特許 7024524 変位計測装置および変位計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-15

(45)【発行日】2022-02-24

(54)【発明の名称】変位計測装置および変位計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/00 20060101AFI20220216BHJP

【ＦＩ】

G01B15/00 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018048089

(22)【出願日】2018-03-15

(65)【公開番号】P2019158745

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2020-09-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】天野 哲也

(72)【発明者】

【氏名】境 禎明

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－１８０６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５２２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３５３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７５６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５３３３８４１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １５／００－１５／０８

１１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１

２１／１７－２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面の所定位置に、前記非金属層を透過し、かつ前記金属基体で反射されるテラヘルツ波を、前記テラヘルツ波のビームを拡散させつつ０°より大きい入射角をなして照射可能に構成された電磁波発信手段と、
前記対象物の前記金属基体で反射された前記テラヘルツ波を検出可能に構成された電磁波検出素子が平面状に複数設けられて構成される電磁波検出手段と、
前記電磁波発信手段が前記金属基体における基準となる部分に前記テラヘルツ波を照射して、前記電磁波検出手段が検出した前記テラヘルツ波のビームの大きさと、前記電磁波発信手段が前記金属基体における任意の位置に前記テラヘルツ波を照射して、前記電磁波検出手段が検出した前記テラヘルツ波のビームの大きさと、前記非金属層の厚さおよび屈折率とに基づいて、前記任意の位置における前記非金属層の下層の前記金属基体における減肉部の深さおよび増肉部の高さに基づく表面の変位を導出する解析手段と、を備える
ことを特徴とする変位計測装置。

【請求項2】

前記解析手段は、前記電磁波発信手段によって前記金属基体における前記基準となる部分に前記テラヘルツ波を照射して、前記電磁波検出手段によって検出された前記テラヘルツ波のビームの外縁の位置と、前記電磁波発信手段によって前記金属基体における前記任意の位置に前記テラヘルツ波を照射して、前記電磁波検出手段によって検出された前記テラヘルツ波のビームの外縁の位置とに基づいて、前記任意の位置における前記金属基体の表面の変位を導出する
ことを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。

【請求項3】

前記電磁波検出素子は、アレイ状に設けられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の変位計測装置。

【請求項4】

前記金属基体が鋼材であるとともに、前記非金属層が樹脂層である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の変位計測装置。

【請求項5】

金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面の所定位置に、前記非金属層を透過し、かつ前記金属基体で反射されるテラヘルツ波を、前記テラヘルツ波のビームを拡散させつつ０°より大きい入射角をなして照射する照射ステップと、
前記所定位置において前記金属基体で反射された前記テラヘルツ波を、電磁波検出素子が平面状に複数設けられて構成される電磁波検出手段によって検出する検出ステップと、
前記金属基体における基準となる位置に前記テラヘルツ波を照射した場合に、前記電磁波検出手段によって検出された前記テラヘルツ波のビームを測定する基準測定ステップと、
前記金属基体における任意の位置に前記テラヘルツ波を照射した場合に、前記電磁波検出手段によって検出された前記テラヘルツ波のビームを測定する変位測定ステップと、
前記変位測定ステップにおいて得られたビームの大きさと、前記基準測定ステップにおいて得られたビームの大きさと、前記非金属層の厚さおよび屈折率とに基づいて、前記任意の位置における前記非金属層の下層の前記金属基体における減肉部の深さおよび増肉部の高さに基づく表面の変位を導出する解析ステップと、を含む
ことを特徴とする変位計測方法。

【請求項6】

前記解析ステップにおいて、前記基準測定ステップによって得られた前記テラヘルツ波のビームの外縁の位置と、前記変位測定ステップによって得られた前記テラヘルツ波のビームの外縁の位置とに基づいて、前記任意の位置における前記金属基体の表面の変位を導出する
ことを特徴とする請求項５に記載の変位計測方法。

