特許 7174840 測定対象物内の欠陥を検出するＴＨｚ測定装置及びＴＨｚ測定方法

(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】2022-11-09

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】測定対象物内の欠陥を検出するＴＨｚ測定装置及びＴＨｚ測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3581 20140101AFI20221110BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20221110BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20221110BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3581

G01N21/88 Z

G01B11/24 B

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021515163

(86)(22)【出願日】2019-08-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-06

(86)【国際出願番号】 DE2019100778

(87)【国際公開番号】W WO2020057689

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-03-18

(31)【優先権主張番号】102018122965.8

(32)【優先日】2018-09-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】520404492

【氏名又は名称】イノエックス ゲーエムベーハー イノヴァツィオーネン ウント アウスリュストゥンゲン フュア ディー エクストルジオーンステヒニク

(74)【代理人】

【識別番号】100154612

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】クローゼ ラルフ

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／２１５７１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０５４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０７２７８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１３２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１６１０５５９９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５１２２２０５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－０１４９４２９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００ － Ｇ０１Ｂ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物（２）内の欠陥（３）を決定するためのＴＨｚ測定装置（１）であって、
光軸（Ａ）に沿ってＴＨｚ送信ビーム（１５）を放出する少なくとも１つのアクティブなＴＨｚ送信機（１２）を有するアンテナアレー（４）、
前記ＴＨｚ送信機（１２）に対して固定の空間配置で配置され、前記ＴＨｚ送信機と同期され、反射ＴＨｚ放射線（１６）を検出し、ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）を出力する複数のＴＨｚ受信機（１４）、及び
前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）を受信して、前記測定対象物（２）の通常の境界表面（２ａ，２ｂ）の外側で生じた反射として欠陥（３）を決定する制御装置（５）、を有し、
ユーザが把持するためのハンドル領域であって、前記測定対象物（２）の前に又は上に様々な位置で位置決めするためのハンドル領域（８）によって、少なくともそのアンテナアレー（４）と共に携帯可能である、ＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項2】

前記ＴＨｚ送信機が、反射ＴＨｚ放射線（１６）を検出し及びＴＨｚ測定信号（Ｓ１）を出力するＴＨｚトランシーバー（１２）である、ことを特徴とする請求項１に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項3】

少なくとも１つの前記ＴＨｚ受信機（１４）が一時的にアクティブにＴＨｚ送信ビーム（１５）を送信し、
常に、１つのＴＨｚ受信機（１４）又は前記ＴＨｚトランシーバー（１２）が送信し、他の複数のＴＨｚ受信機（１４）又は前記ＴＨｚトランシーバー（１２）が受信する、ことを特徴とする請求項２に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項4】

アクティブな送信機能の交互の切り替えによって、複数の前記ＴＨｚ受信機（１４）が一時的に送信し、前記ＴＨｚトランシーバー（１２）が一時的に受動的にのみ反射ＴＨｚ放射線（１６）を受信する、ことを特徴とする請求項３に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項5】

前記アンテナアレー（４）が、前記少なくとも１つのＴＨｚ送信機（１２）及び前記複数のＴＨｚ受信機（１４）から作られた線形装置として、少なくとも１つのセンサーストリップ（４ａ，４ｂ）を有する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項6】

２つの交差したセンサーストリップ（４ａ，４ｂ）又はＴＨｚ受信機（１４）の２次元マトリックス装置として、ＴＨｚ受信機（１４）の２つの平行でない装置を有する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項7】

３つの空間方向における及び／又は１又は複数の回転方向における加速度を測定するために、前記ＴＨｚ測定装置（１）の加速度を測定し、加速度測定信号（Ｓ３）を出力するための加速度計手段（１８）をさらに有し、
前記制御装置（５）は、前記加速度測定信号（Ｓ３）を受信し、前記ＴＨｚ放射線（１５，１６）の送信及び受信時に２度実行される時間積分によって前記ＴＨｚ測定装置（１）の空間位置を決定する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項8】

前記制御装置（５）は、前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）から、前記測定対象物（２）の境界表面（２ａ，２ｂ）及び前記測定対象物（２）における前記欠陥（３）の相対位置、並びに前記欠陥（３）の境界表面（３ａ）の３次元配置を決定する、ことを特徴とする請求項７に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項9】

前記制御装置（５）は、前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）の振幅（Ｓ）の高さ（ΔＳ）を評価し、前記振幅（Ｓ）の高さ（ΔＳ）から前記欠陥（３）の大きさ又は把握される表面（Ａ）を決定する、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項10】

