(57)【要約】【課題】コンクリート構造物などの被検査体における内部欠陥を検出する際において、検出可能な深さを定量化して出力することのできる欠陥検査方法およびその装置を提供する。【解決手段】内部温度計測器２２において取得した被検査体の内部温度データを、欠陥検査装置２０の検出可能範囲決定手段２１に与え、被検査体の内部欠陥を検出することのできる範囲を決定する。表面温度計測器２４において取得した被検査体の表面温度データをデータ記録手段２５によって記録し、欠陥判断手段２７によって、欠陥部位の有無を判断する。このとき、欠陥部位の有無と検出可能範囲とを同時に表示させ、検査結果の信頼性を保証する。【選択図】　図２
2004069439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の厚みを有する被検査体の表面温度を計測し、計測領域の各単位領域における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欠陥検査方法であって、
前記被検査体の表面からの深さが異なる少なくとも２以上の深さ方向測定点の温度を取得し、
取得した前記２以上の深さ方向測定点の温度に基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定し、
前記検出可能範囲を明らかにして当該被検査体における欠陥を見いだすこと
を特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１の欠陥検査方法において、
測定対象時点における前記各単位領域間の表面温度の違いに基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだすこと
を特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１の欠陥検査方法において、
測定対象時間おける前記各単位領域間の表面温度の変化の違いに基づいて、当該被検査体における欠陥を見いだすこと
を特徴とするもの。
【請求項４】
所定の厚みを有する被検査体の表面からの深さが異なる少なくとも２以上の深さ方向測定点の温度を取得し、
取得した前記２以上の深さ方向測定点の温度に基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定すること
を特徴とする検出可能範囲決定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法において、
前記被検査体は、低熱伝導性材料から構成されたものであること
を特徴とするもの。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法において、
取得した前記２以上の深さ方向測定点の温度に基づいて、前記被検査体の表面からの深さ方向に存在する欠陥が前記被検査体の表面温度に与える影響の度合いを推定して、前記検出可能範囲を決定すること
を特徴とするもの。
【請求項７】
請求項６の欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法において、
前記被検査体の表面からの深さ方向に存在する欠陥が前記被検査体の表面温度に与える影響の度合いは、それぞれの深さ方向測定点間における温度差に基づいて決定されること
を特徴とするもの。
【請求項８】
請求項６の欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法において、
前記被検査体の表面からの深さ方向に存在する欠陥が前記被検査体の表面温度に与える影響の度合いは、それぞれの深さ方向測定点間における温度勾配に基づいて決定されること
を特徴とするもの。
【請求項９】
所定の厚みを有する被検査体の表面温度を計測す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、
記録された前記温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の変化を検出して、前記被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段と、
前記被検査体に配置された測温素子が取得した少なくとも２以上の深さ方向測定点における前記被検査体の内部温度データに基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定する検出可能範囲決定手段と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
請求項９の欠陥検査装置において、
被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり同時に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を、さらに備えたことを特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１０の欠陥検査装置において、
前記データ記録手段は、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前記各単位領域の温度データとして記録し、
前記欠陥判断手段は、前記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、前記被検査体における欠陥を判断することを特徴とするもの。
【請求項１２】
所定の厚みを有する被検査体に配置された測温素子が取得した少なくとも２以上の深さ方向測定点における前記被検査体の内部温度データに基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定する検出可能範囲決定手段
を備えたことを特徴とする欠陥検査のための検出可能範囲決定装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかの欠陥検査装置または検出可能範囲決定装置において、
前記検出可能範囲決定手段によって決定された検出可能範囲を受けて、当該検出可能範囲を表示する検出可能範囲表示手段を、さらに備えたことを特徴とするもの。
【請求項１４】
所定の厚みを有する被検査体の表面からの深さが異なる少なくとも２以上の深さ方向測定点の温度を測定するための少なくとも２以上の測温素子の配置方法であって、
前記被検査体の表面からの深さ方向に削孔を行い、
前記削孔によって生じた孔部において、深さの異なる少なくとも２以上の位置にそれぞれの測温素子を配置すること
を特徴とする測温素子の配置方法。
【請求項１５】
請求項１４の測温素子の配置方法において、
前記削孔によって生じた孔部においてそれぞれの測温素子を配置した後に、前記孔部を充填材によって充填すること
を特徴とするもの。
【請求項１６】
少なくとも２以上の測温素子を有する構造物の施工方法であって、
前記構造物を形成する所定の面に対する深さ方向に、前記少なくとも２以上の測温素子を深さの異なる位置にそれぞれ配置する工程と、
前記所定の面を含む厚さを有する構造物を形成するように、前記構造物の型枠に組成材料を流し込む工程と
を備えたことを特徴とする構造物の施工方法。
【請求項１７】
表面に対して垂直な方向に所定の厚みを有する構造物であって、
前記構造物の表面からの深さの異なる位置に埋設された２以上の測温素子と、
前記測温素子の電気的特性を外部へ伝達することが可能となるように設けられた配線と、
を備えた構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術および課題】
従来、トンネルや高架橋などに代表されるコンクリート構造物における浮きや剥離などの内部欠陥を調べる方法として、サーモグラフィー法が知られている。この従来のサーモグラフィー法では、コンクリート構造物などに熱負荷等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カメラで計測し、この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。