【請求項7】

前記電磁波検出素子は、アレイ状に設けられている
ことを特徴とする請求項５または６に記載の変位計測方法。

【請求項8】

前記金属基体が鋼材であるとともに、前記非金属層が樹脂層である
ことを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の変位計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波を利用して対象物における所定部分の変位を計測する変位計測装置および変位計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、テラヘルツ波イメージングやレーダの研究開発が行われており、非破壊検査やセンシングなどへの応用が期待されている。テラヘルツ波は、樹脂などの非金属材料に照射するとほとんどが透過する一方、金属材料に照射するとほとんどが反射する性質を有する。従来、このようなテラヘルツ波の性質を利用することによって、樹脂などからなる非金属層の下層に存在する金属基体の表面の凹凸性状を測定して、画像化する技術が提案されている（非特許文献１）。

【0003】

このようなテラヘルツ波の性質を利用して、非金属層の下層の金属基体の表面の凹凸、すなわち金属基体と上層の非金属層との界面部分の凹凸を評価する方法としては、テラヘルツ波によって金属基体の表面までの距離を計測する方法がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】山口淳、「テラヘルツイメージングシステムの開発」、ＰＩＯＮＥＥＲ Ｒ＆Ｄ（２０１４）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した従来技術における、テラヘルツ波などの非金属層を透過して金属基体で反射する電磁波を用いた金属基体の表面までの距離を計測する方法では、非金属層の表面での反射波と金属基体の表面での反射波とを互いに分離および識別可能な程度の、時間幅の小さなパルス波を利用する必要がある。ところが、非金属層を透過して金属基体で反射する電磁波において、必要な分解能を得るために時間幅の小さなパルス波を発生させるには、煩雑な機構が必要になる。一方、このような電磁波を連続的に発信させた連続波を用いる場合、送受信装置の構成は、上述したパルス波を用いる場合に比して単純になる。しかしながら、連続波を用いると、ＴＯＦ（Time of Flight）方式によって、金属基体の表面までの距離を計測することが困難になるという問題がある。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物において、非金属層を除去することなく金属基体の表面の変位を計測できる変位計測装置および変位計測方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る変位計測装置は、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面の所定位置に、前記非金属層を透過し、かつ前記金属基体で反射される電磁波を、前記電磁波のビームを拡散させつつ０°より大きい入射角をなして照射可能に構成された電磁波発信手段と、前記対象物の前記金属基体で反射された前記電磁波を検出可能に構成された電磁波検出素子が平面状に複数設けられた電磁波検出手段と、前記電磁波発信手段が前記金属基体における基準となる部分に前記電磁波を照射して、前記電磁波検出手段が検出した前記電磁波のビームの大きさと、前記電磁波発信手段が前記金属基体における任意の位置に前記電磁波を照射して、前記電磁波検出手段が検出した前記電磁波のビームの大きさと、に基づいて、前記任意の位置における前記金属基体の表面の変位を導出する解析手段と、を備えることを特徴とする。

【0008】

（２）本発明の一態様に係る変位計測装置は、上記の（１）の発明において、前記解析手段は、前記電磁波発信手段によって前記金属基体における前記基準となる部分に前記電磁波を照射して、前記電磁波検出手段によって検出された前記電磁波のビームの外縁の位置と、前記電磁波発信手段によって前記金属基体における前記任意の位置に前記電磁波を照射して、前記電磁波検出手段によって検出された前記電磁波のビームの外縁の位置とに基づいて、前記任意の位置における前記金属基体の表面の変位を導出することを特徴とする。

【0009】

（３）本発明の一態様に係る変位計測装置は、上記の（１）または（２）の発明において、前記電磁波はテラヘルツ波であることを特徴とする。

【0010】

（４）本発明の一態様に係る変位計測装置は、上記の（１）～（３）のいずれか１つの発明において、前記金属基体が鋼材であるとともに、前記非金属層が樹脂層であることを特徴とする。

