(57)【要約】      （修正有）【課題】検査に要する時間を短縮することができる欠陥検査システム及び欠陥検査方法を提供する。【解決手段】欠陥検査システム１は、加熱冷却制御部１４と、欠陥判定部１８とを持つ。加熱冷却制御部１４は、検査対象を加熱する加熱部１１により前記検査対象に与えられる熱量と、前記加熱部１１による加熱後に前記検査対象を冷却する冷却部１２により前記検査対象から奪われる熱量と、の熱量比が所定の比率となるように前記加熱部１１及び前記冷却部１２を制御する。欠陥判定部１８は、前記検査対象の表面温度の変化に基づいて、前記検査対象における欠陥の有無を判定する。【選択図】図１０
2016125944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象を加熱する加熱部により前記検査対象に与えられる熱量と、前記加熱部による加熱後に前記検査対象を冷却する冷却部により前記検査対象から奪われる熱量と、の熱量比が所定の比率となるように前記加熱部及び前記冷却部を制御する加熱冷却制御部と、
前記検査対象の表面温度の変化に基づいて、前記検査対象における欠陥の有無を判定する判定部と、
を備える欠陥検査システム。
【請求項２】
前記判定部は、冷却後の前記検査対象の表面温度の統計値と前記表面の一部の表面温度との温度差の変化において、前記温度差の変化の勾配の正負が逆転するピークが存在し、かつ前記ピーク時の前記温度差が所定の閾値以上である場合、前記検査対象は欠陥を有すると判定し、前記ピークが存在しない場合、前記検査対象は欠陥を有さないと判定する、
請求項１に記載の欠陥検査システム。
【請求項３】
前記判定部は、前記検査対象の表面温度の変化に基づいて、前記検査対象における前記欠陥の深さを判定する、
請求項１又は請求項２に記載の欠陥検査システム。
【請求項４】
前記判定部は、基準となるタイミングから前記ピークが発生するまでのピーク到達時間に基づいて、前記欠陥の深さを判定する、
請求項３に記載の欠陥検査システム。
【請求項５】
前記判定部は、前記検査対象の冷却後かつ前記ピークが発生する前の第１のタイミングにおいて計測された第１の表面温度と、前記ピークが発生した後の第２のタイミングにおいて計測された第２の表面温度と、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の少なくとも１つのタイミングにおいて計測された第３の表面温度と、に基づいて、前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングの間に前記ピークが発生したか否かを推定する、
請求項１に記載の欠陥検査システム。
【請求項６】
前記判定部は、前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングの間に前記ピークが発生したと推定した場合、前記検査対象は欠陥を有すると判定し、前記ピークが発生していないと推定した場合、前記検査対象は欠陥を有さないと判定する、
請求項５に記載の欠陥検査システム。
【請求項７】
前記表面温度は、各画素の示す色によって被写体の温度が表される熱画像として取得される、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の欠陥検査システム。
【請求項８】
前記表面温度は、熱電対を用いて計測される、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の欠陥検査システム。
【請求項９】
検査対象を加熱する加熱部により前記検査対象に与えられる熱量と、前記加熱部による加熱後に検査対象を冷却する冷却部により前記検査対象から奪われる熱量との熱量比が所定の比率となるように、前記加熱部及び前記冷却部を制御する加熱冷却制御ステップと、
前記検査対象の表面温度の変化に基づいて、前記検査対象における欠陥の有無と、前記欠陥の深さを判定する判定ステップと、
を有する欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、欠陥検査システム及び欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルやビル等の構造物においてコンクリート等の内部空隙を検査する方法の１つに打音検査がある。打音検査は、検査対象を叩くことにより発生する打撃音の特性に基づいて構造物の欠陥を検査する方法である。また、打音検査の他、検査対象の欠陥を非接触で検査することが可能なサーモグラフィ法等の検査方法も実用化されている。サーモグラフィ法は、正常部と欠陥部との熱伝導率の違いから欠陥の有無や位置を検査する方法である。近年では、サーモグラフィ法の検査の精度を向上させるため、欠陥の検出に検査対象の温度の時間変化を用いる手法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、従来のサーモグラフィ法では、検査対象がコンクリートのように熱伝導率が低い物体である場合、温度の時間変化を計測するためには長い時間を要する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５６３４７号公報
【特許文献２】特許第３７７６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、検査に要する時間を短縮することができる欠陥検査システム及び欠陥検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の欠陥検査システムは、加熱冷却制御部と、判定部とを持つ。加熱冷却制御部は、検査対象を加熱する加熱部により前記検査対象に与えられる熱量と、前記加熱部による加熱後に前記検査対象を冷却する冷却部により前記検査対象から奪われる熱量と、の熱量比が所定の比率となるように前記加熱部及び前記冷却部を制御する。判定部は、前記検査対象の表面温度の変化に基づいて、前記検査対象における欠陥の有無を判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の欠陥検査システム１の具体例を示す概略図。
