水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法
【課題】レーザ光を用いて水中で実行する非破壊検査の精度を向上させる。
【解決手段】照明用のレーザ光１０２ａは、検査対象領域Ｂに照射されて反射光１０２ｂとなる。水流発生装置１０７の駆動により水流１０７ａが発生する。加熱用のレーザ光１０１ａは、検査対象領域Ｂを加熱する。水流１０７ａを通過した反射光１０２ｂにより第１微分画像が生成される。画像撮影素子１１５は第１微分画像を撮影する。その後、レーザ光１０１ａの照射が停止されて検査対象領域Ｂが設定温度まで低下したとき、第２微分画像が画像撮影素子１１５にて撮影される。第１及び第２微分画像情報が解析装置２０７に入力される。水流１０７ａによって反射光１０２ｂの経路での水の屈折率がより一様化されるため、レーザ光を用いた水中の非破壊検査でき裂の有無を精度良く検出できる。
【解決手段】照明用のレーザ光１０２ａは、検査対象領域Ｂに照射されて反射光１０２ｂとなる。水流発生装置１０７の駆動により水流１０７ａが発生する。加熱用のレーザ光１０１ａは、検査対象領域Ｂを加熱する。水流１０７ａを通過した反射光１０２ｂにより第１微分画像が生成される。画像撮影素子１１５は第１微分画像を撮影する。その後、レーザ光１０１ａの照射が停止されて検査対象領域Ｂが設定温度まで低下したとき、第２微分画像が画像撮影素子１１５にて撮影される。第１及び第２微分画像情報が解析装置２０７に入力される。水流１０７ａによって反射光１０２ｂの経路での水の屈折率がより一様化されるため、レーザ光を用いた水中の非破壊検査でき裂の有無を精度良く検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法に係り、特に、シェアログラフィ法を適用し、水中に置かれた検査対象物に対して熱歪みを付与して検査対象物の欠陥を検査する水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造材を対象とした非破壊検査では、検査対象物の欠陥の有無を検査するために、ＶＴ（目視検査法）及びＰＴ（浸透探傷法）などが広く用いられている。ＶＴは非常に簡単かつ迅速な非破壊検査法である。しかし、ＶＴは、判断が人間の目視に委ねられているため、判断結果に個人差があり信頼性の高い非破壊検査方法とは言い難い。なお、かかる欠点に対処するため、近年では、デジタルカメラなどの撮影手段を利用したＶＴが用いられている。この場合も、検査対象物の表面状態によっては欠陥を見逃しやすいという問題点が指摘されている。また、この方法は、原理的に検査対象物の表面下の内部欠陥を検出することができない。
【０００３】
一方、ＰＴは、検査対象物に浸透液を塗布して欠陥に浸透させた後、余分な浸透液を拭き取り、その後、現像液と塗布して欠陥を見やすくする技術である。このようなＰＴは、欠陥の検出精度が非常に高いという利点を有するが、浸透液及び現像液の塗布と拭き取りに多大な労力を要し、検査に長時間を要するという問題点がある。この方法は、そもそも水中の検査には不適である。
【０００４】
このような状況において、近年、迅速かつ信頼性の高い非破壊検査を実現するため、光学的な非破壊検査技術の開発が進められている。
【０００５】
光学的な非破壊検査技術として、シェアログラフィ法が知られている。シェアログラフィ法の検査原理は以下の通りである。まず、レーザ光を検査対象物の検査対象領域に拡大照射する。検査対象領域からの反射光は、使用している光が干渉性の高いレーザ光であり、かつ検査対象物の表面が拡散性であるため、スペックルパターンとなる。この検査対象領域からの反射画像が撮像素子の手前に設置した分光素子で２つに分けられる。分けられた２つの反射画像を検査対象物の表面方向に僅かにずらしてＣＣＤなどの撮像素子で撮影する。この撮像素子の二重露光により、撮像された反射画像は微分画像となる。また、レーザ光は干渉性が高いため、二重露光される２つの画像は互いに干渉し、二重露光されたパターンは干渉パターンとなる。この操作を外部応力の変化の過程で２度行うことにより、外部応力による歪みの微分値の経時変化が、干渉パターンの位相変化として得られる。このため、使用するレーザ光の波長レベルの微小な表面歪みが計測される。欠陥が存在する部位では周囲と異なる局所的な歪みを生じるため、微分画像とすることで外部応力による低周波の歪みを除去し、欠陥部での局所的な歪みのみを画像化することにより、欠陥を抽出する（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載されているシェアログラフィ法は、空気雰囲気中に存在する検査対象物に対して適用される。
【０００６】
なお、シェアログラフィ法を実行する際、検査対象物に歪みを付与する方法として、検査対象物を減圧室に入れる方法、及び検査対象物を機械的に押圧する方法等のほか、検査対象物を加熱する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１８４４９号公報
【非特許文献１】早川峰之、「シェアログラフィーによる非破壊内部欠陥検査」、検査技術、日本工業出版、２００４年６月１日発行、ＶＯｌ．９、ＮＯ．６、第２１頁から第２６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明者らは、水中に存在する検査対象物の欠陥検査へのシェアログラフィ法について種々検討した。この検討の結果、発明者らは、空気雰囲気中でのシェアログラフィ法による欠陥検査に比べて、検査対象物の検査面前方に存在する水の温度分布に起因して欠陥の検出精度が低下するという新たな課題が生じることを新たに見出した。これについて、具体的に説明する。すなわち、シェアログラフィ法により欠陥の有無を判断するためには、水中に存在する検査対象物を加熱する必要がある。検査対象物の加熱により、検査対象物の検査面の前面に存在する水も二次的に加熱され、その水の温度に分布が生じる。このような温度分布の形成は、水中においてレーザ光が進む経路の屈折率が一様にならなくなる。このため、水中を通過する反射光に乱れが生じ、反射光によって生成されるスペックルパターン画像、具体的には微分画像に悪影響を与えるのである。この悪影響によって、加熱された検査面から反射された反射光によって生成される微分画像は、その検査面に生じる熱歪みの状態を全く反映していない画像になってしまうことが判明した（発明者らが実験によって確認）。このため、水中に存在する検査対象物における欠陥の有無を精度良く確認することができなくなる。発明者らは、以上に述べた、シェアログラフィ法による水中での欠陥検査において生じる新たな課題を見出したのである。
【０００９】
レーザ光の経路の温度分布を正確に把握することは非常に困難であり、また、シェアログラフィ法を用いる欠陥検査では、歪み付与前後又は歪み量の変化途中の画像を２枚取得して比較しなければならない。このため、シェアログラフィ法を用いる欠陥検査は、後処理による撮影画像の補正は困難である。
【００１０】
本発明の目的は、水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、水中に存在する検査対象物を加熱する加熱手段と、前記検査対象物にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成されるスペックルパターン画像を撮影する画像撮影手段と、前記反射光の通過領域に水を流す水流発生装置と、前記レーザ光の照射によって生成される第１の前記スペックルパターン画像の撮影、及び前記第１のスペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度において前記レーザ光の照射によって生成される第２の前記スペックルパターン画像の撮影を指示する制御指令を、画像撮影手段に出力する制御装置と、前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する画像情報作成装置とを備えたことにある。
【００１２】
本発明では、水流発生装置を用いて反射光の通過領域に水を流すことができるので、検査対象物に熱歪みを与えるために検査対象物を加熱しても反射光の通過領域に存在する水の温度がより均一化され、反射光の経路における水の屈折率がより一様化される。このため、反射光に基づいて生成される第１及び第２スペックルパターン画像情報への水の屈折率の影響が低減され、得られる第１及び第２スペックルパターン画像情報の精度が向上する。これにより、レーザ光を用いた水中での非破壊検査における欠陥（き裂等）の有無を精度良く検出することができ、水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる。
【００１３】
上記した目的は、前記検査対象物の表面前方で水を流す工程と、前記水が流れている状態で加熱された前記検査対象物にレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成される第１スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度状態において前記検査対象物から反射される前記反射光によって生成される第２スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する工程とを備えることによっても達成できる。
【００１４】
検査対象物の表面前方で水を流すため、検査対象物を加熱しても検査対象物の表面前方に存在する水の温度がより均一化され、反射光の経路における水の屈折率がより一様化される。このため、上記したように、レーザ光を用いた水中での非破壊検査における欠陥の有無を精度良く検出することができ、水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、反射光の経路における水の屈折率がより一様化されレーザ光を用いて水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施例である水中欠陥検査方法を、図１から図６を用いて以下に説明する。まず、その水中欠陥検査方法に用いられる水中欠陥検査装置について説明する。
【００１７】
水中欠陥検査装置１は、図１及び図２に示すように、探傷部（探傷装置）１００、画像処理・制御部２００及び表示部（表示装置）３００を備えている。探傷部１００は、レーザ発振器１０１，１０２、拡大光学系１０３，１０４、欠陥検出装置１０５、水封容器１０６及び水流発生装置１０７，１０８を有する。レーザ発振器１０１は、検査対象物Ａにおける所望の検査対象領域Ｂに熱歪みを発生させる加熱用レーザ光１０１ａ（以下、単にレーザ光１０１ａという）を放出する。拡大光学系１０３で拡大されたレーザ光１０１ａは検査対象領域Ｂに照射される。レーザ発振器１０２は照明用レーザ光１０２ａ（以下、単にレーザ光１０２ａという）を放出する。拡大光学系１０４で拡大されたレーザ光１０２ａは検査対象領域Ｂに照射される。欠陥検出装置１０５は検査対象領域Ｂからの反射光（反射画像）１０２ｂを二重露光させる。水封容器１０６は、レーザ発振器１０１，１０２、拡大光学系１０３，１０４及び欠陥検出装置１０５を内部に設置しこれらを防水する機能を有する。水封容器１０６は探傷部１００の筐体としての機能も有する。計測用窓（例えば、耐熱ガラスで構成）１０６ａが、水封容器１０６の、検査対象物Ａと対向する側壁に設けられる。レーザ光１０１ａ、１０２ａ、及び反射光１０２ｂは、計測用窓１０６ａを透過する。図１に示されたＣはき裂（欠陥）である。