前記測定対象物（２）に接触し、前記測定対象物（２）への定められた位置決めを行うための接触輪郭（１１）を有する、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項11】

前記測定対象物（２）及び決定された前記欠陥（３）の３次元画像を出力する光学出力手段（７）をさらに有し、当該光学出力手段（７）が携帯可能な又は固定の部分に設けられている、ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項12】

前記測定対象物（２）を把握し、画像信号（Ｓ２）を前記制御装置（５）に出力するための光学カメラをさらに有し、
前記制御装置（５）は、前記画像信号（Ｓ２）及び前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）から、前記測定対象物（２）内の前記欠陥（３）の示された位置、延伸及び／又は形状を有する前記測定対象物（２）の３次元描写を生成する、ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載のＴＨｚ測定装置（１）。

【請求項13】

測定対象物（２）内の欠陥（３）を決定するＴＨｚ測定方法であって、
少なくとも１つのＴＨｚ送信機（１２）及び複数のＴＨｚ受信機（１４）を有するアンテナアレー（４）を有するＴＨｚ測定装置（１）が、前記測定対象物（２）に向かってＴＨｚ送信ビーム（１５）を放出し、前記複数のＴＨｚ受信機（１４）は前記測定対象物（２）から反射したＴＨｚ放射線（１６）を受信し、これによりＴＨｚ測定信号（Ｓ１）を生成し、
前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）から、少なくとも一部の受信した反射ＴＨｚ放射線（１６）が前記測定対象物（２）の通常の境界表面（２ａ，２ｂ）の外側で反射されたかどうか決定し、
前記測定対象物（２）内の付加的に決定される境界表面（３ａ）を欠陥（３）に関連付け、
－前記アンテナアレー（４）を有する前記ＴＨｚ測定装置（１）の少なくとも携帯可能な部分が、固定の測定対象物（２）に対してユーザにより調節され、
－調節移動が、３つの空間方向において、加速度を測定することで決定され、
－前記固定の測定対象物（２）に対する前記ＴＨｚ測定装置（１）の相対位置が、２度実行される時間積分によって決定され、及び
－前記測定対象物（２）内の検出された欠陥（３）の位置及び延伸が決定され、光学的に表示される、ＴＨｚ測定方法。

【請求項14】

複数の方向に反射されたＴＨｚ放射線（１６）が、アンテナアレー（４）の交差したセンサーストリップ（４ａ，４ｂ）によって検出される、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記ＴＨｚ受信機（１４）が一時的にアクティブにＴＨｚ送信ビーム（１５）を送信し、次いでトランシーバー（１２）としての前記ＴＨｚ送信機（１２）がＴＨｚ放射線を受動的にのみ検出し、
前記ＴＨｚ送信ビーム（１５）の交互の切り替えが行われ、アクティブでないＴＨｚ受信機（１４）又はアクティブでないＴＨｚトランシーバー（１２）がそれぞれ前記ＴＨｚ送信ビーム（１５）を受動的に検出する、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。

【請求項16】

前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）の信号振幅（Ｓ）の高さ（ΔＳ）が評価され、信号振幅（Ｓ）の高さ（ΔＳ）から前記欠陥（３）の大きさ又は検出される表面（Ａ）が決定される、ことを特徴とする請求項１３～１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

さらに、前記ＴＨｚ測定装置（１）が前記測定対象物（２）の光学画像を把握し、画像信号（Ｓ２）を生成し、前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）と前記画像信号（Ｓ２）の３次元の関連付けが、前記画像信号（Ｓ２）、前記ＴＨｚ測定信号（Ｓ１）及び加速度測定信号（Ｓ３）を評価することで実行され、及び
決定された前記欠陥（３）の位置、大きさ及び延伸の３次元描写を有する前記測定対象物（２）の３次元描写が出力される、ことを特徴とする請求項１３～１６のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物内の欠陥を検出するＴＨｚ測定装置（テラヘルツ測定装置）及びＴＨｚ測定方法（テラヘルツ測定方法）に関する。このような測定対象物は、特にプラスチック材料から作られ得るが、一般にＴＨｚ放射線を透過させるセラミック、コンクリート又は紙などの別な材料から作られてもよい。欠陥は、特に、空洞（キャビティ）、すなわち製造時に形成される空の穴であってもよいが、やはり亀裂、空隙及び他の材料の含有物、例えば金属破片であってもよい。

