JP2003512596A - 金属層の厚さの過渡サーモグラフィ測定方法 - Google Patents

金属層の厚さの過渡サーモグラフィ測定方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】金属対象物の実際の厚さを、非破壊検査で求める。 【構成】赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィシステム（１０）であって、スペクトル同調された光学フィルタを取り付けた高出力のストロボ（１１）と、ＩＲ画像データを取得するためのフォーカルプレーンアレイカメラ（１３）とを含む。画像データ処理制御コンピュータ（１６）は、取得したＩＲ画像データフレームを分析して、撮像された表面領域上の対象物の厚さに関連する、撮像された対象物（１）の色分け表示（１７）を行う。対象物（１）表面の加熱に使用するストロボ（１１）の点灯により、ＩＲデータの取得が開始される。ストロボ点灯後の所定期間に渡って所定数のＩＲ画像フレームを取得し、メモリ（１５）に記録して、対象物表面の温度-時間（Ｔ-ｔ）履歴を構築する。画像フレーム内の各画素に対してコントラスト曲線を算出する。各画素は、対象物表面の基本領域に対応している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物の厚さを求めるための、サーモグラフィによる非破壊試験技
術に関する。より詳しくは、本発明は、金属タービンの回転翼等の肉厚を正確に
測定する高速赤外線過渡サーモグラフィ法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここ何年もの間、様々な非破壊超音波測定技術を使って、鋳物や他の固体物の
断面厚を測定している。従来は、対象物に超音波を当てて試験を行っており、超
音波は、対象物の表層を突き抜け、反対側でその内部を反射してくるか、あるい
は表面で反射する。そして、反射波の受信に要した時間をもとに反対側（背面）
までの距離を測定し、それをその点における対象物の厚さとしている。しかしな
がら、この種の超音波測定を行って、たいていの対象物の断面厚を検査するには
、通常、トランスデューサを使った、煩わしくて時間のかかる全表面の機械的走
査が必要になる。さらに、トランスデューサと対象物表面との間を音響的に十分
に密着させるには、その表面に液体の接触媒質を途切れなく供給するか、あるい
は、対象物全体を接触媒質中に浸す必要がある。しかし、そのようなことは、多
くの場合、実際的ではないし、多くの構造上かつ素材上の理由から、実現さえ不
可能である。例えば、幾何学的に入り組んだ部分を走査、分析できる超音波シス
テムは、一般的には非常に高価であり、複雑である。さらには、トランスデュー
サによる大型対象物の表面の機械的な走査には、事実上、何時間もかかる。
【０００３】 さらに、ある金属対象物を超音波測定する場合、その金属の内部結晶方向と構
造により、望ましくないノイズと方向性効果が発生し、それが原因となって、得
られたデータに誤りが生ずる。このような超音波測定に固有の限界が、最新のタ
ービン翼によく使用される結晶金属、あるいは「方向性のある」金属からなる部
品の試験を行う際の重大な欠点となる。
【０００４】 これとは対照的に、赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィは、幾分か用途の広い
非破壊試験技術である。この技術は、対象物を介した熱転写の時間的な測定結果
をもとに、その対象物の構造と完全性に関する情報を提供するものである。対象
物を介した熱流は、実質的には、その対象物の素材のミクロ構造や単結晶方向に
影響されないため、赤外線過渡サーモグラフィによる分析には、本来的に、超音
波測定に対するような制限はない。たいていの超音波技術とは対照的に、過渡赤
外線サーモグラフィ分析によるアプローチは、被検査対象物の大きさ、外形、あ
るいは形状によって著しく妨げられることはなく、被検査対象物の表面積が大き
ければ、従来のほとんどの超音波による方法よりも、１０倍から１００倍も速く
試験ができる。
【０００５】 過渡サーモグラフィについて知られた最近の適用例として、固体非金属合成物
中の傷の大きさと、「相対的な」位置（深さ）を測定できるものが、「過渡深度
サーモグラフィ非破壊試験」と題する、リンガーマシャー他による米国特許第５
，７１１，６０３号で明らかにされており、本願の援用文献でもある。この技術
は、基本的に対象物の表面を加熱して、その表面上の非常に狭い領域、すなわち
「分解要素」に渡る、時間に対する温度変化を記録するものである。表面温度の
変化は、その対象物を介した熱流についての特有の動的特性に関連しており、そ
れは傷の存在の影響を受ける。従って、傷の「相対的な」深さ（すなわち、対象
物中の他の傷に対する深さ）を示す大きさおよび値は、その対象物の表面におけ
る各分解要素で起こる温度変化を注意深く分析することで決定できる。上記リン
ガーマシャーの特許には明確に開示されていないが、既知の深さのところに空隙
がある「標準ブロック」、すなわち、対象物上の「無限の」（熱的に厚い）基準
領域が、相対的な深さの値との比較のため、サーモグラフィデータの取得と分析
の一部として含まれていなければ、傷の「実際の」深さ（すなわち、対象物の表
面から傷までの深さ）を求めることはできない。
【０００６】 過渡サーモグラフィを使用して正確な熱測定を行うには、対象物の表面を短時
間に特定の温度にまで加熱して、その対象物の他の部分が大幅に加熱されるのを
避ける必要がある。被検査対象物の厚さと素材の特性に応じて、従来より石英灯
、あるいは高輝度のストロボを使用し、適度な強さと持続時間を持った熱パルス
を発生させている。しかし、対象物の表面を加熱するための具体的なメカニズム
としては、例えば、パルスレーザ光のように、サーモグラフィ観測ができる程度
の温度まで表面を瞬時に加熱できるものであれば、何でもよい。いったん対象物
の表面が加熱されてしまえば、その表面における温度変化をグラフ化して記録し
、分析できる。
【０００７】 従来より赤外線（ＩＲ）ビデオカメラを使用して、加熱後の対象物表面につい
ての連続した熱画像（フレーム）を記録し、蓄積している。この場合、画素とは
、撮像する対象物表面の「分解要素」と呼ぶ矩形領域に対応する画像列あるいは
フレーム中における、小さなピクチャ要素である。各分解要素における温度は、
対応する画素の輝度に直接、関連しているため、対象物表面の各分解要素におけ
る温度変化は、画素のコントラストの変化という観点から分析することができる
。既知の時点を示す、特定の画像フレームに対する画素の輝度の平均値を、同じ
時点における個々の画素の輝度から減算することによって、格納されたビデオ画
