JP2013205287A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造体内の腐食や疲労破壊による欠陥を精度高く検査することができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】構造体内の欠陥を検査するとき、構造体に、物理刺激信号に基いて物理刺激を与え、構造体の応答信号を少なくとも２つ以上のセンサで受信し、前記物理刺激信号と前記応答信号とを用いて、前記構造体内の欠陥を検査する。物理刺激を与えるとき、前記物理刺激を与える時間帯と、前記物理刺激を与えない時間帯とを交互に繰り返し、複数回、物理刺激を与える。欠陥を検査する際、前記応答信号から、前記刺激時間帯に対応する刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯に対応する非刺激時間帯応答信号とを取得し、前記非刺激時間帯応答信号を時間シフトした信号を前記刺激時間帯応答信号から差し引くことにより、前記物理刺激に対する刺激応答を表す刺激応答信号を取り出し、前記刺激応答信号に基いて前記欠陥を検査する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、構造体内の欠陥の検査を行う欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

パイプラインや、液体・ガス貯蔵タンク等の金属製の構造体、あるいは、建物等のコンクリートやセラミックスからなる構造体内の腐食損傷や疲労破壊等の欠陥を検査することは、構造体の補修維持のためには重要である。
構造体では、腐食損傷や疲労破壊により生じ、材料に蓄積されている歪みが、外部から物理刺激を受けて解放されるとき、弾性波が生じる。この弾性波はアコースティックエミッション（以降、ＡＥという）として計測することができる。このＡＥを計測することにより、構造体内の、腐食損傷や疲労破壊等の欠陥を検査する試みが種々行われている。

例えば、下記非特許文献１では、円筒タンクに意図的に物理刺激を与えることなく、長時間かつ一時間、環境による外的物理刺激に起因するＡＥを計測してタンク底板の腐食の有無を検査する試みがなされている。しかし、非特許文献１では、腐食損傷に起因するＡＥの信号をノイズの信号と十分に分離することができず、腐食の有無を検査することは難しい、とされている。

一方、塗覆装が損傷し、かつ腐食が発生・進行している箇所を簡便に精度よく検出することができる地中埋設管の腐食検出方法、及び地中埋設管の腐食検出装置が知られている（特許文献１）。
当該腐食検出方法では、 測定対象の地中埋設管に腐食電流を供給し、該腐食電流の供給によって発生するＡＥの信号を検出し、検出されたＡＥの信号に基づいて腐食の有無を検出する。

特開２００５−３５１８８４号公報

「石油貯蔵タンク底板腐食に対するＡＥ計測における信号とノイズの分別」，長秀雄等，Journal of the Society of Materials Science, Japan,Vol.57,No.11,pp.1101-1107,Nov.2008

上記地中埋設管の腐食検出方法及び地中埋設管の腐食検出装置では、検出されたＡＥの信号をどのように処理して、腐食が発生・進行している箇所を簡便に精度よく検出するかについては記載されていない。このため、測定対象の地中埋設管に腐食電流を供給することにより地中埋設管に刺激を与えることでＡＥを積極的に誘発させるが、依然として、ＡＥの信号からノイズの信号を十分に分離することは難しい。
例えば、地中の温度が徐々に変化する場合、管の熱収縮や熱膨張によって生じるＡＥの信号がノイズ信号として比較的一定間隔で発生する場合がある。また、管内の液体の流れ等によってＡＥの信号が一定間隔で発生する場合もある。また、地上に立設した構造体においても、風や雨等によってＡＥの信号が一定間隔で発生する場合もある。
上記地中埋設管の腐食検出方法、及び地中埋設管の腐食検出装置では、このような信号もＡＥ信号として腐食の検査対象となるので、物理刺激に応答したＡＥの信号のみを取り出して正確な腐食の有無を検査することはできない。

そこで、本発明は、構造体内の腐食や疲労破壊による欠陥を精度高く検査することができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、構造体内の欠陥を検査する欠陥検査装置である。当該装置は、構造体に、物理刺激信号に基いて物理刺激を与える刺激付与部と、
構造体内に設置され、前記構造体の応答信号を受信する少なくとも２つ以上のセンサと、
前記物理刺激信号と前記応答信号とを用いて、前記構造体内の欠陥を検査する分析部と、を有する。
前記刺激付与部は、前記物理刺激を与える刺激時間帯と、前記刺激時間帯の後に前記物理刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返して、複数回、前記構造体に物理刺激を与える。
前記分析部は、前記応答信号から、前記刺激時間帯に対応する刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯に対応する非刺激時間帯応答信号とを取得し、前記非刺激時間帯応答信号を時間シフトした信号を前記刺激時間帯応答信号から差し引くことにより、前記物理刺激に対する刺激応答を表す刺激応答信号を取り出し、前記刺激応答信号に基いて前記構造体内の欠陥を検査する。

