JP2018115874A - 検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】検査時間を短縮するとともに高精度な検査を行うことが可能な検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムを提供する。【解決手段】本発明の一態様の検査装置は、検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する変換部と、前記変換部により算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する判定部と、を備える。【選択図】図１１

Description

本発明は、検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムに関する。

従来、簡便な非破壊検査法の一つとしてアクティブ加熱によるサーモグラフィ法が知られている。このサーモグラフィ法では、フラッシュランプなどの加熱源により検査対象物の表面を瞬間的に加熱し、その表面温度の時間変化を赤外線カメラによって測定することで、検査対象物の内部に欠陥が存在するか否かを検査する。また、検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータに対してフーリエ変換を行って得られた位相画像を用いることで、検出可能な欠陥の深さを向上させる方法も知られている（特許文献１および２参照）。

しかしながら、このサーモグラフィ法では、位相画像において検出することが可能な欠陥の深さはフーリエ変換後の周波数に依存する。このため、検査対象物の内部の深い位置に存在する欠陥を検出するためには、より低い周波数での位相画像を取得する必要がある。このため、検査時間が長くなり、検査の効率性および簡便性が損なわれる場合がある。

特許第５５７４２６１号公報 特開２０１４−３２１６０号公報

M. Ishikawa, H. Hatta Y. Habuka, R. Fukui and S. Utsunomiya, "Detecting deeper defects using pulse phase thermography", Infrared Physics & Technology, 57, pp. 42-49 (2013)

本発明は、検査時間を短縮するとともに高精度な検査を行うことが可能な検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムを提供する。

本発明の一態様の検査装置は、検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する変換部と、前記変換部により算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する判定部と、を備える。

上記の検査装置において、前記判定部は、前記変換部により算出された前記位相値と、予め求められている前記検査対象物の基準位相値との位相差の周波数変化を示すデータにおける前記位相差がピークを示す周波数に基づいて、前記検査対象物の欠陥の深さを判定してよい。

上記の検査装置において、前記所定周波数は、下記式（１）で算出される周波数ｆ_Ｌであってよい。
Ｉｎ（ｆ_Ｌ）＝０．５Ｉｎ（αｈ／ρｃ）−１．５Ｉｎ（ｄ）−１．２ （１）
上記式（１）において、ｄは検査対象物の測定表面からの深さを表し、ρは検査対象物の密度を表し、ｃは検査対象物の比熱を表し、ｈは検査対象物の表面における熱伝達率を示す。

上記の検査装置において、前記取得部は、前記検査対象物の検査対象とする欠陥に対応する前記位相値のピークの周波数の逆数から所定範囲内の時間の間、前記検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得してよい。

上記の検査装置において、前記判定部は、前記位相値のピークの周波数における位相画像を生成してよい。

本発明の一態様の検査方法は、検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する工程と、取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する工程と、算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する工程とを備える。

本発明の一態様の検査プログラムは、上記の検査方法をコンピュータに実行させるものである。

本発明の一態様のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、上記の検査プログラムを記憶したものである。

本発明の一態様の検査システムは、検査対象物を加熱する加熱装置と、前記加熱装置によって加熱された前記検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを測定する温度測定装置と、前記検査対象物の検査を行う検査装置であって、前記温度測定装置から前記検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する変換部と、前記変換部により算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する判定部と、を備える検査装置と、を備える。

本発明は、検査時間を短縮するとともに高精度な検査を行うことが可能な検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムを提供することができる。

また、本発明は、検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出し、算出された位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、検査対象物の欠陥を判定しているため、従来よりも検査時間を短縮することができる。

また、本発明は、検査対象物の検査対象とする欠陥深さに対応する位相値のピークの周波数の逆数から所定範囲内の時間の間、検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得しているため、位相値を大きくすることができる。これにより、欠陥検出が容易になるとともに、高精度な検査を行うことができる。

