特許 7209270 厚み計測方法及び厚み計測装置、並びに欠陥検出方法及び欠陥検出装置

(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】2023-01-12

(45)【発行日】2023-01-20

(54)【発明の名称】厚み計測方法及び厚み計測装置、並びに欠陥検出方法及び欠陥検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/08 20060101AFI20230113BHJP

   G01B 21/30 20060101ALI20230113BHJP

   G01J 5/48 20220101ALI20230113BHJP

   G01N 21/88 20060101ALN20230113BHJP

【ＦＩ】

G01B21/08

G01B21/30

G01J5/48 A

G01N21/88 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020571056

(86)(22)【出願日】2020-01-15

(86)【国際出願番号】 JP2020001048

(87)【国際公開番号】W WO2020162121

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-07-27

(31)【優先権主張番号】P 2019019833

(32)【優先日】2019-02-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100199314

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 寛

(72)【発明者】

【氏名】入江 庸介

(72)【発明者】

【氏名】井上 裕嗣

(72)【発明者】

【氏名】坂本 耕太郎

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１３０２５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】K. BRUGGER，Exact Solutions for the Temperature Rise in a Laser-Heated Slab，Journal of Applied Physics，1972年，Vol.43, No.2，pp.577-583

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ２１／００－２１／３２

Ｇ０１Ｊ ５／４８

Ｇ０１Ｎ ２１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測対象物の厚みを計測する厚み計測方法であって、
加熱装置により前記計測対象物の表面を、点状に加熱するステップと、
撮影装置により所定時間間隔において、加熱された点状の加熱位置を含む前記計測対象物の表面を撮影して前記計測対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成するステップと、
前記撮影装置により生成された熱画像に基づいて、前記計測対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得するステップと、
前記計測対象物の厚みに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を前記温度データにフィッティングするステップと、
フィッティングされた解関数に含まれる前記パラメータの値に基づいて、前記計測対象物の厚みを算出するステップと、
を備え、
前記温度データは、前記表面上において前記点状の加熱位置からの距離が互いに異なる複数の位置における各々の温度の経時変化を示す
厚み計測方法。

【請求項2】

前記解関数は、前記表面上で加熱された位置からの距離に対応する第１の引数と、加熱された時間に対応する第２の引数とを有し、
前記第１及び第２の引数にわたってフィッティングされた解関数に含まれるパラメータの値に基づいて、前記計測対象物の熱拡散率を算出するステップをさらに備える、
請求項１に記載の厚み計測方法。

【請求項3】

前記温度データは、前記表面上で加熱された位置からの距離が異なる複数の位置における温度の経時変化を含む、
請求項１又は２に記載の厚み計測方法。

【請求項4】

前記加熱装置による前記計測対象物の表面の加熱を、ステップ状に開始し、
前記計測対象物の加熱開始と同時に、前記撮影装置により、前記計測対象物の表面の撮影を開始して、前記熱画像の生成を開始する、
請求項１に記載の厚み計測方法。

【請求項5】

前記解関数は、少なくとも３つの独立したパラメータを含む、
請求項１に記載の厚み計測方法。

【請求項6】

前記解関数は下記（１）式で表され、

【数1】

Ｔ（ｒ，ｔ）は前記計測対象物の表面の温度［Ｋ］であり、ｒは前記表面上で加熱された位置からの距離［ｍ］であり、Ｌ_０は厚みの初期値［ｍ］であり、Ｌは前記計測対象物の厚み［ｍ］であり、ｔは時間［ｓ］であり、Ｆｏはフーリエ数であり、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ前記パラメータであり、
３つの前記パラメータＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ下記（２）式、（３）式及び（４）式で表され、

【数2】

ｑは単位時間当たりの熱量［Ｗ］であり、ｋは前記計測対象物の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、αは前記計測対象物の熱拡散率［ｍ^２／ｓ］であり、α_０は熱拡散率の初期値［ｍ^２／ｓ］である、
請求項５に記載の厚み計測方法。

【請求項7】

前記パラメータは、非線形最小二乗法を用いて残差が最小となるようにフィッティングを行うことにより求められる、
請求項１～５の何れか１項に記載の厚み計測方法。

【請求項8】

計測対象物の厚みを計測する厚み計測装置であって、
所定時間間隔において、加熱された点状の加熱位置を含む前記計測対象物の表面を撮影して生成された熱画像を入力する入力部と、
前記熱画像に基づいて、前記計測対象物の厚みを求める演算を行う演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記熱画像に基づいて、前記計測対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得し、
前記温度データが示す、前記表面上において前記点状の加熱位置からの距離が互いに異なる複数の位置における各々の温度の経時変化に応じて、前記計測対象物の厚みに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を前記温度データにフィッティングし、
フィッティングされた解関数に含まれる前記パラメータの値に基づいて、前記計測対象物の厚みを算出する、
厚み計測装置。

【請求項9】

計測対象物の厚みを計測する厚み計測システムであって、
前記計測対象物の表面を、点状に加熱する加熱装置と、
加熱された前記計測対象物の表面を撮影して前記計測対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成する撮影装置と、
前記熱画像に基づいて前記計測対象物の厚みを計測する請求項８に記載の厚み計測装置と、
を備える厚み計測システム。

【請求項10】

検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する欠陥検出方法であって、
加熱装置により前記検査対象物の表面を、点状に加熱するステップと、
撮影装置により所定時間間隔において、加熱された点状の加熱位置を含む前記検査対象物の表面を撮影して前記検査対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成するステップと、
前記熱画像に基づいて、前記検査対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得するステップと、
前記検査対象物の欠陥の深さに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を前記温度データにフィッティングするステップと、
フィッティングされた解関数に含まれる前記パラメータの値に基づいて、前記検査対象物の欠陥の深さを算出するステップと、
を備え、
前記温度データは、前記表面上において前記点状の加熱位置からの距離が互いに異なる複数の位置における各々の温度の経時変化を示す
欠陥検出方法。