前記分析部は、前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との相互相関関数を算出し、前記相互相関関数の値が最大値になるときの前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との間のずれ時間を求め、前記ずれ時間を前記非刺激時間帯応答信号の時間シフトのシフト量に用いる、ことが好ましい。

前記センサは、前記構造体の異なる位置に設けられ、
前記分析部は、前記構造体の異なる位置に設けられた前記センサそれぞれに対応する前記刺激応答信号の前記物理刺激信号に対する遅延時間を求め、前記遅延時間を用いて、前記構造体の前記欠陥の位置を特定する、ことが好ましい。

また、前記刺激付与部は、前記センサのいずれか１つの設置位置に設けられる、ことが好ましい。

また、記分析部は、前記欠陥を検査するとき、前記刺激時間帯応答信号及び前記非刺激時間帯応答信号のそれぞれが、予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成し、前記刺激時間帯及び前記非刺激時間帯における前記パルス信号中の前記パルスの数を用いて、前記欠陥の有無を判定する、ことが好ましい。

本発明の他の態様は、刺激付与部、センサ及び分析部を有する装置を用いて構造体内の欠陥を検査する欠陥検査方法である。当該方法は、
刺激付与部が、物理刺激信号に基いて構造体に物理刺激を与える工程と、
センサによって、前記構造体の応答信号を受信する工程と、
分析部が、前記物理刺激信号と前記応答信号とを用いて、前記構造体内の欠陥を検査する工程と、を有する。
前記物理刺激を前記構造体に与える工程では、前記刺激付与部が、前記物理刺激を与える刺激時間帯と、前記刺激時間帯の後に前記物理刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返して、複数回、前記構造体に物理刺激を与える。
前記欠陥を検査する工程では、
前記応答信号から、前記刺激時間帯に対応する刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯に対応する非刺激時間帯応答信号とを取得し、前記非刺激時間帯応答信号を時間シフトした信号を前記刺激時間帯応答信号から差し引くことにより、前記物理刺激に対する刺激応答を表す刺激応答信号を取り出す工程と、
前記刺激応答信号に基いて前記構造体内の欠陥を検査する工程と、有する。

なお、前記刺激応答信号を取り出す工程は、
前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との相互相関関数を算出し、前記相互相関関数の値が最大値になるときの前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との間のずれ時間を求める工程を有し、
前記ずれ時間を前記非刺激時間帯応答信号の時間シフトのシフト量に用いる、ことが好ましい。

前記センサは、前記構造体の異なる位置に設けられ、
前記構造体内の欠陥を検査する工程は、
前記構造体の異なる位置に設けられた前記センサそれぞれに対応する前記刺激応答信号の前記物理刺激信号に対する遅延時間を求める工程と、
前記センサそれぞれに対応する前記遅延時間を用いて、前記構造体の前記欠陥の位置を特定する工程と、を有する、ことが好ましい。

また、前記欠陥を検査する工程は、
前記刺激時間帯応答信号及び前記非刺激時間帯応答信号のそれぞれが、予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する工程と、
前記刺激時間帯及び前記非刺激時間帯における前記パルス信号中の前記パルスの数を用いて、前記欠陥の有無を判定する工程と、を有する、ことが好ましい。

前記刺激付与部は、前記センサのいずれか１つの設置位置に設けられる、ことが好ましい。

また、前記刺激付与部は、前記センサのいずれか１つの設置位置に設けられ、前記刺激付与部の設置位置を、前記センサのいずれか１つの設置位置に順次変えながら、前記欠陥を検査する、ことが好ましい。

上述の欠陥検査装置及び欠陥検査方法では、構造体内の腐食や疲労破壊による欠陥を精度高く検査することができる。

本実施形態の欠陥検査装置及び欠陥検査方法の検査対象とする構造体の一例である反応器の全体概要を示す図であり、（ｂ）は、図１に示す反応器の欠陥を検査する例を示す図である。 本実施形態の欠陥計測装置の計測装置と、その周辺の装置構成を示す図である。 本実施形態の欠陥計測装置の分析部の構成を示す図である。 本実施形態で生成される刺激時間帯応答信号Ｓ₁及び非刺激時間帯応答信号Ｓ₂から生成されるパルス信号の信号全体の一例を示す図である。 本実施形態で用いる遅延時間の設定を説明する図である。 本実施形態で設定される遅延時間の一例を表す図である。 本実施形態の欠陥計測装置の位置特定部が行う位置特定方法を説明する図である。 本実施形態の欠陥計測方法の一例のフローを示す図である。

