(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外面に圧力差が形成された状態で使用される中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出装置であって、
前記中空構造体の外表面に光を照射する光照射装置と、
前記中空構造体の前記光の照射位置を含む該中空構造体の外周における前記照射位置近傍に予め設定された領域である撮影領域を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置で前記撮影領域を時系列に撮影して得られる複数の撮影画像を画像処理して、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態を検出する流動状態検出部と、
前記流動状態検出部で検出した前記流動状態に基づき、前記中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出部と、を備え、
前記光照射装置は、水平面と平行な面を有するシート光を生成して、該シート光を前記中空構造体の外表面と交差する方向に照射し、
前記撮影装置は、前記光照射装置の照射した前記シート光のシート面と交差する方向に撮影軸を向けて前記撮影領域を撮影することを特徴とする貫通欠陥検出装置。
【請求項２】
前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流速を検出し、
前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流速に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の少なくとも一部の流速が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定することを特徴とする請求項１に記載の貫通欠陥検出装置。
【請求項３】
前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動方向及び流速を検出し、
前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流動方向及び流速に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の少なくとも一部の、前記外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の貫通欠陥検出装置。
【請求項４】
前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動方向及び流速を検出し、
前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流動方向及び流速に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の一部の流速と、他部の流速との速度差が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の貫通欠陥検出装置。
【請求項５】
前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動方向を検出し、
前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流動方向に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の少なくとも一部の流動方向の変化量が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の貫通欠陥検出装置。
【請求項６】
前記光照射装置は、照射光によって前記中空構造体の外表面を走査する走査機構を備え、
前記撮影装置は、前記照射光の走査位置における前記撮影領域を撮影することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の貫通欠陥検出装置。
【請求項７】
内外面に圧力差が形成された状態で使用される中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出方法であって、
前記中空構造体の外表面に光を照射する光照射ステップと、
前記中空構造体の前記光の照射位置を含む該中空構造体の外周における前記照射位置近傍に予め設定された領域である撮影領域を撮影する撮影ステップと、
前記撮影ステップにおいて前記撮影領域を時系列に撮影して得られる複数の撮影画像を画像処理して、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態を検出する流動状態検出ステップと、
前記流動状態検出ステップにおいて検出した前記流動状態に基づき、前記中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出ステップとを含み、
前記光照射ステップにおいては、水平面と平行な面を有するシート光を生成して、該シート光を前記中空構造体の外表面と交差する方向に照射し、
前記撮影ステップにおいては、前記光照射ステップで照射した前記シート光のシート面と交差する方向に撮影軸を向けて前記撮影領域を撮影することを特徴とする貫通欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内外面に圧力差が形成された状態の配管や容器等の中空構造体の貫通欠陥を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管等に生じた微小な亀裂、ピンホールなどの貫通欠陥による気体漏洩は、その欠陥箇所の発見に石鹸水による目視検査が一般的に用いられている。また、微細な亀裂の場合には、カラーチェックもよく使用されている。しかし、これらの検査方法は、対象設備が比較的小さく、人が至近から全面を確認できることが必要であり、大型の配管設備や容器では、全面に足場が必要であり、また、保温材などが巻かれている場合には使用できないなど、制約も多い。
【０００３】
一方、大型容器の貫通欠陥を検査する技術として、例えば、特許文献１に、レーザ光源と、レーザ光源の出力光を水平面に対し任意に回転させ且つ任意の仰角又は俯角で出射させ、タンク内面の検査部分に照射するレーザ照射手段と、タンク外面から内面に漏洩した検知ガスからの散乱光ないし蛍光を集光後、波長選択して検出する漏洩ガス検出手段とを備えたタンク検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３７４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の検査方法では、タンク内部に検査装置を設ける又は運び込む必要があり、また、検知ガスを用いた検査のためタンク内部の液体やガス等を全て排出した状態での検査となる。従って、検査を行う度に、設備の稼働を停止する必要がある上に、検査装置の設置や内容物の排出作業等の煩わしい作業を伴うものであった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、内外面に圧力差を有する中空構造体の貫通欠陥を検出するのに好適な貫通欠陥検出装置及び貫通欠陥検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔形態１〕  上記目的を達成するために、形態１に記載の貫通欠陥検出装置は、内外面に圧力差が形成された状態で使用される中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出装置であって、前記中空構造体の外表面に光を照射する光照射装置と、前記中空構造体の前記光の照射位置を含む該中空構造体の外周における前記照射位置近傍に予め設定された領域である撮影領域を撮影する撮影装置と、前記撮影装置で前記撮影領域を時系列に撮影して得られる複数の撮影画像を画像処理して、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態を検出する流動状態検出部と、前記流動状態検出部で検出した前記流動状態に基づき、前記中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出部と、を備える。