【００１８】
水封容器１０６の、検査対象物Ａと対向する側壁には、更に、水流発生装置（例えば、ファン）１０７及び１０８が設置される。水流発生装置１０７，１０８は、図２に示すように、互いに直交する方向に水流１０７ａ，１０８ａを発生するように配置されている。水流発生装置１０７はある一方向（例えば、上下方向で上から下）に向かう水流１０７ａを発生させ、水流発生装置１０８は、上記したある一方向と直交する他の方向（例えば、水平方向で検査対象物Ａに向かって左から右）に向かう水流１０８ａを発生させる。検査対象物Ａは、鉛直状態に配置されている。水流１０７ａ、１０８ａのそれぞれの流速を計測する２個の流速センサ１０９が、検査対象物Ａと対向する上記側壁に設置される。水流１０７ａ、１０８ａのそれぞれの流れ方向において、温度センサ１１０，１１１がそれぞれ配置される。温度センサ１１０，１１１も検査対象物Ａと対向する上記側壁に設置される。各温度センサ１１０は水流の流れ方向において該当する水流発生装置側に配置され、各温度センサ１１１はその方向において該当する水流発生装置から離れた位置に配置される。各温度センサ１１０は、水流１０７ａ、１０８ａが検査対象物Ａと水封容器１０６との間で検査対象領域Ｂの前方の水領域（以下、前方水領域という）に入る前で該当する水流の温度（加熱前の水流温度）を計測する。各温度センサ１１１は、その前方水領域を通過した該当する水流の温度（加熱後の水流温度）を計測する。
【００１９】
欠陥検出装置１０５の具体的な構成を、図３及び図４を用いて説明する。欠陥検出装置１０５は、図３（ａ）に示すように、集光レンズ１１１、分光素子１１２、反射鏡１１３，１１４及び画像撮影素子（例えば、ＣＣＤカメラ）１１５を有する。欠陥検出装置１０５は、分光素子１１２、反射鏡１１３，１１４及び回転調節装置３０（図４参照）を含む微分画像生成装置、及び画像撮影素子（画像撮影装置）１１５を有しているとも言える。集光レンズ１１１は検査対象領域Ｂからの反射画像（スペックルパターン）１０２ｂを集光する。分光素子１１２は集光レンズ１１１により集光された反射画像１０２ｂを２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂに分岐する。反射鏡（第１反射鏡）１１３は、分光素子１１２にて分岐された２つの反射画像のうち、一方の反射画像１１２ａを反射させる。反射鏡（第２反射鏡）１１４は他方の反射画像１１２ｂを反射させる。画像撮影素子１１５は、反射鏡１１３，１１４にて反射された２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂをそれぞれ受光する。反射鏡１１３は、画像撮影素子１１５のほぼ中央領域に反射画像１１２ａを入射するように、光軸に対してほぼ垂直に設定されている。反射鏡１１４は、画像撮影素子１１５の受光面における反射画像１１２ａの入射位置からやや離れた位置に反射画像１１２ｂを入射するように、光軸に対してやや傾斜した状態で設定されている。したがって、画像撮影素子１１５の受光面には、図３（ｂ）に模式的に示すように、２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂが干渉することにより得られる微分画像（スペックルパターンの微分画像）が入射される。微分画像の微分幅は、反射画像１１２ａに対する反射画像１１２ｂのずらし量ΔＸにより決定される。
【００２０】
反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向は、水流発生装置１０７により発生する水流１０７ａの流れ方向または水流発生装置１０８により発生する水流１０８ａの流れ方向と一致する（又はほぼ一致する）ように設定される。すなわち、検査対象領域Ｂの表面に沿って流れる水流１０７ａまたは１０８ａは、検査対象領域Ｂの加熱時における前方水領域の温度分布の不均一性を改善する。これにより、レーザ光の経路の屈折率の不均一も改善され、微分画像に含まれるノイズが低減される。このノイズの低減度合いは、反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向が、水流の流れ方向と直交する方向となるよりも、その流れ方向となる方で大きくなる。この理由を具体的に説明する。反射画像をずらす方向が水流の流れ方向である場合には、その微分効果によって水流内での光の屈折率の不均一が軽減されるため、ほとんどノイズを生じなくなる。これに対して、反射画像をずらす方向が水流の流れ方向と直交する方向である場合には、それらの画像の干渉に基づく微分効果によって光の屈折率の不均一性が強調されるため、微分画像に含まれるノイズが、反射画像をずらす方向が水流の流れ方向である場合に比べて大きくなる。水流１０７ａまたは１０８ａは、層流になると温度分布がより均一化される。
【００２１】
反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向とずらし量の設定は、反射鏡１１４の回転方向と回転量を調節することによって行われる。これらの調節を可能にする反射鏡１１４の回転調節装置３０の構造を、図４を用いて説明する。回転調節装置３０は、枠部材３２、モーター（回転駆動装置）１１７ａ及び１１７ｂを有する。枠部材３２は、水封容器１０６に取り付けられた支持部材３１に回転軸１１６ｂにより回転可能に取り付けられる。枠部材３２内に配置される反射鏡１１４は、回転軸１１６ａにより枠部材３２に回転可能に取り付けられる。回転軸１１６ａは、その軸心が回転軸１１６ｂの軸心と直交する方向に配置される。例えば、回転軸１１６ａの軸心は水流１０８ａの流れ方向を向いており、回転軸１１６ｂの軸心は水流１０７ａの流れ方向を向いている。回転軸１１６ａはモーター１１７ａの回転軸に連結され、回転軸１１６ｂはモーター１１７ｂの回転軸に連結される。モーター１１７ａは枠部材３２に設置され、モーター１１７ｂは支持部材３１に設置される。
【００２２】
モーター１１７ｂを駆動することによって回転軸１１６ｂが回転されて枠部材３２が上下方向に延びる回転軸１１６ｂを中心に回転される。反射鏡１１４は、図３（ａ）に示すように、光軸に対して傾斜状態になる。このため、反射画像１１２ｂを、反射画像１１２ａを基準に水流１０８ａの方向に所定のずらし量ΔＸだけずらすことができる。換言すれば、このずらし量ΔＸは、モーター１１７ｂの駆動により枠部材３２を回転させて反射鏡１１４を回転させることで設定される。図３(ａ)における集光レンズ１１１、分光素子１１２、反射鏡１１３，１１４及び画像撮影素子１１５のそれぞれの配置は、上方より見た状態を示している。また、モーター１１７ａを駆動することによって回転軸１１６ａが回転されて反射鏡１１４が水平方向に延びる回転軸１１６ａを中心に回転される。これによって、反射画像１１２ｂを、反射画像１１２ａを基準に水流１０７ａの方向に所定のずらし量ΔＹだけずらすことができる。換言すれば、このずらし量ΔＹは、モーター１１７ａの駆動により反射鏡１１４を回転させることで設定される。
【００２３】
水中での光の屈折率の不均一によるノイズを低減させるためには、水流発生装置１０７または１０８は、水流１０７ａまたは１０８ａの流速が均一な層流になるように、整流装置を備えることが望ましい。この整流装置は、水流発生装置ではなく水封容器１０６に取り付けてもよい。また、水流源の温度は周囲環境温度と等しいことが重要である。これによって、検査対象領域Ｂに沿って流れる水流１０７ａまたは１０８ａの温度分布がほぼ均一になり、ほとんどノイズが生じないからである。この場合、水流１０７a または１０８ａの流れ方向と反射画像１１２ｂをずらす方向が異なっていても、ノイズの低減によって画像が鮮明になり、き裂を容易に見分けることができる。水流発生装置１０７，１０８として発熱がほとんどないスクリュー装置を用いた場合は、水流１０７ａまたは１０８ａの温度分布が更に均一化できる。
【００２４】
水流１０７ａまたは１０８ａの流速は、乱流にならない程度に大きくすることが望ましい。このような水流の流速の増大によって検査対象領域Ｂの表面の熱伝達率が大きくなり、検査対象領域Ｂの冷却効果が大きくなるため、水中での欠陥検査をより迅速に行うことができる。
【００２５】
画像処理・制御部２００は、図１に示すように、加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２、水流制御装置２０３、システム制御装置（中央制御装置）２０４、記憶装置２０５、画像取り込み装置２０６及び解析装置（画像処理装置）２０７を備えている。このような画像処理・制御部２００は、加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２、水流制御装置２０３及びシステム制御装置２０４を含む制御装置、及び画像取り込み装置２０６及び解析装置２０７を含む画像情報作成装置を有するとも言える。加熱制御装置２０１は、加熱用のレーザ発振器１０１からのレーザ光１０１ａの放出開始、放出停止、及び加熱量（レーザ光の強度）を制御する。欠陥検出制御装置２０２は、欠陥検出装置１０５のモーター１１７ａ，１１７ｂの駆動開始及び駆動停止、及び画像撮影素子１１５による反射画像の撮影開始及び撮影停止を制御する。水流制御装置２０３は、水流発生装置１０７及び１０８の駆動開始、駆動停止、更に水流の流速を制御する。システム制御装置２０４は、加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２及び水流制御装置２０３への制御開始等のタイミング指令の出力、及び該当する制御装置への加熱量及び流速等の設定値の出力を行う。
【００２６】
記憶装置２０５は、大きく分けて、システム制御装置２０４による制御に使用する制御指標情報（第１記憶情報）と、解析装置２０７での解析等の処理に使用される制御（第２記憶情報）を記憶している。第１記憶情報の一例は、後述するように図５（ａ）及び（ｂ）に示されている。第１記憶情報の具体例としては、検査対象物Ａの材質、厚さ及び温度に対応した熱物性値、欠陥の形状、大きさ及び深さに応じた加熱量、及びこの加熱量に対応付けられた局所歪み量等の情報である。更に、第１記憶情報には、検出したい欠陥に対応した加熱量、加熱時間、水流の流速及び撮影タイミングの最適値（最適値情報）も含まれている。第２記憶情報としては、ある加熱量、加熱時間、水流流速及び撮像タイミングを与えた時の、検査対象物Ａの材質及び形状、検出したい欠陥の形状、大きさ及び深さに対応した出力画像のパターンを記憶している。欠陥が存在する出力画像パターンは、欠陥の画像情報を含んでおり、二重露光した熱歪みの歪み量の等高線の画像で表されている。出力画像パターンは、欠陥の種類ごとに予め作成されて記憶されており、解析装置２０７において微分画像情報を解析した結果として得られる画像情報（検査画像情報）との比較により欠陥の種類を特定するために用いられる。当然のことながら、出力画像パターンとしては、欠陥を含んでいない出力画像パターンもある。
【００２７】
画像取り込み装置２０６は、欠陥検出装置１０５の画像撮影素子１１５で取得した画像情報（スペックルパターンの微分画像情報）を取り込む。解析装置２０７は、画像取り込み装置２０６で取り込んだ画像（微分画像）の情報の解析等の画像処理を行い、欠陥が存在する場合には欠陥の画像情報を含む検査画像情報を作成する。また、欠陥が存在しない場合には、欠陥の画像情報を含まない検査画像情報を作成する。
【００２８】
