the image, as shown in Figure 17. However, the lensless system eliminates the need for focusing and other tasks, which can contribute to shortening the inspection time.
上記したように発振装置20及び受信装置30において採用されるレンズ方式及びレンズレス方式はそれぞれ利点が異なるため、検査対象(電力機器40)に応じて適切な方式が選択されればよい。 As described above, the lens-based and lensless-based methods used in the oscillator 20 and receiver 30 each have different advantages, so the appropriate method should be selected depending on the object to be inspected (electric power equipment 40).
なお、本実施形態においては反射波信号のノイズレベルを下げるために当該反射波信号に対して複数回の加算平均処理を実行する場合があるが、検査時間を短縮するために、当該加算平均処理の回数を低減してもよい。 In this embodiment, multiple averaging processes may be performed on the reflected wave signal to reduce the noise level of the reflected wave signal, but the number of averaging processes may be reduced to shorten the inspection time.
本実施形態においては電力機器40にテラヘルツ波を照射するものとして主に説明したが、本実施形態におけるパルス波として超音波を用いることも可能である。 In this embodiment, the electric power equipment 40 is mainly described as being irradiated with terahertz waves, but ultrasound can also be used as the pulse waves in this embodiment.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope of the invention and its equivalents as defined in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.
10…検査装置、11…伝搬挙動予測部、12…反射波信号取得部、13…波形データ生成部、14…画像生成部、15…深さ算出部、16…判別部、17…出力部、20…発振装置、30…受信装置、40…電力機器、41…導電部、42…樹脂、43…異物、51…ビームスプリッタ、52…レンズ、101…CPU、102…不揮発性メモリ、103…RAM、103a…検査プログラム、104…通信デバイス。 10...Inspection device, 11...Propagation behavior prediction unit, 12...Reflected wave signal acquisition unit, 13...Waveform data generation unit, 14...Image generation unit, 15...Depth calculation unit, 16...Discrimination unit, 17...Output unit, 20...Oscillator, 30...Receiver, 40...Power equipment, 41...Conductive part, 42...Resin, 43...Foreign matter, 51...Beam splitter, 52...Lens, 101...CPU, 102...Non-volatile memory, 103...RAM, 103a...Inspection program, 104...Communication device.
Claims (10)
前記樹脂に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されたパルス波の当該樹脂の内部に混入している異物の界面からの反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、
前記取得された反射波信号に基づいて前記異物を含む画像を生成するステップと
を具備し、
前記複数の照射点は、前記生成される画像を構成する複数の画素に対して疎に設定され、
前記生成するステップは、圧縮センシング技術を適用することによって前記画像を生成し、
前記設定される複数の照射点の数は、前記樹脂の内部に混入している可能性がある異物の種別よって異なる
検査方法。 An inspection method for inspecting the inside of a resin covering a conductive part in an electric power device, comprising:
acquiring a reflected wave signal corresponding to a wave reflected from an interface of a foreign substance mixed inside the resin, the reflected wave being generated by a pulse wave irradiated based on a plurality of irradiation points set on the resin;
and generating an image including the foreign object based on the acquired reflected wave signal,
the plurality of illumination points are set sparsely with respect to the plurality of pixels constituting the generated image ;
the generating step generates the image by applying a compressed sensing technique;
The number of the plurality of irradiation points that are set varies depending on the type of foreign matter that may be mixed inside the resin .
前記パルス波の照射条件は、前記予測されたパルス波の伝搬挙動に基づいて設定される
請求項1記載の検査方法。 and predicting a propagation behavior of the pulse wave based on at least one of a structure of the electric power device and a relative dielectric constant of the resin and a foreign matter that may be mixed in the resin,
The inspection method according to claim 1 , wherein the pulse wave irradiation conditions are set based on the predicted propagation behavior of the pulse wave.
前記生成された波形データに基づいて前記異物の種別を判別するステップと
を更に具備し、
前記異物の種別は、異物の界面からの反射波形を示す波形データと当該異物の周囲の樹脂からの反射波形を示す波形データとの相関性を予め学習した学習済モデルを用いて判別される
請求項1~3のいずれか一項に記載の検査方法。 generating waveform data representing a reflected waveform based on the acquired reflected wave signal;
and determining the type of the foreign matter based on the generated waveform data,
The inspection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the type of the foreign matter is determined using a trained model that has previously trained the correlation between waveform data showing the waveform reflected from the interface of the foreign matter and waveform data showing the waveform reflected from the resin surrounding the foreign matter.