【図２】第１の実施形態の欠陥検査システム１の具体例を示す概略図。
【図３】第１の実施形態の欠陥検査システム１の具体例を示す概略図。
【図４】温度計測部１３によって取得される熱画像の概略を示す概略図。
【図５】検査対象の表面温度の変化の具体例を示す図。
【図６】欠陥部の表面温度の変化を正常部との温度差で表した図。
【図７】欠陥部と正常部との温度差の変化のシミュレーション結果を示す第１の図。
【図８】欠陥部と正常部との温度差の変化のシミュレーション結果を示す第２の図。
【図９】欠陥部と正常部との温度差の変化のシミュレーション結果を示す第３の図。
【図１０】第１の実施形態の欠陥検査システム１の機能構成を示す機能ブロック図。
【図１１】対応情報テーブルの具体例を示す図。
【図１２】第１の実施形態の欠陥検査システム１による欠陥検査の流れを示すフローチャート。
【図１３】欠陥判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１４】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの機能構成を示す機能ブロック図。
【図１５】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの具体例を示す概略図。
【図１６】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの具体例を示す概略図。
【図１７】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの具体例を示す概略図。
【図１８】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの具体例を示す概略図。
【図１９】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａによる欠陥検査の流れを示すフローチャート。
【図２０】第２の実施形態の欠陥検査システム１ａによる欠陥検査の流れを示すフローチャート。
【図２１】ピーク発生期間の判定の概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の欠陥検査システム及び欠陥検査方法を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１、図２及び図３は、第１の実施形態の欠陥検査システム１の具体例を示す概略図である。
欠陥検査システム１は、検査対象の表面を加熱及び冷却した際の表面温度の変化に基づいて検査対象内部の欠陥を検出するシステムである。欠陥検査システム１は、制御装置１０、加熱部１１、冷却部１２及び温度計測部１３を備える。
【００１０】
制御装置１０は、加熱部１１、冷却部１２及び温度計測部１３に接続され、欠陥検査システム１の各機能部を制御する装置である。例えば、制御装置１０は、ＰＣ（Personal Computer）やスマートフォン、タブレットなどの情報処理端末を用いて構成される。
【００１１】
加熱部１１は、検査対象を加熱する装置である。例えば、加熱部１１は、温水を放水する装置を用いて構成されてもよいし、電磁波を照射する装置を用いて構成されてもよい。
冷却部１２は、検査対象を冷却する装置である。例えば、冷却部１２は、冷水を放水する装置を用いて構成されてもよいし、ドライアイスブラストを放射する装置を用いて構成されてもよい。
【００１２】
温度計測部１３は、検査対象の表面温度を計測する装置である。温度計測部１３は、温度の計測が可能であればどのような装置を用いて構成されてもよい。例えば、温度計測部１３は、赤外線カメラや赤外線ビデオカメラ等の熱画像を撮像可能な撮像装置を用いて構成されてもよいし、熱電対等の温度計測装置を用いて構成されてもよい。本実施形態では、温度計測部１３が赤外線カメラや赤外線ビデオカメラ等の熱画像を撮像可能な撮像装置を用いて構成された場合の欠陥検査システム１の実施形態について説明する。
【００１３】
図１、図２及び図３における符号２は、欠陥検査システム１を搭載し、検査対象の欠陥を検査する車両（以下、「検査車両」という。）である。そして、図１、図２及び図３は、検査車両２が高架橋の態様をなす道路３について欠陥検査を行う様子を示している。この場合、まず、検査車両２は道路３の下に移動する。そして、図１に示されるように、加熱部１１が道路３の表面を加熱する。次に、図２に示されるように、冷却部１２が加熱された道路３の表面を冷却する。そして、図３に示されるように、温度計測部１３が冷却された道路３の表面の熱画像を時系列に撮像する。
【００１４】
制御装置１０は、温度計測部１３によって撮像された熱画像を取得し、取得した熱画像に基づいて道路３の表面温度の時間的な変化量を算出する。制御装置１０は、表面温度の時間的な変化量に基づいて道路３内部の欠陥の有無を判定する。欠陥検査システム１が、表面温度の時間的な変化量に基づいて道路３内部の欠陥の有無を判定する方法について、次の図４、図５及び図６を用いて説明する。
【００１５】
図４は、温度計測部１３によって取得される熱画像の概略を示す概略図である。
図４において、符号１００は複数の画素Ｐ（ｉ、ｊ）により構成される熱画像を示す。熱画像１００を構成する画素Ｐ（ｉ、ｊ）において、ｉは熱画像１００の横方向Ｉにおける画素数を示し、ｉ＝０、１、２、・・・、ｉ＿ｗｉｄｔｈである。同様に、ｊは熱画像１００の縦方向Ｊにおける画素数を示し、ｊ＝０、１、２、・・・、ｊ＿ｈｅｉｇｈｔである。すなわち、熱画像１００は、ｉ＿ｗｉｄｔｈ×ｊ＿ｈｅｉｇｈｔ個の画素で構成される。
【００１６】
図５は、検査対象の表面温度の変化の具体例を示す図である。
