(57)【要約】【課題】遠隔から非接触で行われる、構造物に対する欠陥の測定において、被測定物から測定装置までの距離が長い場合であっても、測定結果におけるノイズを低減する。【解決手段】被測定物の表面において近接した２つの領域を同一光源から出力されたコヒーレント光によって照射するコヒーレント光照射手段と、コヒーレント光によって照射された２つの領域が重ね合わされた画像の時系列画像を撮像する重ね合わせ画像撮像手段と、時系列画像に基づいて時系列画像の干渉縞画像を生成する干渉画像処理手段を含む信号処理手段とを備える。【選択図】      図１Ａ
2019105474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面において近接した２つの領域を同一光源から出力されたコヒーレント光によって照射するコヒーレント光照射手段と、
前記コヒーレント光によって照射された前記２つの領域が重ね合わされた画像の時系列画像を撮像する重ね合わせ画像撮像手段と、
前記時系列画像に基づいて前記時系列画像の干渉縞画像を生成する干渉画像処理手段を含む信号処理手段と
を備えた欠陥測定装置。
【請求項２】
前記信号処理手段は、
前記干渉画像処理手段によって生成された前記干渉縞画像に基づいて、空間的な変位分布を算出する変位空間分布解析手段と、
前記変位空間分布解析手段によって算出された前記空間的な変位分布に基づいて、前記被測定物における欠陥の有無を判定する欠陥判定手段と
を更に含む請求項１に記載の欠陥測定装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記変位空間分布解析手段によって算出された前記空間的な変位分布に基づいて、変位の時間変化を算出する変位時間変化解析手段を更に備え、
前記欠陥判定手段は、前記変位空間分布解析手段によって算出された前記空間的な変位分布と、前記変位時間変化解析手段によって算出された前記変位の時間変化とに基づいて、前記被測定物における欠陥の有無を判定する
請求項２に記載の欠陥測定装置。
【請求項４】
前記欠陥判定手段は、加振位置を変化させることによって、前記被測定物における２つの領域のどちらに欠陥が含まれているかを判定する
請求項２又は３に記載の欠陥測定装置。
【請求項５】
前記コヒーレント光照射手段は、前記２つの領域のうち一方の領域における照射される位置を移動させる照射位置移動手段を含む
請求項１乃至４の何れか１項に記載の欠陥測定装置。
【請求項６】
前記照射位置移動手段は、前記コヒーレント光照射手段によって第１の偏光成分と前記第１の偏光成分に対して偏光面が垂直な第２の偏光成分とを交互に射出し、射出された前記第１の偏光成分を前記２つの領域の一方に照射し、射出された前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分によって照射された領域と重なりを有してずれた領域に照射する
請求項５に記載の欠陥測定装置。
【請求項７】
被測定物の表面において近接した２つの領域を同一光源から出力されたコヒーレント光によって照射し、
前記コヒーレント光によって照射された前記２つの領域が重ね合わされた画像の時系列画像を撮像し、
前記時系列画像に基づいて前記時系列画像の干渉縞画像を生成する
欠陥測定方法。
【請求項８】
生成した前記干渉縞画像に基づいて、空間的な変位分布を算出し、
算出した前記空間的な変位分布に基づいて、前記被測定物における欠陥の有無を判定する
請求項７に記載の欠陥測定方法。
【請求項９】
加振位置を変化させることによって、前記被測定物における２つの領域のどちらに欠陥が含まれているかを判定する
請求項７又は８に記載の欠陥測定方法。
【請求項１０】
前記２つの領域のうち一方の領域における照射される位置を移動させることによって、前記被測定物における２つの領域のどちらに欠陥が含まれているかを判定する
請求項７乃至９の何れか１項に記載の欠陥測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物における欠陥を遠隔から非接触で測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルや橋梁などのコンクリート構造物において、構造物に発生するひび割れ、剥離、内部空洞等の欠陥が、構造物の健全性に影響を及ぼすことが知られている。そのため、これらの欠陥を正確に測定することが必要である。
【０００３】
構造物における、ひび割れ、剥離、内部空洞等の欠陥の検出は、検査員による目視検査や打音検査（打音試験）によって行われることが多く、検査のために検査員が構造物に接近する必要がある。そのため、高所等での作業ができる環境を整えることによる作業コストの増加や、作業環境確保のために交通規制を行うこと等による機会損失などが問題となっている。そこで、検査員が構造物を遠隔から検査する方法が望まれている。
【０００４】
打音検査のような検査法では、構造物の表面の微小な経時的な変形や振動を音波として検出する。
【０００５】
構造物における歪みを非接触で測定する技術の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１の非接触測定方法では、コヒーレント光源からの光が２つの平行な光束に分けられて、被測定物体上の２点に垂直に照射される。このように独立した２つのスペックル場を生じさせて干渉させることにより、このスペックル場が撮像素子に入力されて統計的干渉計測法により位相解析が行われる。上記動作の結果、特許文献１の非接触測定方法では、被測定物体上の２点の相対的変位に対応する位相変化を求めることにより、歪みが算出される。
【０００６】
構造物における微小変位を非接触で測定する技術の一例が、特許文献２に開示されている。特許文献２の微小変位計測方法では、分岐したレーザ光が被測定物体の２点に照射される。そして、照射されたレーザ光の散乱光より得られるスペックル干渉画像に基づいて、被測定物体の変位が求められる。ここで、光線の位相を違えて作成された第１、第２の基準スペックル干渉画像（基準画像）と測定対象のスペックル干渉画像（計測画像）との間の位相差が、統計的干渉計測法によって求められる。上記動作の結果、特許文献２の微小変位計測方法では、各計測画像の位相差に基づいて計測画像間の変位を表す位相差が求められる。