以下、本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法について詳細に説明する。

図１（ａ）は、本実施形態の欠陥検査装置及び欠陥検査方法の検査対象とする構造体の一例である金属製の反応器１０の全体概要を示している。本実施形態では、金属製の構造体を例に用いて説明するが、本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法は、金属製の構造体の他に、セラミックスやコンクリート、あるいはこれらの複合構造体にも適用することができる。
反応器１０は化学プラントに設けられる反応装置であり、金属製の容器１２を備える。容器１２は、例えば、約２０ｍの高さを有し、地上から立設している。容器１２の各部分には、熱交換器１３ａ，１３ｂ，１３ｃが設けられ、容器１２内部が所定の温度になるように管理されている。また、容器１２の底部には、エアノズル１３ｄが設けられ、容器１２内の反応液体をバブリングすることで、反応液体の反応を活性化させる。また、容器１２の内部には、流路隔壁１２ａが設けられ、原料液体の流路を規定している。容器１２の底部に位置する図示されない原料供給口から原料液体が投入され、上方に流れるに従って反応は進行する。反応して生成された物質は、容器１２の上部に設けられた取り出し口から取り出され、後工程の装置に搬送される。

このような金属製の反応器１０の容器１２に、腐食や疲労破壊による欠陥が存在する場合がある。本実施形態の欠陥検査装置１は、このような欠陥を含む構造体に対して、物理刺激信号を与え、構造体の応答信号を受信し、物理刺激信号と応答信号とを用いて、構造体内の欠陥を検査する。
図１（ｂ）は、構造体として、上記反応器１０を用いて、反応器１０の欠陥を検査する例を示している。この例を、以降本実施形態として説明する。
図１（ｂ）に示す例のように、欠陥の検査領域は、例えば容器１２の接続フランジ１２ｂ間に挟まれた容器１２の側面の領域であることが好ましい。接続フランジ１２ｂを跨いだ領域を検査領域とした場合、接続フランジ１２ｂの影響を受けて正確な欠陥の検査ができない場合がある。

本実施形態の欠陥検査装置１は、刺激付与部１４ａと、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄと、計測装置１８と、を有する。計測装置１８は、ディスプレイ１９ａ及びプリンタ１９ｂと接続されている。

刺激付与部１４ａは、容器１２の表面に設けられ、構造体に物理刺激信号に基いて物理刺激を与えるアクチュエータである。物理刺激は、電流、超音波振動、低周波振動、温度、打撃等の刺激であればよく、特に限定されないが、腐食等によるＡＥの応答信号を精度良く計測するためには、物理刺激として超音波振動、低周波振動、電流、温度を好適に用いることができる。

ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄは、容器１２の発する応答信号（ＡＥの信号）を検査するセンサであり、数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数帯域の弾性波による振動を検査する。例えば、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)等の歪−電気特性の優れた材料が検出素子のセンサ材料として用いられる。ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄは、容器１２の異なる位置に設けられ、容器１２の発する応答信号を検査する。本実施形態では、４つのＡＥセンサを用いて４箇所で応答信号を受信するが、ＡＥセンサの設置数は４以上であってもよく、また、２つあるいは３つであってもよい。しかし、後述するように、欠陥の位置を正確に特定するには、ＡＥセンサの設置数は４以上であることが好ましい。なお、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄが出力するＡＥの信号には、刺激付与部１４ａが、物理刺激信号に基いて容器１２に物理刺激を与えたことによる刺激応答信号の他に、容器１２が受ける外部環境や内部環境からの刺激によって発するノイズ信号も含まれる。このため、後述する計測装置１８は、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄで得られた応答信号から、刺激付与部１４ａが与えた物理刺激に対する応答を表す刺激応答信号を取り出す。外部環境や内部環境から容器１２が受ける刺激には、例えば、一定の風が吹くことにより容器１２が受ける力学的刺激や、雨等が降って容器１２が定常的に受ける雨粒等による力学的刺激や、容器１２内を流れる原料ガスや熱交換機１３ａ〜１３ｃの熱により容器１２が受ける熱的刺激、あるいはエアノズル１３ｄによるバブリングの振動により容器１２が受ける力学的刺激等が含まれる。