システム制御装置２０４は、記憶装置２０５に記憶されている第１記憶情報（制御指標情報）に基づいて、加熱量、水流の流速、加熱時間及び撮影タイミングの制御情報を、検出しなければならない最小の欠陥寸法の局所歪み量を十分に高いＳ／Ｎで計測できるように設定する。記憶装置２０５に記憶される制御指標情報の一部を、図５にす。この制御指標情報は、以下のような特性と制約条件を含んでいる。まず、図５（ａ）に示すように、検査対象領域Ｂの加熱量が大きいほど欠陥の検出精度は向上するが、検査対象物Ａが温度伝導率の大きい材質であるほど、同等の検出性を得るためにその加熱量を大きくする必要がある。また、その加熱量が大きく、検査対象領域Ｂの表面温度が高いほど、前方水領域におけるレーザ光の屈折率変化によりノイズが大きくなるため、水流発生装置で発生させる水流の流速を大きくする必要がある。しかしながら、その流速が乱流域まで大きくなり、大きな渦（例えば、カルマン渦）が発生するような場合には、逆に局所的な温度分布の不均一化に伴う屈折率変化が発生し、ノイズが大きくなってしまう。流速が乱流域まで大きくなっても大きな渦が前方水領域で生じないような検査対象物Ａの表面構造及び探傷部１００の構造であれば、その流速が乱流域まで大きくなったとしても、水流の温度分布はより均一化される。また、撮影タイミングで重要な値は、画像撮影の間隔である。前述のように、シェアログラフィ法を適用した欠陥検査では検査対象物Ａへの熱歪み付与の前と熱歪み付与の後の２回にわたって撮影を行う必要がある。熱歪み付与の前後の２回の撮影のうち一方の撮影を、熱歪みを付与している途中段階で行っても良い。このため、本実施例では、一例として、加熱直後で検査対象領域Ｂが高温状態にあるときに検査対象領域Ｂからの反射画像（参照画像）の撮影を行い、その後、検査対象領域Ｂの低温状態で２回目の撮影を行っている。この２回の撮影間の時間間隔が長いほど２回の撮影時点での検査対象領域Ｂの温度の差が大きくなるため、図５（ａ）に示すように、欠陥（き裂等）の検出精度は向上する。しかし、この場合には欠陥検査に要する時間が長くなる。逆に、加熱前に参照画像の撮影を行い、加熱直後に２回目の画像撮影を行ってもよい。この場合は、画像撮影間隔は、加熱時間に相当するため、間隔が長いほど熱歪みが大きくなり、検出性が向上する。ただし、加熱終了後、２回目の撮影までに時間間隔があると、検査対象領域Ｂの温度が低下するため、熱歪みが小さくなり、検出性が低下する。しかし、外乱によるノイズ発生の確率が前述の高温状態での画像撮影を行った後に低温状態での画像撮影を行う場合に比べてやや高くなる。また、図５（ｂ）に示すように、き裂等の欠陥がより深い位置に存在するほど、また、欠陥がより小さいほど、検査対象領域Ｂの加熱量をより大きくする必要がある。システム制御手段２０４は、第１記憶情報に含まれた前述の最適値情報に基づいて、検出したい欠陥の形状、大きさ及び深さに対応した制御情報を設定する。システム制御手段２０４は、設定した制御情報、及びタイミング指令を加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２及び水流制御装置２０３に出力する。加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２及び水流制御装置２０３は、その制御情報及びタイミング指令に基づいて前述したそれぞれの制御を行う。このとき、加熱制御装置２０１は温度センサ１１０，１１１の各計測値を入力してフィードバック制御を行う。水流制御装置２０３は、流速センサ１０９、温度センサ１１０，１１１の各計測値を入力してフィードバック制御を行う。
【００２９】
表示部３００は、画像撮影素子１１５により撮影された微分画像の情報３０１、微分画像情報の画像解析を行うことによって得られた検査画像情報３０２を表示する。検査画像情報３０２は、検査対象部領域Ｂの加熱前後で得られたそれぞれの微分画像情報を差分して求められた、検査対象領域Ｂの表面における歪み量分布の等高線画像情報である。すなわち、検査画像情報３０２は、表面変位の等高線画像情報（ただし、二重露光）である。検査対象領域Ｂ内に欠陥がある場合には、検査画像情報３０２は、欠陥部が凹凸対で表される欠陥画像情報３０３を含んでいる。この欠陥画像情報３０３が得られる理由は、二重露光により生成される微分画像情報を解析に用いるためである。
【００３０】
水中欠陥検査装置１を用いた欠陥検査方法を、以下に説明する。検査対象物Ａは、水中に配置されている構造物である。マニピュレータ（図示せず）を用いて水中欠陥検査装置１の探傷部１００を、検査対象物Ａの側まで近づける。この際、探傷部１００の計測用窓１０６ａが検査対象物Ａに対向するように配置される。マニピュレータは、Ｘ方向、Ｘ方向と直交するＹ方向、及びＸ方向及びＹ方向と直交するＺ方向に移動することができる。なお、Ｚ方向は鉛直に配置された検査対象物Ａの表面と直交する方向である。Ｘ方向は、検査対象物Ａの表面に沿った水平方向であり、Ｙ方向はその表面に沿った上下方向である。画像処理・制御部２００は、水領域の外の空気雰囲気中に配置されている。オペレータは、入力装置（図示せず）から検査開始指令を入力する。システム制御装置２０４は、入力した検査開始指令に基づいて、図６に示す制御プログラムを記憶装置２０５から取り込み、この制御プログラムに基づいて該当する制御装置に制御指令及び該当する制御情報を出力する。探傷部１００は、マニピュレータによって操作され、計測用窓１０６ａが検査対象物Ａの所定の検査対象領域Ｂに対向するように予め位置決めされている。
【００３１】
まず、検査対象領域Ｂに照明用レーザ光が照射される（ステップ１１）。すなわち、システム制御装置２０４は、レーザ光１０２ａの放出開始指令を出力する。画像処理・制御部２００の照明制御装置（図示せず）は、入力したその放出開始指令に基づいてレーザ発振器１０２を制御してレーザ光１０２ａを放出させる。このレーザ光１０２ａは、検査対象領域Ｂに照射され、その表面で反射されて反射光１０２ｂとなる。反射光１０２ｂは分光素子１１２に入射される。ステップ１１の後に、水流発生装置が駆動される（ステップ１２）。ステップ１２の制御に際して、システム制御装置２０４は、水流発生装置の駆動開始指令、及び水流の流速情報（流速設定値）を水流制御装置２０３に出力する。更に、ステップ１２で、駆動すべき水流発生装置の選択指令（水流発生装置１０７または１０８の選択指令）も出力される。水流発生装置の選択指令は、オペレータが入力装置からシステム制御装置２０４に入力した水流発生装置の選択情報に基づいて出力される。記憶装置２０５に記憶されている流速設定値は、検査対象領域Ｂの加熱量（レーザ光１０１ａの強度）に基づいて定められている。水流制御装置２０３は、選択指令で指定された水流発生装置（例えば、水流発生装置１０７）を駆動開始指令及び流速設定値に基づいて制御する。これにより、水流発生装置１０７のファンが回転され、水流１０７ａが発生する。水流制御装置２０３は、流速設定値に基づいて水流発生装置１０７のファンの回転数を制御し、水流１０７ａの流速を流速設定値に調節する。水流制御装置２０３は、流速センサ１０９（水流発生装置１０７が選択された場合には、水流発生装置１０７の側に位置する流速センサ）で計測された流速計測値を入力し、この流速計測値が流速設定値になるようにフィードバック制御を実施する。水流１０７ａ，１０８ａは反射光１０２ｂが通過する前方水領域内を流れる。
【００３２】
ステップ１２の後に、検査対象領域Ｂにレーザ光１０１ａが照射される（ステップ１３）。この制御は、システム制御装置２０４が、加熱用レーザ光の放出開始指令、及び加熱量の設定値（レーザ光強度の設定値）を出力することによって行われる。加熱量の設定値（レーザ光強度の設定値）は、検査対象物Ａの表面からの深さ（深さ方向の検査範囲）に応じて決定される。加熱量の設定値を加熱用レーザ光の放出開始指令、及び加熱量の設定値を入力した加熱制御装置２０１は、放出開始指令及びレーザ光強度の設定値に基づいて、レーザ発振器１０１を制御する。レーザ発振器１０１は、レーザ光強度設定値に対応する強度のレーザ光１０１ａを放出する。このレーザ光１０１ａは、拡大光学系１０３を通って検査対象領域Ｂに照射され、検査対象領域Ｂを設定温度まで加熱する。ステップ１３の後に、第２反射鏡の傾斜角度制御を行うステップ１４の制御を実施する。具体的には、システム制御装置２０４は、水流発生装置の選択指令に基づいて欠陥検出制御装置２０２に第２反射鏡の角度制御指令を出力する。欠陥検出制御装置２０２は、その角度制御指令に基づいて微分画像生成装置のモーター１１７ａまたはモーター１１７ｂの駆動を制御し、反射鏡１１４の傾斜角度を調節する。すなわち、反射鏡１１４は、水流の流れ方向において反射画像１１２ａをずらすようにモーターによって回転させられる。例えば、水流発生装置１０７が選択されて駆動される場合には、欠陥検出制御装置２０２は、モーター１１７ａを駆動させ、反射鏡１１４を回転させて傾斜させる。水流発生装置１０８が選択された場合には、欠陥検出制御装置２０２は、モーター１１７ｂを駆動させ、枠部材３２を回転させて反射鏡１１４を傾斜させる。
【００３３】
ステップ１１，１２，１３及び１４は、順番を入れ替えても、同時に行ってもかまわない。ステップ１３のレーザ光１０１ａの照射は、加熱量、加熱時間を制御する必要があるため、探傷部１００が検査対象領域Ｂに対して前述のように位置決めされた後に行われる。
【００３４】
検査対象領域Ｂがレーザ光１０１ａの照射により設定温度まで上昇したとき、第１スペックルパターン画像の撮影が行われる（ステップ１５）。すなわち、システム制御装置２０４は、温度センサ１１１の温度測定値と温度センサ１１０の温度測定値の差（加熱後の水流温度と加熱前の水流温度との差）が第１設定温度差（例えば、＋１０℃）になったとき、検査対象領域Ｂが第１設定温度まで加熱されたと判定する。システム制御装置２０４は、この判定により、欠陥検出制御装置２０２に第１画像撮影指令を出力する。水流発生装置１０７が駆動されているとき、水流１０７ａの流れ方向に配置された温度センサ１１０、１１１からの温度計測値の差がシステム制御装置２０４で用いられる。水流発生装置１０７の駆動時には、微分画像生成装置において、検査対象領域Ｂで反射された反射光１０２ｂに基づいた第１スペックルパターン画像が得られる。本実施例で得られる第１スペックルパターン画像は、具体的には、水流１０７ａの流れ方向にΔＹだけずれた２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂが干渉して得られる第１微分画像である。第１微分画像は、反射光１０２ｂに基づいて微分画像生成装置で生成される。画像撮影素子１１５は、その第１スペックルパターン画像、すなわち、第１微分画像を撮影する。第１微分画像の撮影中は、上記した温度計測値の差を第１設定温度差に保持するよう、加熱制御装置２０１がレーザ発信器１０１を制御してレーザ光１０１ａの強度を制御する。
【００３５】
なお、水流発生装置１０８の駆動時には、水流１０８ａの流れ方向に配置された温度センサ１１０、１１１からの温度計測値の差が第１設定温度差になったとき、反射光１０２ｂに基づいて生成された第１スペックルパターン画像が画像撮影素子１１５で撮影される。この第１スペックルパターン画像は、水流１０８ａの流れ方向にΔＸだけずれた２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂが干渉して得られる第１微分画像である。
【００３６】
