JP2020153883A - Surface shape evaluation device, surface shape evaluation system, and surface shape evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、テラヘルツ波を利用して非金属層の下地の形状を評価する表面形状評価装置、表面形状評価システム、および表面形状評価方法に関する。 The present invention relates to a surface shape evaluation device, a surface shape evaluation system, and a surface shape evaluation method for evaluating the shape of a base of a non-metal layer using a terahertz wave.
近年、テラヘルツ波イメージングやレーダの研究開発が行われており、非破壊検査やセンシングなどへの応用が期待されている。テラヘルツ波は、樹脂などの非金属材料に照射するとほとんどが透過する一方、金属材料に照射するとほとんどが反射する性質を有する。従来、このようなテラヘルツ波の性質を利用することによって、金属基体の上層に防食層として樹脂などの非金属層が設けられた評価対象物に対して、非金属層を除去することなく下層の金属基体の表面の性状、具体的に例えば腐食によって減肉して凹凸になった異常を測定する技術が検討されている。例えば、非特許文献1には、テラヘルツ波の性質を利用して2次元イメージングを行うことができる、共鳴トンネルダイオード(RTD:Resonant Tunneling Diode)を用いた反射型光学系の電子デバイス方式によるイメージング装置が開示されている。 In recent years, research and development of terahertz wave imaging and radar have been carried out, and their application to non-destructive inspection and sensing is expected. Most of the terahertz waves are transmitted when irradiated with a non-metal material such as resin, while most of them are reflected when irradiated with a metal material. Conventionally, by utilizing such properties of terahertz waves, an evaluation object in which a non-metal layer such as a resin is provided as an anticorrosion layer on the upper layer of a metal substrate can be evaluated without removing the non-metal layer. Techniques for measuring the surface properties of a metal substrate, specifically, for example, anomalies that are thinned due to corrosion and become uneven, are being studied. For example, Non-Patent Document 1 describes an imaging device using an electronic device method of a reflective optical system using a resonance tunneling diode (RTD), which can perform two-dimensional imaging by utilizing the properties of terahertz waves. Is disclosed.
ところで、非金属層の下地の金属基体の表面の性状を測定するためには、評価対象物の表面に対して、テラヘルツ波を照射しつつ1次元または2次元に走査させて反射波を検出する必要がある。この場合、評価対象物の表面に、テラヘルツ波を発信および検出するテラヘルツ送受波ヘッド(以下、送受波ヘッド)を、1次元または2次元で走査させる機構を設置する必要がある。 By the way, in order to measure the surface properties of the metal substrate under the non-metal layer, the surface of the evaluation object is scanned one-dimensionally or two-dimensionally while irradiating the surface of the evaluation object with a terahertz wave to detect the reflected wave. There is a need. In this case, it is necessary to install a mechanism for scanning the terahertz transmission / reception head (hereinafter referred to as the transmission / reception head) for transmitting and detecting the terahertz wave in one dimension or two dimensions on the surface of the evaluation object.
送受波ヘッドを1次元で走査させる機構としては、1軸方向に移動する送受波ヘッドを脚形状などの固定治具によって支持固定した線状走査機構などが考えられる。線状走査機構においては、線状操作機構に固定治具を設け、固定治具を評価対象物の表面に押しつけて固定する。これにより、送受波ヘッドを走査させる際に、評価対象物の表面と送受波ヘッドとの距離の変動を最小限にし、かつ送受波ヘッドを所定の測定走査ラインからずれないようにできる。 As a mechanism for scanning the transmission / reception head in one dimension, a linear scanning mechanism in which the transmission / reception head moving in the uniaxial direction is supported and fixed by a fixing jig such as a leg shape can be considered. In the linear scanning mechanism, a fixing jig is provided in the linear operating mechanism, and the fixing jig is pressed against the surface of the evaluation object to be fixed. As a result, when scanning the transmission / reception head, it is possible to minimize the fluctuation of the distance between the surface of the evaluation object and the transmission / reception head, and to prevent the transmission / reception head from deviating from a predetermined measurement scanning line.
送受波ヘッドを2次元で走査させる機構としては、送受波ヘッドを2軸のスキャナなどに搭載してスキャナに固定治具を取り付けた平面走査機構が考えられる。平面走査機構においても、固定治具によって送受波ヘッドの移動面が評価対象物の表面に対向するように固定することで、送受波ヘッドを走査させる際に、評価対象物の表面と送受波ヘッドとの距離の変動を最小限にできる。このような走査機構によって、測定時における送受波ヘッドの位置決めを精度良く行うことができる。 As a mechanism for scanning the transmission / reception head in two dimensions, a plane scanning mechanism in which the transmission / reception head is mounted on a two-axis scanner or the like and a fixing jig is attached to the scanner can be considered. Also in the flat scanning mechanism, the moving surface of the transmission / reception head is fixed so as to face the surface of the evaluation target by the fixing jig, so that the surface of the evaluation target and the transmission / reception head are scanned when the transmission / reception head is scanned. The fluctuation of the distance with and can be minimized. With such a scanning mechanism, the position of the transmission / reception head at the time of measurement can be accurately performed.
しかしながら、一般に、金属基体からなる構造物の表面には、防食のために樹脂などの被覆や塗膜などからなる非金属層が施されている。非金属層の厚みは構造物の表面に沿って一様ではなく、非金属層の表面に凹凸や傾斜(以下、凹凸等)が生じていることが多い。このような凹凸等を有する防食層上に上述した走査機構の固定治具を取り付けた場合、送受波ヘッドを、非金属層の下地である金属基体の表面に対して平行に走査できないことがある。また、非金属層の厚みが不均一である場合、送受波ヘッドと評価対象物の表面との距離を一定に保つことも困難になる。このような設置状態での走査機構による測定では、設置状態に起因する送受波ヘッドと金属基体の表面との距離の変動に、評価対象物の表面、すなわち、非金属層の表面の凹凸が重畳された状態で測定が行われることになる。そのため、金属基体の表面の凹凸のみを評価することは困難である。特に、計測範囲を変更するために走査機構の全体を移動させる、いわゆる盛り替えを行った場合、評価対象物の表面、すなわち、非金属層の表面の凹凸による影響が顕著に現れる。このような影響下で計測の結果から金属基体の表面の凹凸性状を評価する場合、評価を行う作業者が仮想的に基準線や基準面を設定して評価することになるため、計測結果にばらつきが生じやすくなるという問題がある。そのため、金属基体の表面に非金属層が形成された評価対象物に対して、非金属層を除去することなく、下地の金属基体の表面の凹凸を評価する場合に、評価対象物の表面、すなわち、非金属層の表面の凹凸による影響を排除することができ、金属基体の表面の凹凸を正確に計測して評価できる技術が求められていた。 However, in general, the surface of a structure made of a metal substrate is provided with a non-metal layer made of a coating film such as a resin or a coating film for corrosion protection. The thickness of the non-metal layer is not uniform along the surface of the structure, and the surface of the non-metal layer is often uneven or inclined (hereinafter, uneven or the like). When the fixing jig of the scanning mechanism described above is mounted on the anticorrosion layer having such unevenness, the wave transmitting / receiving head may not be able to scan parallel to the surface of the metal substrate which is the base of the non-metal layer. .. Further, when the thickness of the non-metal layer is non-uniform, it becomes difficult to keep the distance between the wave transmitting / receiving head and the surface of the evaluation object constant. In the measurement by the scanning mechanism in such an installed state, the unevenness of the surface of the evaluation object, that is, the surface of the non-metal layer is superimposed on the fluctuation of the distance between the wave transmitting / receiving head and the surface of the metal substrate due to the installed state. The measurement will be performed in this state. Therefore, it is difficult to evaluate only the unevenness of the surface of the metal substrate. In particular, when the entire scanning mechanism is moved in order to change the measurement range, that is, when the so-called refilling is performed, the influence of the unevenness of the surface of the evaluation object, that is, the surface of the non-metal layer becomes remarkable. When evaluating the unevenness of the surface of a metal substrate from the measurement results under such influence, the operator who performs the evaluation virtually sets the reference line and reference plane for evaluation, so the measurement result There is a problem that variation is likely to occur. Therefore, when evaluating the unevenness of the surface of the underlying metal substrate without removing the non-metal layer for the evaluation object in which the non-metal layer is formed on the surface of the metal substrate, the surface of the evaluation object, That is, there has been a demand for a technique capable of eliminating the influence of the unevenness of the surface of the non-metal layer and accurately measuring and evaluating the unevenness of the surface of the metal substrate.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属基体の上層に非金属層が設けられた評価対象物に非金属層側からテラヘルツ波を照射して、非金属層を除去することなく下地の金属基体の表面の凹凸性状を正確に評価できる表面形状評価装置、表面形状評価システム、および表面形状評価方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to irradiate an evaluation object having a non-metal layer on the upper layer of a metal substrate with a terahertz wave from the non-metal layer side to irradiate the non-metal layer. It is an object of the present invention to provide a surface shape evaluation device, a surface shape evaluation system, and a surface shape evaluation method capable of accurately evaluating the unevenness of the surface of the underlying metal substrate without removing the above-mentioned material.