【請求項11】

検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する欠陥検出装置であって、
所定時間間隔において、加熱された点状の加熱位置を含む前記検査対象物の表面を撮影して生成された熱画像を入力する入力部と、
前記熱画像に基づいて、前記検査対象物の欠陥の深さを求める演算を行う演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記熱画像に基づいて、前記検査対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得し、
前記温度データが示す、前記表面上において前記点状の加熱位置からの距離が互いに異なる複数の位置における各々の温度の経時変化に応じて、前記検査対象物の欠陥の深さに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を前記温度データにフィッティングし、
フィッティングされた解関数に含まれる前記パラメータの値に基づいて、前記検査対象物の欠陥の深さを算出する、
欠陥検出装置。

【請求項12】

検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する欠陥検出システムであって、
前記検査対象物の表面を、点状に加熱する加熱装置と、
加熱された前記検査対象物の表面を撮影して前記検査対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成する撮影装置と、
前記熱画像に基づいて前記検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する請求項１１に記載の欠陥検出装置と、
を備える欠陥検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、計測対象物の厚みを計測する方法及び装置、並びに検査対象物の欠陥を検出する方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、赤外線サーモグラフィ法を用いて、構造物（検査対象物）内部の剥離又は空洞等の欠陥の表面からの深さを計測することが可能な欠陥診断方法（欠陥検出方法）を開示する。赤外線サーモグラフィ法は、構造物内部の剥離や空洞などの欠陥の断熱性によって熱の移動が妨げられることで生じる表面温度の変化を赤外線カメラ（撮影装置）で捉えることにより、欠陥の深さを検知する方法である。赤外線サーモグラフィ法では、構造物内部に熱の移動を生じさせるために構造物に対する加熱又は冷却が必要である。加熱／冷却の方法としては、ヒーター又はランプ等の加熱装置を用いるアクティブ法と、日射や自然空冷を用いるパッシブ法とがある。

【0003】

なお、構造物（検査対象物）内部の欠陥深さを計測する上記欠陥診断方法（欠陥検出方法）は、計測対象物の厚みを計測する厚み計測方法に適用できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１２２８５９号公報

【文献】国際公開第２０１７／１３０２５１号

【非特許文献】

【0005】

【文献】K. Brugger, "Exact Solutions for the Temperature Rise in a Laser-Heated Slab", Journal of Applied Physics, vol.43, pp.573-583, 1972.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、計測対象物の厚みを精度良く計測できる厚み計測方法及び厚み計測装置を提供する。また、本開示は、検査対象物の欠陥深さを精度良く検出できる欠陥検出方法及び欠陥検出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様における厚み計測方法は、計測対象物の厚みを計測する方法である。厚み計測方法は、加熱装置により計測対象物の表面を、点状に加熱するステップと、撮影装置により所定時間間隔において、加熱された計測対象物の表面を撮影して計測対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成するステップと、撮影装置により生成された熱画像に基づいて、計測対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得するステップと、計測対象物の厚みに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を温度データにフィッティングするステップと、フィッティングされた解関数に含まれるパラメータの値に基づいて、計測対象物の厚みを算出するステップと、を備える。

【0008】

本開示の一態様における厚み計測装置は、計測対象物の厚みを計測する装置である。厚み計測装置は、所定時間間隔において、加熱された計測対象物の表面を撮影して生成された熱画像を入力する入力部と、熱画像に基づいて、計測対象物の厚みを求める演算を行う演算部と、を備える。演算部は、熱画像に基づいて、計測対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得し、計測対象物の厚みに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を温度データにフィッティングし、フィッティングされた解関数に含まれるパラメータの値に基づいて、計測対象物の厚みを算出する。

【0009】

本開示の一態様における欠陥検出方法は、検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する方法である。欠陥検出方法は、加熱装置により検査対象物の表面を、点状に加熱するステップと、撮影装置により所定時間間隔において、加熱された検査対象物の表面を撮影して検査対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成するステップと、熱画像に基づいて、検査対象物上の複数の位置における表面の温度の経時変化を示す温度データを取得するステップと、検査対象物の欠陥の深さに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を温度データにフィッティングするステップと、フィッティングされた解関数に含まれるパラメータの値に基づいて、検査対象物の欠陥の深さを算出するステップと、を備える。

【0010】

本開示の一態様における欠陥検出装置は、検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する装置である。欠陥検出装置は、所定時間間隔において、加熱された検査対象物の表面を撮影して生成された熱画像を入力する入力部と、熱画像に基づいて、検査対象物の欠陥の深さを求める演算を行う演算部と、を備える。演算部は、熱画像に基づいて、検査対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得し、検査対象物の欠陥の深さに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を温度データにフィッティングし、フィッティングされた解関数に含まれるパラメータの値に基づいて、検査対象物の欠陥の深さを算出する。

【発明の効果】

【0011】

本開示における厚み計測方法及び装置は、計測対象物の厚みを精度良く計測することができる。また、本開示における欠陥検出方法及び装置は、検査対象物の内部の剥離又は空洞等の欠陥を計測するものであり、精度良く欠陥を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１にかかる欠陥検出システム及び欠陥検出装置の構成を示す図

【図2】欠陥検出システムの理論における検査対象物と点熱源を説明するための図

【図3】欠陥検出システムによる加熱の状態を示すグラフ

【図4】図２の検査対象物における熱伝導の境界条件を説明するための図

【図5】実施の形態１にかかる欠陥検出装置による欠陥検出動作を例示するフローチャート

【図6】実施の形態１にかかる欠陥検出装置の制御部による欠陥深さの計測処理を例示するフローチャート

【図7】欠陥検出システムにおける温度データを例示する図

【図8】欠陥検出システムにおいて温度の抽出対象とする位置を説明した図

【図9】欠陥検出システムによるフィッティングを説明した図

【図10A】理想的な場合のシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図10B】図１０Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【図11A】レーザ径の影響を考慮したシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図11B】図１１Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【図12A】熱伝達の影響を考慮したシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図12B】図１２Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【図13A】Ｒ／Ｌ＝１／４０及びＢｉ＝１／８の場合のシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図13B】図１３Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【図14A】Ｒ／Ｌ＝１／２０及びＢｉ＝１／８の場合のシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図14B】図１４Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【図15A】Ｒ／Ｌ＝１／４及びＢｉ＝１／８の場合のシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図15B】図１５Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【図16A】Ｒ／Ｌ＝１／２及びＢｉ＝１／８の場合のシミュレーションによる熱拡散率の計算結果を示す図