図５における符号２００−１〜２００−６が示す画像は、検査対象が時系列に撮像された熱画像である。各熱画像は、時間軸に沿って熱画像２００−１〜２００−６の順に撮像されたものである。
【００１７】
熱画像２００−１は、欠陥検査が開始時点における検査対象の初期状態が撮像された熱画像である。熱画像２００−２は、加熱部１１により加熱された直後の検査対象が撮像された熱画像である。熱画像２００−３は、冷却部１２により冷却された直後の検査対象が撮像された熱画像である。熱画像２００−４〜２００−６は、冷却部１２による冷却後、所定時間が経過した時点で撮像された検査対象の熱画像である。以下、説明を簡単にするため、特に区別しない限り熱画像２００−１〜２００−６を熱画像２００と記載する。
【００１８】
また、図５の例では、熱画像２００に撮像された範囲において、検査対象は内部に２か所の欠陥を有する。これら２つの欠陥は、それぞれ、各熱画像２００における符号２０１−１〜符号２０１−６と、符号２０２−１〜２０２−６によって表される領域に存在する。ここでは、熱画像２００におけるこれらの領域を欠陥部と呼ぶこととする。これに対して、熱画像２００における欠陥部以外の領域を正常部と呼ぶこととする。なお、以下の説明を簡単にするため、特に区別しない限り、欠陥部２０１−１〜２０１−６を欠陥部２０１と記載し、欠陥部２０２−１〜２０２−６を欠陥部２０２と記載する。
【００１９】
図５において、各熱画像２００の下に記載されているグラフは、熱画像２００が撮像された時間の経過に対応する、検査対象の表面温度の変化を示す図である。このグラフにおいて表面温度の変化は、系列１、系列２及び系列３の３つの系列で表される。系列１は欠陥部２０１の変化を示す。系列２は欠陥部２０２の変化を示す。系列３は正常部の変化を示す。なお、グラフ左側に記載された凡例は、初期状態に対する温度の高低を示しており、各系列が示す温度はこの凡例に対応する。図５の例が示すように、検査対象の表面温度は、同じ条件で加熱及び冷却が行われた場合であっても、欠陥の有無や欠陥が位置する深さ（以下、「欠陥深さ」という。）によって異なる変化となる。
【００２０】
図６は、欠陥部の表面温度の変化を正常部との温度差で表した図である。
図６において、符号３００−１〜３００−６は、熱画像２００を正常部と欠陥部との温度差で示した場合の熱画像である。符号３０１−１〜３０１−６は、欠陥部２０１−１〜２０１−６に対応する欠陥部を示す。同様に、符号３０２−１〜３０２−６は、欠陥部２０２−１〜２０２−６に対応する欠陥部を示す。以下、熱画像２００と同様に、特に区別しない限り、熱画像３００−１〜３００−６を熱画像３００と記載する。同様に、欠陥部３０１−１〜３０１−６を欠陥部３０１と記載する。同様に、欠陥部３０２−１〜３０２−６を欠陥部３０２と記載する。
【００２１】
図６において、各熱画像３００の下に記載されているグラフは、熱画像２００が撮像された時間の経過に対応する、温度差の変化を示す図である。このグラフにおいて温度差の変化は、系列１及び系列２の２つの系列で表される。系列１は欠陥部３０１の変化を示す。系列２は欠陥部３０２の変化を示す。なお、グラフ左側に記載された凡例は温度差の高低を示しており、各系列が示す温度差はこの凡例に対応する。図６の例が示すように、欠陥部の表面温度の変化を正常部との温度差で見た場合、欠陥部の変化にはピークが表れる。さらに、このピークは、同じ条件で加熱及び冷却が行われた場合であっても、欠陥深さによって異なる時刻に表れる。
【００２２】
このような、欠陥部と正常部との温度差の変化と、欠陥有無及び欠陥深さとの関係は、シミュレーションによっても同様の結果が得られている。シミュレーションによって得られた結果を、次の図７、図８及び図９に示す。
【００２３】
図７は、欠陥部と正常部との温度差の変化のシミュレーション結果を示す第１の図である。
図７は、厚さ３０ｃｍのコンクリートを検査対象と想定して、検査対象の加熱を基準温度＋３００℃で７分間、検査対象の冷却を基準温度−３００℃で７分間行った場合の欠陥部と正常部との温度差の変化をシミュレーションにより求めた結果である。図７において、横軸は時間を表し、縦軸は温度差の変化を表す。基準温度とは、シミュレーション開始時の検査対象の温度である。ここでは、検査対象が有する欠陥の欠陥深さが２ｃｍ、３ｃｍ及び５ｃｍである３パターンについてシミュレーションを行った。いずれのパターンにおいても、０分から７分までの７分間が検査対象の加熱期間であり、７分から１４分までの７分間が検査対象の冷却期間である。
【００２４】
その結果、欠陥深さが２ｃｍのパターンにおける温度差のピークはおよそ１９分に現れ、欠陥深さが３ｃｍのパターンにおける温度差のピークはおよそ２３分に現れる結果となった。この結果から、欠陥深さが深いほど温度差のピークが現れるまでの時間が長くなることが想定される。以下、欠陥検査におけるある時点を基準として、基準時刻から検査対象の欠陥部と正常部との温度差の変化にピークが現れるまでの時間をピーク到達時間と呼ぶこととする。なお、図４におけるピーク到達時間は、シミュレーションの開始時点、つまり検査対象の加熱を開始した時点としている。
【００２５】
図８は、欠陥部と正常部との温度差の変化のシミュレーション結果を示す第２の図である。
図８は、厚さ３０ｃｍのコンクリートを検査対象と想定して、同じ検査対象の加熱及び冷却を異なる温度で行った場合の欠陥部と正常部との温度差の変化をシミュレーションにより求めた結果である。ここでは、欠陥深さが３ｃｍの欠陥がある検査対象に対して加熱及び冷却を基準温度±３００℃で７分間行ったパターンと、基準温度±２００℃で７分間行ったパターンとの２パターンについてシミュレーションを行った。図７同様に、図８において横軸は時間を表し、縦軸は温度差の変化を表す。いずれのパターンにおいても、０分から７分までの７分間が検査対象の加熱期間であり、７分から１４分までの７分間が検査対象の冷却期間である。
