JP2014032160A

JP2014032160A - 探傷方法及び探傷装置

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Publication number: JP2014032160A
Application number: JP2012174309A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ishikawa; 真志石川; Hiroshi Hatta; 博志八田; Yoshiro Habuka; 嘉郎羽深; Ryo Fukui; 涼福井; Makoto Utsunomiya; 真宇都宮
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; KJTD Co Ltd
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; KJTD Co Ltd
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】深い位置にある欠陥であっても検出することができる探傷方法を提供することである。
【解決手段】検査対象物を加熱するステップと、前記検査対象物の複数の部分の温度を測定し、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを生成するステップと、前記複数の部分の各々の前記データを比較できるようにするステップと、を含み、前記検査対象物を加熱するステップは、連続加熱によって行うことを特徴とする探傷方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、検査対象物の欠陥を検出する探傷技術に関する。特に、検査対象物の表面の温度を測定することによって、検査対象物の内部にある欠陥を検出する非破壊材料探傷方法及び装置に関する。

非破壊材料探傷技術の典型的なものの一つとして、パルス・サーモグラフィ法が挙げられる。パルス・サーモグラフィ法では、フラッシュランプ等により検査対象物表面を瞬間的に加熱し、検査対象物の表面温度の時間変化を赤外線カメラ等により測定する。検査対象物の内部に欠陥が存在する欠陥部では、その直上表面から内部へと伝播する熱の流れが、欠陥が存在しない健常部と異なる。そのため、欠陥直上の表面温度も、健常部と異なる。パルス・サーモグラフィ法では、欠陥の直上の表面に発生する温度変化を観測することにより、検査対象物の内部にある欠陥を検出する。パルス・サーモグラフィ法は、検査対象物に対して非接触で且つ短時間で検査が可能であるという利点を有している。

しかし、パルス・サーモグラフィ法において得られた表面温度データを直接利用すると、検出可能な欠陥の深さが浅いという問題があった。この問題を解決するために、表面温度データに対してフーリエ変換を行って得られる位相データ用いて、欠陥を検出するパルス・フェイズ・サーモグラフィ法が考案された。パルス・フェイズ・サーモグラフィ法は、パルス・サーモグラフィ法と同様の実験方法によって取得された検査対象物表面の温度と時間との関係を表すデータを用いて実施される。パルス・フェイズ・サーモグラフィ法では、検査対象物の表面温度と時間との関係を表すデータに対して、フーリエ変換を行うことによって、位相と周波数との関係を表すデータを算出する。そして、周波数（検査周波数）を選択し、その周波数における位相値を表示する画像を観察することによって、視覚的に検査対象物内部の欠陥を発見するものである。パルス・フェイズ・サーモグラフィ法の原理は、Maldagueらによって非特許文献１などに記載されている。パルス・フェイズ・サーモグラフィ法では、周波数と位相との関係を示すデータを用いることによって、表面温度を示すデータを直接用いる場合よりも深い位置にある欠陥を検出することが可能になる。

特開２０１１−２４７７１８号公報

X.Maldague and S.Marineti, Pulse phase infrared thermography, J.Appl.Phys. 79(5)(1996), 2694-2698

図１は、各加熱条件のスペクトルの強度を示すグラフであり、横軸は周波数、縦軸は最大値で正規化したスペクトルの強度を示す。図１に示されるように、従来技術として用いられているパルス加熱は、あらゆる周波数成分を均等に含み、一度の検査で広帯域の位相データを取得するために有効であると考えられていた。例えば、特許文献１では、パルス加熱による探傷装置について記載されている。しかしながら、パルス加熱により検査対象物を加熱する従来の方法によって検出できる欠陥の深さよりもさらに深い位置にある欠陥を検出したいというニーズがある。