計測装置１８は、刺激付与部１４ａに物理刺激信号を供給するとともに、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄから送られる応答信号を取得し、物理刺激信号と応答信号とを用いて、反応器１０の容器１２の欠陥を検査する。図２には、計測装置１８と、その周辺の装置構成が示されている。計測装置１８は、信号生成部１８ａと、スイッチ１８ｂと、処理部１８ｃと、を主に有する。なお、図２には、刺激付与部１４ｂ，１４ｃが示されているが、本実施形態では、刺激付与部１４ｂ，１４ｃは用いられない。しかし、複数の刺激付与部１４ａ〜１４ｃを容器１２の異なる位置に設置して順次刺激を付与することもできる。
計測装置１８は、刺激付与部１４ａに物理刺激信号を供給するとき、信号生成部１８ａで生成された物理刺激信号と、信号生成部１８ａで生成された非刺激信号（物理刺激が生じない信号レベルが０の信号）とをスイッチ１８ｂ（図２参照）で交互に切り替えて信号を供給する。これにより、刺激付与部１４ａは、物理刺激信号を与える刺激時間帯と、刺激時間帯の後に刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返して、複数回、容器１２に物理刺激を与える。
処理部１８ｃは、増幅器２０と、バンドパスフィルタ２２と、分析部２４と、を有する。
増幅器２０は、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄから出力された応答信号を増幅し、バンドパスフィルタ２２に送る。バンドパスフィルタ２２は、応答信号の所定の周波数帯域、例えば１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内で設定された周波数帯域の信号のみを取り出し、分析部２４に送る。例えば、本実施形態のように金属製の構造体の場合、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数帯域の信号が取り出される。セラッミックスの構造体の場合、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数帯域の信号が取り出される。コンクリートの構造体の場合１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数帯域の信号が取り出される。

図３は、分析部２４の構成を示す図である。
分析部２４は、図示されないＡＤ変換器と、信号分離部２４ａ，ディスクリミネータ２４ｂ，２４ｃ，２４ｈと、比較部２４ｄと、相互相関算出部２４ｅと、信号調整部２４ｆと、加減算器２４ｇと、位置特定部２４ｉと、を有する。分析部２４は、例えば、コンピュータにより構成され、図示されないメモリに記憶されたプログラムを起動実行することにより、これら各部分が形成されてもよい。すなわち、上記各部分は、ソフトウェアモジュールとして、コンピュータ内に形成されてもよい。あるいは、分析部２４は、各部分が専用回路で構成された専用装置であってもよく、あるいは、専用回路とソフトウェアモジュールが用いられた装置でもよい。

信号分離部２４ａは、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄから出力し、増幅され、バンドパスフィルタ２２を通して処理され、さらに、ＡＤ変換された応答信号（ＡＥの信号）のそれぞれを、信号生成部１８ａで生成された物理刺激信号の発生のタイミングに基づいて刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂とに分離する。

ディスクリミネータ２４ｂは、生成された刺激時間帯応答信号Ｓ₁を予め設定された閾値と比較し、刺激時間帯応答信号Ｓ₁が予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する。
ディスクリミネータ２４ｃは、生成された非刺激時間帯応答信号Ｓ₂を予め設定された閾値と比較し、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂が予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する。
図４は、刺激時間帯応答信号Ｓ₁及び非刺激時間帯応答信号Ｓ₂のそれぞれから生成されるパルス信号を連続して接続させた信号全体の例を示している。

比較部２４ｄは、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から生成されたパルス信号中のパルス数ｎ_EXと、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂から生成されたパルス信号中のパルス数ｎを用いて、欠陥の有無を判定する。具体的には、比較部２４ｄは、パルス数ｎ_EXと、パルス数ｎをα倍したα・ｎとを比較して、ｎ_EXがα・ｎ（αは、例えば１．０５〜２の範囲内の与えられた値）以上である場合、比較部２４ｄは、容器１２に欠陥ありと最終的に判定する。一方、ｎ_EXがα・ｎ未満である場合、比較部２４ｄは、容器１２に欠陥無し、と最終的に判定する。比較部２４ｄは、判定結果をディスプレイ１９ａ，プリンタ１９ｂに送り、出力させる。
なお、刺激付与部１４ａは、物理刺激信号のＯＮ．ＯＦＦを繰り返して物理刺激を容器１２に与えるので、応答信号（ＡＥの信号）には刺激時間帯の応答信号と、非刺激時間帯の応答信号か繰り返し含まれる。したがって、信号分離部２４ａは、刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂とを繰り返し生成するので、パルス信号も繰り返し生成される。したがって、比較部２４ｄは、パルス数の比較を繰り返し行って、容器１２内の欠陥の有無を繰り返し判定する。したがって、比較部２４は、欠陥の有無の判定結果を一定時間保持して、欠陥ありとする判定結果が所定比率以上で発生する場合のみ、欠陥ありとする判定を最終的な判定としてもよい。

相互相関算出部２４ｅは、信号分離部２４ａが生成した刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂との相互相関関数を算出する。相互相関関数は、刺激時間帯応答信号Ｓ₁に対して非刺激時間帯応答信号Ｓ₂の時間をシフトさせて相関係数をとったときの、ずれ時間に対する相関係数の依存性を表す関数である。相互相関算出部２４ｅは、相互相関関数のうち相関係数が最も高い値をとるずれ時間τを求め、このずれ時間τの情報を信号調整部２４ｆに送る。