【００２６】
その結果、検査対象の加熱及び冷却を基準温度±２００℃で行ったパターンと、基準温度±３００℃で行ったパターンと、におけるピーク到達時間はいずれもおよそ１９分となる結果が得られた。この結果から、欠陥深さが同じ欠陥を持つ検査対象では、加熱により検査対象に与えられる熱量と、冷却により検査対象から奪われる熱量とが同じであれば、ピーク到達時間は加熱及び冷却を行う温度によらず一定となることが想定される。
【００２７】
なお、図８のシミュレーションは、加熱により検査対象に与える熱量と、冷却により検査対象から奪う熱量とが同じである場合についての結果を示すものであるが、欠陥深さに応じてピーク到達時間が一定となるための条件は、加熱により検査対象に与えられる熱量と冷却により検査対象から奪われる熱量との比（以下、「熱量比」という。）が同じであればよいことが他のシミュレーション結果から得られた。すなわち、図８のシミュレーションにおいて、加熱により検査対象に与えられる熱量と冷却により検査対象から奪われる熱量とを同じとした条件は、熱量比が同じであるという条件の一例といえる。
【００２８】
図９は、欠陥部と正常部との温度差の変化のシミュレーション結果を示す第３の図である。
図９は、図７のシミュレーションにおいて、検査対象の冷却を行わずに加熱のみを行った場合のシミュレーション結果である。この場合、欠陥深さが２ｃｍのパターンにおけるピーク到達時間はおよそ４１分、欠陥深さが３ｃｍのパターンにおけるピーク到達時間はおよそ９５分、欠陥深さが５ｃｍのパターンにおけるピーク到達時間はおよそ１３５分となる結果が得られた。この結果から、検査対象に加熱のみを行った場合では、加熱後に冷却を行う場合に比べて、ピーク到達時間が長くなることが想定される。
【００２９】
図７、図８及び図９に示したシミュレーション結果に基けば、表面温度の変化に基づいて欠陥の有無及び欠陥深さの判定を行う場合、検査対象の加熱後に検査対象の冷却を行うことによってピーク到達時間を短縮することができる。さらに、熱量比が一定となるように検査対象の加熱及び冷却を制御することによって、欠陥部の表面温度と正常部の表面温度との温度差の変化に現れるピークを、一定のピーク到達時間で検出することができる。
【００３０】
以下、このような特性を用いて欠陥検査を行う第１の実施形態の欠陥検査システム１の構成について詳細に説明する。
【００３１】
図１０は、第１の実施形態の欠陥検査システム１の機能構成を示す機能ブロック図である。
欠陥検査システム１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、欠陥検査プログラムを実行する。欠陥検査システム１は、欠陥検査プログラムの実行によって加熱部１１、冷却部１２、温度計測部１３、加熱冷却制御部１４、主制御部１５、入力部１６、記憶部１７及び欠陥判定部１８を備える装置として機能する。なお、欠陥検査システム１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。欠陥検査プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。欠陥検査プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
【００３２】
加熱部１１、冷却部１２及び温度計測部１３の構成は図１で説明したとおりである。加熱部１１は加熱冷却制御部１４の制御により検査対象を加熱する。冷却部１２は、加熱冷却制御部１４の制御により検査対象を冷却する。温度計測部１３は、主制御部１５の制御により検査対象の熱画像を撮像する。温度計測部１３は、撮像によって取得された検査対象の熱画像を記憶部１７に記憶させる。
【００３３】
加熱冷却制御部１４は、加熱部１１及び冷却部１２の動作を制御する。具体的には、加熱冷却制御部１４は、加熱部１１の加熱により検査対象に与えられる熱量と、冷却部１２の冷却により検査対象から奪われる熱量との比（熱量比）が所定の比率となるように、加熱部１１及び冷却部１２を制御する。加熱冷却制御部１４が加熱部１１及び冷却部１２を制御するタイミングは、主制御部１５から通知される。
【００３４】
主制御部１５は、欠陥検査システム１の全体の動作を制御する。例えば、主制御部１５は、入力部１６から出力される入力情報により欠陥検査に関する動作を制御するタイミングを判断する。主制御部１５は、入力情報から判断されたタイミングに基づいて各機能部の動作を制御する。
【００３５】
入力部１６は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を用いて構成される。又は、入力部１６は、これらの入力装置を自装置に接続するインターフェースとして構成されてもよい。入力部１６は、ユーザの操作の入力を受け付け、入力された操作を示す入力情報を主制御部１５に出力する。例えば、ユーザは、入力部１６を操作することによって、欠陥検査システム１に対して欠陥検査を実行させる指示を入力する。
【００３６】
記憶部１７は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部１７は、温度計測部１３によって取得された熱画像を記憶する。また、記憶部１７は、ピーク到達時間と欠陥深さとの対応を示す対応情報を予め記憶している。例えば、記憶部１７は、次の図１１に示す対応情報テーブルとして対応情報を記憶する。
【００３７】
図１１は、対応情報テーブルの具体例を示す図である。
対応情報テーブルは、欠陥深さ情報ごとに対応情報レコードを有する。対応情報レコードは、欠陥深さ情報及びピーク到達時間情報の各値を有する。欠陥深さ情報は、欠陥検査システム１において検出可能な欠陥深さを示す。ピーク到達時間情報は、欠陥深さ情報が示す欠陥深さに欠陥を持つ検査対象を加熱及び冷却した場合のピーク到達時間を示す。例えば、図１１の例は、欠陥検査システム１において検出可能な欠陥深さが２ｃｍ、３ｃｍ、５ｃｍ及び８ｃｍであることを示している。また、図１１の例は、欠陥深さが２ｃｍの場合のピーク到達時間が１９分であり、欠陥深さが３ｃｍの場合のピーク到達時間が２３分であることを示している。