【０００３】
この場合の検査方法の原理を図２０を用いて説明する。図２０において示すように、コンクリート構造物２０１に熱負荷２０５を与えると、コンクリート構造物２０１の内部には熱流２０７が生じる。特性上コンクリートは熱伝導性が低いため、熱流２０７は比較的ゆっくりと内部方向に伝播していく。このため、コンクリート構造物２０１における内部温度は、表面２０９に近い程温度が高く、その内部に向かうにつれ温度が低くなる。
【０００４】
ところが、コンクリート構造物２０１に浮きや剥離などの内部欠陥２０３が存在していると、熱流２０７が内部欠陥２０３によって遮断されるため、それ以上奥側に伝播しなくなる。これにより、熱流２０７は表面２０９の方向に反射し、その深さ方向に内部欠陥２０３が存在する表面領域ｂの表面温度は、内部欠陥２０３が存在しない表面領域ａの表面温度よりも高温になる。
【０００５】
この状態におけるコンクリート２０９の表面温度を赤外線サーモグラフィーで計測し、その画像の解析処理を行うことによって、欠陥部位の検出を行うことができる。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。
【０００６】
しかしながら、従来のサーモグラフィー法では、検査時の熱環境条件によって検査結果が大きく異なる場合があり、その信頼性は決して高いものではなかった。
【０００７】
例えば、日射を利用したパッシブ・サーモグラフィー法においては、コンクリート構造物への日射量が少ない北向き面で、かつ日内気温の較差が小さい曇天の場合には、存在する内部欠陥を検出できない可能性がある。
【０００８】
また、強制加熱を行うアクティブ・サーモグラフィー法においても同様に、加熱強度、加熱時間および加熱方法（加熱体の種類、距離、配置）などの条件や、上述の立地条件や気温条件によっては、存在する内部欠陥を検出できない可能性がある。
【０００９】
したがって、従来においては、熱環境条件が検査結果に与える影響は、各検査者の主観や経験等に基づいて判断されている場合が多く、同様の熱環境条件であっても検査者によっては異なる判断を行う可能性があった。
【００１０】
例えば、存在する内部欠陥を検出できない熱環境であるにもかかわらず、検査者が検出可能であると判断して検査を行った場合、内部欠陥を見落としてしまう可能性がある。
【００１１】
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おいて、検査者の主観や経験等に頼らず、検査の有効性を定量的に判断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。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
（１）この発明にかかる欠陥検査方法においては、所定の厚みを有する被検査体の表面温度を計測し、計測領域の各単位領域における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欠陥検査方法であって、前記被検査体の表面からの深さが異なる少なくとも２以上の深さ方向測定点の温度を取得し、取得した前記２以上の深さ方向測定点の温度に基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定し、前記検出可能範囲を明らかにし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。
【００１３】
したがって、被検査体の深さ方向測定点の温度に基づく欠陥の検出可能範囲を決定して欠陥検査を行うことができるので、欠陥検査における信頼性を向上させることができる。
【００１４】
（２）この発明にかかる欠陥検査方法においては、測定対象時点における前記各単位領域間の表面温度の違いに基づいて、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。
【００１５】
したがって、一度の計測だけで被検査体の欠陥検査を行うことができ、検査効率がよい。
【００１６】
（３）この発明にかかる欠陥検査方法においては、測定対象時間おける前記各単位領域間の表面温度の変化の違いに基づいて、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。
【００１７】
したがって、熱負荷が与えられたときに発生する被検査体の表面反射熱を考慮して計測を行うことができる。例えば、加熱停止期間である冷却過程において計測を行う場合、より正確な被検査体の表面温度を計測することができる。これにより、各単位領域間の表面温度の相対的相違を、被検査体における欠陥として正確に検出することができる。
【００１８】
（４）この発明にかかる検出可能範囲決定方法においては、所定の厚みを有する被検査体の表面からの深さが異なる少なくとも２以上の深さ方向測定点の温度を取得し、取得した前記２以上の深さ方向測定点の温度に基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定することを特徴としている。
【００１９】
したがって、被検査体の深さ方向測定点の温度に基づく欠陥の検出可能範囲を決定して欠陥検査を行うことができるので、欠陥検査の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
（５）この発明にかかる欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法においては、前記被検査体は、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。
【００２１】
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本発明を適用することができる。
【００２２】
（６）この発明にかかる欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法においては、取得した前記２以上の深さ方向測定点の温度に基づいて、前記被検査体の表面からの深さ方向に存在する欠陥が前記被検査体の表面温度に与える影響の度合いを推定して、前記検出可能範囲を決定することを特徴としている。
【００２３】
したがって、深さ方向測定点の温度という数値化された値に基づく推定を行うことができるので、検出可能範囲を定量化して決定しやすい。
【００２４】
（７）この発明にかかる欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法においては、被検査体の表面からの深さ方向に存在する欠陥が前記被検査体の表面温度に与える影響の度合いは、それぞれの深さ方向測定点間における温度差に基づいて決定されることを特徴としている。
【００２５】
したがって、深さ方向測定点間における温度差という数値化された値に基づく推定を行うことができるので、検出可能範囲を定量化して決定しやすい。
【００２６】
（８）この発明にかかる欠陥検査方法または検出可能範囲決定方法においては、被検査体の表面からの深さ方向に存在する欠陥が前記被検査体の表面温度に与える影響の度合いは、それぞれの深さ方向測定点間における温度勾配に基づいて決定されることを特徴としている。
【００２７】
したがって、深さ方向測定点間における温度勾配という数値化された値に基づく推定を行うことができるので、検出可能範囲を定量化して決定しやすい。
【００２８】
（９）この発明にかかる欠陥検査装置においては、所定の厚みを有する被検査体の表面温度を計測す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、記録された前記温度データに基づいて、各単位領域における表面温度の変化を検出して、前記被検査体における欠陥を判断する欠陥判断手段と、前記被検査体に配置された測温素子が取得した少なくとも２以上の深さ方向測定点における前記被検査体の内部温度データに基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定する検出可能範囲決定手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２９】
