JP3268250B2 - 赤外線映像検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】各種構造物に内在する空洞、
割れ等の欠陥部を検査する赤外線映像検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４に基づいて従来の赤外線映像検査装
置の概要を説明する。

【０００３】５１は赤外線カメラで、物体の各位置から
放射する赤外線を感知し、赤外線の強度に応じた電圧
（または電流）を映像信号として出力する。１７２は検
査の対象物で、検査の対象となる構造物の部品を示して
おり、７３はこの検査の対象物１７２に存在する空洞で
ある。

【０００４】５４は加熱器で、前記対象物１７２に向か
って左右前方に一対設けられており、同対象物１７２を
加熱する。

【０００５】５２は赤外線映像信号処理器で、前記赤外
線カメラ５１とケーブル６１で連絡され、赤外線強度を
映像信号として出力する同赤外線カメラ５１からの信号
を受けて表示部５３へ表示する。

【０００６】１１０はコントローラで、ケーブル６２で
赤外線映像信号処理器５２と、またケーブル６３でコン
トローラ１１０とそれぞれ連絡され、これらの機器の作
動を制御する。

【０００７】２０は、コントローラ１１０のパネル面に
取り付けられたスタートボタン、また、１１１は対象物
１７２を設置する台である。

【０００８】いま、構造物の部品である対象物１７２中
に空洞７３が内在する場合には、構造物の強度の点で問
題であるので、何らかの方法でこれの有無を検査するこ
とが望まれる。

【０００９】この図４に示すものにおいては、加熱器５
４はコントローラ１１０のスタートボタン２０をオペレ
ータが押した時だけ、決められた一定の時間幅で、対象
物１７２の外面を加熱するように構成されている。

【００１０】また、コントローラ１１０は、オペレータ
がスタートボタン２０を押した時に加熱器５４に決めら
れた一定の時間幅で加熱のための電力を供給するととも
に、適切なタイミングで赤外線映像信号処理器５２に作
動信号を伝達するように構成されている。

【００１１】赤外線映像信号処理器５２は、コントロー
ラ１１０からの信号を受けて、赤外線カメラ５１からの
赤外線映像信号を取り込み、表示部５３に所定の映像と
して表示する。

【００１２】赤外線カメラ５１は、対象物１７２の検査
したい部分に対向し、かつ、同検査したい部分が表示部
５３に適切な映像として表示されるように配置され、対
象物１７２の各位置の表面から放射する赤外線の強度に
対応した電圧（または電流）の映像信号を出力する。

【００１３】ステファン・ボルツマンの法則に従えば、
物体は、物体の温度に対応した強度の赤外線を常にその
表面から放射しており、物体の温度が高くなれば、放射
する赤外線の強度も大きくなる。

【００１４】今、対象物１７２の外表面が均一に加熱さ
れた場合、対象物の表面近傍の各点は均一に温度が上昇
しようとするとともに、対象物１７２の中心方向に向っ
て熱を伝達し、表面近傍の各点の温度が低下し始める。

【００１５】また、固体と気体では固体の方が熱伝導率
が高く、かつ、空洞の部分は熱伝導率が低いため、空洞
に隣接した表面近傍の各点の温度の単位時間当たりの温
度の低下程度が遅くなる。

【００１６】したがって、対象物１７２の空洞７３の周
辺を検査しようとするとき、この部分の外表面が均一に
加熱された場合には、加熱された瞬間及び加熱後の短い
時間幅の範囲では、空洞７３の近接した部分の外表面の
温度は、他の部分に比べて温度が高くなる。

【００１７】外表面の温度が高くなればこの各点から放
射する赤外線の温度が高くなり、高温部の外表面からの
強度の高い赤外線を赤外線カメラ５１が感知し、赤外線
映像信号処理器５２で処理してこれを表示部５３に表示
するので、これに基づいて対象物１７２の外表面の高温
部をオペレータが観察することによって内在する空洞７
３を識別、確認できる。

【００１８】この検出感度は、加熱エネルギーの大小、
加熱と観察のタイミングによって左右され、対象物１７
２と加熱器５４の間の距離を一定に保つとともに、加熱
と観察（データとり込み）の時間関係についても十分留
意される。

【００１９】コントローラ１１０は、加熱と観察の時間
関係を一定に保つ働きをしており、オペレータがスター
トボタンを押すことによって、加熱器５４を作動させる
とともに、赤外線映像信号処理器５２に信号を送り、デ
ータをとり込むとともに、処理、表示させる。