【０００７】
このような構成であれば、光照射装置によって、中空構造体の外表面に光が照射され、撮影装置によって、光の照射位置を含む中空構造体の外周における照射位置近傍に予め設定された領域である撮影領域が撮影される。そして、流動状態検出部において、撮影装置によって撮影領域を時系列に撮影して得られる複数の撮影画像が画像処理され、撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態が検出される。流動状態が検出されると、貫通欠陥検出部において、検出された流動状態に基づき中空構造体の貫通欠陥が検出される。
【０００８】
つまり、中空構造体がその内外面に圧力差を有するため、中空構造体に貫通欠陥が生じている場合に、例えば、中空構造体内部の圧力が外部に対して高い場合は、内部から気体が貫通欠陥を介して外部へと吹き出す。この吹き出した気体は、中空構造体の周辺に浮遊している浮遊粒子を吹き出し方向に流動させる。従って、このような浮遊粒子の流動状態を検出することができれば、中空構造体に貫通欠陥が生じていることを検出することができる。
【０００９】
〔形態２〕  更に、形態２に記載の貫通欠陥検出装置は、形態１の構成に対して、前記光照射装置は、シート光を照射する。
このような構成であれば、シート光によって、浮遊粒子の流動を２次元的に捉えることが可能となる。これにより、浮遊粒子の流動状態を容易に検出することができる。
〔形態３〕  更に、形態３に記載の貫通欠陥検出装置は、形態１又は２の構成に対して、前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流速を検出し、前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流速に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の少なくとも一部の流速が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定する。
【００１０】
ここで、中空構造体の内外面に圧力差があるため、中空構造体の壁面に貫通欠陥が生じている場合に、貫通欠陥から吹き出す又は貫通欠陥に吸い込まれる気体によって、浮遊粒子は気体の吹き出し速度又は吸い込み速度に応じた流速で流動する。また、中空構造体の内外面の圧力差が解っていれば、その圧力差及び貫通欠陥のサイズや形状等に応じた流速の閾値を設定することができる。上記形態３の構成であれば、このように設定された閾値を用いて、流速を判定することが可能となるので、中空構造体に貫通欠陥が生じているか否かを精度良く判定することができる。
【００１１】
〔形態４〕  更に、形態３に記載の貫通欠陥検出装置は、形態１乃至３のいずれか１の構成に対して、前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動方向及び流速を検出し、前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流動方向及び流速に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の少なくとも一部の、前記外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定する。
【００１２】
ここで、貫通欠陥から吹き出す又は貫通欠陥に吸い込まれる気体は、中空構造体の外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分を多く含む。従って、中空構造体の内外面の圧力差が解っていれば、その圧力差及び貫通欠陥のサイズや形状等に応じた中空構造体の外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分の閾値を設定することができる。上記形態４の構成であれば、このように設定された閾値を用いて、中空構造体の外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分を判定することが可能となるので、中空構造体に貫通欠陥が生じているか否かを精度良く判定することができる。
【００１３】
〔形態５〕  更に、形態５に記載の貫通欠陥検出装置は、形態１乃至４のいずれか１の構成に対して、前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動方向及び流速を検出し、前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流動方向及び流速に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の一部の流速と、他部の流速との速度差が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定する。
【００１４】
例えば、空調設備等によって、常時一定方向から一定風量の風が中空構造体に向かって吹いているような場合に、空調からの風の影響を受けて流動する浮遊粒子と、空調からの風に加えて貫通欠陥を介して吹き出す又は吸い込まれる気体の影響を受けて流動する浮遊粒子との間には速度差が生じる。上記形態５の構成であれば、貫通欠陥を介して吹き出す又は吸い込まれる気体の影響を受ける浮遊粒子と、それ以外の浮遊粒子との速度差を、予め設定された閾値を用いて判定することが可能となるので、定常的に風を受けている環境下においても、中空構造体に貫通欠陥が生じているか否かを精度良く判定することができる。
【００１５】
〔形態６〕  更に、形態６に記載の貫通欠陥検出装置は、形態１乃至５のいずれか１の構成に対して、前記流動状態検出部は、前記時系列に撮影された複数の撮影画像に基づき、前記流動状態として、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動方向を検出し、前記貫通欠陥検出部は、前記流動状態検出部で検出した前記流動方向に基づき、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の少なくとも一部の流動方向の変化量が予め設定した閾値以上であると判定すると、前記中空構造体の前記光照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定する。
【００１６】
ここで、貫通欠陥の周辺を浮遊する浮遊粒子は、貫通欠陥を介して吹き出す又は吸い込まれる気体の影響を受けて、その流動方向が大きく変化する。上記形態６の構成であれば、貫通欠陥を介して吹き出す又は吸い込まれる気体の影響を受ける浮遊粒子と、それ以外の浮遊粒子との流動方向の変化量を、予め設定された閾値を用いて判定することが可能となるので、中空構造体に貫通欠陥が生じているか否かを精度良く判定することができる。
【００１７】
〔形態７〕  更に、形態７に記載の貫通欠陥検出装置は、形態１乃至６のいずれか１の構成に対して、前記光照射装置は、照射光によって前記中空構造体の外表面を走査する走査機構を備え、前記撮影装置は、前記照射光の走査位置における前記撮影領域を撮影する。
このような構成であれば、走査機構によって、中空構造体の外表面を照射光で走査することが可能となり、撮影装置は、照射光の走査位置における撮影領域を撮影することが可能となる。これによって、光照射装置の台数を低減することができる。
【００１８】
〔形態８〕  一方、上記目的を達成するために、形態８に記載の貫通欠陥検出方法は、内外面に圧力差が形成された状態で使用される中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出方法であって、前記中空構造体の外表面に光を照射する光照射ステップと、前記中空構造体の前記光の照射位置を含む該中空構造体の外周における前記照射位置近傍に予め設定された領域である撮影領域を撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップにおいて前記撮影領域を時系列に撮影して得られる複数の撮影画像を画像処理して、前記撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態を検出する流動状態検出ステップと、前記流動状態検出部において検出した前記流動状態に基づき、前記中空構造体の貫通欠陥を検出する貫通欠陥検出ステップとを含む。