【０００７】
特許文献１及び特許文献２の技術では、分岐した２本のコヒーレント光（レーザ光）が照射された２点における構造物における歪み（微小変位）が測定される。従って、所定の広がりを有する構造物の表面における経時的な変形を一度に測定することが困難であった。
【０００８】
構造物の表面の経時的な変形を遠隔から一度に測定する技術の一例が、特許文献３に開示されている。特許文献３の技術では、ある測定物によって反射されたレーザ光とその測定物を経由しないレーザー光とを重ね合わせたスペックル画像（斑点画像）を所定の時間間隔で複数形成して記憶装置に記憶させる。そして、記憶させた複数のスペックル画像のうちの２枚のスペックル画像の差分に基づいて、２枚のスペックル画像が生成された時点間の時間間隔におけるその測定物の変形が測定される（スペックル干渉法）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−２５７４３２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０３９９号公報
【特許文献３】特開平０６−０９４４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３の技術では、撮影される光は、被測定物によって反射されたレーザー光が通る光路と参照物体によって反射されたレーザ光が通る光路とが重ね合わされた光路を通る。そのため、被測定物から測定装置までの距離が長いと、被測定物によって反射されたレーザー光が通る光路と参照物体によって反射されたレーザー光が通る光路との間の光路差が大きくなる。測定物から測定装置までの距離が長い場合には、参照物体と測定装置とが設置されるスペースの制限等に起因して、通常、参照物体から測定装置までの距離を測定物から測定装置までの距離に応じて延長することは困難である。即ち、参照物体は測定装置の近くに設置せざるを得ない。その結果、被測定物によって反射されたレーザー光が通る光路における空気の揺らぎや測定装置自身の振動などに起因する光の位相変化の影響が、欠陥の測定結果にノイズとして現れるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、遠隔から非接触で行われる、構造物における欠陥の測定において、被測定物から測定装置までの距離が長い場合であっても、測定結果におけるノイズを低減することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様において、被測定物の表面において近接した２つの領域を同一光源から出力されたコヒーレント光によって照射するコヒーレント光照射手段と、コヒーレント光によって照射された２つの領域が重ね合わされた画像の時系列画像を撮像する重ね合わせ画像撮像手段と、時系列画像に基づいて時系列画像の干渉縞画像を生成する干渉画像処理手段を含む信号処理手段とを備える。
【００１３】
本発明の一態様において、欠陥測定方法は、被測定物の表面において近接した２つの領域を同一光源から出力されたコヒーレント光によって照射し、コヒーレント光によって照射された２つの領域が重ね合わされた画像の時系列画像を撮像し、時系列画像に基づいて時系列画像の干渉縞画像を生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、遠隔から非接触で行われる、構造物における欠陥の測定において、被測定物から測定装置までの距離が長い場合であっても、測定結果におけるノイズを低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態における欠陥測定装置の構成の一例を示す模式図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態における信号処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【図２Ａ】構造物に対する加振を説明する模式図である。
【図２Ｂ】欠陥（空洞）の近傍が加振された構造物の振動状態を示す模式図である。
【図２Ｃ】欠陥（剥離）の近傍が加振された構造物の振動状態を示す模式図である。
【図３Ａ】構造物に対する加振時における干渉縞画像を示す模式図である。
【図３Ｂ】干渉縞画像上の縞模様が現れたある部分における輝度の経時変化の周波数特性の一例を示す模式的なグラフである。
【図３Ｃ】干渉縞画像上の縞模様が現れないある部分における輝度の経時変化の周波数特性の一例を示す模式的なグラフである。
【図４Ａ】構造物に対する加振位置を変化させた際の干渉縞画像の一例を示す模式図である。
【図４Ｂ】構造物に対して加振位置を変化させて加振した際の干渉縞画像の別の一例を示す模式図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態における欠陥測定装置を、橋梁における欠陥の測定に適用した例を示す模式図である。
【図５Ｂ】たわみ量、その速度、及びその加速度間の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態における欠陥測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における欠陥測定装置の構成の一例を示す模式図である。
【図８Ａ】レーザービームの移動による干渉縞画像の変化の一例を示す模式図である。
【図８Ｂ】レーザービームの移動による干渉縞画像の変化の別の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における状態測定装置の変形例の構成の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における欠陥測定装置の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。但し、以下に説明する実施形態の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、本発明の範囲を以下に限定するものではない。又、すべての図面において、同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