本発明の目的は、従来技術では検出できない深い位置にある欠陥を検出する探傷方法を提供することである。

発明者らは、深い位置にある欠陥の検出には、低周波成分が有効であることを発見し、図１に示されるように、例えば、低周波成分を多く含む１秒間等の加熱時間の連続加熱によって、検査対象物を加熱することにより、従来検出できなかった深い位置にある欠陥を検出することに成功した。

本発明は、検査対象物を加熱するステップと、前記検査対象物の複数の部分の温度を測定し、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを生成するステップと、前記複数の部分の各々の前記データを比較できるようにするステップと、を含み、前記検査対象物を加熱するステップは、連続加熱によって行うことを特徴とする探傷方法を提供する。

本発明では、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを、周波数と位相との関係を示すデータに変換するステップをさらに含むことが好ましい。また、本発明によると、前記連続加熱の加熱時間は、１秒から６００秒までであることが好ましく、３０秒以上であることがより好ましい。本発明では、前記検査対象物を加熱するステップは、ハロゲンランプによって行うことが好ましい。さらに、前記データを比較できるようにするステップは、検査対象物の測定位置を２次元的に表し、測定位置に対応する前記データの値を示す２次元画像を表示してもよい。

さらに、本発明は、検査対象物を加熱する加熱器と、前記検査対象物の複数の部分の温度を測定する温度測定器と、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを生成し、前記データの前記検査対象物の前記複数の部分の各々を比較できるようにするコンピュータと、を含む探傷装置であって、前記加熱器は、検査対象物を連続加熱することを特徴とする探傷装置を提供する。

本発明では、前記コンピュータは、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを、周波数と位相との関係を示すデータに変換することが好ましい。また、前記加熱器は、ハロゲンランプであることが好ましい。前記コンピュータは、検査対象物の測定位置を２次元的に表し、測定位置に対応する前記データの値を示す２次元画像を表示してもよい。

パルス加熱及び連続加熱のスペクトルの強度と周波数との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態の概略図である。本発明の一実施形態の実施の手順を示すチャートである。（Ａ）平底穴形状の人工欠陥部の断面模式図である。（Ｂ）一次元熱伝導解析の際に用いた解析モデルの概略図である。数３の右辺及び左辺の値とμとの関係を示すグラフである。解析計算時の２つの加熱条件（Ａ）と（Ｂ）との違いについて示したグラフである。一次元熱解析より得られたパルス加熱した場合の各入力熱量に対する表面温度の時間変化を表したグラフである。一次元熱解析より得られた連続加熱した場合の各加熱時間に対する表面温度の時間変化を表したグラフである。一次元熱解析より得られた深さ１ｍｍの欠陥におけるパルス加熱した場合及び各時間で連続加熱した場合の欠陥部−健全部間位相差を示したグラフである。一次元熱解析より得られた深さ１０ｍｍの欠陥におけるパルス加熱した場合及び各時間で連続加熱した場合の欠陥部−健全部間位相差を示したグラフである。一次元熱解析より得られた深さ１５ｍｍの欠陥におけるパルス加熱した場合及び各時間で連続加熱した場合の欠陥部−健全部間位相差を示したグラフである。欠陥深さ１−１５ｍｍについて、連続加熱した場合とパルス加熱した場合の各欠陥部−健全部間位相差最大値の比（Δφｍａｘ／Δφｍａｘ（ｐｕｌｓｅ））と加熱時間との関係を示すグラフ（一次元熱解析結果）である。連続加熱した場合の各加熱時間における位相ノイズのピークトゥピーク（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）値と周波数との関係を示した図である。本発明の検証実験に用いた検査装置の全体写真である。本発明の検証実験に用いたＣＦＲＰ試験片の写真である。ＰＭＭＡ樹脂試験片に対してパルス加熱をする実験より得られた加熱終了から７８．５秒経過した温度分布を示す画像である。ＰＭＭＡ樹脂試験片に対してパルス加熱をする実験より得られた周波数０．００１４Ｈｚでの位相分布を示す画像である。ＰＭＭＡ樹脂試験片に対して３０秒間の連続加熱をする実験より得られた加熱終了から１９２．３秒経過した際の温度分布示す画像である。ＰＭＭＡ樹脂試験片に対して３０秒間の連続加熱をする実験より得られた周波数０．０００７Ｈｚでの位相分布を示す画像である。ＰＭＭＡ樹脂試験片に対して６０秒間の連続加熱による実験より得られた周波数０．０００７Ｈｚでの位相分布を示す画像である。ＣＦＲＰ試験片に対してパルス加熱を行った際に得られた周波数０．０１Ｈｚにおける位相分布を示す画像である。ＣＦＲＰ試験片に対して３０秒間の連続加熱を行った際に得られた周波数０．００９３Ｈｚにおける位相分布を示す画像である。

