JP2022053958A - 異常検出装置、異常検出方法、及び異常検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱コイルに代わる高周波電流を用いた金属部材の加熱により金属部材の表面に生じた異常部位の検出装置を提供する。【解決手段】金属部材に第１周波数電流とこれよりも高周波の第２周波数電流を供給する電流供給部と、表面温度を計測する温度計測部と、計測された表面温度から異常部位の位置を推定する制御部を備え、制御部は、金属部材に対し第１周波数電流を供給した際の表面温度を計測して第１発熱分布を取得する第１発熱分布取得部と、第２周波数電流を供給した際の表面温度を計測して第２発熱分布を取得する第２発熱分布取得部と、第１発熱分布または第２発熱分布のいずれか、もしくは双方において金属部材の周囲の温度よりも低温度を示す部位を異常部位として検出する検出部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は異常検出装置、異常検出方法、及び異常検出プログラムに関し、特に金属部材に生じた亀裂等の異常部位を検出するための装置、方法、及びプログラムに関する。

従来、鋼板、鋼材等の金属部材の表面に生じた亀裂等の異常部位の検出においては、誘導加熱コイルから発生する誘導電流により加熱される金属部材（誘電体）の加熱のパターンから当該金属部材の内部の亀裂等の異常部位は検出されていた（特許文献１参照）。

従前の誘導加熱コイルを使用する際の問題点として、次の点が挙げられる。誘導加熱コイルは加熱の対象物である金属部材に近接させる必要がある。誘導加熱コイルの形状、距離の影響から金属部材に対する加熱にむらが生じやすい。誘導加熱コイルが金属部材に近い存在のため、直ちに加熱のパターンを赤外線撮影することができない。電磁誘導現象を利用するため、検査に使用できる周波数に制限がある。これらの点から誘導加熱コイルを使用した金属部材の異常検出には限界がある。

誘導加熱コイルを用いる方法以外として、高周波電源から直接金属部材に高周波電流を供給する方法、装置がある（特許文献２参照）。高周波電流が供給される測定点において健全時（正常時）と位相差が生じている場合、測定点と電源共有点の間に亀裂の存在が検出される。

しかしながら、特許文献２に開示の方法、装置によると、測定点が５ないし６箇所しかない場合、詳細な亀裂箇所の特定は困難である。また、亀裂箇所を詳細に特定しようとすると、測定点を増やす必要が生じて測定が複雑化する。

特開平７－１７４７２２号公報 特開平５－２８８７０６号公報

一連の経緯から、発明者は誘導加熱コイルの使用に代わる高周波電流を用いた加熱による検出手法について鋭意検討を重ね、従前の高周波電流を用いた方法、装置よりも感度良く異常箇所の検出をすることが可能となった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、誘導加熱コイルに代わる高周波電流を用いた金属部材の加熱により金属部材の表面に生じた異常部位の検出であって、測定に要する測定点を過剰に増やすことなく、異常部位の検出を可能とする異常検出装置とその方法及びそのプログラムを提供する。

すなわち、金属部材に対し、少なくとも第１周波数電流及び第１周波数電流よりも高周波の第２周波数電流を供給する電流供給部と、金属部材の表面温度を計測する温度計測部と、計測された表面温度から金属部材における異常部位の位置を推定する制御部とを備える金属部材の異常部位を検出する異常検出装置であって、制御部は、金属部材に対し第１周波数電流を供給した際の金属部材の表面温度を温度計測部により計測して金属部材における第１発熱分布を取得する第１発熱分布取得部と、金属部材に対し第２周波数電流を供給した際の金属部材の表面温度を温度計測部により計測して金属部材における第２発熱分布を取得する第２発熱分布取得部と、金属部材における、前記第１発熱分布または前記第２発熱分布のいずれか、もしくは前記第１発熱分布及び前記第２発熱分布の双方において、金属部材の周囲の温度よりも低温度を示す部位を異常部位として検出する検出部とを備えることを特徴とする。

さらに、実施形態の異常検出装置では、制御部は、第１発熱分布として計測された第１温度と第２発熱分布として計測された第２温度との温度差を算出する温度差算出部と、温度差により、金属部材の異常部位における深さ方向の亀裂深さを推定する推定部とを備えてもよい。