【００３８】
対応情報テーブルに保持される対応情報はシミュレーションや試験等の結果に基づいて生成され、予め対応情報テーブルに登録される。欠陥検査システム１は、欠陥検査において実際に計測された情報と、予め登録された対応情報とに基づいて検査対象の欠陥深さを判定する。なお、上述したとおり、ピーク到達時間が一定となる条件は、検査対象の加熱及び冷却の熱量比を一定とすることである。そのため、対応情報は、実際に行う欠陥検査と同じ熱量比で行われたシミュレーションや試験等の結果に基づいて生成される必要がある。
【００３９】
図１０の説明に戻る。
欠陥判定部１８は、加熱及び冷却後の検査対象の表面温度の変化に基づいて検査対象における欠陥の有無及び欠陥深さを判定する。具体的には、欠陥判定部１８は、検査対象の表面温度の変化におけるピークの有無によって欠陥の有無を判定する。欠陥判定部１８は、検査対象に欠陥有りと判定した場合、さらに、ピーク到達時間と対応情報とに基づいて欠陥深さを推定する。
【００４０】
図１２は、第１の実施形態の欠陥検査システム１による欠陥検査の流れを示すフローチャートである。
まず、主制御部１５は、入力部１６から出力される入力情報により欠陥検査を開始するタイミングを得る。このとき、欠陥検査システム１は、検査対象に対する加熱及び冷却が可能な位置に位置する。例えば、欠陥検査システム１が図１の例のように検査車両２に搭載される場合、検査車両２は欠陥検査を行うために道路３の下に予め移動している。
【００４１】
主制御部１５は、検査開始のタイミングを得ると、加熱冷却制御部１４に検査対象の加熱及び冷却を指示する（ステップＳ１０１）。加熱冷却制御部１４は、主制御部１５の指示を受けると、加熱部１１を制御して検査対象の加熱を開始する（ステップＳ１０２）。このとき、加熱冷却制御部１４は、熱量比が一定となるように予め設定された熱量で検査対象の加熱を行うように加熱部１１を制御する。加熱部１１は、加熱冷却制御部１４の制御に応じて検査対象を加熱する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
検査対象の加熱を終了する（ステップＳ１０４）と、加熱冷却制御部１４は、続けて、冷却部１２を制御して検査対象の冷却を開始する（ステップＳ１０５）。このとき、加熱冷却制御部１４は、加熱部１１の制御と同様に、熱量比が一定となるように予め設定された熱量で検査対象の冷却を行うように冷却部１２を制御する。冷却部１２は、加熱冷却制御部１４の制御に応じて検査対象を冷却する（ステップＳ１０６）。検査対象の冷却を終了する（ステップＳ１０７）と、加熱冷却制御部１４は、検査対象の加熱及び冷却が完了したことを主制御部１５に通知する。
【００４３】
検査対象の加熱及び冷却が完了したことの通知を受けると、主制御部１５は、温度計測部１３に検査対象の温度計測を指示する（ステップＳ１０８）。例えば、図１の具体例では、主制御部１５は、検査対象の熱画像の撮像を温度計測部１３に指示する。温度計測部１３は、予め設定された所定期間の間、検査対象の熱画像を時系列に撮像する（ステップＳ１０９）。温度計測部１３は、取得した熱画像を記憶部１７に保存する。温度計測部１３は、所定期間が経過すると、主制御部１５に撮像が終了したことを通知する（ステップＳ１１０）。
【００４４】
主制御部１５は、温度計測部１３から温度計測が完了したことの通知を受けると、欠陥判定部１８に対して、検査対象における欠陥の有無及び欠陥深さの判定を指示する（ステップＳ１１１）。欠陥判定部１８は、温度計測部１３により取得された検査対象の熱画像を記憶部１７から取得する。欠陥判定部１８は、取得された熱画像に基づいて、検査対象の欠陥判定処理を行う（ステップＳ１１２）。欠陥判定部１８は、欠陥判定処理を実行することによって、検査対象における欠陥の有無及び欠陥深さを判定する。
【００４５】
図１３は、欠陥判定処理の流れを示すフローチャートである。
まず、欠陥判定部１８は、記憶部１７から温度計測部１３によって撮像された熱画像を取得する（ステップＳ２０１）。欠陥判定部１８は、時系列に撮像された熱画像について、各画素が示す温度に基づいて、画像全体の平均温度Ｔａｖｇ（表面温度の統計値の一例）を算出する（ステップＳ２０２）。平均温度Ｔａｖｇは、例えば、次の式１によって算出される。
【数１】
2016125944.tif 000003
【００４６】
式１において、ｔは熱画像が撮像された時刻を示す。Ｔ（ｉ、ｊ、ｔ）は、時刻ｔに撮像された熱画像の画素Ｐ（ｉ、ｊ）における温度を表す。すなわち、Ｔａｖｇ（ｔ）は、時刻ｔに撮像された熱画像の画像全体の平均温度である。なお、ここで算出される熱画像全体での平均温度は、検査対象の正常部の表面温度として用いるものである。上述したおおり、検査対象が内部に欠陥を持つ場合、欠陥部の表面温度と正常部の表面温度との温度差の変化にはピークが現れる。実施形態の欠陥検査システム１は、この特性を用いて検査対象の欠陥の有無を判定するものであるが、当然ながら判定のプロセスの途中ではどこが正常部であるかは未知である。そのため、ここでは、検査対象の大部分は正常部であると考えて、熱画像全体での平均温度を検査対象の正常部の温度とした。
【００４７】
次に、欠陥判定部１８は、平均温度Ｔａｖｇと各画素が示す温度Ｔ（ｉ、ｊ）との温度差Ｒ（ｉ、ｊ）を算出する（ステップＳ２０３）。温度差Ｒ（ｉ、ｊ）は、例えば、次の式２によって算出される。
【数２】
2016125944.tif 000004
【００４８】
式２において、Ｒ（ｉ、ｊ、ｔ）は、時刻ｔに撮像された熱画像の画素Ｐ（ｉ、ｊ）における温度差を表す。欠陥判定部１８は、温度差Ｒ（ｉ、ｊ、ｔ）の時間変化に基づいて、検査対象の表面温度の変化におけるピークの有無を判定する（ステップＳ２０４）。検査対象の表面温度の変化におけるピークの有無の判定は、例えば、次の式３によって判定される。