信号調整部２４ｆは、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂をずれ時間τの分、時間をシフトした信号を生成し、加減算器２４ｈに送る。すなわち、ずれ時間τをシフト量として用いる。
加減算器２４ｇは、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂をずれ時間τ分、時間シフトした信号を刺激時間帯応答信号Ｓ₁から減算する。時間シフトとは、時間ともに値が変化する信号において上記時間をずらす処理をいい、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂をＳ₂（ｔ）とするとき、Ｓ₂（ｔ−τ）とする処理をいう。
このように、刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂との相互相関係数が最も高くなる時間ずれτを見出し、このずれ時間τ分、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂を時間シフトした信号を、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から減算するのは、刺激時間帯応答信号Ｓ₁とに含まれる一定間隔で発生する外的環境等から受ける刺激によって発生する応答信号を除去するためである。上述したように、容器１２を刺激したとき、この刺激に対するＡＥの応答信号の他に、一定の風が吹くことにより容器１２が受ける刺激や、雨が降って容器１２が定常的に受ける雨粒の刺激や、容器１２内を流れる原料ガスや熱交換機１３ａ〜１３ｄ野熱の影響を受ける刺激等の環境からの刺激に対する応答信号も含まれる。しかし、環境からの刺激に対するＡＥの応答は、刺激時間帯及び非刺激時間帯を問わず、比較的一定間隔で発生する。したがって、本実施形態は、比較的一定の間隔で起きる環境からの刺激に対するＡＥの応答信号を、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から除去するために、上記処理を行う。したがって、加減算器２４ｇは、刺激付与部１４ａを用いて付与した物理刺激に対する応答信号、すなわち環境からの刺激に対するＡＥの応答信号が除去された信号である刺激応答信号Ｓを取り出し出力する。

ディスクリミネータ２４ｈは、加減算器２４ｇが出力した刺激応答信号Ｓを予め設定された閾値と比較し、刺激時間帯応答信号Ｓ₁が予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する。生成されたパルス信号は、位置特定部２４ｉに送られる。

位置特定部２４ｉは、ディスクリミネータ２４ｈが出力したパルス信号を用いて、容器１２内の欠陥の位置の特定を行う。
位置特定部２４ｉは、刺激応答信号Ｓのパルス信号のパルスの発生時間と物理刺激信号の最大値の発生時間との差分を、遅延時間ｔ₁₁として定める。図５は、遅延時間ｔ₁₁の設定を説明する図である。図５に示すように、１つの物理刺激時間帯には、複数のパルスが発生する場合もある。この場合、パルス毎に遅延時間ｔ₁₁’を定める。
なお、刺激応答信号Ｓは、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄのそれぞれに対応して求められる。したがって、ＡＥセンサ毎に遅延時間が求められる。また、刺激時間帯は、複数回あるので、第１回目の刺激時間帯、第２回目の刺激時間帯等のように、刺激時間帯毎に、遅延時間が求められる。図６は、このようにして求められる遅延時間の一例を表している。ＡＥセンサ１６ｂから得られる刺激応答信号Ｓでは、遅延時間ｔ₁₂,t₁₂’,t₁₂’’が求められている。

位置特定部２４ｉは、このような遅延時間の情報を用いて、容器１２内の欠陥の位置を特定する。図７は、位置特定部２４ｉが行う位置特定方法を説明する図である。図６に示すように、刺激付与部１６ａがＡＥセンサ１６ａと同じ位置に設置され、欠陥ＤからＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄまでの位置の距離をｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄としたとき、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄に基いて上記遅延時間が定まる。位置特定部２４ｉは、上記遅延時間が距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄に基いて定まることを利用して、上記遅延時間の情報から距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を逆に求めることにより、欠陥Ｄの位置を特定する。

位置特定部２４ｉは、具体的に、容器１２内の刺激の伝達時間と容器１２内のＡＥの伝達時間を考慮すると、遅延時間ｔ₁₁, ｔ₁₂, ｔ₁₃,ｔ₁₄と距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄との間に下記式（１）に示す関係がある。この関係を行列で表すと下記式（２）となる。したがって、下記式（２）から逆行列を用いて、下記式（３）に示すように、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を算出することができる。

