JP4097079B2 - 欠陥検査方法およびその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートのような低熱伝導性材料から構成された被検査体における内部欠陥を検出する方法およびその装置に関するものである。
従来、コンクリート構造物の浮きや剥離などの内部欠陥を調べる方法として、サーモグラフィ法が知られている。この従来のサーモグラフィ法では、コンクリート構造物などに熱負荷を与えたときに発生するコンクリート表面の局所的な温度変化領域を赤外線サーモグラフィで計測し、計測データを画像として出力して内部欠陥の検査を行う。すなわち、出力された画像は計測した赤外線強度の分布を表現しており、欠陥部位と健全部位の赤外線強度のコントラスト差によって内部欠陥の検出を行うことができる。
出願人は、従来のサーモグラフィ法の応用として、コンクリート構造物などの低熱伝導性材料から構成された被検査体の内部欠陥を検出する際に、その欠陥部位の深さや形状などの情報を定量的かつ高精度に検出することのできる欠陥検査方法およびその装置についての発明を開示している（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、上記文献において出願人が開示した方法においては、被検査体の内部欠陥を定量的かつ高精度に検出することができるものの、熱伝導率の低いコンクリートに対して加熱と冷却を繰り返し行う必要があるため、検査に要する時間が長くなるという問題があった。
また、被検査体を短時間で加熱するために熱源であるヒーターを被検査体に近づけすぎると、被検査体の表面を均一に加熱することができず加熱斑が生じてしまい検査精度が低下するという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、コンクリート構造物などの低熱伝導性材料から構成された被検査体の内部欠陥を検出する際に、その欠陥部位の深さや形状などの情報を定量的、高精度に検出することができるとともに、検査時間を短くして効率的に検査を行うことのできる欠陥検査方法およびその装置を提供することを目的とする。
また、加熱斑を発生させることなく被検査体を加熱して、効果的に検査を行うことのできる欠陥検査方法およびその装置を提供することを目的とする。
（１）この発明にかかる欠陥検査方法は、
加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、
前記計測領域の各単位領域について、表面温度の時間変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違に基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだす欠陥検査方法であって、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記計測は、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続し、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を見いだすことを特徴としている。
加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、
前記計測領域の各単位領域について、表面温度の時間変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違に基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだす欠陥検査方法であって、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記計測は、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続し、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を見いだすことを特徴としている。
したがって、加熱停止期間である冷却過程においても、被検査体の内部へ熱を与え続けることができる。これにより、検査精度を低下させることなく加熱時間を短縮することができ、全体としての検査効率が向上する。
（２）この発明にかかる欠陥検査方法においては、
加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて、加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって行われることを特徴としている。
加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて、加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって行われることを特徴としている。
したがって、欠陥部に到達した熱の拡散によって生じる表面温度の上昇を確実に捉えることができる。これにより、検査精度が向上する。特に、浅い欠陥ほど顕著に温度上昇が生じるため、欠陥を確実に検出することができる。
（３）この発明にかかる欠陥検査方法においては、
計測は、少なくとも、加熱による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続することを特徴としている。
計測は、少なくとも、加熱による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続することを特徴としている。
したがって、少なくとも、熱が到達した深さ地点までの欠陥を捉えることができる。これにより、欠陥部位による表面温度の上昇を確実に検出することができる。
(Ａ)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
被検査体の表面に沿って移動しながら加熱を行い、前記加熱後における計測領域の表面温度に基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだすこと
を特徴としている。
被検査体の表面に沿って移動しながら加熱を行い、前記加熱後における計測領域の表面温度に基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだすこと
を特徴としている。
したがって、被検査体の表面を均一に加熱することができる。これにより、被検査体の欠陥検査を効率よく行うことができる。
(４)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
被検査体は、低熱伝導性材料から構成されたものであること
を特徴としている。
被検査体は、低熱伝導性材料から構成されたものであること
を特徴としている。
したがって、コンクリート構造物や熱伝導性の低い複合材料などの欠陥検査に適用することができる。また、低熱伝導性により温度変動が緩やかであるため、計測する回数を減らすことができる。例えば、連続した複数の計測領域を計測する場合であっても、各計測領域毎に順番に加熱と計測を行うことにより、計測効率を向上させることができる。
(５)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違に基づいて、当該被検査体における欠陥の位置を特定すること
を特徴としている。
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違に基づいて、当該被検査体における欠陥の位置を特定すること
を特徴としている。
したがって、各単位領域間の差異を明確に表現することにより、正確な欠陥位置を特定することができる。
(６)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を、視覚的に認識可能な画像として提示すること
を特徴としている。