第１実施形態における検査システムを示す構成図である。 第１実施形態におけるパルス加熱後のサンプル物体の表面の温度画像を示す図である。 図２Ａに示す温度画像に対して位相変換を行うことにより得られた位相画像を示す図である。 第１実施形態におけるサンプル物体の熱物性について一次元熱解析により算出された各欠陥深さにおける位相値の周波数変化を示す図である。 第１実施形態における厚さ２０ｍｍのサンプル物体中に存在する各欠陥深さの欠陥で生じる位相値の周波数変化を、ベースライン（深さ２０ｍｍ）の位相値との位相差として示す図である。 第１実施形態における高周波位相ピーク周波数の解析に用いた３種類のサンプル物体の物性値を示す図である。 図５に示す３種類のサンプル物体の各々における高周波位相ピーク周波数と欠陥深さとの関係を一次元熱解析により求めた結果を示す図である。 第１実施形態における式（１）を用いて算出したサンプル物体の高周波位相ピーク周波数と、欠陥深さとの関係を示す図である。 図７Ａに示す各周波数における位相値を得るために必要な検査対象物のデータの取得時間と、欠陥深さとの関係を示す図である。 第１実施形態における式（１）の検証実験において使用したサンプル物体の外観を示す図である。 第１実施形態における式（１）の検証実験により得られたサンプル物体の各欠陥深さにおける欠陥部と健全部との間の位相差の変化を示す図である。 第１実施形態において検証実験により得られた各サンプル物体の高周波位相ピーク周波数と、式（１）を用いて算出された推定値との比較結果を示す図である。 第１実施形態における検査装置の機能ブロック図である。 第１実施形態における検査装置の検査処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における有限要素解析により得られたデータポイント数の変化に伴う欠陥部と健全部との間の位相差の変化を示す図である。 第２実施形態における検証実験により得られたデータポイント数の変化に伴う欠陥部と健全部との間の位相差の変化を示す図である。 第２実施形態におけるデータポイント数（４０９６）の条件において得られた位相画像を示す図である。 第２実施形態におけるデータポイント数（２５６）の条件において得られた位相画像を示す図である。 第２実施形態における検査装置の機能ブロック図である。 第２実施形態における検査装置の検査処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムのいくつかの実施形態について説明する。

［第１実施形態］
（システム構成）
本実施形態の検査システムは、検査対象物の表面を加熱して表面温度の時間変化を示すデータを測定し、この表面温度の時間変化を示すデータに基づいて、検査対象物の内部の空隙などの欠陥を判定する。図１は、本実施形態における検査システム１を示す構成図である。検査システム１は、例えば、加熱装置１０と、温度測定装置１２と、検査装置１４とを備える。

検査対象物Ｔとしては、加熱装置１０から出力される加熱光によって温度変化するものであれば何れの材料で形成されてもよい。検査対象物Ｔは、例えば、無機材料、有機材料、複合材料（炭素繊維強化プラスチックなど）などを材料として形成されるものであってよい。検査対象物Ｔは、例えば、橋梁やトンネルなどの大型構造物、飛行機、ロケット、自動車、船舶などの一部であってよい。

加熱装置１０は、検査対象物Ｔを加熱する。加熱装置１０は、例えば、検査対象物Ｔを瞬間的に加熱するパルス加熱を行うキセノンフラッシュランプなどである。また、加熱装置１０は、赤外線ヒーター、電熱線などを使用した装置であってもよい。

温度測定装置１２は、加熱装置１０によって加熱された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータおよび温度画像を取得する。温度測定装置１２は、例えば、赤外線カメラである。

検査装置１４は、温度測定装置１２によって測定された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータに基づいて、検査対象物Ｔの内部の欠陥を判定する。検査装置１４は、検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換（フーリエ変換）を行うことにより得られた位相値の周波数変化を示すデータおよび位相画像を用いて欠陥を判定する。検査装置１４は、検査対象物Ｔの内部の欠陥深さを判定してもよい。検査装置１４は、例えば、内部に備えられた記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、検査処理を実行するコンピュータ（制御コンピュータ）などである。尚、本実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコンなども含み、プログラムによって検査装置１４の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