これにより、形態１に記載の貫通欠陥検出装置と同等の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る貫通欠陥検出装置又は貫通欠陥検出方法によれば、内外面に圧力差が形成された状態で使用される中空構造体について、中空構造体の外周面の周辺に存在する粉塵等の浮遊粒子の撮影画像に基づき浮遊粒子の流動状態を検出する。そして、この流動状態に基づき、中空構造体の貫通欠陥の有無を検出する。これにより、従来と比較して、簡易に、かつ設備を停止することなく貫通欠陥の有無を検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】貫通欠陥検出装置１の概略構成を示す図である。
【図２】貫通欠陥検出処理装置３０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る光照射装置１０と撮影装置２０の配置構成例及び移動構成例を示す図であり、（ｃ）は、他の移動構成例を示す図である。
【図４】貫通欠陥検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は、中空構造体２００に貫通欠陥が無い場合の浮遊粒子の流動状態の一例を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、中空構造体２００に貫通欠陥がある場合の浮遊粒子の流動状態の一例を示す図である。
【図６】（ａ）は、撮影画像データＩｔｎ及び検査領域窓の一例を示す図であり、（ｂ）は、撮影画像データＩｔｍ及び探査領域窓の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１〜図６は、本発明に係る貫通欠陥検出装置及び貫通欠陥検出方法の一実施形態を示す図である。
（構成）
まず、本発明に係る貫通欠陥検出装置の概略構成を図１に基づき説明する。図１は、本発明に係る貫通欠陥検出装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、貫通欠陥検出装置１は、光照射装置１０と、撮影装置２０と、貫通欠陥検出処理装置３０とを含んで構成される。本実施形態において、貫通欠陥検出装置１は、内面側と外面側とに圧力差が形成された状態で使用される中空構造体２００の貫通欠陥を検出する。なお、光照射装置１０と撮影装置２０とは、それぞれ貫通欠陥検出処理装置３０と通信可能に接続されている。なお、有線通信に限らず、無線通信可能に構成してもよい。
【００２２】
光照射装置１０は、レーザ光を射出するレーザ装置１０ａと、レーザ装置１０ａから射出されたレーザ光からシート光５０を生成するシート光生成部１０ｂとを含んで構成される。
レーザ装置１０ａは、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ装置、アルゴンイオンレーザ等のガスレーザ装置などのレーザ装置から構成される。なお、シート光５０の厚さをより薄くしたい場合は、ＹＡＧレーザよりもアルゴンイオンレーザを用いることが望ましい。
シート光生成部１０ｂは、球面レンズと、シリンドリカルレンズとを含む光学系を備えており、レーザ装置１０ａから射出されたレーザ光を球面レンズで円錐状の光に変化させる。本実施形態では、この円錐状に変化させた光をシリンドリカルレンズで横長に変化させて、水平面と平行な面を持つシート状の光（シート光５０）を生成する。
【００２３】
光照射装置１０は、図１に示すように、貫通欠陥の検査対象である中空構造体２００の外表面に対して交差（本実施形態では直交）する方向にシート光５０を照射可能に配設されている。このシート光５０は、該シート光５０の照射範囲内に存在する粉塵やトレーサ粒子等の浮遊粒子を２次元面（シート面）上に撮影できるようにする役割を有している。具体的に、シート光５０の照射範囲内を浮遊する浮遊粒子において反射された散乱光を撮影装置２０で撮影する。これにより、中空構造体２００の外表面から所定範囲内を浮遊する浮遊粒子をシート面上に撮影する。
【００２４】
更に、光照射装置１０は、貫通欠陥検出処理装置３０からの駆動制御信号に応じて、レーザ装置１０ａからレーザ光を射出する。射出されたレーザ光は、シート光生成部１０ｂに入射し、シート光生成部１０ｂからシート光５０が射出される。なお更に、光照射装置１０は、貫通欠陥検出処理装置３０からの移動制御信号に応じて後述する直動案内装置を駆動し、直線状のガイド部材である直状ガイド部材１１及び円環状のガイド部材である円環状ガイド部材１２に沿って、中空構造体２００の周辺を、中空構造体２００の高さ方向及び円周方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
撮影装置２０は、デジタルビデオカメラを含んで構成され、中空構造体２００におけるシート光５０の照射位置（走査位置）を含む当該中空構造体２００の外周における照射位置近傍に予め設定された領域（以下、撮影領域と称す）を撮影可能に配設されている。具体的には、シート光５０のシート面に対して撮影軸が交差（本実施形態では直交）する方向にレンズを向けることが可能に配設されている。更に、撮影装置２０は、貫通欠陥検出処理装置３０からの駆動制御信号に応じて、撮影領域を適切に撮影できるようにズームや露光量の設定等を行うと共に撮影領域の動画撮影を行う。そして、この撮影によって得られる撮影画像データ（デジタルデータ）を貫通欠陥検出処理装置３０に送信する。なお更に、撮影装置２０は、円環状のガイド部材である円環状ガイド部材２１に沿って、中空構造体２００の円周方向に移動可能に構成されている。
【００２６】
貫通欠陥検出処理装置３０は、光照射装置１０の駆動制御及び移動制御と、撮影装置２０の駆動制御及び移動制御を行う機能を有している。更に、貫通欠陥検出処理装置３０は、撮影装置２０から受信した撮影画像データを画像処理して、撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態を検出する機能を有している。更に、貫通欠陥検出処理装置３０は、検出した流動状態に基づき、中空構造体２００のシート光５０の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があるか否かを判定（推定）する機能を有している。なお更に、貫通欠陥検出処理装置３０は、貫通欠陥の検査結果に係る情報を表示する機能を有している。
【００２７】
中空構造体２００は、内面側と外面側とに圧力差を有した状態で使用される中空の構造体（配管や容器など）である。従って、中空構造体２００に貫通欠陥があると、内面側の圧力が外面側よりも高い場合は、中空構造体２００の内部ガスが貫通欠陥を通って外面側に吹き出す。一方、内面側の圧力が外面側よりも低い場合は、外面側のガス（空気等）が貫通欠陥を通って内面側へと吸い込まれる。
【００２８】
つまり、本実施形態の貫通欠陥検出処理装置３０は、この吹き出し又は吸い込みによって、外面側の貫通欠陥の近傍を浮遊している浮遊粒子が吹き出し方向又は吸い込み方向に流動する状態を撮影画像から検出することで、貫通欠陥を検出する。
なお、中空構造体２００の例としては、真空脱気装置の脱気缶などが挙げられる。脱気缶は、密閉タンクとなっており、真空槽内に、気体のみ通過する疎水膜の片側に液体を充填し、反対側を減圧状態としてそこに窒素ガスを充填する仕組みとなっている。
【００２９】
次に、図２に基づき、貫通欠陥検出処理装置３０の詳細な構成を説明する。図２は、貫通欠陥検出処理装置３０の詳細な構成を示すブロック図である。
貫通欠陥検出処理装置３０は、本実施形態において、図２に示すように、制御部３００と、表示装置３０１と、記憶装置３０２とを含んで構成される。
制御部３００は、照射制御部３１と、撮影制御部３２と、画像処理部３３と、流動状態検出部３４と、貫通欠陥検出部３５と、情報表示部３６とを含んで構成される。
【００３０】