図面を参照しながら、本発明に係る探傷方法及び探傷装置の一実施形態について以下に説明する。

図２に本発明の一実施形態の概要を、図３に実施の手順を示す。まず、加熱器０２によって、検査対象物０１を連続加熱する（ステップ２０２）。加熱器０２には、検査対象物の吸収スペクトルに応じて、検査対象物が熱を吸収しやすい発光スペクトルを持つ加熱器を用いることが好ましい。例えば、検査対象物として、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル：polymethylmethacrylate ）を選んだ場合には、ハロゲンランプ（短波長赤外線ヒーター）を用いることが多い。しかし、本発明では、検査対象物の吸収スペクトルに応じて、中波長赤外線ヒーター、遠赤外線ヒーター又は電熱線等の他の機器を用いて検査対象物０１を加熱してもよい。ここで、連続加熱とは、キセノンフラッシュランプ等によって瞬間的に（例えば、０．１秒未満の間）加熱をするパルス加熱（フラッシュ加熱）ではないことを意味し、ハロゲンランプ等により一定時間、連続的に加熱をすることをいう。また、連続加熱には、一定時間ランプを点滅させて加熱する等の場合も含まれる。連続加熱の加熱時間は、例えば、１秒以上、好ましくは、１０秒以上加熱する。また、３０秒、６０秒、１２０秒であることがさらに好ましい。加熱時間の最長値は、通常３００秒から６００秒であるが、より長い時間加熱してもよい。加熱器０２の入力熱量及び加熱時間は、検査対象物の耐熱温度を超えないように調整すべきである。加熱器の加熱時間及び入力熱量等の制御は、加熱器０１に接続されたコンピュータ０４によって行ってもよいし、加熱器のタイマー機能等を利用してもよい。

そして、温度測定器０３によって、加熱後の検査対象物０１の表面温度を測定する。温度測定器０３は、典型的には、検査対象物の表面温度を２次元的に表面温度分布として測定できる赤外線カメラが用いられるが、他の機器を用いて温度を測定してもよい。また、温度の測定は、所定の時間、例えば、１０秒間から３００秒間程度行い、測定された温度データを、温度測定器０３に接続されたコンピュータ０４のメモリ等に蓄積し、例えば、加熱終了後からの経過時間と温度との関係を示すデータ（表面温度−時間データ）を取得する（ステップ２０４）。表面温度−時間データの取得は、例えば、所定の時間間隔（サンプリング周波数）で、検査対象物０１の温度の測定を繰り返すことによって行ってもよい。温度の測定は、検査対象物上の複数の部分に対して行う。具体的には、検査対象物０２表面の二次元の平面内の一定の間隔で温度を測定してもよい。測定されたデータは、コンピュータ０４内にあるハードディスク等の記憶装置に保存されるようにしてもよい。加熱器０２及び温度測定器０３は、コンピュータ０４によって制御するようにすることが望ましい。