本実施形態における構成について説明する。
【００１７】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態における欠陥測定装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態における欠陥測定装置が設置される方向は任意であるが、以下の説明では、図１Ａの上側は平面図（Ｘ−Ｙ平面）を表し、図１Ａの下側は側面図（Ｘ−Ｚ平面）を表すこととする（他の図においても同様）。
【００１８】
図１Ｂは、本発明の第１の実施形態における信号処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【００１９】
図１Ａに示すように、本実施形態において、欠陥測定装置１００は、構造物５００における欠陥５０１を遠隔から非接触で測定する。ここで、構造物５００から欠陥測定装置１００までの距離は、欠陥測定装置１００のサイズに比べて十分に長くてもよい。構造物５００は、例えば、建築物、建築材料、製造材料、航走体、又は機械等である。欠陥５０１は、例えば、構造物５００における、材料中の空洞、又は材料の剥離である。図１Ａでは、構造物５００として板材が例示され、欠陥５０１として板材中の空洞が例示されている。
【００２０】
加振装置４００は、構造物５００に対して振動を加えることによって、欠陥５０１を含む部分を振動（共振）させる物体である。加振装置４００は、例えば、バイブレータ、ハンマー、車両、人、床、又は地盤等である。ここで、加振装置４００は、欠陥測定装置１００とは独立な装置であってもよいし、欠陥測定装置１００に含まれていてもよい。
【００２１】
欠陥測定装置１００は、レーザー部３１０と、ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、撮像部３４０と、信号処理部３５０とを含む。レーザー部３１０と、ハーフミラー３２０と、ミラー３３０とは、コヒーレント光照射部３６０を構成する。ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、撮像部３４０とは、重ね合わせ画像撮像部３８０を構成する。
【００２２】
レーザー部３１０は、レーザービームを射出する。
【００２３】
ハーフミラー３２０は、レーザー部３１０によって射出されたレーザービームを、第１のレーザービーム２１１と第２のレーザービーム２１２とに分岐させる。ハーフミラー３２０は、反射した第１のレーザービーム２１１を構造物５００に照射する。
【００２４】
ミラー３３０は、ハーフミラー３２０を透過した第２のレーザービーム２１２を反射して、構造物５００に照射する。
【００２５】
ここで、第１のレーザービーム２１１、第２のレーザービーム２１２はそれぞれ、構造物５００の表面において近接した領域５１３、領域５１４を照射する。領域５１３、領域５１４はそれぞれ、撮像部３４０によって撮像された際に、領域内を所定の分解能をもって撮像可能な広がりを有することとする。第１のレーザービーム２１１、第２のレーザービーム２１２はそれぞれ、構造物５００の表面において、領域５１３、５１４の全体を照射するために十分なビーム幅を有することとする。十分なビーム幅を確保するために、例えば、レーザー部３１０はビームエキスパンダー、レンズ、又はミラー等を内蔵してもよい。
【００２６】
撮像部３４０は、その撮像方向が、構造物５００による第１のレーザービーム２１１の主たる反射光、及び構造物５００による第２のレーザービーム２１２の主たる反射光と同軸に配置される。そのため、撮像部３４０は、構造物５００におけるそれぞれ、第１のレーザービーム２１１、第２のレーザービーム２１２の照射部分である、領域５１３、領域５１４が重ね合わされた画像を撮像する。即ち、撮像部３４０によって撮像された画像は、第１のレーザービーム２１１と第２のレーザービーム２１２とが構造物５００によって反射されたレーザー光が、重ね合わされたスペックル画像である。撮像部３４０は、スペックル画像の時系列画像を撮像する。
【００２７】
信号処理部３５０は、撮像部３４０によって撮像された、スペックル画像の時系列画像を処理する。図１Ｂに示すように、信号処理部３５０は、干渉画像処理部２２０と、変位空間分布解析部２３０と、変位時間変化解析部２４０と、欠陥判定部２５０と、欠陥マップ作成部２６０とを含む。
【００２８】
干渉画像処理部２２０は、時系列画像に含まれる２つの画像における対応する各画素間の輝度の差分の絶対値（絶対値差分）を算出することによって、干渉縞画像を生成する。信号処理部３５０において、干渉画像処理部２２０以外の構成要素は、省略されてもよい。信号処理部３５０において干渉画像処理部２２０以外の構成要素が省略される場合には、干渉画像処理部２２０によって生成された干渉縞画像に基づいて、利用者が、構造物５００における欠陥の有無を判定してもよい。
【００２９】
変位空間分布解析部２３０は、空間フィルタリング処理、及び変位分布算出処理を行う。空間フィルタリング処理において、変位空間分布解析部２３０は、干渉画像処理部２２０によって生成された干渉縞画像におけるスペックルノイズを除去する。変位分布算出処理において、変位空間分布解析部２３０は、干渉縞画像から画像各点における変形量（変位の空間分布）を算出する。
【００３０】
変位時間変化解析部２４０は、変位空間分布解析部２３０による処理がなされた時系列画像の各画素に対して、変位の時間変化を算出する。
【００３１】
欠陥判定部２５０は、変位空間分布解析部２３０によって算出された変位の空間分布、及び変位時間変化解析部２４０によって算出された変位の時間変化に基づいて、構造物５００における欠陥の有無を判定する。欠陥判定部２５０は、変位時間変化解析部２４０によって算出された変位の時間変化にも基づいて、構造物５００における欠陥の有無を判定してもよい。
【００３２】
欠陥マップ作成部２６０は、構造物５００における欠陥の位置、種類、又は程度等の、構造物５００における空間分布をＸ−Ｙ平面にマップ化（欠陥マップ）する。