さらに、実施形態の異常検出装置では、制御部は、金属部材の種類に応じた温度差と亀裂深さを対応させた対応テーブルを記憶する対応テーブル記憶部を備えてもよい。

さらに、実施形態の異常検出装置では、第２周波数電流が複数種類であり、それぞれの第２周波数電流の種類ごとにおいて第２発熱分布が取得されてもよい。

本発明の異常検出装置によると、金属部材に対し、少なくとも第１周波数電流及び第１周波数電流よりも高周波の第２周波数電流を供給する電流供給部と、金属部材の表面温度を計測する温度計測部と、計測された表面温度から金属部材における異常部位の位置を推定する制御部とを備える金属部材の異常部位を検出する異常検出装置であって、制御部は、金属部材に対し第１周波数電流を供給した際の金属部材の表面温度を温度計測部により計測して金属部材における第１発熱分布を取得する第１発熱分布取得部と、金属部材に対し第２周波数電流を供給した際の金属部材の表面温度を温度計測部により計測して金属部材における第２発熱分布を取得する第２発熱分布取得部と、金属部材における、前記第１発熱分布または前記第２発熱分布のいずれか、もしくは前記第１発熱分布及び前記第２発熱分布の双方において、金属部材の周囲の温度よりも低温度を示す部位を異常部位として検出する検出部とを備えるため、誘導加熱コイルに代わる高周波電流を用いた金属部材の加熱により金属部材の表面に生じた異常部位の検出であり、しかも、測定に要する測定点を過剰に増やすことなく、異常部位の検出を可能とすることができる。

実施形態の異常検出装置の構成を示す概略図である。 （Ａ）金属部材の通電時の第１縦断面模式図、（Ｂ）同通電時の第２縦断面模式図、（Ｃ）同通電時の第３縦断面模式図である。 制御部内の機能部を示すブロック図である。 （Ａ）金属部材の通電時の第１縦断面模式図及び上面図、（Ｂ）同通電時の第２縦断面模式図及び上面図である。 （Ａ）金属部材の通電時の第３縦断面模式図及び上面図、（Ｂ）同通電時の第４縦断面模式図及び上面図である。 対応テーブルを示す模式図である。 異常検出方法を説明するフローチャートである。

実施形態の異常検出装置は、導電体である金属部材に周波数の異なる交流電流を通電することにより、当該金属部材に生じた抵抗発熱の発熱部位の偏りから、金属部材に生じた亀裂等の異常部位を検出するための装置である。図１は検査対象である金属部材Ｗを検査する異常検出装置１の概略図である。以降、図面に従って、実施形態の異常検出装置１を説明する。

図１の実施形態の異常検出装置１には、検査対象である金属部材Ｗに電流を供給する電流供給部２（電流印加装置）と、検査対象である金属部材Ｗの温度を計測する温度計測部３（サーモカメラ）と、各種の演算を実行する制御部４とが備えられる。また、実施形態の異常検出装置１では、電流の周波数を制御するための映像処理部５が備えられている。そして、図示のとおり各機器同士は有線接続される。むろん、機器同士は無線接続としても良い。

電流供給部２（電流印加装置）は、異常検出装置１の設置された施設へ供給される電圧を検査対象である金属部材Ｗの検査に必要な電圧に降圧し、また、電流量の調整、周波数の変更の機能を備える。具体的には、各種のトランス、インバータ等の機器類を備える。電流供給部２（電流印加装置）には電極（端子）６，７が接続される。電流供給部２は、後出の制御部４の制御下において、金属部材Ｗに対し、少なくとも第１周波数電流（Ｅ１）と、当該第１周波数電流（Ｅ１）よりも高周波の第２周波数電流（Ｅ２）の正弦波電流を供給（印加）する。さらに、第２周波数電流（Ｅ２）は、異なる複数種類の周波数が設定される。具体的には、第１周波数電流（Ｅ１）の周波数は１０００Ｈｚ未満であり、第２周波数電流（Ｅ２）の周波数はおよそ１０００ないし１００００Ｈｚの範囲から選択される。

温度測定部３は、金属部材Ｗの表面温度を計測する機器であり、公知のサーモカメラ、サーモグラフィ等である。電流供給部２から第１周波数電流（Ｅ１）及び第２周波数電流（Ｅ２）が供給された際、金属部材Ｗにジュール熱（抵抗発熱）が生じ、放射される赤外線の量が発熱量に伴い上昇する。そこで、温度測定部３は赤外線量から金属部材Ｗの表面温度を計測する。実施形態においては、温度測定部３に映像処理部５が接続される。映像処理部５には演算用のマイクロコンピュータ等が実装され、赤外線量の強弱、分布から金属部材Ｗの表面温度と表面温度の分布が計測される。従って、温度測定部３は映像処理部５を含む構成である。