【背景技術】

【0002】

測定対象物を測定するＴＨｚでは、測定対象物に向かってＴＨｚトランシーバーから放出されるＴＨｚ放射線、特に０．０１～１０ＴＨｚの周波数範囲における電磁放射線が利用される。よって、放出される電磁放射線は、特にマイクロ波範囲にあってもよい。測定対象物に発されるＴＨｚ放射線は、測定対象物の境界表面で、すなわち異なる屈折率の媒体間での移行の際に部分的に反射される。こうして、部分反射のために、層厚さが決定でき、例えばそれらの境界表面でのエアーポケット（空気溜まり）が検出され得、金属破片がＴＨｚ放射線の完全反射によって検出され得る。

【0003】

原則として、ＴＨｚトランシーバーは、例えば放出されたＴＨｚ送信ビーム及び反射されたＴＨｚ放射線の直接的な走行時間測定によって光学的に設計されてもよい。さらに、完全に電子的なＴＨｚ測定装置が知られており、ダイポールアンテナがトランシーバーとしてＴＨｚ放射線を生成し、反射したＴＨｚ放射線を受信する。これにより、特に周波数変調が利用されてもよく又はパルスＴＨｚ放射線が放出されてもよい。

【0004】

パルスアレー測定装置では、別なＴＨｚレシーバー、例えば受動ＴＨｚダイポールアンテナが、アクティブ送信ＴＨｚトランシーバーに接続しており、それによりＴＨｚトランシーバーに対して垂直でなく反射したＴＨｚ放射線も検出される。したがって、ＴＨｚトランシーバーとＴＨｚ受信機が互いに同期され、走行時間測定又は周波数変調として距離測定のための送信時間の整合が可能になる。

【0005】

測定対象物が、固定のＴＨｚ測定装置、例えば測定管を過ぎて案内される点で、欠陥の決定は、特に、プラスチック管又はプラスチックシートの作成直後に行われる。しかしながら、このような固定のＴＨｚ測定装置を用いて固定の測定対象物において、一般に、例えば素材疲労や切り傷を含む欠陥を決定することは殆ど可能でない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、比較的少ない費用で確実な検出を可能とする、測定対象物内の欠陥を検出するＴＨｚ測定装置及びＴＨｚ測定方法を創出する目的を基礎とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、独立請求項に従うＴＨｚ測定装置及びＴＨｚ測定方法によって解決される。好ましい更なる発展形態が従属請求項に記載される。ＴＨｚ測定方法は、特にＴＨｚ測定装置を用いて実行されるべきである。ＴＨｚ測定装置は、特にＴＨｚ測定方法を実行するために提供される。

【0008】

したがって、少なくとも１つのアクティブなＴＨｚ送信機及び複数の少なくとも一時的に受動的な（パッシブな）ＴＨｚ受信機を含むＴＨｚ測定装置が提供される。これによって、ＴＨｚ送信機及びＴＨｚ受信機は、完全に電子的に、すなわちダイポールアンテナとして設計され、よってアンテナアレーを形成する。

【0009】

ＴＨｚ送信機は、特にＴＨｚトランシーバーであってもよく、すなわち組み合わされた送信機及び受信機装置として設計されてもよい。

【0010】

コントローラ装置は、ＴＨｚ測定信号を受信し、測定対象物の通常の境界表面の外側で生じる反射として欠陥を決定する。これは、コントローラ装置がＴＨｚ測定信号を受信し、測定対象物の通常の境界表面の外側で生じた反射を決定し、これらを欠陥として評価することを意味する。

【0011】

ゆえに、例えばアンテナアレーの中央に配置されたＴＨｚ送信機は、光軸に沿って、特に光軸を取り囲む放出円錐によって、ＴＨｚ送信ビームを放出する。ＴＨｚ放射線は欠陥にて反射され、少なくとも一部はアンテナアレーの方向に反射され、それによりＴＨｚトランシーバー自体として設計されるＴＨｚ送信機又はＴＨｚ受信機の１つが反射した放射線を受ける。