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を、視覚的に認識可能な画像として提示すること
を特徴としている。
したがって、各単位領域を画像データの構成単位に対応させることにより、測定領域全体を画像データとして出力することができ、視覚的に欠陥位置の特定を行うことができる。例えば、各単位領域間の相対的相違は、画像データ上においてコントラスト差として表現することができる。
(７)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
相対的相違は、各単位領域における表面温度の時間変化による波形および所定の波形における特徴量の比較に基づいて決定されること
を特徴としている。
相対的相違は、各単位領域における表面温度の時間変化による波形および所定の波形における特徴量の比較に基づいて決定されること
を特徴としている。
したがって、計測データ中に外乱データが含まれていても、所定の波形を参照することにより、高精度な欠陥検出を行うことができる。例えば、コンクリート構造物のような被検査体の場合、すす、遊離石灰などのコンクリート表面の汚れ、日射または反射などによって外乱データが生じるおそれがあり、所定の波形と比較することで外乱か否かの判断を行うことができる。
(８)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
特徴量の比較は、各単位領域における表面温度の時間変化による波形と所定の波形との両波形の相関を示す特定値、または、両波形の位相の差に基づいて行うこと
を特徴としている。
特徴量の比較は、各単位領域における表面温度の時間変化による波形と所定の波形との両波形の相関を示す特定値、または、両波形の位相の差に基づいて行うこと
を特徴としている。
したがって、特徴量の比較を行う際に、欠陥に関する情報をその比較結果の度合いに応じた定量的な値として取得することができる。すなわち、波形の示す様々な指標を特徴量として利用することにより正確な欠陥検査を行うことができる。
(９)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
加熱と加熱停止を所定期間で行うとともに、前記所定の波形の周期を変更して計測し、
各単位領域間の相対的な温度変化の相違が顕著となった所定の波形の周期に基づいて欠陥の深さを推定すること
を特徴としている。
加熱と加熱停止を所定期間で行うとともに、前記所定の波形の周期を変更して計測し、
各単位領域間の相対的な温度変化の相違が顕著となった所定の波形の周期に基づいて欠陥の深さを推定すること
を特徴としている。
したがって、内部欠陥の存在する深さを精度よく推定することができる。また、前記所定の波形の周期を変更して計測を繰り返すことにより、内部欠陥の深さをより正確に推定することができる。さらに、内部欠陥の大きさや厚さも同時に推定することができる。
(１０)この発明にかかる欠陥検査方法においては、
予め欠陥の深さと所定の波形の周期とを対応付けたテーブルに基づいて、欠陥の深さを推定すること
を特徴としている。
予め欠陥の深さと所定の波形の周期とを対応付けたテーブルに基づいて、欠陥の深さを推定すること
を特徴としている。
したがって、テーブルを参照して内部欠陥のより正確な深さを推定することができる。これにより、計測回数の削減を図ることができ検査効率を向上させることができる。
(８)この発明にかかる欠陥検査装置は、
加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置に対して加熱開始指令を行う加熱制御手段と、
加熱停止後における温度計測器からのデータを入力して各単位領域の温度データとして記録するデータ記録手段と、
記録された温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を検出して、被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段とを備え、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであり、
前記欠陥判断手段は、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を判断することを特徴としている。
加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置に対して加熱開始指令を行う加熱制御手段と、
加熱停止後における温度計測器からのデータを入力して各単位領域の温度データとして記録するデータ記録手段と、
記録された温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を検出して、被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段とを備え、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであり、
前記欠陥判断手段は、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を判断することを特徴としている。
したがって、加熱停止期間である冷却過程においても、被検査体の内部へ熱を与え続けることができる。これにより、検査精度を低下させることなく加熱時間を短縮することができ、全体としての検査効率が向上する。
(９)この発明にかかるデータ収集装置は、
加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置に対して加熱開始指令を行う加熱制御手段と、
加熱停止後における温度計測器からのデータを入力して各単位領域の温度データとして記録するデータ記録手段とを備え、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであることを特徴としている。
加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置に対して加熱開始指令を行う加熱制御手段と、
加熱停止後における温度計測器からのデータを入力して各単位領域の温度データとして記録するデータ記録手段とを備え、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであることを特徴としている。
したがって、加熱停止期間である冷却過程においても、被検査体の内部へ熱を与え続けることができる。これにより、検査精度を低下させることなく加熱時間を短縮することができ、全体としての検査効率が向上する。
(Ｂ)この発明にかかる欠陥検査制御装置またはデータ収集装置においては、
被検査体の表面に沿って移動しながら計測領域を加熱するように、加熱装置に対して移動指令を行う加熱装置制御手段を、
さらに備えることを特徴としている。
被検査体の表面に沿って移動しながら計測領域を加熱するように、加熱装置に対して移動指令を行う加熱装置制御手段を、
さらに備えることを特徴としている。
したがって、被検査体の計測領域を均一に加熱することができる。これにより、加熱斑を低減させ、検査精度を向上させることができる。
(１０)この発明にかかる欠陥判断装置は、
被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように加熱された被検査体の表面の加熱停止後において記録された計測領域の各単位領域の温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を検出し被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段を備え、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであり、