【0011】

（５）本発明の一態様に係る変位計測方法は、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物の表面の所定位置に、前記非金属層を透過し、かつ前記金属基体で反射される電磁波を、前記電磁波のビームを拡散させつつ０°より大きい入射角をなして照射する照射ステップと、前記所定位置において前記金属基体で反射された前記電磁波を、電磁波検出素子が平面状に複数設けられた電磁波検出手段によって検出する検出ステップと、前記金属基体における基準となる位置に前記電磁波を照射した場合に、前記電磁波検出手段によって検出された前記電磁波のビームを測定する基準測定ステップと、前記金属基体における任意の位置に前記電磁波を照射した場合に、前記電磁波検出手段によって検出された前記電磁波のビームを測定する変位測定ステップと、前記変位測定ステップにおいて得られたビームの大きさと、前記基準測定ステップにおいて得られたビームの大きさとに基づいて、前記任意の位置における前記金属基体の表面の変位を導出する解析ステップと、を含むことを特徴とする。

【0012】

（６）本発明の一態様に係る変位計測方法は、上記の（５）の発明において、前記解析ステップにおいて、前記基準測定ステップによって得られた前記電磁波のビームの外縁の位置と、前記変位測定ステップによって得られた前記電磁波のビームの外縁の位置とに基づいて、前記任意の位置における前記金属基体の表面の変位を導出することを特徴とする。

【0013】

（７）本発明の一態様に係る変位計測方法は、上記の（５）または（６）の発明において、前記電磁波はテラヘルツ波であることを特徴とする。

【0014】

（８）本発明の一態様に係る変位計測方法は、上記の（５）～（７）のいずれか１つの発明において、前記金属基体が鋼材であるとともに、前記非金属層が樹脂層であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る変位計測装置および変位計測方法によれば、金属基体の上層に非金属層が設けられた対象物において、非金属層を除去することなく金属基体の表面の変位を計測することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による変位計測装置を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態による変位計測装置によって対象物の正常部分にテラヘルツ波を照射する場合の計測状態を示す図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による変位計測装置によって鋼材の減肉部が空洞である対象物の異常部分を計測する場合の計測状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

【0018】

まず、本発明の一実施形態による変位計測装置について説明する。図１は、この一実施形態による変位計測装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この一実施形態による変位計測装置１は、テラヘルツ波発信器１０、テラヘルツ波検出器２０、および解析制御部３０を備えて構成される。なお、この一実施形態において検査の対象となる対象物８０は、金属基体としての鋼材８１の上層に、非金属層である防食層としての各種の樹脂からなる樹脂層８２が設けられて構成される。なお、対象物８０としては、例えば塗覆装を有する鋼構造物などの、金属材料からなる基体の所定の面の上層に、非金属層が形成された種々の物体とすることができる。

【0019】

この一実施形態による変位計測装置１は、テラヘルツ波Ｌ₁を対象物８０の表面に照射可能に構成されているとともに、対象物８０を反射したテラヘルツ波Ｌ₂を検出可能に構成された反射型のテラヘルツ波計測装置から構成される。すなわち、変位計測装置１は、電磁波発信手段と電磁波検出手段とを兼ね備える。ここで、テラヘルツ波は、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０¹²Ｈｚ）前後、具体的には、１００ＧＨｚ～１０ＴＨｚ（１０¹¹～１０¹³Ｈｚ）の周波数領域である、いわゆるテラヘルツ領域に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。なお、この一実施形態においては、テラヘルツ波の周波数は、樹脂層８２の厚さおよび材質に応じて選定することが可能であり、好適には０．３ＴＨｚ以上０．６ＴＨｚ以下であるが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。

【0020】

電磁波発信手段としてのテラヘルツ波発信器１０は、例えば共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）などを備えて構成されるテラヘルツ波発生素子１１と、半球レンズ１２と、コリメートレンズ１３と、光拡散レンズ１４とを有して構成される。なお、共鳴トンネルダイオードの代わりに、光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photo Conductive Antenna）を用いてもよい。