前記パルス波は、少なくとも0.1テラヘルツ帯のテラヘルツ波を含む
請求項1~4のいずれか一項に記載の検査方法。 the foreign matter includes at least one of metal, air bubbles, resin burrs, peeling, and cracks;
The inspection method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pulsed wave includes terahertz waves in at least a 0.1 terahertz band.
前記樹脂に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されたパルス波の当該樹脂の内部に混入している異物の界面からの反射波に応じた反射波信号を取得する取得手段と、
前記取得された反射波信号に基づいて前記異物を含む画像を生成する生成手段と
を具備し、
前記複数の照射点は、前記生成される画像を構成する複数の画素に対して疎に設定され、
前記生成手段は、圧縮センシング技術を適用することによって前記画像を生成し、
前記設定される複数の照射点の数は、前記樹脂の内部に混入している可能性がある異物の種別によって異なる
検査装置。 An inspection device for inspecting the inside of a resin covering a conductive part in an electric power device,
an acquisition means for acquiring a reflected wave signal corresponding to a reflected wave from an interface of a foreign substance mixed in the resin, the reflected wave being generated by a pulse wave irradiated based on a plurality of irradiation points set on the resin;
generating means for generating an image including the foreign matter based on the acquired reflected wave signal;
the plurality of illumination points are set sparsely with respect to the plurality of pixels constituting the generated image ;
the generating means generates the image by applying a compressed sensing technique;
The number of the plurality of irradiation points that are set varies depending on the type of foreign matter that may be mixed inside the resin .
前記樹脂に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されるパルス波を発振するように構成された発振装置と、
前記パルス波の前記樹脂の内部に混入している異物の界面からの反射波を受信するように構成された受信装置と、
前記受信装置によって受信された反射波に応じた反射波信号を取得する取得手段と、前記取得された反射波信号に基づいて前記異物を含む画像を生成する生成手段とを含む検査装置と
を具備し、
前記複数の照射点は、前記生成される画像を構成する複数の画素に対して疎に設定され、
前記生成手段は、圧縮センシング技術を適用することによって前記画像を生成し、
前記設定される複数の照射点の数は、前記樹脂の内部に混入している可能性がある異物の種別よって異なる
検査システム。 An inspection system for inspecting the inside of a resin covering a conductive part in an electric power device,
an oscillator configured to generate pulse waves to be irradiated based on a plurality of irradiation points set on the resin;
a receiving device configured to receive a reflected wave of the pulse wave from an interface of a foreign substance mixed inside the resin;
an inspection device including: an acquisition means for acquiring a reflected wave signal corresponding to the reflected wave received by the receiving device; and a generation means for generating an image including the foreign matter based on the acquired reflected wave signal;
the plurality of illumination points are set sparsely with respect to the plurality of pixels constituting the generated image ;
the generating means generates the image by applying a compressed sensing technique;
The number of the plurality of irradiation points that are set varies depending on the type of foreign matter that may be mixed inside the resin .
前記コンピュータに、
前記樹脂に対して設定された複数の照射点に基づいて照射されたパルス波の当該樹脂の内部に混入している異物の界面からの反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、
前記取得された反射波信号に基づいて前記異物を含む画像を生成するステップと
を実行させ、
前記複数の照射点は、前記生成される画像を構成する複数の画素に対して疎に設定され、
前記生成するステップは、圧縮センシング技術を適用することによって前記画像を生成し、
前記設定される複数の照射点の数は、前記樹脂の内部に混入している可能性がある異物の種別よって異なる
プログラム。 A program executed by a computer of an inspection device that inspects the inside of a resin that covers a conductive part in an electric power device,
The computer,
acquiring a reflected wave signal corresponding to a wave reflected from an interface of a foreign substance mixed inside the resin, the reflected wave being generated by a pulse wave irradiated based on a plurality of irradiation points set on the resin;
generating an image including the foreign matter based on the acquired reflected wave signal;
the plurality of illumination points are set sparsely with respect to the plurality of pixels constituting the generated image ;
the generating step generates the image by applying a compressed sensing technique;
The number of the plurality of irradiation points that are set varies depending on the type of foreign matter that may be mixed inside the resin .
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