正弦波電流を供給（印加）とジュール熱（抵抗発熱）の関係は、表皮効果を利用した原理に基づく。表皮効果は、Ｓ＝（ρ／π・μ・ｆ）＾（１／２）の関係式として示され、Ｓは深さ、ρは電気抵抗、μは絶対透磁率、ｆは周波数である。そこで、想定される検査対象の金属部材の亀裂（傷）の深さを跨ぐように２点以上のＳの値が定義される。そして、高い側、低い側に対応してｆ（周波数）が規定される。つまり、浅い亀裂では高周波側の電流が規定され、深い亀裂では低周波側の電流が規定される。

金属部材の表面の表皮深さが、傷（亀裂）を無視できるほど深ければ、温度差は発生しない。これに対し、表皮深さ自体が薄く（浅く）、傷（亀裂）によって電流の迂回が発生する領域になると、ジュール発熱に起因する温度差が発生する。

金属部材が一般的な鉄の場合、例えば、検査する亀裂（走査傷）の深さの最大値が１ｍｍとすると、低周波数側の交流電流の周波数は９０Ｈｚより低く設定される。そして、検査する亀裂（走査傷）の深さの最小値が０．１ｍｍとすると、高周波数側の交流電流の周波数は９ｋＨｚ（９０００Ｈｚ）より高く設定される。なお、交流電流の低周波数から高周波数の範囲は、金属部材の材質の電気抵抗率、絶対透磁率、走査したい傷の深さにより変化する。

検査対象の金属部材は、鋼板（鉄）、アルミニウム板、鋳造品（鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金）、鍛造品（鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金）である。板材の場合、厚みは０．５ないし５ｍｍの範囲が一般的である。傷（亀裂）の大きさは、その幅が０．０１ないし１ｍｍ程度のごく微小のものを対象とする。傷（亀裂）の長さに関しては、場合によるものの０．１ないし１０ｍｍであり、幅と比較すると長い。

図２の断面模式図を用い、第１周波数電流（Ｅ１）と、より高周波側の第２周波数電流（Ｅ２）の正弦波電流を供給（印加）とジュール熱（抵抗発熱）の関係を説明する。図２は検査対象の金属部材Ｗの断面の模式図であり、同金属部材Ｗの中央部分に異常部位として亀裂が生じている状態である。

図２（Ａ）では、亀裂Ｗｘ（異常部位）のある金属部材Ｗに対し、低周波数側の第１周波数電流（Ｅ１）が印加されている状態である。低周波数側の第１周波数電流（Ｅ１）の印加時、金属部材Ｗの表面Ｓｆに接触する電極６，７の間は通電の伴いジュール熱（抵抗発熱）を生じる。このとき、低周波数側の第１周波数電流（Ｅ１）の印加時、電極６，７の間では、電流は亀裂Ｗｘに阻害されることなく、概ね金属部材Ｗは均等に発熱する。すなわち、低周波数側の第１周波数電流（Ｅ１）の印加時、電流は亀裂Ｗｘを迂回するためである。図中の矢印線は第１周波数電流（Ｅ１）の電流の流れである。

図２（Ｂ）では、亀裂Ｗｘのある金属部材Ｗに対し、第１周波数電流（Ｅ１）よりも高周波側の第２周波数電流（Ｅ２）が印加されている状態である。高周波側の第２周波数電流（Ｅ２）であっても、第２周波数電流（Ｅ２）の印加時、金属部材Ｗの表面Ｓｆに接触する電極６，７の間は通電の伴いジュール熱（抵抗発熱）を生じる。しかしながら、前述の図２（Ａ）と異なり、高周波数側の第２周波数電流（Ｅ２）の印加時、電極６，７の間では、電流は亀裂Ｗｘに阻害される。亀裂Ｗｘにより迂回した電流は図示の紙面手前側または紙面奥側に逃げる。結果、高周波数側の第２周波数電流（Ｅ２）の印加時、金属部材Ｗの亀裂Ｗｘの部分と周囲では、第２周波数電流（Ｅ２）が遮られ、発熱量は他の正常部位と比較して発熱量は低下する。そのため、金属部材Ｗの亀裂Ｗｘの部分を中心に低温度の領域が発現する。特に、金属部材Ｗの亀裂Ｗｘが深くなるに従って、当該亀裂Ｗｘの部分を迂回する電流量が増え、他の正常部位と比較して温度差が顕著となる。図中の矢印線は第２周波数電流（Ｅ２）の電流の流れである。