【００３３】
図２Ａは、構造物に対する加振を説明する模式図である。図２Ａの上側は平面図を表し、図２Ａの下側は側面図を表すこととする。
【００３４】
図２Ａに示すように、加振装置４００は、欠陥５０１の近傍の加振位置５１０において、構造物５００に加振する。
【００３５】
図２Ｂ、図２Ｃはそれぞれ、欠陥（空洞、剥離）の近傍が加振された構造物の振動状態を示す模式図である。
【００３６】
図２Ｂにおいて、構造物５００のハッチング部分はたわみ振動が生じる部分であり、この部分が両端固定の梁として振動する。図２Ｃにおいて、構造物５００のハッチング部分はたわみ振動が生じる部分であり、この部分が片端固定の梁として振動する。たわみ振動が生じる部分において、その部分における密度、ヤング率、厚さ、長さ、梁の端部の種類等に応じた固有振動が発生する。
【００３７】
上述した、変位空間分布解析部２３０による空間フィルタリング処理は、例えば、メディアンフィルタと平均値フィルタとを併用して実現される。空間フィルタリング処理が成された干渉縞画像において、画像各点の輝度は、波長の１／２の変形量毎に濃淡を繰り返すいわゆる干渉縞を形成する。変位空間分布解析部２３０による変位分布算出処理において、干渉縞の濃淡の間隔に基づいて、たわみ変形をしている部分における振動を観測することができる。
【００３８】
図３Ａは、構造物に対する加振時における干渉縞画像を示す模式図である。図３Ａに示すように、干渉縞画像において、欠陥５０１にはコントラストの高い縞模様（４本の太線によって例示）が現れるのに対し、欠陥の無い部分には縞模様が現れない。そして、欠陥５０１における振動（変位の時間変化）に伴い、干渉縞部分における輝度は時間変化（経時変化）する。尚、図３Ａにおいて、背景のパターンはスペックル画像（斑点画像）を表している。
【００３９】
図３Ｂは、干渉縞画像上の縞模様が現れたある部分における輝度の経時変化の周波数特性の一例を示す模式的なグラフである。この輝度の経時変化は、変位の時間変化に応じて発生する。図３Ｂに示すように、欠陥におけるたわみ振動の固有振動成分（グラフにおけるピーク）が現れている。
【００４０】
図３Ｃは、干渉縞画像上の縞模様が現れないある部分における輝度の経時変化の周波数特性の一例を示す模式的なグラフである。図３Ｃに示すように、欠陥におけるたわみ振動の固有振動成分（グラフにおけるピーク）が現れていない。
【００４１】
信号処理部３５０は、上述した周波数特性の違いに基づいて、領域５１３又は領域５１４のどちらか一方の一部に欠陥５０１が含まれていることを判別することができる。
【００４２】
続いて、欠陥５０１が含まれているのが領域５１３、領域５１４のどちらであるかを判定する方法について説明する。
【００４３】
図４Ａは、構造物に対する加振位置を変化させた際の干渉縞画像の一例を示す模式図である。
【００４４】
図４Ａに示すように、欠陥測定装置１００は、加振装置４００の位置が加振位置５１０と加振位置５２０とで変化した前後において、スペックル画像の時系列画像を撮像する。図４Ａの右上、右下の干渉縞模様はそれぞれ、加振位置５１０、５２０に対応する。欠陥５０１の近傍である加振位置５１０において加振した場合、欠陥５０１のたわみ振動として干渉縞画像にコントラストの高い縞模様が現れる。それに対し、欠陥５０１の位置から離れた加振位置５２０において加振した場合、欠陥５０１のたわみ振動は小さい。そのため、加振位置５２０における干渉縞画像の縞模様のコントラストは、加振位置５１０おける干渉縞画像の縞模様に比べて低い。このように加振装置４００による加振位置（加振位置５１０、加振位置５２０）を変化させて加振することによって、欠陥測定装置１００は、加振位置５１０により近い領域５１３に欠陥５０１があることを検出できる。
【００４５】
図４Ｂは、構造物に対して加振位置を変化させて加振した際の干渉縞画像の別の一例を示す模式図である。図４Ｂに示すように、領域５１３、５１４にそれぞれ欠陥５０１、５０２が存在することとする。この場合、加振装置４００の位置を加振位置５１０、加振位置５２０で変化させたときに、それぞれ図４Ｂの右上、図４Ｂの右下に示す縞模様が干渉縞画像に現れる。即ち、加振位置５１０、５２０により近い欠陥５０１、５０２に起因する縞模様が、より明瞭に現れる（図４Ｂでは、コントラストの低い縞模様は省略されている）。そのため、欠陥測定装置１００は、領域５１３、５１４のどちらに、欠陥５０１、５０２のどちらが存在するかを判別することができる。
【００４６】
以上説明したように、変位の空間分布や変位の時間変化（周波数特性）に基づいて、空洞や剥離等の劣化の種類と、その部分における物理的状態（密度、ヤング率、厚さ、長さ）を判別することが可能である。欠陥測定装置１００は、これらの欠陥に関する情報を欠陥マップ作成部２６０によって、Ｘ−Ｙ平面においてマップ化した欠陥マップを出力する。
【００４７】
続いて、本実施形態における構造物の欠陥測定装置１００における、具体的な条件に関する一例について説明する。
【００４８】
撮像部３４０において、レンズの焦点距離は２５ｍｍである。又、撮像部３４０において、撮像素子の画素ピッチは２．５μｍ、画素数は水平方向において２０００画素で垂直方向において２０００画素である。又、撮像部３４０において、撮像距離５ｍにおいて、分解能は５００μｍで、１ｍ×１ｍの範囲を撮像できる。撮像部３４０において、撮像素子のフレームレートは２ｋＨｚである。
【００４９】
レーザー部３１０において、レーザー光源は、波長５３２ｎｍのＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）−ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）レーザーであり、構造物５００の表面を照射するレーザー光の光束は、撮像範囲に相当する直径１ｍである。
【００５０】
上述した条件において、大きさ５００ｍｍ×５００ｍｍ、表面からの被り厚２０ｍｍの欠陥５０１（空洞）を有する構造物５００（コンクリート）に対して、機械的打撃（振動）が与えられた。そして、振動が与えられた前後において、欠陥測定装置１００によって、構造物５００の干渉縞画像の時系列画像を撮像した。その結果、図３Ａに模式的に示したように、干渉縞画像の欠陥５０１（空洞）に相当する部分に濃淡の縞模様が現れた。