図２Ａは、加熱装置１０によってサンプル物体をパルス加熱した後の表面の温度画像（赤外線画像）を示す図である。サンプル物体としては、人工的に生成された欠陥（直径１０ｍｍ平底穴）を有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）を使用する。図２Ａでは、温度測定装置１２によってパルス加熱を行った後、１０秒経過後のサンプル物体の表面を撮像した温度画像を示している。図２Ａの温度画像内に示す数値は、サンプル物体の表面下において欠陥が位置する欠陥深さ（単位ｍｍ）を示す。図２Ａの温度画像では、最大で深さ３ｍｍの欠陥を検出することができることが分かる。

一方、図２Ｂは、図２Ａに示す温度画像に対して位相変換を行うことにより得られた位相画像を示す図である。図２Ｂでは、位相変換により得られた位相値の周波数変化を示すデータのうち、周波数０．００５Ｈｚにおける位相値を表す位相画像を示している。このような位相画像において、欠陥部と健全部との間で生じる位相差を検出することで欠陥を判定することができる。図２Ａに示す温度画像では、検出可能な欠陥深さが３ｍｍ程度であったが、図２Ｂに示す位相画像では６ｍｍ程度にまで向上していることが分かる。このように、温度画像を位相画像に変換することで、加熱装置１０の構造や検査対象物Ｔの表面状態に起因する不均一な加熱分布による検査結果への影響を低減することができ、高精度な検査が可能となる。

位相画像における位相差の周波数変化は欠陥深さに依存して変化する。図３は、サンプル物体の熱物性について一次元熱解析から算出された各欠陥深さにおける位相値の周波数変化を示す図である。図３では、欠陥深さが０．５ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、および２０ｍｍである６つのサンプル物体についての位相値の周波数変化を示している。各欠陥深さの条件において、いずれも比較的低周波数領域（低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌ）に下に凸の大きな位相値のピークが確認できる。例えば、欠陥深さ０．５ｍｍの条件のサンプル物体では周波数が０．０５８Ｈｚにおいて下に凸のピークが確認でき、欠陥深さ５ｍｍの条件では周波数が０．００１９Ｈｚにおいて下に凸のピークが確認できる。

また、図３では、上記の低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌにおける大きな位相のピーク以外に、比較的高周波数領域（高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈ）に上に凸の小さな位相値のピークが確認できる。例えば、欠陥深さ０．５ｍｍの条件のサンプル物体では周波数が１．９Ｈｚにおいて上に凸のピークが確認でき、欠陥深さ５ｍｍの条件では周波数が０．０１９Ｈｚにおいて上に凸のピークが確認できる。

従来のサーモグラフィ法では、上記の低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌの大きな位相値のピークにおける値を画像化することで欠陥の検出を行っていた。しかしながら、位相変換において算出される周波数領域は、検査対象物Ｔのデータの取得時間に依存し、得られる周波数の最低値は取得時間の逆数となる。従って、低周波数領域の位相データを得るためには、長時間のデータ取得が必要となり、これにより検査が長時間化する。例えば、サンプル物体中の欠陥深さ５ｍｍの欠陥の低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌを得るためには、約５３０秒間のデータが必要となる。

一方、本実施形態の検査装置１４は、上記の低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌにおける大きな位相値のピークではなく、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける小さな位相値のピークを検査に利用する。これにより検査時間（検査対象物Ｔのデータの取得時間）を大幅に低減することができる。例えば、サンプル物体中の欠陥深さ５ｍｍの欠陥の高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを得るためには、約５３秒間のデータのみを取得すればよい。

図４は、厚さ２０ｍｍのサンプル物体中に存在する各欠陥深さの欠陥で生じる位相値の周波数変化を、ベースライン（深さ２０ｍｍ）の位相値との位相差として示す図である。図４に示すとおり、各欠陥深さの条件において、いずれも比較的低周波数領域（低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌ）に下に凸の大きな位相差のピークと、比較的高周波数領域（高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈ）に上に凸の小さな位相差のピークとが確認できる。本実施形態の検査装置１４は、この高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける小さな位相差のピークを検査に利用する。