【0012】

これにより、ＴＨｚ送信機の測定信号は最初に、測定対象物の層厚さ測定を実行するよう機能してもよい。受信機による反射した放射線の入射の様々な時間は、空間内の反射源の角度を決定し、それによりその距離及び位置を決定するために利用され得る。したがって、例えばエアーポケットの場合に存在するであろう欠陥の湾曲表面が、ＴＨｚ送信ビームを波面としてアンテナアレーに向かって反射し、複数のＴＨｚ受信機及び場合によってはＴＨｚトランシーバー自体がそれぞれ反射ピークを受信し、それで欠陥の表面の位置及び形状が、走行時間から又は互いに関する相対的な一時的シフトからそれぞれ高精度に既に決定され又は見積もられ得る。このようにして、アンテナアレーは最初に線形センサーストリップとして設計されてもよく、それによりその延伸又は横幅がそれぞれ、検出可能な反射したＴＨｚ放射線の角度を決定する。

【0013】

これは、特に複数の隣接するＴＨｚ受信機が多数の反射ピークからの概算又は三角測量を可能にするため、欠陥の曲線が非常に上手く再現されるという、付加的な利点をもたらす。

【0014】

別な発展形態によれば、ＴＨｚ受信機は、少なくとも一時的に、送信機としても、すなわち特に一時的にＴＨｚトランシーバーとして機能する。よって、複数のＴＨｚトランシーバーが例えばセンサーストリップとして一緒に並べられたアンテナアレーが形成される。各々のＴＨｚトランシーバーは、その光軸に沿って、好ましくはセンサーストリップと垂直に測定対象物に向かってＴＨｚ送信ビームを一時的に放出し、その際、他のＴＨｚトランシーバーはＴＨｚ受信機として受動的に機能する。それゆえに、ＴＨｚアレーは、特にＴＨｚトランシーバーの交互アクティブ操作と交互に操作されてもよい。

【0015】

このようにして、非常に多数の測定信号が得られる、と言うのも、放出円錐をそれぞれ有する、特に平行に放出される異なるＴＨｚ送信ビームが測定対象物に向かって送信され、それにより、非常に多数の測定が把握されるからである。それゆえに、湾曲表面は３次元的に空間内に位置してもよい。これにより、別なダイポールアンテナをアクティブなＴＨｚトランシーバーとして一時的に操作するためのハードウェアの観点から付加的な費用が比較的少ない。

【0016】

更なる有利な実施形態が、アンテナアレーの２次元設計によって実現される。これにより、例えばセンサーストリップとセンサーストリップの間に９０°の角度を有する、例えば２つの互いに交差したセンサーストリップが利用できる。ここで再び、例えば、中央のダイポールアンテナだけがアクティブなＴＨｚトランシーバーとして使用でき、別なダイポールアンテナが受動的なＴＨｚトランシーバーとして設計され得る。しかしながら、有利には、全てのダイポールアンテナが再び一時的にアクティブなＴＨｚトランシーバーであり、対応的に一時的に受動的なだけである。

【0017】

このような実施形態だけで、欠陥の深さ画像を検出することができる。したがって、例えば一例を挙げると測定対象物をその外側境界面で確実に把握し、測定すること、さらに例えば測定対象物内の空洞などの欠陥の位置、向き及び延伸を把握し、それを例えばディスプレイに、特に接続した計算装置の外部ディスプレイ装置に視覚化することも可能である。したがって、材料内の空洞の位置だけでなく、ボリューム（体積）をも求めることができる。

【0018】

このような２次元アレー装置は、例えば２つの交差したセンサーストリップだけを有してもよい。原則として、アンテナアレーの２次元マトリックスを形成することができる。しかしながら、明らかに、交差したセンサーストリップに比べてフル２次元装置のハードウェアの過度の費用は明瞭な利点を有しない。２つの交差したセンサーストリップだけで、比較的少ない数のダイポールアンテナによる良好な２次元検出が可能になる。

【0019】

別な利点が、加速度計装置、特に加速度の３次元検出のための加速度計との組み合わせにより、すなわち３つの空間方向において、得られる。それで、制御装置は、一方で個々のＴＨｚトランシーバーのＴＨｚ測定信号を受信することができ、他方で加速度信号との組み合わせでこれらを評価することができる。よって、加速度信号の時間積分により、空間内の３次元位置が測定信号に割り当てられ得る。

【0020】

特に、ユーザが好ましくは測定装置を操縦し、調節することで、特にそれを測定対象物に沿って案内することで非常に精密な測定を実行できる携帯式ＴＨｚ測定装置を創出することができる。これにより、ＴＨｚ測定装置は少なくともそのアンテナアレーと共に携帯でき、その携帯部分は、ユーザが把持するための、測定対象物の前で様々な位置で位置決めするためのハンドル領域を有する。