【００５１】
干渉縞画像のスペックルノイズ除去のために、変位空間分布解析部２３０によって、干渉縞画像の時系列各画像に対して、１０画素×１０画素のメディアンフィルタと、１０画素×１０画素の平均化フィルタとを順に適用する空間フィルタリング処理を行った。
【００５２】
変位時間変化解析部２４０によって、時系列各画像の濃淡の縞模様が現れた部分みおける画素の輝度の時間変化の周波数分析を行った。その結果、３００Ｈｚと７００Ｈｚとにおいて共振のピーク（固有振動成分）が現れた。ここで、共振ピークの周波数は空洞の表面からの被り厚に比例するので、この周波数に基づいて空洞の表面からの位置を判別することができる。
【００５３】
欠陥判定部２５０は、共振ピークの周波数と、空洞の厚み及び表面からの被り厚との対応関係を示す数値を予めルックアップテーブルとして保持している。欠陥判定部２５０は、このルックアップテーブルに基づいて、構造物５００に大きさ５００ｍｍ×５００ｍｍ且つ被り厚２０ｍｍの空洞が存在することを検出した。
【００５４】
撮像部３４０には、例えば１０ｋＨｚの振動を検出する場合には、フレームレートが２０ｋＨｚ以上である高速のカメラを使用する。
【００５５】
撮像部３４０は、スペックル干渉法を用いた欠陥の測定が可能なものであれば、上述した条件例と異なる各種の、画素ピッチ、レンズ焦点距離、画素数、フレームレート等を有するものであってもよい。
【００５６】
上述した説明では、加振は、加振装置４００（ハンマー）によってインパルス型の衝撃を与えることによって行われた。しかしながら、加振は、インパルス型の衝撃を用いる代わりに、振動体（バイブレーター）の周波数をスイープして、各周波数における振動成分を観測する方法で行われてもよい。又、振動体による加振は、スピーカを用いて遠隔から行われてもよい。又、振動体による加振は、加振位置を制御するためにパラメトリックスピーカ等の超指向性スピーカを用いて行われてもよい。
【００５７】
又、欠陥マップ作成部２６０による欠陥マップは、人が表示装置において直接視認できる形態で出力されてもよいし、他の装置が読み込み可能な形態で出力されてもよい。
【００５８】
図５Ａは、本発明の第１の実施形態における欠陥測定装置を、橋梁５５０における欠陥の測定に適用した例を示す模式図である。
【００５９】
橋梁５５０は、床板５５１と、橋脚５５２とを含む。床板５５１は、欠陥５５３を有することとする。車両４５４は、橋梁５５０に対する入出時に床板５５１に加振することとする。欠陥測定装置１００は、床板５５１の下側の、橋脚５５２の間に設置されることとする。
【００６０】
図５Ａに示すように、レーザーによる照射、及び撮像部３４０による撮像は、橋梁５５０の床板５５１の下底面に対して行われる。車両４５４が橋梁の床板５５１に乗り上げる加振位置５１０において鉛直下向きのステップ状の外力が働き、車両４５４が橋梁の床板５５１から降りる加振位置５２０において鉛直上向きのステップ状の外力が働くので、車両４５４が加振装置４００に相当する。加振位置５１０、加振位置５２０において外力が働くタイミングは、距離測定装置４５５によって測定される。ここで、車両４５４が橋梁の床板５５１に乗り降りするタイミングを測定するために、距離測定装置４５５は橋梁の床板５５１におけるたわみ量を測定する。
【００６１】
図５Ｂは、たわみ量、その速度、及びその加速度間の関係を示すグラフである。図５Ｂに示すように、各グラフは床板５５１における、たわみ量、たわみ量の時間に関する１階微分（速度）、たわみ量の時間に関する２階微分（加速度）である。図５Ｂに示すように、速度及び加速度の符号に基づいて、加振位置５１０（速度（−）且つ加速度（−））及び加振位置５２０（速度（＋）且つ加速度（−））において外力が働いたタイミングを判別することができる。ここで、距離測定装置４５５は、例えば、Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ型のレーザー距離計であるが、車両４５４が橋梁の床板５５１に乗り降りするタイミングを測定できる任意の測定装置であってよい。
【００６２】
本実施形態における動作について説明する。
【００６３】
図６は、本発明の第１の実施形態における欠陥測定装置の動作を示すフローチャートである。尚、図６に示すフローチャート及び以下の説明は一例であり、適宜求める処理に応じて、処理順等を入れ替えたり、処理を戻したり、又は処理を繰り返したりしてもよい。
【００６４】
ステップＳ６１０において、欠陥測定装置１００は、撮像部３４０によって、スペックル画像の時系列画像を撮像する。
【００６５】
ステップＳ６２０において、欠陥測定装置１００は、干渉縞画像を生成する。具体的には、欠陥測定装置１００は、信号処理部３５０の干渉画像処理部２２０によって、スペックル画像の時系列画像に含まれる２つの画像における、対応する各画素間の輝度の差分の絶対値（絶対値差分）を算出することによって、干渉縞画像を生成する。
【００６６】
ステップＳ６３０において、欠陥測定装置１００は、空間フィルタリング処理、及び変位分布算出処理を行う。空間フィルタリング処理において、欠陥測定装置１００は、変位空間分布解析部２３０によって、干渉画像処理部２２０によって生成された干渉縞画像におけるスペックルノイズを除去する。変位分布算出処理において、欠陥測定装置１００は、変位空間分布解析部２３０によって、干渉縞画像から画像各点における変形量（変位の空間分布）を算出する。
【００６７】
ステップＳ６４０において、欠陥測定装置１００は、処理済の画像が規定フレーム数だけ存在するか否かを判定する。そして、処理済の画像が規定フレーム数に達していなければ（ステップＳ６４０：Ｎｏ）、欠陥測定装置１００は、ステップＳ６１０からステップＳ６３０の処理を繰り返す。処理済の画像が規定フレーム数に達していれば（ステップＳ６４０：Ｙｅｓ）、欠陥測定装置１００は、ステップＳ６５０の処理に進む。
【００６８】
ステップＳ６５０において、欠陥測定装置１００は、変位時間変化解析部２４０によって、ステップＳ６１０乃至ステップＳ６３０における処理がなされた時系列画像の各画素に対して、変位の時間変化を算出する。