前記欠陥判断手段は、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を判断することを特徴としている。
被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように加熱された被検査体の表面の加熱停止後において記録された計測領域の各単位領域の温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を検出し被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段を備え、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであり、
前記欠陥判断手段は、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を判断することを特徴としている。
したがって、計測した被検査体の表面温度データに基づいて、欠陥を正確に検出することができる。
(Ｃ）この発明にかかる加熱装置においては、
被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置であって、
被検査体の表面に沿って移動しながら計測領域を加熱することを特徴としている。
被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置であって、
被検査体の表面に沿って移動しながら計測領域を加熱することを特徴としている。
したがって、被検査体の計測領域を均一に加熱することができる。
以下、本発明における実施形態について、図面を参照して説明する。
１．第１の実施形態
１−１．加熱条件について
１−１−１．加熱距離および加熱時間
図１ａは、加熱距離および加熱時間を変更して、コンクリート構造物としての被検査体の表面に対してヒーターを用いて加熱と冷却（加熱停止）を行い、その表面および所定深部（５０ｍｍ）における温度の経時変化を測定した場合のグラフである。なお、ヒーターの加熱強度は一定であり、温度は被検査体に設置した熱電対を用いて測定した。
１−１．加熱条件について
１−１−１．加熱距離および加熱時間
図１ａは、加熱距離および加熱時間を変更して、コンクリート構造物としての被検査体の表面に対してヒーターを用いて加熱と冷却（加熱停止）を行い、その表面および所定深部（５０ｍｍ）における温度の経時変化を測定した場合のグラフである。なお、ヒーターの加熱強度は一定であり、温度は被検査体に設置した熱電対を用いて測定した。
図１ａのＡは、被検査体の表面とヒーターとの加熱距離を２ｍとし、２０分間の加熱を行った場合のグラフである。図１のＢは、被検査体の表面とヒーターとの加熱距離を０．５ｍとし、１分間の加熱を行った場合のグラフである。
図１ａのＡのグラフに示すように、加熱距離を２ｍ、加熱時間を２０分とした場合に、加熱を停止した後（２０分経過後）において深さ５０ｍｍの位置における内部温度が上昇している。また、図１ａのＢのグラフに示すように、加熱距離を０．５ｍ、加熱時間を１分とした場合にも上記同様に、加熱を停止した後（１分経過後）において深さ５０ｍｍの位置における内部温度が上昇している。
特に、加熱距離を０．５ｍとした場合において、１分間の加熱期間中に深さ５０ｍｍの地点での内部温度の上昇がほとんど見られないにもかかわらず、加熱を停止した後にその内部温度が徐々に上昇している。すなわち、加熱時間を短くして加熱距離を小さくした場合にも、深さ５０ｍｍ地点において温度上昇が生じている。
１−１−２．サーモグラフィ
人工欠陥を有する被検査体（人工欠陥供試体）を、上記の加熱条件で加熱した後において、赤外線サーモグラフィ法を用いて表面温度分布を計測し欠陥検出を行った場合の例を示す。
人工欠陥を有する被検査体（人工欠陥供試体）を、上記の加熱条件で加熱した後において、赤外線サーモグラフィ法を用いて表面温度分布を計測し欠陥検出を行った場合の例を示す。
図１ｂのＡに示す人工欠陥供試体１には、表面からの深さｄが１００ｍｍおよび５０ｍｍの位置に、厚さ１０ｍｍのポリエチレンシートの模擬剥離２、５、厚さ５ｍｍのポリエチレンシートの模擬剥離３、６、厚さ２ｍｍのポリエチレンシートの模擬剥離４、７がそれぞれ埋設されている。
人工欠陥供試体１に対して、（１）加熱距離を２ｍ、加熱時間を２０分とした場合、および（２）加熱距離を０．５ｍ、加熱時間を１分とした場合に、加熱を停止した後（２５分経過後）に赤外線サーモグラフィ（検出波長８〜１３μｍ、ＮＥＴＤ値０．１℃）により表面温度分布を計測した。
図１ｂのＢは、（１）加熱距離を２ｍ、加熱時間を２０分とした場合の温度分布画像である。また、図１ｂのＣは、（２）加熱距離を０．５ｍ、加熱時間を１分とした場合の温度分布画像である。
図１ｂのＢの温度分布画像においては、ｂ１、ｂ２およびｂ３付近が高温で表示されている。これは、模擬欠陥５〜７についての欠陥検出が可能であることを示している。また、図１ｂのＣの温度分布画像においては、ｃ１、ｃ２およびｃ３付近が高温で表示されている。これは、深さ５０ｍｍの模擬欠陥５〜７についての欠陥検出が可能であることを示している。
なお、深さ１００ｍｍの模擬欠陥２〜４については、上記（１）および（２）に示したいずれの加熱条件下においても検出できなかった。また、図１ｂのＢおよびＣの温度分布画像において、模擬欠陥５〜７における表面温度にばらつきがあるのは、加熱時における加熱斑等の影響のためと考えられる。
１−１−３．考察
以上の点について考察すると、熱伝導性の低い被検査体の表面に対して、一定量を超えるような大きな熱量が与えられた場合、被検査体の内部にいわゆる加熱層が発生し、表面温度が下降する冷却期間中にも内部への熱伝導が持続されることが予測される。
以上の点について考察すると、熱伝導性の低い被検査体の表面に対して、一定量を超えるような大きな熱量が与えられた場合、被検査体の内部にいわゆる加熱層が発生し、表面温度が下降する冷却期間中にも内部への熱伝導が持続されることが予測される。
すなわち、コンクリート構造物のように低熱伝導性材料から構成された物体の表面に熱負荷を与えた場合、与えられた熱負荷による熱量が大きい程、加熱を停止した後の加熱停止期間においても内部への熱伝導が持続される。
したがって、持続された内部への熱伝導が検出対象となる欠陥の深さ地点にまで到達し、熱の到達によって生じた温度上昇に基づく表面温度の変化を測定することができれば、少なくとも当該地点までの深さに存在する欠陥の検出が加熱停止後においても可能となる。
この知見に基づいて、コンクリート構造物としての被検査体を加熱し、検査効率を飛躍的に向上させた欠陥検査方法について以下説明する。
１−２．欠陥検査
物体に一定周期で変動する熱負荷を与えたとき、物体の内部には波動状の熱移動が生じ、物体の表面温度も一定の周期・振幅で変動する。もし、物体中に欠陥が存在すれば、波動状に変動する表面温度分布にも欠陥の影響が表れる。このような一定周期の表面温度変動を時系列で計測し、計測データと所定の波形との相関処理に基づいて物体の内部欠陥を検出することができる。
物体に一定周期で変動する熱負荷を与えたとき、物体の内部には波動状の熱移動が生じ、物体の表面温度も一定の周期・振幅で変動する。もし、物体中に欠陥が存在すれば、波動状に変動する表面温度分布にも欠陥の影響が表れる。このような一定周期の表面温度変動を時系列で計測し、計測データと所定の波形との相関処理に基づいて物体の内部欠陥を検出することができる。
例えば、前記相関処理は、表面温度変動の計測データと所定周期の参照波形とを同期させることによって行い、各単位領域における参照波形との位相の遅れ値の差（位相差）を相関データとして出力する。すなわち、位相差が生じている単位領域が、内部欠陥の存在する部位を表している。したがって、前記相関データを視覚的に認識しやすい画像データに変換し、内部欠陥の存在する部位を画像データ上にコントラスト差として表示させることで欠陥検査を行うことができる。
１−２−１．欠陥検査システムの概要