したがって、被検査体の深さ方向測定点の温度に基づく欠陥の検出可能範囲を決定して欠陥検査を行うことができるので、欠陥検査における信頼性を向上させることができる。
【００３０】
（１０）この発明にかかる欠陥検査装置においては、被検査体の表面に対し計測領域全面にわたり同時に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を、さらに備えたことを特徴としている。
【００３１】
したがって、加熱過程において発生する被検査体の表面反射熱を考慮した計測を行うことができる。すなわち、加熱停止期間である冷却過程において計測を行うため、より正確な被検査体の表面温度を計測することができる。これにより、被検査体の欠陥を正確に検出するとともに、検出結果の信頼性を保証することができる。
【００３２】
（１１）この発明にかかる欠陥検査装置においては、データ記録手段は、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し、欠陥判断手段は、前記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ことを特徴としている。
【００３３】
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とともに、検出結果の信頼性を保証することができる。
【００３４】
（１２）この発明にかかる検出可能範囲決定装置においては、所定の厚みを有する被検査体に配置された測温素子が取得した少なくとも２以上の深さ方向測定点における前記被検査体の内部温度データに基づいて、前記被検査体の深さ方向のいずれの範囲内の欠陥まで検出可能かを示す検出可能範囲を決定する検出可能範囲決定手段を備えたことを特徴としている。
【００３５】
したがって、被検査体の深さ方向測定点の温度に基づく欠陥の検出可能範囲を決定して欠陥検査を行うことができるので、欠陥検査の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
（１３）この発明にかかる欠陥検査装置または検出可能範囲決定装置においては、検出可能範囲決定手段によって決定された検出可能範囲を受けて、当該検出可能範囲を表示する検出可能範囲表示手段を、さらに備えたことを特徴としている。
【００３７】
したがって、検出可能範囲決定手段によって決定された欠陥の検出可能範囲を明示して欠陥検査を行うことができるので、検査者にとって検査可能範囲が理解しやすい。例えば、決定した検出可能範囲を出力表示するためのプログラムおよびディスプレイなどが検査可能範囲表示手段に該当する。
【００３８】
（１４）この発明にかかる測温素子の配置方法においては、所定の厚みを有する被検査体の表面からの深さが異なる少なくとも２以上の深さ方向測定点の温度を測定するための少なくとも２以上の測温素子の配置方法であって、前記被検査体の表面からの深さ方向に削孔を行い、前記削孔によって生じた孔部において、深さの異なる少なくとも２以上の位置にそれぞれの測温素子を配置することを特徴としている。
【００３９】
したがって、被検査体の内部における温度を、表面からの深さ方向に応じて正確に測定することができる。これにより、被検査体の内部における熱の流れを把握することができ、これに基づいて欠陥検出を行うことができる。
【００４０】
（１５）この発明にかかる測温素子の配置方法においては、削孔によって生じた孔部においてそれぞれの測温素子を配置した後に、前記孔部を充填材によって充填することを特徴としている。
【００４１】
したがって、孔部の空間部を充填材により充填するので、被検査体の内部における温度をより正確に測定することができる。例えば、被検査体に近い熱伝導率を有する充填材を用いることにより、被検査体の内部における熱の流れを正確に把握することができ、これに基づいく欠陥検出の精度を高めることができる。
【００４２】
（１６）この発明にかかる構造物の施工方法においては、少なくとも２以上の測温素子を有する構造物の施工方法であって、前記構造物を形成する所定の面に対する深さ方向に、前記少なくとも２以上の測温素子を深さの異なる位置にそれぞれ配置する工程と、前記所定の面を含む厚さを有する構造物を形成するように、前記構造物の型枠に組成材料を流し込む工程とを備えたことを特徴としている。
【００４３】
したがって、構造物の施工後において、欠陥検査のための測温素子を設置する必要がなく、欠陥検査の際の作業効率を向上させることができる。また、測温素子の周辺は、被検査体と同様の組成材料で覆われるので、より正確に被検査体の内部温度を測定することができる。
【００４４】
（１７）この発明にかかる構造物においては、表面に対して垂直な方向に所定の厚みを有する構造物であって、前記構造物の表面からの深さの異なる位置に埋設された２以上の測温素子と、前記測温素子の電気的特性を外部へ伝達することが可能となるように設けられた配線と、を備えたことを特徴としている。
【００４５】
したがって、測温素子が取得した測温データを外部に容易に伝達することができ、欠陥検査の際の作業効率を向上させることができる。
【００４６】
この発明において、「検出可能」とは、実質的に検査データが得られることを含む概念である。
【００４７】
【発明の実施の形態】
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。
【００４８】
１．第１の実施形態
１−１．実施形態の概要
赤外線サーモグラフィーを用いて、トンネルや高架橋などに代表されるコンクリート構造物の被検査体の欠陥検査を行う場合、欠陥部位と健全部位の赤外線強度のコントラスト差（温度差）に基づいて内部欠陥の検出を行う。
【００４９】
しかしながら、欠陥検査において前記コントラスト差が表れなかった場合、その結果の有効性が定かではない。すなわち、はじめから被検査体には欠陥が存在しなかったのか、もしくは、欠陥が存在していたにもかかわらず、その欠陥が検出可能範囲よりも深い位置にあるために、検出することができなかったのかは不明である。
【００５０】
そこで、本実施形態では、検査時において被検査体の内部で生じている熱の流れ（熱流）に着目し、この熱の流れを定量化して表現することにより、その時点での被検査体の内部における検査可能な範囲（有効検査深度）を明らかにすることとした。これにより、欠陥検査を行う前段階において検査環境の評価を行うとともに、赤外線サーモグラフィー等によって得られた検査結果の信頼性を保証することができる。
【００５１】
図１を用いて本実施形態の基本概念を説明する。図１のＡまたはＢは、表面２に熱３および７の負荷が与えられたコンクリート構造物などの被検査体１を示しており、この被検査体１は内部欠陥５を有している。また、表面温度グラフ１３および１７は、この場合における被検査体１の表面２の位置（Ｙ軸方向）と表面温度（Ｘ軸方向）との関係を示している。
【００５２】
また、図１のＣは、図１のＡに示す被検査体１の内部における測定点の集合である直線αおよびβにおける内部温度を示すグラフである。同様に、図１のＤは、図１のＢに示す被検査体１の内部における測定点の集合である直線α’およびβ’における内部温度を示すグラフである。
【００５３】
被検査体１の内部において剥離や空洞などの内部欠陥５が存在し、この内部欠陥５の熱伝導率が被検査体１の熱伝導率より極めて小さい場合には、被検査体１の表面２から深さ方向への熱流の多くは遮断される。
【００５４】
例えば、図１のＣに示すように、内部温度グラフαでは、被検査体１の表面２からその深さ方向に向かうにつれ内部温度がなだらかな曲線を描いて下降している。これに対し、内部温度グラフβでは、内部欠陥５の前後において内部温度が急激に変化している。これは、上述したように、熱３による熱流が内部欠陥によって遮断されるためである。
【００５５】