像を使って、画像フレーム内の各画素のコントラストを求める。
【０００８】 その結果、各画素のコントラストデータのタイムドメイン解析（すなわち、多
数の画像フレームに渡る解析）をして、コントラスト曲線データの「変曲点」が
発生する時間を特定する。これは、その対象物中の傷の相対的な深さと数学的な
関係を持っている。基本的には、一貫した素材からなる、厚さＬの典型的な「プ
レート」状の対象物に適用した場合、対象物に入射する熱流束パルスは、その対
象物中を通って反対側（背面）に達し、撮像している前面部に戻ってくるまで、
ある「固有時間」Ｔｃを要する。この固有時間Ｔｃは、対象物の厚さに関係して
おり、以下の式により、その素材の熱拡散係数によって与えられる。
【０００９】 Ｔｃ＝４Ｌ2／π2α （１） ここで、Ｌは対象物の厚さ（ｃｍ）、αは素材の熱拡散係数（ｃｍ2／秒）であ
る。
【００１０】 経験的観測によれば、熱パルスがプレート状の対象物に入射した後における、
その対象物の同じ側（つまり、前面）から観測した表面温度もまた、その素材の
厚さと熱拡散係数に依存しながら上昇する、ということが知られている。さらに
、表面の時間対温度（Ｔ-ｔ）の履歴グラフから、「変曲点」と呼ばれるＴ-ｔ曲
線上の一意的な点によって、固有時間Ｔｃを決定することができる。この変曲点
ｔinflは、Ｔ-ｔ曲線上で最大の傾きを持つ点（すなわち、ピーク傾斜時間）で
示され、以下の式で表される固有時間Ｔｃに関係している。
【００１１】 ｔinfl＝．９０５５Ｔｃ （２） 変曲点と固有時間との関係は、上記の式（２）で表されるように、二次元（２
-Ｄ）熱流分析のみならず、一次元（１-Ｄ）熱流分析に関して、ほぼ１％になっ
ている。Ｔ-ｔ応答から変曲点ｔinflが決まれば、対象物の相対的な厚さＬは、
その素材の既知の熱拡散係数αを用いた上記の式（１）と、式（２）による実際
のＴｃの値から決定することができる。
【００１２】 この点に関して、ピーク傾斜時間（変曲点）と上記のごとく規定される「固有
時間」との間における、熱流についての恒常的な関係は、プレナム出版（ニュー
ヨーク）から１９９８年５月に刊行された、「サーマルイメージングのための平
底ホール基準に向けて」と題するリンガーマシャー他による論文中の「定量的非
破壊評価の向上についての考察」に、詳細に論じられている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
傷を検出するための、上記引用したリンガーマシャー他による特許された方法
は、セラミック、プラスチック、複合素材、その他の非金属物に対して有効では
あるが、金属からなる対象物の厚さの計測用として、特に適しているわけではな
い。その問題の一つとして、金属が非金属よりも、かなり高い熱伝導率と熱拡散
特性を有していることが挙げられる。これにより、有効な熱データを得ることの
できる時間が短くなって、ＩＲ記録装置の感度を上げる必要が生じる。装置の感
度を上げることで、ストロボ等の他の周辺ＩＲ源からのＩＲノイズに起因して、
得られたデータに誤りが生じる。さらに、上記引用したリンガーマシャー他によ
る特許された装置と方法は、「相対的な」測定結果しか得られないため、金属対
象物の所望地点における実際の厚さに関する値を得るという目的には使用できな
い。従って、金属対象物の実際の厚さを求めるには、ＩＲ過渡サーモグラフィを
実行し、処理するための改良された方法が必要になる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高速赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィを使用して、対象物の実際
の厚さを測定して、表示するための非破壊試験方法および装置に関する。本発明
に特異な特徴は、たとえ金属の熱伝導率が高いとしても、金属素材を注目対象物
とすることができることである。
【００１５】 本発明によれば、金属対象物中における既知の熱流についての動的特性に基づ
く、改良された高速赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ装置を使用して、金属対
象物の厚さを正確に測定し、その対象物の所望領域における断面厚を示す色分け
表示を、目に見える形で提供する。さらには、本発明の改良された過渡サーモグ
ラフィ技術を使用することで、従来の超音波による方法よりも、さらに精度よく
金属対象物の厚さを測定できる。
【００１６】 この点に関して、本発明は、金属対象物を分析する際、特に変曲点を使用して
いる。その理由は、変曲点がＴ-ｔ応答において比較的早く生じ、また、側方の
熱損失メカニズムとは本質的に無関係だからである。このような配慮は、金属対
象物を扱う際に重要である。というのも、金属は熱伝導率が高いので、熱応答が
速く、そのため観測時間が短くなるからである。さらに、本発明によれば、「前
面」ＩＲカメラによる観測からＴ-ｔ曲線を求めるときに、加熱した対象物内の
、あるいは、隣接する熱的に厚い「基準」ブロック中の深部にある「基準領域」
（この基準領域は、「無限厚」の対象物を近似している）を反映している仮想の
、あるいは測定によるＴ-ｔ曲線から、観測によるＴ-ｔ曲線を減じることで画像
「コントラスト」曲線を生成できれば、変曲点をさらに正確に決定できる。
【００１７】 本発明によって、所定時間に渡ってＩＲカメラの連続画像フレームより得た熱
データから、変曲点ｔinflが決定される。この所定時間は、評価する対象物につ
いて推定した厚さをもとに、式（１）より得られる予測固有時間よりは、少なく
とも幾分か長いことが望ましい。
【００１８】 残念なことに、本発明の発明者が認識しているように、既知の従来技術に係る
ＩＲ過渡サーモグラフィ装置には、少なくとも一つの欠点がある。それは、加熱
パルスを生成するのに必要なストロボが、波長の長いＩＲ「残光」を放出し、そ
れが最終的に背景放射として対象物とカメラに達する。これが、記録されたＩＲ
画像のコントラストを低下させ、結局、熱測定結果の精度に影響を与えることに
なる。そこで、本発明は、従来のストロボ加熱装置が引き起こす「残光」ＩＲ放
出に関連する問題を実質的になくす、改良された高速赤外線（ＩＲ）過渡サーモ
グラフィ装置を提供する。本発明はさらに、タービンの回転翼等、金属対象物の
前面肉厚を効果的に定量評価するための、改良された高速赤外線（ＩＲ）過渡サ
ーモグラフィ方法および装置を提供する。さらには、本発明は、金属対象物の厚
さを求める、改良された方法および装置を提供する。ここで、厚さを求めるため
のデータを取得する手段は、鋳造物や他の「方向性のある」金属対象物には一般
的な、その対象物の特定内部結晶構造には、実質的に影響されない。
【００１９】 本発明の好適な実施例によれば、本装置は、専用の光学フィルタが取り付けら