【数３】
2016125944.tif 000005
【００４９】
式３においてΔｔは、熱画像が撮像される時間間隔を表す。すなわち、式３は、連続する３つの熱画像について、同一の画素Ｐ（ｉ、ｊ）における温度差Ｒ（ｉ、ｊ）を比較することを表している。上述したように、検査対象の表面温度において、欠陥部と正常部との温度差の変化は図７のような曲線となるため、連続する熱画像の画素Ｐ（ｉ、ｊ）について温度差Ｒ（ｉ、ｊ）が式３を満たすことは、温度差Ｒ（ｉ、ｊ）の変化の勾配が正から負に変化したことを示す。このことは即ち、時刻ｔ−Δｔから時刻ｔ＋Δｔの間において、表面温度の変化にピークが存在することを意味する。欠陥判定部１８は、時系列に取得された熱画像の全画素について上記判定を行い、式３を満たすような時刻ｔが存在するか否かを判定する。式３を満たす時刻ｔが存在した場合、すなわち、検査対象の表面温度の変化にピークが存在すると判定された場合（ステップＳ２０４−ＹＥＳ）、欠陥判定部１８は、検査対象について欠陥有りと判定する（ステップＳ２０５）。
【００５０】
なお、上述したピークの検出方法では、正常部の温度差に熱画像全体の平均温度を用いている。そのため、温度差Ｒの変化は、図６に示したように常に０とはならず、値は小さいながらもピークを持つ曲線となる可能性がある。そのため、欠陥判定部１８は、検出されたピークにおける温度差Ｒの値を所定の閾値と比較し、温度差Ｒの値が所定の閾値以上である場合に、検査対象に欠陥が存在することを判定してもよい。
【００５１】
欠陥判定部１８は、検査対象について欠陥有りと判定すると、基準となる時刻から式３を満たす時刻ｔまでの時間をピーク到達時間とし、ピーク到達時間と対応情報とに基づいて、欠陥深さを判定する（ステップＳ２０６）。
【００５２】
具体的には、欠陥判定部１８は、ステップＳ２０６において取得したピーク到達時間をｔｐｅａｋとして以下のような処理を行う。まず、欠陥判定部１８は、対応情報テーブルを参照し、ピーク到達時間ｔｐｅａｋをピーク到達時間情報の値にもつ対応情報レコードを選択する。このとき、欠陥判定部１８は、ピーク到達時間情報の値にピーク到達時間ｔｐｅａｋと所定の誤差範囲内にある値を持つ対応情報レコードを選択してもよい。欠陥判定部１８は、選択された対応情報レコードから欠陥深さ情報の値を取得する。欠陥判定部１８は、取得した欠陥深さ情報の値を欠陥有りと判定された欠陥の欠陥深さとして推定する。
【００５３】
一方、ステップＳ２０４において、式３を満たす時刻ｔが存在しない場合、すなわち、検査対象の表面温度の変化にピークが存在しないと判定された場合（ステップＳ２０４−ＮＯ）、欠陥判定部１８は、検査対象について欠陥無しと判定して（ステップＳ２０７）、欠陥判定処理を終了する。
【００５４】
このように構成された第１の実施形態の欠陥検査システム１は、欠陥検査における検査対象の加熱及び冷却を、加熱により検査対象に与えられる熱量と、冷却により検査対象から奪われる熱量とが所定の熱量比となるように制御する。このような、加熱及び冷却の制御により、欠陥検査システム１は、検査対象の表面温度の変化に表れるピークをより短い時間で検出することが可能となる。そのため、第１の実施形態の欠陥検査システム１は、欠陥検査に要する時間を短縮することが可能となる。
【００５５】
また、一般に、サーモグラフィ法による欠陥検出では、検査対象に与える熱量が不均一である場合、欠陥検出の精度が低下する場合があった。しかしながら、上記の欠陥検査システム１は、一定の熱量比で検査対象の加熱及び冷却を行うため、例えば特許文献２に開示された技術のように、検査対象との間の距離に応じて赤外線の照射強度を変更するなどの構成を必要としない。そのため、欠陥検査システム１をよりシンプルな構成にすることが可能となる。
【００５６】
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの機能構成を示す機能ブロック図である。
第２の実施形態の欠陥検査システム１ａは、入力部１６に代えてタイミング信号生成部１９を備える点、主制御部１５に代えて主制御部１５ａを備える点、欠陥判定部１８に代えて欠陥判定部１８ａを備える点、で第１の実施形態の欠陥検査システム１と異なる。なお、図１４において、主制御部１５ａ、欠陥判定部１８ａ及びタイミング信号生成部１９以外の機能部は、図１０に示した同じ名称の機能部と同様である。そのため、図１４において図１０と同様の機能部については、図１０と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５７】
主制御部１５ａは、欠陥検査システム１ａの全体の動作を制御する。例えば、主制御部１５ａは、タイミング信号生成部１９から出力されるタイミング信号に基づいて、自システムにおける欠陥検査に関する動作を制御する。
【００５８】
欠陥判定部１８ａは、第１の実施形態の欠陥判定部１８と同様に、時系列に取得された熱画像に基づいて、検査対象の表面温度の変化を取得する。欠陥判定部１８ａが欠陥判定部１８と異なる点は、欠陥判定部１８が熱画像からピーク到達時間を判断したのに対し、欠陥判定部１８ａは、ピークが発生した期間（以下、「ピーク発生期間」という。）を推定する点である。欠陥判定部１８ａは、ピーク発生期間の有無に基づいて検査対象の欠陥の有無を判定する。
【００５９】
タイミング信号生成部１９は、欠陥検査システム１ａが欠陥検査に関する動作を行う契機となるタイミング信号を生成する。例えば、タイミング信号生成部１９は、各種センサを用いて構成され、所定の事象が計測された場合にタイミング信号を生成し、主制御部１５ａに出力する。
【００６０】
図１５、図１６、図１７及び図１８は、第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの具体例を示す概略図である。