図２（Ｃ）は金属部材Ｗの亀裂Ｗｙの断面模式図である。図２（Ｂ）と比較して、亀裂Ｗｙは亀裂Ｗｘよりも浅い。この場合、図２（Ａ）と同様に低周波数側の第１周波数電流（Ｅ１）の印加時、電極６，７の間では、電流は亀裂Ｗｙに阻害されることなく、概ね金属部材Ｗは均等に発熱する。高周波数側の第２周波数電流（Ｅ２）の印加時、電極６，７の間では、電流は亀裂Ｗｙに阻害される、金属部材Ｗの亀裂Ｗｙの部分と周囲の発熱量は他の正常部位と比較して発熱量は低下する。ただし、亀裂Ｗｙ自体は浅いため、電流の阻害の程度は図２（Ｂ）よりも少なく、温度低下の程度は低い。図中の矢印線は第２周波数電流（Ｅ２）の電流の流れである。

そこで、図２（Ｃ）の例では、図２（Ｂ）よりもさらに高周波数側の第２周波数電流（Ｅ２）が印加される。すると、図示のような浅い亀裂Ｗｙであっても高周波数側の周波数に応じて温度差が発現する。従って、低周波数側の第１周波数電流（Ｅ１）の印加と、複数種類の高周波数側の第２周波数電流（Ｅ２）の印加からジュール熱（抵抗発熱）の発熱量（温度差）を通じて亀裂（異常部位）の位置、さらには亀裂の場合には深さまでも検出可能である。特に、検査対象の金属部材の表面への直接交流電流の印加（供給）と表面の発熱量を検出するため、検査対象の金属部材表面の微細な凹凸は無視可能である。

図１の概略図に戻り、制御部４は、温度測定部３により計測された金属部材Ｗの表面温度から当該金属部材における異常部位（亀裂）Ｗｘ（図２等参照）の位置を推定する。制御部４は温度測定部３の計測結果に基づいて、計測された金属部材Ｗの表面温度と、その温度分布から、金属部材Ｗに存在する亀裂等の異常部位の位置、さらには深さを推定するための演算を実行する。詳細は後述する。

図３は制御部４の構成を示すブロック図である。制御部４は、ハードウェア的にＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、記憶部１４により構成される。その他にメインメモリ、ＬＳＩ等も含まれる。またソフトウェア的に、メインメモリにロードされた異常検出プログラム等により実現される。制御部４は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、メインフレーム、ワークステーション、クラウドコンピューティングシステム等、種々の電子計算機（計算リソース）を用いて実現できる。

制御部４の各機能部をソフトウェアにより実現する場合、制御部４は各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行することで実現される。このプログラムを格納する記録媒体は、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、このプログラムは、当該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワーク、放送波等）を介して制御部４等のコンピュータに供給されてもよい。

制御部４における各種の記憶部はＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３であり、さらに記憶部１４はＨＤＤまたはＳＳＤ等の公知の記憶装置（図示せず）である。また、演算処理を実行する各機能部はＣＰＵ１１等の演算素子である。制御部４は、詳細には、第１発熱分布取得部１１０、第２発熱分布取得部１２０、検出部１３０、温度差算出部１４０、推定部１５０等の機能部を備える（図２参照）。さらに、制御部４はＩ／Ｏ（イン・アウトインターフェース）１５、公知のディスプレイ（液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等）の表示部（図示せず）等を備える。

Ｉ／Ｏ１５は通信（送受信）用のインターフェース、バッファ等である。Ｉ／Ｏ１５は、電流供給部２に対する第１周波数電流（Ｅ１）及び第２周波数電流（Ｅ２）の電流量、周波数の指示、及び映像処理部５から伝送される信号の受信、表示部（図示せず）への信号の送信に介在される。

制御部４のＣＰＵ１１の機能部である第１発熱分布取得部１１０は、金属部材Ｗに対し第１周波数電流（Ｅ１）を供給した際の金属部材Ｗの表面温度を温度計測部３（映像処理部５）により計測して金属部材Ｗにおける第１発熱分布（Ｔｄ１）を取得する。取得された第１発熱分布（Ｔｄ１）のデータは制御部４のＲＡＭ１３、記憶部１４に格納される。

第２発熱分布取得部１２０は、金属部材Ｗに対し第２周波数電流（Ｅ２）を供給した際の金属部材Ｗの表面温度を温度計測部３（映像処理部５）により計測して金属部材Ｗにおける第２発熱分布（Ｔｄ２）を取得する。取得された第２発熱分布（Ｔｄ２）のデータは制御部４のＲＡＭ１３、記憶部１４に格納される。