図１に、本発明を実現する欠陥検査システムの概略構成を機能ブロック図で示す。この図において、欠陥検査制御装置１０は、加熱装置１７に対して加熱・加熱停止を制御する加熱制御手段１１と、温度計測器１９が計測した被検査体の表面温度の計測データを入力して記録するデータ記録手段１３と、データ記録手段１３に記録された計測データを読み出して所定の参照波形との特徴量の比較を行い内部欠陥を判断する欠陥判断手段１５を備えている。
図１に、本発明を実現する欠陥検査システムの概略構成を機能ブロック図で示す。この図において、欠陥検査制御装置１０は、加熱装置１７に対して加熱・加熱停止を制御する加熱制御手段１１と、温度計測器１９が計測した被検査体の表面温度の計測データを入力して記録するデータ記録手段１３と、データ記録手段１３に記録された計測データを読み出して所定の参照波形との特徴量の比較を行い内部欠陥を判断する欠陥判断手段１５を備えている。
１−２−２．欠陥検査システムの装置の構成
図２に、前記欠陥検査システムを実現する装置の構成図を示す。被検査体２０は、内部欠陥の検査を行うコンクリート壁を示している。被検査体２０に対向して、この被検査体２０に熱負荷を与えるヒーター２１を設置する。なお、ヒーター２１は、被検査体２０に対して均質な熱負荷を与えるため、熱負荷の出力を調整することのできるリレー装置２５に接続されている。リレー装置２５を設けることにより、ヒーター２１の中心部における照射量を調整し、被検査体２０の中心部が周辺部に比べて高温にならないようにしている。
図２に、前記欠陥検査システムを実現する装置の構成図を示す。被検査体２０は、内部欠陥の検査を行うコンクリート壁を示している。被検査体２０に対向して、この被検査体２０に熱負荷を与えるヒーター２１を設置する。なお、ヒーター２１は、被検査体２０に対して均質な熱負荷を与えるため、熱負荷の出力を調整することのできるリレー装置２５に接続されている。リレー装置２５を設けることにより、ヒーター２１の中心部における照射量を調整し、被検査体２０の中心部が周辺部に比べて高温にならないようにしている。
信号発生装置２７は、リレー装置２５およびコンピュータ装置２９に接続されており、コンピュータ装置２９から受けた加熱開始指令に基づいて、リレー装置２５を制御するための信号を発生する。
赤外線カメラ２３は、被検査体１に対向して設置されるとともに、コンピュータ装置２９に接続されており、被検査体１の表面温度を時系列で計測し、この計測データをコンピュータ装置２９に出力する。
計測データの出力を受けて、コンピュータ装置２９は、データ記録手段１３によって計測データを記録し、欠陥判断手段１５によって被検査体２０の内部欠陥を判断して画像出力を行う。
なお、図１における、欠陥検査制御装置１０は、コンピュータ装置２９および信号発生装置２７によって実現される。加熱装置１７は、ヒーター１７およびリレー装置２５によって実現される。温度計測器１９は、赤外線カメラ２３によって実現される。
１−２−３．コンピュータ装置のハードウェア構成図
図３に、コンピュータ装置２９のハードウェア構成図を示す。この装置は、ＣＰＵ３０、メモリ３１、ディスプレイ３３、ハードディスク３５（記憶装置）、キーボード／マウス３７、通信回路３９、を備えている。
図３に、コンピュータ装置２９のハードウェア構成図を示す。この装置は、ＣＰＵ３０、メモリ３１、ディスプレイ３３、ハードディスク３５（記憶装置）、キーボード／マウス３７、通信回路３９、を備えている。
通信回路３９は、他の装置との接続を行うための回路である。ハードディスク３５には、欠陥判断のためのプログラム、参照波形および画像表示のためのプログラムなどが記録されている。
１−２−４．欠陥検査制御装置におけるフローチャート
図４に、欠陥検査を行う場合の欠陥検査制御装置１０におけるフローチャートを示す。まず、欠陥検査制御装置１０において、コンピュータ装置２９のＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対して、予め設定された加熱条件を出力する（ステップＳ４０１）。ここで加熱条件とは、被検査体２０に熱負荷を与える時間およびその繰り返し回数を与えるものである。なお、振幅は一定値とし、デューティサイクルは５０％としている。
図４に、欠陥検査を行う場合の欠陥検査制御装置１０におけるフローチャートを示す。まず、欠陥検査制御装置１０において、コンピュータ装置２９のＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対して、予め設定された加熱条件を出力する（ステップＳ４０１）。ここで加熱条件とは、被検査体２０に熱負荷を与える時間およびその繰り返し回数を与えるものである。なお、振幅は一定値とし、デューティサイクルは５０％としている。
なお、前記加熱条件は、信号発生装置２７に与えられた後、波形信号に変換されてリレー装置２５に出力される。リレー装置２５は、入力した波形信号に基づいてヒーター２１を作動させる。これにより、所定の加熱条件で被検査体２０に熱負荷を与える。
なお、本実施形態においては、上記の考察で得られた知見に基づいて欠陥検査を行うため、被検査体２０とヒーター２１との設置距離である加熱距離を０．５ｍ、被検査体２０に対してヒーター２１に熱を与える時間である加熱時間を２分として欠陥検査を行う。
所定の加熱条件で加熱・加熱停止を行いつつ、赤外線カメラ２３を用いて、特に加熱停止期間における被検査体２０の表面温度を計測する。
図４ａに、リレー装置２５がヒーター２１に出力する加熱制御のための信号４０および、この信号４０に基づいて加熱された被検査体２０の表面における温度変動曲線４１の関係を示す。すなわち、図４ａに示す計測期間４５における温度変動データを計測する。
この計測データは、接続されたコンピュータ装置２９に出力され、ハードディスク３５等に記録される（ステップＳ４０２）。この計測処理を所定時間毎に繰り返すことにより、加熱停止期間における、計測時刻毎の表面温度変動の計測データを取得する。なお、計測データは、被検査体２０における測定領域の各単位領域毎の表面温度データである。
所定の繰り返し回数において上記の処理を行った後、計測を終了する（ステップＳ４０３）。なお、本実施形態においては、加熱・加熱停止を行う繰り返し回数を１回としている。
計測終了を受けて、コンピュータ装置２９のＣＰＵ３０は、計測データの解析処理を行う（ステップＳ４０４）。
１−２−４−１．計測データの解析処理
図５は、計測データの解析処理におけるフローチャートである。ここで、被検査体２０における測定領域の各単位領域毎の表面温度データをＫで表し、時刻ｔ、単位領域ｉにおける温度をＫtiとする。ＣＰＵ３０は、このＫtiを各領域毎にハードディスク３５から呼び出し、メモリ３１に記憶する（ステップＳ５０１）。
図５は、計測データの解析処理におけるフローチャートである。ここで、被検査体２０における測定領域の各単位領域毎の表面温度データをＫで表し、時刻ｔ、単位領域ｉにおける温度をＫtiとする。ＣＰＵ３０は、このＫtiを各領域毎にハードディスク３５から呼び出し、メモリ３１に記憶する（ステップＳ５０１）。
ＣＰＵ３０は、時刻ｔにおける参照波形Ｒtをハードディスク３５から呼び出す（ステップＳ５０２）。なお、前記参照波形Ｒtは、例えばその周期を４０分とするアナログ信号である。
ＣＰＵ３０は、時刻ｔ、領域ｉにおける参照波形Ｒtとの位相差Ｐtiを算出する（ステップＳ５０３）。以下に、位相差Ｐtiの算出過程を示す。
ＣＰＵ３０は、前記参照波形Ｒtを方形波に変換した後、同じ周波数をもつｓｉｎ波およびｃｏｓ波のデジタルデータＳｉｎ(ｔ)およびＣｏｓ(ｔ)を生成する。
次に、時刻ｔ、単位領域ｉにおける温度Ｋtiによって決定されるデジタル信号Ｖ(ｔ)と、参照波形Ｓｉｎ(ｔ)およびＣｏｓ(ｔ)の間で、次式の演算処理を行う。
ただし、ΔＶsinは参照波形に同期する赤外線強度の変動振幅を表し、ΔＶcosは、参照波形と９０度位相がずれたｃｏｓ波に同期する赤外線強度の変動振幅を表す。なお，Ｎは信号処理における取り込みフレーム数である。