【図16B】図１６Ａのシミュレーションによる厚みの計算結果を示す図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

【0014】

（実施の形態１）
以下、実施の形態１の欠陥検出システムを、図面を用いて説明する。

【0015】

［１－１．構成］
［１－１－１．欠陥検出システム］
図１は、実施の形態１にかかる欠陥検出システム１の構成を示す図である。図１に示すように、欠陥検出システム１は、検査対象物の内部にある剥離又は空洞等の欠陥の深さを計測して、欠陥検出を行う。欠陥検出システム１は、レーザ装置１０と、レーザ駆動部１１と、赤外線カメラ２０と、欠陥検出装置３０とを備える。

【0016】

レーザ装置１０は、レーザ光を照射して、検査対象物の表面を加熱する加熱装置の一例である。レーザ装置１０は、加熱出力の開始及び停止を行うためのシャッタＬＤ等のレーザ光源、及びレーザ光を所定のレーザ径にコリメート（又は集光）して出射する光学系等を備える。レーザ径は、レーザ光が照射された箇所が実用上、点状とみなすことができる程度の大きさに適宜、設定され、例えば数ｃｍ以下であってもよい。レーザ装置１０は、例えばレーザポインタのような簡易な構成であってもよい。

【0017】

レーザ駆動部１１は、レーザ装置１０を駆動する装置である。レーザ駆動部１１は、欠陥検出装置３０の制御部３５の制御にしたがい、レーザ装置１０の加熱出力の開始及び停止を制御する。このため、レーザ駆動部１１は、レーザ装置１０のシャッタの開閉を制御する。なお、レーザ駆動部１１は、レーザ装置１０への電力供給の開始及び停止により、レーザ装置１０の加熱出力の開始及び停止を制御してもよい。レーザ駆動部１１は、レーザ装置１０がレーザ光を照射する位置および向き等を調整するアクチュエータ等を含んでもよい。

【0018】

赤外線カメラ２０は、検査対象物の表面を撮影する撮影装置である。赤外線カメラ２０は、複数の画素を有し、所定のフレームレートで、検査対象物の表面の温度に応じた熱画像データを生成する。

【0019】

欠陥検出装置３０は、レーザ駆動部１１を制御することにより、レーザ装置１０の加熱出力の開始及び停止を制御する。また、欠陥検出装置３０は、赤外線カメラ２０の撮影動作を制御する。また、欠陥検出装置３０は、赤外線カメラ２０からの熱画像データに基づいて、検査対象物の内部の欠陥の深さを計測して、欠陥検出を行う。以下、欠陥検出装置３０の構成を説明する。

【0020】

［１－１－２．欠陥検出装置］
欠陥検出装置３０は、例えばコンピュータで構成される。欠陥検出装置３０は、図１に示すように、第１～第３の通信部３１、３２、３３と、格納部３４と、制御部３５と、表示部３６と、操作部３７とを備える。

【0021】

第１～第３の通信部３１、３２、３３はそれぞれ、例えば通信インタフェース（例えば、ＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標））で構成される。第１の通信部３１は、赤外線カメラ２０から、所定のフレームレートで撮影された熱画像データを順次に受信する入力部である。

【0022】

第２の通信部３２は、レーザ装置１０の加熱開始及び加熱停止等に関するランプ制御情報を制御部３５から受信し、レーザ駆動部１１に送信する。第３の通信部３３は、赤外線カメラ２０の撮影開始及び撮影終了等に関するカメラ制御情報を制御部３５から受信し、赤外線カメラ２０に送信する。

【0023】

格納部３４は、記録媒体であり、例えばＨＤＤ、ＳＳＤで構成される。格納部３４は、第１の通信部３１で受信した熱画像データを順次格納する。また、格納部３４は、後述する操作部３７から入力される各種設定値であって、検査対象物の欠陥の深さを計測するために必要な各種設定値を格納する。また、格納部３４は、制御部３５のための各種プログラムを格納する。

【0024】

制御部３５は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等で構成され、格納部３４に格納された各種プログラムを実行することにより、欠陥検出装置３０の全体を制御する。制御部３５は、レーザ駆動部１１を制御することにより、レーザ装置１０の加熱出力の開始及び停止を制御する。また、制御部３５は、赤外線カメラ２０の撮影開始及び撮影停止等の撮影動作を制御する。また、制御部３５は、格納部３４に格納された熱画像データに基づいて、検査対象物の欠陥の深さを求める演算を行う演算部として機能する。この機能の詳細については、後述する動作説明において説明する。

【0025】

表示部３６は、例えばディスプレイで構成され、制御部３５で求められた欠陥の深さを例えば色情報又は諧調情報として表示する。

【0026】

操作部３７は、例えばキーボード又はタッチパネルで構成される。操作部３７は、検査対象物の欠陥の深さを計測するために必要な各種設定値を設定する際にユーザにより操作される装置である。

【0027】

［１－２．動作］
以上のように構成された欠陥検出システム１及び欠陥検出装置３０について、その動作を以下に説明する。

【0028】

［１－２－１．欠陥検出の概要］

【0029】

路面を構成するコンクリート等の検査対象物の表面を加熱すると、検査対象物の表面（高温側）から内部（低温側）に向けて熱伝導が生じる。その際、検査対象物の内部に剥離又は空洞等の欠陥があると、熱伝導が欠陥によって妨げられ、熱反射が生じる。これにより、欠陥が内部に存在する欠陥部の表面温度は、欠陥が内部に存在しない健全部の表面温度よりも高くなる。この表面の温度差を利用して欠陥検出を行う方法が知られている。

【0030】

例えば、検査対象物の表面をハロゲンランプ等で加熱しながら撮影し、加熱中の検査対象物に関する熱伝導方程式から得られる情報に基づき、検査対象物の欠陥部における欠陥深さを求める手法が考案されている（特許文献２参照）。同手法では、検査対象物の表面において温度の計測対象とする領域を含んだ広範囲を加熱することにより、検査対象物の深さ方向に対応する一次元の熱伝導の理論が適用されている。この場合、検査対象物の熱拡散率が既知であれば、一次元の熱伝導方程式の理論解等に既知の熱拡散率を用いて、欠陥深さ（或いは検査対象物の厚み）を求めることができる。