れた１あるいはそれ以上の高出力ストロボと、データ取得のためのＩＲ感知フォ
ーカルプレーンアレイカメラと、表示用モニタとからなる画像システムを含む。
コンピュータシステムによって、この画像システムを制御し、ＩＲカメラを介し
て得た表面温度データを記録、並びに解析し、そして、対象物の厚さに正確に対
応する色分けした画像を表示用モニタに供給する。
【００２０】 ストロボを点灯して対象物に光を当てることで、表面温度データの取得が開始
される。専用の光学フィルタは、３〜５ミクロンのＩＲ放射を吸収および／また
はストロボに対して反射するようスペクトル調整されている。これによって、一
般的にストロボ消灯後にストロボ内の過熱された金属元素より発生する、望まし
くない長波長のＩＲ「残光」の放出が、対象物やカメラに達するのを防止できる
。このようなフィルタの使用によって、実際の厚さの１％〜３％の精度範囲内に
ある寸法測定結果を生成する、より正確な熱評価が可能となる。
【００２１】 そして、ストロボ点灯後のある期間、所定数の画像フレームが記録され、その
記録された画像を使って、対象物表面の注目領域の各基本領域、あるいは「分解
要素」に対する温度-時間（Ｔ-ｔ）履歴を構築する。記録された画像フレーム各
々が、フレームデータが得られたときの対象物の表面温度と相関する輝度を持つ
、所定の（ｎ×ｍ）配列の画素からなり、各画素は、特定の分解要素に対応する
画像フレーム内における（ｘ，ｙ）ロケーション指定を持っている。
【００２２】 取得した画像フレーム中の各画素に対するＴ-ｔ履歴の熱流分析を行い、（一
次元、あるいは多次元の熱流分析アプローチのいずれかを使用して）各分解要素
のロケーションにおける対象物の厚さを求める。従来より、対象物の固体部分を
介した過渡的な熱流を分析するには、固有時間Ｔｃを決定する必要があり、それ
には、熱エネルギの「パルス」が、対象物の最初の表面を通り抜け、反対側の面
で反射し、そして、最初の表面に戻ってくる必要がある。固有時間が、２つの表
面間の距離に関係しているため、それを使って、所望地点の２表面間における対
象物の厚さを測定できる。都合の良いことに、画素のサーモグラフィＴ-ｔ履歴
から固有時間Ｔｃの値を決定できる。というのも、上記の式（２）によれば、そ
の値が、画素について記録されたコントラスト履歴における「変曲点」の発生と
時間的な関連を持っているからである。
【００２３】 本発明によれば、改良された熱流解析法もまた提供され、それにより、とりわ
けコントラスト履歴の「変曲点」の、より正確な決定が容易になる。以下に詳述
するように、対象物表面の各分解要素に対応する各（ｘ，ｙ）画素ロケーション
に対して、最初にコントラスト曲線が決定される。このコントラスト曲線は、対
象物の、あるいは、測定対象物と同様の熱伝導率を持つ異なる「基準」ブロック
の、「熱的に厚い」部分を使用して得た平均画素輝度に基づいて作成する（好適
な実施例では、熱的に厚い部分は、測定対象物全体の厚さの、少なくとも５倍の
厚さがある）。好適な実施例では、個々の熱的に厚いブロックが、測定対象物に
隣接した位置にあり、それと一緒に撮像される。他の実施例では、熱的に厚い部
分を有し、かつ、厚さの分かっている、異なる段からなる「標準」ブロックが、
注目対象物とともにサーモグラフィ撮像される。
【００２４】 次に、画素のコントラスト曲線のデータについて時間的なガウシアン平滑化を
行って、測定結果の信号対ノイズ比を改善する。そして、三点データサンプリン
グによって、コントラスト曲線を数学的に微分する。このサンプリングは、第２
のサンプル点における画像フレーム番号の値と比例関係を有する、分離された第
１および第３のサンプル点を持っている。そして、コントラスト曲線のデータに
ついての微分値における局部的なピークを決定し、重み関数を使って各ピークの
重要度を調整して、対象物の厚さを求めるのに使用するＴ-ｔコントラスト曲線
データにおける最良の「変曲点」を特定する。画素データも修正して、撮像され
た対象物の表面曲率によるＩＲ放射率の変動を相殺する。
【００２５】 本発明の目的、および本発明により得られる効果は、添付図面を参照して以下
に詳述する好適な実施例を精査することで理解できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、対象物、例えば、意図的な空隙４を有する金属タービン翼１の厚さを
測定し、表示するためのＩＲ過渡サーモグラフィシステム１０の例を示している
。以降における議論のため、対象物の「厚さ」とは、中空、あるいは半ば中空の
対象物（すなわち、意図的な空隙を有する対象物）における前面厚、あるいは表
面厚のことであり、「熱的に厚い」対象物とは、仮想的な「無限」厚の対象物を
近似するのに十分な厚さの対象物、あるいは対象物の部分をいう（好適な実施例
では、無限に厚い対象物は、測定対象物の全体の厚さの、少なくとも５倍の厚さ
がある）。
【００２７】 測定対象物は、最初に、高紫外可視、高赤外線吸収物質、例えば、グラファイ
ト、カーボン、カーボンブラック水性塗料等のカーボン基材物質の薄い速乾性被
覆剤で、（例えば、スプレー、ブラシ、あるいはローラにより）塗装するのが望
ましい。
【００２８】 本発明では、ストロボ熱パルス源１１を始動して、測定対象物の表面を素早く
加熱する。ストロボ熱パルス源１１に適した装置として、例えば、（イリノイ州
シカゴにあるスピードトロン社で製造された）、４あるいは８個の高速、高出力
の写真用ストロボを一組にした、各々が約４．８キロジュールを出力可能な、個
別の電源を持つものがある。
【００２９】 金属は、非金属よりも、はるかに高速の熱伝導率を持つため、金属中の熱流に
対する固有時間は、例えば、プラスチックや複合材料のそれよりも速い。従って
、（通常、非金属に限定される）従来のＩＲサーモグラフィ技術を金属に適用し
ようとすると、加えた熱を急激に遮断する必要がある。これを達成するには、露
光後にストロボが冷えるとき、対象物に余熱を当てないよう、（被膜した）スト
ロボと注目対象物との間に３〜５ミクロン用の反射型フィルタ１８を使用する。
【００３０】 実際は、１個あるいはそれ以上のフィルタ（例えば、各ストロボに１つのフィ
ルタ）を使用する。これらのフィルタの機能は、通常、ストロボ内の過熱された
金属元素の「残光」より発生する直接の長波長放射が、ストロボに常に残ったり
、目標物に衝突したり、あるいは、反射してフォーカルプレーンアレイカメラ１
３に戻るのを防ぐことである。このような、ストロボ１１からの初期の残光放射
が、早期の熱データ取得の間における目標物からの長波赤外線放射と競合し、ま
た、それを妨害する可能性がある。よって、真に目標から発せられたＩＲ放射を
覆い隠し、最終的な画像コントラストと画質を低下させることになる。従って、