表面温度−時間データが取得されたら、コンピュータ０４内のプロセッサ等によって表面温度−時間データに対してフーリエ変換を行い位相と周波数との関係を示すデータ（位相−周波数データ）を算出する処理を行う（ステップ２０６）。フーリエ変換で得られるデータは、周波数を定義域とする複素数であるが、該複素数の絶対値と位相のうち位相を利用して、探傷を行う。なお、各周波数の位相は、フーリエ変換で得られた対応する複素数の虚部を実部で除算して、逆正接関数（アークタンジェント）に代入した値である。フーリエ変換は、コンピュータ０４内のプロセッサを用いて行うことが好ましい。測定されたデータは、通常離散的であるので、離散フーリエ変換を行うが、解析的な関数にフィッティングを行い、連続的なフーリエ変換を行うことによってフーリエ変換を実施することもできる。

フーリエ変換によって得られた位相−周波数データに対して、ユーザが、コンピュータ０４に接続したキーボード等のユーザインターフェースを用いて、周波数を選択するが、コンピュータ０４によって例えば、最も位相差が大きくなる周波数を自動的に選択するようにしてもよい（ステップ２０８）。選択された検査周波数における位相を、コンピュータ０４に接続されたモニタ等の表示機器によって画像表示することによって、検査対象物０１の各位置における位相が可視化される（ステップ２１０）。データは、画像平面上に検査対象物０１の検査位置を表し、彩度又は明度などによって、位相を表す態様で、可視化することができる。フーリエ変換や位相の可視化は、データ処理手段としてのコンピュータ０４上でデータ解析ソフト（プログラム）を実行させることによって行うことができる。

他の態様として、位相の相対値を表示してもよい。すなわち、基準となる位相値に対する各部分の位相値の比若しくは差を計算し、計算された値を表示して欠陥が存在するか否かを判断してもよい。ここで、検査対象物内において最も広範囲に渡る値を健全部の値と仮定して、基準となる値として採用してもよい。検査対象物に存在する欠陥の認識は、画像に表示された位相をユーザが確認することによって行ってもよいし、コンピュータが、例えば、基準となる位相値と他の部分の位相値の差若しくは比が、予め定められた閾値を超えるか否かに応じて、若しくは、位相データの誤差範囲を超えるか否かに応じて、欠陥の有無を自動的に判断してもよい。

また、フーリエ変換される前の表面温度−時間データを用いて、位相−周波数データと同様に探傷を行うこともできる。この場合には、ユーザ又はコンピュータによって経過時間が選択され、選択された経過時間における温度分布を用いて、位相検査対象物内にある欠陥を特定できるようにする。

以下に、従来技術に対して有利な本発明の効果の一例を示すために、一次元熱解析を用いたシミュレーションによる解析結果を記載する。

図４Ａに示される欠陥を含む検査対象物を単純化した解析モデルを用いた。解析モデルでは、欠陥が平底穴形状であるものとした。図４Ａ内の破線で囲まれた領域に対して、熱伝導を計算した。計算対象とした領域を図４Ｂに示す。図４Ｂの厚さＨの平板は、深さＨの位置に欠陥がある場合を模擬することになる。計算対象とした領域では、厚さ方向に垂直の平面方向は、同一温度であり、厚さ方向に一次元的に熱伝導が起きると仮定して、熱伝導を計算した。

図４Ｂに示される計算対象とした領域では、板の厚さ方向の位置をｘ（ｍ）として示している。また、過熱面をｘ＝０としている。従来技術を模擬するディラックパルス（Ｄｉｒａｃｐｕｌｓｅ）と呼ばれる瞬間的な熱流束Ｑ（Ｊ／ｍ²）を過熱面に加える場合における、検査対象物の表面（ｘ＝０）での時間に対する温度変化Ｔ（ｔ）は、数１によって示される一次元非定常熱伝導方程式を変形した以下に示される数２を用いて求めることができる。