【００６９】
ステップＳ６６０において、欠陥測定装置１００は、欠陥判定部２５０によって、変位の空間分布と変位の時間変化とに基づいて、構造物５００における欠陥の有無を判定する。
【００７０】
ステップＳ６７０において、欠陥測定装置１００は、欠陥マップ作成部２６０によって、構造物５００における欠陥の位置、種類、又は程度等の、構造物５００における空間分布をＸ−Ｙ平面にマップ化（欠陥マップ）を生成する。
【００７１】
上述した動作の説明において、欠陥測定装置１００は、異常な変位の空間分布が算出されれば、構造物５００における欠陥が存在すると判定してもよい。即ち、ステップＳ６５０は省略されてもよい。ステップＳ６５０が省略される場合、欠陥測定装置１００は、ステップＳ６６０において、欠陥判定部２５０によって、変位の空間分布に基づいて、構造物５００における欠陥の有無を判定する。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態における欠陥測定装置１００は、同一被測定物の表面において近接した領域５１３、５１４によって反射された２つのレーザービームを重ね合わせることによって、スペックル画像を得る。ここで、２つのレーザービームの光路は、ハーフミラー３２０とミラー３３０との間の距離（例えば５０ｍｍ）だけ離れているものの近接している。ここで、２つのレーザービームの光路を等しくするために、ハーフミラー３２０と被測定物の表面の間に迂回光路を設けてもよい。又、２つのレーザービームの光路は、欠陥測定装置１００から射出され、同一被測定物の表面において近接した領域５１３、５１４を照射する。つまり、第１のレーザービーム２１１と第２のレーザービーム２１２とは、光路における空気の揺らぎや、欠陥測定装置１００の振動によって、ほぼ同じ影響を受ける。そして、干渉縞画像は、２つの光路から入射した光の輝度の差分に起因して生成される。従って、本実施形態における欠陥測定装置１００には、遠隔から非接触で行われる、構造物における欠陥の測定において、被測定物から測定装置までの距離が長い場合であっても、測定結果におけるノイズを低減できるという効果がある。
【００７３】
又、本実施形態における欠陥測定装置１００では、２つのレーザービームの光路長の差は、ハーフミラー３２０とミラー３３０との間の距離の２倍である。ここで、レーザー部３１０のコヒーレンス長（可干渉距離）がこの光路長の差より長ければ、２つのレーザービームは干渉可能である。即ち、被測定物から測定装置までの距離に応じたコヒーレンス長を有する高品質なレーザー光源は不要である。従って、本実施形態における欠陥測定装置１００には、測定装置のコストを低減できるという効果がある。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を基本とする、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における欠陥測定装置は、構造物におけるレーザーによる照射位置を変化させる。
【００７４】
本実施形態における構成について説明する。
【００７５】
図７は、本発明の第２の実施形態における欠陥測定装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態における欠陥測定装置が設置される方向は任意であるが、以下の説明では、図７の上側は平面図を表し、図７の下側は側面図を表すこととする。
【００７６】
図７に示すように、本実施形態における欠陥測定装置１０５は、構造物５００における欠陥５０１を遠隔から非接触で測定する。ここで、構造物５００から欠陥測定装置１０５までの距離は、欠陥測定装置１０５のサイズに比べて十分に長くてもよい。図７では、構造物５００として板材が例示され、欠陥５０１として板材中の空洞が例示されている。
【００７７】
欠陥測定装置１００は、レーザー部３１０と、ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、撮像部３４０と、信号処理部３５０と、ビーム移動部３７１とを含む。レーザー部３１０と、ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、ビーム移動部３７１とは、コヒーレント光照射部３６５を構成する。ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、撮像部３４０とは、重ね合わせ画像撮像部３８０を構成する。
【００７８】
レーザー部３１０は、レーザービームを射出する。
【００７９】
ハーフミラー３２０は、レーザー部３１０によって射出されたレーザービームを、第１のレーザービーム２１１と第２のレーザービーム２１２とに分岐させる。ハーフミラー３２０は、反射した第１のレーザービーム２１１を構造物５００に照射する。
【００８０】
ミラー３３０は、ハーフミラー３２０を透過した第２のレーザービーム２１２を反射して、構造物５００に照射する。ここで、第１のレーザービーム２１１、第２のレーザービーム２１２はそれぞれ、構造物５００の表面において近接した領域５１３、領域５１４を照射する。
【００８１】
本実施形態において、ビーム移動部３７１を用いて、領域５１３、領域５１４のどちらに欠陥５０１が存在するかを判定する以外の機能は、第１の実施形態と同じである。
【００８２】
図７に示すように、ビーム移動部３７１内のミラー３３０は、ハーフミラー３２０を透過した第２のレーザービーム２１２を反射して、構造物５００を照射する。
【００８３】
アクチュエーター３７２は、ミラー３３０を移動させることにより、第２のレーザービーム２１２により照射される領域５１４をレーザー部３１０の光軸方向（Ｘ軸方向）に移動（例えば、領域５７４に移動）させることができる。
【００８４】
図８Ａ及び図８Ｂは、レーザービームの移動による干渉縞画像の変化の一例を示す模式図である。
【００８５】
図８Ａに示すように、領域５１３側に欠陥５０１がある場合に、領域５１３と領域５１４の中間位置において加振すると、図８Ａの左下に示す干渉縞画像が現れる。ここで、ビーム移動部３７１によって第２のレーザービーム２１２をレーザービーム２７３の位置に移動させて領域５７４を照射しても、図８Ａの右下に示すように、干渉縞画像は変化しない。