【００２０】対象物１７２が図４に示した例のような円
筒形等のものでは、全面を１度の観察で検査することは
困難であり、対象物１７２をオペレータが手で少し回転
して、加熱、観察を行ない、また少し回転して加熱、観
察を繰り返えし、全面の検査を行なう。そして対象物１
７２を回転する都度、加熱器５４と対象物１７２間の距
離をオペレータがメジャー等によって確認している。

【００２１】空洞７３の検出精度を向上するためには、
対象物１７２の外表面ができるだけ均一に加熱される必
要があり、このため、加熱器５４は図４に示す例のよう
に複数台使用される。

【００２２】図５は、図４に示した例において、対象物
１７２の空洞７３の周辺で得られた赤外線映像信号処理
器５２の表示部５３の映像と、そのときの表示部５３の
水平方向及び垂直方向の温度分布状況を示したものであ
る。

【００２３】同図５において、（ａ）は赤外線映像とし
て得られた対象物１７２の形状１３４を示すものであ
り、同表示された対象物の形状１３４内に温度が高く表
示される部分３３を示している。なお、５３は図４の示
した表示部５３と同一の表示部である。

【００２４】また、（ｂ）は、位置Ｘｂにおける赤外線
映像による対象物１７２から読み取れる垂直方向の温度
分布を示しており、（ｃ）は、同じく位置Ｙａにおける
水平方向の温度分布を示している。

【００２５】この図のように、加熱、データの取り込み
等が良好に行なわれたとき、空洞７３は、表示部５３の
対象物の形状１３４中で温度が高く表示される部分とし
て現われ、他の部分の表示温度が均一であり、空洞７３
を明確に検出することができる。

【００２６】このように、図４、図５で示した赤外線を
利用した検査方法は、目で識別できない検査対象物の材
料中の有害な空洞等の欠陥部を検出でき、実用上有効で
あり、工業分野に広く適用されている。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の赤外線を利用した検査装置では、次のような問
題が生じる。

【００２８】すなわち、対象物が図４に示したような単
純な円筒形のものではなく、複雑な形状のものでは均一
な加熱を得ることができず、またこれが健全な対象物で
あっても、加熱時の外表面の各部の温度に差が生じ、明
確に空洞等を検出することが困難になる。

【００２９】また、均一な加熱状態を得て検出性を高め
るため、オペレータは対象物の設置角度を調整して加
熱、観察を行ない、これを繰り返えすことによって最適
な状態を得た後に検査を行なう、という手順であるため
にこの調整に多大の時間を必要としていた。

【００３０】本発明は前記した従来のものにおける不具
合を解消し、複雑な形状の対象物であっても容易に、か
つ、良好な検出性の得られる検査装置を提供することを
課題とするものである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、検査対象物の設置台、検査
対象物との距離を測定する複数のセンサ、検査対象物を
加熱する加熱器、赤外線カメラ、赤外線映像信号処理表
示器、及びこれらの機器を制御するコントローラを有し
てなり、前記設置台は検査対象物の設置位置及び設置角
度を調節可能に構成され、前記センサは前記赤外線カメ
ラの観察方向と垂直に移動可能に構成した赤外線映像検
査装置を提供するものである。

【００３２】すなわち本発明の赤外線映像検査装置は上
記のように構成されているので、複数の距離センサが赤
外線カメラの観察方向と垂直に移動しながら、移動位置
における対象物の各点と各センサ間の距離を測定し、こ
の測定値からコントローラにより対象物の位置と傾きが
得られ、同コントローラが、たとえばＸ方向レール、Ｙ
方向レール及び傾斜・回転テーブル等を作動させて対象
物の設置台の移動や傾きを制御し、同設置台上の対象物
の位置及び傾きを適正にするので、オペレータによる試
行錯誤が不要になる等、作業性が改善されることにな
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の一形態を図１
〜図３により説明する。図１は本実施の形態による赤外
線映像検査装置の概念構成を示し、図２は図１の装置を
支配するコントローラの作動フローを示し、また、図３
は対象物の検査データを示すものである。

【００３４】なお、前記した従来のものと同一の部分に
ついては、図中同一の符号を付して示し、重複する説明
は極力省略して全体の説明を簡明にするようにした。

【００３５】１１は傾斜・回転テーブル、１２は傾斜・
回転レール、１３はＸ方向移動レール、１４はＹ方向移
動レールであり、Ｘ方向移動レール１３はＹ方向移動レ
ール１４の上に設置され、傾斜・回転レール１２は、Ｘ
方向移動レールの上に設置されている。