これらの専用フィルタを使用することで、十分に急峻な熱パルスが生成され、金
属内における短い熱移動時間を検出できる。
【００３１】 本発明によれば、ストロボフィルタ１８は、パイレックス（登録商標）、石英
ガラスＢＫ７、あるいは、他の光学材料からなる。この光学材料は、可視光と紫
外線を通し、ストロボに面する側に赤外線反射被膜を有し、３〜５ミクロンの範
囲内にある全ての放射をストロボに対して反射する材料である。（光学ガラスと
被膜が施されたフィルタは、コネチカット州のストラトフォードにあるオリール
のような、一般の実験用光学材料や光学ガラスの製造業者より入手するか、ある
いは特注する。） 基準ブロック２とともに熱パルスが当てられた対象物１の表面温度の測定結果
は、赤外線（ＩＲ）感応撮像システムを使って取得する。このシステムは、ＩＲ
感応フォーカルプレーンアレイカメラ１３（例えば、カリフォルニア州ゴレタの
アンバーエンジニアリング、レイセオン社より入手できるレイジアンスＨＳカメ
ラ）、制御用電子回路１４、フレームデータメモリ１５、制御コンピュータ／画
像処理プロセッサ１６、および表示用モニタ１７からなる。
【００３２】 熱データの取得は、光学的な始動により、あるいは他の適当な手段によってス
トロボを点灯したときに開始するのが望ましい。ストロボの点灯は、システムコ
ンピュータ１６上で動作する通常のビデオフレーム取得用ソフトウエアで管理さ
れた通常のストロボ用電子回路１４で制御される（例えば、アンバー社のイメー
ジデスク（登録商標）フレーム取得システムにより提供されているものや、その
他の通常のフレーム取得およびストロボ制御用のソフトウエア、例えば、ミシガ
ン州ラスラップビレッジにあるサーマルウエーブイメージング社より市販されて
いるものがある）。
【００３３】 システム制御コンピュータ／画像処理プロセッサ１６は、特別にプログラムさ
れた汎用デジタルコンピュータであり、本発明の方法に係るデジタル画像処理お
よび表示に加えて、周辺機器を制御したり、通信機能を実行できる。システムコ
ンピュータ１６は、カメラおよびストロボ用電子回路１４とフレームデータメモ
リ１５を制御して、対象物表面の所定数の連続熱画像フレームを取得する。これ
らの熱画像フレームは、その後の分析のためにメモリ１５に格納される。
【００３４】 熱撮像処理を始める前に、ここで説明する「全領域」デュアルイメージ較正技
術を使用して、最初にＩＲカメラ１３を較正する。この技術は、２つの「黒体」
（ＢＢ）画像較正レファレンス、すなわち、室温のフラットブラックプレートを
使用したＢＢ「低温」源と、加熱したフラットブラックプレートを使用したＢＢ
「高温」源とを用いた技術である。例えば、ＢＢ「低温」源の較正画像を得るに
は、カメラのレンズに対して４５°に配された室温のフラットブラックプレート
を封じ込めた、フラットブラック塗装された箱を、そのレンズの真正面に配置す
る。ＢＢ「高温」源の較正画像を得るには、フラットブラックプレートを周囲よ
りも公称約１０°Ｃ高く加熱した後、上記と同じフラットブラック塗装された箱
の中にカメラのレンズを置いて、そのカメラが、全領域に渡って加熱されたプレ
ートの画像を撮るようにする。上述したデュアルイメージ較正技術が望ましいと
は言っても、高コントラストの撮像に対して重要で、かつ、改善された熱精度を
得ることのできる、最大に均一化された画像領域が得られる較正技術であれば、
何でも使用できる。
【００３５】 撮像処理期間に取得した各画像フレームは、Ｎ×Ｎの画素からなり、各画素は
、対象物上の分解要素に対応している。ここで、Ｎは、所望の解像度や精度に応
じて、一般的には１２８か２５６とする。各画素は、格納メモリの約２バイトを
占め、例えば、１２ビット、あるいはそれ以上の２進数で表される。格納された
画像フレームは、逐次、増大するフレーム番号値で特定される。その値は同時に
、ストロボ１１が与えた熱パルスを当てた後の所定期間における、対象物１の前
面の温度対時間（Ｔ-ｔ）特性の履歴記録を提供する役割を果たす。
【００３６】 好適な実施例では、金属対象物の実際の厚さを求めるには、注目する金属対象
物を、それと組成が同じで、熱的に厚い部分３を持つ別の金属基準ブロック２に
近接させて配し、そして、同じストロボ加熱パルスを使用した同じ画像フレーム
内で、ブロック２と一緒に対象物の画像を撮る。金属基準ブロック２の熱的に厚
い部分３を使用することで、そのブロックに対する平均画素輝度の微分値が得ら
れる。その値は、被測定対象物中で内部反射する熱パルスからは、いかなる影響
も受けない。この平均画素輝度は、その後、（後述する）個々の画素コントラス
トを求めるのに使用され、それによって、その画素の「下」にある金属層の実際
の正確な厚さを測定できる。
【００３７】 制御コンピュータ１６によるストロボ１１の点灯後、金属対象物の評価期間に
おいて、カメラ１３より画像データフレームを取得し、その画像上の各分解要素
におけるＩＲ強度をデジタル的に記録して、フレームデータ記録部１５に格納す
る。対象物の素材に対する少なくとも１つの推定「固有時間」に渡って、意味の
あるＴ-ｔ履歴を得るのに十分な所定数の連続画像フレームの始めから終わりま
で、データ取得を続ける。取得した画像フレームの数Ｚは、所望の精度および画
像の解像度によって変わり、毎秒５５０フレーム程度のデータ取得ができる。
【００３８】 フレームデータ記録部１５は、プロセッサ１６に内蔵される従来のデジタルメ
モリとするか、あるいは、プロセッサ１６がアクセスできる、適当なビデオフレ
ームデー格納装置とすることができる。取得した連続の熱画像フレーム各々には
、実時間の経過に対応させて、増大するフレーム番号Ｚが付けられている。結果
として生じるデータフレームの「束」は、先に概要を述べたように、一次元の熱
流分析アプローチによって分析される。かかるアプローチによれば、本発明の方
法は、連続するＩＲ画像フレームに渡る各画素の時間対温度（Ｔ-ｔ）の履歴を
示す、既知の熱不変特性を利用しており、その特性をもとに、「変曲点」すなわ
ちピーク傾斜時間、つまり、Ｔ-ｔデータ曲線上で最大の傾きとなる点の位置を
特定している。
【００３９】 図２はフローチャートであり、本発明に係る、金属対象物に対して過渡ＩＲサ
ーモグラフィと画像データの分析を行うための工程を示している。これらの工程
は、適当な市販ソフトウエアを使用し、および／または、既知の従来のプログラ
ム技術を適用してプログラムされたシステムコンピュータ１６によって実現され
る。
【００４０】 最初に、コンピュータのオペレータが、熱拡散係数や内部基準領域熱データ等
、所望の素材に対する関連パラメータについての情報を選択および／または入力
して、対象物上の注目領域が特定される（すなわち、注目領域と所望の「熱的に
厚い」領域を捕らえるように、ＩＲカメラの焦点を合わせる）。