ここで、ｔは時間（ｓ）を示す。ρは、検査対象物の密度（ｋｇ／ｍ³）を示す。ｃは、検査対象物の比熱（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））を示す。Ｂｉは、ビオ数（Ｂｉ＝ｈＨ／ｋ）を示す。Ｆ₀は、フーリエ数（Ｆ₀＝αｔ／Ｈ²）を示す。なお、ｈは、検査対象物の上下面における外部と検査対象物との間の表面熱伝達率（Ｗ／（ｍ²Ｋ））を示す。ｋは、検査対象物の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を示す。αは、熱拡散率（ｍ²／ｓ）を示す。またμ_nは、数３により決定される値である。すなわち、図５に示される数３左辺及び数３右辺の値を縦軸にとったグラフの複数の交点がμとなり、μの値が小さいものから順にμ₁、μ₂、μ₃・・・と区別される。

一方で、有限の時間幅ｔ_hを持つ熱流束を過熱面に加える場合には、表面の温度の時間変Ｔ’（ｔ）は、数２に対してｔ_h秒間の積分することによって得られる数４によって示される。
ここで、Ｑ’は、単位時間当たりの入力熱量（Ｊ／ｍ²ｓ）を示す。Ｆ_0hは、ｔ＝ｔ_hに対するフーリエ数（Ｆ_0h＝αｔｈ／Ｈ²）を示す。

数２及び数４をフーリエ変換することによって、以下の数５及び数６が得られる。

数５及び数６の計算結果を数７に代入することによって、対象物表面での温度変化の位相を算出することができる。
ここで、ｆは周波数（Ｈｚ）を示す。Ｒ（ｆ）及びＩ（ｆ）はそれぞれ、数５及び数６の計算結果における複素数の実部及び虚部を示す。

本解析の目的は、パルス加熱及び連続加熱の加熱時間、並びに、欠陥深さに応じて、検査対象物の表面の温度及び位相がどのように変化するかを評価することであり、以下の３点について評価した。
（１）パルス加熱及び連続加熱後の検査対象物の表面の温度を比較した。
（２）パルス加熱及び長時間加熱における欠陥部及び健全部の位相差を比較した。
（３）連続加熱における周波数に対する位相ノイズの大きさを計算した。
上記の３点を評価するために、連続加熱時の入力方法として、以下の２つの加熱条件を想定した。
（Ａ）単位時間当たりの入力熱量（Ｑ’）を４５００Ｊ／（ｍ²ｓ）で一定とし、加熱時間を変化させた。
（Ｂ）入力熱流束の総量を１３５ｋＪ／ｍ²で一定とし、加熱時間のみを変化させた。
図６は、上記の連続加熱に関する加熱条件において、加熱時間と入力熱量の総量との関係を示す。

上記（１）の評価では、パルス加熱の入力熱量（Ｑ）を、４５−１３５０ｋＪ／ｍ²の範囲で変化させた。また、連続加熱の加熱条件は、（Ａ）を採用し、過熱時間（ｔ_h）を１０−３００秒の範囲から選択した。従って、連続加熱の場合であっても、入力熱量の総量は、パルス加熱と同様に４５−１３５０ｋＪ／ｍ²となる。また、本評価では、解析モデルの平板の厚さＨは、５ｍｍとした。

上記（２）の評価では、パルス加熱の入力熱量（Ｑ）を、１３５ｋＪ／ｍ²とし、連続加熱の加熱条件を（Ｂ）とした。従って、パルス加熱の場合であっても、連続加熱の場合であっても、入力熱量は等しい。本評価では、加熱時間の変化に対する、欠陥部と健全部との位相の差Δφを評価した。また、厚さＨを、１−１５ｍｍとして、欠陥部を模擬した。一方で、平板の厚さＨを、２０ｍｍとして、健全部を模擬して、計算を行った。なお、２０ｍｍの厚さは、後に記載される実験に用いられた試験片の厚さと同一である。

上記（３）の評価では、加熱条件（Ａ）において、加熱時間ｔ_h＝３０、６０、１２０秒とした。加熱時間ごとに、周波数に対する位相ノイズの大きさを計算した。平板の厚さＨは、２０ｍｍである。標準偏差０．０６５℃の正規分布に従う温度ノイズを、数４によって得られる温度データに付加し、温度ノイズが付加された温度データに対してフーリエ変化を行うことによって、ノイズを含む位相データを算出した。