【0021】

制御装置は、加速度信号から測定対象物に対するＴＨｚ測定装置のそれぞれの３次元位置を決定し、それにより複数の測定信号を地点に関連付けることができる。したがって、ＴＨｚ測定装置があり得る欠陥を検出したとき、ユーザは装置を使用して、疑わしい領域をより徹底的に測定し、例えばＴＨｚ測定装置を並進的に調節し又はそれを回転・旋回させ、さらなる測定信号を捕えることができる。ゆえに、空洞は、一旦検出された際、その表面の湾曲（曲率）の正確な検出を含めて次により正確に把握され、それで向き及び体積も正確に把握される。したがって、交差したセンサーストリップから作られた、装置を操縦するのが簡単且つ容易なアレーに、より費用のかかる高価な２次元マトリックス装置のように、適切な数の測定信号を供給させることも可能である。

【0022】

更なる発展形態によれば、光学カメラ、特にＲＧＢカメラが測定装置に付加的に取り付けられてもよく、それにより制御装置により評価され、組み合わされる付加的な画像信号を供給する。したがって、特に接続した表示装置に、画像信号に対応する測定対象物の画像を表示し、またＴＨｚ測定信号から集められた補充情報を用いてそれを増大することが可能である。

【0023】

このような画像を用いて、一方の側面からのみ測定対象物を測定したときでも、例えば前側及び後側を表示することができる、というのもこれらの境界面がＴＨｚ放射線によって確実に決定できるからであり、またさらにユーザが例えば欠陥の位置及び大きさを示すマーカーをワークピースに配置できるように欠陥の位置及び配置を表示することができる。

【0024】

ゆえに、測定装置の移動は測定不正確を生じず、他の空間位置からの更なる測定として評価され得る、欠陥のより正確な決定のために利用される更なる測定情報をもたらす。

【0025】

さらに、ＴＨｚ測定信号の振幅を評価し、欠陥の測定ピークの振幅の高さを決定し、それを欠陥の大きさ又は面積（表面領域）に割り当てることも可能である。したがって、例えば欠陥の面積を、特にＴＨｚ測定装置の複数の旋回向きにおける測定によっても決定することができる。

【0026】

したがって、ワークピースの完全な３Ｄモデルを、その境界面、形成及びその欠陥の延伸範囲も含めて模倣し、ディスプレイに可視化することもできる。

【0027】

例えば、プラスチック管やプラスチックシートなどのプラスチック商品の押し出し成形での適用に加えて、測定装置は、特に後続の材料試験において利用され得る。したがって、風力エネルギー設備のロータは、携帯式測定装置を用いて静的測定対象物として確実に正確に測定され得る。特に、ヘアークラック及び剥離を欠陥として、例えばヘアークラック及び剥離内のエアーポケットを介して検出し、その大きさを決定することができる。さらには、パイプ破裂を外側から検出できる。また、例えば金属管がプラスチック環境やせっ器環境において把握され得る。

【0028】

本発明を、或る実施形態によって添付の図面を用いて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】１つの測定平面に表された第１実施形態に従う測定装置を用いた測定対象物の測定を示す図である。

【図2】実施形態に従うＴＨｚ測定装置を用いた測定対象物の３次元測定の斜視図である。

【図3】付加的なＲＧＢカメラを備えた別な実施形態に従う測定装置を用いた測定対象物の測定の斜視図である。

【図4】空洞を有する測定すべきいびつな（不規則な）測定対象物の例を示す図である。

【図5】携帯式測定装置を用いて測定対象物としての壁の測定を示す図である。

【図6】ＴＨｚ測定信号の信号図表の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１によれば、ＴＨｚ測定装置１が、例えばセラミック材料やせっ器材料で作られた固定の測定対象物２を測定するために提供される。測定対象物２は、境界面２ａ，２ｂ、例えば前側２ａ及び後側２ｂを有する。図１に示すように、測定対象物２内に、例えば外側から見えない空洞（空スペース）又は亀裂及び空隙として欠陥３が、例えば、前側からユーザに直接見えない後側２ｂに形成され得る。

【0031】

ＴＨｚ測定装置１はアンテナアレー４を具備し、さらに制御装置５、内部メモリー６及び出力手段７を具備している。出力手段は、例えば、測定対象物２及び欠陥３を視覚化するための光学表示手段７であってもよく、及び／又は例えば欠陥３が検出されると信号を出力する音響ディスプレイであってもよい。