(1)上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る表面形状評価装置は、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面の所定位置にテラヘルツ波を照射可能に構成され、かつ前記対象物の表面を走査可能なテラヘルツ波発信部、および前記対象物の前記所定位置において反射されたテラヘルツ波を受信可能に構成され、かつ前記対象物の表面を座標に関連付けしつつ走査可能なテラヘルツ波受信部を備えたテラヘルツ波計測手段と、前記対象物の表面を走査した部分において前記テラヘルツ波受信部が受信したテラヘルツ波の受信データに基づいて、前記テラヘルツ波計測手段と前記金属基体の表面との距離を導出可能に構成され、前記導出した距離に基づいて前記金属基体の表面のBスコープデータを生成し、前記生成したBスコープデータに含まれる前記金属基体の表面の互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する部分がそれぞれ、前記テラヘルツ波計測手段の走査ラインに対応する仮想基準線と略等しい距離になるように、前記Bスコープデータを補正して前記金属基体の表面の凹凸性状を評価する解析手段と、を備えることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the surface shape evaluation device according to one aspect of the present invention is placed at a predetermined position on the surface of an object in which a non-metal layer is provided on an upper layer of a metal substrate. A terahertz wave transmitter that can irradiate a terahertz wave and can scan the surface of the object, and a terahertz wave that is reflected at the predetermined position of the object and can receive the terahertz wave. Based on a terahertz wave measuring means provided with a terahertz wave receiver capable of scanning while associating the surface with coordinates, and terahertz wave reception data received by the terahertz wave receiver in a portion scanning the surface of the object. The distance between the terahertz wave measuring means and the surface of the metal substrate can be derived, and B-scope data on the surface of the metal substrate is generated based on the derived distance and included in the generated B-scope data. The B scope data is set so that the portions corresponding to at least two sound portions of the surface of the metal substrate separated from each other are substantially equal to the virtual reference line corresponding to the scanning line of the terahertz wave measuring means. It is characterized by comprising an analysis means for correcting and evaluating the unevenness of the surface of the metal substrate.
(2)本発明の一態様に係る表面形状評価装置は、上記(1)の発明において、前記解析手段は、前記テラヘルツ波計測手段による走査を一軸方向に実行する第1走査によって得られた第1Bスコープデータと、前記テラヘルツ波計測手段を前記一軸方向とは非平行の他軸方向に沿って移動させた後に、前記テラヘルツ波計測手段による走査を前記一軸方向と略平行に実行する第2走査によって得られた第2Bスコープデータと、に対して、前記第1Bスコープデータにおける前記健全部の前記テラヘルツ波計測手段との距離と、前記第2Bスコープデータにおける前記健全部の前記テラヘルツ波計測手段との距離とが等しくなるように、前記第1Bスコープデータおよび前記第2Bスコープデータを補正することを特徴とする。 (2) The surface shape evaluation device according to one aspect of the present invention is the first scan obtained by performing the scan by the terahertz wave measuring means in the uniaxial direction in the above invention (1). After moving the 1B scope data and the terahertz wave measuring means along the other axis direction which is not parallel to the uniaxial direction, the second scanning which executes scanning by the terahertz wave measuring means substantially parallel to the uniaxial direction. With respect to the second B scope data obtained by the above, the distance between the terahertz wave measuring means of the sound part in the first B scope data and the terahertz wave measuring means of the sound part in the second B scope data. It is characterized in that the first B scope data and the second B scope data are corrected so that the distances are equal to each other.
(3)本発明の一態様に係る表面形状評価システムは、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面の所定位置にテラヘルツ波を照射可能に構成され、かつ前記対象物の表面を走査可能なテラヘルツ波発信部、および前記対象物の前記所定位置において反射されたテラヘルツ波を受信可能に構成され、かつ前記対象物の表面を座標に関連付けしつつ走査可能なテラヘルツ波受信部を備えたテラヘルツ波計測手段と、前記対象物の表面を走査した部分において前記テラヘルツ波受信部が受信したテラヘルツ波の受信データに基づいて、前記テラヘルツ波計測手段と前記金属基体の表面との距離を導出可能に構成され、前記導出した距離に基づいて前記金属基体の表面のBスコープデータを生成し、前記生成したBスコープデータに含まれる前記金属基体の表面の互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する部分がそれぞれ、前記テラヘルツ波計測手段の走査ラインに対応する仮想基準線と略等しい距離になるように、前記Bスコープデータを補正して前記金属基体の表面の凹凸性状を評価する解析手段とが、ネットワークを介して前記受信データを送受信可能に構成されていることを特徴とする。 (3) The surface shape evaluation system according to one aspect of the present invention is configured to be capable of irradiating a terahertz wave at a predetermined position on the surface of an object provided with a non-metal layer on the upper layer of the metal substrate, and the object. A terahertz wave transmitting unit capable of scanning the surface, and a terahertz wave receiving unit capable of receiving the terahertz wave reflected at the predetermined position of the object and scanning while associating the surface of the object with coordinates. The distance between the terahertz wave measuring means and the surface of the metal substrate based on the terahertz wave measuring means provided with the above and the terahertz wave received data received by the terahertz wave receiving unit in the portion where the surface of the object is scanned. Is configured to be derivable, B-scope data on the surface of the metal substrate is generated based on the derived distance, and at least two soundnesses of the surface of the metal substrate included in the generated B-scope data are separated from each other. The B scope data is corrected and the unevenness of the surface of the metal substrate is evaluated so that the portions corresponding to the portions are substantially equal to the virtual reference line corresponding to the scanning line of the terahertz wave measuring means. The analysis means is configured to be able to send and receive the received data via the network.