図１５〜図１８は、欠陥検査システム１ａの具体例として、欠陥検査システム１ａが図１〜図３と同様の検査車両２に搭載された例を示している。検査車両２は、車両のフロント上部にタイミング信号生成部１９の一例として光電センサ２１を備える。光電センサ２１は、光の性質を利用して物体の有無や表面状態の変化などを検出するセンサである。図１５〜図１８における光電センサ２１は、検査車両２のトンネル４への進入又はトンネル４からの退出を検知する。
【００６１】
図１５は、光電センサ２１が、検査車両２がトンネル４に進入したことを検知する様子を示している。図１６は、検査車両２が、トンネル４を走行中にトンネル４の内部壁を加熱する様子を示している。検査車両２は、トンネル４に進入したタイミングから加熱を開始し、トンネル４から退出するタイミングで加熱を終了する。トンネル４から退出した検査車両２は、再度トンネル４の進入口に移動する。
【００６２】
図１７は、検査車両２が、トンネル４を走行中にトンネル４の内部壁を冷却する様子を示している。トンネル４の内部壁を加熱した後、再度トンネル４の進入口に移動した検査車両２は、トンネル４に進入したタイミングから冷却を開始し、トンネル４から退出するタイミングで冷却を終了する。上記の加熱及び冷却は、第１の実施形態の欠陥検査システム１と同様に、加熱冷却制御部１４によって熱量比が一定となるように制御される。トンネル４から退出した検査車両２は、再度トンネル４の進入口に移動する。
【００６３】
図１８は、検査車両２が、トンネル４を走行中にトンネル４の内部壁の熱画像を撮像する様子を示している。トンネル４の内部壁を冷却した後、再度トンネル４の進入口に移動した検査車両２は、トンネル４に進入したタイミングから撮像を開始し、トンネル４から退出するタイミングで撮像を終了する。トンネル４から退出した検査車両２は、再度トンネル４の進入口に移動して、熱画像の撮像を繰り返す。
【００６４】
図１５〜図１８の例のように構成された欠陥検査システム１ａは、より広い範囲の検査対象について、加熱及び冷却による表面温度の変化をまとめて取得することができる。しかしながら、この場合、検査対象の熱画像は、ある程度長い期間ごとに離散的に取得されるものとなる。そのため、取得された熱画像から必ずしも表面温度のピークを検出することができるとは限らない。そのため、第２の実施形態の欠陥検査システム１ａは、離散的に取得される熱画像から表面温度にピークが発生した期間を推定することにより、検査対象の欠陥有無を判定する。
【００６５】
図１９及び図２０は、第２の実施形態の欠陥検査システム１ａによる欠陥検査の流れを示すフローチャートである。
まず、タイミング信号生成部１９は、欠陥検査に関する動作を開始する契機となる事象を検知し、欠陥検査に関する動作を開始する契機となる事象の発生を示すタイミング信号（以下、「開始信号」という。）を主制御部１５ａに出力する（ステップＳ３０１）。例えば、図１５〜図１８で示した具体例では、タイミング信号生成部１９としての光電センサ２１は、検査車両２がトンネル４に進入したことを示すタイミング信号を開始信号として出力する。
【００６６】
主制御部１５ａは、タイミング信号生成部１９から開始信号が出力されると、加熱冷却制御部１４に検査対象の加熱を指示する（ステップＳ３０２）。
【００６７】
加熱冷却制御部１４は、主制御部１５ａの指示を受けると、加熱部１１を制御して検査対象の加熱を開始する（ステップＳ３０３）。このとき、加熱冷却制御部１４は、第１の実施形態と同様に、熱量比が一定となるように予め設定された熱量で検査対象の加熱を行うように加熱部１１を制御する。加熱部１１は、加熱冷却制御部１４の制御に応じて検査対象を加熱する（ステップＳ３０４）。
【００６８】
次に、タイミング信号生成部１９は、欠陥検査に関する動作を終了する契機となる事象を検知し、欠陥検査に関する動作を終了する契機となる事象の発生を示すタイミング信号（以下、「終了信号」という。）を主制御部１５ａに出力する（ステップＳ３０５）。例えば、図１５〜図１８で示した具体例では、タイミング信号生成部１９としての光電センサ２１は、検査車両２がトンネル４から退出したことを示すタイミング信号を終了信号として出力する。
【００６９】
主制御部１５ａは、タイミング信号生成部１９から終了信号が出力されると、加熱冷却制御部１４に検査対象の加熱の終了を指示する（ステップＳ３０６）。
【００７０】
加熱冷却制御部１４は、主制御部１５ａの指示を受けると、加熱部１１を制御して検査対象の加熱を終了する（ステップＳ３０７）。
【００７１】
以上説明したステップＳ３０１〜ステップＳ３０７までの処理が検査対象の加熱処理である。加熱処理の終了後、欠陥検査システム１ａは、加熱処理と同様の流れで検査対象の冷却処理を行う（ステップＳ３０８〜ステップＳ３１４）。そして、冷却処理の終了後、欠陥検査システム１ａは、加熱処理及び冷却処理と同様の流れで検査対象の温度を計測する（ステップＳ３１５〜ステップＳ３２０）。
【００７２】
主制御部１５ａは、検査対象の温度の計測が３回行われたか否かを判定する（ステップＳ３２１）。ここで、検査対象の温度の計測回数は、ステップＳ３１５〜ステップＳ３２０の一連の処理を実行した回数である。検査対象の温度の計測回数が３回未満であると判定された場合（ステップＳ３２１−ＮＯ）、ステップＳ３１５に戻り、検査対象の温度の計測回数が３回となるまで、欠陥検査システム１ａは温度の計測を繰り返し実行する。
【００７３】
一方、検査対象の温度の計測が３回行われたと判定した場合、主制御部１５ａは、欠陥判定部１８ａに欠陥判定処理の実行を指示する（ステップＳ３２２）。
【００７４】
図２１は、ピーク発生期間の判定の概要を示す図である。
図２１では、図７における欠陥深さが２ｃｍの欠陥を有する検査対象のシミュレーション結果を例に、検査対象の表面温度の変化におけるピーク発生期間を判定する方法について説明する。
