(57)【要約】【課題】熱源を備えなくとも赤外線画像により構造物の欠陥を測定することのできる欠陥検出装置を提供する。【解決手段】欠陥検出装置１は、赤外線を検出する防水のイメージセンサ２を構造物４内に挿入し、構造物４と液体の温度差に基づいて構造物４の状態を画像化する。イメージセンサ２を分光器２２を有するスペクトルイメージセンサをイメージセンサ２とし、画像化する生成部３は、イメージセンサ２の分光データ５のうち、水に対して高透過率の波長帯のデータを抽出して画像データを生成する。この生成部３は、２箇所の波長帯の強度比を画素値データ７に変換する２箇所の波長帯は、水に対する透過率が１００％に近い２μｍ及び４μｍとすればよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留又は液体が流動する構造物の状態を測定する欠陥検出装置であって、
前記構造物内に挿入される防水の赤外線イメージセンサと、
構造物と液体の温度差に基づいて構造物の状態を画像化する生成部と、
を備えること、
を特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
前記赤外線イメージセンサは、分光器を有するスペクトルイメージセンサであり、
前記生成部は、前記赤外線イメージセンサの分光データのうち、水に対して高透過率の波長帯のデータに基づいて画像データを生成すること、
を特徴とする請求項１記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記生成部は、２箇所の前記波長帯の強度比を画素値データに変換すること、
を特徴とする請求項２記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記２箇所の前記波長帯は、２μｍ及び４μｍであること、
を特徴とする請求項２又は３記載の欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液体を貯留又は液体が流動する構造物の状態を検出する欠陥検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、トンネル等のコンクリート製やモルタル製の構造物の崩壊が社会問題化している。構造物の劣化の予測や検査は打音検査法に頼っていた。打音検査法では、作業者がハンマー等で構造物を叩き、打音の違いによって構造物の内部状態を把握する。打音検査法では、作業者の熟練が必要であること、検査の進展が遅緩であること、作業者が接近可能な範囲に調査範囲が限られること等の制約がある。
【０００３】
そこで、赤外線カメラを利用した非接触検査方法が提案されている。赤外線カメラを使用した方法には、パッシブ法とアクティブ法が知られている。パッシブ法では、例えば太陽光等の光で構造物が自然に加熱された状態で、赤外線カメラにより構造物から放射される赤外線により観測する。一方、アクティブ法では、太陽光等の自然光で構造物を加熱するのではなく、人工的な光によって構造物を加熱し、赤外線カメラで構造物を撮影する。
【０００４】
このアクティブ法は、太陽光の光が届かないトンネル内部のコンクリート検査において実用化されている。図６は、アクティブ法のメカニズムを示す模式図である。図６に示すように、構造物の壁面１００を加熱すると、熱１０１は構造物の深部へ向けて伝熱される。構造物の壁面１００の温度は、深部への熱１０１の移動に反比例して低下する。構造物の内部に亀裂箇所１０２が存在すると、亀裂箇所１０２に充填された空気の熱伝導率と構造物のコンクリート等の熱伝導率との違いにより、熱１０１の放散速度が亀裂によって遅くなる。そのため、亀裂箇所１０２が深部側に控える壁面１００の温度は、他所と比べて低下度合いが緩慢となる。すなわち、構造物の壁面１００を加熱すると、亀裂箇所１０２に近い壁面１００は他所と比べて温度が高くなる。
【０００５】
アクティブ法による欠陥検出装置は、構造物の壁面を加熱するパルス状レーザやＸｅフラッシュランプによる加熱手段１１０と、加熱された壁面から放射する赤外線を検出する赤外線カメラ１２０と、赤外線カメラ１２０のデータを画像化する画像生成部１３０を備えている。画像生成部１３０では、赤外線の強さを画素値に変換することで、例えばサーモグラフィ画像を生成する。画像の生成では、図７に示すように、赤外線のピーク波長の位置や波長分布の積分値を画素値に変換する。欠陥箇所が深部側に控える壁面は、サーモグラフィ画像によると他所よりも相対的に高温であることを示す赤色よりの領域となり、画像内に欠陥箇所が浮かび上がることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アクティブ法では、構造物を表面から加熱した後に発生する熱変化を捉えるというメカニズムから、構造物の表面近傍（５ｍｍ以下）に対してのみ有効である。アクティブ法では、表面近傍よりも深部の欠陥を検出することができない。また、パルス的な加熱を行うためには、熱源を構造物近辺に設置する必要があり、例えば内径の細い配管など、熱源を設置できない環境下では測定出来ない。