さらに、第２周波数電流（Ｅ２）は複数種類設定可能であり、それぞれの第２周波数電流の種類ごとに（周波数ごとに）第２発熱分布（Ｔｄ２）が取得される。つまり、第２周波数電流の周波数が複数設定されているときには、各周波数のときの第２発熱分布が取得される。前出の図２の説明のとおり、金属部材Ｗの亀裂の深さが異なるため、第２周波数電流（Ｅ２）は周波数に応じて複数種類設定され供給される。

検出部１３０は、金属部材Ｗにおける、第１発熱分布（Ｔｄ１）または第２発熱分布（Ｔｄ２）のいずれか、もしくは第１発熱分布（Ｔｄ１）及び第２発熱分布（Ｔｄ２）の双方において、周囲の温度（表面温度）よりも低温度を示す部位を異常部位として検出する。すなわち、検出部１３０における異常部位の検出に際しては、第１発熱分布（Ｔｄ１）または第２発熱分布（Ｔｄ２）のいずれかの検出から低温度を示す部位を検出してもよく、あるいは、第１発熱分布（Ｔｄ１）と第２発熱分布（Ｔｄ２）の両方において低温度を示す部位を確認して検出してもよい。

温度差算出部１４０は、第１発熱分布（Ｔｄ１）として計測された第１温度（Ｔｍ１）と、第２発熱分布（Ｔｄ２）として計測された第２温度（Ｔｍ２）との温度差（Ｄｔ）を算出する。

推定部１５０は、温度差（Ｄｔ）に基づいて金属部材Ｗの異常部位Ｗｘにおける深さ方向の亀裂深さを推定する。

加えて、制御部４の記憶部１４には、対応テーブル記憶部１６０が含まれる。対応テーブル記憶部１６０は、金属部材Ｗの種類に応じた温度差（Ｄｔ）と亀裂深さを対応させた対応テーブル１６０を記憶する。対応テーブル１６０については、後に説明する。

異常部位の検出までの流れについて、図４及び図５を用いて説明する。図４（Ａ）の紙面左側は低周波側の第１周波数電流（Ｅ１）が印加（供給）された状態の金属部材Ｗの断面図である。図示では深い亀裂Ｗｘａと浅い亀裂Ｗｘｂの２箇所が存在している。第１周波数電流（Ｅ１）は金属部材Ｗの表面から内部にも回り込み亀裂ＷｘａとＷｘｂの両方とも深さに応じて迂回しながら通電している。図中の矢印線は第１周波数電流（Ｅ１）の電流の流れである。

同図４（Ａ）の紙面右側は金属部材Ｗの表面を温度計測部３のサーモカメラにより撮影し映像処理部５を介して処理した画像（金属部材Ｗの上面）であり、第１発熱分布（Ｔｄ１）に相当する。第１周波数電流（Ｅ１）の印加時（供給時）、亀裂Ｗｘａを中心に金属部材Ｗの表面Ｓｆの温度よりも低温度の領域Ｓｐａにおいて第１温度として（Ｔｍａ１）、亀裂Ｗｘｂを中心に他の金属部材Ｗの表面よりも低温度の領域Ｓｐｂにおいて第１温度として（Ｔｍｂ１）が発現する。

図４（Ｂ）の紙面左側は高周波側の第２周波数電流（Ｅ２）が印加（供給）された状態の金属部材Ｗの断面図である。第２周波数電流（Ｅ２）は浅い亀裂Ｗｘｂを迂回しながら流れている（矢印線の実線参照）。しかし、第２周波数電流（Ｅ２）は深い側の亀裂Ｗｘａにより遮られる（矢印線の破線参照）。

図４（Ｂ）の紙面右側は金属部材Ｗの表面を温度計測部３のサーモカメラにより撮影し映像処理部５を介して処理した画像（金属部材Ｗの上面）であり、第２発熱分布（Ｔｄ２）に相当する。高周波側の第２周波数電流（Ｅ２）の印加時、第２周波数電流（Ｅ２）は亀裂Ｗｘａの深さにより阻害されやすくなり、電流減少分、ジュール熱の発熱量は低下する。これに対し、浅い側の亀裂Ｗｘｂでは第２周波数電流（Ｅ２）は一部阻害されるものの、大半は迂回しながら流れている。そのため、ジュール熱の発熱量の低下は少ない。結果、亀裂Ｗｘａを中心に金属部材Ｗの表面Ｓｆよりも、より低温度の領域Ｓｐａ（その第２温度：Ｔｍａ２）が発現する。これに対し、亀裂Ｗｘｂを中心とする領域Ｓｐｂ（その第２温度：Ｔｍｂ２）は、金属部材Ｗの表面Ｓｆの温度（Ｓｔ）よりも低温度ではあるものの温度差は少ない。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）の比較から、亀裂Ｗｘａにおける温度差（Ｄｔａ＝Ｔｍａ１－Ｔｍａ２）は、亀裂Ｗｘｂにおける温度差（Ｄｔｂ＝Ｔｍｂ１－Ｔｍｂ２）よりも大きい（Ｄｔａ＞Ｄｔｂ）。