（高周波位相ピーク周波数の推定）
図５は、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈの解析に用いた３種類のサンプル物体の物性値を示す図である。図６は、図５に示す３種類のサンプル物体の各々における高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと欠陥深さとの関係を一次元熱解析により求めた結果を示す図である。図６に示すとおり、いずれのサンプル物体においても、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈは、欠陥深さｄの増大とともに両対数グラフ上で線形的に減少していることが分かる。また、いずれのサンプル物体においても、その傾きは−２であることが分かる。これらの結果に基づいて、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈ、欠陥深さｄ、および各サンプル物体の物性値の関係を定式化すると、以下の式（１）が得られる。

Ｉｎ（ｆ_Ｈ）＝Ｉｎ（α）−２Ｉｎ（ｄ）＋０．２・・・式（１）

上記の式（１）において、αは検査対象物Ｔの熱拡散率［ｍ^２／ｓ］を表す。この定式化には、例えば、非特許文献１に開示されている次元解析を用いてよい。図７Ａは、式（１）を用いて算出したサンプル物体（ＣＦＲＰ）の高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと、欠陥深さとの関係を示す図である。また、図７Ａには、従来のサーモグラフィ法において利用されていた以下の式（２）を用いて算出された低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌも併せて示している。

Ｉｎ（ｆ_Ｌ）＝０．５Ｉｎ（αｈ／ρｃ）−１．５Ｉｎ（ｄ）−１．２・・・式（２）

上記の式（２）において、ρは検査対象物Ｔの密度を表し、ｃは検査対象物Ｔの比熱を表し、ｈは検査対象物Ｔの表面における熱伝達率を示す。

また、図７Ｂは、図７Ａの縦軸（周波数ｆ）の逆数、即ち、各周波数ｆにおける位相値を得るために必要な検査対象物Ｔのデータの取得時間ｔと、欠陥深さｄとの関係を示す図である。図７Ａおよび図７Ｂより、必要なデータの取得時間ｔは、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを利用することで大幅に低減されることが分かる。例えば、欠陥深さ１ｍｍの条件では、低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌ利用時の必要なデータの取得時間ｔは６３秒であるのに対して、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈ利用時の必要なデータの取得時間ｔは２秒となる。

（高周波位相ピーク周波数の実験的な確認）
上記の式（１）の妥当性を確認するために、実験的な検証を行った。図８は、本検証実験において使用したサンプル物体の外観を示す図である。このサンプル物体は、２００×２００×５ｍｍのＣＦＲＰである。このサンプル物体は、人工的に生成された欠陥として、欠陥深さの異なる３つの平底穴（欠陥深さ０．５ｍｍの欠陥Ｄ１、欠陥深さ１ｍｍの欠陥Ｄ２、欠陥深さ２ｍｍの欠陥Ｄ３）を有している。これらの３つの平底穴は、いずれも２０×２０ｍｍの大きさを有する。

本検証実験では、サンプル物体の表面をキセノンフラッシュランプによって瞬間的に加熱し、その後の表面温度の時間変化を温度測定装置１２によって測定した。温度測定装置１２としては、赤外線カメラ（ＦＬＩＲ Ａ３１５）を使用して，サンプリング周波数６０Ｈｚで観察した。

図９は、サンプル物体の各欠陥深さにおける欠陥部と健全部との間の位相差の変化を示す図である。欠陥部のデータとしては、欠陥部上での任意の４点を平均したデータを使用した。健全部のデータとしては、欠陥部の近傍の４点を平均したデータを使用した。図９に示すとおり、各欠陥深さにおいて、図３に示したような比較的高周波数領域での位相値のピークが存在することが分かる。