【0031】

しかしながら、例えばコンクリートの熱拡散率は、略１．０～２．０×１０^－６ｍ^２／ｓといった幅広い範囲内で値を取り、且つ水分の配合状況や骨材の偏りなどの種々の影響によって変動し得る。このため、欠陥検出の実施前には熱拡散率が判明していない場合が想定される。従来技術では、検査対象物の熱拡散率が未知の場合に、欠陥深さを精度良く測定することが困難であった。

【0032】

そこで、本開示では、検査対象物の熱拡散率と欠陥深さとが同時に求められる欠陥検出方法を提供する。本方法によると、検査対象物の熱拡散率が未知の場合であっても欠陥深さを測定でき、欠陥深さの検出精度を良くすることができる。

【0033】

本開示の欠陥検出方法は、欠陥検出システム１のレーザ装置１０等の加熱装置で、検査対象物の表面を点状に加熱し、加熱中に検査対象物の表面温度を赤外線カメラ２０等の撮影装置２０で撮影して、検査対象物の表面温度に応じた熱画像を生成する。そして、本開示の欠陥検出方法は、この熱画像による温度データと、加熱による表面上の点熱源の周りに生じる二次元的な熱伝導の理論式（後述の式（１）～（４））とを用いて欠陥検出を行う。

【0034】

［１－２－２．欠陥検出の理論］
以下、本開示の欠陥検出方法および欠陥検出システム１で用いる、熱伝導方程式から得られる温度変化の理論式（即ち同方程式の理論解）について、図２～図４を参照して説明する。

【0035】

図２は、本システム１の理論における検査対象物１００と点熱源１１０とを説明するための図である。図２では、理論的に検査対象物１００を、無限大の表面１０１及び裏面１０２を有する平板と想定している。また、本システム１による加熱に応じた点熱源１１０は、検査対象物１００の表面１０１上に位置すると想定できる。このような理論的な想定は、実測時には適宜、許容誤差を持たせて適用可能である。

【0036】

以上のような検査対象物１００において、欠陥深さに対応する厚みをＬとする。例えば、点熱源１１０の位置を原点として、検査対象物１００の表面１０１上の二次元の直交座標（ｘ，ｙ）、及び検査対象物１００の厚み方向を示すｚ座標による三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が用いられる。二次元の直交座標（ｘ，ｙ）の代わりに、極座標（ｒ，θ）を用いることもできる（但し、ｘ＝ｒ×ｃｏｓθ，ｙ＝ｒ×ｓｉｎθ）。三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）において、非定常の熱伝導方程式は、次式（１０）のように表される。

【0037】

【数1】

上式（１０）において、Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）による特定の位置および時刻ｔにおいて、単位時間あたり且つ単位体積あたりに発熱する熱量［Ｗ／ｍ^３］を示す。また、αは検査対象物１００の熱拡散率［ｍ^２／ｓ］であり、α＝ｋ／ρｃである。ｋは検査対象物１００の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、ρは検査対象物１００の密度［ｋｇ／ｍ^３］であり、ｃは検査対象物１００の比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］であり、ρｃは検査対象物１００の容積比熱［Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）］である。

【0038】

本システム１において、上式（１０）のＱ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、点熱源１１０に対応する。図３は、本システム１による加熱の状態を示すグラフである。図３において、横軸は加熱時間［ｓ］に対応する時刻ｔを示し、縦軸は表面１０１上で点熱源１１０の位置（ｚ＝０）近傍における単位時間あたりの熱量［Ｗ］（＝［Ｊ／ｓ］）を示す。本システム１では、図３に示すように、加熱開始の時刻ｔ＝０から一定の熱量ｑ［Ｗ］を供給するステップ状の加熱を想定している。なお、点熱源１１０から離れたｚ≠０では、時刻ｔに依らずＱ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝０である。また、加熱開始前は、ｚ座標に依らずＱ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝０である。

【0039】

図４は、図２の検査対象物１００における熱伝導の境界条件を説明するための図である。検査対象物１００中で熱反射を生じる境界条件には、検査対象物１００の表面１０１と裏面１０２とをそれぞれ鏡面とする鏡像法が適用できる。この場合、表面１０１と裏面１０２とが厚みＬの間隔において対向することから、図４に示すように、表面１０１上の点熱源１１０の鏡像１２０が、厚み方向（ｚ方向）において周期２Ｌの間隔で無数に並ぶこととなる。

【0040】

例えば熱伝導方程式のグリーン関数に鏡像法を適用することにより、上記の境界条件を満たすように上式（１０）の理論解となるＴ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を求めることができる（非特許文献１参照）。例えば理論解のＴ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）が表面１０１上の場合、Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ＝０，ｔ）＝Ｔ（ｒ，ｔ）として次式（１１）のように表される。

【0041】

【数2】

上式（１１）において、ｅｘｐ（）は、指数関数であり、πは円周率である。Σは、整数ｎが負の無限大から正の無限大にわたる総和を取り、無限和を構成する。

【0042】

Ｔ（ｒ，ｔ）は、点熱源１１０に応じた熱伝導方程式（式（１０））の解を示す解関数の一例であり、表面１０１上における点熱源１１０からの距離ｒにおいて、加熱開始を基準とする時刻ｔにおける（上昇分の）温度を表す。Ｔ（ｒ，ｔ）は、検査対象物１００中の熱反射に応じて、上式（１１）に示すように周期２Ｌの無限和を含んでいる。

【0043】

上式（１１）のＴ（ｒ，ｔ）は、例えば初期値α_０，Ｌ_０を用いたフーリエ数Ｆｏ（次式（１２）参照）及び無次元距離ｒ／Ｌ_０により、下式（１）のように無次元化することができる（以下、「ｒ／Ｌ_０」を「ｒ／Ｌ」と略記する場合がある）。