【０００８】
本実施形態は、上述の問題を解決すべく、熱源を備えなくとも赤外線画像により構造物の欠陥を測定することのできる欠陥検出装置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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本実施形態の欠陥検出装置は、液体を貯留又は液体が流動する構造物の状態を測定する欠陥検出装置であって、前記構造物内に挿入される防水の赤外線イメージセンサと、構造物と液体の温度差に基づいて構造物の状態を画像化する生成部と、を備えること、を特徴とする。
【００１０】
前記赤外線イメージセンサは、分光器を有するスペクトルイメージセンサであり、前記生成部は、前記赤外線スペクトルイメージセンサの分光データのうち、水に対して高透過率の波長帯のデータを抽出して画像データを生成するようにしてもよい。前記生成部は、２箇所の前記波長帯の強度比を画素値データに変換するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る欠陥検出装置の使用例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る欠陥検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】赤外線の水に対する透過率を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る欠陥検出装置が収集する分光データを示す模式図である。
【図５】赤外線の波長分布の温度による相違を示すグラフである。
【図６】従来の欠陥測定のメカニズムを示す模式図である。
【図７】従来の欠陥検出装置の画像化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態に係る欠陥検出装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、欠陥検出装置１は、防水加工されたイメージセンサ２と生成部３とを備える。イメージセンサ２は、構造物４の中空部４１に挿入され、構造物４の状態を内側から測定する。構造物４は、中空部４１を有し、液体４３を貯留又は液体４３が流動する。構造物４としては例えば配水管が挙げられる。構造物４の状態とは主に亀裂４２の有無である。
【００１３】
この欠陥検出装置１は、液体４３を貯留又は液体４３が流動する構造物４にイメージセンサ２を挿入することで、構造物４の亀裂４２を画像に浮き上がらせている。構造物４の内部に貯留される液体４３又は構造物４の内部を流動する液体４３と、構造物４とは明瞭な温度差を有する。亀裂４２は液体４３が入り込むことにより相対的に低温度となり、亀裂４２の周囲は構造物４により相対的に高温度となるため、亀裂４２は赤外線画像上に明瞭に現れる。
【００１４】
図２に示すように、イメージセンサ２は、赤外線を検出する検出素子２１をアレイ状に並べてなる。検出素子２１は、少なくとも２μｍと４μｍの波長帯を検出可能な焦電素子やサーモパイル等である。このイメージセンサ２は分光器２２を備える。分光器２２は、検出素子２１に導かれる光路上に介在する。この分光器２２は、少なくとも２μｍと４μｍの波長の赤外線を分離する。すなわち、イメージセンサ２は、少なくとも２μｍと４μｍの各波長帯の強さを示す分光データ５を出力する。
【００１５】
生成部３は、いわゆるコンピュータ又は画像処理回路であり、分光データ５を画像処理して、構造物４の内側を画像化する。図２に示すように、生成部３は、除算器３１と変換器３２と記憶部３３とを備える。除算器３１は、各画素の２μｍと４μｍの波長帯の強さを除算し、除算値データ６を画素ごとに出力する。
【００１６】
変換器３２は、除算器３１が出力する除算値データ６を画素値データ７に変換する。変換器３２では、グレースケール画像を生成するようにしても、ＲＧＢ画像を生成するようにしてもよい。グレースケール画像を生成する場合、変換器３２は、除算値データ６に比例又は反比例する輝度の画素値データ７を生成する。ＲＧＢ画像を生成する場合、変換器６は、除算値データ６に対応するＲＧＢ各値により成る画素値データ７を生成する。