【0032】

さらに、有利には、ＴＨｚ測定装置１は、図５に示されるユーザが把持するためのハンドル領域８、アクチュエータ手段９、前端領域１０、境界面、すなわち測定対象物２の前側２ａ及び場合によっては後側２ｂに接触する接触輪郭１１又は輪郭線を有する。

【0033】

図１の実施形態によれば、アンテナアレー４が、主として、ダイポールアンテナとして設計され、その光軸Ａに沿ってＴＨｚ送信ビーム１５を放出する中央トランシーバー１２を備えた送信機として備えられている。アンテナアレー４はさらに、対応的にダイポールアンテナとして設計された、測定対象物２から反射したＴＨｚ放射線１６を検出する複数の受信機１４を有する。トランシーバー１２及び受信機１４は互いに又は制御装置５を介してそれぞれ同期され、それで送信時間と受信時間が比較され得る。

【0034】

ＴＨｚトランシーバー１２は、一般に０．０１ＴＨｚ～１０ＴＨｚの周波数範囲内で特に周波数変調された又はパルス化されたＴＨｚ放射線を放射するが、直接的な走行時間測定も可能である。こうして、ＴＨｚ送信ビーム１５は光軸Ａに沿って測定対象物２に向かって放出され、境界表面２ａ，２ｂにて部分的に反射され、光軸Ａが境界表面２ａ，２ｂと垂直に位置決めされたとき、距離を、特に互いに関する境界表面２ａ，２ｂの距離として測定対象物２の厚さｄを測定する。

【0035】

図６は、測定の信号図表を例示的に示す。ここで、信号振幅Ｓが時間ｔの関数として描かれており、ＴＨｚ送信ビーム１５が前側境界表面２ａに入る際に第１の測定ピークＰ１が決定され、後の時間ｔ４にて、ＴＨｚ放射線が後側境界表面２ｂを出る際に測定ピークＰ４が決定される。したがって、時間領域におけるこの測定によって、それ自体公知な方法で、時間差ｔ４～ｔ１を測定対象物２の厚さｄに関連付けることが可能である。測定及び評価が周波数変調を用いて同様の方法で実行されてもよい。

【0036】

放射線が光軸Ａに対して傾斜して放出されるように、ＴＨｚトランシーバー１２は、光軸Ａのまわりの放射線円錐内でＴＨｚ送信ビーム１５を放出し、それはＴＨｚトランシーバー１２自体において境界表面２ａ，２ｂでの光軸Ａの垂直位置決めに対応する測定信号を生じない。しかしながら、ＴＨｚ送信ビーム１５は様々な方向に、例えば欠陥として描かれた空洞３の湾曲表面３ａなどの特に不規則な境界表面で反射され、それにより一例を挙げると、ＴＨｚトランシーバー１２自体及びさらに少なくとも１つ又は複数のＴＨｚ受信機１４も、境界表面２ａ，２ｂから反射されなかった反射ＴＨｚ放射線１６を受信する。

【0037】

図３では、例えば鋳造工程にて生じる空洞が欠陥３として示されている。例えば図５によれば、欠陥３が、プラスチック材料内のヘアークラック又は剥離として生じ得、またそれ自体が再び、付加的に形成される境界表面のために、すなわち特にエアーポケットとして検出され得る。

【0038】

図６では、例として、欠陥３への入射時及びそこからの出射時に生成される測定ピークＰ２及びＰ３が、時間ｔ２及びｔ３にて描かれている。欠陥の厚さ、すなわちＴＨｚ送信ビームの方向における延伸は、時間差ｔ３－ｔ２から生じる。測定対象物２における欠陥３の位置が、境界表面２ａ及び２ｂまでの距離によって、すなわち時間差ｔ４－ｔ３により並びにｔ２－ｔ１に従って決定され得る。さらに、好ましくは、信号振幅Ｓの高さも評価され得、信号振幅の高さΔＳは表面延伸又はＴＨｚ送信ビームに垂直な欠陥の大きさとして評価できる。

【0039】

最初に、欠陥３のまだ正確でない位置が個々の受信機１４の測定信号から決定され、さらに同様にその大きさ及び形状は決定されない。最初に、ＴＨｚ送信ビーム１５の及び受信機１４に戻る反射ＴＨｚ放射線１６の経路としてＴＨｚ放射線の全走行時間が決定され、それにより、測定信号の反射ピークのために、反射が生じた位置は一般に楕円内にあり、当該楕円の焦点がＴＨｚトランシーバー１２及びＴＨｚ受信機１４によって決定される。中央トランシーバー１２及び複数の隣接するＴＨｚ受信機１４を備えた線形アンテナアレー４によって、複数の測定信号を捕えることができ、それにより欠陥３の進路・方向が大まかに見積もられる。