【００８６】
図８Ｂに示すように、領域５１４側に欠陥５０１がある場合に、領域５１３と領域５１４の中間位置において加振すると、図８Ｂの左下に示す干渉縞画像が現れる。ここで、ビーム移動部３７１によって第２のレーザービーム２１２をレーザービーム２７３の位置に移動させて領域５７４を照射すると、図８Ｂの右下に示すように、干渉縞画像は変化する。具体的には、図８Ｂの左下に示す干渉縞画像に対して、第２のレーザービーム２１２からレーザービーム２７３への移動量だけ干渉縞が現れている部分が移動する。
【００８７】
従って、欠陥測定装置１０５は、第２のレーザービーム２１２の移動時における干渉縞の移動の有無を検出することによって、欠陥５０１が領域５１３又は領域５１４（領域５７４）のどちらに含まれているのかを判定できる。ここで、欠陥測定装置１０５は、例えば、２つの干渉縞画像間における画像相関演算によって、干渉縞の移動を検出する。画像相関演算による移動の検出は、当業者に広く知られているので、ここでは詳述しない。
【００８８】
本実施形態における変形例について説明する。
【００８９】
図９は、本発明の第２の実施形態における状態測定装置の変形例の構成の一例を示す模式図である。図９は、具体的には、本変形例におけるレーザー部及びビーム移動部の構成を示す。
【００９０】
本変形例における欠陥測定装置１０６では、レーザー部及びビーム移動部の構成が欠陥測定装置１０５と異なる。
【００９１】
欠陥測定装置１０６は、レーザー部３１１と、ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、撮像部３４０と、信号処理部３５０と、偏光ビームスプリッタ３９４とを含む。レーザー部３１１と、偏光ビームスプリッタ３９４と、ミラー３３０とは、ビーム移動部３７３を構成する。レーザー部３１１と、ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、偏光ビームスプリッタ３９４とは、コヒーレント光照射部３６６を構成する。ハーフミラー３２０と、ミラー３３０と、撮像部３４０と、偏光ビームスプリッタ３９４とは、重ね合わせ画像撮像部３８６を構成する。
【００９２】
図９に示すように、レーザー部３１１は、レーザー光源３９１と、レーザー光源３９２と、偏光ビームスプリッタ３９３と、オンオフ制御部３９５とを含む。
【００９３】
レーザー光源３９１、３９２はそれぞれ、Ｓ偏光（偏光面が紙面と垂直（Ｙ軸方向））、Ｐ偏光（偏光面が紙面と平行（Ｚ軸方向））を有することとする。
【００９４】
偏光ビームスプリッタ３９３は、レーザー光源３９１、３９２によって射出されたレーザー光を合成する。その結果、レーザー部３１１は、レーザー光源３９１、３９２から射出された互いに直行する２つのレーザービームを同軸に射出する。
【００９５】
ハーフミラー３２０は、レーザー光源３９１、３９２双方から射出された光の一部を第１のレーザービーム２１１として射出する。
【００９６】
偏光ビームスプリッタ３９４は、Ｓ偏光を有するレーザー光源３９１から射出された光を反射することによって、第２のレーザービーム２１２を射出する。
【００９７】
ミラー３３０は、Ｐ偏光を有するレーザー光源３９２から射出された光を反射することによって、射出される位置が第２のレーザービーム２１２に対してＸ軸方向にずれたレーザービーム２７３を射出する。
【００９８】
オンオフ制御部３９５は、レーザー部３１１のレーザー光源３９１とレーザー光源３９２とにおけるレーザー光の出力が交互にオン及びオフになるように制御する。
【００９９】
上記構成の結果、レーザー光源３９１がオンでレーザー光源３９２がオフである場合、欠陥測定装置１０６は、構造物５００における領域５１３、５１４をレーザー光で照射する。一方、レーザー光源３９２がオンでレーザー光源３９１がオフである場合、欠陥測定装置１０６は、構造物５００における領域５１３、５７４をレーザー光で照射する。このように、欠陥測定装置１０６は、レーザー光源３９１、３９２を交互にオンオフ制御することにより、レーザー光によって照射される領域を領域５１４と領域５７４との間で移動させる。
【０１００】
本実施形態におけるビーム移動機構は、ビーム移動部３７１又はビーム移動部３７３以外の機械的手段又は電気的手段によって実現されてもよい。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態における欠陥測定装置１０５、１０６は、同一被測定物の表面において近接した領域５１３、５１４によって反射された２つのレーザービームを重ね合わせることによって、スペックル画像を得る。ここで、２つのレーザービームの光路は、ハーフミラー３２０とミラー３３０との間の距離（例えば５０ｍｍ）だけ離れているものの近接している。ここで、２つのレーザービームの光路を等しくするために、ハーフミラー３２０と被測定物の表面の間に迂回光路を設けてもよい。又、２つのレーザービームの光路は、欠陥測定装置１０５、１０６から射出され、同一被測定物の表面において近接した領域５１３、５１４を照射する。つまり、第１のレーザービーム２１１と第２のレーザービーム２１２とは、光路における空気の揺らぎや、欠陥測定装置１０５、１０６の振動によって、ほぼ同じ影響を受ける。そして、干渉縞画像は、２つの光路から入射した光の輝度の差分に起因して生成される。従って、本実施形態における欠陥測定装置１０５、１０６には、遠隔から非接触で行われる、構造物における欠陥の測定において、被測定物から測定装置までの距離が長い場合であっても、測定結果におけるノイズを低減できるという効果がある。
【０１０２】
又、本実施形態における欠陥測定装置１０５、１０６では、２つのレーザービームの光路長の差は、ハーフミラー３２０とミラー３３０との間の距離の２倍である。ここで、レーザー部３１０、３１１のコヒーレンス長（可干渉距離）がこの光路長の差より長ければ、２つのレーザービームは干渉可能である。即ち、被測定物から測定装置までの距離に応じたコヒーレンス長を有する高品質なレーザー光源は不要である。従って、本実施形態における欠陥測定装置１０５、１０６には、測定装置のコストを低減できるという効果がある。