表面温度変動が、変動熱負荷の位相と完全に一致している場合には、ΔＶcosは０となる。熱拡散などの影響により、表面温度変動が、変動熱負荷の位相からずれる場合には、ΔＶcosの成分が表れる。この場合には、次式により温度変動振幅の絶対値ΔＶおよび位相遅れθを求めることができる。
ここで、求めたθを、時刻ｔ、単位領域ｉにおける参照波形Ｒtとの位相差Ｐtiと定義する。
ＣＰＵ３０は、次の単位領域における位相差を求めるため、ｉに１を加算してｉ＋１とする（ステップＳ５０４）。さらに、ｉが全領域数Ｉを越えるまで（ステップＳ５０５，ＹＥＳ）、ステップＳ５０１〜５０４の処理を繰り返し位相差Ｐtiを求める（ステップＳ５０５，ＮＯ）。
次に、ＣＰＵ３０は、時刻ｔにΔｔを加算して時刻をｔ＋Δｔとし（ステップＳ５０６）、所定の解析時間Ｔを越えるまで（ステップＳ５０７，ＹＥＳ）、ステップＳ５０１〜５０６を繰り返す（ステップＳ５０７，ＮＯ）。
このように、位相差Ｐtiを求める信号処理が、赤外線カメラ２３内の赤外線センサの各ピクセル毎つまり全領域数Ｉ回、赤外線カメラ２３が計測した取り込みフレーム数Ｎ回行われる。
１−２−４−２．解析画像の表示
計測データの解析処理を終えたＣＰＵ３０は、時刻Ｔにおける位相差ＰTｉを各領域について呼び出した後、これに基づいて計測領域全体の画像データを生成し（ステップＳ４０５）、ディスプレイ３３に出力を行う（ステップＳ４０６）。すなわち、ＣＰＵ３０は、入力した位相差を所定の表示色に対応させて画像データを生成し、これを表示する。
計測データの解析処理を終えたＣＰＵ３０は、時刻Ｔにおける位相差ＰTｉを各領域について呼び出した後、これに基づいて計測領域全体の画像データを生成し（ステップＳ４０５）、ディスプレイ３３に出力を行う（ステップＳ４０６）。すなわち、ＣＰＵ３０は、入力した位相差を所定の表示色に対応させて画像データを生成し、これを表示する。
図６（Ａ）に、上記に示した欠陥検査システムを適用して、人工欠陥を有するコンクリート試験体にかかる欠陥検査を行った場合の画像データの表示の例を示す。なお、この画像は、図６（Ｂ）に示す人工欠陥１〜６を有するコンクリート試験体を計測したものである。前記人工欠陥１〜６は、それぞれ深さと厚さが異なる欠陥をコンクリート中に埋め込まれて作製されている。
例えば、人工欠陥１〜３は表面からの深さが１００ｍｍであり、人工欠陥４〜６は表面からの深さが５０ｍｍである。また、人工欠陥１、４は欠陥厚さが１０ｍｍであり、人工欠陥２、５は欠陥厚さが５ｍｍであり、人工欠陥３、６は欠陥厚さが２ｍｍである。
図６Ａにおいて、右側の列６１に３つ鮮明にコントラスト差として表示されている部分が、人工欠陥４〜６にそれぞれ対応している。なお、人工欠陥１〜３は、左側の列６０に表示されているが、そのコントラストはあまり鮮明ではない。
図７は、計測領域の単位領域における計測データと参照波形との位相差をグラフで示した例である。赤外線カメラ２３が計測した計測領域のフレームにおける各単位領域ｉにおける位相差Ｐtiは、欠陥部の温度変動曲線７１に近似した参照波形Ｒ71と、健全部の温度変動曲線７３に近似した参照波形Ｒ73との位相差で表現することができる。
１−２−５．まとめ
このように、ヒーター２１と被検査体２０との加熱距離を小さくとることにより、加熱時間が短くても十分に精度の高い欠陥検査を行うことができる。特に、加熱を停止した後の冷却期間における計測時間を長くすることにより、より深い欠陥部にまで到達した熱による表面温度上昇を計測することができる。
このように、ヒーター２１と被検査体２０との加熱距離を小さくとることにより、加熱時間が短くても十分に精度の高い欠陥検査を行うことができる。特に、加熱を停止した後の冷却期間における計測時間を長くすることにより、より深い欠陥部にまで到達した熱による表面温度上昇を計測することができる。
なお、この場合の計測に用いられる赤外線カメラは、前記表面温度上昇を見分けることができる程度の温度分解能を有していればよい。ここで、ヒーター２１から被検査体２０に与えられる熱量は、欠陥検査の対象となる深さ地点において、少なくとも温度上昇が生じる程度の熱量である。
これにより、コンクリート構造物としての被検査体の欠陥検査における検査効率および検査精度をより向上させることができる。特に、比較的大規模な加熱装置を用いて行う加熱工程を、従来の２０分から１分に短縮することができるため、検査にかかる作業効率を約２０倍に向上させることができる。
加熱中において欠陥部位にまで熱が到達している場合には、その欠陥部位の表面温度変化が顕著に現れる。このため、加熱中の表面温度変化を計測したいという要望があった。しかしながら、表面からの熱反射があるため、加熱中における表面温度を正確に計測することは困難であった。
本実施形態に示したように、加熱距離を小さくするなどして加熱強度を強めた場合、加熱を停止した後においても表面付近の内部温度が上昇するため、加熱後においても加熱中と同様の内部温度上昇を生じさせて、表面温度を計測することができる。このため、表面付近ほど健全部と欠陥部における表面温度の差がより顕著に表れ、浅い欠陥ほどより正確に検出することができる。
さらに、短い時間で急速に加熱することにより、被検査体の内部の各深部間における温度勾配を大きくすることができる。これにより、ゆっくりと加熱した場合に比べて、深部に存在する欠陥を正確に検出することができる。
２．第２の実施形態
第１の実施形態においては、参照波形Ｒtの周期を４０分として欠陥検出を行ったが、別の観点から考察すると、熱負荷（加熱距離０．５ｍ、加熱時間２分）および参照波形Ｒtの周期（４０分）の関係が、深さ５０ｍｍの人工欠陥４〜６を検出するのに適していたとも考えられる。
第１の実施形態においては、参照波形Ｒtの周期を４０分として欠陥検出を行ったが、別の観点から考察すると、熱負荷（加熱距離０．５ｍ、加熱時間２分）および参照波形Ｒtの周期（４０分）の関係が、深さ５０ｍｍの人工欠陥４〜６を検出するのに適していたとも考えられる。
上記においては、参照波形の周期を４０分としているが、画像データとして表示される欠陥部と健全部の位相差は、参照波形の周期によって変動する。
したがって、温度変動曲線に適した周期の参照信号を用いることによって、健全部と欠陥部における位相差をより明確に捉えることができ、温度変動曲線における温度差が小さい場合であっても相関処理の精度を向上させることができる。
上述したように、画像データとして表示される位相差は、相関処理に用いられる参照波形の周期によって変動するため、検査を行う欠陥の深さに応じて最適な周期をもつ参照波形を用いると、精度の高い欠陥検査を行うことができる。
図８のＡ〜Ｃは、図８のＤに示す人工欠陥供試体を１回のみ計測して得られた表面温度データに基づいて、参照波形の周期を変更して上記の相関処理を行い、当該処理結果に基づいて作成した位相分布画像である。
図８のＡ〜Ｃに示すように、欠陥深さ２０ｍｍの欠陥４〜６を示すコントラスト差は、周期が２０分、４０分において鮮明に表示されており、特に、周期が４０分のときに最も鮮明にコントラスト差が表示されている。
また、同様に、欠陥深さ３０ｍｍの欠陥１〜３を示すコントラスト差は、周期が２０分、４０分において鮮明に表示されており、特に、周期４０分のときに最も鮮明にコントラスト差が表示されている。
上記の実験を欠陥深さを変更した人工欠陥供試体について行い、その結果に基づいて得られた位相差と参照信号の周期の関係を表すグラフを図９のＡに示す。また、このグラフに基づいて作成した参照波形の周期と欠陥深さの関係テーブルの例を図９のＢに示す。
図９のＢに示すように、各欠陥深さ毎において位相差が最も大きくなるときの参照波形の周期が、最適な周期であると考えられる。例えば、欠陥深さ「１０ｍｍ」のときの最大位相差は「２３．５°」であることより、この欠陥深さを検査する時の最適な参照波形の周期は、「２０分」である。
同様に、欠陥深さ「２０ｍｍ」、「３０ｍｍ」、「５０ｍｍ」のときの最大位相差はそれぞれ「１３．０°」、「３．０°」、「１．５°」であることより、これらの欠陥深さを検査する場合の最適な参照波形の周期は、それぞれ「４０分」、「２０分」、「４０分」である。