撮影された第１微分画像の情報は、画像取り込み装置２０６を介して解析装置２０７に入力される。解析装置２０７は第１微分画像情報を記憶装置２０５に、一旦、記憶させる。
【００３７】
第１スペックルパターン画像の撮影が完了した後、加熱用レーザ光の照射が停止される（ステップ１６）。システム制御装置２０４は、レーザ光１０１ａの放出停止指令を加熱制御装置２０１に出力する。加熱制御装置２０１は、この放出停止指令に基づいてレーザ発信器１０１を制御し、レーザ光１０１ａの放出を停止させる。このため、検査対象領域Ｂの加熱が終了し、水流１０７ａによって検査対象領域Ｂが冷却され、検査対象領域Ｂの温度が低下する。温度センサ１１０、１１１からの２つの温度測定値の差が第２設定温度差（例えば、５℃）まで低下したとき、第２スペックルパターン画像の撮影が行われる（ステップ１７）。画像撮影素子１１５による第２スペックルパターン画像の撮影は、上記した２つの温度測定値の差が第２設定温度差まで低下したとき、システム制御装置２０４が欠陥検出制御装置２０２に第２画像撮影指令を出力することによって行われる。第２スペックルパターン画像、すなわち、第２微分画像は、検査対象領域Ｂが低温状態になったときの第１微分画像に相当する。撮影された第２微分画像の情報は、第１微分画像情報と同様に、解析装置２０７に取り込まれ、記憶装置２０５に記憶される。第２スペックルパターン画像の撮影が終了した後、照明用レーザ光の照射及び駆動している水流発生装置の駆動を停止する（ステップ１８）。システム制御装置２０４は、レーザ光１０２ａの放出停止指令を照明制御装置に出力する。照明制御装置は、レーザ発振器１０２を制御し、レーザ光１０２ａの放出を停止させる。また、システム制御装置２０４が水流発生装置の駆動停止指令を出力すると、水流制御装置２０３は駆動している水流発生装置を停止させる。
【００３８】
なお、第１設定温度差から第２設定温度差近くまでの検査対象領域Ｂの温度を低下させる際に、水流制御装置２０３により水流発生装置のファンの回転数を増大させ、水流速度を乱流領域の速度まで増大させてもよい。温度センサ１１０と温度センサ１１１の温度計測値の差が第２設定温度差近くまで低下したとき、ファンの回転数を減少させ、水流を層流状態にする。その後、第２設定温度差になったとき、第２スペックルパターン画像の撮影を行う。検査対象領域Ｂの温度低下の際に、水流速度を乱流領域の速度まで増大させることにより、検査対象領域Ｂの冷却効果を高め、第２設定温度差まで温度を低下させる時間を短縮することができる。これは、欠陥検査に要する時間の短縮につながる。
【００３９】
ステップ１９では検査対象物Ａの全検査対象範囲での欠陥検査が終了したかが判定される。全検査対象範囲での欠陥検査が終了していない場合（「Ｎｏの判定」）には、探傷部１００が他の検査対象領域まで移動される（ステップ２０）。システム制御装置２０４は、マニピュレータに移動指令を出力し、探傷部１００を他の検査対象領域Ｂまで移動させる。その後、ステップ１１〜１８の制御が繰り返され、他の検査対象領域Ｂに対する欠陥検査が実施される。ステップ１９の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、検査対象物Ａに対する欠陥検査が終了する。
【００４０】
解析装置２０７は、記憶装置２０５に記憶した第１及び第２微分画像情報を取り込み、これらの情報の差分を計算することにより、検査対象領域Ｂの表面における歪み量分布の等高線画像情報（検査画像）３０２を作成する。この歪量分布の等高線画像情報（欠陥が存在する場合には、欠陥画像情報３０３を含む）は、スペックル干渉縞の画像情報である。第１及び第２微分画像の情報は、それぞれ、二重露光された反射画像１１２ａ，１１２ｂの干渉によって得られる干渉パターンの画像情報である。第１微分画像の情報（第１干渉パターンの画像情報）及び第２微分画像の情報（第２干渉パターンの画像情報）は、同一の検査対象領域Ｂで異なる熱歪みを発生させて得たものである。これらの微分画像の情報を用いることにより、熱歪みの微分値の経時変化を干渉パターンの位相変化として得ることができる。検査対象領域Ｂの、欠陥が存在する箇所では周囲と異なる局所的な熱歪みを生じるため、微分画像情報を用いることにより、レーザ光１０１ａの照射によって生じる低周波の熱歪みを解析処理にて除去することができる。このため、欠陥部での局所的な熱歪みを画像化することができ（欠陥画像情報３０３の作成）、欠陥を精度良く抽出することができる。
【００４１】
解析装置２０７は、作成した検査画像情報３０２を記憶装置２０５に記憶された各出力画像パターンと比較して、欠陥の有無を判定し、欠陥がある場合には欠陥の形状を特定する。更に、解析装置２０７は、システム制御手段２０４で設定された加熱量などの制御情報、流速センサ１０９及び温度センサ１１０の計測値を取り込む。解析装置２０７は、取り込んだこれらの情報を用いて検査対象領域Ｂの表層における温度分布を算出し、その温度分布と熱歪み量との関係に基づいて欠陥の大きさ及びその深さを算出する。
【００４２】
解析装置２０７で生成された検査画像情報３０２、また、必要に応じて第１及び第２微分画像情報３０１が表示部３００に出力され、表示部３００に表示される。欠陥が存在する場合には、解析装置２０７で算出された欠陥の大きさ及びその深さの情報も表示部３００に表示される。オペレータは、表示部３００に表示された検査画像情報３０２を見ることにより、欠陥の有無、欠陥の形状、大きさ、深さ及び方位を把握することができる。
【００４３】
き裂に対して直交する方向に水流を流した場合には、き裂に対して平行な方向に水流を流した場合に比べて表示部３００に表示された画像内でき裂が見えやすくなり、き裂をより精度良く確認することができる。き裂に対して平行な方向に水流を流した場合は、水流を流さない場合よりもき裂を精度良く確認することができる。
【００４４】
ステップ１２の制御に基づいた水流発生装置１０７の駆動により発生した水流１０７ａの方向がき裂と直交するか平行であるかは、解析装置２０７が判定することができる。その判定が可能な理由は、以下の通りである。水流の方向と同じである二重露光のずらし方向（反射画像１１２ａに対する反射画像１１２ｂのずらし方向）がき裂と直交する場合、及び二重露光のずらし方向とき裂と平行な場合は、検査画像情報に含まれる欠陥画像情報により区別することができる。このため、二重露光のずらし方向がき裂と直交する場合の出力画像パターン、及び二重露光のずらし方向とき裂と平行な場合の出力画像パターンと、解析装置２０７で作成された検査画像情報３０２との比較により、水流の方向とき裂の方向との関係を判定することができる。二重露光のずらし方向がき裂と直交する場合の出力画像パターン、及び二重露光のずらし方向とき裂と平行な場合の出力画像パターンは、予め記憶装置２０５に記憶させる。
【００４５】
この判定は、システム制御装置２０４が行う。システム制御装置２０４は、図６に示されていないが、ステップ１８の処理とステップ１９の処理との間で、その判定処理を行う。システム制御装置２０４は、記憶装置２０５から取り込んだ該当する出力画像パターンと解析装置２０７から入力した検査画像情報３０２を比較して水流の流れ方向とき裂の方向との関係を判定する。水流の流れ方向がき裂の方向と直交していると判定された場合には、ステップ１９の処理が実行される。また、水流の流れ方向がき裂の方向と直交していると判定された場合には、ステップ１１〜１８の制御、及び上記した水流の流れ方向とき裂の方向の関係の判定処理が再実行される。この再実行でのステップ１２の制御において、システム制御装置２０４は、前回とは異なる水流発生装置（例えば、水流発生装置１０８）を選択する選択指令を水流制御装置２０３に出力する。このため、き裂と直交する方向に水流を発生させる水流発生装置（例えば、水流発生装置１０８）が駆動される。また、ステップ１４の制御によって、例えば、反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向を水流１０８ａの流れ方向にするために、モーター１１７ｂが駆動されて回転軸１１６ｂが回転し、反射鏡１１４が該当する方向に傾斜される。
【００４６】
本実施例は、上記した制御により、き裂と平行する方向に水流が発生した場合でも、上記した制御によりき裂と直交する方向の水流を発生する水流発生装置を駆動させることができる。上記した水流の流れ方向とき裂の方向の関係の判定処理の結果の情報は、表示部３００に表示され、オペレータに知らせることができる。
【００４７】
き裂に対して直交する方向に水流を流した場合には、き裂に対して平行な方向に水流を流した場合に比べて表示部３００に表示された画像内でき裂が見えやすくなり、き裂をより精度良く確認することができる。き裂に対して平行な方向に水流を流した場合は、水流を流さない場合よりもき裂を精度良く確認することができる。
【００４８】
本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４９】
本実施例は、水流発生装置１０７，１０８のいずれかを用いて反射光１０２ｂの通過領域（前方水領域）に水流１０７ａまたは水流１０８ａを発生させることができるので、検査対象領域Ｂに熱歪みを与えるために検査対象領域Ｂをレーザ光１０１ａにより加熱しても前方水領域に存在する水の温度がより均一化される。すなわち、水中における反射光１０２ｂの経路での水の屈折率がより一様化される。このため、反射光１０２ｂに基づいて生成される第１及び第２微分画像情報は、従来のような不均一な水の屈折率の影響が著しく低減されてノイズが著しく低減され、検査対象領域Ｂの表面に生じる熱歪みの分布がそのまま反映された精度の高い画像となる。得られる第１及び第２スペックルパターン画像情報の精度が向上する。したがって、本実施例は、レーザ光を用いた水中での非破壊検査におけるき裂等の欠陥の有無を精度良く検出することができ、水中で実行する非破壊検査の検査精度を向上させることができる。本実施例は、シェアログラフィ法を水中の欠陥検査に適用した場合において、前述した新たな課題を改善することができ、水中で実行する非破壊検査の検査精度を向上させることができるのである。水流１０７ａ，１０８ａを層流にすることにより、そのノイズを更に低減でき、欠陥の有無の検出精度を更に向上させることができる。水流１０７ａ，１０８ａが乱流状態であっても、水流を流さないシェアログラフィ法による欠陥検査に比べて、前方水領域における水温の均一化が促進されるためき裂の有無を検出する精度が向上する。
【００５０】
温度に対する水の屈折率変化は空気のそれに比べて大きい。前方水領域に水流を発生させない状態でシェアログラフィ法を水中の検査に適用する場合には、屈折率変化が無視できる程度にレーザ光１０１ａの照射による検査対象領域Ｂでの加熱温度の上昇率を小さく抑える。このとき、検査対象領域Ｂにおける熱歪み量の変化が非常に小さくなる。そのため、シェアログラフィ法で計測可能な熱歪みの変位差になるまで、加熱後に、時間をかけて検査対象物Ａをゆっくりと放熱させる必要がある。これでは、欠陥検査に要する時間が非常に長くなり、迅速な検査が不可能になる。本実施例は、検査対象領域Ｂを加熱した状態で前方水領域に水を流して前方水領域の温度分布をより均一化しているため、検査対象領域Ｂの加熱時における温度上昇率及び冷却時における温度低下率を大きくすることが可能である。したがって、本実施例は、検査対象領域Ｂの加熱及び冷却に要する時間を短縮することができ、水中での欠陥検査を寄り短時間で行うことができる。
【００５１】