【００４１】 工程２０では、システム制御コンピュータは、ストロボ用電子回路に対してス
トロボ１１を点灯するよう命令し、フォーカルプレーンアレイＩＲカメラ１３よ
り画像フレームデータの取得を開始する。データ取得は、所定数の連続する画像
フレームに渡って続行される。工程２１では、増大する値を持つフレーム番号Ｚ
によって、連続的に取得した画像フレーム各々を特定し、それをフレームデータ
メモリに記録する。
【００４２】 次の工程２２では、対象物の表面上の注目領域に渡って、各（ｘ，ｙ）分解要
素ロケーションに対応する熱画像中の各画素に対して、一組のＴ-ｔ曲線を作成
し、最初にＩＲ加熱する「ストロボ」の時間とフレーム番号を特定し、最初の未
飽和状態のデータフレームを特定して、「基準」Ｔ-ｔ曲線（ｒｅｆｃｕｒｖｅ
）を生成する。対象物上の分解要素ロケーションにおける実際の厚さ（対象物上
の他のロケーションに関係する単なる厚さの値である「相対的な厚さ」とは対照
的である）を求めるには、同じ熱伝導率特性を持つ仮想の「無限厚」対象物の特
性を近似している基準Ｔ-ｔ曲線を使用する必要がある。この基準曲線を生成す
るため、同じ組成を持つ、別に設けた物の熱的に厚い領域を対象物とともに撮像
し、それを使って基準Ｔ-ｔ曲線データが与えられる。注目対象物の既知の熱的
に厚い部分からのＴ-ｔデータを交互に使用できる（あるいは、相対的な厚さだ
けが必要な場合は、各画像フレームからの平均画素輝度についてのＴ-ｔ履歴よ
り、基準曲線データを得ることができる）。
【００４３】 工程２３、および工程２４では、分析のための最初の画素（あるいは、次の画
素）を選択し、そのＴ-ｔ曲線データ（ｔｔｃｕｒｖｅ）を抽出する（すなわち
、決定したり、あるいは、コンピュータメモリから呼び出す）。この時点におい
て、任意のオフセット、および大きさ（振幅）の調整ができ、これにより、対象
物表面の曲率に起因する放射率の変化、あるいは振幅損失の影響を克服できる。
これを達成するため、各画素に対するＴ-ｔデータ曲線を調整して、「正規化し
た」基準曲線上の特定の点に一致させる。例えば、基準曲線（ｒｅｆｃｕｒｖｅ
）を正規化して、「低温」（点灯前）の振幅をゼロにする。そこで、各画素に対
するＴ-ｔデータ曲線が分析されるため、最初に基準曲線上の適当な点に一致さ
せて、ゼロの低温振幅にオフセットする。さらに、この工程では、画素輝度デー
タの「ゲイン」補正を各画素のＴ-ｔデータ曲線に適用して、対象物表面の曲率
および／または表面状態が変化することによってＩＲ放射率が変わることの影響
を補償したり、例えば、画素ゲイン補正を適用することで、最初の未飽和状態の
画像フレームにおける画素振幅が、同じ時点における基準曲線の振幅に一致する
。
【００４４】 工程２５では、Ｔ-ｔ曲線における変曲点をより正確に決定するため、画素の
Ｔ-ｔ曲線（ｔｔｃｕｒｖｅ）データから「基準」Ｔ-ｔ曲線データ（ｒｅｆｃｕ
ｒｖｅ）を減算して、選択された画素に対する「コントラスト」曲線（ｃｏｎｃ
ｕｒｖｅ）を定める。
【００４５】 工程２６では、コントラスト曲線データの時間的なガウス関数平滑化を行う。
ここで、ガウス平滑化アルゴリズムで使用する「時間ウインドウ」は、画像フレ
ーム番号Ｚに比例させることにより、時間の関数として変化するようになってい
る。基本的には、この平滑「ウインドウ」は、ガウシアンの半値（つまり、「２
-Φ」幅）全幅を制御している。この可変幅の「フレーム番号平滑化」アプロー
チは、素材内の深部で熱拡散の影響を補償する傾向にあるため、従来のガウス平
滑化を使うよりも効果があるとみなせる。
【００４６】 望ましくは、この工程では、選択されたデータ点における平滑ウインドウの幅
が、その点における画像フレーム番号の平方根に比例するようになっている。時
間的なガウシアン平滑化に加えて、ソフトウエアで実行する、いくつかの「画像
フィルタ」も、この段階のコントラスト曲線データに適用する。これには、空間
平滑、初期および終期ノイズ抑制、ネガティブコントラスト抑制、およびコント
ラスト閾値化が含まれる。
【００４７】 次に、工程２７では、変曲点を示す、コントラスト曲線の数学的な微分値を求
める。曲線上の最大傾斜点は、従来の３連続点微分アルゴリズムを使用して決定
できることは、良く知られている。このアルゴリズムでは、その曲線に沿った３
つの等間隔の連続データ点をサンプリングし、使用することで、第２の（中間の
）データ点における曲線の傾斜を計算している。本発明でも、依然として、３点
を使ったコントラスト曲線の微分値を算定しているが、第１および第３のサンプ
ル微分点の分離（すなわち、微分の基底間隔の幅）は、画像フレーム番号を介し
た画像展開における実時間にリンクしている。具体的には、コントラスト曲線に
沿った、どの選択点における微分の基底間隔の幅も、ＩＲ画像フレーム番号Ｚの
平方根に比例するようになっている。
【００４８】 このように、高ノイズレベルの真ん中においても、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）特
性は最大になる。このＳ／Ｎ比の改善は、大きな間隔に渡る「サンプリング」の
結果であり、従来の固定間隔の３点微分で得た微分変動よりも、最も大きい信号
変化を検出できる。サンプル点の分離が全ガウス幅に等しいとき、最大のＳ／Ｎ
比が得られるため、本発明のフレーム番号の比例幅アプローチを使用することで
、最大となりうるＳ／Ｎ比を常に得ることができる。
【００４９】 工程２８では、微分曲線中の全ピークを特定し、有効な「重みづけ」ファクタ
を使って適切なピークを見つけて、ｔinfl変曲点として使用する。この工程の期
間、全てのピークのロケーション（時間）と振幅のリストを、コンピュータのメ
モリ内に保持する。このピークのリストに所定の適正な重みづけ関数を適用する
ことで、各ピークの有効性を調整できるため、例えば、データ取得時間の初期に
おいて発生するピーク生成ノイズの影響を有効に無視できる。時間的に遅く生じ
るピークは、より重要となる傾向にあることを、実証的な証拠が示しているため
、本実施例では、ピークの振幅にそれが発生した時間を単に乗算することで、時
間的な重みづけ関数を実行している。よって、これらのピークには、重要度（重
み）の減少に従った区分がなされ、最大の（つまり、最も重要な）重み値を持つ
ピークは、適正な変曲点を示すものとして選択される。
【００５０】 続く工程２９では、選択されたピークに対応する分解要素のロケーションにお
ける対象物の厚さが測定される。これは、最重要ピークが発生するフレーム番号
を特定し、その値を実時間に変換することで行われる。ＩＲ画像フレームの取得
は、所定の既知の速度で発生するため、フレーム番号を実際の経過時間とみなす
ことができる。従って、最重要ピークを持つＩＲ画像フレームのフレーム番号が