（１）−（３）いずれの検討についても、検査対象物として、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）樹脂を想定し、密度を１１９０ｋｇ／ｍ³とし、比熱を１４７０Ｊ／（ｋｇＫ）とし、熱伝導率を０．１９Ｗ／（ｍＫ）として、計算を行った。

図７及び図８は、（１）の計算結果を示す。図７は、パルス加熱の際の表面温度の時間変化を示す。また、図８は、連続加熱した場合の表面温度の時間変化を示す。図７に示されるように、パルス加熱の場合には、加熱直後に非常に大きな表面温度となるのに対して、図８に示されるように、連続加熱の場合には、同量の熱入力であっても、表面温度の最大値がパルス過熱の場合よりも小さい。従って、連続加熱では、パルス加熱のように対象物を高温にすることなく、大きな熱量を入力することができる。従って、連続加熱を利用するならば、耐熱温度が低い検査対象物を検査することも可能になる。

図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、（２）の計算結果を示す、パルス加熱及び連続加熱の各時間について、横軸に周波数をとり、欠陥部と健全部との位相差（Δφ）を縦軸にとったグラフである。欠陥部として、厚さＨが１ｍｍの平板（図９Ａ）、１０ｍｍの平板（図９Ｂ）及び１５ｍｍの平板（図９Ｃ）を解析した。また、健全部として、厚さ２０ｍｍの平板を解析した。

図９Ａに示されるように、平板の厚さＨが１ｍｍのときには、位相差の最大値は、パルス加熱をする場合に最も大きく、加熱時間が増加するにつれて、小さくなった。一方で、図９Ｂに示されるように、平板の厚さＨが１０ｍｍのときには、１０秒から１２０秒間加熱した場合の方が、パルス加熱する場合よりも、位相差の最大値の値が大きい。また、図９Ｃに示されるように、平板の厚さＨが１５ｍｍのときには、１０秒から３００秒加熱した場合の方が、パルス加熱する場合よりも、位相差の最大値の値が大きい。従って、深い位置にある欠陥の検出には、連続加熱の方が、パルス加熱よりも適しているといえる。

図１０は、（２）の計算に関して、パルス加熱の最大の位相差に対する連続加熱における最大の位相差について、平板の厚さごとにまとめたグラフである。図１０に示されるグラフの横軸は、連続加熱の加熱時間を示す。図１０に示されるグラフの縦軸は、パルス加熱の位相差（φ_max(pulse)）に対する連続加熱の位相差の最大値（φ_max）の比を表す。すなわち、縦軸の値が、１よりも大きい場合には、パルス加熱の場合よりも連続加熱を行った方が、位相差の最大値が大きくなることを意味する。図１０から、平板の厚さＨが１ｍｍである場合には、パルス加熱の方が連続加熱よりも、位相差の最大値が大きく、パルス加熱の方が、欠陥を発見しやすいといえる。しかし、平板の厚さＨが１０ｍｍ及び１５ｍｍである深い位置にある欠陥がある欠陥部を模擬する場合には、パルス加熱よりも連続加熱の方が、位相差の最大値が大きく、連続加熱の方が、欠陥を発見しやすいといえる。

図１１は、（３）の計算結果を示す。図１１に示されるグラフの横軸は、周波数を示す。図１１に示されるグラフの縦軸は、位相ノイズのピークトゥピーク（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）値を表す。位相ノイズのデータ点は、円形で示される。図１１から、位相ノイズは、加熱時間が長くなるにつれて、小さくなることが認められる。これは、連続加熱により、入力される熱量が増加したことに起因するものである。位相ノイズが小さくなることによって、健全部と欠陥部との位相差が小さくても、欠陥を検出することができるようになる。