本実施例は、水流発生装置１０７，１０８を備えてそれらを選択して駆動させることができるので、検査対象物Ａに存在するき裂の方向によらず得られる微分画像の感度を向上させることができる。このため、作成した検査画像３０２においてき裂をより鮮明に見ることができる。これは、き裂と直交する方向に水を流したほうが、き裂が見えやすくなるからである。
【００５２】
本実施例は、反射光１０２ｂを検査対象物Ａの表面に沿ってずらした二重露光によって生成された微分画像の情報を用いた、解析装置２０での解析処理において、レーザ光１０１ａの照射によって生じる低周波の熱歪みを除去することができる。このため、欠陥部での局所的な熱歪みを画像化することができ、欠陥を精度良く抽出することができる。
【００５３】
また、本実施例は、回転調節装置３０により反射鏡１１４の傾斜角を調節できるので、反射光１０２ｂを水流１０７ａまたは水流１０８ａの流れ方向にずらした二重露光を行うことができる。具体的には、反射画像１１２ａと反射画像１１２ｂを水流の流れ方向にずらして二重露光を行う。この二重露光により、水流内での光の屈折率の不均一性がより軽減されてほとんどノイズを含まない微分画像の情報を得ることができる。このため、欠陥の検出精度が更に向上する。回転調節装置３０及び反射鏡１１３，１１４が、反射光１０２ｂを水の流れ方向にずらすことによって二重露光を行う手段である。
【００５４】
本実施例は、水流制御装置２０３が検査対象領域Ｂの加熱量に対応して設定された流速設定値に基づいて水流の流速を制御するため、加熱量が大きくて前方水領域の水温の不均一性が高くなる場合には水流の流速を速くすることができる。このように流速が制御できるので、加熱量の大小にかかわらず、前方水領域の水温をより均一化できる。
【００５５】
本実施例は、水流の流れ方向がき裂と平行であった場合でも、き裂と直交する方向に水流を発生する水流発生装置を駆動させて欠陥検査を行うことができる。このため、き裂と直交する方向に水流を発生でき、き裂をより精度良く確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の好適的な一実施例である水中欠陥検査装置の構成図である。
【図２】図１に示す水流発生装置の配置例を示す説明図である。
【図３】図１に示す欠陥検出装置の詳細構成を示し、（ａ）は欠陥検出装置を上方から見た構成図、（ｂ）は欠陥検出装置で得られる２つの反射画像の配置を示す説明図である。
【図４】図３に示す欠陥検出装置の微分画像生成装置の詳細構成図である。
【図５】図１に示すシステム制御装置で用いられる制御指標情報の一例を示す説明図である。
【図６】図１に示すシステム制御装置で実行される制御プログラムの内容を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…水中欠陥検査装置、３０…回転調節装置、３２…枠部材、１００…探傷部、１０１，１０２…レーザ発振器、１０５…欠陥検出装置、１０６…水封容器、１０７、１０８…水流発生装置、１０９…流速センサ、１１０，１１１…温度センサ、１１２…分光素子、１１３…反射鏡（第１反射鏡）、１１４…反射鏡（第２反射鏡）、１１５…画像撮影素子（画像撮影装置）、１１６ａ，１１６ｂ…回転軸、１１７ａ，１１７ｂ…モーター（回転駆動装置）、２０１…加熱制御装置、２０２…欠陥検出制御装置、２０３…水流制御装置、２０４…システム制御装置（中央制御装置）、２０６…画像取り込み装置、２０７…解析装置（画像処理装置）、３００…表示部（表示装置）、Ａ…検査対象物、Ｂ…検査対象領域、Ｃ…欠陥。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法に係り、特に、シェアログラフィ法を適用し、水中に置かれた検査対象物に対して熱歪みを付与して検査対象物の欠陥を検査する水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造材を対象とした非破壊検査では、検査対象物の欠陥の有無を検査するために、ＶＴ（目視検査法）及びＰＴ（浸透探傷法）などが広く用いられている。ＶＴは非常に簡単かつ迅速な非破壊検査法である。しかし、ＶＴは、判断が人間の目視に委ねられているため、判断結果に個人差があり信頼性の高い非破壊検査方法とは言い難い。なお、かかる欠点に対処するため、近年では、デジタルカメラなどの撮影手段を利用したＶＴが用いられている。この場合も、検査対象物の表面状態によっては欠陥を見逃しやすいという問題点が指摘されている。また、この方法は、原理的に検査対象物の表面下の内部欠陥を検出することができない。
【０００３】
一方、ＰＴは、検査対象物に浸透液を塗布して欠陥に浸透させた後、余分な浸透液を拭き取り、その後、現像液と塗布して欠陥を見やすくする技術である。このようなＰＴは、欠陥の検出精度が非常に高いという利点を有するが、浸透液及び現像液の塗布と拭き取りに多大な労力を要し、検査に長時間を要するという問題点がある。この方法は、そもそも水中の検査には不適である。
【０００４】
このような状況において、近年、迅速かつ信頼性の高い非破壊検査を実現するため、光学的な非破壊検査技術の開発が進められている。
【０００５】
光学的な非破壊検査技術として、シェアログラフィ法が知られている。シェアログラフィ法の検査原理は以下の通りである。まず、レーザ光を検査対象物の検査対象領域に拡大照射する。検査対象領域からの反射光は、使用している光が干渉性の高いレーザ光であり、かつ検査対象物の表面が拡散性であるため、スペックルパターンとなる。この検査対象領域からの反射画像が撮像素子の手前に設置した分光素子で２つに分けられる。分けられた２つの反射画像を検査対象物の表面方向に僅かにずらしてＣＣＤなどの撮像素子で撮影する。この撮像素子の二重露光により、撮像された反射画像は微分画像となる。また、レーザ光は干渉性が高いため、二重露光される２つの画像は互いに干渉し、二重露光されたパターンは干渉パターンとなる。この操作を外部応力の変化の過程で２度行うことにより、外部応力による歪みの微分値の経時変化が、干渉パターンの位相変化として得られる。このため、使用するレーザ光の波長レベルの微小な表面歪みが計測される。欠陥が存在する部位では周囲と異なる局所的な歪みを生じるため、微分画像とすることで外部応力による低周波の歪みを除去し、欠陥部での局所的な歪みのみを画像化することにより、欠陥を抽出する（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載されているシェアログラフィ法は、空気雰囲気中に存在する検査対象物に対して適用される。
【０００６】
なお、シェアログラフィ法を実行する際、検査対象物に歪みを付与する方法として、検査対象物を減圧室に入れる方法、及び検査対象物を機械的に押圧する方法等のほか、検査対象物を加熱する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１８４４９号公報
【非特許文献１】早川峰之、「シェアログラフィーによる非破壊内部欠陥検査」、検査技術、日本工業出版、２００４年６月１日発行、ＶＯｌ．９、ＮＯ．６、第２１頁から第２６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明者らは、水中に存在する検査対象物の欠陥検査へのシェアログラフィ法について種々検討した。この検討の結果、発明者らは、空気雰囲気中でのシェアログラフィ法による欠陥検査に比べて、検査対象物の検査面前方に存在する水の温度分布に起因して欠陥の検出精度が低下するという新たな課題が生じることを新たに見出した。これについて、具体的に説明する。すなわち、シェアログラフィ法により欠陥の有無を判断するためには、水中に存在する検査対象物を加熱する必要がある。検査対象物の加熱により、検査対象物の検査面の前面に存在する水も二次的に加熱され、その水の温度に分布が生じる。このような温度分布の形成は、水中においてレーザ光が進む経路の屈折率が一様にならなくなる。このため、水中を通過する反射光に乱れが生じ、反射光によって生成されるスペックルパターン画像、具体的には微分画像に悪影響を与えるのである。この悪影響によって、加熱された検査面から反射された反射光によって生成される微分画像は、その検査面に生じる熱歪みの状態を全く反映していない画像になってしまうことが判明した（発明者らが実験によって確認）。このため、水中に存在する検査対象物における欠陥の有無を精度良く確認することができなくなる。発明者らは、以上に述べた、シェアログラフィ法による水中での欠陥検査において生じる新たな課題を見出したのである。
【０００９】
レーザ光の経路の温度分布を正確に把握することは非常に困難であり、また、シェアログラフィ法を用いる欠陥検査では、歪み付与前後又は歪み量の変化途中の画像を２枚取得して比較しなければならない。このため、シェアログラフィ法を用いる欠陥検査は、後処理による撮影画像の補正は困難である。
【００１０】
本発明の目的は、水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる水中欠陥検査装置及び水中欠陥検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、水中に存在する検査対象物を加熱する加熱手段と、前記検査対象物にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成されるスペックルパターン画像を撮影する画像撮影手段と、前記反射光の通過領域に水を流す水流発生装置と、前記レーザ光の照射によって生成される第１の前記スペックルパターン画像の撮影、及び前記第１のスペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度において前記レーザ光の照射によって生成される第２の前記スペックルパターン画像の撮影を指示する制御指令を、画像撮影手段に出力する制御装置と、前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する画像情報作成装置とを備えたことにある。
【００１２】
本発明では、水流発生装置を用いて反射光の通過領域に水を流すことができるので、検査対象物に熱歪みを与えるために検査対象物を加熱しても反射光の通過領域に存在する水の温度がより均一化され、反射光の経路における水の屈折率がより一様化される。このため、反射光に基づいて生成される第１及び第２スペックルパターン画像情報への水の屈折率の影響が低減され、得られる第１及び第２スペックルパターン画像情報の精度が向上する。これにより、レーザ光を用いた水中での非破壊検査における欠陥（き裂等）の有無を精度良く検出することができ、水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる。
【００１３】
上記した目的は、前記検査対象物の表面前方で水を流す工程と、前記水が流れている状態で加熱された前記検査対象物にレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成される第１スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度状態において前記検査対象物から反射される前記反射光によって生成される第２スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する工程とを備えることによっても達成できる。
【００１４】