(4)本発明の一態様に係る表面形状評価方法は、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面をテラヘルツ波計測手段が走査しつつ所定位置にテラヘルツ波を照射する照射ステップと、前記対象物において前記所定位置で反射されたテラヘルツ波を前記対象物の表面の座標に関連付けしつつ前記テラヘルツ波計測手段が受信する受信ステップと、前記対象物の表面を走査した部分において前記テラヘルツ波計測手段が受信したテラヘルツ波の受信データに基づいて、前記テラヘルツ波計測手段と前記金属基体の表面との距離を導出して、前記導出した距離に基づいて前記金属基体の表面のBスコープデータを生成するBスコープデータ生成ステップと、前記Bスコープデータ生成ステップにおいて生成されたBスコープデータに含まれる前記金属基体の表面の互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する部分がそれぞれ、前記テラヘルツ波計測手段の走査ラインに対応する仮想基準線と略等しい距離になるように、前記Bスコープデータを補正して前記金属基体の表面の凹凸性状を評価する評価ステップと、を含むことを特徴とする。 (4) In the surface shape evaluation method according to one aspect of the present invention, the terahertz wave measuring means scans the surface of an object having a non-metal layer on the upper layer of the metal substrate and irradiates the terahertz wave at a predetermined position. In the step, the reception step received by the terahertz wave measuring means while associating the terahertz wave reflected at the predetermined position on the object with the coordinates of the surface of the object, and the portion where the surface of the object is scanned. Based on the received data of the terahertz wave received by the terahertz wave measuring means, the distance between the terahertz wave measuring means and the surface of the metal substrate is derived, and based on the derived distance, B on the surface of the metal substrate is derived. The B scope data generation step for generating the scope data and the portion corresponding to at least two sound parts of the surface of the metal substrate included in the B scope data generated in the B scope data generation step are separated from each other. It includes an evaluation step of correcting the B scope data and evaluating the unevenness of the surface of the metal substrate so that the distance is substantially equal to the virtual reference line corresponding to the scanning line of the terahertz wave measuring means. It is a feature.
本発明に係る表面形状評価装置、表面形状評価システム、および表面形状評価方法によれば、金属基体の上層に非金属層が設けられた評価対象物に、非金属層側からテラヘルツ波を照射して非金属層を除去することなく下地の金属基体の表面の性状を評価する場合に、金属基体の表面の凹凸性状を正確に評価することが可能になる。 According to the surface shape evaluation device, the surface shape evaluation system, and the surface shape evaluation method according to the present invention, an evaluation object having a non-metal layer on the upper layer of a metal substrate is irradiated with a terahertz wave from the non-metal layer side. When evaluating the surface properties of the underlying metal substrate without removing the non-metal layer, it is possible to accurately evaluate the uneven properties of the surface of the metal substrate.
以下、本発明の一実施形態による表面形状評価装置および表面形状評価方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。 Hereinafter, the surface shape evaluation device and the surface shape evaluation method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiment, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals. Moreover, the present invention is not limited to one embodiment described below.
まず、本発明の一実施形態による表面形状評価装置について説明する。図1は、本発明の一実施形態による表面形状評価装置1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態による表面形状評価装置1は、テラヘルツ波の送受波ヘッド10、スキャナ30、テラヘルツ送受波コントローラ40、スキャナコントローラ60、および解析制御部70を有して構成される。
First, a surface shape evaluation device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a surface shape evaluation device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the surface shape evaluation device 1 according to the present embodiment includes a terahertz wave transmission /
表面形状評価装置1が評価する評価対象物である対象物80は、金属基体としての鋼材81の表面(以下、鋼面81a)に防食を目的とした防食層82が設けられている。防食層82は、塗膜や樹脂などの非金属層からなる。表面形状評価装置1は、対象物80に対して防食層82側からテラヘルツ波を照射することによって鋼材81の鋼面81aを評価する。対象物80は、表面82aが面状の部材であって、鋼構造物などの金属材料からなる金属基体の面上に非金属層が形成された種々の物体であり、橋梁などの平面状の部材や、配管などの円筒状や円柱状の部材などの種々の部材とすることができる。
The
テラヘルツ波計測手段としての送受波ヘッド10は、テラヘルツ波を対象物80の表面に照射可能に構成されているとともに、反射したテラヘルツ波を検出可能に構成された反射型のテラヘルツ波計測装置から構成される。すなわち、送受波ヘッド10は、テラヘルツ波発信手段とテラヘルツ波受信手段とを兼ね備える。ここで、テラヘルツ波は、1テラヘルツ(1THz=1012Hz)前後、具体的には、100GHz〜10THz(1011Hz〜1013Hz)の周波数領域である、いわゆるテラヘルツ領域に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。なお、本実施形態においてテラヘルツ波の周波数は、対象物80の表面の防食層82の厚さに応じて選定可能であり、0.3THz以上0.6THz以下が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。
The transmission /
送受波ヘッド10は、テラヘルツ波発信手段としてのテラヘルツ波発信部11、ビームスプリッタ12、対物レンズ13、およびテラヘルツ波受信手段としてのテラヘルツ波受信部14を有して構成される。発信光学系であるテラヘルツ波発信部11は、例えばCW発振する共鳴トンネルダイオード(RTD:Resonant Tunneling Diode)などを備えて構成されるテラヘルツ波発生素子111と、半球レンズ112と、コリメートレンズ113と、シャッタ114とを有して構成される。受信光学系としてのテラヘルツ波受信部14は、集光レンズ141、半球レンズ142、およびテラヘルツ波検出素子143を有して構成される。