、ｔinflに対する時間値を与える。上記の式（１）および（２）を使用して、ｔ infl に対するこの値を、厚さ値Ｌに変換する。この値は、画素に対応する分解要
素のロケーションにおける対象物の厚さに関連している。
【００５１】 工程３０では、厚さ値Ｌをメモリに格納し、それを使用して、表示あるいは印
刷のために、対象物表面上の注目領域のカラーマップ化（あるいは、グレースケ
ール）した画像を生成する。個々の色が、特定の厚さに対応している。そして、
次の画素が選択され（工程２３）、ＩＲ画像からなる各画素に対して、再度、上
記の工程を実行する。
【００５２】 上記の工程に加えて、精度と一貫性を得るため、システム制御コンピュータに
、適切な従来からのプログラミングを行って、拡散定数、データ分析の開始点お
よび範囲、時間的な平滑ウインドウの大きさの範囲、そして、カラーマッピング
範囲等の様々なパラメータ値を自動的に入力し、選択する。
【００５３】 本発明に係る上述した装置と関連して、熱データの取得と分析に上述した工程
を使用して過渡サーモグラフィ分析を行うことで、例えば、（図１に示すような
）タービンエアフォイルによく見られる肋骨状の構造を持つ試験対象物の一部を
構成したり、あるいは、それに接続されている、間隔の接近した後壁あるいは内
部構造間の正確な壁厚値を得ることができる。これに対して、接近して配された
後壁構造に従来の温度あるいは超音波方法を使用すると、通常は、不鮮明な画像
や間違ったデータを得る結果になる。
【００５４】 図３は、本発明に係る方法および装置によって作成した、ニッケル合金の階段
状標準物の赤外線過渡サーモグラフィ表示画像の印刷例である。図３に示す画像
を生成する際に使用した階段状金属は、異なる厚さの６つの正方形区域に加えて
、十分に厚い底部領域（不図示）を持っており、それは、実際の厚さを求めるの
に必要な基準Ｔ-ｔ曲線データを得るための熱的に厚い基準部分として使用され
る。６つの正方形区域各々の厚さは、色付けした陰影（あるいは、グレー階調）
で示され、それは、画像の右側に示した基準厚尺度図中の色に対応している。こ
の例の尺度図は、０．０１６〜０．０６４インチ（０．４１〜１．６３mm）の範
囲にある厚さの印を含んでいる。
【００５５】 本発明の他の実施例では、各画素のコントラスト値を得る必要がない。この実
施例では、被測定対象物と、既知の厚さの１あるいはそれ以上の部分を持つ基準
ブロックとの両方の分解要素に対応している、画素Ｔ-ｔ輝度曲線の変曲点が決
定され、比較される。対象物に対する変曲点に対応している基準ブロックの変曲
点が、対象物の厚さを示している。対象物の変曲点が、ブロック上の異なる厚さ
を持つ２つの部分に対応する変曲点の間にある場合は、補間により、その対象物
の厚さが与えられる。好適な実施例では、上述したように、熱的に厚い基準部分
を使用して画素コントラストを求める一方、画素コントラストを測定しなくても
、画素輝度の変曲点のみを使って有用な測定結果を得ることができる。
【００５６】 現在のところ最も実際的で好適な実施例と考えられるものとの関連で、本発明
を説明したが、本発明は、上記開示した実施例に限定されるものではなく、添付
したクレームの精神ならびに範囲内における種々の改良および均等な変形を包含
するものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る、対象物の実際の厚さを測定して表示するための赤
外線過渡サーモグラフィシステムの構成例を示す図である。
【図２】 本発明に係る、図１のシステムで実行される赤外線画像データの
取得および分析処理を示すフローチャートである。
【図３】 本発明に係る、ニッケル合金の階段状標準物の赤外線過渡サーモ
グラフィ画像表示の印刷例である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パンデイ，ラヴィンドラ・クマー アメリカ合衆国、12203、ニューヨーク州、 オールバニ、９・ウッドレイク・ロード、 アパートメント・ナンバー６番 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 CC08 FF04 GG08 GG21 JJ19 LL22 QQ31 QQ42 2G066 AC09 BA23 BB02 BC15 BC21 CA02

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物（１）の壁厚を求める高速赤外線（ＩＲ）過渡サーモ
    グラフィ装置であって、 赤外線（ＩＲ）に感応するフォーカルプレーンアレイカメラ（１３）と、 熱源（１１）と、 前記熱源と前記対象物間に光学的に配された、長波赤外線（ＩＲ）放射の残光
    放出を防止する専用同調フィルタ（１８）と、 赤外線（ＩＲ）画像データの取得と分析を制御する画像データ処理システムと
    を備えることを特徴とする赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ装置。
  2. 【請求項２】 前記専用同調フィルタ（１８）は可視光と紫外線を一様に通
    し、かつ、３乃至５ミクロンの範囲内の赤外線放射を全て反射することを特徴と
    する請求項１記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ装置。
  3. 【請求項３】 前記専用同調フィルタ（１８）は、ストロボからの３乃至５
    ミクロンの範囲内にある全ての赤外線（ＩＲ）放射を実質的に阻止することを特
    徴とする請求項１記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ装置。
  4. 【請求項４】 対象物（１）の厚さを求める高速赤外線（ＩＲ）過渡サーモ
    グラフィ方法であって、 （ａ） 赤外線（ＩＲ）に感応するフォーカルプレーンアレイカメラ（１３）
    より取得した所定の連続画像フレームからの画素輝度データを格納する工程であ
    って、連続して取得した画像フレーム各々に、経過時間に線形対応して増加する
    値を持つフレーム番号が割り当てられている、当該格納工程と、 （ｂ） 前記連続画像フレームからの画素に対する画素輝度データより画素コ
    ントラスト曲線を決定する工程と、 （ｃ） 前記工程（ｂ）で求めた画素コントラスト曲線についてのデータの時
    間的なガウシアン平滑化を実行する工程と、 （ｄ） 時間的なガウシアン平滑化後、コントラスト曲線に沿った個別のデー
    タ時点から画素コントラスト曲線データの時間微分を求める工程と、 （ｅ） 画素コントラスト曲線データの時間微分値における局在性ピーク微分
    値を特定する工程と、 （ｆ） 前記工程（ｅ）で特定した前記局在性ピーク微分値に所定の重みづけ