検査対象物の表面前方で水を流すため、検査対象物を加熱しても検査対象物の表面前方に存在する水の温度がより均一化され、反射光の経路における水の屈折率がより一様化される。このため、上記したように、レーザ光を用いた水中での非破壊検査における欠陥の有無を精度良く検出することができ、水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、反射光の経路における水の屈折率がより一様化されレーザ光を用いて水中で実行する非破壊検査の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施例である水中欠陥検査方法を、図１から図６を用いて以下に説明する。まず、その水中欠陥検査方法に用いられる水中欠陥検査装置について説明する。
【００１７】
水中欠陥検査装置１は、図１及び図２に示すように、探傷部（探傷装置）１００、画像処理・制御部２００及び表示部（表示装置）３００を備えている。探傷部１００は、レーザ発振器１０１，１０２、拡大光学系１０３，１０４、欠陥検出装置１０５、水封容器１０６及び水流発生装置１０７，１０８を有する。レーザ発振器１０１は、検査対象物Ａにおける所望の検査対象領域Ｂに熱歪みを発生させる加熱用レーザ光１０１ａ（以下、単にレーザ光１０１ａという）を放出する。拡大光学系１０３で拡大されたレーザ光１０１ａは検査対象領域Ｂに照射される。レーザ発振器１０２は照明用レーザ光１０２ａ（以下、単にレーザ光１０２ａという）を放出する。拡大光学系１０４で拡大されたレーザ光１０２ａは検査対象領域Ｂに照射される。欠陥検出装置１０５は検査対象領域Ｂからの反射光（反射画像）１０２ｂを二重露光させる。水封容器１０６は、レーザ発振器１０１，１０２、拡大光学系１０３，１０４及び欠陥検出装置１０５を内部に設置しこれらを防水する機能を有する。水封容器１０６は探傷部１００の筐体としての機能も有する。計測用窓（例えば、耐熱ガラスで構成）１０６ａが、水封容器１０６の、検査対象物Ａと対向する側壁に設けられる。レーザ光１０１ａ、１０２ａ、及び反射光１０２ｂは、計測用窓１０６ａを透過する。図１に示されたＣはき裂（欠陥）である。
【００１８】
水封容器１０６の、検査対象物Ａと対向する側壁には、更に、水流発生装置（例えば、ファン）１０７及び１０８が設置される。水流発生装置１０７，１０８は、図２に示すように、互いに直交する方向に水流１０７ａ，１０８ａを発生するように配置されている。水流発生装置１０７はある一方向（例えば、上下方向で上から下）に向かう水流１０７ａを発生させ、水流発生装置１０８は、上記したある一方向と直交する他の方向（例えば、水平方向で検査対象物Ａに向かって左から右）に向かう水流１０８ａを発生させる。検査対象物Ａは、鉛直状態に配置されている。水流１０７ａ、１０８ａのそれぞれの流速を計測する２個の流速センサ１０９が、検査対象物Ａと対向する上記側壁に設置される。水流１０７ａ、１０８ａのそれぞれの流れ方向において、温度センサ１１０，１１１がそれぞれ配置される。温度センサ１１０，１１１も検査対象物Ａと対向する上記側壁に設置される。各温度センサ１１０は水流の流れ方向において該当する水流発生装置側に配置され、各温度センサ１１１はその方向において該当する水流発生装置から離れた位置に配置される。各温度センサ１１０は、水流１０７ａ、１０８ａが検査対象物Ａと水封容器１０６との間で検査対象領域Ｂの前方の水領域（以下、前方水領域という）に入る前で該当する水流の温度（加熱前の水流温度）を計測する。各温度センサ１１１は、その前方水領域を通過した該当する水流の温度（加熱後の水流温度）を計測する。
【００１９】
欠陥検出装置１０５の具体的な構成を、図３及び図４を用いて説明する。欠陥検出装置１０５は、図３（ａ）に示すように、集光レンズ１１１、分光素子１１２、反射鏡１１３，１１４及び画像撮影素子（例えば、ＣＣＤカメラ）１１５を有する。欠陥検出装置１０５は、分光素子１１２、反射鏡１１３，１１４及び回転調節装置３０（図４参照）を含む微分画像生成装置、及び画像撮影素子（画像撮影装置）１１５を有しているとも言える。集光レンズ１１１は検査対象領域Ｂからの反射画像（スペックルパターン）１０２ｂを集光する。分光素子１１２は集光レンズ１１１により集光された反射画像１０２ｂを２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂに分岐する。反射鏡（第１反射鏡）１１３は、分光素子１１２にて分岐された２つの反射画像のうち、一方の反射画像１１２ａを反射させる。反射鏡（第２反射鏡）１１４は他方の反射画像１１２ｂを反射させる。画像撮影素子１１５は、反射鏡１１３，１１４にて反射された２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂをそれぞれ受光する。反射鏡１１３は、画像撮影素子１１５のほぼ中央領域に反射画像１１２ａを入射するように、光軸に対してほぼ垂直に設定されている。反射鏡１１４は、画像撮影素子１１５の受光面における反射画像１１２ａの入射位置からやや離れた位置に反射画像１１２ｂを入射するように、光軸に対してやや傾斜した状態で設定されている。したがって、画像撮影素子１１５の受光面には、図３（ｂ）に模式的に示すように、２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂが干渉することにより得られる微分画像（スペックルパターンの微分画像）が入射される。微分画像の微分幅は、反射画像１１２ａに対する反射画像１１２ｂのずらし量ΔＸにより決定される。
【００２０】
反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向は、水流発生装置１０７により発生する水流１０７ａの流れ方向または水流発生装置１０８により発生する水流１０８ａの流れ方向と一致する（又はほぼ一致する）ように設定される。すなわち、検査対象領域Ｂの表面に沿って流れる水流１０７ａまたは１０８ａは、検査対象領域Ｂの加熱時における前方水領域の温度分布の不均一性を改善する。これにより、レーザ光の経路の屈折率の不均一も改善され、微分画像に含まれるノイズが低減される。このノイズの低減度合いは、反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向が、水流の流れ方向と直交する方向となるよりも、その流れ方向となる方で大きくなる。この理由を具体的に説明する。反射画像をずらす方向が水流の流れ方向である場合には、その微分効果によって水流内での光の屈折率の不均一が軽減されるため、ほとんどノイズを生じなくなる。これに対して、反射画像をずらす方向が水流の流れ方向と直交する方向である場合には、それらの画像の干渉に基づく微分効果によって光の屈折率の不均一性が強調されるため、微分画像に含まれるノイズが、反射画像をずらす方向が水流の流れ方向である場合に比べて大きくなる。水流１０７ａまたは１０８ａは、層流になると温度分布がより均一化される。
【００２１】
反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向とずらし量の設定は、反射鏡１１４の回転方向と回転量を調節することによって行われる。これらの調節を可能にする反射鏡１１４の回転調節装置３０の構造を、図４を用いて説明する。回転調節装置３０は、枠部材３２、モーター（回転駆動装置）１１７ａ及び１１７ｂを有する。枠部材３２は、水封容器１０６に取り付けられた支持部材３１に回転軸１１６ｂにより回転可能に取り付けられる。枠部材３２内に配置される反射鏡１１４は、回転軸１１６ａにより枠部材３２に回転可能に取り付けられる。回転軸１１６ａは、その軸心が回転軸１１６ｂの軸心と直交する方向に配置される。例えば、回転軸１１６ａの軸心は水流１０８ａの流れ方向を向いており、回転軸１１６ｂの軸心は水流１０７ａの流れ方向を向いている。回転軸１１６ａはモーター１１７ａの回転軸に連結され、回転軸１１６ｂはモーター１１７ｂの回転軸に連結される。モーター１１７ａは枠部材３２に設置され、モーター１１７ｂは支持部材３１に設置される。
【００２２】
モーター１１７ｂを駆動することによって回転軸１１６ｂが回転されて枠部材３２が上下方向に延びる回転軸１１６ｂを中心に回転される。反射鏡１１４は、図３（ａ）に示すように、光軸に対して傾斜状態になる。このため、反射画像１１２ｂを、反射画像１１２ａを基準に水流１０８ａの方向に所定のずらし量ΔＸだけずらすことができる。換言すれば、このずらし量ΔＸは、モーター１１７ｂの駆動により枠部材３２を回転させて反射鏡１１４を回転させることで設定される。図３(ａ)における集光レンズ１１１、分光素子１１２、反射鏡１１３，１１４及び画像撮影素子１１５のそれぞれの配置は、上方より見た状態を示している。また、モーター１１７ａを駆動することによって回転軸１１６ａが回転されて反射鏡１１４が水平方向に延びる回転軸１１６ａを中心に回転される。これによって、反射画像１１２ｂを、反射画像１１２ａを基準に水流１０７ａの方向に所定のずらし量ΔＹだけずらすことができる。換言すれば、このずらし量ΔＹは、モーター１１７ａの駆動により反射鏡１１４を回転させることで設定される。
【００２３】
水中での光の屈折率の不均一によるノイズを低減させるためには、水流発生装置１０７または１０８は、水流１０７ａまたは１０８ａの流速が均一な層流になるように、整流装置を備えることが望ましい。この整流装置は、水流発生装置ではなく水封容器１０６に取り付けてもよい。また、水流源の温度は周囲環境温度と等しいことが重要である。これによって、検査対象領域Ｂに沿って流れる水流１０７ａまたは１０８ａの温度分布がほぼ均一になり、ほとんどノイズが生じないからである。この場合、水流１０７a または１０８ａの流れ方向と反射画像１１２ｂをずらす方向が異なっていても、ノイズの低減によって画像が鮮明になり、き裂を容易に見分けることができる。水流発生装置１０７，１０８として発熱がほとんどないスクリュー装置を用いた場合は、水流１０７ａまたは１０８ａの温度分布が更に均一化できる。
【００２４】
水流１０７ａまたは１０８ａの流速は、乱流にならない程度に大きくすることが望ましい。このような水流の流速の増大によって検査対象領域Ｂの表面の熱伝達率が大きくなり、検査対象領域Ｂの冷却効果が大きくなるため、水中での欠陥検査をより迅速に行うことができる。
【００２５】
画像処理・制御部２００は、図１に示すように、加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２、水流制御装置２０３、システム制御装置（中央制御装置）２０４、記憶装置２０５、画像取り込み装置２０６及び解析装置（画像処理装置）２０７を備えている。このような画像処理・制御部２００は、加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２、水流制御装置２０３及びシステム制御装置２０４を含む制御装置、及び画像取り込み装置２０６及び解析装置２０７を含む画像情報作成装置を有するとも言える。加熱制御装置２０１は、加熱用のレーザ発振器１０１からのレーザ光１０１ａの放出開始、放出停止、及び加熱量（レーザ光の強度）を制御する。欠陥検出制御装置２０２は、欠陥検出装置１０５のモーター１１７ａ，１１７ｂの駆動開始及び駆動停止、及び画像撮影素子１１５による反射画像の撮影開始及び撮影停止を制御する。水流制御装置２０３は、水流発生装置１０７及び１０８の駆動開始、駆動停止、更に水流の流速を制御する。システム制御装置２０４は、加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２及び水流制御装置２０３への制御開始等のタイミング指令の出力、及び該当する制御装置への加熱量及び流速等の設定値の出力を行う。