以下に、連続加熱を用いる本発明の実施例の実験結果を、パルス加熱を用いる従来技術と比較して示す。なお、実験データの取得には図１２に示す日本クラウトクレーマー株式会社製のサーモ・インスペクターを使用した。装置系は、加熱器、温度測定器及び加熱器・温度測定器を制御し、また、測定した表面温度・時間データを位相・周波数データに変換するためのプロセッサを備えるコンピュータにより構成される。また、コンピュータは、表面温度・時間データ及び位相・周波数データを表示するための表示装置を備える。本実験では、連続加熱用の加熱器として、１０００Ｗのハロゲンランプを用いた。また、パルス加熱用の加熱器として、１０００Ｊ／Ｆのキセノンパルスランプを二つ用いた。温度測定器として、赤外線カメラであるＦＬＩＲ社製のＳＣ４０００を用いた。このカメラの検出素子は、検出可能波長範囲を３から５μｍとするインジウムアンチモンである。また、このカメラの検出素子数は、３２０×２５６個であり、ノイズ価温度差は、２５ｍＫである。

検査対象物の材料として、ＰＭＭＡ樹脂及びＣＦＲＰを用いた。図１３に、ＣＦＲＰ試験片の写真を示す。ＰＭＭＡ試験片及びＣＦＲＰ試験片の形状は同一であり、外形は、１５０×２００×２０ｍｍである。加熱する面（１５０×２００ｍｍ）を加熱面、加熱する面の裏側となる加熱をしない面を非加熱面とする。非加熱面には、深さの異なる直径１０ｍｍの円形で平底の穴を人工欠陥として複数設けた。人工欠陥の深さ、すなわち、加熱面から人工欠陥の底面までの距離は、１ｍｍの変化量で１ｍｍから１０ｍｍまで、並びに０．５ｍｍ及び１５ｍｍとした。

実験では、ＰＭＭＡ試験片に、キセノンフラッシュランプを用いてパルス加熱又はハロゲンランプを用いて連続加熱を行い、赤外線カメラにより、ＰＭＭＡ試験片の加熱面の表面温度を測定して、表面温度−時間データを取得した。コンピュータでは、赤外線カメラによって得られた表面温度−時間データから各時間での２次元温度画像を作成した。また、表面温度−時間データをフーリエ変換して、表面温度−周波数データを算出し、さらに、表面温度−周波数データを、数７を用いて位相−周波数データに変換した。また、位相−周波数データから各周波数での２次元位相画像を作成した。本明細書では、検出できる欠陥の深さが最も深くなる検査時間の２次元温度画像、及び、検出できる欠陥の深さが最も深くなる周波数の２次元位相画像を選択して、比較等の分析を行った。

図１４ＡにＰＭＭＡ樹脂試験片に対してパルス加熱をしてから温度の測定を開始した表面温度−時間データの７８．５秒後の２次元温度画像を、図１４Ｂに、位相−周波数データの０．００１４Ｈｚでの２次元位相画像を示す。また、図１５ＡにＰＭＭＡ樹脂試験片に対して、３０秒間の連続加熱をしてから温度の測定を開始した表面温度−時間データの７８．５秒後の２次元温度画像を、図１５Ｂに、位相−周波数データの０．０００７Ｈｚでの２次元位相画像を示す。図１４Ａの表面温度画像では、深さ２−３ｍｍの部分が画像の濃さが他の部分と異なり、パルス加熱によって得られた表面温度−時間データでは、深さ２−３ｍｍまでの欠陥のみ検出することができることが言える。同様に、図１４Ｂの位相画像から、パルス加熱によって得られた位相−周波数データでは深さ５−６ｍｍまでしか欠陥が検出できないことが言える。一方で、図１５Ａから、連続加熱後に取得された表面温度−時間データでは、深さ６−７ｍｍの欠陥を検出できることが認められる。さらに、図１５Ｂから、位相画像では、深さ９−１０ｍｍの欠陥を検出できることが認められる。従って、連続加熱後に測定したデータを利用することによって、パルス加熱後に測定したデータを用いるよりも深い位置にある欠陥を検出できるようになることが理解できる。