【００３６】そして前記傾斜・回転テーブル１１は、傾
斜・回転レール１２の上に設置されているので、同傾斜
・回転テーブル１１は、Ｙ方向移動レール１４、Ｘ方向
移動レール１３および傾斜・回転レール１２が作動する
ことにより、ある範囲の任意の位置へ移動、回転、傾斜
することができる。

【００３７】１５は上下方向に離れて一対配置された距
離測定センサ、１７は距離測定センサ１５が取り付けら
れる移動アーム、１８は移動アーム１７を載置したＸ方
向移動レールであり、Ｘ方向移動レール１８が作動する
ことによって、移動アーム１７がＸ方向に移動する。

【００３８】１０はコントローラで、その外表面には入
力手段として角度設定ダイヤル３０、スタートボタン２
０等が配置されている。コントローラ１０の角度ダイヤ
ル３０は、対象物の検査を行ないたい角度を設定するた
めのものである。

【００３９】２１及び２２はケーブルで、ケーブル２１
はコントローラ１０と移動アーム１７間を、ケーブル２
２はコントローラ１０とＸ方向移動レール１８、Ｙ方向
移動レール１４、Ｘ方向移動レール１３および傾斜・回
転レール１２の間をそれぞれ連絡している。

【００４０】赤外線カメラ５１、赤外線映像信号処理器
５２、表示部５３、加熱器５４、およびケーブル６１，
６２，６３等は前記従来のものと同一であるので、これ
以上の説明は省略する。

【００４１】７２はいびつな形状をした検査用の対象物
であり、距離測定センサ１５と対峙して、傾斜・回転テ
ーブル１１に載置されている。また、７３は対象物７２
に内在する空洞である。

【００４２】前にも述べたように、良好な検出性を得る
ためには対象物外表面の検査を行ないたい部分が均一に
加熱される必要があり、このためには検査を行なう前
に、対象物の被検査面が加熱器からの赤外線に対してで
きるだけ垂直な関係になることが望まれる。また、対象
物７２の全体の検査のためには、対象物７２を少しづつ
回転し、その都度加熱を行ない、赤外線映像を観察する
必要がある。

【００４３】前記のように構成された本実施の形態にお
いて、先ず初期状態では距離センサ１５が取り付けられ
る移動アーム１７は、Ｘ方向移動レール１８（赤外線カ
メラの観察範囲外）左端に配置されている。

【００４４】そこでオペレータは角度設定ダイヤル３０
を操作して検査を行ないたい角度を設定し、次にスター
トボタン２０を押す。すると、コントローラ１０は傾斜
・回転レール１２を作動させ、傾斜・回転テーブル１１
が指定された角度だけ回転し後、Ｘ方向移動レール１８
が作動し、移動アーム１７がＸ方向に移動しながら２個
の距離センサ１５、１５が作動し、移動アーム１７のＸ
方向の位置と２個の距離センサ１５による測定データが
コントローラ１０に取り込まれる。

【００４５】距離測定センサ１５は、比較的小さな対象
点とセンサ間の距離を瞬時に測定する機能を有してお
り、２個の距離測定センサ１５、１５が、Ｘ方向に移動
しながら測定した距離データは、対象物７２の形状と設
置した位置、傾き等により決定される値になる。つま
り、この測定データによって対象物７２と加熱器５４と
の距離、対象物７２の被検査面の傾き等が得られる。

【００４６】良好な検出性を得るためには、対象物７２
の被検査面の位置及び傾きが重要であり、コントローラ
１０は内部で、各Ｘ方向位置での２個の距離測定センサ
１５、１５による距離測定データから適正な位置及び傾
きにするためのＸ方向、Ｙ方向及び傾斜の補正値を割出
し傾斜・回転レール１２、Ｘ方向移動レール１３及びＹ
方向移動レール１４を作動させ、対象物７２の被検査面
の位置及び傾きを適正にする。なお、移動アーム１７
は、距離を測定しながら右方向に移動した後、ただち
に、左方向に移動し、初期位置（左端）にて停止する。

【００４７】対象物７２の被検査面の位置及び傾きを適
正にした後、コントローラ１０は従来のコントローラ１
１０と同様に加熱器５４を作動させるとともに、赤外線
映像信号処理器５２に信号を送り、データをとり込むと
ともに、処理および表示をさせる。