図１０は、本検証実験により得られた各サンプル物体の高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと、式（１）を用いて算出された推定値との比較結果を示す図である。尚、図１０に示す本検証実験により得られた各サンプル物体の高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈは、ピーク付近のデータに対する４次近似曲線のピークにおける周波数と定義した。一例として、図９において、欠陥深さ２ｍｍのデータに対応する近似曲線を破線で示す。図１０において、本検証実験により得られた各サンプル物体の高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと式（１）の推定値とが一致していることが分かる。これにより、式（１）の妥当性が確認できる。

（検査装置の構成）
図１１は、本実施形態における検査装置１４の機能ブロック図である。検査装置１４は、例えば、取得部２０と、変換部２２と、判定部２４と、表示部２６と、記憶部Ｄ１とを備える。

取得部２０は、温度測定装置１２から、加熱装置１０によって加熱された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを取得する。取得部２０は、取得した検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを変換部２２に出力する。また、取得部２０は、取得した検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを記憶部Ｄ１に記憶させる。

変換部２２は、取得部２０から入力された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換（フーリエ変換）を行って位相値の周波数変化を示すデータを算出する。ここで、変換部２２は、所定周波数以上の周波数についての位相値の周波数変化を示すデータを算出する。例えば、変換部２２は、式（１）を用いて推定された図７Ｂに示すデータの取得時間ｔに基づいて予め決定された取得時間にわたる表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行う。変換部２２により算出される位相値の周波数変化を示すデータには、検査対象とする欠陥深さの高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈが含まれる。

変換部２２が位相変換の対象とする表面温度の時間変化を示すデータの取得時間は、検査装置１４に接続されたキーボードなどのユーザインターフェース（図示しない）を介して利用者が入力することにより決定されてよい。変換部２２は、算出した位相値の周波数変化を示すデータを判定部２４に出力する。また、変換部２２は、算出した位相値の周波数変化を示すデータを記憶部Ｄ１に記憶させる。変換部２２は、例えば、高速フーリエ変換を行ってよい。尚、変換部２２は、検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを取得部２０から受け取るのではなく、記憶部Ｄ１から読み出して位相変換を行ってもよい。

判定部２４は、変換部２２により算出された位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、検査対象物Ｔの欠陥を判定する。例えば、判定部２４は、変換部２２から入力された位相値と、予め求められている健全部の位相値（基準位相値）との位相差の周波数変化を示すデータを生成し、この位相差の周波数変化を示すデータにおける位相差がピークを示す高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを特定する。判定部２４は、特定した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈおよび上記の式（１）に基づいて、検査対象物Ｔの欠陥を判定する。また、判定部２４は、特定した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相画像を生成し、表示部２６に表示させる。判定部２４は、検査対象物Ｔの欠陥深さを判定し、判定した欠陥深さを表示部２６に表示させてもよい。

検査システム１の利用者は、この表示部２６に表示された位相画像を参照することで、検査対象物Ｔの内部の欠陥を検査することができる。また、判定部２４は、検査装置１４に接続されたキーボードなどのユーザインターフェース（図示しない）を介して利用者が入力した周波数における位相画像を生成して表示部２６に表示させてもよい。また、判定部２４は、生成した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相画像のデータを記憶部Ｄ１に記憶させる。尚、判定部２４は、位相値の周波数変化を示すデータを変換部２２から受け取るのではなく、記憶部Ｄ１から読み出して欠陥の判定を行ってもよい。

表示部２６は、判定部２４の制御下において、所定の周波数における位相画像を表示する。表示部２６は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electroluminescence）表示装置などであってよい。尚、表示部２６は、検査装置１４の外部に設けられてもよい。

記憶部Ｄ１は、温度測定装置１２から入力された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータ、変換部２２により算出された位相値の周波数変化を示すデータ、判定部２４により生成された位相画像のデータなどを記憶する。記憶部Ｄ１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどで実現される。

また、上記の検査装置１４の各機能部のうち一部または全部は、プロセッサがプログラム記憶部（図示しない）に記憶されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現されてよい。プログラムは、検査装置１４の作動開始時に予めインストールされていてもよいし、他のコンピュータからダウンロードされてよいし、コンパクトディスクなどの可搬型記憶媒体からインストールされてもよい。また、検査装置１４の各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。