【0021】

テラヘルツ波検出器２０は、それぞれが集光レンズおよび半球レンズ（いずれも図示せず）を備えた、テラヘルツ波検出素子２１－１，２１－２，…，２１－ｉ，…，２１－ｊ，…，２１－ｎ（ｉ，ｊ，ｎは自然数）を平面状でアレイ状または列状に複数設けて構成される。電磁波検出手段としてのテラヘルツ波検出器２０は、電磁波検出素子としてのテラヘルツ波検出素子２１－１～２１－ｎによってテラヘルツ波の反射波（テラヘルツ波Ｌ₂）を検出可能な状態で変位計測装置１に設けられている。すなわち、変位計測装置１において、テラヘルツ波検出器２０の受信面側は、検査される対象物８０に対向するように設けられる。なお、図１においては、受信面と検査される対象物８０の面とは平行であるが、対象物８０の面に対して受信面が所定の角度で傾斜を有していてもよい。

【0022】

解析手段および制御手段としての解析制御部３０は、信号増幅部３１、バイアス生成部３２、ロックイン検出部３３、および解析処理部３４を備える。解析制御部３０は、テラヘルツ波発信器１０に対する各種制御を行う。また、解析制御部３０は、テラヘルツ波検出器２０によって検出されたテラヘルツ波の信号に対して、各種処理を行う。信号増幅部３１は、テラヘルツ波検出器２０によって検出された信号を増幅し、テラヘルツ波受信データとしてロックイン検出部３３に出力する。バイアス生成部３２は、バイアス電圧を生成してテラヘルツ波発生素子１１およびテラヘルツ波検出素子２１－１～２１－ｎをバイアスすることによって、バイアス電圧に応じて発信するテラヘルツ波または検出されたテラヘルツ波を変化させる。テラヘルツ波発生素子１１およびテラヘルツ波検出素子２１－１～２１－ｎによって発信または検出されたテラヘルツ波は、微弱な場合もある。この場合、テラヘルツ波の検出には、ロックイン検出が用いられる。ロックイン検出の際、テラヘルツ波発信器１０においては、テラヘルツ波発生素子１１のバイアス電圧として変調された参照信号が用いられることにより、テラヘルツ波の検出信号のノイズ成分が除去される。解析処理部３４は、検出されたテラヘルツ波受信データを格納する所定の記録部（図示せず）を備えるとともに、テラヘルツ波受信データに対して解析処理を行う。

【0023】

上述のように構成された変位計測装置１の動作時においては、まず、テラヘルツ波発信器１０からテラヘルツ波Ｌ₁が発信される。具体的には、テラヘルツ波発生素子１１において発生したテラヘルツ波が、半球レンズ１２、コリメートレンズ１３、および光拡散レンズ１４を介して、テラヘルツ波Ｌ₁として出力される。テラヘルツ波Ｌ₁は、光拡散レンズ１４によって所定の拡がり角で拡散される。具体的に、テラヘルツ波Ｌ₁のビームは外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の範囲で拡がる。ここで、発信されるテラヘルツ波Ｌ₁は、典型的には、連続的に発信されるテラヘルツ連続波であるが、断続的に発信されるテラヘルツパルス波やトーンバースト波であってもよい。

【0024】

テラヘルツ波発信器１０から発信されたテラヘルツ波Ｌ₁は、対象物８０の表面の所定位置に照射される。対象物８０に対して樹脂層８２の側から照射されるテラヘルツ波Ｌ₁のほとんどは、樹脂層８２を透過して鋼材８１の鋼面８１ａで反射される。反射されたテラヘルツ波Ｌ₂のビームはさらに拡がって、外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の範囲でテラヘルツ波検出器２０に入射される。反射されたテラヘルツ波Ｌ₂は、テラヘルツ波検出素子２１－１～２１－ｎのうちのビームの外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の範囲に対応したテラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊによって検出される。テラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊにおいては、反射された外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂のテラヘルツ波Ｌ₂のビームが集光レンズによって集光され、半球レンズ（いずれも図示せず）によって集められて検出される。反射したテラヘルツ波Ｌ₂を検出したテラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊにおいては、外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の範囲内における強度に応じた信号が検出される。