【０１０３】
又、本実施形態における欠陥測定装置１０５、１０６では、欠陥が領域５１３又は領域５１４のどちらに存在するのかを特定できる。従って、本実施形態における欠陥測定装置１０５、１０６には、欠陥測定における利便性を向上できるという効果がある。
【０１０４】
特に、本実施形態における欠陥測定装置１０６では、機械的な移動機構（アクチュエーター等）が不要である。従って、本実施形態における欠陥測定装置１０６には、測定装置の信頼性を向上するか、又は測定装置の製造コストを低減できるという効果がある。
（第３の実施形態）
次に、本発明の各実施形態の基本である、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１０５】
本実施形態における構成について説明する。
【０１０６】
図１０は、本発明の第３の実施形態における欠陥測定装置の構成の一例を示す模式図である。
【０１０７】
図１０に示すように、本実施形態における欠陥測定装置１０９は、コヒーレント光照射部３６９と、重ね合わせ画像撮像部３８９と、信号処理部３５９とを含む。
【０１０８】
コヒーレント光照射部３６９は、構造物５００（被測定物）の表面において近接した２つの領域５１３、５１４を同一光源から出力されたコヒーレント光（レーザービーム）によって照射する。
【０１０９】
重ね合わせ画像撮像部３８９は、コヒーレント光照射部３６９によってコヒーレント光で照射された２つの領域５１３、５１４が重ね合わされた画像の時系列画像を撮像する。
【０１１０】
信号処理部３５９は、干渉画像処理部２２９を含む。
【０１１１】
干渉画像処理部２２９は、重ね合わせ画像撮像部３８９によって撮像された時系列画像に基づいて、時系列画像の干渉縞画像を生成する。ここで、干渉画像処理部２２９は、時系列画像に含まれる２つの画像における対応する各画素間の輝度の差分の絶対値を算出することによって、干渉縞画像を生成する。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態における欠陥測定装置１０９は、同一被測定物の表面において近接した領域５１３、５１４によって反射された２つのレーザービームを重ね合わせることによって、スペックル画像を得る。ここで、２つのレーザービームの光路は近接している。又、２つのレーザービームの光路は、欠陥測定装置１０９から射出され、同一被測定物の表面において近接した領域５１３、５１４を照射する。つまり、第１のレーザービーム２１１と第２のレーザービーム２１２とは、光路における空気の揺らぎや、欠陥測定装置１０９の振動によって、ほぼ同じ影響を受ける。そして、干渉縞画像は、２つの光路から入射した光の輝度の差分に起因して生成される。従って、本実施形態における欠陥測定装置１０９には、遠隔から非接触で行われる、構造物における欠陥の測定において、被測定物から測定装置までの距離が長い場合であっても、測定結果におけるノイズを低減できるという効果がある。
【０１１３】
以上、本発明を、上述した各実施形態及びその変形例によって例示的に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態及びその変形例に記載した範囲に限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更又は改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更又は改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、特許請求の範囲に記載した事項から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、構造物の非破壊検査を行う用途において利用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００、１０５、１０６、１０９  欠陥測定装置
３１０、３１１  レーザー部
３２０  ハーフミラー
３３０  ミラー
３４０  撮像部
４００  加振装置
２１１  第１のレーザービーム
２１２  第２のレーザービーム
５１３、５１４、５７４  領域
３５０、３５９  信号処理部
３６０、３６５、３６６、３６９  コヒーレント光照射部
３８０、３８６、３８９  重ね合わせ画像撮像部
２２０、２２９  干渉画像処理部
２３０  変位空間分布解析部
２４０  変位時間変化解析部
２５０  欠陥判定部
２６０  欠陥マップ作成部
５５０  橋梁
５５１  床板
５５２  橋脚
５５３  欠陥
４５４  車両
４５５  距離測定装置
３７１、３７３  ビーム移動部
３７２  アクチュエーター
２７３  レーザービーム
３９１、３９２  レーザー光源
３９３、３９４  偏光ビームスプリッタ
３９５  オンオフ制御部
５００  構造物
５０１、５０２  欠陥
５１０、５２０  加振位置
【図１Ａ】
2019105474.tif 000003
【図１Ｂ】
2019105474.tif 000004
【図２Ａ】
2019105474.tif 000005
【図２Ｂ】
2019105474.tif 000006
【図２Ｃ】
2019105474.tif 000007
【図３Ａ】
2019105474.tif 000008
【図３Ｂ】
2019105474.tif 000009
【図３Ｃ】
2019105474.tif 000010
【図４Ａ】
2019105474.tif 000011
【図４Ｂ】
2019105474.tif 000012
【図５Ａ】
2019105474.tif 000013
【図５Ｂ】
2019105474.tif 000014
【図６】
2019105474.tif 000015
【図７】
2019105474.tif 000016
【図８Ａ】
2019105474.tif 000017
【図８Ｂ】
2019105474.tif 000018
【図９】
2019105474.tif 000019
【図１０】
2019105474.tif 000020