（動作フロー）
次に、本実施形態の検査装置１４の動作について説明する。図１２は、本実施形態における検査装置１４の検査処理を示すフローチャートである。

まず、取得部２０は、温度測定装置１２から、加熱装置１０によって加熱された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを取得する（ステップＳ１０１）。取得部２０は、取得した表面温度の時間変化を示すデータを、変換部２２に出力する。また、取得部２０は、取得した検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを記憶部Ｄ１に記憶させる。

次に、変換部２２は、取得部２０から入力された表面温度の時間変化を示すデータ対して位相変換を行って、所定周波数以上の周波数についての位相値の周波数変化を示すデータを算出する（ステップＳ１０３）。変換部２２は、この位相値の周波数変化を示すデータに、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈが含まれるように位相変換を行う。変換部２２は、算出した位相値の周波数変化を示すデータを、判定部２４に出力する。また、変換部２２は、算出した位相値の周波数変化を示すデータを記憶部Ｄ１に記憶させる。

次に、判定部２４は、変換部２２から入力された位相値と、予め求められている健全部の位相値（基準位相値）との位相差の周波数変化を示すデータを生成し、この位相差の周波数変化を示すデータにおける位相差がピークを示す高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを特定し、特定した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈおよび上記の式（１）に基づいて、検査対象物Ｔの欠陥を判定する（ステップＳ１０５）。

次に、判定部２４は、特定した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相画像を生成し、表示部２６に表示させる（ステップＳ１０７）。検査装置１４の利用者は、この表示部２６に表示された位相画像を参照することで、検査対象物Ｔの内部の欠陥を検査することができる。また、判定部２４は、生成した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相画像のデータを記憶部Ｄ１に記憶させる。以上により、本フローチャートの処理を終了する。尚、判定部２４は、検査装置１４に接続されたキーボードなどのユーザインターフェース（図示しない）を介して利用者が指定した周波数における位相画像を生成してもよい。

以上において説明した本実施形態によれば、検査時間を短縮するとともに高精度な検査を行うことが可能な検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムを提供することができる。

［第２実施形態］
以下、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と比較して、第２の実施形態は、検査における検査対象物Ｔのデータの取得時間を、検査対象物の検査対象とする欠陥深さにおける高周波位相ピーク周波数の逆数と同程度となるように条件設定を行う点が異なる。このため、構成などについては第１の実施形態で説明した図および関連する記載を援用し、詳細な説明を省略する。

図４に示すとおり、上記の第１の実施形態の高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相差は、低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌにおける位相差と比較して非常に小さい。しかしながら、位相変換によって算出される周波数の最低値が高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと同程度となるような条件で検査を行うことで、即ち、検査における検査対象物Ｔのデータの取得時間を、検査対象となる欠陥深さにおける高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈの逆数と同程度となるように条件設定を行うことで、位相差を増大させることができる。

図１３は、サンプル物体（ＣＦＲＰ）の物性値について欠陥深さｄ＝５ｍｍ、健全部板厚２０ｍｍとし、各条件のデータの取得時間（データポイント数）にて有限要素解析により得られた欠陥部と健全部との間の位相差の周波数変化を示す図である。図１３においては、１０Ｈｚのサンプリング周波数で取得し、データポイント数を８１９２、４０９６、２０４８、１０２４、５１２とする条件で算出された結果を示す。データポイント数が８１９２、４０９６、２０４８、１０２４、５１２であるデータの取得に必要な時間は、それぞれ、８１９．２秒、４０９．６秒、２０４．８秒、１０２．４秒、５１．２秒である。

各データポイント数での結果を比較すると、高周波位相ピーク周波数（約０．０２Ｈｚ）での位相差Δφの値がデータポイント数の低下とともに増加していることが分かる。これにより、より少ないデータポイント数のデータより算出される位相画像を利用することで高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを効果的に検出することができることが分かる。適切なデータポイント数の目安としては、位相変換により算出される周波数の最低値（最低周波数）ｆ_ｍｉｎが、検査対象とする欠陥深さの高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと同程度となるように取得時間、サンプリング周波数を調整することが望ましい。最低周波数ｆ_ｍｉｎは以下の式（３）より求められる。