照射制御部３１は、中空構造体２００の外表面をシート光５０で走査するための光照射装置１０の駆動制御信号ＬＣ並びに移動制御信号ＬＭＣ１及びＬＭＣ２を生成し、生成した駆動制御信号ＬＣ並びに移動制御信号ＭＣ１及びＭＣ２を光照射装置１０に送信する。
撮影制御部３２は、光照射装置１０によって走査された撮影領域を撮影するための駆動制御信号ＣＣ及び移動制御信号ＣＭＣを生成し、生成した駆動制御信号ＣＣ及び移動制御信号ＣＭＣを撮影装置２０に送信する。更に、撮影制御部３２は、撮影装置２０において動画撮影された少なくとも２フレーム分の撮影画像データを受信し、受信した撮影画像データを記憶装置３０２に記憶する。
【００３１】
画像処理部３３は、公知の流速計測法（例えば、ＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）、ＰＴＶ（Particle Tracking Velocimetry）など ）を用いて、撮影画像データを画像処理し、浮遊粒子の流動状態を検出する。
本実施形態では、ＰＩＶの一手法である画像相関法を用いて、浮遊粒子の流動状態を検出する。画像相関法は、例えば、シート光５０によって２次元的に分布する浮遊粒子群を時刻ｔ0で撮影した撮影画像Ｉｔ0における検査領域内の輝度値分布と、時刻ｔ1＝ｔ0＋Δｔで撮影した撮影画像Ｉｔ1における探査領域内の輝度値分布との相互相関関数を順次求める。そして相互相関関数の最大値となる探査領域の位置を検査領域内の粒子群の平均的な移動位置として推定し、変位ベクトルを求める方法である。
【００３２】
画像処理部３３は、画像相関法を用いる場合に、記憶装置３０２に記憶された少なくとも２フレーム分の撮影画像データに基づき、撮影画像Ｉｔｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）中の検査領域内の浮遊粒子群の輝度値分布と、撮影画像Ｉｔｍ（ｍ＝ｎ＋α（α≧１））中の探査領域内の浮遊粒子群の輝度値分布とを求める。なお、撮影画像データＩｔｎは、ｎの値が小さいほど早い時刻に撮影した画像データとなる。そして、この画像処理結果の情報と、撮影時刻の情報等を含む画像処理結果を流動状態検出部３４に出力する。
【００３３】
流動状態検出部３４は、画像処理部３３から入力された画像処理結果に基づき、撮影領域内を浮遊する浮遊粒子の流動状態を検出する。
具体的に、流動状態検出部３４は、各検査領域と各探査領域の輝度値分布に基づき、これらの相互相関関数を求める。そして、相互相関関数の最大値となる探査領域を検出する。その後、相互相関関数の最大値となる検査領域及び探査領域の情報（座標情報など）と、撮影時刻の情報とに基づき撮影領域内に存在する浮遊粒子の流動状態を検出する。流動状態検出部３４は、この流動状態の検出結果の情報を含む流動情報を貫通欠陥検出部３５に出力する。
【００３４】
なお、本実施形態において、流動状態検出部３４は、流動状態として、複数の浮遊粒子の流速、流動方向、流動量、流動方向の変化量等を検出する。また、本実施形態では、これらの平均値、最大値、最小値を検出する。
貫通欠陥検出部３５は、流動状態検出部３４から入力された流動状態の検出結果に基づき、シート光５０の照射位置又はその近傍に存在する貫通欠陥を検出する。具体的に、予め設定された条件との比較処理に基づき、貫通欠陥の有無を判定する。なお、この判定処理の詳細については後述する。
【００３５】
貫通欠陥検出部３５は、判定結果と流動情報とを含む検出結果情報を情報表示部３６に出力する。
情報表示部３６は、貫通欠陥検出部３５から入力された検出結果情報に基づき、貫通欠陥の有無、貫通欠陥がある場合の撮影画像中の予め設定された位置範囲などの情報を表示すると共に、浮遊粒子の流動状態の情報を表示するための画像表示信号を生成する。そして、情報表示部３６は、画像表示信号を表示装置３０１に出力する。
【００３６】
表示装置３０１は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスから構成されており、情報表示部３６から入力された画像表示信号に基づき、表示画面上に画像表示信号に応じた画像を表示する。
記憶装置３０２は、フレームメモリとメモリコントローラとから構成され、撮影装置２０で撮影された各フレームの撮影画像データを記憶する。
なお、貫通欠陥検出処理装置３０は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、専用のプログラムの記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、を備えており、ＣＰＵにより専用のプログラムを実行することによって上記各部の機能を実現する。
【００３７】
次に、図３に基づき、光照射装置１０と撮影装置２０の配置構成及び移動構成を説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る光照射装置１０と撮影装置２０の配置構成例及び移動構成例を示す図であり、（ｃ）は、他の移動構成例を示す図である。
本実施形態において、光照射装置１０は、図３（ａ）に示すように、第１の直動案内装置１３を備えており、第１の直動案内装置１３は、中空構造体２００の高さ方向と平行に直立する直状ガイド部材１１に対して、該直状ガイド部材１１に沿って摺動可能に取り付けられている。かかる構成によって、光照射装置１０は、貫通欠陥検出処理装置３０からの移動制御信号ＬＭＣ１に応じて第１の直動案内装置１３の駆動源（サーボモータ等）を駆動し、直状ガイド部材１１に沿って、上下方向（高さ方向）に移動可能となっている。また、図３（ｂ）に示すように、光照射装置１０は、第２の直動案内装置１４を備えており、第２の直動案内装置１４は、円環状ガイド部材１２に対して、該円環状ガイド部材１２に沿って摺動可能に取り付けられている。かかる構成によって、貫通欠陥検出処理装置３０からの移動制御信号ＬＭＣ２に応じて、第２の直動案内装置１４の駆動源（サーボモータ等）を駆動し、円環状ガイド部材１２に沿って、光照射装置１０を中空構造体２００の外表面と交差（本実施形態では直交）する方向にレーザ光（シート光５０）の照射部を向けた状態で、中空構造体２００の円周方向に沿って時計周り又は反時計周りに移動可能となっている。この構成によって、光照射装置１０は、シート光５０によって、高さ方向に中空構造体２００の外表面上を走査すると共に、円周方向に中空構造体２００の外表面上を走査することが可能となっている。
【００３８】
また、図３（ａ）に示すように、撮影装置２０は、中空構造体２００の下端近傍に、上方にレンズを向けて配設されている。具体的に、撮影装置２０は、光照射装置１０の照射するシート光５０のシート面に撮影軸が交差（本実施形態では直交）する方向にレンズを向けて配設されている。また、撮影装置２０は、第３の直動案内装置２２を備えており、図３（ｂ）に示すように、円環状ガイド部材２１に対して、該円環状ガイド部材２１に沿って摺動可能に取り付けられている。かかる構成によって、貫通欠陥検出処理装置３０からの移動制御信号ＣＭＣに応じて、第３の直動案内装置２２の駆動源（サーボモータ等）を駆動し、円環状ガイド部材２１に沿って、撮影装置２０を光照射装置１０の照射するシート光５０のシート面に直交する方向にレンズを向けることが可能な状態で、中空構造体２００の円周方向に沿って時計周り又は反時計周りに移動可能となっている。
【００３９】
なお、本実施形態においては、撮影装置２０は、高さ方向については固定となっているが、この構成に限らず、図３（ｃ）に示すように、撮影装置２０についても、第１の直動案内装置１３と同様な構成の第４の直動案内装置２４によって直状ガイド部材２３に沿って高さ方向に上下動可能に構成してもよい。但し、直状ガイド部材２３が、光照射装置１０の照射するシート光５０を遮断しないように、直状ガイド部材２３の最上部が光照射装置１０の照射位置よりも低くなるように構成するなど、工夫をする必要がある。また、円環状のガイド部材に沿って、１台の光照射装置１０及び１台の撮影装置２０を中空構造体２００の円周方向に沿って時計周り又は反時計周りに移動可能な構成としたが、この構成に限らない。例えば、複数台の光照射装置１０又は複数台の撮影装置２０を備えて、これらを中空構造体２００の周囲に等間隔で並設し、時計周り又は反時計周りへの移動を不要な構成とするか、又は個々の装置の移動範囲を小さくする構成としてもよい。