したがって、図１のＣの表面温度グラフ１３が表すように、その深さ方向に内部欠陥５が存在する表面２の一部は、内部欠陥５が存在しない他の表面２よりも高温になる。
【００５６】
一方、図１のＢに示すように、内部温度グラフα’では、被検査体１の表面２からその深さ方向に向かうにつれ内部温度が下降しているが、図１のＡの内部温度グラフαほど大きく下降してはいない。また、内部温度グラフβ’においても、内部温度グラフβほど内部欠陥５の前後において内部温度が急激に変化してはいない。
【００５７】
また、このとき、表面温度グラフ１７が表すように、その深さ方向に内部欠陥５が存在する表面２の一部と、内部欠陥５が存在しない他の表面２では、表面温度の差が図１のＡの表面温度グラフ１３ほど顕著に表れていない。
【００５８】
以上の点を考察すると、図１のＡの表面温度グラフ１３において、内部欠陥５が表面温度の差として顕著に表れているのは、図１のＡに示す被検査体１の内部においては、図２のＡに示す被検査体１の内部よりも、比較的大きな熱の流れが生じているからであると考えられる。すなわち、このような熱の流れが大きいほど、内部欠陥５が被検査体１の表面温度に与える影響が大きいと考えられる。
【００５９】
本発明は、上記のような熱の流れに着目してこれを定量化することにより、被検査体の内部における欠陥を検出することのできる有効範囲を決定し、当該有効範囲において検査結果の信頼性を保証するものである。
【００６０】
１−２．欠陥検査システムの機能ブロック図
図２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、欠陥検査装置２０は、内部温度計測器２２が計測した被検査体の内部温度の計測データを受けて、検出可能範囲を決定する検出可能範囲決定手段２１と、表面温度計測器２４が計測した被検査体の表面温度の計測データを記録するデータ記録手段２５と、データ記録手段２５に記録された計測データを読み出して、これに基づく所定の処理を行い内部欠陥の有無を判断する欠陥判断手段２７と、検出可能範囲決定手段２１において決定された検出可能範囲および欠陥判断手段２７によって判断された欠陥の有無に関する情報を受けて、これらの表示を行う結果表示手段２３と、を備えている。
【００６１】
１−３．欠陥検査システムの装置の構成
図３に、前記欠陥検査システムを実現する装置の具体的な構成図を示す。被検査体であるコンクリート構造物３０は、測温素子である熱電対装置３２を設置するための孔部３１を有している。コンクリート構造物３０の孔部３１に設置される熱電対装置３２は、複数の熱電対素子を有しており、被検査体１の内部温度を計測してこの計測信号を温度計３３に出力する。なお、熱電対装置３２は、細長い保護管と、この保護管の内部に固定される複数の熱電対素子と、各熱電対素子の電気的特性を外部へ伝達することが可能となるように設けられた配線とを有している。
【００６２】
温度計３３は、熱電対装置３２からの計測信号を温度データに換算して温度データのアナログ信号をＡＤコンバータ３４に出力する。ＡＤコンバータ３４は、温度計３３から取得した温度データのアナログ信号をデジタル信号に変換し、内部温度データとしてコンピュータ装置３６に出力する。
【００６３】
赤外線カメラ３５は、コンクリート構造物３０に対向して設置されるとともに、コンピュータ装置３６に接続されており、コンクリート構造物３０の表面温度を計測し、この計測データを、表面温度データとしてコンピュータ装置３６に出力する。
【００６４】
内部温度データおよび表面温度データの出力を受けて、コンピュータ装置３６は、検出可能範囲決定手段２１によって検出可能範囲を決定してこれを表示し、データ記録手段２５によって計測データを記録し、欠陥判断手段２７によってコンクリート構造物３０の内部欠陥を判断してその結果を表示する。
【００６５】
なお、図２における、欠陥検査装置２０は、コンピュータ装置３６によって実現される。内部温度計測器２２は、熱電対装置３２、温度計３３およびＡＤコンバータ３４によって実現される。表面温度計測器２４は、赤外線カメラ３５によって実現される。
【００６６】
１−４．コンピュータ装置のハードウェア構成図
図４に、コンピュータ装置３６のハードウェア構成図を示す。この装置は、ＣＰＵ４０、メモリ４１、ディスプレイ４３、ハードディスク４５（記憶装置）、キーボード／マウス４７および通信回路４９を備えている。
【００６７】
通信回路４９は、他の装置との通信を行うための回路である。ハードディスク４５には、検出可能範囲を決定するためのプログラムおよび欠陥判断のためのプログラムなどが記録されている。
【００６８】
１−５．熱電対の設置
上述したように、本発明では、検査時において被検査体の内部で生じている熱の流れ（熱流）を定量化して表現することにより、その時点での被検査体の内部における検査可能な範囲（有効検査深度）を明らかにする。
【００６９】
被検査体の内部で生じている熱の流れ（熱流）を定量化するためには、被検査体の表面からの深さ方向において、深さの異なる位置での内部温度を精度よく測定しなければならない。本実施形態においては、深さの異なる位置での内部温度を精度よく測定するために、複数の熱電対素子を有する熱電対装置を用いる。
【００７０】
図５に、複数の熱電対素子を有する熱電対装置３２の例を示す。図５において、それぞれの熱電対素子５０は、その測温部分が装置ケース５５から数ミリ突出した状態で装置ケース５５に固定されている。各熱電対素子５０は、深さの異なる位置の内部温度を正確に測定するため、一定間隔毎に固定される。例えば、図５に示すように、熱電対素子５０は１０ｍｍ間隔毎に５つ固定されている。
【００７１】
また、それぞれの熱電対素子５０からの電気的特性を外部へ伝達するための配線５１は、集合部５７において１つの配線に集約され温度計３３に接続される。さらに、熱電対素子５０を配置した後においては、装置ケース５５の内部を、コンクリート構造物３０と熱特性が等しいセメントペーストやモルタル等５９で充填する。
【００７２】
図５ａに、上記の熱電対装置３２をコンクリート構造物３０に設置する場合の例を示す。図５ａのＡは、コンクリート構造物３０の側面を示す図である。また、図５ａのＢは、計測する表面を有するコンクリート構造物３０の正面を示す図である。
【００７３】
まず最初に、ドリルなどを用いてコンクリート構造物３０の表面と垂直方向に削孔し、直径５ミリ〜２０ミリ、深さ３０ミリ〜１００ミリ程度の孔部３１を形成する。例えば、図５ａのＢに示すように、表面温度の計測領域５５の中心付近を削孔して孔部３１を形成する。なお、削孔する位置は、計測領域５５における各領域の内部温度を代表できる位置であれば中心付近に限定する必要はない。
【００７４】
続いて、削孔によって形成された孔部３１において、上記の熱電対装置３２を配置する。例えば、図５ａのＡにおいては、直径約１５ミリ、深さ約５５ミリの孔部３１を生成して、１０ミリ間隔毎に５つの熱電対素子を固定した熱電対装置３２を配置している。なお、熱電対素子５０を設置した位置が、［特許請求の範囲］に示した深さ方向測定点である。
【００７５】
熱電対装置３２は、これに固定された熱電対素子５０がコンクリート構造物３０の表面から所定の深さに位置するように設置する。これは、表面からの深さの異なる位置における内部温度を正確に測定するためである。このため、図５ａに示す熱電対装置３２のように装置ケース５５の表面に熱電素子の固定されている位置を示す目盛を表示するようにしてもよい。これにより、作業者は正確な位置に熱電対素子５０を位置させることができる。
【００７６】
また、目盛を表示していなくても、熱電対素子が設置基準３５から一定間隔毎に固定されていれば、この設置基準３５とコンクリート構造物３０の表面とが同一面上に位置するように設置するようにしてもよい。
【００７７】
なお、図５ａにおいては、複数の熱電対素子を配置した熱電対装置を用いているが、孔部３１において、複数の熱電対素子を直接的にコンクリート構造物の内部に一定間隔毎に設置してもよい。
【００７８】
そして、最後に、孔部３１熱電対装置３２のすきまをコンクリート構造物３０と熱特性が等しいセメントペーストやモルタルなどで充填するようにしてもよい。