ｆ_ｍｉｎ＝ｆ_ｓ／ｎ・・・式（３）

上記の式（３）において、ｆ_ｓは検査時のサンプリング周波数を表し、ｎはデータポイント数を表す。尚、最低周波数ｆ_ｍｉｎは、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈよりも小さい値に設定する。

（高周波位相ピーク周波数における位相差の実験的な確認）
上記のデータポイント数の変化に伴う高周波位相ピーク周波数における位相差の実験的な検証を行った。本検証実験では、図８に示すサンプル物体に対して、表面をキセノンフラッシュランプによって瞬間的に加熱し、その後の表面温度変化を温度測定装置１２によって測定した。温度測定装置１２としては、赤外線カメラ（ＦＬＩＲ Ａ３１５）を使用して，サンプリング周波数１０Ｈｚで観察した。これにより、データの取得時間（データポイント数）の変化に伴う高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相差の変化を確認した。

図１４は、データポイント数の変化に伴う欠陥部と健全部との間の位相差の周波数変化を示す図である。図１４では、欠陥深さ１ｍｍの欠陥部についての実験結果が示される。図１４に示すとおり、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈ（約０．４Ｈｚ）における位相差の値はデータポイント数の低下とともに増加している。この傾向は、図１３に示す解析結果と一致する。高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相差が最も大きくなるのはデータポイント数が２５６ポイントの条件であり、この条件でのｆ_ｍｉｎを上記の式（３）により算出すると０．０３９Ｈｚとなる。この最低周波数ｆ_ｍｉｎ値（０．０３９Ｈｚ）は、式（１）より推定される欠陥深さ１ｍｍの欠陥における高周波位相ピーク周波数（０．０４８Ｈｚ）と近い値を示している。

図１５Ａは、データポイント数（４０９６）により得られた周波数０．４Ｈｚ付近における位相画像を示す図であり、図１５Ｂは、データポイント数（２５６）により得られた周波数０．４Ｈｚ付近における位相画像を示す図である。同程度の周波数でありながら、図１５Ａに示す位相画像では欠陥深さ１ｍｍの欠陥が検出できないのに対し、図１５Ｂに示す位相画像では欠陥深さ１ｍｍの欠陥の検出が可能である。これは、図１４に示す高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相差の増加によるものである。これらの結果より、データポイント数の適切な調整により高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相差を効果的に検出できることが確認できる。

（検査装置の構成）
図１６は、本実施形態における検査装置１５の機能ブロック図である。検査装置１５は、第１の実施形態の検査装置１４と比較して、取得時間決定部２８をさらに備えている。

取得時間決定部２８は、温度測定装置１２から検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得時間を決定する。取得時間決定部２８は、検出対象とする欠陥深さにおける高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈの逆数と同程度の時間を取得時間として決定する。即ち、取得時間決定部２８は、検出対象とする欠陥深さにおける高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈの逆数から所定範囲内の時間を取得時間として決定する。

（動作フロー）
次に、本実施形態の検査装置１５の動作について説明する。図１７は、本実施形態における検査装置１５の検査処理を示すフローチャートである。

まず、取得時間決定部２８は、温度測定装置１２から検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得時間を決定する（ステップＳ２０１）。ここで、取得時間決定部２８は、検出対象とする欠陥深さにおける高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈの逆数と同程度の時間を取得時間として決定する。即ち、取得時間決定部２８は、検出対象とする欠陥深さにおける高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈの逆数から所定範囲内の時間を取得時間として決定する。

次に、取得部２０は、温度測定装置１２から、加熱装置１０によって加熱された検査対象物Ｔの表面温度の時間変化を示すデータを取得する（ステップＳ２０３）。ここで、取得部２０は、取得時間決定部２８により決定された取得時間の間、温度測定装置１２から上記のデータを取得する。取得部２０は、取得した表面温度の時間変化を示すデータを、変換部２２に出力する。