The transmission /
ここで、テラヘルツ波発生素子111としてRTDを用いた表面形状評価装置1の代わりに、パルス発振を行う光伝導アンテナ(Photo Conductive Antenna:PCA)を用いた表面形状評価装置を採用してもよい。テラヘルツ波発生素子111としてPCAを用いる場合、テラヘルツ波検出素子143にもPCAを用いることが好ましい。テラヘルツ波発生素子111にフェムト秒レーザによる超短パルスレーザ光をポンプ光として照射してテラヘルツ波を発生させる一方、テラヘルツ波検出素子143にプローブ光として超短パルスレーザ光を照射してテラヘルツ波を検出する。その上で、従来公知の光学遅延装置を用いたテラヘルツ時間領域分光(Terahertz Time Domain Spectroscopy:THz−TDS)法によって、テラヘルツ波の波形検出を行う。なお、テラヘルツ波を照射することによって、送受波ヘッド10と鋼面81aとの距離を計測可能な構成であれば、従来公知の種々の構成の装置を採用することが可能であり、必ずしも上述した装置の構成に限定されるものではない。
Here, instead of the surface shape evaluation device 1 using the RTD as the terahertz wave generating element 111, a surface shape evaluation device using a photo conductive antenna (PCA) that performs pulse oscillation may be adopted. When PCA is used as the terahertz wave generating element 111, it is preferable to use PCA also for the terahertz
表面形状評価装置1の動作時においては、送受波ヘッド10からテラヘルツ波が出射される。具体的には、テラヘルツ波発生素子111において発生したテラヘルツ波が、シャッタ114によってパルス状にされて、半球レンズ112およびコリメートレンズ113を介してテラヘルツパルス波として出射される。ここで、テラヘルツ波発信部11から出射されるテラヘルツ波は、典型的には断続的に出射されるテラヘルツパルス波であるが、トーンバースト波であってもよい。また、送受波ヘッド10から鋼面81aまでの距離を計測可能であれば、シャッタ114を設けずにテラヘルツ波発信部11から出射されるテラヘルツ波をテラヘルツ連続波としてもよい。
During operation of the surface shape evaluation device 1, terahertz waves are emitted from the transmission /
テラヘルツ波発信部11から出射されたテラヘルツ波は、ビームスプリッタ12を透過し、対物レンズ13を介して対象物80の表面の所定位置に照射される。対象物80に対して、防食層82の側から照射されるテラヘルツ波のほとんどは、防食層82を透過して鋼面81aで反射される。防食層82の表面82aで反射されるテラヘルツ波はわずかである。反射されたテラヘルツ波は、対物レンズ13を介して、ビームスプリッタ12に入射される。反射されたテラヘルツ波は、ビームスプリッタ12において反射され、テラヘルツ波受信手段としてのテラヘルツ波受信部14に導入される。
The terahertz wave emitted from the terahertz
走査手段としてのスキャナ30は、一軸方向移動機構31、他軸方向移動機構32、キャリッジ33、および脚部34を備えて構成される。キャリッジ33には、送受波ヘッド10が設置される。スキャナ30は、例えばボールねじやステッピングモータなどから構成された一軸方向移動機構31を駆動することにより、キャリッジ33を所定の一軸方向(x軸方向)に沿って少なくとも1次元的に移動可能に構成されている。一軸方向移動機構31によって、一軸方向に沿った座標(x)を定義できる。
The
また、スキャナ30は、他軸方向移動機構32の駆動によって所定の一軸方向とは異なる他軸方向、典型的には所定の一軸方向に対して直交する方向(y軸方向)に沿って、キャリッジ33を移動可能に構成されている。これにより、一軸方向移動機構31および他軸方向移動機構32の駆動によって、キャリッジ33を2次元的に移動させることができる。一軸方向移動機構31および他軸方向移動機構32の駆動によってそれぞれ、一軸方向および他軸方向に沿った座標(x,y)を定義できる。
Further, the
また、一軸方向移動機構31や他軸方向移動機構32は、少なくとも一方を円や楕円などの曲線に沿った方向(周方向)に沿って移動可能な構成にしてもよい。この場合には、一軸方向移動機構31や他軸方向移動機構32によって、周方向に沿った座標(θy)を定義できる。同様に、一軸方向と周方向とに沿った座標(x,θy)や座標(θx,y)を定義できる。なお、以下の説明においては、以上の座標を総合して座標(x,y)と表記する。
Further, the uniaxial
固定治具としての脚部34は、対象物80の表面に対してスキャナ30を固定するためのものである。脚部34によって、スキャナ30を対象物80に固定する際に、一軸方向および他軸方向から構成される平面を対象物80の表面に略平行にして、対象物80の表面の座標(x,y)を定義できる。スキャナ30のキャリッジ33には、送受波ヘッド10が固定されている。キャリッジ33を対象物80に対向させることによって、送受波ヘッド10から出射されたテラヘルツ波を対象物80に照射できる。スキャナ30の駆動によって、送受波ヘッド10を表面82aに対して1次元的または2次元的に走査できる。
The
送受波ヘッド10は、テラヘルツ送受波コントローラ40によって制御される。テラヘルツ送受波コントローラ40は、送受波ヘッド10に対する各種制御を行うとともに、送受波ヘッド10によって検出された信号の処理を行う。テラヘルツ送受波コントローラ40は、信号増幅部41、バイアス生成部42、ロックイン検出部43、および記憶部44を備える。信号増幅部41は、テラヘルツ波受信部14によって検出された信号を増幅し、テラヘルツ波受信強度データとしてロックイン検出部43に出力する。バイアス生成部42は、バイアス電圧を生成してテラヘルツ波発生素子111およびテラヘルツ波検出素子143をバイアスし、バイアス電圧に応じて発信または受信するテラヘルツ波を変化させる。テラヘルツ波発生素子111およびテラヘルツ波検出素子143によって発信または受信されたテラヘルツ波は、微弱な場合もある。この場合、テラヘルツ波の検出には、ロックイン検出が用いられる。ロックイン検出の際、テラヘルツ波発信部11においては、テラヘルツ波発生素子111のバイアス電圧として変調された参照信号が用いられることにより、テラヘルツ波の検出信号のノイズ成分が除去される。記憶部44は、テラヘルツ波受信部14が検出したテラヘルツ波受信強度データを座標(x,y)に関連付けて記憶する。
The transmission /
スキャナコントローラ60は、スキャナ30における一軸方向移動機構31、他軸方向移動機構32、およびキャリッジ33の駆動信号を生成する。また、スキャナコントローラ60は、駆動信号の生成とともに、駆動の結果として、送受波ヘッド10が対象物80の表面のどの位置のテラヘルツ波を受信しているかをモニタした、座標(x,y)の情報を含むテラヘルツ波反射位置データを生成する。スキャナコントローラ60によって生成されたテラヘルツ波反射位置データは、テラヘルツ送受波コントローラ40によってテラヘルツ波受信強度データと関連付けされる。テラヘルツ波反射位置データ、およびテラヘルツ波受信強度データはそれぞれ、記憶部44に格納された後に解析制御部70に供給される。
The
制御手段としての解析制御部70は、テラヘルツ送受波コントローラ40およびスキャナコントローラ60を統括して制御する。解析制御部70は、解析手段としての測距処理部71を有する。測距処理部71には、記憶部44に記録されたテラヘルツ波反射位置データおよびテラヘルツ波受信強度データが、互いに関連付けられて供給される。測距処理部71は、座標を含むテラヘルツ波反射位置データおよびテラヘルツ波受信強度データに基づいて、送受波ヘッド10から鋼面81aで反射されるまでの時間情報(以下、Aスコープデータ)を導出可能に構成される。さらに測距処理部71は、導出したAスコープデータに基づいて、縦断面における送受波ヘッド10と鋼面81aとの距離(以下、ヘッド鋼面間距離)の情報(以下、Bスコープデータ)を生成する。ここで、測距処理部71によるAスコープデータからBスコープデータの導出および生成は、例えば従来公知のタイムオブフライト(TOF:Time Of Flight)法に基づいて行うことが可能であるが、その他の方法を採用してもよい。
The
なお、解析制御部70は、制御手段としての制御部と、解析手段としての解析部、本実施形態においては測距処理部71とを別体で構成することも可能である。解析制御部70を制御部と解析部との別体で構成した場合、制御部と解析部とを、ケーブル等の有線によって接続しても、無線のネットワークなどを介して接続してもよい。この場合、スキャナコントローラ60が生成したテラヘルツ波反射位置データは、位置情報として測距処理部71に供給可能な状態で、制御部における所定の記録部(図示せず)に格納してもよい。
The
(表面形状評価方法)