【００２６】
記憶装置２０５は、大きく分けて、システム制御装置２０４による制御に使用する制御指標情報（第１記憶情報）と、解析装置２０７での解析等の処理に使用される制御（第２記憶情報）を記憶している。第１記憶情報の一例は、後述するように図５（ａ）及び（ｂ）に示されている。第１記憶情報の具体例としては、検査対象物Ａの材質、厚さ及び温度に対応した熱物性値、欠陥の形状、大きさ及び深さに応じた加熱量、及びこの加熱量に対応付けられた局所歪み量等の情報である。更に、第１記憶情報には、検出したい欠陥に対応した加熱量、加熱時間、水流の流速及び撮影タイミングの最適値（最適値情報）も含まれている。第２記憶情報としては、ある加熱量、加熱時間、水流流速及び撮像タイミングを与えた時の、検査対象物Ａの材質及び形状、検出したい欠陥の形状、大きさ及び深さに対応した出力画像のパターンを記憶している。欠陥が存在する出力画像パターンは、欠陥の画像情報を含んでおり、二重露光した熱歪みの歪み量の等高線の画像で表されている。出力画像パターンは、欠陥の種類ごとに予め作成されて記憶されており、解析装置２０７において微分画像情報を解析した結果として得られる画像情報（検査画像情報）との比較により欠陥の種類を特定するために用いられる。当然のことながら、出力画像パターンとしては、欠陥を含んでいない出力画像パターンもある。
【００２７】
画像取り込み装置２０６は、欠陥検出装置１０５の画像撮影素子１１５で取得した画像情報（スペックルパターンの微分画像情報）を取り込む。解析装置２０７は、画像取り込み装置２０６で取り込んだ画像（微分画像）の情報の解析等の画像処理を行い、欠陥が存在する場合には欠陥の画像情報を含む検査画像情報を作成する。また、欠陥が存在しない場合には、欠陥の画像情報を含まない検査画像情報を作成する。
【００２８】
システム制御装置２０４は、記憶装置２０５に記憶されている第１記憶情報（制御指標情報）に基づいて、加熱量、水流の流速、加熱時間及び撮影タイミングの制御情報を、検出しなければならない最小の欠陥寸法の局所歪み量を十分に高いＳ／Ｎで計測できるように設定する。記憶装置２０５に記憶される制御指標情報の一部を、図５にす。この制御指標情報は、以下のような特性と制約条件を含んでいる。まず、図５（ａ）に示すように、検査対象領域Ｂの加熱量が大きいほど欠陥の検出精度は向上するが、検査対象物Ａが温度伝導率の大きい材質であるほど、同等の検出性を得るためにその加熱量を大きくする必要がある。また、その加熱量が大きく、検査対象領域Ｂの表面温度が高いほど、前方水領域におけるレーザ光の屈折率変化によりノイズが大きくなるため、水流発生装置で発生させる水流の流速を大きくする必要がある。しかしながら、その流速が乱流域まで大きくなり、大きな渦（例えば、カルマン渦）が発生するような場合には、逆に局所的な温度分布の不均一化に伴う屈折率変化が発生し、ノイズが大きくなってしまう。流速が乱流域まで大きくなっても大きな渦が前方水領域で生じないような検査対象物Ａの表面構造及び探傷部１００の構造であれば、その流速が乱流域まで大きくなったとしても、水流の温度分布はより均一化される。また、撮影タイミングで重要な値は、画像撮影の間隔である。前述のように、シェアログラフィ法を適用した欠陥検査では検査対象物Ａへの熱歪み付与の前と熱歪み付与の後の２回にわたって撮影を行う必要がある。熱歪み付与の前後の２回の撮影のうち一方の撮影を、熱歪みを付与している途中段階で行っても良い。このため、本実施例では、一例として、加熱直後で検査対象領域Ｂが高温状態にあるときに検査対象領域Ｂからの反射画像（参照画像）の撮影を行い、その後、検査対象領域Ｂの低温状態で２回目の撮影を行っている。この２回の撮影間の時間間隔が長いほど２回の撮影時点での検査対象領域Ｂの温度の差が大きくなるため、図５（ａ）に示すように、欠陥（き裂等）の検出精度は向上する。しかし、この場合には欠陥検査に要する時間が長くなる。逆に、加熱前に参照画像の撮影を行い、加熱直後に２回目の画像撮影を行ってもよい。この場合は、画像撮影間隔は、加熱時間に相当するため、間隔が長いほど熱歪みが大きくなり、検出性が向上する。ただし、加熱終了後、２回目の撮影までに時間間隔があると、検査対象領域Ｂの温度が低下するため、熱歪みが小さくなり、検出性が低下する。しかし、外乱によるノイズ発生の確率が前述の高温状態での画像撮影を行った後に低温状態での画像撮影を行う場合に比べてやや高くなる。また、図５（ｂ）に示すように、き裂等の欠陥がより深い位置に存在するほど、また、欠陥がより小さいほど、検査対象領域Ｂの加熱量をより大きくする必要がある。システム制御手段２０４は、第１記憶情報に含まれた前述の最適値情報に基づいて、検出したい欠陥の形状、大きさ及び深さに対応した制御情報を設定する。システム制御手段２０４は、設定した制御情報、及びタイミング指令を加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２及び水流制御装置２０３に出力する。加熱制御装置２０１、欠陥検出制御装置２０２及び水流制御装置２０３は、その制御情報及びタイミング指令に基づいて前述したそれぞれの制御を行う。このとき、加熱制御装置２０１は温度センサ１１０，１１１の各計測値を入力してフィードバック制御を行う。水流制御装置２０３は、流速センサ１０９、温度センサ１１０，１１１の各計測値を入力してフィードバック制御を行う。
【００２９】
表示部３００は、画像撮影素子１１５により撮影された微分画像の情報３０１、微分画像情報の画像解析を行うことによって得られた検査画像情報３０２を表示する。検査画像情報３０２は、検査対象部領域Ｂの加熱前後で得られたそれぞれの微分画像情報を差分して求められた、検査対象領域Ｂの表面における歪み量分布の等高線画像情報である。すなわち、検査画像情報３０２は、表面変位の等高線画像情報（ただし、二重露光）である。検査対象領域Ｂ内に欠陥がある場合には、検査画像情報３０２は、欠陥部が凹凸対で表される欠陥画像情報３０３を含んでいる。この欠陥画像情報３０３が得られる理由は、二重露光により生成される微分画像情報を解析に用いるためである。
【００３０】
水中欠陥検査装置１を用いた欠陥検査方法を、以下に説明する。検査対象物Ａは、水中に配置されている構造物である。マニピュレータ（図示せず）を用いて水中欠陥検査装置１の探傷部１００を、検査対象物Ａの側まで近づける。この際、探傷部１００の計測用窓１０６ａが検査対象物Ａに対向するように配置される。マニピュレータは、Ｘ方向、Ｘ方向と直交するＹ方向、及びＸ方向及びＹ方向と直交するＺ方向に移動することができる。なお、Ｚ方向は鉛直に配置された検査対象物Ａの表面と直交する方向である。Ｘ方向は、検査対象物Ａの表面に沿った水平方向であり、Ｙ方向はその表面に沿った上下方向である。画像処理・制御部２００は、水領域の外の空気雰囲気中に配置されている。オペレータは、入力装置（図示せず）から検査開始指令を入力する。システム制御装置２０４は、入力した検査開始指令に基づいて、図６に示す制御プログラムを記憶装置２０５から取り込み、この制御プログラムに基づいて該当する制御装置に制御指令及び該当する制御情報を出力する。探傷部１００は、マニピュレータによって操作され、計測用窓１０６ａが検査対象物Ａの所定の検査対象領域Ｂに対向するように予め位置決めされている。
【００３１】
まず、検査対象領域Ｂに照明用レーザ光が照射される（ステップ１１）。すなわち、システム制御装置２０４は、レーザ光１０２ａの放出開始指令を出力する。画像処理・制御部２００の照明制御装置（図示せず）は、入力したその放出開始指令に基づいてレーザ発振器１０２を制御してレーザ光１０２ａを放出させる。このレーザ光１０２ａは、検査対象領域Ｂに照射され、その表面で反射されて反射光１０２ｂとなる。反射光１０２ｂは分光素子１１２に入射される。ステップ１１の後に、水流発生装置が駆動される（ステップ１２）。ステップ１２の制御に際して、システム制御装置２０４は、水流発生装置の駆動開始指令、及び水流の流速情報（流速設定値）を水流制御装置２０３に出力する。更に、ステップ１２で、駆動すべき水流発生装置の選択指令（水流発生装置１０７または１０８の選択指令）も出力される。水流発生装置の選択指令は、オペレータが入力装置からシステム制御装置２０４に入力した水流発生装置の選択情報に基づいて出力される。記憶装置２０５に記憶されている流速設定値は、検査対象領域Ｂの加熱量（レーザ光１０１ａの強度）に基づいて定められている。水流制御装置２０３は、選択指令で指定された水流発生装置（例えば、水流発生装置１０７）を駆動開始指令及び流速設定値に基づいて制御する。これにより、水流発生装置１０７のファンが回転され、水流１０７ａが発生する。水流制御装置２０３は、流速設定値に基づいて水流発生装置１０７のファンの回転数を制御し、水流１０７ａの流速を流速設定値に調節する。水流制御装置２０３は、流速センサ１０９（水流発生装置１０７が選択された場合には、水流発生装置１０７の側に位置する流速センサ）で計測された流速計測値を入力し、この流速計測値が流速設定値になるようにフィードバック制御を実施する。水流１０７ａ，１０８ａは反射光１０２ｂが通過する前方水領域内を流れる。
【００３２】
ステップ１２の後に、検査対象領域Ｂにレーザ光１０１ａが照射される（ステップ１３）。この制御は、システム制御装置２０４が、加熱用レーザ光の放出開始指令、及び加熱量の設定値（レーザ光強度の設定値）を出力することによって行われる。加熱量の設定値（レーザ光強度の設定値）は、検査対象物Ａの表面からの深さ（深さ方向の検査範囲）に応じて決定される。加熱量の設定値を加熱用レーザ光の放出開始指令、及び加熱量の設定値を入力した加熱制御装置２０１は、放出開始指令及びレーザ光強度の設定値に基づいて、レーザ発振器１０１を制御する。レーザ発振器１０１は、レーザ光強度設定値に対応する強度のレーザ光１０１ａを放出する。このレーザ光１０１ａは、拡大光学系１０３を通って検査対象領域Ｂに照射され、検査対象領域Ｂを設定温度まで加熱する。ステップ１３の後に、第２反射鏡の傾斜角度制御を行うステップ１４の制御を実施する。具体的には、システム制御装置２０４は、水流発生装置の選択指令に基づいて欠陥検出制御装置２０２に第２反射鏡の角度制御指令を出力する。欠陥検出制御装置２０２は、その角度制御指令に基づいて微分画像生成装置のモーター１１７ａまたはモーター１１７ｂの駆動を制御し、反射鏡１１４の傾斜角度を調節する。すなわち、反射鏡１１４は、水流の流れ方向において反射画像１１２ａをずらすようにモーターによって回転させられる。例えば、水流発生装置１０７が選択されて駆動される場合には、欠陥検出制御装置２０２は、モーター１１７ａを駆動させ、反射鏡１１４を回転させて傾斜させる。水流発生装置１０８が選択された場合には、欠陥検出制御装置２０２は、モーター１１７ｂを駆動させ、枠部材３２を回転させて反射鏡１１４を傾斜させる。
【００３３】
ステップ１１，１２，１３及び１４は、順番を入れ替えても、同時に行ってもかまわない。ステップ１３のレーザ光１０１ａの照射は、加熱量、加熱時間を制御する必要があるため、探傷部１００が検査対象領域Ｂに対して前述のように位置決めされた後に行われる。
【００３４】