【００７９】
さらに、別の方法として、コンクリート構造物３０の打設時において予め測温素子である熱電対素子や熱電対装置を設置しておいてもよい。例えば、コンクリート構造物の欠陥検査を行いたい表面の深さ方向に熱電対素子や熱電対装置などを設置しておき、設置した熱電対素子や熱電対装置が埋設されるように、型枠に構造物の組成材料であるコンクリートを流し込んでコンクリート構造物を打設すればよい。
【００８０】
これにより、削孔や充填などの作業を行わずに欠陥検査を行うことができ、作業の効率が向上する。また、熱電対の周囲は、被検査体であるコンクリート構造物と同質のコンクリートによって覆われるので、充填材を用いた場合よりも正確にコンクリート構造物の内部温度を測定することができる。
【００８１】
１−６．欠陥検査装置におけるフローチャート
図６に、欠陥検査装置２０であるコンピュータ装置３６において行われる処理のフローチャートを示す。
【００８２】
１−６−１．内部温度の取得
まず、コンピュータ装置３６のＣＰＵ４０は、コンクリート構造物３０の孔部３１に埋設された熱電対装置３２が取得したコンクリート構造物３０の内部温度データを、温度計３３およびＡＤコンバータ３４を経由してデジタルデータとして取得する（ステップＳ６０１）。
【００８３】
この内部温度データは、図５において示したように、熱電対素子がコンクリート構造物３０の表面からの深さが異なる位置で取得した内部温度であり、それぞれの位置における複数の内部温度データがコンピュータ装置３６に入力される。
【００８４】
１−６−２．検出可能範囲の決定
取得した内部温度データに基づいて、コンピュータ装置３６のＣＰＵ４０は、当該コンクリート構造物のその時点における、欠陥の検出可能範囲を決定する（ステップＳ６０３）。
【００８５】
図７に、欠陥の検出可能範囲を決定する場合のフローチャートを示す。ＣＰＵ４０は、処理に用いる変数を初期化するためＤｅに０をセットし、ｉに１をセットする（ステップＳ７０１）。
【００８６】
ＣＰＵ４０は、取得したそれぞれの深さＸｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ）ｍｍにおける内部温度データθ（Ｘｉ）℃をメモリ４１に読み込む（ステップＳ７０３）。例えば、図５においては、５つの熱電対素子５０が１０ｍｍ間隔毎に設置されているので、Ｎ＝５となり５つの内部温度データを読み込むことができる。
【００８７】
次にＣＰＵ４０は、ｉに１を増分して（ステップＳ７０５）、深さＸ２　における温度勾配Δθ（Ｘ２）／ΔＸを以下の様に計算する（ステップＳ７０７）。
【００８８】
Δθ（Ｘ２）／ΔＸ　＝　｜（Δθ（Ｘ２）−θ（Ｘ１））／（Ｘ２−Ｘ１）｜
さらに、上記で求めた温度勾配Δθ（Ｘ２）／ΔＸと所定の値として与えられる限界温度勾配λ（Ｘ）（後述）とを比較する（ステップＳ７０９）。もし、温度勾配Δθ（Ｘ２）／ΔＸが、限界温度勾配λ（Ｘ）と等しいか大きければ（ステップＳ７０９、Ｙｅｓ）、変数Ｄｅに深さＸ２を設定する（ステップＳ７１１）。
【００８９】
さらに加えて、現在の深さを示すｉが、内部温度データの数Ｎより小さいか否かをチェックし、小さければ（ステップＳ７１３，Ｙｅｓ）ステップ７０５に戻ってｉを増分し上記の処理（ステップＳ７０５〜７１３）を繰り返す。また、ｉがＮより小さくなければ（ステップＳ７１３，Ｎｏ）、すべての内部温度データについて処理したと判断し、Ｄｅに設定されている値を検出可能範囲として決定する（ステップＳ７１５）。
【００９０】
なお、ステップＳ７０９において、温度勾配Δθ（Ｘｉ）／ΔＸが、限界温度勾配λ（Ｘ）より小さければ（ステップＳ７０９、Ｎｏ）、そのときのＤｅの値を検出可能範囲として決定する（ステップＳ７１５）。
【００９１】
図８は、２つの熱環境（熱環境１および熱環境２）において、上記に示したように、コンクリート構造物の内部温度を測定しその時の温度勾配を計算して検出可能範囲を決定した場合の例である。
【００９２】
熱環境１は、例えば、冬季、晴天、南面といった一般に赤外線サーモグラフィーの検査に好ましい環境である。一方、熱環境２は、夏期、曇天、北面といった当該検査にあまり好ましくない環境である。
【００９３】
図８のＡに示すように、熱環境１においては、それぞれの深さＸｉｍｍ８１における内部温度θ（Ｘｉ）℃８３に基づいて温度勾配Δθ（Ｘｉ）／ΔＸ８５を計算している。この結果、すべての深さＸｉｍｍ８１において、温度勾配Δθ（Ｘｉ）／ΔＸ８５が限界温度勾配λ（Ｘ）８７よりも大きい。したがって、深さＸｉｍｍが０〜５０ｍｍまでの範囲で欠陥が検出可能であると決定している。
【００９４】
一方、図８のＢに示すように、熱環境２においては、それぞれの深さＸｉｍｍ８０における内部温度θ（Ｘｉ）℃８２に基づいて温度勾配Δθ（Ｘｉ）／ΔＸ８４を計算している。この結果、深さＸｉｍｍ８０が２０ｍｍと３０ｍｍの場合においてのみ、温度勾配Δθ（Ｘｉ）／ΔＸ８４が限界温度勾配λ（Ｘ）８６よりも大きい。したがって、深さＸｉｍｍが０〜３０ｍｍまでの範囲で欠陥が検出可能であると決定している。
【００９５】
図８Ｃは、上記の熱環境１および２のそれぞれの場合における内部温度θ（Ｘｉ）℃と深さＸｉｍｍとの関係を折れ線グラフ（８０１，８０２）で示したものである。両熱環境において、深さＸｉｍｍが深くなるにつれて内部温度θ（Ｘｉ）℃が下降している。
【００９６】
しかしながら、熱環境１では、内部温度の全体的な変化が熱環境２よりも大きいため、より深い位置における欠陥の検出が可能であると考えられる。
【００９７】
ここで、前述した限界温度勾配λ（Ｘ）について説明する。限界温度勾配λ（Ｘ）とは、その深度における温度勾配によって、欠陥を見いだすことができるか否かを判断するための指標となる値である。すなわち、コンクリート構造物の表面からの深さが変化したときの内部温度の変化量である温度勾配Δθ（Ｘｉ）／ΔＸが、限界温度勾配λ（Ｘ）以上であるときに、その深度における欠陥を検出可能と判断することができるものである。
【００９８】
なお、前記限界温度勾配λ（Ｘ）は、使用する赤外線カメラの温度分解能や被検査体を構成するコンクリートの熱物性値（熱伝導率、密度、比熱および表面熱伝達率等）等によって、実験的に決定されるものである。したがって、検査時においては、当該検査環境により近い環境で決定された限界温度勾配λ（Ｘ）を用いればよい。
【００９９】
１−６−３．表面温度の計測
ＣＰＵ４０は、図７のフローチャートにしたがって決定した検出可能範囲が０より大きければ、欠陥の検出が可能であると判断し（図６、ステップＳ６０５、Ｙｅｓ）、表面温度データを取得する処理を行う（ステップＳ６０７）。また、検出可能範囲が０で、欠陥の検出が不可能であると判断すれば、欠陥検査を終了する（ステップＳ６０５、Ｎｏ）。
【０１００】
表面温度データを取得する処理において、ＣＰＵ４０は、赤外線カメラ３５からコンクリート構造物３０の表面温度データを取得する。この表面温度データは、ハードディスク４５等に記録される。なお、この表面温度データは、図５ａのＢにおいて示したように、コンクリート構造物３０の計測領域５５における各単位領域５７毎の温度データである。
【０１０１】
１−６−４．欠陥部位の判定
計測終了を受けて、コンピュータ装置３６のＣＰＵ４０は、計測データを解析して欠陥部位の判定のための処理を行う（ステップＳ６０９）。
【０１０２】
図９に、欠陥部位の判定のための処理の例を示す。まず、ＣＰＵ４０は、ハードディスク４５に記録されている各単位領域毎の表面温度データθｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ）を呼び出す（ステップＳ９０１）。さらに、呼び出した表面温度データθｉに基づいて、単位領域ｉにおける表面温度画像色を決定する（ステップＳ９０３）。また、決定された表面温度画像色はメモリ４１に記録される（ステップＳ９０５）。
【０１０３】
次に、ＣＰＵ４０は、ｉに１を増分した後（ステップＳ９０７）、全領域について上記の処理（ステップＳ９０１〜Ｓ９０７）を行ったか否かを判断し、未処理の領域が無くなるまで処理を繰り返す（ステップＳ９０９、Ｎｏ）。