【0025】

また、テラヘルツ波検出器２０においては、鋼材８１の鋼面８１ａの形状に対応して、反射したテラヘルツ波Ｌ₂を検出するテラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊが異なる。すなわち、テラヘルツ波Ｌ₁は、テラヘルツ波発信器１０から連続的に発信されて、対象物８０の表面に０°より大きい所定の入射角で斜めに入射される。この際、テラヘルツ波Ｌ₁のビームの一方の外縁Ｌ₁₁は、対象物８０に対して入射角θ₁で入射する。テラヘルツ波Ｌ₁のビームの他方の外縁Ｌ₁₂は、対象物８０に対して入射角θ₂で入射する。対象物８０の表面に入射されたテラヘルツ波Ｌ₁の外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂はそれぞれ、入射角θ₁，θ₂に等しい反射角で反射する。この際、入射したテラヘルツ波Ｌ₁および外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂、ならびに反射したテラヘルツ波Ｌ₂および外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の光路長は、鋼面８１ａの深さが変化してテラヘルツ波発信器１０から鋼面８１ａまでの距離が変化すると増減する。そのため、反射した外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂が到達するテラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊの範囲は、反射した鋼面８１ａの深さによって相違する。外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂が到達するテラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊの範囲によって、テラヘルツ波Ｌ₂のビームの大きさを計測することによって、鋼材８１においてテラヘルツ波Ｌ₁を反射した鋼面８１ａの深さ、すなわち減肉深さを導出できる。上述したように、テラヘルツ波Ｌ₁のほとんどは樹脂層８２を透過するため、樹脂層８２の上方から下層に存在する鋼材８１の減肉深さを計測可能になる。

【0026】

以上の原理に基づいて、樹脂層８２の下層の鋼材８１における減肉深さを導出する具体例について説明する。図２は、この一実施形態による変位計測装置１によって対象物８０の正常部分にテラヘルツ波を照射する場合の計測状態を示す図である。図３は、この一実施形態による変位計測装置１によって鋼材８１の減肉部８３が空洞である対象物８０の異常部分を計測する場合の計測状態を示す図である。

【0027】

図２に示すように、対象物８０において鋼材８１に減肉が生じていない、基準となる部分である正常部分にテラヘルツ波Ｌ₁を照射して、基準測定を行う。すなわち、テラヘルツ波Ｌ₁は、テラヘルツ波発信器１０から０°より大きい入射角で対象物８０に照射される。テラヘルツ波Ｌ₁は、ビームの外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の範囲が拡がりつつ、樹脂層８２の表面８２ａに照射される。外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂はそれぞれ、入射角θ₁，θ₂で樹脂層８２の表面８２ａに入射され、樹脂層８２を透過して鋼面８１ａに到達する。ここで、図２に示す例においては、外縁Ｌ₁₂の入射角θ₂は、外縁Ｌ₁₁の入射角θ₁よりも大きい角度になる。

【0028】

鋼面８１ａにおいては、外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂が入射した角度と同じ角度で反射される。反射されたテラヘルツ波Ｌ₂は、樹脂層８２を透過した後、ビームの外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の範囲が拡がりつつ、テラヘルツ波検出器２０に入射される。この場合、反射されたテラヘルツ波Ｌ₂のビームの一方の外縁Ｌ₂₁は、表面８２ａの法線に対して外縁Ｌ₁₁の入射角θ₁と同じ角度θ₁（以下、反射角θ₁ともいう）で発信される。同様に、反射されたテラヘルツ波Ｌ₂のビームの他方の外縁Ｌ₂₂は、表面８２ａから反射角θ₂で発信される。反射されたテラヘルツ波Ｌ₂のビームの外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂はそれぞれ、テラヘルツ波検出器２０の検出面における観測位置Ｐ₁，Ｐ₂に入射される。これにより、反射されたテラヘルツ波Ｌ₂は、観測位置Ｐ₁，Ｐ₂の範囲内におけるテラヘルツ波検出素子２１－ｉ～２１－ｊによって検出される。観測位置Ｐ₁，Ｐ₂の間隔Ｗ₀は、反射されたテラヘルツ波Ｌ₂のビームの大きさ（ビーム径）に対応する。なお、ビーム径の定義としては、半値全幅や１／ｅ²幅などの種々の定義を採用可能である。観測位置Ｐ₁，Ｐ₂、および間隔Ｗ₀は、対象物８０の正常部分におけるテラヘルツ波受信データにおける基準データとして、解析処理部３４に供給されて所定の記録部に格納される。