図６に示すように、ＡＥセンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｄに対して複数の遅延時間を有する場合、この複数の遅延時間から作られる遅延時間の全ての組み合わせを用いて上記式（３）を用いて距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を算出する。この場合、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄から特定される欠陥Ｄの位置はそれぞればらついている。しかし、図６に示すように、刺激時間帯が複数回あるので、複数回の刺激時間帯毎に求めた距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄から求められる欠陥Ｄの位置の中で、最も集中する位置を、欠陥Ｄの位置として最終的に特定する。最も集中する位置は、例えば、予め定めた検査対象領域を細かな領域に分け、求められた欠陥Ｄの位置が最も多く含まれる領域を、欠陥Ｄの存在する位置として特定する。
さらに、刺激付与部１４ａの設置位置を順次変更して、あるいは刺激付与部１４ｂ，１４ｃを異なる位置に設置して、例えば、ＡＥセンサ１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ等の設置位置に設けて、同様の物理刺激を容器１２に与えて、上述した同様の処理を行うことにより、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を算出してもよい。この算出した距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄から求められる欠陥Ｄの位置の情報を、上述した最も集中する位置を欠陥Ｄの位置として最終的に特定する際に、加えることができる。

以上のように、本実施形態の激付与部１４ａは、物理刺激を与える刺激時間帯と、刺激時間帯の後に物理刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返し、複数回、反応器１０の容器１２に物理刺激を与える。分析部２４は、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄの応答信号から、刺激時間帯に対応する刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯に対応する非刺激時間帯応答信号とを取得し、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂を時間シフトした信号を刺激時間帯応答信号から差し引くことにより、物理刺激に対する刺激応答を表す刺激応答信号Ｓを取り出す。これにより、分析部２４は、刺激応答信号Ｓに基いて構造体内の欠陥を検査する。このため、容器１２の腐食や疲労破壊による欠陥を精度高く検査することができる。

また、分析部２４は、刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂との相互相関関数を算出し、この相互相関関数の値が最大値になるときの刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂との間のずれ時間を求める。さらに分析部２４は、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から、上記ずれ時間の分、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂を時間シフトした信号を引き算することにより、刺激応答信号Ｓを取り出す。したがって、環境からの刺激を受けて欠陥Ｄが一定間隔で周期的に発生するＡＥの応答信号を、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から削除できるので、刺激応答信号Ｓを用いて、欠陥をより精度高く検査することができる。

分析部２４は、容器１２の異なる位置に設けられたＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄそれぞれに対応する刺激応答信号Ｓの物理刺激信号に対する遅延時間を求め、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄそれぞれに対応する遅延時間を用いて、容器１２の欠陥Ｄの位置を特定するので、定量的に欠陥Ｄの位置を特定することができる。
さらに、分析部２４は、刺激時間帯及び非刺激時間帯におけるパルス信号中のパルスの数を比較することにより、欠陥Ｄの有無を判定するので、欠陥Ｄの有無の判定は安定する。

［欠陥検査方法］
以下、欠陥検査方法について、構造体を、図１（ｂ）に示す容器１２として、容器１２内の欠陥Ｄの検査を行う例を用いて説明する。図８は、本実施形態の欠陥計測方法の一例のフローを示す図である。
まず、計測装置１８の信号生成部１８ａは、物理刺激信号と非刺激信号を生成し、物理刺激信号と非刺激信号をスイッチ１８ｂで切り替えながら、刺激付与部１４ａに信号を送る。これにより、刺激付与部１４ａは、物理刺激を与える刺激時間帯と、刺激時間帯の後に物理刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返して、複数回、容器１２に物理刺激を与える（ステップＳ１０）。
容器１２に与えられた刺激は、容器１２内を伝達し、欠陥Ｄがあれば、欠陥Ｄの周りに生じている歪みを解放する。このときＡＥが生じる。ＡＥは、容器１２内を伝わって、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄで容器１２のＡＥの応答信号として受信される（ステップＳ２０）。ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄで受信して得られるＡＥの応答信号には、物理刺激に応じたＡＥの他に、環境が容器１２に与える刺激で生じるＡＥの応答信号も含まれる。

計測装置１８では、ＡＥの応答信号が増幅され、バンドパスフィルタ３２に通され、信号分離部２４ａに送られる。信号分離部２４ａは、ＡＥの応答信号を、物理刺激信号の発生のタイミングに基づいて、刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂とに分離する（ステップＳ３０）。
ディスクリミネータ２４ｂ，２４ｃは、生成された刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂のそれぞれを、予め設定された閾値と比較し、刺激時間帯応答信号Ｓ₁、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂が予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する。生成されたパルス信号は比較部２４ｄに送られる。