なお、前記最適な参照波形の周期が、［特許請求の範囲］において示した「相違が顕著となった所定の波形の周期」に該当する。
したがって、図９のＢに示した関係テーブルを使用することにより、被検査体２０において検査を行う欠陥深さに応じて、最適な参照波形の周期を設定することができる。これにより、計測回数の低減を図ることができ、検査効率を向上させることができる。
本実施形態においては、参照波形の周期と欠陥深さの関係テーブルを使用して、検査効率を高めた欠陥検査方法について説明する。
２−１．欠陥検査の概要
第１の実施形態においては、人工欠陥を有するコンクリート試験体にかかる欠陥検出を行ったが、本実施形態においては、実際に経年劣化による内部欠陥を有するコンクリート構造物について、本発明による欠陥検査システムを適用した場合について説明する。
第１の実施形態においては、人工欠陥を有するコンクリート試験体にかかる欠陥検出を行ったが、本実施形態においては、実際に経年劣化による内部欠陥を有するコンクリート構造物について、本発明による欠陥検査システムを適用した場合について説明する。
なお、欠陥検査を行うコンクリート構造物は、前記コンクリート試験体と同条件の材料・環境で作製されたものとし、図９のＢに示した、欠陥の深さと参照波形の周期の関係を表した参照テーブルを使用するものとする。
２−２．欠陥深さの推定方法
まず、検査対象となるコンクリート構造物について、その検査範囲におけるコンクリートの厚さや鉄筋かぶりの厚さを調べ、欠陥検査を行う最大深さを決定する。なお、鉄筋かぶりの厚さを調べる際には、超音波、マイクロ波レーダまたは電磁誘導などを利用した検査装置を使用すればよい。
まず、検査対象となるコンクリート構造物について、その検査範囲におけるコンクリートの厚さや鉄筋かぶりの厚さを調べ、欠陥検査を行う最大深さを決定する。なお、鉄筋かぶりの厚さを調べる際には、超音波、マイクロ波レーダまたは電磁誘導などを利用した検査装置を使用すればよい。
次に、要求される検査効率から計測する回数を決定し、図９のＢに示した参照テーブルから前記最大深さに対応する参照波形の周期を決定して計測を行う。例えば、本実施形態においては、調査の結果、最大深さは５０ｍｍと考えられるので、参照テーブルにより参照波形の周期を２０〜４０分、計測回数を１回、加熱時間を２分とした。
図１０は、コンクリート構造物に本発明による欠陥検査システムを適用することによって得られた画像データを表示したものである。なお、図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ参照波形の周期Ｔを２０〜４０分と変更して計測しており、それぞれの画像において画像中央部に欠陥が存在していることが明瞭に表示されている。
以下(i)〜(iii)に示すように、これらの画像および前記参照テーブルにより、この欠陥に関する定量的な情報を推定することができる。
(i) 図１０（Ａ）では、画像中心の欠陥の輪郭部１０１が全体に対するコントラスト差として鮮明に表示されている。このコントラスト差が位相差２０°付近を示している場合、参照テーブルによりこの範囲の欠陥深さは、１０ｍｍ前後であると推定できる。すなわち、表面から１０ｍｍ前後において欠陥が存在している。
(ii) 図１０（Ｂ）では、画像中心の欠陥の輪郭部１０３を示すコントラスト差が、図１０（Ａ）と比較すると、中心に向かって拡大するように表示されている。このコントラスト差が位相差７°付近を示している場合、参照テーブルによりこの範囲の欠陥深さは２０ｍｍ前後であり、この範囲における欠陥は１０ｍｍの範囲の欠陥よりも空洞部がより大きいものであると推定することができる。
(iii) 図１０（Ｃ）では、画像中心の欠陥の輪郭部１０５を示すコントラスト差が、図１０（Ｂ）と比較すると、さらに中心に向かって拡大するように表示されている。このコントラスト差が位相差３°付近を示している場合、参照テーブルによりこの範囲の欠陥深さは３０ｍｍ前後であり、この範囲における欠陥は２０ｍｍの範囲の欠陥よりも空洞部がより大きいものであると推定することができる。
これにより、この内部欠陥は、コンクリート構造物の表面から深さ１０ｍｍ〜３０ｍｍの位置に存在し、表面から内部への垂直方向に向かって先細りした形状の浮きであることが推定できる。
なお、図１１に、今回計測したコンクリート構造物の内部欠陥部分を、採取したときの例を示す。図１１（Ａ）に示すように、この内部欠陥部分は、図１０に示した画像における内部欠陥のコントラスト差の輪郭部とほぼ同形状の輪郭を有している。また、図１１（Ｂ）は、この内部欠陥部の側面を示しており、その厚みは２０〜３０ｍｍであった。
このように、本発明を適用した欠陥検査システムを用いてコンクリート構造物の欠陥検査を行うことで、その内部欠陥にかかる深さを同定するとともに、その大きさや厚さなどの内部欠陥の定量的な情報を推定することが可能となる。これにより、欠陥検査における検査効率を高めることができ、欠陥の事故確率に応じて効果的な対策を講じるリスクベースメンテナンスが可能となる。
２−３．欠陥検査制御装置におけるフローチャート
図１２に、２−２．に示した欠陥深さの推定方法を利用して内部欠陥を自動推定する欠陥検査制御装置１０におけるフローチャートを示す。
図１２に、２−２．に示した欠陥深さの推定方法を利用して内部欠陥を自動推定する欠陥検査制御装置１０におけるフローチャートを示す。
まず、欠陥検査制御装置１０であるコンピュータ装置２９において、検出する欠陥の最大深さを入力する（ステップＳ１２０１）。なお、この時入力する最大深さは、２−２．に示すように、コンクリート構造物の事前調査によって決定すればよい。
次に、要求される検査効率に基づいて、計測する回数および使用する参照波形の周期の範囲を入力する（ステップＳ１２０２）。なお、この周期の範囲は、前記最大深さに応じてＣＰＵ３０が自動的に判断するようにしてもよい。
欠陥検査制御装置１０において、コンピュータ装置２９のＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対して加熱条件を出力する（ステップＳ１２０３）。ここで加熱条件とは、被検査体２０に熱負荷を与える時間およびその繰り返し回数を与えるものである。なお、加熱距離は０．５ｍ、加熱時間は２分で振幅は一定値とし、デューティサイクルは５０％としている。
前記加熱条件は、信号発生装置２７に与えられた後、波形信号に変換されてリレー装置２５に出力される。リレー装置２５は、入力した波形信号に基づいてヒーター２１を作動させる。これにより、所定の加熱条件で被検査体２０に熱負荷を与える。
所定の加熱条件で加熱・加熱停止を行いつつ、赤外線カメラ２３を用いて、特に加熱停止期間における被検査体２０の表面温度を計測する。この計測データは、接続されたコンピュータ装置２９に出力され、ハードディスク３５等に記録される（ステップＳ１２０４）。この計測処理を１度のみ行うことにより、加熱停止期間における、計測時刻毎の表面温度の計測データを取得する。なお、計測データは、被検査体２０であるコンクリート構造物における測定領域の各単位領域毎の表面温度データである。
上記計測処理を終了すると、ＣＰＵ３０は、上記ステップ１２０２において設定された参照波形の周期を読み込む（ステップＳ１２０５）。例えば、周期として２０分、３０分、４０分が設定されている場合、一番小さい周期である２０分を読み込む。
ＣＰＵ３０は、読み込んだ参照波形の周期を使用して、計測データの解析処理を行う（ステップＳ１２０６）。なお、ステップＳ１２０６に示す計測データの解析処理は、第１の実施形態の図５に示した処理と同様である。
各参照波形の周期における計測データの解析処理を終えたＣＰＵ３０は、時刻Ｔにおける位相差ＰTｉを各領域について呼び出し、これに基づいて欠陥の有無を判断する。さらに、ＣＰＵ３０は、欠陥であると判断した領域の位相差を示す相関データに基づいて、当該欠陥の存在する深さを判定する（ステップＳ１２０７）。すなわち、各領域の位相差と、参照波形の周期と欠陥深さの関係を示した参照テーブル１２０とを参照して、欠陥を示していると判断した領域の深さを判定する。