【0029】

次に、図３に示すように、鋼材８１の鋼面８１ａの減肉部８３が生じている異常部分を計測する場合について説明する。すなわち、対象物８０の任意の位置にテラヘルツ波発信器１０から０°より大きい入射角でテラヘルツ波Ｌ₁を照射する。この任意の位置において、減肉部８３といった異常部分が存在している場合を想定する。この場合、テラヘルツ波Ｌ₁は、ビームの外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の範囲が拡がりつつ、入射角θ₁，θ₂の範囲で樹脂層８２の表面８２ａに入射され、樹脂層８２内を透過する。ここで、図３に示す例においては、上述した基準測定の場合と同様に、外縁Ｌ₁₂の入射角θ₂は、外縁Ｌ₁₁の入射角θ₁よりも大きい角度になる。

【0030】

樹脂層８２を透過したテラヘルツ波Ｌ₁は、減肉部８３の空洞８４の底面の鋼面８１ａに到達する。減肉部８３の鋼面８１ａにおいては、外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂が入射した角度と同じ角度で反射される。反射されたテラヘルツ波Ｌ₂の外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、樹脂層８２を透過した後、ビームの外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の範囲が拡がりつつテラヘルツ波検出器２０に入射される。テラヘルツ波Ｌ₂において、反射角θ₁で樹脂層８２を透過した外縁Ｌ₂₁、および反射角θ₂で樹脂層８２を透過した外縁Ｌ₂₂はそれぞれ、テラヘルツ波検出器２０の検出面における観測位置Ｐ₃，Ｐ₄に入射される。これにより、反射されたテラヘルツ波Ｌ₂は、観測位置Ｐ₃，Ｐ₄の範囲内におけるテラヘルツ波検出素子２１－ｋ～２１－ｍ（ｋ，ｍは自然数）によって検出される。観測位置Ｐ₃，Ｐ₄の間隔Ｗ₁は、計測された対象物８０の位置において反射されたテラヘルツ波Ｌ₂のビームの大きさ（ビーム径）に対応する。観測位置Ｐ₃，Ｐ₄および間隔Ｗ₁は、テラヘルツ波受信データとして解析処理部３４に供給されて所定の記録部に格納される。

【0031】

解析処理部３４は、供給されたテラヘルツ波受信データにおける観測位置Ｐ₃，Ｐ₄および間隔Ｗ₁と、基準測定によって計測された観測位置Ｐ₁，Ｐ₂および間隔Ｗ₀とを比較する。ここで、図３に示す例においては、減肉部８３が生じているため、テラヘルツ波発信器１０から減肉部８３の鋼面８１ａまでのテラヘルツ波Ｌ₁の光路長は、図２に示すテラヘルツ波発信器１０から鋼面８１ａまでのテラヘルツ波Ｌ₁の光路長より長い。これにより、図３に示す鋼面８１ａにおける外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の拡がりは、図２に示す鋼面８１ａにおける外縁Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の拡がりに比して大きくなる。その上で、図３に示す減肉部８３の鋼面８１ａからテラヘルツ波検出器２０までのテラヘルツ波Ｌ₂の光路長は、図２に示す鋼面８１ａからテラヘルツ波検出器２０までのテラヘルツ波Ｌ₂の光路長より長い。これにより、図３に示すテラヘルツ波検出器２０の検出面において、外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の入射位置はそれぞれ、観測位置Ｐ₁，Ｐ₂から観測位置Ｐ₃，Ｐ₄にシフトする。さらに、図３に示すテラヘルツ波検出器２０の検出面における観測位置Ｐ₃，Ｐ₄の間隔Ｗ₁は、基準測定における観測位置Ｐ₁，Ｐ₂の間隔Ｗ₀より大きくなる（Ｗ₁＞Ｗ₀）。