【００４０】
（貫通欠陥検出処理）
次に、図４に基づき、貫通欠陥検出処理装置３０において実行される貫通欠陥検出処理の処理手順を説明する。図４は、貫通欠陥検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
貫通欠陥検出処理は、ＣＰＵにおいて実行されると、図４に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、貫通欠陥検出処理装置３０において、検査要求があったか否かを判定し、検査要求があったと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０２に移行し、そうでないと判定した場合(No)は、検査要求があるまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ１０２に移行した場合は、貫通欠陥検出処理装置３０において初期化処理が実行され、ステップＳ１０４に移行する。
【００４１】
初期化処理では、照射制御部３１において、光照射装置１０を予め設定された初期位置へと移動させるための移動制御信号ＬＭＣ１及びＬＭＣ２が生成され、生成されたＬＭＣ１及びＬＭＣ２が、光照射装置１０に送信される。一方、撮影制御部３２において、撮影装置２０を予め設定された初期位置へと移動させるための移動制御信号ＣＭＣが生成され、生成されたＣＭＣが撮影装置２０に送信される。これにより、光照射装置１０及び撮影装置２０が初期位置へと移動する。
【００４２】
ステップＳ１０４では、照射制御部３１において、駆動制御信号ＬＣを生成し、生成したＬＣを光照射装置１０に送信することで、光照射装置１０によるレーザ光（シート光５０）の照射を開始して、ステップＳ１０６に移行する。
ステップＳ１０６では、撮影制御部３２において、駆動制御信号ＣＣを生成し、生成したＣＣを撮影装置２０に送信することで、撮影装置２０による撮影領域の撮影を開始して、ステップＳ１０８に移行する。
【００４３】
なお、本実施形態において、光照射装置１０によるシート光５０の照射と撮影装置２０によるこの照射位置に対応する撮影領域の撮影とは、同期して行われる。
ステップＳ１０８では、撮影制御部３２において、撮影装置２０から、ステップＳ１０６の駆動制御信号ＣＣに応じた撮影によって得られた同じ撮影領域の少なくとも２フレーム分の撮影画像データを取得し、取得した撮影画像データを記憶装置３０２に記憶して、ステップＳ１１０に移行する。
【００４４】
ステップＳ１１０では、画像処理部３３において、記憶装置３０２に記憶された少なくとも２フレーム分の撮影画像データのうち、先に撮影した撮影画像データである撮影画像データＩｔｎに基づき、検査領域の画像処理を実行する。そして、画像処理結果を流動状態検出部３４に出力して、ステップＳ１１２に移行する。
本実施形態において、検査領域の画像処理は、予め設定された検査領域窓毎に撮影画像内の画像部分の輝度分布を求める処理となる。例えば、撮影画像が１６００×１２００画素の画素数で構成されている場合に、例えば、３００×３００画素の検査領域窓を設定し、撮影画像上をこの検査領域窓を走査させながら、各走査位置の検査領域窓に対応する画像部分の輝度分布を求める。
【００４５】
ステップＳ１１２では、画像処理部３３において、記憶装置３０２に記憶された少なくとも２フレーム分の撮影画像データのうち、撮影画像データＩｔｎよりも後に撮影した撮影画像データである撮影画像データＩｔｍ（ｍ＝ｎ＋α（α≧１））に基づき、探査領域の画像処理を実行する。そして、画像処理結果を流動状態検出部３４に出力して、ステップＳ１１４に移行する。
【００４６】
本実施形態において、探査領域の画像処理は、検査領域の画像処理と同様となる。つまり、検査領域窓と同じ領域範囲の探査領域窓によって、撮影画像上を走査し、各走査位置の探査領域窓に対応する画像部分の輝度分布を求める。なお、本実施形態では、流動状態の検出に、例えば、時系列に撮影された４つの撮影画像データを用いる場合、ステップＳ１１０において、撮影画像データＩｔ０の検査領域の画像処理を実行し、ステップＳ１１２において、撮影画像データＩｔ１〜Ｉｔ３に対して探査領域の画像処理を実行する。なお、検査対象に対応する流動状態の内容に応じて、探査領域の画像処理を実行する撮影画像データの数を増やしたり、数を変えずに時間間隔を空けたりすることが望ましい。
【００４７】
ステップＳ１１４では、流動状態検出部３４において、検査領域の画像処理結果と、探査領域の画像処理結果と、撮影画像データＩｔｎとＩｔｍとの撮影時刻の情報とに基づき、撮影領域内に存在する粉塵等の浮遊粒子の流動状態を検出して、ステップＳ１１６に移行する。
ここで、流動状態検出部３４は、検査領域の輝度値分布と探査領域の輝度値分布とに基づき、両者の相互相関関数を求める。そして、相互相関関数が最大値となる検査領域と探査領域との各組み合わせから、浮遊粒子の各撮影時点の位置を検出する。そして、各浮遊粒子の各撮影時点の位置の情報から流動方向及び流動量を算出する。更に、各浮遊粒子の流動量と撮影時間差とから流動速度を算出する。更に、検査領域と探査領域との複数の組み合わせにおける流動方向の情報から、流動方向の変化量を算出する。更に、流動速度、流動量、流動方向の変化量の平均値、最大値及び最小値を算出する。これら算出結果は、流動情報として、貫通欠陥検出部３５に出力される。
【００４８】
ステップＳ１１６では、貫通欠陥検出部３５において、流動状態検出部３４からの流動情報に基づき、中空構造体２００の貫通欠陥を検出する処理を実行する。
本実施形態において、貫通欠陥検出部３５は、対象領域の浮遊粒子群の流速（例えば、平均流速、最大流速、最小流速のいずれか）が予め設定した閾値以上であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定する。一方、閾値未満であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥が無いと判定する。なお、対象領域は、中空構造体２００の外表面上におけるシート光５０の照射位置を含む外表面から所定距離内の複数に区分された範囲領域など、貫通欠陥によって浮遊粒子が影響を受ける範囲を考慮して決定する。特に、ピンホール等の極小の貫通欠陥の場合は、外表面から数センチといった範囲にしか影響を及ぼさないことが想定される。
【００４９】
また、貫通欠陥検出部３５は、対象領域の浮遊粒子群の中空構造体２００の外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分が予め設定した閾値以上であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定する。一方、閾値未満であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥が無いと判定する。
また、貫通欠陥検出部３５は、対象領域の浮遊粒子群と、その周辺の領域の浮遊粒子群との流速差が予め設定した閾値以上であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定し、閾値未満であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥が無いと判定する。なお、注目している対象領域については、他の対象領域も周辺の領域として判定に用いる。このことは、以降の判定方法についても同様である。
【００５０】
また、貫通欠陥検出部３５は、対象領域の浮遊粒子群と、その周辺の領域の浮遊粒子群との流動方向の変化量の差が予め設定した閾値以上であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定し、閾値未満であると判定すると、照射位置又はその近傍に貫通欠陥が無いと判定する。
本実施形態では、上記いずれかの判定方法において、１つでも貫通欠陥があると判定された場合に、シート光５０の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定（推定）し、上記いずれの方法でも貫通欠陥が無いと判定された場合に、貫通欠陥が無いと判定する。
【００５１】