【0044】

【数3】

【0045】

【数4】

上式（１）において、左辺のＴ（ｒ，ｔ）の引数ｒ，ｔは、それぞれ右辺における無次元の二変量ｒ／Ｌ，Ｆｏに対応している。右辺には、式（２），（３），（４）に基づく３つのパラメータＡ，Ｂ，Ｃが含まれている。本実施の形態の欠陥検出システム１は、上式（１）～（４）を用いて、実測される温度データに対して、欠陥検出装置３０において二変量で三変数のフィッティングを行う。

【0046】

［１－２－２．欠陥検出動作］
以下、本実施の形態１にかかる欠陥検出装置３０の制御部３５による欠陥検出動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。

【0047】

図５に示すように、まず、制御部３５は、最大加熱時間Ｔｍ、最大計測深さＬｍ、計測領域Ｗ、及び各種初期値Ｌ_０，α_０を設定値として取得する（Ｓ１０）。これらの設定値は、ユーザによって操作部３７を用いて入力され、格納部３４に予め格納されている。

【0048】

最大計測深さＬｍは、この欠陥検出において計測対象とする深さの最大値であり、どの深さまでの欠陥を検出したいかに応じて設定される。例えば、高速道路等の欠陥検出では、最表面の鉄骨が表面から５０ｃｍに存在するため、表面から約５０ｃｍの深さまでに剥離又は空洞等の欠陥が存在するか否かを検出することが求められている。このような場合には、最大計測深さＬｍは５０ｃｍに設定される。

【0049】

最大加熱時間Ｔｍは、最大計測深さＬｍに関連して設定される。最大加熱時間Ｔｍは、例えば、検査対象物の表面上で点状に加熱される加熱位置Ｐ０から最大距離ｒｍだけ離れた位置において（図８参照）、最大計測深さＬｍにおける欠陥部の表面温度と健全部の表面温度との間に差が十分に表れるような加熱時間に設定される。

【0050】

計測領域Ｗは、赤外線カメラ２０の撮影範囲において、計測を行う領域である（図８参照）。計測領域Ｗは、加熱位置Ｐ０から最大距離ｒｍの範囲内に設定される。ステップＳ１０において、制御部３５は最大距離ｒｍ及び加熱位置Ｐ０を取得してもよい。

【0051】

また、初期値Ｌ_０，α_０は、Ｌ_０＜Ｌｍ等の所定範囲において、例えばそれぞれ検査対象物の厚みＬ及び熱拡散率αとして想定される値の近傍に適宜、設定される。これにより、後述するフィッティングの収束精度を良くすることができる。

【0052】

次に、制御部３５は、レーザ駆動部１１を制御して、レーザ装置１０のシャッタを開き、図３に示すように、供給される時間当たりの熱量ｑが一定となるように、検査対象物の表面における特定の加熱位置Ｐ０に対する点状の加熱すなわち点加熱をステップ状に開始する（Ｓ１１）。すなわち、加熱入力がステップ入力となるように加熱を行う。また、制御部３５は、検査対象物の加熱開始と同時に、赤外線カメラ２０を制御し、検査対象物の表面の撮影を開始する（Ｓ１１）。

【0053】

ここで、上式（１）のＴ（ｒ，ｔ）は、ステップ応答時の熱伝導方程式の理論解となる関数である。よって、この関数にフィッティングを行う温度データを実測するために、加熱をステップ状に開始する。本実施の形態では、制御部３５は、予めレーザ装置１０に電力を供給しておき、レーザ装置１０のシャッタの開閉を制御することにより、検査対象物の表面の加熱をステップ状に開始する。

【0054】

次に、制御部３５は、赤外線カメラ２０から、検査対象物の表面温度に応じた熱画像を示す熱画像データを取得する（Ｓ１２）。取得された熱画像データは格納部３４に格納される。

【0055】

次に、制御部３５は、加熱開始からの加熱時間ｔが最大加熱時間Ｔｍを超えたか否かの判断を行い（Ｓ１３）、加熱時間ｔが最大加熱時間Ｔｍを超えるまで、熱画像データの取得（Ｓ１２）を継続する。ステップＳ１２，Ｓ１３の処理は、例えば熱画像のフレーム間隔など所定の時間間隔において繰り返される。

【0056】

一方、ステップＳ１３において、加熱時間ｔが最大加熱時間Ｔｍを超えた場合には、制御部３５は、赤外線カメラ２０を制御して、検査対象物の表面の撮影を終了する（Ｓ１４）。また、制御部３５は、レーザ駆動部１１を制御して、レーザ装置１０のシャッタを閉じ、検査対象物の表面の加熱を終了する（Ｓ１４）。これにより、格納部３４には、最大加熱時間Ｔｍの間に取得した熱画像データが蓄積される。

【0057】

次に、制御部３５は、欠陥深さの計測処理を行う（Ｓ１５）。この処理については後述する。

【0058】

そして、制御部３５は、欠陥深さの計測結果を表示部３６に表示させ（Ｓ１６）、欠陥検出動作を終了する。制御部３５は、例えば検査対象物の表面を示す画像上に、欠陥深さＬの情報を色情報として表示してもよいし、階調情報として表示してもよい。

【0059】

以下、図５における欠陥深さの計測処理について、図６～図９を参照して説明する。

【0060】

まず、制御部３５は、最大加熱時間Ｔｍの間に蓄積された熱画像データに基づいて、検査対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データＤ１を取得する処理を行う（Ｓ２１～Ｓ２４）。図７は、本システム１における温度データＤ１を例示する図である。温度データＤ１は、例えば図７に示すように、加熱時間ｔに対応するフーリエ数Ｆｏと、無次元距離ｒ／Ｌと、（上昇分の）温度Ｔ［Ｋ］とを関連付けたデータ点Ｄ１０を複数、含む。

【0061】

例えば、制御部３５は、最大加熱時間Ｔｍ内で特定の時刻ｔを設定し（Ｓ２１）、特定の時刻ｔに対応するフレームの熱画像において、計測領域Ｗの範囲内の複数の位置における温度をそれぞれ抽出する（Ｓ２２）。温度の抽出対象とする位置を図８に例示する。