【０１０４】
全領域についての処理が終了すると（ステップＳ９０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ９０５においてメモリに記録した表面温度画像色に基づいて欠陥部位を判定する（ステップＳ９１１）。すなわち、表面温度画像色が高温で表示されている部位ほど、内部欠陥が存在する確率が高いと判定する。
【０１０５】
１−６−５．検査結果の出力
欠陥部位の判定を終えたＣＰＵ４０は、欠陥部位と判定した表面温度画像色の差に基づいて、コンクリート構造物３０における内部欠陥の情報として出力する（図６、ステップＳ６１１）。この情報には、内部欠陥の存在する位置が画像として表示されており、今回行った検査における欠陥の検出可能範囲（有効検査深度）と、内部欠陥の検査結果が同時に出力表示される。
【０１０６】
図１０に、この場合にコンピュータ装置３６のディスプレイ４３に表示される内部欠陥の検査結果画面１００を示す。ＣＰＵ４０によって判定された内部欠陥１０１が、内部温度のコントラスト差として画面の中央左付近に示されている。
【０１０７】
また、計測領域全体における内部欠陥１０１の情報として、その位置と大きさが数値や寸法線等を用いて表示されている。例えば、内部欠陥１０１は、計測領域の左端から約４００ｍｍであって下端から約３００ｍｍに位置しており、その大きさは縦１００ｍｍ、横１００ｍｍであると表示されている。
【０１０８】
さらに、検出可能範囲（有効検査深度）１０３と内部欠陥の検査結果１０５は、画面の下部に表示される。例えば、図１０に示すように、検出可能範囲は「０ｍｍ〜５０ｍｍ」、検査結果は「上記範囲において、内部欠陥が存在すると思われます。」、として表示されている。なお、内部欠陥が存在しない場合は、「表面からの深さ０ｍｍ〜５０ｍｍにおいては、内部欠陥は存在しませんでした。」と表現してもよい。また、コンクリート構造物３０の側面図を表示するとともに、決定した検出可能範囲を、前記側面図上において色分け表示するようにしてもよい。
【０１０９】
これにより、検査者は、コンクリート構造物３０の内部欠陥の検出の際における検出可能範囲を定量化して知ることができる。また、当該欠陥検査システムを用いることにより、上記のような赤外線サーモグラフィー法等によって得られた検査結果の信頼性を保証することができる。
【０１１０】
２．第２の実施形態
２−１．発明の概要
第１の実施形態においては、各深さにおける温度勾配に基づいて、内部欠陥の検出可能範囲を決定したが、本実施形態においては、２点の深さにおける内部温度差と検出可能範囲との関係を示したテーブルを用いて、簡易的に検査可能範囲を決定する方法について説明する。
【０１１１】
本実施形態における発明の概要、欠陥検査システムの機能ブロック図、欠陥検査システムの装置の構成、コンピュータ装置のハードウェア構成図は、第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
また、熱電対の設置については、第１の実施形態では深さの異なる５点の内部温度を計測できるように設置したが、本実施形態では図１１に示すように、深さの異なる２点の内部温度を計測できるように設置する。例えば、コンクリート構造物３０の孔部３１に設置される熱電対素子５０は、表面からの深さが１０ｍｍの位置と５０ｍｍの位置の２点に設置される。なお、第１の実施形態において示したように、２つの熱電対素子５０を装置ケースに固定した熱電対装置を用いてもよい。
【０１１３】
２−２．検出可能範囲の決定
欠陥検査装置におけるフローチャートについても、基本的には図６に示す第１の実施形態の場合と同様であるが、検出可能範囲の決定におけるフローチャート（図７）のみが異なるので、この点を中心にして説明する。
【０１１４】
よって、取得した２点における内部温度データに基づいて、コンピュータ装置３６のＣＰＵ４０は、当該コンクリート構造物のその時点における、欠陥の検出可能範囲を決定する。（図６、ステップＳ６０３）。
【０１１５】
図１２は、本実施形態における検出可能範囲の決定方法を示すフローチャートである。ＣＰＵ４０は、取得したそれぞれの深さＸｉ（ｉ＝１，２）ｍｍにおける内部温度データθ（Ｘｉ）℃をメモリ４１に読み込む（ステップＳ１２０１）。例えば、図１１においては、２つの熱電対素子５０が深さ１０ｍｍおよび５０ｍｍの位置に設置されているので、Ｎ＝２となり、２つの内部温度データを読み込むことができる。
【０１１６】
次にＣＰＵ４０は、深さＸ２における温度差Δθ（Ｘ２）を以下の様に計算する（ステップＳ１２０３）。
【０１１７】
Δθ（Ｘ２）＝｜θ（Ｘ２）−θ（Ｘ１）｜
さらに、上記で求めた温度差Δθ（Ｘ２）に基づいて、図１３に示すテーブルを参照し、検出可能範囲（有効検査深度）を求める（ステップＳ１２０５）。
【０１１８】
例えば、図８の熱環境１の場合を本実施形態に当てはめてみると、θ（Ｘ１）が３０．０℃であり、θ（Ｘ２）が２８．６℃であるので、Δθ（Ｘ２）＝１．４℃となる。したがって、図１３の行１３１が適用でき、この場合の検出可能範囲は「５０ｍｍ＞」と決定することができる。
【０１１９】
また、熱環境２の場合を同様に当てはめてみると、θ（Ｘ１）が２５．０℃であり、θ（Ｘ２）が２４．２℃であるので、Δθ（Ｘ２）＝０．８℃となる。したがって、図１３の行１３３が適用でき、この場合の検出可能範囲は「３０ｍｍ」と決定することができる。
【０１２０】
なお、図１３に示したテーブルは、前述した限界温度勾配λ（Ｘ）の場合と同様に、使用する赤外線カメラの温度分解能や被検査体を構成するコンクリートの熱物性値（熱伝導率、密度、比熱および表面熱伝達率等）等によって、実験的に決定されるものである。したがって、検査時においては、当該検査環境により近い環境で決定されたテーブルを用いればよい。
【０１２１】
２−３．まとめ
検出可能範囲を決定した後における表面温度の計測、欠陥部位の判定および検査結果の出力については、第１の実施形態と同様に処理することができる。
【０１２２】
このように、本実施形態においては、被検査体の内部温度差と検出可能範囲との関係を示したテーブルに基づいて、簡易的に検出可能範囲を決定することができる。これにより、熱電対素子の配置や熱電対装置の構成を簡単にすることができるとともに、ＣＰＵ４０の処理負荷を削減することができる。また、ＣＰＵ４０を有するコンピュータ装置３６を用いなくとも、熱電対装置３２等の内部温度計測器２２を用いるだけで、計測データと図１３のテーブルを用いて人手で検出可能範囲を簡単に求めることができる。
【０１２３】
３．第３の実施形態
上記実施形態においては、日射を利用したパッシブ・サーモグラフィー法を前提にして説明しているが、本発明は、ヒーター等で強制加熱を行うアクティブ・サーモグラフィー法であっても適用可能である。また、アクティブ・サーモグラフィー法において、被検査体に周期的な熱負荷を与えることによって欠陥の検出を行う方法にも適用可能である。以下に、この方法の例を示す。
【０１２４】
３−１．発明の概要
被検査体に一定周期で変動する熱負荷を与えると、被検査体の内部には波動状の熱移動が生じ、被検査体の表面温度が一定の周期・振幅で変動する。もし、被検査体の内部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現れる。
【０１２５】
本実施形態においては、アクティブ・サーモグラフィー法を利用して欠陥検査を行う場合に、測定した被検査体の内部温度データから検出可能範囲を算出するとともに、所定の加熱周期の熱波動を与えたときの被検査体の表面温度を時系列で計測し、この計測データと所定の波形との相関処理を行うことにより欠陥部位を見いだす方法について説明する。
【０１２６】
例えば、前記相関処理は、表面温度変動の計測データと与えた熱負荷と同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つつ、検出可能範囲において信頼性を保証できる欠陥検査を行うことができる。
【０１２７】