なお、上記各判定方法において、閾値は、測定環境に応じて任意に設定する。また、上記４つの判定方法の全てを用いるのではなく、該４つの判定方法のうちいずれか１〜３を用いて判定を行うようにしてもよい。
貫通欠陥検出部３５は、判定に係る撮影画像データ、流動情報及び判定結果の情報とを含む検出結果情報を情報表示部３６に出力して、ステップＳ１１８に移行する。
【００５２】
ステップＳ１１８では、情報表示部３６において、貫通欠陥検出部３５から入力された検出結果情報に基づき、検出結果情報に係る画像情報を表示装置３０１で表示するための画像表示信号を生成する。そして、生成した画像表示信号を表示装置３０１に出力して、ステップＳ１２０に移行する。
表示装置３０１は、情報表示部３６からの画像表示信号を受信すると、受信した画像表示信号に応じた画像を表示する。
ステップＳ１２０では、貫通欠陥検出処理装置３０において、中空構造体２００の全走査領域に対する検査が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合(Yes)は、一連の処理を終了し、そうでないと判定した場合(No)は、ステップＳ１２２に移行する。
【００５３】
ステップＳ１２２では、照射制御部３１において、次の走査位置へと光照射装置１０を移動させるための移動制御信号ＬＭＣ１及びＬＭＣ２を生成し、生成したＬＭＣ１及びＬＭＣ２を光照射装置１０に送信する。一方、撮影制御部３２において、次の撮影位置（光照射装置１０の走査位置に対応）へと撮影装置２０を移動させるための移動制御信号ＣＭＣを生成し、生成したＣＭＣを撮影装置２０に送信する。その後、ステップＳ１０４に移行する。
これにより、移動制御信号ＬＭＣ１及びＬＭＣ２に基づき、第１の直動案内装置１３及び第２の直動案内装置１４が駆動して、光照射装置１０を高さ方向及び円周方向に移動して、次の走査位置へと移動する。また、移動制御信号ＣＭＣに基づき、第３の直動案内装置２２が駆動して、撮影装置２０を円周方向に移動して、次の撮影位置へと移動する。
【００５４】
（動作）
次に、図５及び図６に基づき、本実施形態の貫通欠陥検出装置１の動作を説明する。図５（ａ）は、中空構造体２００に貫通欠陥が無い場合の浮遊粒子の流動状態の一例を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、中空構造体２００に貫通欠陥がある場合の浮遊粒子の流動状態の一例を示す図である。図６（ａ）は、撮影画像データＩｔｎ及び検査領域窓の一例を示す図であり、（ｂ）は、撮影画像データＩｔｍ及び探査領域窓の一例を示す図である。なお、貫通欠陥の検査を行うに際しては、検査対象物周囲の風を起こす要因となるもの（空調の稼働、窓を開けることによる外からの風など）は排除することが望ましい。
【００５５】
貫通欠陥検出処理装置３０は、検査要求が入力されると（Ｓ１００のYes）、まず、照射制御部３１及び撮影制御部３２において、初期化処理を実行する（Ｓ１０２）。
初期化処理では、照射制御部３１において、光照射装置１０の位置を、予め設定された検査開始位置まで移動させるための移動制御信号ＬＭＣ１及びＬＭＣ２を生成する。そして、生成したＬＭＣ１及びＬＭＣ２を光照射装置１０に送信する。光照射装置１０は、ＬＭＣ１及びＬＭＣ２を受信すると、受信したＬＭＣ１に基づき第１の直動案内装置１３を駆動して、光照射装置１０を直状ガイド部材１１に沿って高さ方向に移動し、光照射装置１０を高さ方向の検査開始位置まで変位させる。一方、光照射装置１０は、受信したＬＭＣ２に基づき第２の直動案内装置１４を駆動して、光照射装置１０を円環状ガイド部材１２に沿って時計周り又は反時計周りに移動し、光照射装置１０を円周方向の検査開始位置まで変位させる。
【００５６】
また、初期化処理では、撮影制御部３２において、撮影装置２０の位置を、予め設定された撮影開始位置まで移動させるための移動制御信号ＣＭＣを生成する。そして、生成したＣＭＣを撮影装置２０に送信する。撮影装置２０は、ＣＭＣを受信すると、受信したＣＭＣに基づき第３の直動案内装置２２を駆動して、撮影装置２０を円環状ガイド部材２１に沿って時計周り又は反時計周りに移動し、撮影装置２０を円周方向の撮影開始位置まで変位させる。
【００５７】
初期化処理が完了すると、次に、照射制御部３１において、駆動制御信号ＬＣが生成され、生成されたＬＣが光照射装置１０に送信される（Ｓ１０４）。これにより、光照射装置１０は、駆動制御信号ＬＣに応じて、レーザ装置１０ａからレーザ光を射出する。射出されたレーザ光はシート光生成部１０ｂにおいてシート光５０に変化し、中空構造体２００の外表面における現在の走査位置へと照射される。
具体的に、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、シート光５０が、中空構造体２００の走査位置に向けて照射されると、その行路途中に存在する粉塵等の浮遊粒子にもシート光５０が照射される。なお、図５は、光照射装置１０のシート光５０の照射位置において中空構造体２００をその長手方向と直交する線で切った場合の断面図となる。
【００５８】
一方、撮影制御部３２において、駆動制御信号ＣＣが生成され、生成されたＣＣが撮影装置２０に送信される（Ｓ１０６）。これにより、撮影装置２０は、駆動制御信号ＣＣに応じて、カメラのピントやズーム等の調整を現在の走査位置及びその近傍の領域である撮影領域に合わせて行う。なお、図５（ａ）〜（ｃ）における、点線で囲まれた四角い領域が撮影領域となる。
【００５９】
更に、撮影装置２０は、シート光５０の照射に同期して、シート光５０の現在の走査位置への照射期間における撮影領域の動画撮影を行う。撮影装置２０は、撮影によって得られる各フレームの撮影画像データを、貫通欠陥検出処理装置３０へと送信する。
このようにして撮影が開始されると、撮影制御部３２は、撮影装置２０から送信される各フレームの撮影画像データを受信し、受信した撮影画像データを記憶装置３０２に記憶する（Ｓ１０８）。本実施形態では、撮影制御部３２は、各撮影画像データに対応付けて撮影時刻（又は撮影時間差）の情報も記憶装置３０２に記憶する。
【００６０】
画像処理部３３は、記憶装置３０２に撮影画像データが記憶されると、記憶装置３０２から撮影画像データを読み出し、読み出した撮影画像データに対して、検査領域窓による走査を行い、走査した窓の範囲内の画像部分に対して輝度値分布を算出する（Ｓ１１０）。
ここでは、説明の便宜上、各走査位置に対して、時刻ｔ0と時刻ｔ1（ｔ0＋Δｔ）との２つの時刻の撮影画像データを読み出したとする。
【００６１】
画像処理部３３は、まず、図６（ａ）に示すように、撮影画像データＩｔ0において、検査領域窓を設定し、設定した検査領域窓によって撮影画像Ｉｔ0を走査し、例えば、図６（ａ）中に示す走査位置の検査領域窓（座標｛（ｘ0，ｙ0），（ｘ0，ｙ1），（ｘ１，ｙ0），（ｘ1，ｙ1）｝の４つの頂点を有する矩形領域）内の画像部分について、輝度値分布を算出する。この算出処理は、検査領域窓の各走査位置に対して順次実行する。
【００６２】
画像処理部３３は、検査領域窓による画像処理が終了すると、記憶装置３０２から、検査領域窓に対応する撮影画像データよりも後の時刻に撮影された撮影画像データＩｔ1を読み出す。そして、読み出した撮影画像データＩｔ1に対して、探査領域窓による走査を行い、走査した窓の範囲内の画像部分に対して輝度値分布を算出する（Ｓ１１２）。
具体的に、画像処理部３３は、図６（ｂ）に示すように、撮影画像データＩｔ1において、探査領域窓を設定し、設定した探査領域窓によって撮影画像Ｉｔ1を走査し、例えば、図６（ｂ）中に示す走査位置の探査領域窓（座標｛（ｘ2，ｙ2），（ｘ2，ｙ3），（ｘ3，ｙ2），（ｘ3，ｙ3）｝の４つの頂点を有する矩形領域）内の画像部分について、輝度値分布を算出する。この算出処理は、探査領域窓の各走査位置に対して順次実行する。
【００６３】
画像処理部３３は、これら算出した輝度値分布の情報と走査位置の情報と撮影時刻の情報とを対応付けてなる情報を含む画像処理結果を、流動状態検出部３４に出力する。
流動状態検出部３４は、画像処理部３３からの画像処理結果に基づき、各走査位置における検査領域窓の各輝度値分布と、各走査位置における探査領域窓の各輝度値分布との相互相関関数を算出する。そして、各検査領域窓の輝度値分布に対して相互相関関数が最大となる探査領域窓の輝度値分布を流動先の位置として、各検査領域窓の走査位置に対応する探査領域窓の浮遊粒子群を検出する。