【００１７】
記憶部３３は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部３３は、生成部３が生成した画素値データ７を並べた画像データ８を記憶する。生成部３には、モニタ３４が設けられてもよい。画像データ８は、モニタ３４により可視化され、ユーザにより視認可能となる。生成部３には、外部表示器が接続可能な外部出力インターフェースを設けるようにしてもよい。画像データ８は、外部表示器に出力されて可視化され、ユーザにより視認可能となる。
【００１８】
このような欠陥検出装置１は、熱源がなくとも、亀裂４２を明瞭に検出できるメリットを有する。但し、赤外線領域では水によるエネルギー吸収が大きく、構造物４から放射される赤外線を広い波長分布にわたって検出できない。しかしながら、図３に示すように、２μｍと４μｍの波長帯に関しては、水に対する透過率が１００％に近い。従って、図４に示すように、分光データ５には、構造物４が放射した赤外線の波長分布（点線）のうち、２μｍと４μｍの波長帯については情報が失われずに十分に含まれている。
【００１９】
そして、図５に示すように、赤外線のピーク波長は、物体の温度に応じてシフトする性質を有する。温度が高いほど、ピーク波長は短波長側へシフトし、温度が低いほど、ピーク波長が長波長側へシフトする。また、赤外線のピーク波長のシフトに伴い、２μｍの波長における赤外線の強さと４μｍの波長における赤外線の強さを結んだ線の傾きや強度比率も変化する。すなわち、この傾きや強度比率は構造物４の温度を表す。換言すると、除算器３１が出力する除算値データ６は、ピーク波長の位置と関連し、また温度を示す。
【００２０】
この欠陥検出装置１では、ピーク波長や波長分布全体にわたる積分値が液体４３のエネルギー吸収により取得できなくても、水に対する透過率の高い２箇所の波長帯の強度比がピーク波長と密接に関連していることを利用して、この強度比を画素値に換算している。従って、この欠陥検出装置１は、液体４３を貯留又は液体４３が流動する構造物４の内部にイメージセンサ２を挿入しても、構造物４から其の状態に係る情報を取得でき、画像化可能としている。
【００２１】
以上のように、本実施形態の欠陥検出装置１は、赤外線を検出する防水のイメージセンサ２を構造物４内に挿入し、構造物４と液体４３の温度差に基づいて構造物４の状態を画像化するようにした。これにより、熱源がなくとも構造物４を測定できる。特に、構造物４の内側から測定できることで、表面からは深部に相当する構造物４の内側に生じた亀裂４２を明瞭に検出できる。すなわち、本実施形態の欠陥検出装置１は、赤外線のエネルギー吸収の高い液体４３の存在を積極的に利用することで、深くに埋設されて表面からの検査では把握が容易でない構造物４の内側を熱源無しで容易に把握することができる。
【００２２】
また、このイメージセンサ２を分光器２２を有するスペクトルイメージセンサとして、画像化する生成部３は、イメージセンサ２の分光データ５のうち、水に対して高透過率の波長帯のデータを抽出して画像データを生成するようにした。従って、液体４３内であっても構造物４の状態を検出することが容易となる。
【００２３】
生成部３は、２箇所の波長帯の強度比を画素値データ７に変換するようにした。これにより、赤外線のピーク波長の位置や波長分布の積分値に応じて温度を検出する手法が利用できない水中であっても、構造物４の状態を精度良く検出することができる。２箇所の波長帯は、水に対する透過率が１００％に近い２μｍ及び４μｍとすればよい。
【００２４】
（その他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２５】
１  欠陥検出装置
２  イメージセンサ
２１  検出素子
２２  分光器
３  生成部
３１  除算器
３２  変換器
３３  記憶部
３４  モニタ
４  構造物
４１  中空部
４２  亀裂
４３  液体
５  分光データ
６  除算値データ
７  画素値データ
８  画像データ
【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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【図７】
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