ステップＳ１２０６の解析処理およびステップＳ１２０７の判定処理を終えると、ＣＰＵ３０は、設定されたすべての周期について解析処理を行ったか否かを判断する（ステップＳ１２０８）。未処理の周期があれば、ステップＳ１２０５に戻り別の周期を読み込んでステップＳ１２０６〜１２０７を繰り返す。例えば、設定された２０分、３０分、４０分のそれぞれの周期について、上記ステップＳ１２０６〜Ｓ１２０７を繰り返す。
ＣＰＵ３０は、計測領域全体の画像データを生成し、図１０に示す画像データをディスプレイ３３に出力する（ステップＳ１２０９）。なお、本実施形態においては、各画面において欠陥部分の深さの値が同時に表示されているものとする（図示せず）。
また、ステップＳ１２０７において判定した欠陥深さを利用して、図１３に示すような、欠陥形状の推定画面を同時に表示してもよい。これにより、欠陥部位における定量的な情報を画像データとして表示させ、欠陥検査における検査結果の確認が容易となり、特別な判断知識を有していない者であっても内部欠陥を見いだすことができる。なお、図１３においては、欠陥部位を二次元的に表現しているが、三次元形状として表現してもよい。これにより、より詳細な欠陥に関する情報を取得することができる。
３．第３の実施形態
上記においては、被検査体２０に対して強力な熱負荷を与えるため、ヒーター２１と被検査体２０における加熱距離を０．５ｍに設定して欠陥検査を行う例について説明した。
上記においては、被検査体２０に対して強力な熱負荷を与えるため、ヒーター２１と被検査体２０における加熱距離を０．５ｍに設定して欠陥検査を行う例について説明した。
しかしながら、被検査体２０にヒーター２１を近づけすぎることによって、加熱斑が発生する場合があり、検査精度が低下するといった問題も生じる可能性がある。
そこで、加熱斑の問題を解決することのできる欠陥検査システムについて以下説明する。
３−１．欠陥検査システムの装置の構成
本実施形態における欠陥検出システムの機能ブロック図は第１の実施形態において示した図１と同様である。また、欠陥検査制御装置にかかるコンピュータ装置２９のハードウェア構成は、第１の実施形態において示した図３と同様である。
本実施形態における欠陥検出システムの機能ブロック図は第１の実施形態において示した図１と同様である。また、欠陥検査制御装置にかかるコンピュータ装置２９のハードウェア構成は、第１の実施形態において示した図３と同様である。
図１４に、本実施形態における欠陥検査システムを実現する装置の構成図を示す。被検査体２０は、内部欠陥の検査を行うコンクリート壁を示している。
被検査体２０に対向して、この被検査体２０に熱負荷を与えるヒーター２１およびヒーター移動装置２２を設置する。ヒーター２１は、第１の実施形態と同様に、リレー装置２５に接続されている。ヒーター移動装置２２は、被検査体２０の表面に沿ってヒーターを移動させるための装置であって、当該移動についての制御を行うコンピュータ装置２９と接続されている。
信号発生装置２７は、第１の実施形態と同様に、リレー装置２５およびコンピュータ装置２９に接続されている。
赤外線カメラ２３およびカメラ移動装置２４は、被検査体１に対向して設置されるとともに、それぞれがコンピュータ装置２９に接続されている。
カメラ移動装置２４は、被検査体２０の表面に沿って赤外線カメラを移動させるための装置であって、当該移動についての制御を行うコンピュータ装置２９と接続されている。
なお、図１における、欠陥検査制御装置１０は、コンピュータ装置２９および信号発生装置２７によって実現される。加熱装置１７は、ヒーター１７、ヒーター移動装置２２およびリレー装置２５によって実現される。温度計測器１９は、赤外線カメラ２３およびカメラ移動装置２４によって実現される。
３−２．欠陥検査制御装置におけるフローチャート
図１５に、欠陥検査を行う場合の欠陥検査制御装置１０におけるフローチャートを示す。欠陥検査制御装置１０において、コンピュータ装置２９のＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対して、予め設定された加熱条件を出力するとともに、ヒーター移動装置２２に対して移動条件を出力する（ステップＳ１４００）。
図１５に、欠陥検査を行う場合の欠陥検査制御装置１０におけるフローチャートを示す。欠陥検査制御装置１０において、コンピュータ装置２９のＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対して、予め設定された加熱条件を出力するとともに、ヒーター移動装置２２に対して移動条件を出力する（ステップＳ１４００）。
ここで、加熱条件とは、第１の実施形態と同様に、被検査体２０に熱負荷を与える時間およびその繰り返し回数を与えるものである。また、移動条件とは、ヒーター移動装置２２に移動速度および移動距離を与えるものである。
例えば、ヒーター移動装置２２は、移動速度に基づいて車輪を回転させるためのモータを駆動し、所定の移動速度でヒーターを移動させる。また、所定の移動距離を移動した後に、モーターを停止させ移動を完了する。
これにより、ヒーター２１は、被検査体２０の表面に沿って移動しながら加熱を行うことができる。例えば、ヒーター２１の照射幅が１ｍであるとき、毎分０．５ｍの速度でヒーター移動装置２２を移動させると、実質的に１ｍの計測領域を約２分間加熱することができる。
ヒーター２１による加熱が終了すると、ヒーター移動装置２２は、所定の距離を移動してから停止する。その後ＣＰＵ３０は、赤外線カメラ２３に対して計測条件を出力するとともに、カメラ移動装置２４に対して移動条件を出力する（ステップＳ１４０１）。
ここで、計測条件とは、赤外線カメラ２３が被検査体２０の表面温度を計測する計測時間および計測タイミング等を与えるものである。また、移動条件とは、ヒーター移動装置２２と同様に、カメラ移動装置２４に移動速度および移動距離を与えるものである。
ヒーター２１による加熱終了後、カメラ移動装置２４は、赤外線カメラ２３を加熱を終えたばかりの計測領域の正面にまで移動させる。赤外線カメラ２３は、前記計測領域の表面温度を前記計測時間および計測タイミングに基づいて計測する（ステップＳ１４０２）。
所定の加熱条件、計測条件または移動条件において上記の処理を行った後、ＣＰＵ３０は計測を終了する（ステップＳ１４０３）。
なお、計測後における計測データの解析処理（ステップＳ１４０４）、画像データの生成処理（ステップＳ１４０５）および画像データの出力処理（ステップＳ１４０６）については、第１の実施形態と同様である。
これにより、熱源であるヒーター２１を被検査体２０に近づけけた場合であっても、加熱斑を防止して被検査体の表面を均一に加熱することができ、検査精度をさらに向上させることができる。
また、ヒータ移動装置２２およびカメラ移動装置２４を用いて、被検査体２０の表面に沿って移動しながらヒータ２１による加熱と赤外線カメラ２３による温度計測を繰り返し行うことにより（例えば、上記ステップＳ１４００〜Ｓ１４０３）、被検査体２０の連続する複数の計測領域について連続的に欠陥検査を行うことができる。
４．その他の実施形態
上記実施形態においては、被検査体１としてコンクリート材料を使用しているが、例えば、ＣＦＲＰなどの低熱伝導性材料から構成された複合材料における欠陥検査にも本発明は適用可能である。
上記実施形態においては、被検査体１としてコンクリート材料を使用しているが、例えば、ＣＦＲＰなどの低熱伝導性材料から構成された複合材料における欠陥検査にも本発明は適用可能である。
上記実施形態においては、加熱・加熱停止を行う繰り返し回数を１回としているが、被検査体の性質によっては複数回繰り返してもよい。なお、この場合、被測定物表面における熱源の反射が影響しなければ、加熱・加熱停止期間の両期間における温度変動を連続して計測すればよい。