次に、以上のように構成された表面形状評価装置1を用いた表面形状評価方法について説明する。一実施形態による表面形状評価方法を説明する前に、本発明の理解を容易にするために、従来技術の問題点について説明する。図2は、表面形状の評価方法において防食層82の表面82aが鋼面81aに対して傾斜している場合の問題点を説明するための模式図である。図3は、表面形状の評価方法において防食層82の厚さ分布が不均一である場合の問題点を説明するための模式図である。図2および図3は、鋼材81の上層に防食層82が設けられた対象物80において、鋼面81aの一部が減肉して減肉部83が生じている場合の例であり、対象物80の表面に脚部34を押しつけることにより、送受波ヘッド10を備えたスキャナ30を対象物80に固定させている。ここでは、理解を容易にするために、スキャナ30を1次元的に走査させる場合を例に説明する。
(Surface shape evaluation method)
Next, a surface shape evaluation method using the surface shape evaluation device 1 configured as described above will be described. Before explaining the surface shape evaluation method according to one embodiment, the problems of the prior art will be described in order to facilitate the understanding of the present invention. FIG. 2 is a schematic view for explaining a problem when the
図2(a)に示すように、スキャナ30における送受波ヘッド10の走査方向(図中、両向き矢印)は、防食層82の表面82aに対して略平行である。送受波ヘッド10は、例えばパルス状のテラヘルツ出射波L1を鋼面81aに照射して反射されたテラヘルツ反射波L2を検出して、テラヘルツ受信データを生成する。表面形状評価装置1の測距処理部71は、テラヘルツ受信データから導出される時間情報に基づいてAスコープデータを生成する。測距処理部71は、Aスコープデータから、図2(b)に示すようなヘッド鋼面間距離を示すBスコープデータ21を生成する。ところが、図2(a)に示すように例えば防食層82の厚さが一方から他方に向かって増加していると、防食層82の表面82aは鋼面81aに対して傾斜し、送受波ヘッド10の走査方向と鋼面81aとは平行にならない。すなわち、送受波ヘッド10は鋼面81aに対して非平行に走査される。この場合、測距処理部71により生成されたBスコープデータ21は、送受波ヘッド10の走査方向である仮想基準線20に対して傾斜した形状になる。なお、図2(b)中の一点鎖線は、仮想基準線20に対して平行でBスコープデータ21の一点と交わる平行線である。この場合、ズレδ1が大きい部分では、送受波ヘッド10と鋼面81aとの距離の増加が、減肉部83に起因しているか否かの区別ができないため、鋼面81aの凹凸を抽出して評価することが困難になる。
As shown in FIG. 2A, the scanning direction (both-direction arrows in the drawing) of the wave transmitting / receiving
一方、図3(a)に示すように防食層82の厚さが不均一である場合は、脚部34を対象物80の表面82aに押しつけてスキャナ30を固定させても、送受波ヘッド10と対象物80の表面82aとの距離を一定に保つことが困難になる。また、防食層82の凹凸に起因して、送受波ヘッド10の走査方向(図中、両向き矢印)と鋼面81aとは平行にならない。この状態で送受波ヘッド10から鋼面81aにテラヘルツ波を照射して、ヘッド鋼面間距離を計測し、Bスコープデータ21を生成すると、図3(b)に示すように、スキャナ30の設置状態に起因する送受波ヘッド10と対象物80の表面82aとの距離の変動に、表面82aの凹凸が重畳された状態で計測が行われることになる。この場合、生成されたBスコープデータ21は、仮想基準線20に対して大きく傾斜してしまう。これにより、ズレδ2が大きい部分では、ヘッド鋼面間距離の増加が、減肉部83に起因しているか否かの区別ができないため、鋼面81aの凹凸のみを抽出して評価することが困難になる。
On the other hand, when the thickness of the
そこで、本発明者が上述した問題点を解決するために鋭意検討を行ったところ、減肉部83が存在していない蓋然性が高い健全部において計測を行い、この健全部を利用して補正を行う方法を想到した。すなわち、まず、鋼面81aの健全部を計測することによって、鋼面81aの健全部に沿った直線や平面を設定する。その後、送受波ヘッド10の走査方向と健全部に沿った直線や平面とが平行になるように、実際に測定により得られたBスコープデータに対して回転変換の補正処理を適宜行う方法を案出した。また、異なる想定位置においてそれぞれBスコープデータを生成した場合に、複数のBスコープデータにおける鋼面81aの健全部に対応する部分が、互いに直線状または平面状に位置するように、実際に測定により得られたBスコープデータに対して、平行移動などの補正処理を適宜行う方法も案出した。以下に説明する本発明の一実施形態による表面形状評価方法は、表面形状評価装置1によって、以上の補正処理方法を実行して行われる評価方法である。
Therefore, as a result of diligent studies conducted by the present inventor in order to solve the above-mentioned problems, measurement is performed in a healthy portion where there is a high probability that the thinned
すなわち、図2(a)や図3(a)に示すように、スキャナ30を対象物80上に脚部34を用いて設置する。その後、スキャナ30の送受波ヘッド10から、テラヘルツ出射波L1が防食層82側から鋼面81aに照射される(照射ステップ)。この状態で、スキャナ30によって送受波ヘッド10を走査させる。鋼面81aで反射されたテラヘルツ反射波L2は、送受波ヘッド10により検出され、テラヘルツ受信データとして表面形状評価装置1の解析制御部70に供給される(受信ステップ)。その後、図2(b)や図3(b)に示すように、解析制御部70の測距処理部71は、送受波ヘッド10の走査方向と平行な線を仮想基準線20として設定する。一方で、測距処理部71は、入力されたテラヘルツ受信データに基づいて算出したAスコープデータから、Bスコープデータ21を生成する(Bスコープデータ生成ステップ)。
That is, as shown in FIGS. 2A and 3A, the
図4は、送受波ヘッド10の走査方向が鋼面81aに対して傾斜している状態を説明するための模式図である。図5は、本実施形態による表面形状評価方法において評価対象物における鋼面の健全部を抽出する方法を説明するための模式図である。図6および図7は、本実施形態による評価方法において傾きの補正方法を説明するための模式図である。
FIG. 4 is a schematic view for explaining a state in which the scanning direction of the transmission /
図4(a)に示すように、送受波ヘッド10の走査ライン10Lが鋼面81aに対して非平行である場合、図4(b)に示すように、鋼面81aに対応したBスコープデータ21の部分は、仮想基準線20に対して傾斜した状態になる。
As shown in FIG. 4A, when the
ここで、対象物80の一例である鋼構造物などにおいては、設置場所での溶接など、現地施工を実施した部位を除いた大部分は、工場などの管理されて安定した環境下で塗装や塗覆装などの防食施工が行われる。安定した環境下で防食施工された鋼面81aの部分は、防食性能が安定して発揮されて腐食などはほとんど生じない。このような部分は、鋼面81aにおいて健全部であると考えられる。そこで、測距処理部71は、減肉部83が存在しておらず鋼面81aが健全である蓋然性が高い部分を少なくとも2箇所選択する。測距処理部71は、生成したBスコープデータ21から、鋼面81aにおいて健全部の蓋然性が高い部分に対応する部分を抽出する。図5に示す例においては、送受波ヘッド10を一軸方向に沿って、走査ライン10Lのように直線状に走査させた場合に、測距処理部71は、生成したBスコープデータ21から、黒丸部分を健全データ211として抽出する。
Here, in the steel structure, which is an example of the
次に、図6に示すように、Bスコープデータ21から抽出した少なくとも2箇所の健全データ211に基づいて、これらの健全データ211を直線近似によって繋いだ線を健全計測線22として設定する。換言すると、鋼面81aが全て健全部であると仮定した場合の鋼面81aに沿った直線状の線を健全計測線22として設定する。なお、図6中の一点鎖線は、Bスコープデータ21の一点と交わり、仮想基準線20に対して平行な線である。
Next, as shown in FIG. 6, based on at least two
測距処理部71は、仮想基準線20と健全計測線22との間隔を、一軸方向の座標xの一次関数d(x)として導出する。この場合、一次関数d(x)は以下の(1)式で表される。測距処理部71は、仮想基準線20と健全計測線22との間隔d(x)から健全計測線22の傾きaを導出することによって、走査ライン10L(図4(a)参照)の傾きθを導出する。なお、走査ライン10Lの傾きθは、図6に示すように仮想基準線20の平行線(一点鎖線)と健全計測線22とのなす角度でもある。なお、測距処理部71によって、一次関数d(x)を導出することなく仮想基準線20と健全計測線22とのなす角度θを直接的に導出してもよい。