比較部２４ｄは、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から生成されたパルス信号中のパルス数ｎ_EXと、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂から生成されたパルス信号中のパルス数ｎを求め、パルス数ｎ_EXとパルス数ｎの比較を行う（ステップＳ５０）。比較部２４ｄは、具体的には、パルス数ｎ_EXがα・ｎ（αは、例えば１．０５〜２の範囲内の与えられた値）未満である場合、比較部２４ｄは、容器１２に欠陥Ｄなしと判定する（ステップＳ６０）。一方、ｎ_EXがα・ｎ以上である場合、比較部２４ｄは、容器１２に欠陥Ｄあり、と判定する（ステップＳ７０）。
判定結果は、ディスプレイ１９ａ，プリンタ１９ｂに送られて、画面表示されあるいはプリント出力される。
比較部２４ｄが欠陥Ｄありと判定したとき、さらに、欠陥の位置を特定する処理を行う。

相互相関算出部２４ｅは、信号分離部２４ａが生成した刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂との相互相関関数を算出する。相互相関算出部２４ｅは、相互相関関数のうち相関係数が最も高い値をとるずれ時間τを求め（ステップＳ８０）、このずれ時間τの情報を信号調整部２４ｆに送る。
信号調整部２４ｆは、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂をずれ時間τの分、時間シフトした信号を生成し、加減算器２４ｈに送る。加減算器２４ｇは、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂をずれ時間τ分、時間シフトした信号を減算することにより、刺激応答信号Ｓを取得する。すなわち、信号調整部２４ｆ及び加減算器２４ｇは、ずれ時間τ分、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂を時間シフトした信号を用いて刺激応答信号Ｓを抽出する（ステップＳ９０）。上述したように、刺激時間帯応答信号Ｓ₁から、非刺激時間帯応答信号Ｓ₂を時間シフトした信号を減算するのは、環境から受ける刺激によって生じるＡＥの応答信号の位相を、刺激時間帯応答信号Ｓ₁と非刺激時間帯応答信号Ｓ₂との間で揃えて減算するためである。したがって、抽出された刺激応答信号Ｓは、物理刺激に対するＡＥの応答信号を含むが、環境から受ける刺激によって生じるＡＥの応答信号を含まない信号となっている。
刺激応答信号Ｓは、ディスクリミネータ２４ｈに送られる。ディスクリミネータ２４ｈは、刺激応答信号Ｓを、予め設定された閾値と比較し、刺激応答信号Ｓが予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する。生成されたパルス信号は、位置特定部２４ｉに送られる。

位置特定部２４ｉは、まず、ディスクリミネータ２４ｈから送られた刺激応答信号Ｓの、物理刺激信号に対する遅延時間を求める（ステップＳ１００）。具体的には、刺激応答信号Ｓのパルス信号のパルスの発生時間と物理刺激信号の最大位置の時間との差分を、遅延時間として求める。このような遅延時間は、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄ毎の刺激応答信号Ｓについて求める。
求められた遅延時間を用いて、位置特定部２４ｉは、式（３）に従って距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を算出する（ステップＳ１１０）。
位置特定部２４ｉは、算出された距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を用いて、欠陥Ｄの位置を特定する（ステップＳ１２０）。特定された欠陥Ｄの位置の情報は、ディスプレイ１９ａ、プリンタ１９ｂに送られ、画面表示が行われ、プリント出力される。

なお、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄の算出の際、図６に示すように複数の遅延時間がある場合、遅延時間の全ての組み合わせを用いて距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄の算出を行う。この場合、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄から特定される欠陥Ｄの位置はそれぞればらつく。しかし、刺激時間帯も複数回繰り返すので、複数回の刺激時間帯毎に求めた距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄から求められる欠陥Ｄの位置の中で、最も集中する位置を、欠陥Ｄの位置として最終的に特定する。最も集中する位置は、例えば、予め定めた検査対象領域を細かな領域に分け、求められた欠陥Ｄの位置が最も多く含まれる領域を、欠陥Ｄの存在する位置として特定することができる。
さらに、刺激付与部１４ａの設置位置を順次変更し、例えば、ＡＥセンサ１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの設置位置に設けて、同様の物理刺激を容器１２に与えて、上述した同様の処理を行うことにより、距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄を算出してもよい。この算出した距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄から求められる欠陥Ｄの位置の情報を、上述した最も集中する位置を欠陥Ｄの位置として最終的に特定する際に加えることができる。すなわち、刺激付与部１４ａは、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄのいずれか１つの設置位置に設けられ、刺激付与部１４ａの設置位置を、ＡＥセンサ１６ａ〜１６ｄのいずれか１つの設置位置に順次変更しながら、欠陥Ｄの検査を行うことができる。

以上、本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ 反応器
１２ 容器
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 熱交換器
１３ｄ エアノズル
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 刺激付与部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ ＡＥセンサ
１８ 計測装置
１８ａ 信号生成部
１８ｂ スイッチ
１８ｃ 処理部
１９ａ ディスプレイ
１９ｂ プリンタ
２０ 増幅器
２２ バンドパスフィルタ
２４ 分析部