【0040】

図１に従うアンテナアレー４は有利には、１つのアクティブなＴＨｚトランシーバー１２を有するだけではない。むしろ、それは複数のＴＨｚトランシーバー１２を有してもよく、有利にはＴＨｚ受信機１４は一時的にトランシーバーとして設計されてもよい。したがって、例えば、ダイポールアンテナのうちの１つが常にアクティブとなり、ＴＨｚ送信ビーム１５を出力する一方で、他のダイポールアンテナが反射ＴＨｚ放射線１６を受動的に受信するように、ＴＨｚトランシーバー１２のアクティブな機能が交互に切り替えられてもよい。したがって、図１は、例としてＴＨｚ送信ビーム１５を放出する第２のＴＨｚトランシーバー１２を描いている。

【0041】

それゆえに、アクティブなＴＨｚトランシーバー１２自体の交互機能を有するアンテナアレー４のこのような設計によって、ＴＨｚ送信ビーム１５が様々な方向及び角度から測定対象物２及び欠陥３に対して照射され得、反射放射線１６がそれぞれ異なって位置決めされた受動受信機によって対応的に検出され得、それで図１に示す平面内で、空洞３の境界表面３ａのより優れた測定が可能になる。

【0042】

これにより、ＴＨｚトランシーバー１２から出発して空気又は環境を通るＴＨｚ送信ビーム１５が最初に、第１の境界表面、すなわち前側２ａに到達し、ここで例えば２～５％の一部の少ない強度が反射され、大部分が測定対象物２に入り込む。したがって、キャビティが欠陥３として存在するとき、ＴＨｚ送信ビーム１５の一部が、例えば含有物としての内側ガス又は空気を取り囲むその境界表面３ａで再び反射され、それによりＴＨｚ放射線１６が反射して戻され、適切に位置決めされたＴＨｚ受信機１４によって検出され得る。さらに、ＴＨｚ送信ビーム１５はまた、空洞に入り込み、空洞の裏側で、すなわち空洞３から測定対象物２の材料への再入射時に部分的に反射され、それでここでもＴＨｚ放射線１６が反射される。したがって、このような測定により、空洞３の前領域だけでなく、後領域も把握でき（カバーでき）、複数の反射が一般にかなり弱く、それで境界表面が直接検出できる。

【0043】

図２の設計によれば、有利には、アンテナアレー４は線形であるだけでなく、２次元の延伸を有している、すなわち２次元アンテナアレーとして設計されている。そのために、図２によれば、２つの線形設計、すなわち２つの平行でないセンサーストリップ４ａ，４ｂであって、好ましくは互いに対して９０°の角度αで指向していてそれにより例えば中央ＴＨｚトランシーバー１２を有する平面を生成するセンサーストリップが備えられてもよい。こうして、中央ダイポールアンテナだけがアクティブなＴＨｚトランシーバー１２として設計される場合、別なＴＨｚ受信機１４が２次元で又は２つの方向で検出でき、それにより対応的に欠陥３の境界表面３ａの３次元の把握が既に可能になる。したがって、これが欠陥３の深領域画像を創出する。

【0044】

図２の実施形態でも、有利には、それぞれのセンサーストリップ４ａ，４ｂのダイポールアンテナはそれぞれアクティブであってもよく、またそれぞれＴＨｚトランシーバー１２としてＴＨｚ送信ビーム１５を出力し得、またそれぞれ純粋なＴＨｚ受信機１４として反射放射線１６を受動的に受信し得る。したがって、それぞれ、ＴＨｚトランシーバー１２として単一のダイポールアンテナがアクティブに送信でき、また別なダイポールアンテナが受動的な受信機１４として機能できる。

【0045】

測定対象物２の３次元画像及び測定対象物２における欠陥３の位置、すなわち欠陥３の相対位置、その延伸及び大きさを生成するために、このようにして得られるＴＨｚ測定信号Ｓ１が、制御装置５によって対応的に評価される。