図１６は、ＰＭＭＡ樹脂試験片に対して６０秒間の連続加熱を行ってから温度の測定を開始して取得したデータを変換して得られた周波数０．０００７Ｈｚでの位相画像である。図１５Ｂに示される位相画像よりも、色のコントラストが明確になっていて、欠陥部がより明りょうに表示されている。この結果は、連続加熱によって、健全部と欠陥部との位相差が大きくなったこと、及び、位相ノイズが低減したためであると考えられ、上記の解析結果と一致している。

図１７ＡにＣＦＲＰ試験片に対してパルス加熱を行ってから温度の測定を開始して取得したデータを変換して得られた周波数０．０１Ｈｚでの位相画像を示す。また、図１７ＢにＣＦＲＰ試験片に対して３０秒間の連続加熱を行ってから温度の測定を開始して取得したデータを変換して得られた周波数０．００９３Ｈｚでの位相画像を示す。図１７Ａから、パルス加熱では、深さ３−４ｍｍの部分の濃さが他の部分と異なり、深さ３−４ｍｍまでにある欠陥しか検出できないことが言える。一方で、図１７Ｂから、試験片を３０秒間加熱した場合には、深さ６−７ｍｍ部分の画像の濃さが他の部分と異なり、深さ６−７ｍｍの欠陥まで検出できることが認められる。ＣＦＲＰは、熱伝導について異方性があるため、ＣＦＲＰ試験片表面に加えられた熱が内部へ伝わりにくく、ＰＭＭＡ樹脂などの等方性材料と比較して欠陥検出深さが小さくなるが、本方法は、熱伝導について異方性がある材料であっても有効であることが認められる。

０１検査対象物
０２加熱器
０３温度測定器
０４コンピュータ

Claims

検査対象物を加熱するステップと、
前記検査対象物の複数の部分の温度を測定し、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを生成するステップと、
前記複数の部分の各々の前記データを比較できるようにするステップと、
を含み、
前記検査対象物を加熱するステップは、連続加熱によって行うことを特徴とする探傷方法。
経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを、周波数と位相との関係を示すデータに変換するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の探傷方法。
前記連続加熱の加熱時間は、１秒から６００秒までであることを特徴とする請求項１又は２に記載の探傷方法。
前記連続加熱の加熱時間は、３０秒以上であることを特徴とする請求項３に記載の探傷方法。
前記検査対象物を加熱するステップは、ハロゲンランプによって行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかの１項に記載の探傷方法。
前記データを比較できるようにするステップは、検査対象物の測定位置を２次元的に表し、測定位置に対応する前記データの値を示す２次元画像を表示することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の探傷方法。
検査対象物を加熱する加熱器と、
前記検査対象物の複数の部分の温度を測定する温度測定器と、
経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを生成し、前記データの前記検査対象物の前記複数の部分の各々を比較できるようにするコンピュータと、
を含む探傷装置であって、
前記加熱器は、検査対象物を連続加熱することを特徴とする探傷装置。
前記コンピュータは、経過時間と測定された前記温度との関係を示すデータを、周波数と位相との関係を示すデータに変換することを特徴とする請求項７に記載の探傷装置。
前記連続加熱の加熱時間は、１秒から６００秒までであることを特徴とする請求項７又は８に記載の探傷装置。
前記連続加熱の加熱時間は、３０秒以上であることを特徴とする請求項９に記載の探傷装置。
前記加熱器は、ハロゲンランプであることを特徴とする請求項７から１０のいずれかの１項に記載の探傷装置。
前記コンピュータは、検査対象物の測定位置を２次元的に表し、測定位置に対応する前記データの値を示す２次元画像を表示することを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の探傷装置。