続く図５は第２周波数電流の種類を高周波側にさらに増やして印加した際の状況である。図５（Ａ）は図４（Ｂ）よりも周波数を高めた第２周波数電流（Ｅ２１）の状況であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）よりもさらに周波数を高めた第２周波数電流（Ｅ２２）の状況である。

図５（Ａ）の紙面左側は高周波側の第２周波数電流（Ｅ２１）が印加（供給）された状態の金属部材Ｗの断面図である。第２周波数電流（Ｅ２１）は浅い亀裂Ｗｘｂに遮られつつも迂回しながら流れている（矢印線の実線参照）。しかし、第２周波数電流（Ｅ２１）は深い側の亀裂Ｗｘａにより大半が遮られる（矢印線の破線参照）。

図５（Ａ）の紙面右側は金属部材Ｗの表面を温度計測部３のサーモカメラにより撮影し映像処理部５を介して処理した画像（金属部材Ｗの上面）であり、第２発熱分布（Ｔｄ２）に相当する。高周波側の第２周波数電流（Ｅ２１）の印加時、第２周波数電流（Ｅ２１）は亀裂Ｗｘａと亀裂Ｗｘｂの両方により阻害されやすくなる。ただし、亀裂Ｗｘａは亀裂Ｗｘｂよりも深いため、第２周波数電流（Ｅ２１）は多く阻害される。浅い側の亀裂Ｗｘｂでは、第２周波数電流（Ｅ２１）は一部迂回しながら流れている。このため、深い側の亀裂Ｗｘａの電流減少分、亀裂Ｗｘｂと比較してジュール熱の発熱量低下は顕著となる。結果、亀裂Ｗｘａを中心に金属部材Ｗの表面Ｓｆよりも、より低温度の領域Ｓｐａ（その第２温度：Ｔｍａ２１）が発現する。これに対し、亀裂Ｗｘｂを中心とする領域Ｓｐｂ（その第２温度：Ｔｍｂ２１）は、金属部材Ｗの表面Ｓｆの温度（Ｓｔ）よりも低温度ではあるものの金属部材Ｗの表面Ｓｆの温度（Ｓｔ）からの温度差は少ない。

図５（Ｂ）の紙面左側は高周波側の第２周波数電流（Ｅ２２）が印加（供給）された状態の金属部材Ｗの断面図である。第２周波数電流（Ｅ２２）まで交流電流の周波数が高められると、電流は亀裂Ｗｘａと亀裂Ｗｘｂの両方により遮られる（矢印線の破線参照）。

図５（Ｂ）の紙面右側は金属部材Ｗの表面を温度計測部３のサーモカメラにより撮影し映像処理部５を介して処理した画像（金属部材Ｗの上面）であり、第２発熱分布（Ｔｄ２）に相当する。高周波側の第２周波数電流（Ｅ２２）の印加時、第２周波数電流（Ｅ２１）は亀裂Ｗｘａと亀裂Ｗｘｂの両方により阻害されやすくなる。ここで、深い側の亀裂Ｗｘａでは、図４（Ａ）、（Ｂ）、及び図５（Ａ）の一連の印加の経緯からジュール熱の発熱量は相対的に少なく、亀裂Ｗｘａを中心に金属部材Ｗの表面Ｓｆよりも、より低温度の領域Ｓｐａ（その第２温度：Ｔｍａ２２）が発現する。これに対し、亀裂Ｗｘｂを中心とする領域Ｓｐｂ（その第２温度：Ｔｍｂ２２）は、金属部材Ｗの表面Ｓｆの温度よりも低温度ではあるものの温度差は少ない。