上記実施形態においては、欠陥部位を求める際の特徴量として、計測データから得られる波形と所定の参照波形との位相差を用いたが、他の指標を特徴量として用いてもよい。例えば、計測データの時間変化における温度勾配データ、当該温度勾配データの時間変化データ、計測データについてフーリエ解析を行った場合の周波数成分データ、計測データ波形のピーク値または当該ピーク値への到達時間などを特徴量としてもよい。
また、正弦波・余弦波曲線を用いて相関処理を行ったが、対数曲線やその他の多項式曲線を用いてもよい。
さらに、これらの特徴量の比較を行う際に、各計測データと所定の参照波形との相関処理によって計測データ同士を間接的に比較しているが、各計測データを直接的に比較してもよい。例えば、各計測データのピーク値を比較すること等がこれに該当する。
上記実施形態においては、参照波形の周期と欠陥深さの関係テーブルを使用して欠陥部位にかかる定量的な情報を取得しているが、さらに欠陥厚さを加えた関係テーブルを使用してもよい。この場合、より精度の高い欠陥検出が可能となる。
上記実施形態においては、欠陥検査制御装置１０をコンピュータ装置２９および信号発生装置２７から構成したが、当該欠陥検査制御装置１０を、加熱制御手段１１およびデータ記録手段１３を実現するデータ収集装置と欠陥判断手段１５を実現する欠陥判断装置とを、それぞれ別の装置から構成してもよい。例えば、通信回線を利用してこれらの装置を接続することで、欠陥検査における遠隔操作が可能となる。
上記実施形態においては、ヒーター２１を用いて被検査体２０に熱負荷を与えるようにしたが、被検査体２０の表面を強力に加熱することができれば他の手法を用いてもよい。例えば、被検査体２０の表面を湿らせておき、遠隔からマイクロ波を照射して熱負荷を与えてもよい。
１０・・・欠陥検査制御装置
１１・・・加熱制御手段
１３・・・データ記録手段
１５・・・欠陥判断手段
１７・・・加熱装置
１９・・・温度計測器
１１・・・加熱制御手段
１３・・・データ記録手段
１５・・・欠陥判断手段
１７・・・加熱装置
１９・・・温度計測器
Claims (10)
- 加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、
前記計測領域の各単位領域について、表面温度の時間変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違に基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだす欠陥検査方法であって、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記計測は、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続し、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を見いだすこと
を特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項１の欠陥検査方法において、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違に基づいて、当該被検査体における欠陥の位置を特定すること
を特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項１または２の欠陥検査方法において、
各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を、視覚的に認識可能な画像として提示すること
を特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項３の欠陥検査方法において、
前記相対的相違は、各単位領域における表面温度の時間変化による波形および所定の波形における特徴量の比較に基づいて決定されること
を特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項４の欠陥検査方法において、
前記特徴量の比較は、各単位領域における表面温度の時間変化による波形と所定の波形との両波形の相関を示す特定値、または、両波形の位相の差に基づいて行うこと
を特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項１〜５のいずれかの欠陥検査方法において、
加熱と加熱停止を所定期間で行うとともに、前記所定の波形の周期を変更して計測し、
各単位領域間の相対的な温度変化の相違が顕著となった所定の波形の周期に基づいて欠陥の深さを推定すること
を特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項６の欠陥検査方法において、
さらに、予め欠陥の深さと所定の波形の周期とを対応付けたテーブルに基づいて、欠陥の深さを推定すること
を特徴とする欠陥検査方法。 - 加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置に対して加熱開始指令を行う加熱制御手段と、
加熱停止後における温度計測器からのデータを入力して各単位領域の温度データとして記録するデータ記録手段と、
記録された温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を検出して、被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段とを備えた欠陥検査制御装置であって、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであり、
前記欠陥判断手段は、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を判断すること
を特徴とする欠陥検査制御装置。 - 加熱を停止した後の加熱停止期間において被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように、当該被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり加熱を行う加熱装置に対して加熱開始指令を行う加熱制御手段と、
加熱停止後における温度計測器からのデータを入力して各単位領域の温度データとして記録するデータ記録手段とを備えたデータ収集装置であって、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであること
を特徴とするデータ収集装置。 - 被検査体の内部の少なくとも１点で温度上昇が生じるように加熱された被検査体の表面の加熱停止後において記録された計測領域の各単位領域の温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の時間変化に関する前記各単位領域間の相対的相違を検出し被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段を備えた欠陥判断装置であって、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されるものであり、
前記加熱は、被検査体内部の検出対象点の深さにおいて加熱停止後に温度上昇が生じる程度の強度および急激さをもって、かつ、被検査体の表面近傍のみを加熱する程度の時間をもって行われるものであり、
前記温度データは、少なくとも、前記加熱によって生じた加熱層による熱が、加熱停止後に検出対象点の深さに到達するまでの時間継続して計測することによって得られたものであり、
前記欠陥判断手段は、前記熱が被検査体内部に向けて伝導していく過程において生じた内部温度差によって表れた前記表面温度の相対的相違によって欠陥を判断すること
を特徴とする欠陥検査のための欠陥判断装置。
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