Claims (11)

1. 構造体内の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   構造体に、物理刺激信号に基いて物理刺激を与える刺激付与部と、
   構造体内に設置され、前記構造体の応答信号を受信する少なくとも２つ以上のセンサと、
   前記物理刺激信号と前記応答信号とを用いて、前記構造体内の欠陥を検査する分析部と、を有し、
   前記刺激付与部は、前記物理刺激を与える刺激時間帯と、前記刺激時間帯の後に前記物理刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返して、複数回、前記構造体に物理刺激を与え、
   前記分析部は、前記応答信号から、前記刺激時間帯に対応する刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯に対応する非刺激時間帯応答信号とを取得し、前記非刺激時間帯応答信号を時間シフトした信号を前記刺激時間帯応答信号から差し引くことにより、前記物理刺激に対する刺激応答を表す刺激応答信号を取り出し、前記刺激応答信号に基いて前記構造体内の欠陥を検査する、ことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記分析部は、前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との相互相関関数を算出し、前記相互相関関数の値が最大値になるときの前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との間のずれ時間を求め、前記ずれ時間を前記非刺激時間帯応答信号の時間シフトのシフト量に用いる、請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記センサは、前記構造体の異なる位置に設けられ、
   前記分析部は、前記構造体の異なる位置に設けられた前記センサそれぞれに対応する前記刺激応答信号の前記物理刺激信号に対する遅延時間を求め、前記遅延時間を用いて、前記構造体の前記欠陥の位置を特定する、請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記刺激付与部は、前記センサのいずれか１つの設置位置に設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
5. 前記分析部は、前記欠陥を検査するとき、前記刺激時間帯応答信号及び前記非刺激時間帯応答信号のそれぞれが、予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成し、前記刺激時間帯及び前記非刺激時間帯における前記パルス信号中の前記パルスの数を用いて、前記欠陥の有無を判定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
6. 刺激付与部、センサ及び分析部を有する装置を用いて構造体内の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   刺激付与部が、物理刺激信号に基いて構造体に物理刺激を与える工程と、
   センサによって、前記構造体の応答信号を受信する工程と、
   分析部が、前記物理刺激信号と前記応答信号とを用いて、前記構造体内の欠陥を検査する工程と、を有し、
   前記物理刺激を前記構造体に与える工程では、前記刺激付与部が、前記物理刺激を与える刺激時間帯と、前記刺激時間帯の後に前記物理刺激を与えない非刺激時間帯とを交互に繰り返して、複数回、前記構造体に物理刺激を与え、
   前記欠陥を検査する工程では、
   前記応答信号から、前記刺激時間帯に対応する刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯に対応する非刺激時間帯応答信号とを取得し、前記非刺激時間帯応答信号を時間シフトした信号を前記刺激時間帯応答信号から差し引くことにより、前記物理刺激に対する刺激応答を表す刺激応答信号を取り出す工程と、
   前記刺激応答信号に基いて前記構造体内の欠陥を検査する工程と、有することを特徴とする欠陥検査方法。
7. 前記刺激応答信号を取り出す工程は、
   前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との相互相関関数を算出し、前記相互相関関数の値が最大値になるときの前記刺激時間帯応答信号と前記非刺激時間帯応答信号との間のずれ時間を求める工程を有し、
   前記ずれ時間を前記非刺激時間帯応答信号の時間シフトのシフト量に用いる、請求項６に記載の欠陥検査方法。
8. 前記センサは、前記構造体の異なる位置に設けられ、
   前記構造体内の欠陥を検査する工程は、
   前記構造体の異なる位置に設けられた前記センサそれぞれに対応する前記刺激応答信号の前記物理刺激信号に対する遅延時間を求める工程と、
   前記センサそれぞれに対応する前記遅延時間を用いて、前記構造体の前記欠陥の位置を特定する工程と、を有する請求項６または７に記載の欠陥検査方法。
9. 前記欠陥を検査する工程は、
   前記刺激時間帯応答信号及び前記非刺激時間帯応答信号のそれぞれが、予め設定された閾値を越えるとき、パルスを生成することでパルス信号を生成する工程と、
   前記刺激時間帯及び前記非刺激時間帯における前記パルス信号中の前記パルスの数を用いて、前記欠陥の有無を判定する工程と、を有する請求項６〜８のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。
10. 前記刺激付与部は、前記センサのいずれか１つの設置位置に設けられる、請求項６〜９のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。
11. 前記刺激付与部は、前記センサのいずれか１つの設置位置に設けられ、
    前記刺激付与部の設置位置を、前記センサのいずれか１つの設置位置に順次変更しながら、前記欠陥を検査する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。