図４（Ａ）と図５（Ａ）の比較から、亀裂Ｗｘａにおける温度差（Ｄｔａ１＝Ｔｍａ１－Ｔｍａ２１）は、亀裂Ｗｘｂにおける温度差（Ｄｔｂ１＝Ｔｍｂ１－Ｔｍｂ２１）よりも大きい（Ｄｔａ１＞Ｄｔｂ１）。同様に、図４（Ａ）と図５（Ｂ）の比較から、亀裂Ｗｘａにおける温度差（Ｄｔａ２＝Ｔｍａ１－Ｔｍａ２２）は、亀裂Ｗｘｂにおける温度差（Ｄｔｂ２＝Ｔｍｂ１－Ｔｍｂ２２）よりも大きい（Ｄｔａ２＞Ｄｔｂ２）。

図４及び図５の模式図と説明を踏まえ、検出部１３０が金属部材Ｗの異常部位Ｗｘを検出する処理では、金属部材Ｗにおける第１発熱分布（Ｔｄ１）の第１温度として（Ｔｍａ１）と、第２発熱分布（Ｔｄ２）の第２温度として（Ｔｍａ２）の双方の温度が検出される。そして、両方とも金属部材Ｗの表面Ｓｆの温度（Ｓｔ）よりも低温度を示していれば、当該部位は異常部位として検出される。この段階では、異常部位は金属部材における部位、場所として検出、特定される。むろん、第２温度の検出に際し、第２周波数電流は、周波数を変更して複数種類の印加としても良い。さらに加えると、金属部材Ｗにおける第１発熱分布（Ｔｄ１）の第１温度として（Ｔｍａ１）、または第２発熱分布（Ｔｄ２）の第２温度として（Ｔｍａ２）のいずれか片方の検出とすることができる。片方の温度検出で足りる場合には、処理の簡略化の点から片方の検出となる。

さらに、異常部位の亀裂の深さの同定に際しては、温度差算出部１４０と推定部１５０が用いられる。温度差算出部１４０の処理では、第１発熱分布（Ｔｄ１）として計測された第１温度（Ｔｍ１）と第２発熱分布（Ｔｄ２）として計測された第２温度（Ｔｍ２）との温度差（Ｄｔａ、Ｄｔｂ等）が求められる。温度差は異常部位の亀裂の深さと相関する分布となること、検出された温度差に基づいて当該異常部位における深さ方向の亀裂深さが推定される。

異常部位における深さ方向の亀裂深さの推定に際しては、図６の模式図に示す対応テーブル１６０が予め用意（作成）され、記憶部１４内に格納されている。対応テーブル１６０は、金属部材の材質毎に用意される。例えば、温度差（℃）と周波数（低周波数側と高周波数側）との関係から、異常部位における深さ方向の亀裂深さが一覧にまとめ上げられている。推定部１５０は対応テーブル１６０を使用することにより、的確に温度差から異常部位における深さ方向の亀裂深さが近似値として推定することができる。

続いて、実施形態の異常検出方法を異常検出プログラムとともに説明する。実施形態の異常検出方法は、異常検出プログラムに基づいて、制御部４により実行される。異常検出プログラムは、制御部４（ＣＰＵ１１）に対して、第１発熱分布取得機能、第２発熱分布取得機能、検出機能、温度差算出機能、推定機能を実行させる。各機能は前述の異常検出装置１の説明と重複するため、詳細は省略する。

図７のフローチャートは制御部４における異常検出方法の全体の流れであり、第１発熱分布取得ステップ（Ｓ１１０）、第２発熱分布取得ステップ（Ｓ１２０）、検出ステップ（Ｓ１３０）、温度差算出ステップ（Ｓ１４０）、推定ステップ（Ｓ１５０）の各種ステップを備える。その他、異常検出方法は、記憶、格納、呼び出し、演算、比較等の各種の図示しないステップも備える。

制御部４において、第１発熱分布取得ステップ（Ｓ１１０）における処理は第１発熱分布取得部１１０の説明に対応する。第２発熱分布取得ステップ（Ｓ１２０）における処理は第２発熱分布取得部１２０の説明に対応する。検出ステップ（Ｓ１３０）における処理は検出部１３０の説明に対応する。温度差算出ステップ（Ｓ１４０）における処理は温度差算出部１４０の説明に対応する。推定ステップ（Ｓ１５０）における処理は推定部１５０の説明に対応する。各ステップにおける具体的な処理は、前述の各機能部の説明のとおりであるため、詳細を省略する。

本発明の異常検出装置、及びその方法、プログラムは、周波数の相違に起因した表皮効果に伴う発熱量の差異から金属部材の異常部位の検出を可能とし、検出効率を向上させることができる。そこで、従前の誘導加熱コイルの使用、さらには、測定点を増加させることなく異常部位を検出でき、代替として有望である。