【0032】

減肉部８３の深さｄ₁は、樹脂層８２の厚さおよび屈折率、観測位置Ｐ₁，Ｐ₂から観測位置Ｐ₃，Ｐ₄へのそれぞれのシフト量、ならびに間隔Ｗ₀，Ｗ₁および間隔Ｗ₀から間隔Ｗ₁への増加量の各種パラメータに基づいて、幾何学的に導出できる。解析処理部３４は、これらのパラメータに基づいて減肉部８３の深さｄ₁を導出する。なお、各種パラメータと減肉部８３の深さｄ₁との関係、特に観測位置Ｐ₃，Ｐ₄または間隔Ｗ₁と減肉部８３の深さｄ₁との関係を、解析処理部３４の所定の記録部に、あらかじめ検量線や標準曲線などのテーブルとして格納しておくことも可能である。この場合、解析処理部３４は、外縁Ｌ₂₁，Ｌ₂₂のそれぞれの観測位置Ｐ₃，Ｐ₄に基づいて、格納されたテーブルから減肉部８３の深さｄ₁を導出できる。また、減肉部８３ではなく増肉部が存在した場合は、上述した観測位置Ｐ₁，Ｐ₂から観測位置Ｐ₃，Ｐ₄へのそれぞれのシフト量、および間隔Ｗ₀から間隔Ｗ₁への増加量が負になって、上述した方法と同様に各種パラメータに基づいて増肉部の高さを負の深さとして導出できる。

【0033】

以上説明したこの一実施形態による変位計測装置および変位計測方法によれば、樹脂層８２を透過して鋼材８１で反射するテラヘルツ波Ｌ₁を、所定の拡がり範囲で拡散させて対象物８０に対して斜めに照射し、反射したテラヘルツ波Ｌ₂の拡がり状態に基づいて、対象物８０の鋼材８１における減肉部８３の深さや増肉部の高さを計測することができる。これにより、鋼材８１などの金属基体の上層に樹脂層８２などの非金属層が設けられた対象物８０に対して、樹脂層８２を剥離させたり除去したりすることなく、鋼材８１の異常部分における変位を計測することが可能になる。

【0034】

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げたテラヘルツ波発信器１０やテラヘルツ波検出器２０の装置構成はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる装置構成を用いてもよく、本発明は、上述した一実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により限定されることはない。

【0035】

上述した一実施形態においては、電磁波としてテラヘルツ波を用いているが、樹脂層８２を透過して鋼材８１の鋼面８１ａで反射する電磁波であれば、必ずしもテラヘルツ波に限定されるものではない。

【0036】

また、上述した一実施形態においては、減肉部８３の部分における樹脂層８２の下層が空洞８４である場合について説明したが、減肉部８３の部分が樹脂層８２によって充填されて空洞８４がない場合であっても、同様にして減肉深さｄ₁を計測できる。

【符号の説明】

【0037】

１ 変位計測装置
１０ テラヘルツ波発信器
１１ テラヘルツ波発生素子
２０ テラヘルツ波検出器
２１－１，２１－２，…，２１－ｉ，…，２１－ｊ，…，２１－ｋ，…，２１－ｍ，…，２１－ｎ テラヘルツ波検出素子
３０ 解析制御部
３４ 解析処理部
８０ 対象物
８１ 鋼材
８１ａ 鋼面
８２ 樹脂層
８２ａ 表面
８３ 減肉部
８４ 空洞
Ｌ₁，Ｌ₂ テラヘルツ波
Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂ 外縁

【図1】

【図2】

【図3】