d(x)=ax+b(a:健全計測線の傾き、b:定数)…(1)
The distance
d (x) = ax + b (a: slope of sound measurement line, b: constant) ... (1)
次に、測距処理部71は、Bスコープデータ21の健全計測線22が仮想基準線20と平行になるように、Bスコープデータ21に対して、例えば以下の(2)式および(3)式に従って健全計測線22上の任意の1点を回転中心(回転変換における原点)1とした回転変換を行って傾き補正を行う。なお、(2)式および(3)式におけるzは、回転変換の回転中心に対するBスコープデータ21の高さ方向の座標である。また、健全計測線22に対して(2)式および(3)式を用いて回転変換を行う場合、回転変換後にz′が0になるように、回転変換における原点が選択される。測距処理部71が仮想基準線20と健全計測線22とが平行になるようにBスコープデータ21に対して回転変換処理を行うと、図7に示すように、Bスコープ回転データ21Rが生成される。なお、健全計測線22Rは、健全計測線22を回転変換した線である。
x′=xcosθ−zsinθ …(2)
z′=xsinθ+zcosθ …(3)
Next, the distance measuring
x'= xcosθ-zsinθ ... (2)
z'= xsinθ + zcosθ ... (3)
以上により、Bスコープ回転データ21Rにおける健全データ231および減肉データ232、すなわち画像が得られる。解析制御部70は、Bスコープ回転データ21Rの画像によって、一軸方向に沿った鋼面81aの凹凸性状を評価できる(評価ステップ)。換言すると、生成したBスコープデータ21に含まれる、鋼面81aの互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する健全データ211がそれぞれ、送受波ヘッド10の走査ライン10Lに対応する仮想基準線20と略等しい距離になるように、Bスコープデータ21が補正されて、Bスコープ回転データ21Rが得られる。このBスコープ回転データ21Rに基づいて、鋼面81aの凹凸性状を評価できる。
From the above,
上述したように、スキャナ30によって送受波ヘッド10を所定の一軸方向に走査させてヘッド鋼面間距離を計測し、一軸方向に沿ったBスコープデータ21からBスコープ回転データ21Rを生成することによって、鋼面81aの凹凸性状を直線状に評価することができる。
As described above, the transmitter /
また、上述した一軸方向に沿った送受波ヘッド10の走査を、2軸方向に走査可能なスキャナ30を用いて他軸方向に沿って移動させて繰り返し行ってもよい。この場合、送受波ヘッド10は、対象物80の表面に対して断続的かつ面状にテラヘルツ出射波L1を照射して、テラヘルツ反射波L2を受信することになる。これにより、一軸方向に沿った走査によって測距処理部71によって生成されて補正されたBスコープ回転データ21Rを、他軸方向に順次並べることにより、対象物80の鋼面81aの凹凸性状を面状に評価できる。
Further, the scanning of the wave transmitting / receiving
他方で、一軸方向に沿った走査のみが可能なスキャナ30を用いて鋼面81aを面状に評価したり、2軸方向に走査可能なスキャナ30の走査可能範囲より広い領域を面状に評価したりするためには、スキャナ30を対象物80上で盛り替える必要がある。この点に関する本発明者の知見および検討によれば、スキャナ30を対象物80上で盛り替えると、防食層82の凹凸等に起因して計測されるヘッド鋼面間距離にばらつきが生じる。このばらつきが生じる問題点について以下に説明する。
On the other hand, the
図8は、スキャナ30を対象物80上で盛り替えた場合の問題点を説明するための模式図である。図8(a)および図8(b)はそれぞれ、図4(a)および図4(b)に対応する模式図である。図8(c)および図8(d)はそれぞれ、図4(a)および図4(b)に対応する模式図である。図8(a)および図8(b)は、スキャナ30の盛り替え前の状態を示す。図8(c)および図8(d)は、スキャナ30の盛り替え後の状態を示す。なお、説明の簡略化のために、図8においては、送受波ヘッド10の走査ライン10Lと鋼面81aの減肉部83以外の部分とを略平行とし、走査ライン10Lを一軸方向に沿った直線状にしている。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a problem when the
図8(a)および図8(c)に示すように、一軸方向に沿った走査ライン10Lと異なる他軸方向に沿ってスキャナ30の盛り替え(以下、単に盛り替えという)を行うと、他軸方向での防食層82の厚さの不均一性によって、送受波ヘッド10と鋼面81aとのヘッド鋼面間距離が変化する。図8(a)および図8(c)では例えば、ヘッド鋼面間距離は距離Dから距離dに変化する。この場合、図8(b)および図8(d)に示すように、得られるBスコープデータ21の仮想基準線20からの距離は、距離DBから距離dBに変化する。このように、盛り替えによって鋼面81a上での位置に対してスキャナ30の位置が変化すると、盛り替えの前後で走査ライン10Lと鋼面81aとの幾何学的な位置関係が変化する。その結果、盛り替えの前後において、仮想基準線20からの距離の変化に起因して、Bスコープデータ21に高さ方向、すなわち鉛直方向に沿ったずれが生じる。
As shown in FIGS. 8A and 8C, when the
すなわち、図8(b)に示す盛り替え前に得られたBスコープデータ21aと、図8(d)に示す他軸方向に沿って盛り替えた後に得られたBスコープデータ21bとは、盛り替えの前後で他軸方向に沿って高さ方向に不連続な段差を有するデータになる。これは、特にスキャナ30を連続的に盛り替えて鋼面81aの評価を行った場合に顕著になる。この場合においても、上述した走査ライン10Lが鋼面81aに対して傾斜する場合と同様の理由から、Bスコープデータ21において健全部と減肉部との判別ができず、鋼面81aの凹凸性状の評価が困難になる。そこで、本発明者は鋭意検討を行い、複数のBスコープデータ21a,21bにおいて、相互に高さ方向に位置ズレが生じた場合に、この位置ズレを補正することを想到した。
That is, the
図9および図10は、本実施形態による評価方法において測定面に対する鉛直方向の補正方法を説明するための模式図である。図9は、上述した測距処理部71による回転変換処理によって得られたBスコープ回転データ21Ra,21Rbを示す。Bスコープ回転データ21Raは、第1走査として送受波ヘッド10を一軸方向に走査させて得られたBスコープデータ21aを、健全計測線22aが仮想基準線20に平行になるように回転変換されて得られたデータである。Bスコープデータ21aおよびBスコープ回転データ21Raはいずれも、第1Bスコープデータに対応させることができる。Bスコープ回転データ21Rbは、スキャナ30を他軸方向に沿って盛り替えた後に、第2走査として送受波ヘッド10を一軸方向に走査させて得られたBスコープデータ21bを、健全計測線22bが仮想基準線20に平行になるように回転変換されて得られたデータである。Bスコープデータ21bおよびBスコープ回転データ21Rbはいずれも、第2Bスコープデータに対応させることができる。
9 and 10 are schematic views for explaining a method of correcting the vertical direction with respect to the measurement surface in the evaluation method according to the present embodiment. FIG. 9 shows the B scope rotation data 21Ra and 21Rb obtained by the rotation conversion process by the distance measuring
測距処理部71は、これらのBスコープ回転データ21Ra,21Rbの仮想基準線20を一致させて、Bスコープ回転データ21Ra,21Rbを相互に比較する。図9に示す例においてBスコープ回転データ21Ra,21Rbは、互いの仮想基準線20を一致させた状態であり、高さ方向(z軸方向)に沿って距離Δだけずれている。これに対して測距処理部71は、健全計測線22a,22bが高さ方向に一致するように、Bスコープ回転データ21Ra,21Rbを高さ方向の高さ補正量を算出する。換言すると。測距処理部71は、健全計測線22a,22bのz座標が一致するように、z軸補正量を算出する。測距処理部71は算出した高さ補正量に基づいて、Bスコープ回転データ21Ra,21Rbを高さ方向に移動させる平行移動変換を行う。
The distance
測距処理部71は、以上の平行移動変換によって健全計測線22a,22bのz座標を一致させた後、図10に示すように、Bスコープ回転データ21Ra,21Rbをそれぞれ、他軸方向、例えばy軸方向に沿って計測した位置に配置する。また、測距処理部71は、上述した仮想基準線20を他軸方向に沿って連続させることによって、仮想基準平面20Pを設定する。これにより、一軸方向に沿って得られたBスコープ回転データ21Ra,21Rbにおいて、鋼面81aの健全部に対応する部分である健全データ211a,211bが同一面上に配置される。そのため、鋼面81aの減肉部83に対応する部分である減肉データ212a,212bを画像やデータによって正確に抽出でき、これらの減肉深さの定量化が可能になる。したがって、鋼面81aに生じた凹凸性状を正確に評価できる。