【００６４】
更に、流動状態検出部３４は、相互相関関数が最大となる、各走査位置に対応する検査領域窓の範囲内に存在する浮遊粒子群と、各走査位置に対応する探査領域窓の範囲内に存在する浮遊粒子群との組み合わせに基づき、撮影時刻の異なる２つの撮影画像データにおける、両者間で対応する浮遊粒子群（画像）を検出する。
具体的に、撮影画像データＩｔ０中の浮遊粒子群と、この浮遊粒子群に対応する撮影画像データＩｔ１中の浮遊粒子群を検出する。そして、検出した浮遊粒子群について、撮影時刻ｔ0及びｔ1の時間差（差分）などに基づき、各浮遊粒子の流動方向、流速、流動量、これらの平均値、最大値及び最小値を算出する。なお、流動方向の変化量については、時系列に撮影された３つ以上の撮影画像データを要するため、ここでは算出しないこととする。
【００６５】
ここで、撮影画像データＩｔ0及びＩｔ1において、図６（ａ）に示す検査領域窓の画像部分と、図６（ｂ）に示す探査領域窓の画像部分との相互相関関数が最大となったとする。この場合、検査領域窓の画像部分に含まれる浮遊粒子群（図中の複数の小さい丸）が、座標｛（ｘ0，ｙ0），（ｘ0，ｙ1），（ｘ１，ｙ0），（ｘ1，ｙ1）｝から、座標｛（ｘ2，ｙ2），（ｘ2，ｙ3），（ｘ3，ｙ2），（ｘ3，ｙ3）｝へと流動（変位）したと予測できる（厳密には検査領域窓の画像部分全体の移動予測となる）。
【００６６】
これら画像部分から各浮遊粒子画像を抽出することで、両者の位置関係から、これらの画像部分に含まれる各浮遊粒子画像に基づき、各浮遊粒子の流動方向、流動量を算出することが可能となる。また、流動量と、撮影画像データＩｔ0及びＩｔ1の撮影時刻の情報とから流速を算出することができる。なお、この算出処理において、各浮遊粒子の検出を容易にするために撮影画像データを二値化したものを用いてもよい。流動状態検出部３４は、これら算出結果の情報を、流動情報として、貫通欠陥検出部３５に出力する（Ｓ１１４）。
【００６７】
貫通欠陥検出部３５は、流動状態検出部３４から入力された流動情報に基づき、中空構造体２００の現在の走査位置又はその近傍に貫通欠陥があるか否かを判定する（Ｓ１１６）。
貫通欠陥検出部３５は、まず、流動情報に含まれる予め設定された対象領域の浮遊粒子群の流速の情報に基づき、該対象領域の浮遊粒子群の流速（平均流速、最大流速又は最小流速）と、予め設定された流速閾値とを比較し、流速が流速閾値以上であると判定すると、貫通欠陥があると判定する。一方、閾値未満であると判定すると貫通欠陥が無いと判定する。以下、この判定方法を第１判定方法と呼ぶ。
【００６８】
また、流速について貫通欠陥が無いと判定し場合は、次に、流動情報に含まれる予め設定された対象領域の浮遊粒子群の流速及び流動方向の情報に基づき、該対象領域の浮遊粒子群の中空構造体２００の外表面に対して離間又は接近する方向の流速成分を算出する。そして、算出した流速成分と、予め設定された流速成分の閾値とを比較し、流速成分が閾値以上であると判定すると、貫通欠陥があると判定する。一方、閾値未満であると判定すると貫通欠陥が無いと判定する。以下、この判定方法を第２判定方法と呼ぶ。
【００６９】
また、流速成分について貫通欠陥が無いと判定した場合は、次に、流動情報に含まれる予め設定された対象領域内の浮遊粒子群の流速と、該対象領域周辺の浮遊粒子群の流速との差分である流速差を算出する。そして、算出した流速差と予め設定された流速差の閾値とを比較し、流速差が閾値以上であると判定すると、貫通欠陥があると判定する。一方、閾値未満であると判定すると貫通欠陥が無いと判定する。以下、この判定方法を第３判定方法と呼ぶ。
【００７０】
また、流速差について貫通欠陥が無いと判定した場合は、次に、流動情報に含まれる予め設定された対象領域内の浮遊粒子群の流動方向の変化量と、該対象領域周辺の浮遊粒子群の流動方向の変化量との差分を算出する。そして、算出した流動方向の変化量の差分と予め設定された該差分の閾値とを比較し、該差分が閾値以上であると判定すると、貫通欠陥があると判定する。一方、該差分が閾値未満であると判定すると、貫通欠陥が無いと判定する。以下、この判定方法を第４判定方法と呼ぶ。
なお、上記第１〜第４の判定方法における対象領域は、例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、一点鎖線で囲まれた対象領域Ａ〜Ｃの３つの領域となる。また、ここでは、流動方向の変化量を算出していないので、上記第４判定方法については実施しない。
【００７１】
ここで、シート光５０の照射位置又はその近傍において、中空構造体２００に貫通欠陥が無い場合は、図５（ａ）に示すように、撮影領域内の浮遊粒子群は、空気の流れ等の発生しない環境下において、外力を受けずに自由に浮遊する状態となる。従って、撮影領域内の浮遊粒子群は、重力等の影響もあるため全く動かないという訳ではないが、大きな動きの変化を生じない。そのため、上記いずれの判定方法においても貫通欠陥が無い（閾値未満である）と判定される。
【００７２】
一方、中空構造体２００の内圧と外圧との関係が、「内圧＞外圧」となっている場合で、かつ貫通欠陥がある場合は、図５（ｂ）に示すように、貫通孔を通って、中空構造体２００内部の気体が外部へと吹き出す。そのため、図５（ｂ）中の２本の点線矢印に挟まれた浮遊粒子群に示すように、吹き出してくる気体の影響を受けた浮遊粒子群が気体の吹き出す方向（図５（ｂ）中の矢印方向）に大きく流動する。また、吹き出す気体の影響を受けない浮遊粒子は、自由浮遊の状態のままとなる。加えて、貫通孔近辺において吹き出す気体の影響を受ける浮遊粒子群は、中空構造体２００の外表面から離間する方向に向かってより速い流速で流動する。従って、上記第１〜第３判定方法において、貫通欠陥があると判定される。また、貫通孔近辺において吹き出す気体の影響を受ける浮遊粒子群は、急激な方向転換をすることになるので、この流動方向の変化量が周辺の影響を受けない浮遊粒子群と比較して大きくなる。従って、上記第４判定方法を実施した場合でも、貫通欠陥があると判定される。
【００７３】
また、中空構造体２００の内圧と外圧との関係が、「内圧＜外圧」となっている場合で、かつ貫通欠陥がある場合は、図５（ｃ）に示すように、外部の気体が貫通孔を通って、中空構造体２００内部へと吸い込まれる。そのため、図５（ｃ）中の２本の点線矢印に挟まれた浮遊粒子群に示すように、吸い込まれる気体の影響を受けた浮遊粒子群が気体の吸い込まれる方向（図５（ｃ）中の矢印方向）に大きく流動する。また、吸い込まれる気体の影響を受けない浮遊粒子は、自由浮遊の状態のままとなる。加えて、貫通孔近辺において吸い込まれる気体の影響を受ける浮遊粒子群は、中空構造体２００の外表面に対して接近する方向に向かってより速い流速で流動する。従って、上記第１〜第３判定方法において、貫通欠陥があると判定される。また、貫通孔近辺において吸い込まれる気体の影響を受ける浮遊粒子群は、急激な方向転換をすることになるので、この流動方向の変化量が周辺の影響を受けない浮遊粒子群と比較して大きくなる。従って、上記第４判定方法を実施した場合でも、貫通欠陥があると判定される。
貫通欠陥検出部３５は、第１〜第３判定方法のいずれか１つでも貫通欠陥があると判定された場合に、シート光５０の照射位置又はその近傍に貫通欠陥があると判定し、全ての判定方法において貫通欠陥が無いと判定された場合に、貫通欠陥が無いと判定する。
【００７４】
そして、この判定結果の情報と流動情報と判定処理に係る撮影画像データＩｔ0及びＩｔ1とを含む検出結果情報を情報表示部３６に出力する。
情報表示部３６は、貫通欠陥検出部３５からの検出結果情報に基づき、検出結果情報のうち判定結果を示す情報の示す検出結果（貫通欠陥の有無）の情報と、撮影画像データとに基づき、検査領域及び該検査領域における貫通欠陥の有無を明示する情報を生成する。また、検出結果情報に含まれる流動情報に基づき、該流動情報を明示する情報を生成する。そして、これら明示情報を表示装置３０１に表示するための画像表示信号を生成し、生成した画像表示信号を表示装置３０１に出力する（Ｓ１１８）。これにより、表示装置３０１には、検査領域の撮影画像と、貫通欠陥の有無を明示する情報と、流動情報とが表示される。