図２１において時刻ｔ１（第１のタイミング）、ｔ２（第３のタイミング）及びｔ３（第２のタイミング）は、欠陥検査システム１ａによって検査対象の表面温度が計測されたタイミングに対応する時間である。時刻ｔ１、ｔ２及びｔ３は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３の関係にある。また、時刻ｔｐは、検査対象の表面温度にピークが発生するタイミングに対応する時間である。ｔ１及びｔ３は、ｔ１＜ｔｐ＜ｔ３を満たす。
ｔ１、ｔ２及びｔ３が上記の関係にある場合、ｔ１、ｔ２及びｔ３における温度差Ｒ（ｔ１）、Ｒ（ｔ２）及びＲ（ｔ３）は、次の式４及び式５の関係を満たすことが想定される。
【数４】
2016125944.tif 000006
【００７５】
Ｒ（ｔ１）は、時刻ｔ１において取得された熱画像（第１の表面温度）に基づいて算出された温度差Ｒである。Ｒ（ｔ２）は、時刻ｔ２において取得された熱画像（第２の表面温度）に基づいて算出された温度差Ｒである。Ｒ（ｔ３）は、時刻ｔ３において取得された熱画像（第３の表面温度）に基づいて算出された温度差Ｒである。したがって、検査対象の表面温度が３つの時刻において離散的に取得される場合、各時刻における温度差Ｒ（ｔ）が式４及び式５の関係を満たせば、時間ｔ１と時間ｔ３との間の期間をピーク発生期間と推定することができる。
【００７６】
上述したように、各欠陥深さにおけるピーク到達時間は既知であるため、時間ｔ２をピークが発生すると予想される時間に近い時間を設定することによって、少なくとも３つの時刻において表面温度の計測を行うことによって、ピーク発生期間を推定することが可能である。ピーク発生期間を推定することができれば、少なくとも欠陥の有無を推定することができる。
【００７７】
このように構成された第２の実施形態の欠陥検査システム１ａは、少なくとも３つの時刻において離散的に取得された表面温度の勾配の変化から検査対象における欠陥の有無を判定する。このような判定機能を備えることにより、欠陥検査システム１ａは、検査対象の表面温度の計測回数より少なくすることができる。その結果、検査対象のより広い範囲についてまとめて欠陥検査を行うことが可能となる。
【００７８】
以下、第１の実施形態の欠陥検査システム１及び第２の実施形態の欠陥検査システム１ａの変形例について説明する。
【００７９】
欠陥検査システム１及び１ａが備える各機能部は、複数の装置に分散して実装されてもよいし、１つの装置に実装されてもよい。例えば、欠陥検査システム１は、欠陥判定部１８が実装された第１の装置と、それ以外の機能部が実装された第２の装置と、を備えるように構成されてもよい。この場合、第２の装置は、検査対象の加熱及び冷却を行い、検査対象の表面温度を計測する情報収集装置として機能し、第１の装置は、第２の装置によって計測された情報に基づいて欠陥の有無及び欠陥深さを判定する欠陥判定装置として機能する。
【００８０】
欠陥検査システム１ａは、ピーク発生期間に基づいて、欠陥深さを範囲で推定するように構成されてもよい。例えば、図１１の例に示した対応情報に対して、ピーク発生期間が１９分から２３分までの期間として判定された場合、欠陥判定部１８ａは、２ｃｍ〜３ｃｍの範囲を欠陥深さとして推定してもよい。
【００８１】
欠陥検査システム１ａによる検査対象の表面温度の計測回数は３回に限定されない。表面温度の計測回数は３回以上であれば、欠陥深さの判定要否や欠陥深さの推定精度などの必要に応じて決定されてよい。
【００８２】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、加熱により検査対象に与えられる加熱エネルギーと、冷却部により検査対象から奪われる冷却エネルギーとの熱量比が所定の比率となるように検査対象の加熱及び冷却部を制御する制御部と、検査対象の表面温度にピークが現れる時間に基づいて検査対象の欠陥の深さを判定する判定部と、を持つことにより、欠陥検出の精度低下を抑制しつつ、欠陥検査に要する時間を短縮することができる。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら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】
【００８４】
１、１ａ…欠陥検査システム，１０…制御装置，１１…加熱部，１２…冷却部，１３…温度計測部，１４…加熱冷却制御部，１５、１５ａ…主制御部，１６…入力部，１７…記憶部，１８、１８ａ…欠陥判定部，１９…タイミング信号生成部，２…検査車両，２１…光電センサ，３…道路，４…トンネル，１００…熱画像，２００…熱画像，２０１、２０２…欠陥部，３００…熱画像，３０１、３０２…欠陥部
【図１】
2016125944.tif 000007
【図２】
2016125944.tif 000008
【図３】
2016125944.tif 000009
【図４】
2016125944.tif 000010
【図５】
2016125944.tif 000011
【図６】
2016125944.tif 000012
【図７】
2016125944.tif 000013
【図８】
2016125944.tif 000014
【図９】
2016125944.tif 000015
【図１０】
2016125944.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2016125944.tif 000020
【図１５】
2016125944.tif 000021
【図１６】
2016125944.tif 000022
【図１７】
2016125944.tif 000023
【図１８】
2016125944.tif 000024
【図１９】
2016125944.tif 000025
【図２０】
2016125944.tif 000026
【図２１】
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