【0062】

図８では、熱画像Ｉｍにおける二つの位置Ｐ１，Ｐ２が、温度の抽出対象である例を示している。各々の位置Ｐ１，Ｐ２は、計測領域Ｗの範囲内にあり、点熱源が位置する加熱位置Ｐ０からそれぞれ距離ｒ１，ｒ２を有する。二つの位置Ｐ１，Ｐ２の内の一方の位置Ｐ１の距離ｒ１と、他方の位置Ｐ２の距離ｒ２とは、互いに異なる。抽出対象とする複数の位置Ｐ１～Ｐ２は、特に二つに限定されず、計測領域Ｗ内で、全ての画素に設定されてもよいし、所定間隔をあけて設定されてもよい。

【0063】

ステップＳ２２において、制御部３５は、１つの位置の温度を抽出する際に、複数の画素の温度の平均値などを演算してもよい。また、赤外線カメラ２０の温度ドリフト等を回避する観点から、制御部３５は、熱画像Ｉｍにおいて抽出対象の位置の画素の温度から、背景と考えられる位置の画素の温度を差し引いて、抽出結果の温度を算出してもよい。

【0064】

次に、制御部３５は、設定した時刻ｔの分の温度データとして、例えば同時刻ｔに対応するフーリエ数１／Ｆｏと、各々の位置Ｐ１～Ｐ２に対応する無次元距離ｒ／Ｌと、位置毎の抽出結果の温度とを関連付けて、例えば格納部３４に記録する（Ｓ２３）。

【0065】

例えば、制御部３５は、最大加熱時間Ｔｍの分の温度データＤ１が得られるまで（Ｓ２４）、所定の時間間隔（「Δｔ」とする）毎の時刻ｔにおいてステップＳ２１以降の処理を繰り返す（Ｓ２４でＮＯ）。時間間隔Δｔは、例えば熱画像Ｉｍのフレーム間隔又はその複数倍である。温度データＤ１における時間間隔Δｔは一定でなくてもよく、例えば加熱開始の近傍では比較的、短くて加熱終了に向かうほど長く設定されてもよい。

【0066】

温度データＤ１が得られると（Ｓ２４でＹＥＳ）、制御部３５は、得られた温度データＤ１に対して、上述した式（１）の関数Ｔ（ｒ，ｔ）の二変量フィッティングを実行する（Ｓ２５）。図９に、本システム１のフィッティングによるＴ（ｒ，ｔ）を例示する。このとき、制御部３５は、上式（１）におけるパラメータＡ，Ｂ，Ｃ（式（２）～式（４））を変化させ、非線形最小二乗法を用いて残差が最小となるようにフィッティングを行う。ステップＳ２５のフィッティングにより、各パラメータＡ，Ｂ，Ｃの値が算出される。

【0067】

次に、制御部３５は、例えばフィッティング結果のパラメータＣの値に基づいて、式（４）から熱拡散率αを算出する（Ｓ２６）。また、制御部３５は、例えばフィッティング結果のパラメータＢの値に基づいて、式（３）から欠陥深さＬを算出する（Ｓ２７）。

【0068】

制御部３５は、欠陥深さＬを求めると（Ｓ２７）、図５のステップＳ１５の処理を終了し、ステップＳ１６に進む。

【0069】

以上の欠陥深さの計測処理（図６）によると、式（１）のＴ（ｒ，ｔ）の二変量フィッティングにより（Ｓ２４）、取得された温度データＤ１から、検査対象物の熱拡散率α及び欠陥深さ（或いは厚み）Ｌの双方を求めることができる（Ｓ２５，Ｓ２６）。なお、ステップＳ２６，Ｓ２７の処理の順番は特に限定されず、同時に実行されてもよい。また、ステップＳ２６は適宜、省略されてもよい。

【0070】

以上のステップＳ２１～Ｓ２４では、最大加熱時間Ｔｍ分の温度データＤ１を取得する例を説明した。ステップＳ２１～Ｓ２４は、これに限らず、最大加熱時間Ｔｍよりも短い所定期間Ｔ１分の温度データＤ１を取得してもよい。この場合も、加熱開始の時刻ｔ＝０に対する所定期間Ｔ１の範囲を考慮した上で、ステップＳ２５と同様の二変量フィッティングを行うことができる。

【0071】

また、以上の欠陥検出動作（図５）の説明では、レーザ装置１０によって検査対象物の表面上で一つの加熱位置Ｐ０を点加熱する際に、１つの計測領域Ｗにおいて欠陥深さＬを測定する例を説明したが、本システム１の欠陥検出動作はこれに限定されない。例えば、本システム１の欠陥検出装置３０は、一つの加熱位置Ｐ０に対して複数の計測領域Ｗにおける欠陥深さＬを測定してもよい。

【0072】

また、本システム１は、検査対象物の表面上で複数の位置を加熱位置として点加熱し、それぞれの加熱位置に対して欠陥深さＬを測定してもよい。例えば、欠陥検出装置３０の制御部３５は、図５のフローチャートを所定の時間間隔で繰り返すことにより、複数の加熱位置を走査するように欠陥深さＬを測定してもよい。また、例えば複数のレーザ装置１０を用いて、複数の加熱位置の点加熱が同時に行われてもよい。例えば複数の加熱位置の間の距離間隔を、最大距離ｒｍよりも大きくすることにより、別々の点熱源の影響を抑制して、欠陥深さＬを測定可能である。

【0073】

［１－２－３．数値シミュレーションについて］
以上の欠陥検出方法は、検査対象物における熱伝達の影響およびレーザ径の大きさの影響が或る程度あったとしても適用可能である。上記のような影響があったとしても、式（１）によるＴ（ｒ，ｔ）のフィッティングにより精度良く欠陥深さＬを測定可能な効果について、本願発明者は数値シミュレーションにより確認した。以下、本願発明者が行った数値シミュレーションについて、図１０Ａ～図１６Ｂを用いて説明する。