After matching the z-coordinates of the
以上説明した一実施形態によれば、防食層82が施された鋼材81に対して、送受波ヘッド10からのテラヘルツ出射波L1を防食層82側から照射して、計測位置を確定しつつ対象物80の表面を座標ごとに走査して鋼面81aの凹凸の性状を評価する。この場合に、送受波ヘッド10を一軸方向(例えば、x軸方向)に沿って走査してBスコープデータ21を生成し、回転変換によって鋼面81aの健全部に対応したBスコープデータ21の健全データ211が、走査ライン10Lに対応する仮想基準線20に水平になるように、生成したBスコープデータが補正されることにより、対象物80の鋼面81aの凹凸性状を線状に評価することができる。さらに、送受波ヘッド10を他軸方向(例えばy軸方向)に移動させてさらに一軸方向に走査させることにより、鋼面81aの凹凸性状を面状に評価することができる。
According to the above-described embodiment, the
さらに、スキャナ30の盛り替えによって複数のBスコープデータ21a,21bを生成し、それぞれ健全計測線22a,22bが走査ライン10Lに平行になるように回転変換を行い、さらに、健全計測線22a,22bが互いに同じ高さになるように高さ方向(鉛直方向)に補正を行う。これによって、それぞれの座標(x,y)における送受波ヘッド10によって得られた情報によって鋼面81aの凹凸性状の情報を収集でき、鋼面81aの表面形状を面状に評価できる。
Further, a plurality of
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げたテラヘルツ波送受信装置の構成はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成の装置を用いてもよい。また、本発明は、上述した一実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により限定されない。 Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-mentioned one embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the configuration of the terahertz wave transmitter / receiver given in the above-described embodiment is merely an example, and an apparatus having a different configuration may be used if necessary. Further, the present invention is not limited by the description and drawings which form a part of the disclosure of the present invention according to the above-described embodiment.
(表面形状評価システム)
例えば、上述した一実施形態においては、表面形状評価装置1について説明したが、必ずしも全てを備える構成に限定されない。すなわち、送受波ヘッド10、スキャナ30、テラヘルツ送受波コントローラ40、およびスキャナコントローラ60を一体のテラヘルツ波計測器とすることも可能である。この場合、解析制御部70は、パーソナルコンピュータなどから構成してもよい。テラヘルツ波計測器と解析制御部70とを別体とする場合、テラヘルツ波計測器と解析制御部70とにおいて、LAN通信、またはインターネットなどの種々のネットワークを介してデータを送受信可能に構成することが可能である。すなわち、対象物80の表面におけるテラヘルツ波受信強度データを、テラヘルツ波計測器によって対象物80の表面の座標(x,y)(テラヘルツ波反射位置データ)に関連付けしつつ取得して、ネットワークを介して別体の解析制御部70に供給するように構成してもよい。この場合、テラヘルツ波計測手段としてのテラヘルツ波計測器と解析制御部70とによって、表面形状評価システムが構成される。
(Surface shape evaluation system)
For example, in the above-described embodiment, the surface shape evaluation device 1 has been described, but the configuration is not necessarily limited to all of them. That is, the transmission /
また、送受波ヘッド10およびスキャナ30を一体として、テラヘルツ波計測ヘッドとし、テラヘルツ送受波コントローラ40、スキャナコントローラ60、および解析制御部70と別体に構成してもよい。また、これらを全て別体に構成して、種々のネットワークを介して相互にデータや信号などを互いに送受信可能に構成してもよい。
Further, the transmission /
上述した一実施形態においては、送受波ヘッド10と鋼面81aとのヘッド鋼面間距離をTOF法に基づいて導出しているが、その他の方法に基づいて行ってもよい。例えば、送受波ヘッド10から出射するテラヘルツ波をテラヘルツ連続波とした場合には、送受波ヘッド10のテラヘルツ波発信部11から対象物80の表面に対してテラヘルツ波を斜めに照射し、テラヘルツ波受信部14を正反射の位置に配置して、検出したテラヘルツ波の反射波の強度などによって、ヘッド鋼面間距離を導出してもよい。
In the above-described embodiment, the distance between the head steel surface of the wave transmitting / receiving
上述した一実施形態においては、測距処理部71は、Bスコープデータに対して回転変換を行った後に平行移動変換を行っているが、Bスコープデータに対して平行移動変換を行ってBスコープ移動データを生成した後に、回転変換を行ってもよい。
In the above-described embodiment, the distance measuring
また、上述した一実施形態においては、一軸方向に沿って送受波ヘッド10を1次元走査させる場合を例に説明したが、上述した一軸方向および他軸方向の2軸方向に平面的に2次元走査するスキャナとしてもよい。この場合、図11に示すように、例えば、スキャナ30の脚部34を例えば4箇所に設け、対角の位置P1,P2に設けられた脚部34が対象物80において減肉部83が生じていない蓋然性が高い位置になるように、スキャナ30を設置することが好ましい。これにより、鋼面81aの測定範囲がスキャナ30の計測可能範囲を超えるためスキャナ30の盛り替えを行った場合においても、より精度良く鋼面81aの評価を行うことができる。
Further, in the above-described embodiment, the case where the transmission /
また、上述した一実施形態においては、Bスコープデータ21に対して、回転変換を行うことにより、少なくとも2箇所の健全部において送受波ヘッド10との距離がそれぞれ互いに略等しくなるように、Bスコープデータ21を補正して鋼面81aの凹凸性状を評価しているが、回転変換以外による補正を行ってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
上述した一実施形態においては、2つのBスコープ回転データ21Ra,21Rbを例に説明したが、3つ以上のBスコープ回転データにおいても2つの場合と同様にして補正を行う。すなわち、3つ以上のBスコープ回転データから、基準となるBスコープ回転データを選択し、他のBスコープ回転データの高さ補正量を算出して平行移動変換を行う。また、3つ以上のBスコープ回転データのそれぞれにおいて、基準となる高さに対する高さ補正量を算出し、全てのBスコープ回転データにおける健全計測線がいずれも同じ高さ(z座標)になるように平行移動変換を行ってもよい。 In the above-described embodiment, two B-scope rotation data 21Ra and 21Rb have been described as an example, but correction is performed for three or more B-scope rotation data in the same manner as in the two cases. That is, the reference B-scope rotation data is selected from the three or more B-scope rotation data, the height correction amount of the other B-scope rotation data is calculated, and the translation is performed. Further, for each of the three or more B-scope rotation data, the height correction amount with respect to the reference height is calculated, and the sound measurement lines in all the B-scope rotation data have the same height (z coordinate). The parallel movement conversion may be performed as follows.