【0046】

さらに、図２によれば、好ましくはどんな加速度も把握するために３つの空間方向における加速度をカバーする加速度計１８がさらに設けられてもよい。したがって、ユーザがＴＨｚ測定装置１を操縦し、動かすとき、加速度計１８は３つの空間方向における加速度を測定でき、それで加速度信号Ｓ３が制御装置５において時間的に積分される。加速度計は、並進加速又は回転加速をも測定できる。したがって、ＴＨｚ測定装置１の並進調節及び回転運動又は旋回移動が把握される。

【0047】

したがって、ユーザはＴＨｚ測定装置１を操縦し、動かし、測定を連続的に実行でき、それで制御装置５は測定信号１を、ＴＨｚ測定装置の及びそれによりアンテナアレー４の現在位置に常に割り当てることができる。したがって、静止した測定対象物２を想定して、測定の精度がＴＨｚ測定装置１を操縦することで増加される、というのも継続した測定が複数の測定位置及び複数の旋回位置から実行されるからである。

【0048】

したがって、測定対象物２の及びその欠陥３の正確な３次元の把握が可能になる。したがって、測定対象物２全体及びその欠陥３は、例えば対応する図式的な３次元描写として出力手段７に表示できる。そのために、出力手段７は携帯式ＴＨｚ測定装置１の外側に設けられてもよい。あり得る欠陥３が出力手段７に表示されたとき、ユーザは対応的にＴＨｚ測定装置１を再調節することができ、又はそれをその位置に調節し、例えば適切な領域を走査することで測定データの精度を増加させることができる。

【0049】

図３の実施形態によれば、ＴＨｚ測定装置１は、光学カメラ、例えばＲＧＢカメラであって、対応的に光軸Ａの周りでＴＨｚ測定装置１の前の環境領域を把握し、信号Ｓ２を供給するカメラをさらに有してもよい。したがって、制御装置５はＴＨｚ測定信号Ｓ１及び画像信号Ｓ２を受信し、それらを加速度信号Ｓ３と一緒に処理し、また欠陥３のシミュレーションされた又は表示された位置、寸法、延伸及び場合によっては体積と共に、例えば厚さｄなどの情報を含めて、測定対象物２のグラフ・描写を出力手段７に表示することができる。

【0050】

したがって、ユーザは欠陥３の位置を測定対象物２の外側表面２ａに標示することができる。

【0051】

ユーザは、特に、静止した測定対象物２を外側から走査し、把握することができる。測定対象物２の湾曲した外側表面でさえ、例えば図４に示されるような及び例えば動翼（ロータブレード）に存在し得る不規則な外面でさえ、ＴＨｚ測定装置１による対応する操縦及び走査によって把握され得る。その際、欠陥３が検出でき、次いでより正確に走査され、評価され、表示され得る。

【0052】

ＴＨｚ測定装置１は、その輪郭線１１を用いて外側表面２ａに位置決めされ得る。さらに、ＴＨｚ測定装置１は、測定対象物２から距離を置いて保持されてもよく、また欠陥３のより良好な把握を可能にするために旋回されてもよい。

【0053】

図３に示されるように、空洞は欠陥３として検出され得る。さらに、素材疲労により図５に従って生成される多孔性及び亀裂、特に境界表面におけるヘアークラック又は剥離が欠陥として決定され得る。さらに、例えばＴＨｚ放射線１５を直接反射する収容された金属破片も検出され得る。

【符号の説明】

【0054】

１ ＴＨｚ測定装置
２ 測定対象物
２ａ 測定対象物２の前側
２ｂ 測定対象物２の後側
３ 欠陥、空洞
３ａ 湾曲表面、空洞３の境界表面
４ アンテナアレー
４ａ，４ｂ アンテナアレー４のセンサーストリップ
５ 制御装置
６ 内部メモリー
７ 出力手段、例えば表示手段
８ ハンドル領域
９ アクチュエータ手段
１０ 前端領域
１１ 接触輪郭又は輪郭線
１２ ＴＨｚトランシーバー
１４ ＴＨｚ受信機
１５ ＴＨｚ送信ビーム
１５ａ 放出される放射線の円錐
１６ 反射ＴＨｚ放射線
１８ 加速度計
２０ 光学カメラ（ＲＧＢカメラ）
Ａ 光軸
ｄ 測定対象物２の厚さ
Ｓ ＴＨｚ測定信号Ｓ１の振幅
Ｓ１ ＴＨｚ測定信号
Ｓ２ ＲＧＢカメラ２０の画像信号
Ｓ３ 加速度計１８の加速度測定信号
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４ 時間
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 測定ピーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】