次に、変換部２２は、取得部２０から入力された表面温度の時間変化を示すデータ対して位相変換を行って、所定周波数以上の周波数についての位相値の周波数変化を示すデータを算出する（ステップＳ２０５）。変換部２２は、算出した位相値の周波数変化を示すデータを、判定部２４に出力する。

次に、判定部２４は、変換部２２から入力された位相値と、予め求められている健全部の位相値（基準位相値）との位相差の周波数変化を示すデータを生成し、この位相差の周波数変化を示すデータにおける位相差がピークを示す高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを特定し、特定した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈおよび上記の式（１）に基づいて、検査対象物Ｔの欠陥を判定する（ステップＳ２０７）。

次に、判定部２４は、特定した高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈにおける位相画像を生成し、表示部２６に表示させる（ステップＳ２０９）。検査装置１４の利用者は、この表示部２６に表示された位相画像を参照することで、検査対象物Ｔの内部の欠陥を検査することができる。以上により、本フローチャートの処理を終了する。

以上において説明した本実施形態によれば、検査時間を短縮するとともに高精度な検査を行うことが可能な検査装置、検査方法、検査プログラム、記憶媒体、および検査システムを提供することができる。

尚、上記の実施形態では、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈのみを利用する例を説明したが、検査時に、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈと低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌとの双方を用いるようにしてもよい。例えば、高周波位相ピーク周波数ｆ_Ｈを用いて、検査対象物Ｔの一次検査を行い、より詳細な検査を必要とする場合に、低周波位相ピーク周波数ｆ_Ｌを用いた二次検査を行うようにしてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせなどは一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求などに基づき種々変更可能である。

１……検査システム、１０……加熱装置、１２……温度測定装置、１４，１５……検査装置、２０……取得部、２２……変換部、２４……判定部、２６……表示部、２８……取得時間決定部、Ｄ１……記憶部、Ｔ……検査対象物

Claims (9)

1. 検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する変換部と、
   前記変換部により算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する判定部と、
   を備える検査装置。
2. 前記判定部は、前記変換部により算出された前記位相値と、予め求められている前記検査対象物の基準位相値との位相差の周波数変化を示すデータにおける前記位相差がピークを示す周波数に基づいて、前記検査対象物の欠陥の深さを判定する、
   請求項１に記載の検査装置。
3. 前記所定周波数は、下記式（１）で算出される周波数ｆ_Ｌである、
   請求項１又は２に記載の検査装置。
   Ｉｎ（ｆ_Ｌ）＝０．５Ｉｎ（αｈ／ρｃ）−１．５Ｉｎ（ｄ）−１．２ （１）
   （上記式（１）において、ｄは検査対象物の測定表面からの深さを表し、ρは検査対象物の密度を表し、ｃは検査対象物の比熱を表し、ｈは検査対象物の表面における熱伝達率を示す。）
4. 前記取得部は、前記検査対象物の検査対象とする欠陥に対応する前記位相値のピークの周波数の逆数から所定範囲内の時間の間、前記検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記判定部は、前記位相値のピークの周波数における位相画像を生成する、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する工程と、
   取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する工程と、
   算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する工程と、
   を備える検査方法。
7. 請求項６に記載の検査方法をコンピュータに実行させるための検査プログラム。
8. 請求項７に記載の検査プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
9. 検査対象物を加熱する加熱装置と、
   前記加熱装置によって加熱された前記検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを測定する温度測定装置と、
   前記検査対象物の検査を行う検査装置であって、
   前記温度測定装置から前記検査対象物の表面温度の時間変化を示すデータを取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された前記表面温度の時間変化を示すデータに対して位相変換を行い、位相値の周波数変化を示すデータを算出する変換部と、
   前記変換部により算出された前記位相値が、所定周波数以上の周波数領域で示すピークに基づいて、前記検査対象物の欠陥を判定する判定部と、を備える検査装置と、
   を備える検査システム。