【００４８】前記一連の動作は、コントローラ１０の指
令で進行するが、同コントローラ１０の作動フローは図
２に示すように現される。すなわち、前記した作業の流
れをコントローラ１０が取り仕切り、対象物７２は少し
づつ回転され、その都度加熱され、そして赤外線映像を
表示して観察される。

【００４９】また、前記の過程を経て得られた本実施の
形態による検査データ例を図３に示した。同図３におい
て、（ａ）は赤外線映像として得られた対象物７２の表
示部５３の映像、（ｂ）は、位置Ｘｂにおける縦方向の
温度分布、そして（ｃ）は、位置Ｙａにおける横方向の
温度分布を示している。

【００５０】この図中（ａ）に示すように、対象物７２
がいびつな形状であっても、被検査面の位置及び傾き
を、コントローラ１０及び各機構の作動によって適正に
するため、表示された赤外線映像による対象物７２が、
各グラフのように、垂直方向及び水平方向ともに温度の
変動が小さく、空洞７３に対応する部分が温度が高く表
示される部分３３として明確に識別される。

【００５１】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、赤
外線映像検査装置は、検査対象物の設置台、検査対象物
との距離を測定する複数のセンサ、検査対象物を加熱す
る加熱器、赤外線カメラ、赤外線映像信号処理表示器、
及びこれらの機器を制御するコントローラを有し、か
つ、前記設置台は検査対象物の設置位置及び設置角度を
調節可能に構成され、また、前記センサは前記赤外線カ
メラの観察方向と垂直に移動可能に構成されているの
で、複数の距離センサが赤外線カメラの観察方向と垂直
に移動しながら、移動位置における対象物の各点と各セ
ンサ間の距離を測定し、この測定値からコントローラに
より対象物の位置と傾きが得られ、同コントローラが、
たとえばＸ方向レール、Ｙ方向レール及び傾斜・回転テ
ーブル等を作動させて対象物の設置台の移動や傾きを制
御し、同設置台上の対象物の位置及び傾きを適正にする
ので、いびつな形状の対象物に対しても被検査面の位置
及び傾きを適正に保持できることから、識別性の優れた
検査が短時間で行なわれ、また、オペレータによる試行
錯誤が不要になる等作業性も改善され、実用性にすぐれ
た装置を得ることが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る検査装置の構成を
示す説明図。

【図２】図１の実施の形態におけるコントローラの作動
フローを示す説明図。

【図３】図１の実施の形態による検査データ例を示し、
（ａ）は表示部の映像、（ｂ）は位置Ｘｂにおける縦方
向の温度分布、（ｃ）は位置Ｙａにおける横方向の温度
分布を示す説明図。

【図４】従来の検査装置の構成を示す説明図。

【図５】従来の検査装置による検査データ例を示し、
（ａ）は表示部の映像、（ｂ）は位置Ｘｂにおける縦方
向の温度分布、（ｃ）は位置Ｙａにおける横方向の温度
分布を示す説明図。

【符号の説明】

１０ コントローラ １１ 傾斜・回転テーブル １２ 傾斜・回転レール １３ Ｘ方向移動レール １４ Ｙ方向移動レール １５ 距離測定センサ １７ 移動アーム １８ Ｘ方向移動レール ２０ スタートボタン ２１ ケーブル ２２ ケーブル ３０ 角度設定ダイヤル ３３ 温度が高く表示される部分 ３４ 表示された対象物の形状 ５１ 赤外線カメラ ５２ 赤外線映像信号処理器 ５３ 表示部 ５４ 加熱器 ６１ ケーブル ６２ ケーブル ６３ ケーブル ７２ 対象物 ７３ 空洞

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 保夫 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 千頭 倫太郎 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 西口 善行 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献 特開 昭64−78138（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−41307（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−148309（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175649（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−279850（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−83853（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 25/72

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の設置台、検査対象物との距
   離を測定する複数のセンサ、検査対象物を加熱する加熱
   器、赤外線カメラ、赤外線映像信号処理表示器、及びこ
   れらの機器を制御するコントローラを有してなり、前記
   設置台は検査対象物の設置位置及び設置角度を調節可能
   に構成され、前記センサは前記赤外線カメラの観察方向
   と垂直に移動可能に構成したことを特徴とする赤外線映
   像検査装置。