【００７５】
例えば、図５（ｂ）及び（ｃ）のケースでは、少なくとも対象領域Ｂを含む撮影画像と、貫通欠陥有りを明示する画像と、流動情報を示す画像とが表示される。
貫通欠陥検出処理装置３０は、上記同様の処理を各走査位置に対して実行し、全走査領域に対して処理が終了すると（Ｓ１２０のYes）、貫通欠陥の検出処理を終了する。
なお、本実施形態の貫通欠陥検出装置１の貫通欠陥検出処理は、中空構造体２００に保温材、防音材などが巻かれている状態でも有効である。具体的に、中空構造体２００内部から貫通孔を通って外部へと吹き出す気体、又は外部から貫通孔を通って中空構造体２００内部へと吸い込まれる気体は、保温材、防音材などの隙間を通るので、この隙間を通る気体による浮遊粒子の流れを捉えることができれば、保温材、防音材などが巻かれていない状態と同様に貫通欠陥を検出することが可能である。
【００７６】
また、本実施形態の貫通欠陥検出装置１は、中空構造体２００の周囲に定常的に存在する粉塵等の浮遊粒子の流動状態を検出するようにした。しかし、中空構造体２００の周囲に粉塵等の浮遊粒子が殆ど存在しないような環境も存在しうる場合がある。このような場合、水やアルコール等の中空構造体２００等の設備に対して害を与えないトレーサ粒子を中空構造体２００の周辺に散布する。これにより、粉塵等が存在しない（あるいは著しく少ない）環境下においても、精度良く貫通欠陥の検出を行うことが可能である。
なお、トレーサ粒子としては、他にも、ポリスチレン、アルミニューム、中空ガラス玉、コーディング粒子、ディオクチバサレート、各種オイル、煙等がある。
また、貫通欠陥のおおよその位置を検出後に、その範囲に対して閾値を別途設定して、上記同様の検出処理を実施することで、貫通欠陥のより正確な位置を絞り込むことが可能である。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態の貫通欠陥検出装置１は、光照射装置１０からシート光５０を照射すると共に、第１の直動案内装置１３及び第２の直動案内装置１４によって、中空構造体２００の外表面をシート光５０により高さ方向及び円周方向に走査することが可能である。一方、撮影装置２０は、第３の直動案内装置２２によって、光照射装置１０の円周方向の移動に同期して移動し、光照射装置１０の走査位置及びその近傍の領域である撮影領域を撮影することが可能である。そして、貫通欠陥検出処理装置３０は、撮影装置２０で時系列に複数フレーム分撮影された撮影領域の撮影画像データを取得し、該取得した撮影画像データに基づき、公知の流速計測法を用いて、撮影領域内を浮遊する浮遊粒子群の流動状態（流速、流動量、流動方向、流動方向の変化量など）を検出することが可能である。更に、この流動状態の検出結果に基づき、上記第１〜第４判定方法を用いて、中空構造体２００に貫通欠陥があるか否かを判定することが可能である。
【００７８】
以上のことから、空気中を浮遊する粉塵等の浮遊粒子にシート光を当てて、その反射光（散乱光）を撮影して得られる撮影画像データに基づき、中空構造体の貫通欠陥を検出することができるので、非接触で簡易に貫通欠陥を検出することができる。また、貫通欠陥の検出（検査）対象である設備に対して、外部から非接触で検査を行うことができるので、設備の稼働を停止することなく検査を行うことができる。また、内圧＞外圧、内圧＜外圧のいずれでも貫通欠陥を検出することができる。
【００７９】
ここで、光照射装置１０は、光照射装置を構成し、撮影装置２０は、撮影装置を構成する。画像処理部３３及び流動状態検出部３４は、流動状態検出部を構成し、貫通欠陥検出部３５は、貫通欠陥検出部を構成する。直状ガイド部材１１、円環状ガイド部材１２、第１の直動案内装置１３及び第２の直動案内装置１４は、走査機構を構成する。
また、ステップＳ１０４は、光照射ステップを構成し、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０は、撮影ステップを構成する。ステップＳ１１２〜Ｓ１１４は、流動状態検出ステップを構成し、ステップＳ１１６は、貫通欠陥検出部を構成する。
【００８０】
（変形例）
なお、上記実施形態において、レーザ光源からのレーザ光を変化させたシート光を照射する構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らず、浮遊粒子をその流動状態を検出可能な状態で撮影できる光であれば、他の光源や形状の光を照射する構成としてもよい。
また、上記実施形態において、光照射装置１０を、高さ方向及び円周方向に移動可能な構成とし、撮影装置２０は、円周方向に移動可能な構成としたが、この構成に限らない。例えば、光照射装置で検査対象の外表面を走査し、固定撮影装置（固定カメラ）で走査位置を含む領域を撮影する構成としてもよい。また、光照射装置で検査対象の外表面の直近でかつ外表面と平行な方向に光を照射し、その照射光を含む領域を、移動可能な撮影装置で走査しながら撮影する構成としてもよい。また、移動可能な光照射装置及び撮影装置によって、双方を走査しながら光の照射及び撮影を行う構成としてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態において、シート光５０を中空構造体２００の外表面と直交する方向に照射する例を説明したが、この構成に限らない。外表面と直交以外で交差する方向、外表面に対して平行な方向等の他の方向としてもよい。
また、上記実施形態において、撮影装置２０の撮影軸を、シート光５０のシート面に直交する方向とする例を挙げて説明したが、この構成に限らず、シート面と交差する方向であれば、他の方向としてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【実施例１】
【００８３】
次に、上記実施形態に係る貫通欠陥検出装置１を利用した実施例１を説明する。
本実施例においては、製鋼工場に配備された真空脱ガス設備の吸引装置に対して、貫通欠陥の検査を行った。吸引装置は、蒸気エグゼクタにより「内部圧力＜１［Ｐａ］」で稼働しており、かつ外表面を保温材が施工されている状態となっている。この状態において、上記実施形態の貫通欠陥検出装置１を利用した貫通欠陥の検査を行った。その結果、流速の突出している箇所が見つかり、その箇所が貫通欠陥の存在箇所として検出（推定）された。後日、定期修理において、推定範囲の保温材を取り外して再度検査を行った結果、亀裂を発見した。
このように、事前に貫通欠陥の存在箇所を推定し、再検査においては推定した範囲に絞り込んで保温材の脱着を行って検査を行った結果、作業時間を大幅に削減することができた。これにより、定期修理時の作業工数を１／１０に削減することができた。
【符号の説明】
【００８４】
１                        貫通欠陥検出装置
１０                      光照射装置
１１                      直状ガイド部材
１２，２１                円環状ガイド部材
１３                      第１の直動案内装置
１４                      第２の直動案内装置
２２                      第３の直動案内装置
２０                      撮影装置
３０                      貫通欠陥検出処理装置
３１                      照射制御部
３２                      撮影制御部
３３                      画像処理部
３４                      流動状態検出部
３５                      貫通欠陥検出部
３６                      情報表示部
３００                    制御部
３０１                    表示装置
３０２                    記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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