１ 異常検出装置
２ 電流供給部（電流印加装置）
３ 温度測定部（サーモカメラ）
４ 制御部
５ 映像処理部
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 記憶部
１５ Ｉ／Ｏ
１１０ 第１発熱分布取得部
１２０ 第２発熱分布取得部
１３０ 検出部
１４０ 温度差算出部
１５０ 推定部
１６０ 対応テーブル
Ｗ 金属部材
Ｗｘ 異常部位（亀裂）
Ｓｆ 表面

Claims (6)

1. 金属部材に対し、少なくとも第１周波数電流及び前記第１周波数電流よりも高周波の第２周波数電流を供給する電流供給部と、
   前記金属部材の表面温度を計測する温度計測部と、
   前記計測された表面温度から前記金属部材における異常部位の位置を推定する制御部と、を備える前記金属部材の異常部位を検出する異常検出装置であって、
   前記制御部は、
   前記金属部材に対し前記第１周波数電流を供給した際の前記金属部材の表面温度を前記温度計測部により計測して前記金属部材における第１発熱分布を取得する第１発熱分布取得部と、
   前記金属部材に対し前記第２周波数電流を供給した際の前記金属部材の表面温度を前記温度計測部により計測して前記金属部材における第２発熱分布を取得する第２発熱分布取得部と、
   前記金属部材における、前記第１発熱分布または前記第２発熱分布のいずれか、もしくは前記第１発熱分布及び前記第２発熱分布の双方において、前記金属部材の周囲の温度よりも低温度を示す部位を前記異常部位として検出する検出部と、を備える、
   ことを特徴とする異常検出装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１発熱分布として計測された第１温度と前記第２発熱分布として計測された第２温度との温度差を算出する温度差算出部と、
   前記温度差により、前記金属部材の前記異常部位における深さ方向の亀裂深さを推定する推定部と、を備える請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記制御部は、
   前記金属部材の種類に応じた前記温度差と前記亀裂深さを対応させた対応テーブルを記憶する対応テーブル記憶部を備える請求項２に記載の異常検出装置。
4. 前記第２周波数電流が複数種類であり、それぞれの前記第２周波数電流の種類ごとにおいて前記第２発熱分布が取得される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の異常検出装置。
5. 金属部材に対し、少なくとも第１周波数電流及び前記第１周波数電流よりも高周波の第２周波数電流を供給する電流供給部と、
   前記金属部材の表面温度を計測する温度計測部と、
   前記計測された表面温度から前記金属部材における異常部位の位置を推定する制御部と、を備える前記金属部材の異常部位を検出する異常検出装置における異常検出方法であって、
   前記制御部は、
   前記金属部材に対し前記第１周波数電流を供給した際の前記金属部材の表面温度を前記温度計測部により計測して前記金属部材における第１発熱分布を取得する第１発熱分布取得ステップと、
   前記金属部材に対し前記第２周波数電流を供給した際の前記金属部材の表面温度を前記温度計測部により計測して前記金属部材における第２発熱分布を取得する第２発熱分布取得ステップと、
   前記金属部材における、前記第１発熱分布または前記第２発熱分布のいずれか、もしくは前記第１発熱分布及び前記第２発熱分布の双方において、前記金属部材の周囲の温度よりも低温度を示す部位を前記異常部位として検出する検出ステップと、を実行する、
   ことを特徴とする異常検出方法。
6. 金属部材に対し、少なくとも第１周波数電流及び前記第１周波数電流よりも高周波の第２周波数電流を供給する電流供給部と、
   前記金属部材の表面温度を計測する温度計測部と、
   前記計測された表面温度から前記金属部材における異常部位の位置を推定する制御部と、を備える前記金属部材の異常部位を検出する異常検出装置における異常検出プログラムであって、
   前記制御部は、
   前記金属部材に対し前記第１周波数電流を供給した際の前記金属部材の表面温度を前記温度計測部により計測して前記金属部材における第１発熱分布を取得する第１発熱分布取得機能と、
   前記金属部材に対し前記第２周波数電流を供給した際の前記金属部材の表面温度を前記温度計測部により計測して前記金属部材における第２発熱分布を取得する第２発熱分布取得機能と、
   前記金属部材における、前記第１発熱分布または前記第２発熱分布のいずれか、もしくは前記第１発熱分布及び前記第２発熱分布の双方において、前記金属部材の周囲の温度よりも低温度を示す部位を前記異常部位として検出する検出機能と、を発揮する、
   ことを特徴とする異常検出プログラム。

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