３−２．欠陥検査システムの概要
図１４に、本実施形態にかか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、欠陥検査装置１４０は、内部温度計測器１４６が計測した被検査体の内部温度の計測データを受けて、検出可能範囲を決定する検出可能範囲決定手段１４１と、加熱装置１４７に対して加熱・加熱停止を制御する加熱制御手段１４３と、表面温度計測器１４８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１４４と、データ記録手段１４４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１４５と、欠陥判断手段１４５が判断した内部欠陥に関する情報および検出可能範囲決定手段１４１において決定された検出可能範囲を受けて、これらの表示を行う結果表示手段１４２と、を備えている。
【０１２８】
３−３．欠陥検査システムの装置の構成
図１５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。このシステムは、図３で示した欠陥検査システムに、ヒーター１５１、リレー装置１５２、および信号発生装置１５３を加えたものである。
【０１２９】
なお、ヒーター１５１は、被検査体に熱負荷を与えるためのものである。リレー装置１５２は、ヒーター１５１から被検査体に対して均質な熱負荷を出力させるためのものである。信号発生装置１５３は、リレー装置を制御するための信号を発生させるものであって、コンピュータ装置３６に接続されている。コンピュータ３６は、加熱開始命令または加熱停止命令を前記信号発生装置に与えることによって、欠陥検査システムにおける加熱制御を行う。
【０１３０】
なお、コンピュータ装置のハードウェア構成図は、図４に示した第１の実施形態の場合と同様である。
【０１３１】
３−４．加熱期間の決定方法
計測領域の各単位領域における計測データと参照波形との位相差は、加熱期間と欠陥の存在する深さによって変化するものであると実験的に証明できる。
【０１３２】
このような実験結果から考察した、加熱期間と欠陥深さの関係テーブルの例を図１６に示す。図１６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加熱期間が、欠陥を検出するための最適な加熱期間であると考えられる。
【０１３３】
例えば、欠陥深さ「１０ｍｍ」のときの最大位相差は「２．０°」であることより、この欠陥深さを検査する時の最適な加熱期間は、「１０分」である。
【０１３４】
したがって、当該関係テーブルを使用することにより、被検査体において検査を行う欠陥深さに応じて、最適な加熱期間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の向上させることができる。
【０１３５】
３−５．欠陥検査装置におけるフローチャート
図１７に、本実施形態の欠陥検査装置１４０におけるフローチャートを示す。
【０１３６】
まず、欠陥検査装置１４０であるコンピュータ装置３６において、検出する欠陥の最大深さを決定する（ステップＳ１７０１）。なお、この時決定する最大深さは、図７において示した「検出可能範囲におけるフローチャート」にしたがって決定すればよい。
【０１３７】
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加熱条件の範囲を入力する（ステップＳ１７０２）。なお、この加熱条件の範囲は、前記最大深さに応じてＣＰＵ４０が自動的に判断するようにしてもよい。
【０１３８】
欠陥検査装置１４０において、コンピュータ装置３６のＣＰＵ４０は、信号発生装置１５３に対して加熱条件を出力する（ステップＳ１７０３）。ここで加熱条件とは、コンクリート構造物３０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。
【０１３９】
前記加熱条件は、信号発生装置１５３に与えられた後、波形信号に変換されてリレー装置１５２に出力される。リレー装置１５２は、入力した波形信号に基づいてヒーター１５１を作動させる。これにより、所定の加熱条件でコンクリート構造物３０に熱負荷を与える。
【０１４０】
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３５を用いて、特に加熱停止期間におけるコンクリート構造物３０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３６に出力され、ハードディスク４５等に記録される（ステップＳ１７０４）。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の計測データを取得する。なお、計測データは、コンクリート構造物３０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。
【０１４１】
所定の繰り返し回数において上記の処理を行った後、計測を終了し、設定された範囲において加熱期間を変更して（ステップＳ１７１０）、ステップＳ１７０３から同様の処理を繰り返す（ステップＳ１７０５，ＮＯ）。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。
【０１４２】
設定された範囲の加熱条件での計測を終了すると（ステップＳ１７０５，ＹＥＳ）、ＣＰＵ４０は、計測した各加熱期間において、計測データの解析処理を行う（ステップＳ１７０６）。
【０１４３】
３−５−１．計測データの解析処理
図１８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、コンクリート構造物３０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。ＣＰＵ４０は、このＫｔｉを各領域毎にハードディスク４５から呼び出し、メモリ４１に記憶する（ステップＳ１８０１）。
【０１４４】
ＣＰＵ４０は、時刻ｔにおける参照波形Ｒｔをハードディスク４５から呼び出す（ステップＳ１８０２）。なお、前記参照波形Ｒｔは、コンクリート構造物３０に与えられた熱負荷と同じ周期を持ったアナログ信号である。
【０１４５】
ＣＰＵ４０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Ｓ１８０３）。以下に、位相差Ｐｔｉの算出過程を示す。
【０１４６】
ＣＰＵ４０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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
【数１】
2004069439.tif 000003
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
【数２】
2004069439.tif 000004
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。
【０１５１】
ＣＰＵ４０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Ｓ１８０４）。さらに、ｉが全領域数Ｉを越えるまで（ステップＳ１８０５，ＹＥＳ）、ステップＳ１８０１〜１８０４の処理を繰り返し位相差Ｐｔｉを求める（ステップＳ１８０５，ＮＯ）。
【０１５２】
次に、ＣＰＵ４０は、時刻ｔにΔｔを加算して時刻をｔ＋Δｔとし（ステップＳ１８０６）、所定の解析時間Ｔを越えるまで（ステップＳ１８０７，ＹＥＳ）、ステップＳ１８０１〜１８０６を繰り返す（ステップＳ１８０７，ＮＯ）。
【０１５３】
このように、位相差Ｐｔｉを求める信号処理が、赤外線カメラ３５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３５が計測した取り込みフレーム数Ｎ回行われる。
【０１５４】
３−５−２．欠陥部位の判定