【0074】

図１０Ａは、理想的な場合のシミュレーションによる熱拡散率αの計算結果を示す。図１０Ｂは、図１０Ａと同じシミュレーションによる厚みＬの計算結果を示す。

【0075】

図１０Ａ，１０Ｂでは、検査対象物１００（図２）が断熱的で且つ点熱源１１０が（メッシュの誤差範囲内で）厳密に点である場合をシミュレーションした。この際、ｋ＝１．６Ｗ／ｍＫ、ｑ＝１Ｗ、Ｌ＝２０ｍｍ、α＝１×１０^－６ｍ^２／ｓに設定した。シミュレーション結果の温度データに関して、図１０Ａ，１０Ｂに示す矩形領域のデータ区間毎に、図６のＳ２５と同様の二変量フィッティングを行って、熱拡散α及び厚みＬを算出した（Ｓ２６，Ｓ２７）。図１０Ａ，１０Ｂでは、データ区間毎に、算出した熱拡散α及び厚みＬの誤差を示している（図１１Ａ～図１６Ｂも同様）。

【0076】

図１０Ａ，１０Ｂによると、点加熱に応じたＴ（ｒ，ｔ）の二変量フィッティングにより、殆どのデータ区間において熱拡散α及び厚みＬが精度良く算出できている。なお、ｒ／Ｌ＝０～０．１のデータ区間については、数値シミュレーションにおけるメッシュサイズに起因する誤差と考えられる。

【0077】

図１１Ａ，１１Ｂは、上述した理想的な場合に対して、レーザ径の影響を考慮した場合のシミュレーションによる熱拡散率α及び厚みＬの計算結果をそれぞれ示す。図１１Ａ，１１Ｂでは、レーザ径の大きさに対応させて、点熱源１１０の直径Ｒが２ｍｍである場合をシミュレーションし、シミュレーション結果にＴ（ｒ，ｔ）（式（１））の二変量フィッティングを行った。

【0078】

図１１Ａ，１１Ｂによると、ｒ／Ｌ＝０．１～０．２でのみ誤差が図１０Ａ，１０Ｂの場合よりも大きくなっているものの、充分に良い精度で熱拡散率α及び厚みＬが計算できている。よって、この場合、理論的には点加熱に応じた理論解Ｔ（ｒ，ｔ）は、実測上、点熱源１１０が有限の大きさを有していても、適用可能であることが確認できた。

【0079】

図１２Ａ，１２Ｂは、上述した理想的な場合に対して、熱伝達の影響を考慮した場合のシミュレーションによる熱拡散率α及び厚みＬの計算結果をそれぞれ示す。図１２Ａ，１２Ｂでは、検査対象物１００の表面１０１と外気との間の熱伝達について、熱伝達率＝５Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）を設定して、上記と同様のシミュレーション等を行った。

【0080】

図１２Ａ，１２Ｂによると、加熱時間が長くなると熱伝達の影響により、熱拡散率α及び厚みＬの誤差が大きくなることが分かる。一方、Ｆｏ＝０．５近傍のデータ区間では充分な精度が確保されている。よって、この場合、上記のようなデータ区間を含めてフィッティングを行うことにより、精度良く熱拡散率α及び厚みＬを算出可能であることが確認できた。

【0081】

以上のようなレーザ径及び熱伝達の影響は、無次元化した直径Ｒ／Ｌ及びビオ数Ｂｉ＝ｈＬ／ｋを用いて整理することができる。例えば、図１１Ａ及び１１Ｂの場合はＲ／Ｌ＝１／１０及びＢｉ＝０であり、図１２Ａ及び１２Ｂの場合はＲ／Ｌ＝０及びＢｉ＝１／１６である。

【0082】

図１３Ａ，１３Ｂは、Ｒ／Ｌ＝１／４０及びＢｉ＝１／８の場合のシミュレーションによる熱拡散率α及び厚みＬの計算結果をそれぞれ示す。同様に、図１４Ａ～１６Ｂは、それぞれＲ／Ｌ＝１／２０及びＢｉ＝１／８の場合と、Ｒ／Ｌ＝１／４及びＢｉ＝１／８の場合と、Ｒ／Ｌ＝１／２及びＢｉ＝１／８の場合とにおける熱拡散率α及び厚みＬの計算結果をそれぞれ示す。

【0083】

図１３Ａ～図１６Ｂによると、例えばＲ／Ｌ＝１／２であったとしても、フィッティングのデータ区間を適切に設定することにより、熱拡散率α及び厚みＬを精度良く算出可能であることが確認された。

【0084】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、欠陥検出方法は、検査対象物の内部の欠陥の深さＬを計測する方法である。本方法は、レーザ装置（加熱装置）１０により検査対象物の表面を、点状に加熱するステップＳ１１と、赤外線カメラ（撮影装置）２０により所定時間間隔において、加熱された検査対象物の表面を撮影して検査対象物の表面の温度に応じた熱画像Ｉｍを生成するステップＳ１２と、熱画像Ｉｍに基づいて、検査対象物上の複数の位置Ｐ１～Ｐ２における表面の温度の経時変化を示す温度データＤ１を取得するステップＳ２１～Ｓ２４と、検査対象物の欠陥の深さに関連したパラメータＡ，Ｂ，Ｃを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す関数であるＴ（ｒ，ｔ）を温度データＤ１にフィッティングするステップＳ２５と、フィッティングされたＴ（ｒ，ｔ）に含まれるパラメータの値に基づいて、検査対象物の欠陥の深さＬを算出するステップＳ２６と、を備える。

【0085】

また、本実施の形態において、欠陥検出装置３０は、検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する。欠陥検出装置３０は、第１の通信部（入力部）３１と、制御部（演算部）３５とを備える。第１の通信部３１は、最大加熱時間間隔（所定時間間隔）Ｔｍにおいて、加熱された検査対象物の表面を撮影して生成された熱画像データを入力する。制御部３５は、熱画像データに基づいて、検査対象物の欠陥の深さを求める演算を行う。制御部３５は、検査対象物の表面上の複数の位置における温度の経時変化を示す温度データを取得し、検査対象物の欠陥の深さに関連したパラメータを含む、点熱源に応じた熱伝導方程式の解を示す解関数を温度データにフィッティングし、フィッティングされた解関数に含まれるパラメータの値に基づいて、検査対象物の欠陥の深さを算出する。