    関数を適用して、特定された各微分ピーク値に対する有意値を決定する工程と、 （ｇ） 前記工程（ｆ）で決定した最有意値に基づいて、１つのコントラスト
    曲線微分ピーク値を選択する工程と、 （ｈ） 前記工程（ｇ）で選択したコントラスト曲線微分ピーク値が発生する
    画像フレームのフレーム番号をもとに、対象物の厚さＬを求める工程とを備える
    ことを特徴とする赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  5. 【請求項５】 前記画素コントラスト曲線は、画素に対する画素輝度データ
    から画素基準曲線データを減算して決定されることを特徴とする請求項４記載の
    赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  6. 【請求項６】 前記画素基準曲線データは、対象物の熱的に厚い基準部分の
    画素輝度データより決定され、前記基準部分は、仮想的な無限厚の対象物の特性
    を近似していることを特徴とする請求項５記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラ
    フィ方法。
  7. 【請求項７】 前記画素基準曲線データは、対象物とともに撮像した、実質
    的に同じ熱伝導特性を有する別個の金属基準物の熱的に厚い領域から得た画素輝
    度データより決定されることを特徴とする請求項５記載の赤外線（ＩＲ）過渡サ
    ーモグラフィ方法。
  8. 【請求項８】 撮像された対象物の表面曲率および／または表面状態の変化
    に起因する放射率の変化は、選択された画素に対する所定のゲインファクタで画
    素輝度データを修正することによって補償されることを特徴とする請求項４記載
    の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  9. 【請求項９】 選択された画素に対する画素輝度データを修正して、対象物
    の表面曲率によって変化する赤外線（ＩＲ）放射率の影響を補償することを特徴
    とする請求項４記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  10. 【請求項１０】 所定期間に渡って取得した画素輝度データからなる画素輝
    度曲線は、前記画素輝度曲線中の選択点を、正規化した画素基準曲線中の選択点
    に一致させることでオフセットされることを特徴とする請求項４記載の赤外線（
    ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  11. 【請求項１１】 画素コントラスト曲線データのガウス平滑化に使用する時
    間的な平滑ウインドウの大きさは、平滑ウインドウの開始時間に対応するフレー
    ム番号に比例し、平滑ウインドウの大きさが時間とともに大きくなることを特徴
    とする請求項４記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  12. 【請求項１２】 画素コントラスト曲線データのガウス平滑化に使用する時
    間的な平滑ウインドウの大きさは、平滑ウインドウの開始時間に対応するフレー
    ム番号の平方根に比例することを特徴とする請求項４記載の赤外線（ＩＲ）過渡
    サーモグラフィ方法。
  13. 【請求項１３】 コントラスト曲線に沿って時間的に等しく離れた３つのデ
    ータ点を選んで改良した従来の３点微分アルゴリズムを使用して、画素コントラ
    スト曲線データの時間微分を求め、第１および第３のデータ点は、第２の（中間
    の）データ点に対するフレーム番号の値の平方根に比例する時間間隔だけ離れて
    いることを特徴とする請求項４記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  14. 【請求項１４】 Ｔｃ＝４Ｌ2／π2α、およびｔinfl＝．９０５５Ｔｃ（α
    は対象物の熱拡散係数、ｔinflは、最有意のコントラスト曲線微分ピークが発生
    する画像フレームのフレーム番号の値に直接関係する変曲点）で表わされる式に
    従って厚さＬを求めることを特徴とする請求項４記載の赤外線（ＩＲ）過渡サー
    モグラフィ方法。
  15. 【請求項１５】 赤外線（ＩＲ）画像フレームを取得する前に、高い紫外線
    透過性と赤外線放射率を持つ物質からなる薄層で前記対象物を被膜することを特
    徴とする請求項４記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  16. 【請求項１６】 画素列として目に見える表面を持った対象物の厚さを求め
    る装置であって、 対象物（１）の表面を急速に加熱する熱源（１１）と、 連続する赤外線（ＩＲ）画像中の画素輝度を記録する手段と、 前記記録した画素輝度より画素コントラストデータを決定する手段と、 赤外線（ＩＲ）画像に割り振られたフレーム番号の値をもとに、前記コントラ
    ストデータの微分値を求める手段と、 画素コントラストと画像フレームの番号をもとに、前記対象物の他の部分との
    関連における前記対象物の厚さを求める手段とを備えることを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 対象物の実際の厚さを求める高速赤外線（ＩＲ）過渡サー
    モグラフィ方法であって、 （ａ） 赤外線（ＩＲ）に感応するフォーカルプレーンアレイカメラを使用し
    て、前記対象物についての所定の連続する赤外線（ＩＲ）画像フレームから画素
    輝度データを取得する工程であって、各画像フレームが複数の画素からなる、当
    該工程と、 （ｂ） 前記対象物の熱的に厚い基準部分に対応する画素輝度データより平均
    画素輝度を示す値を求める工程と、 （ｃ） 画素に対する画素輝度データより、平均画素輝度を示す前記値を減じ
    て画素コントラストデータを決定する工程と、 （ｄ） 前記連続する赤外線（ＩＲ）画像フレームの各フレームに対して前記
    工程（ｂ）および工程（ｃ）を繰り返して、前記画素に対する温度対時間（Ｔ-
    ｔ）コントラスト曲線を生成する工程と、 （ｅ） 前記コントラスト曲線を使用して、前記画素に対応する前記対象物の
    分解要素における実際の厚さを求める工程であって、この測定は、前記コントラ
    スト曲線中の変曲点と、前記対象物の熱拡散率に依存する熱流の固有時間との熱
    流の恒常的関係に基づいている、当該工程とを備えることを特徴とする赤外線（
    ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  18. 【請求項１８】 前記コントラスト曲線を使用して、前記画素に対応する前
    記対象物の分解要素における実際の厚さを求める工程は、さらに、 画素コントラスト曲線データの時間平滑を実行する工程と、 前記コントラスト曲線に沿った個別のデータ時点から画素コントラスト曲線デ
    ータの時間微分を求める工程と、 画素コントラスト曲線データの時間微分値における局在性ピーク微分値を特定
    する工程と、 前記局在性ピーク微分値に所定の重みづけ関数を適用して、特定された各微分
    ピーク値に対する有意値を決定する工程と、 前記有意値に基づいて、１つのコントラスト曲線微分ピーク値を選択する工程
    と、 選択したコントラスト曲線微分ピーク値が発生する画像フレームのフレーム番
    号をもとに、前記分解要素における実際の対象物の厚さを求める工程とを備える
    ことを特徴とする請求項１７記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  19. 【請求項１９】 画素コントラスト曲線データの時間平滑に使用する平滑関
    数ウインドウの大きさは、平滑ウインドウの開始時間に対応するフレーム番号に
    比例し、平滑ウインドウの大きさが時間とともに大きくなることを特徴とする請
    求項１８記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  20. 【請求項２０】 画素コントラスト曲線データのガウス平滑化に使用する時
    間平滑ウインドウの大きさは、平滑ウインドウの開始時間に対応するフレーム番
    号の平方根に比例することを特徴とする請求項１８記載の赤外線（ＩＲ）過渡サ
    ーモグラフィ方法。
  21. 【請求項２１】 対象物の実際の厚さを求める高速赤外線（ＩＲ）過渡サー
    モグラフィ方法であって、 （ａ） 赤外線（ＩＲ）に感応するフォーカルプレーンアレイカメラを使用し
    て、前記対象物と、その対象物とともに撮像した隣接する個別の基準物とについ
    ての所定の連続する赤外線（ＩＲ）画像フレームから画素輝度データを取得する
    工程であって、各画像フレームは複数の画素からなり、前記基準物は、前記対象
    物と実質的に同じ熱伝導特性の熱的に厚い基準部分を有する、当該工程と、 （ｂ） 前記基準物の熱的に厚い基準部分に対応する画素輝度データより平均
    画素輝度を示す値を求める工程と、 （ｃ） 画素に対する画素輝度データより、平均画素輝度を示す前記値を減じ
    て画素コントラストデータを決定する工程と、 （ｄ） 前記連続する赤外線（ＩＲ）画像フレームの各フレームに対して前記
    工程（ｂ）、および工程（ｃ）を繰り返して、前記画素に対する温度-時間（Ｔ-
    ｔ）コントラスト曲線を生成する工程と、 （ｅ） 前記コントラスト曲線を使用して、前記画素に対応する前記対象物の
    分解要素における実際の厚さを求める工程であって、この測定は、前記コントラ
    スト曲線中の変曲点と、前記対象物の熱拡散率に依存する熱流の固有時間との熱
    流の恒常的関係に基づいている、当該工程とを備えることを特徴とする赤外線（
    ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  22. 【請求項２２】 前記コントラスト曲線を使用して、前記画素に対応する前
    記対象物の分解要素における実際の厚さを求める工程は、さらに、 画素コントラスト曲線データの時間平滑を実行する工程と、 前記コントラスト曲線に沿った個別のデータ時点から画素コントラスト曲線デ
    ータの時間微分を求める工程と、 画素コントラスト曲線データの時間微分値における局在性ピーク微分値を特定
    する工程と、 前記局在性ピーク微分値に所定の重みづけ関数を適用して、特定された各微分
    ピーク値に対する有意値を決定する工程と、 前記有意値に基づいて、１つのコントラスト曲線微分ピーク値を選択する工程
    と、 選択したコントラスト曲線微分ピーク値が発生する画像フレームのフレーム番
    号をもとに、前記分解要素における実際の対象物の厚さを求める工程とを備える
    ことを特徴とする請求項２１記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  23. 【請求項２３】 画素コントラスト曲線データの時間平滑に使用する平滑関
    数ウインドウの大きさは、平滑ウインドウの開始時間に対応するフレーム番号に
    比例し、平滑ウインドウの大きさが時間とともに大きくなることを特徴とする請
    求項２２記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  24. 【請求項２４】 画素コントラスト曲線データのガウス平滑化に使用する時
    間平滑ウインドウの大きさは、平滑ウインドウの開始時間に対応するフレーム番
    号の平方根に比例することを特徴とする請求項２２記載の赤外線（ＩＲ）過渡サ
    ーモグラフィ方法。
  25. 【請求項２５】 対象物の実際の厚さを求める高速赤外線（ＩＲ）過渡サー
    モグラフィ方法であって、 （ａ） 赤外線（ＩＲ）に感応する光電変換手段を使用して、前記対象物と、
    その対象物とともに撮像した隣接する個別の基準物とについての所定の連続する
    赤外線（ＩＲ）画像フレームから画素輝度データを取得する工程であって、前記
    基準物は、厚さが既知で、かつ、前記対象物と実質的に同じ熱伝導特性の１ある
    いはそれ以上の分離した部分とを有する、当該工程と、 （ｂ） 前記対象物の分解要素に対応する画素Ｔ-ｔ輝度曲線中の変曲点と、
    前記基準物上の既知の厚さを持った異なる部分に対応する、１あるいはそれ以上
    の分解要素とを決定する工程と、 （ｃ） 前記工程（ｂ）で決定した変曲点が現れる相対的な時間を比較して、
    前記対象物の分解要素における前記対象物の実際の厚さを測定し、かつ、前記基
    準物上の既知の厚さの部分より前記対象物に対する厚さの値を外挿あるいは内挿
    する工程とを備えることを特徴とする赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法。
  26. 【請求項２６】 前記光電変換手段は、フォーカルプレーンアレイカメラを
    含むことを特徴とする請求項２５記載の赤外線（ＩＲ）過渡サーモグラフィ方法
    。
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