各加熱期間における計測データの解析処理を終えたＣＰＵ４０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、ＣＰＵ４０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Ｓ１７０７）。すなわち、各領域の位相差と、図１６に示した加熱期間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。
【０１５５】
次に、ＣＰＵ４０は、計測領域全体の画像データを生成し（ステップＳ１７０８）、ディスプレイ４３に出力する（ステップＳ１７０９）。
【０１５６】
このときにディスプレイ４３に出力される画像データを含む欠陥形状の推定画面の例を図１９に示す。欠陥形状の推定画面１９０においては、推定した欠陥の側面図１９１および正面図１９３がその大きさを示す寸法線とともに表示されている。また、画面の下部には、今回の検査において決定した検出可能範囲１９４が表示される。
【０１５７】
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るとともに、検出可能範囲において検査結果の信頼性を保証することができる。したがって、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、信頼性が保証された検査結果を得ることができる。
【０１５８】
なお、図１９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。
【０１５９】
４．その他の実施形態
上記実施形態においては、被検査体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。
【０１６０】
また、ある程度の厚みを有しており内部温度に熱の流れが生じる被検査体であれば、複数の層から構成されているような構造物の欠陥検出にも本発明は適用可能である。例えば、表面がタイルやモルタル等で覆われているような構造物における、その接合面の欠陥検査についても適用可能である。さらに、コンクリート構造物の耐震補強のために設置される鉄板やこれにかかる充填材の欠陥検査についても適用可能である。
【０１６１】
上記実施形態においては、被検査体の内部温度を測定する測温素子として熱電対素子を用いたが、温度測定が可能であれば他の装置であってもよい。例えば、ファイバー温度計、水晶温度計、サーミスタ、ＩＣ化温度センサ、白金測温抵抗体、水銀温度計、アルコール温度計、放射温度計などがこれに該当する。
【０１６２】
上記実施形態においては、内部温度測定時期は、欠陥の検出が可能か否かを事前に把握できるよう表面温度の測定前に行ったが、表面温度の測定中に内部温度を測定するようにしてもよい。これにより、表面温度測定と内部温度測定とのタイムラグがなくなり、検査結果の信頼性がより向上する。また、表面温度の測定後に内部温度を計測するようにしてもよい。この場合、先に得た表面温度データを確認した上で、そのデータの深さ方向の有効範囲を知る必要が生じた時にのみ内部温度を計測すればよいこととなる。
【０１６３】
上記実施形態においては、被検査体の表面から深さ方向への熱の流れが生じている場合を前提としているが、被検査体の内部から表面方向への熱の流れが生じている場合であって本発明を適用可能である。例えば、トンネル内部において山側が日射によって熱せられており、この熱がトンネル内部方向に伝達されている場合がこれに該当する。
【０１６４】
上記実施形態においては、欠陥検査装置を１つのコンピュータ装置を用いて構成したが、検出可能範囲決定手段ならびに結果表示手段を実現するコンピュータ装置および、データ記録手段、欠陥判断手段ならびに結果表示手段を実現するコンピュータ装置で構成してもよい。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。
【０１６５】
上記実施形態においては、削孔によって生じた孔部３１に熱電対装置を設置して被検査体の内部温度を測定するようにしているが、孔部３１自身が欠陥部位であった場合には、本発明を正しく利用することができない。したがって、検査者は、削孔後に孔部３１を目視等によって内部欠陥が無いことを確認する必要がある。
【０１６６】
また、熱電対装置を予め埋設させたため削孔して孔部３１を確認することができない場合や、削孔後の孔部３１を目視等によって内部欠陥の有無を確認できない場合などにおいては、測定した内部温度が急激に変化していないことを確認する必要がある。図２０に示したように、欠陥部位の前後においては、内部温度が急激に変化するためである。
【０１６７】
上記のような場合には、別の位置を削孔して、同様の確認作業を繰り返して内部温度測定位置が健全部位であることを確認してから欠陥検査を行うようにすればよい。
【０１６８】
上記実施形態においては、説明上、１箇所に設置した熱電対装置による内部温度に基づいて欠陥検査を行うようにしたが、実際には、被検査体であるコンクリート構造物の表面の任意の点において、熱電対装置を設置して欠陥検査を行うものである。すなわち、被検査体の表面を適当な領域に分割し、それぞれの領域毎に熱電対装置を設置して、上記のような欠陥検査を行うことができる。例えば、被検査体の表面を、四角形や六角形などの均等な領域に分割し、各領域毎に欠陥検査を行えばよい。また、熱環境が同一であると考えられる表面領域毎に、熱電対装置を設置して欠陥検査を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本概念を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態による欠陥検出システムの機能ブロック図を示す例である。
【図３】この発明の一実施形態による欠陥検出システムを実現する装置の構成図を示す例である。
【図４】この発明の一実施形態によるコンピュータ装置のハードウェア構成図を示す例である。
【図５】この発明の一実施形態による熱電対装置の例を示す図である。
【図５ａ】この発明の一実施形態による被検査体であるコンクリート構造物に熱電対素子を設置した場合を示す例である。
【図６】欠陥検査装置におけるフローチャートを示す図である。
【図７】検出可能範囲の決定におけるフローチャートを示す図である。
【図８】熱環境１および２において取得した内部温度データと、この時に算出される温度勾配などのデータ一覧およびグラフを示す例である。
【図９】欠陥部位の判定におけるフローチャートを示す図である。
【図１０】内部欠陥の検査結果を示す表示画面の例である。
【図１１】この発明の一実施形態による被検査体であるコンクリート構造物に熱電対素子を設置した場合を示す例である。
【図１２】欠陥部位の判定におけるフローチャートを示す図である。
【図１３】温度差と検出可能範囲との関係を示すテーブルの例である。
【図１４】この発明の一実施形態による欠陥検出システムの機能ブロック図を示す例である。
【図１５】この発明の一実施形態による欠陥検出システムを実現する装置の構成図を示す例である。
【図１６】欠陥の深さ毎に、加熱期間と位相差との関係を示した参照テーブルの例である。
【図１７】参照テーブル使用時の欠陥検査装置におけるフローチャートを示す図である。
【図１８】計測データの解析処理におけるフローチャートを示す図である。
【図１９】欠陥部位にかかる定量的な情報に基づいて、欠陥の形状を推定した画面の例である。
【図２０】従来における赤外線サーモグラフィー法を用いた欠陥検査の原理を示す図である。
【符号の説明】
２０・・・欠陥検査装置
２１・・・検出可能範囲決定手段
２２・・・内部温度計測器
２３・・・結果表示手段
２４・・・表面温度計測器
２５・・・データ記録手段
２７・・・欠陥判断手段
【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５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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