【0086】

また、本実施の形態において、欠陥検出システム１は、検査対象物の内部の欠陥の深さを計測するシステムである。欠陥検出システム１は、レーザ装置（加熱装置）１０と、赤外線カメラ（撮影装置）２０と、上記の欠陥検出装置３０とを備える。レーザ装置１０は、検査対象物の表面を、点状に加熱する。赤外線カメラ２０は、加熱された検査対象物の表面を撮影して検査対象物の表面の温度に応じた熱画像を生成する。上記の欠陥検出装置３０は、熱画像に基づいて検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する。

【0087】

これにより、熱伝導方程式から得られる上式（１）のステップ応答時の理論式に対応して、加熱中の熱画像データを用いて欠陥深さを求めることができる。この際、点加熱に応じて距離ｒが異なる複数の位置の温度データＤ１を用いたＴ（ｒ，ｔ）のフィッティングにより、検査対象物の熱拡散率αが未知の場合であっても、欠陥深さＬを算出することができる。よって、検査対象物の欠陥深さＬを精度良く計測することができる。

【0088】

本実施の形態において、解関数であるＴ（ｒ，ｔ）は、検査対象物の表面上で加熱された位置Ｐ０からの距離ｒに対応する第１の引数ｒ（或いはｒ／Ｌ）と、加熱された時間ｔに対応する第２の引数ｔ（或いはＦｏ）とを有する。欠陥検出方法は、第１及び第２の引数ｒ，ｔにわたってフィッティングされたＴ（ｒ，ｔ）に含まれるパラメータの値に基づいて、検査対象物の熱拡散率αを算出するステップＳ２７をさらに備える。これにより、検査対象物の欠陥深さＬと同時に熱拡散率αを求められる。
請求項１に記載の厚み計測方法。

【0089】

本実施の形態において、温度データＤ１は、表面上で加熱された位置Ｐ０からの距離ｒが異なる複数の位置Ｐ１，Ｐ２における温度の経時変化を含む。異なる距離ｒ１，ｒ２において温度変化を示す温度データＤ１を用いて、Ｔ（ｒ，ｔ）のフィッティングを精度良く行える。

【0090】

本実施の形態において、欠陥検出方法は、レーザ装置１０による検査対象物の表面の加熱を、ステップ状に開始し、検査対象物の加熱開始と同時に、赤外線カメラ２０により、検査対象物の表面の撮影を開始して、熱画像の生成を開始する（Ｓ１１）。Ｔ（ｒ，ｔ）は、ステップ応答に基づいている。ステップ状の加熱開始に同期した熱画像を得ることにより、ステップ応答に基づくＴ（ｒ，ｔ）のフィッティングを精度良く行える。

【0091】

本実施の形態において、Ｔ（ｒ，ｔ）は、少なくとも３つの独立したパラメータＡ，Ｂ，Ｃを含む。Ｔ（ｒ，ｔ）は、上述の式（１）で表される。式（１）において、Ｔ（ｒ，ｔ）は検査対象物の表面の温度［Ｋ］であり、ｒは表面上で加熱された位置からの距離［ｍ］であり、Ｌ_０は厚みの初期値［ｍ］であり、Ｌは検査対象物の厚み［ｍ］であり、ｔは時間［ｓ］であり、Ｆｏはフーリエ数であり、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれパラメータである。３つのパラメータＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ式（２），（３），（４）で表される。式（２）～（４）において、ｑは単位時間当たりの熱量［Ｗ］であり、ｋは検査対象物の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、αは検査対象物の熱拡散率［ｍ^２／ｓ］であり、α_０は熱拡散率の初期値［ｍ^２／ｓ］である。パラメータＡ，Ｂ，Ｃは、非線形最小二乗法を用いて残差が最小となるようにフィッティングを行うことにより求められる。

【0092】

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

【0093】

上記の実施の形態１では、検査対象物の内部の欠陥の深さを計測する方法及び装置を説明した。本開示の思想は、検査対象物の内部の欠陥の深さの計測のみならず、計測対象物の厚みを計測する方法及び装置にも適用できる。実施の形態１～６では、検査対象物表面から内部の欠陥（空洞、剥離）までの距離を、欠陥の深さとして求めていた。ここで、検査対象物表面から内部の空洞や剥離までの距離を計測することは、計測対象物の厚みを計測することと同じである。よって、実施の形態１で示した検査対象物の欠陥深さの計測方法を、計測対象物の厚みの計測方法にも適用できることは明らかである。

【0094】

つまり、計測対象物の表面をレーザ装置１０等の加熱装置で加熱すると、計測対象物の裏面で熱反射が生じるので、計測対象物の表面の温度の経時変化は、計測対象物の厚みによって異なる。これより、厚み計測においても、検査対象物の表面を加熱装置で加熱している間に、計測対象物の表面を赤外線カメラ等の撮影装置で撮影すれば、実施の形態１の欠陥検出方法と同様の考え方で厚みをすることができる。この場合、上述した実施の形態１の説明において、「欠陥検出装置」、「欠陥検出システム」、「検査対象物」、「欠陥の深さ」、「欠陥検出動作、欠陥深さの計測処理」、「最大計測深さ」をそれぞれ、「厚み計測装置」、「厚み計測システム」、「計測対象物」、「厚み」、「厚み計測動作、厚みの計測処理」、「最大計測厚み」と読み替えればよい。

【0095】

上記の各実施の形態では、加熱装置の一例としてレーザ装置１０を説明したが、加熱装置はレーザ装置１０に限らない。本実施の形態における加熱装置は、例えば光を集光する光学系を備え、集光した光の照射によって点状の加熱を実現する各種の光源装置であってもよい。また、本実施の形態における加熱装置は、光源装置に限らず、各種の方法によって対象物の表面を点状に加熱する種々の装置であってもよい。

【0096】

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本開示は、計測対象物の厚みを計測する厚み計測方法、厚み計測装置、及び、厚み計測システムに適用可能である。また、本開示は、検査対象物の内部の剥離又は空洞等の欠陥の深さを計測する欠陥検出方法、欠陥検出装置、及び、欠陥検出システムに適用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】