1 表面形状評価装置
10 送受波ヘッド
10L 走査ライン
11 テラヘルツ波発信部
14 テラヘルツ波受信部
20 仮想基準線
20P 仮想基準平面
21,21a,21b Bスコープデータ
21R,21Ra,21Rb Bスコープ回転データ
22,22R,22a,22b 健全計測線
30 スキャナ
31 一軸方向移動機構
32 他軸方向移動機構
33 キャリッジ
34 脚部
40 テラヘルツ送受波コントローラ
60 スキャナコントローラ
70 解析制御部
71 測距処理部
80 対象物
81 鋼材
81a 鋼面
82 防食層
83 減肉部
211,211a,211b,231 健全データ
212a,212b,232 減肉データ
L1 テラヘルツ出射波
L2 テラヘルツ反射波
1 Surface
Claims (4)
前記対象物の表面を走査した部分において前記テラヘルツ波受信部が受信したテラヘルツ波の受信データに基づいて、前記テラヘルツ波計測手段と前記金属基体の表面との距離を導出可能に構成され、前記導出した距離に基づいて前記金属基体の表面のBスコープデータを生成し、前記生成したBスコープデータに含まれる前記金属基体の表面の互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する部分がそれぞれ、前記テラヘルツ波計測手段の走査ラインに対応する仮想基準線と略等しい距離になるように、前記Bスコープデータを補正して前記金属基体の表面の凹凸性状を評価する解析手段と、を備える
ことを特徴とする表面形状評価装置。 A terahertz wave transmitting unit capable of irradiating a terahertz wave at a predetermined position on the surface of an object provided with a non-metal layer on the upper layer of the metal substrate and scanning the surface of the object, and the object. A terahertz wave measuring means configured to be able to receive a terahertz wave reflected at a predetermined position and having a terahertz wave receiving unit capable of scanning while associating the surface of the object with coordinates.
The distance between the terahertz wave measuring means and the surface of the metal substrate can be derived based on the received data of the terahertz wave received by the terahertz wave receiving unit in the portion where the surface of the object is scanned. B-scope data on the surface of the metal substrate is generated based on the distance, and the portions corresponding to at least two healthy portions on the surface of the metal substrate included in the generated B-scope data are described above. It is characterized by including an analysis means for correcting the B scope data and evaluating the unevenness of the surface of the metal substrate so that the distance is substantially equal to the virtual reference line corresponding to the scanning line of the terahertz wave measuring means. Surface shape evaluation device.
前記テラヘルツ波計測手段による走査を一軸方向に実行する第1走査によって得られた第1Bスコープデータと、前記テラヘルツ波計測手段を前記一軸方向とは非平行の他軸方向に沿って移動させた後に、前記テラヘルツ波計測手段による走査を前記一軸方向と略平行に実行する第2走査によって得られた第2Bスコープデータと、に対して、前記第1Bスコープデータにおける前記健全部の前記テラヘルツ波計測手段との距離と、前記第2Bスコープデータにおける前記健全部の前記テラヘルツ波計測手段との距離とが等しくなるように、前記第1Bスコープデータおよび前記第2Bスコープデータを補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の表面形状評価装置。 The analysis means
After moving the first B scope data obtained by the first scanning for executing scanning by the terahertz wave measuring means in the uniaxial direction and the terahertz wave measuring means along the other axial direction non-parallel to the uniaxial direction. , The terahertz wave measuring means of the sound part in the first B scope data with respect to the second B scope data obtained by the second scanning which executes the scanning by the terahertz wave measuring means substantially parallel to the uniaxial direction. A claim characterized in that the first B scope data and the second B scope data are corrected so that the distance between the two B scope data and the terahertz wave measuring means of the sound portion in the second B scope data becomes equal to each other. Item 2. The surface shape evaluation device according to Item 1.
前記対象物の表面を走査した部分において前記テラヘルツ波受信部が受信したテラヘルツ波の受信データに基づいて、前記テラヘルツ波計測手段と前記金属基体の表面との距離を導出可能に構成され、前記導出した距離に基づいて前記金属基体の表面のBスコープデータを生成し、前記生成したBスコープデータに含まれる前記金属基体の表面の互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する部分がそれぞれ、前記テラヘルツ波計測手段の走査ラインに対応する仮想基準線と略等しい距離になるように、前記Bスコープデータを補正して前記金属基体の表面の凹凸性状を評価する解析手段とが、
ネットワークを介して前記受信データを送受信可能に構成されている
ことを特徴とする表面形状評価システム。 A terahertz wave transmitting unit capable of irradiating a terahertz wave at a predetermined position on the surface of an object provided with a non-metal layer on the upper layer of the metal substrate and scanning the surface of the object, and the object. A terahertz wave measuring means configured to be able to receive a terahertz wave reflected at a predetermined position and having a terahertz wave receiving unit capable of scanning while associating the surface of the object with coordinates.
The distance between the terahertz wave measuring means and the surface of the metal substrate can be derived based on the received data of the terahertz wave received by the terahertz wave receiving unit in the portion where the surface of the object is scanned. B-scope data on the surface of the metal substrate is generated based on the distance, and the portions corresponding to at least two healthy portions on the surface of the metal substrate included in the generated B-scope data are described above. An analysis means that corrects the B scope data and evaluates the unevenness of the surface of the metal substrate so that the distance is substantially equal to the virtual reference line corresponding to the scanning line of the terahertz wave measuring means.
A surface shape evaluation system characterized in that the received data can be transmitted and received via a network.
前記対象物において前記所定位置で反射されたテラヘルツ波を前記対象物の表面の座標に関連付けしつつ前記テラヘルツ波計測手段が受信する受信ステップと、
前記対象物の表面を走査した部分において前記テラヘルツ波計測手段が受信したテラヘルツ波の受信データに基づいて、前記テラヘルツ波計測手段と前記金属基体の表面との距離を導出して、前記導出した距離に基づいて前記金属基体の表面のBスコープデータを生成するBスコープデータ生成ステップと、
前記Bスコープデータ生成ステップにおいて生成されたBスコープデータに含まれる前記金属基体の表面の互いに離間した少なくとも2箇所の健全部に対応する部分がそれぞれ、前記テラヘルツ波計測手段の走査ラインに対応する仮想基準線と略等しい距離になるように、前記Bスコープデータを補正して前記金属基体の表面の凹凸性状を評価する評価ステップと、を含む
ことを特徴とする表面形状評価方法。 An irradiation step in which a terahertz wave measuring means scans the surface of an object provided with a non-metal layer on the upper layer of a metal substrate and irradiates a terahertz wave at a predetermined position.
A reception step received by the terahertz wave measuring means while associating the terahertz wave reflected at the predetermined position on the object with the coordinates of the surface of the object.
Based on the received data of the terahertz wave received by the terahertz wave measuring means in the portion where the surface of the object is scanned, the distance between the terahertz wave measuring means and the surface of the metal substrate is derived, and the derived distance is derived. A B-scope data generation step for generating B-scope data on the surface of the metal substrate based on
Each of the portions corresponding to at least two sound portions on the surface of the metal substrate included in the B scope data generated in the B scope data generation step are virtual corresponding to the scanning line of the terahertz wave measuring means. A surface shape evaluation method comprising an evaluation step of correcting the B scope data so as to have a distance substantially equal to the reference line and evaluating the unevenness of the surface of the metal substrate.
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