検査対象領域Ｂがレーザ光１０１ａの照射により設定温度まで上昇したとき、第１スペックルパターン画像の撮影が行われる（ステップ１５）。すなわち、システム制御装置２０４は、温度センサ１１１の温度測定値と温度センサ１１０の温度測定値の差（加熱後の水流温度と加熱前の水流温度との差）が第１設定温度差（例えば、＋１０℃）になったとき、検査対象領域Ｂが第１設定温度まで加熱されたと判定する。システム制御装置２０４は、この判定により、欠陥検出制御装置２０２に第１画像撮影指令を出力する。水流発生装置１０７が駆動されているとき、水流１０７ａの流れ方向に配置された温度センサ１１０、１１１からの温度計測値の差がシステム制御装置２０４で用いられる。水流発生装置１０７の駆動時には、微分画像生成装置において、検査対象領域Ｂで反射された反射光１０２ｂに基づいた第１スペックルパターン画像が得られる。本実施例で得られる第１スペックルパターン画像は、具体的には、水流１０７ａの流れ方向にΔＹだけずれた２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂが干渉して得られる第１微分画像である。第１微分画像は、反射光１０２ｂに基づいて微分画像生成装置で生成される。画像撮影素子１１５は、その第１スペックルパターン画像、すなわち、第１微分画像を撮影する。第１微分画像の撮影中は、上記した温度計測値の差を第１設定温度差に保持するよう、加熱制御装置２０１がレーザ発信器１０１を制御してレーザ光１０１ａの強度を制御する。
【００３５】
なお、水流発生装置１０８の駆動時には、水流１０８ａの流れ方向に配置された温度センサ１１０、１１１からの温度計測値の差が第１設定温度差になったとき、反射光１０２ｂに基づいて生成された第１スペックルパターン画像が画像撮影素子１１５で撮影される。この第１スペックルパターン画像は、水流１０８ａの流れ方向にΔＸだけずれた２つの反射画像１１２ａ，１１２ｂが干渉して得られる第１微分画像である。
【００３６】
撮影された第１微分画像の情報は、画像取り込み装置２０６を介して解析装置２０７に入力される。解析装置２０７は第１微分画像情報を記憶装置２０５に、一旦、記憶させる。
【００３７】
第１スペックルパターン画像の撮影が完了した後、加熱用レーザ光の照射が停止される（ステップ１６）。システム制御装置２０４は、レーザ光１０１ａの放出停止指令を加熱制御装置２０１に出力する。加熱制御装置２０１は、この放出停止指令に基づいてレーザ発信器１０１を制御し、レーザ光１０１ａの放出を停止させる。このため、検査対象領域Ｂの加熱が終了し、水流１０７ａによって検査対象領域Ｂが冷却され、検査対象領域Ｂの温度が低下する。温度センサ１１０、１１１からの２つの温度測定値の差が第２設定温度差（例えば、５℃）まで低下したとき、第２スペックルパターン画像の撮影が行われる（ステップ１７）。画像撮影素子１１５による第２スペックルパターン画像の撮影は、上記した２つの温度測定値の差が第２設定温度差まで低下したとき、システム制御装置２０４が欠陥検出制御装置２０２に第２画像撮影指令を出力することによって行われる。第２スペックルパターン画像、すなわち、第２微分画像は、検査対象領域Ｂが低温状態になったときの第１微分画像に相当する。撮影された第２微分画像の情報は、第１微分画像情報と同様に、解析装置２０７に取り込まれ、記憶装置２０５に記憶される。第２スペックルパターン画像の撮影が終了した後、照明用レーザ光の照射及び駆動している水流発生装置の駆動を停止する（ステップ１８）。システム制御装置２０４は、レーザ光１０２ａの放出停止指令を照明制御装置に出力する。照明制御装置は、レーザ発振器１０２を制御し、レーザ光１０２ａの放出を停止させる。また、システム制御装置２０４が水流発生装置の駆動停止指令を出力すると、水流制御装置２０３は駆動している水流発生装置を停止させる。
【００３８】
なお、第１設定温度差から第２設定温度差近くまでの検査対象領域Ｂの温度を低下させる際に、水流制御装置２０３により水流発生装置のファンの回転数を増大させ、水流速度を乱流領域の速度まで増大させてもよい。温度センサ１１０と温度センサ１１１の温度計測値の差が第２設定温度差近くまで低下したとき、ファンの回転数を減少させ、水流を層流状態にする。その後、第２設定温度差になったとき、第２スペックルパターン画像の撮影を行う。検査対象領域Ｂの温度低下の際に、水流速度を乱流領域の速度まで増大させることにより、検査対象領域Ｂの冷却効果を高め、第２設定温度差まで温度を低下させる時間を短縮することができる。これは、欠陥検査に要する時間の短縮につながる。
【００３９】
ステップ１９では検査対象物Ａの全検査対象範囲での欠陥検査が終了したかが判定される。全検査対象範囲での欠陥検査が終了していない場合（「Ｎｏの判定」）には、探傷部１００が他の検査対象領域まで移動される（ステップ２０）。システム制御装置２０４は、マニピュレータに移動指令を出力し、探傷部１００を他の検査対象領域Ｂまで移動させる。その後、ステップ１１〜１８の制御が繰り返され、他の検査対象領域Ｂに対する欠陥検査が実施される。ステップ１９の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、検査対象物Ａに対する欠陥検査が終了する。
【００４０】
解析装置２０７は、記憶装置２０５に記憶した第１及び第２微分画像情報を取り込み、これらの情報の差分を計算することにより、検査対象領域Ｂの表面における歪み量分布の等高線画像情報（検査画像）３０２を作成する。この歪量分布の等高線画像情報（欠陥が存在する場合には、欠陥画像情報３０３を含む）は、スペックル干渉縞の画像情報である。第１及び第２微分画像の情報は、それぞれ、二重露光された反射画像１１２ａ，１１２ｂの干渉によって得られる干渉パターンの画像情報である。第１微分画像の情報（第１干渉パターンの画像情報）及び第２微分画像の情報（第２干渉パターンの画像情報）は、同一の検査対象領域Ｂで異なる熱歪みを発生させて得たものである。これらの微分画像の情報を用いることにより、熱歪みの微分値の経時変化を干渉パターンの位相変化として得ることができる。検査対象領域Ｂの、欠陥が存在する箇所では周囲と異なる局所的な熱歪みを生じるため、微分画像情報を用いることにより、レーザ光１０１ａの照射によって生じる低周波の熱歪みを解析処理にて除去することができる。このため、欠陥部での局所的な熱歪みを画像化することができ（欠陥画像情報３０３の作成）、欠陥を精度良く抽出することができる。
【００４１】
解析装置２０７は、作成した検査画像情報３０２を記憶装置２０５に記憶された各出力画像パターンと比較して、欠陥の有無を判定し、欠陥がある場合には欠陥の形状を特定する。更に、解析装置２０７は、システム制御手段２０４で設定された加熱量などの制御情報、流速センサ１０９及び温度センサ１１０の計測値を取り込む。解析装置２０７は、取り込んだこれらの情報を用いて検査対象領域Ｂの表層における温度分布を算出し、その温度分布と熱歪み量との関係に基づいて欠陥の大きさ及びその深さを算出する。
【００４２】
解析装置２０７で生成された検査画像情報３０２、また、必要に応じて第１及び第２微分画像情報３０１が表示部３００に出力され、表示部３００に表示される。欠陥が存在する場合には、解析装置２０７で算出された欠陥の大きさ及びその深さの情報も表示部３００に表示される。オペレータは、表示部３００に表示された検査画像情報３０２を見ることにより、欠陥の有無、欠陥の形状、大きさ、深さ及び方位を把握することができる。
【００４３】
き裂に対して直交する方向に水流を流した場合には、き裂に対して平行な方向に水流を流した場合に比べて表示部３００に表示された画像内でき裂が見えやすくなり、き裂をより精度良く確認することができる。き裂に対して平行な方向に水流を流した場合は、水流を流さない場合よりもき裂を精度良く確認することができる。
【００４４】
ステップ１２の制御に基づいた水流発生装置１０７の駆動により発生した水流１０７ａの方向がき裂と直交するか平行であるかは、解析装置２０７が判定することができる。その判定が可能な理由は、以下の通りである。水流の方向と同じである二重露光のずらし方向（反射画像１１２ａに対する反射画像１１２ｂのずらし方向）がき裂と直交する場合、及び二重露光のずらし方向とき裂と平行な場合は、検査画像情報に含まれる欠陥画像情報により区別することができる。このため、二重露光のずらし方向がき裂と直交する場合の出力画像パターン、及び二重露光のずらし方向とき裂と平行な場合の出力画像パターンと、解析装置２０７で作成された検査画像情報３０２との比較により、水流の方向とき裂の方向との関係を判定することができる。二重露光のずらし方向がき裂と直交する場合の出力画像パターン、及び二重露光のずらし方向とき裂と平行な場合の出力画像パターンは、予め記憶装置２０５に記憶させる。
【００４５】
この判定は、システム制御装置２０４が行う。システム制御装置２０４は、図６に示されていないが、ステップ１８の処理とステップ１９の処理との間で、その判定処理を行う。システム制御装置２０４は、記憶装置２０５から取り込んだ該当する出力画像パターンと解析装置２０７から入力した検査画像情報３０２を比較して水流の流れ方向とき裂の方向との関係を判定する。水流の流れ方向がき裂の方向と直交していると判定された場合には、ステップ１９の処理が実行される。また、水流の流れ方向がき裂の方向と直交していると判定された場合には、ステップ１１〜１８の制御、及び上記した水流の流れ方向とき裂の方向の関係の判定処理が再実行される。この再実行でのステップ１２の制御において、システム制御装置２０４は、前回とは異なる水流発生装置（例えば、水流発生装置１０８）を選択する選択指令を水流制御装置２０３に出力する。このため、き裂と直交する方向に水流を発生させる水流発生装置（例えば、水流発生装置１０８）が駆動される。また、ステップ１４の制御によって、例えば、反射画像１１２ａに対して反射画像１１２ｂをずらす方向を水流１０８ａの流れ方向にするために、モーター１１７ｂが駆動されて回転軸１１６ｂが回転し、反射鏡１１４が該当する方向に傾斜される。
【００４６】
本実施例は、上記した制御により、き裂と平行する方向に水流が発生した場合でも、上記した制御によりき裂と直交する方向の水流を発生する水流発生装置を駆動させることができる。上記した水流の流れ方向とき裂の方向の関係の判定処理の結果の情報は、表示部３００に表示され、オペレータに知らせることができる。
【００４７】
き裂に対して直交する方向に水流を流した場合には、き裂に対して平行な方向に水流を流した場合に比べて表示部３００に表示された画像内でき裂が見えやすくなり、き裂をより精度良く確認することができる。き裂に対して平行な方向に水流を流した場合は、水流を流さない場合よりもき裂を精度良く確認することができる。
【００４８】
本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４９】
本実施例は、水流発生装置１０７，１０８のいずれかを用いて反射光１０２ｂの通過領域（前方水領域）に水流１０７ａまたは水流１０８ａを発生させることができるので、検査対象領域Ｂに熱歪みを与えるために検査対象領域Ｂをレーザ光１０１ａにより加熱しても前方水領域に存在する水の温度がより均一化される。すなわち、水中における反射光１０２ｂの経路での水の屈折率がより一様化される。このため、反射光１０２ｂに基づいて生成される第１及び第２微分画像情報は、従来のような不均一な水の屈折率の影響が著しく低減されてノイズが著しく低減され、検査対象領域Ｂの表面に生じる熱歪みの分布がそのまま反映された精度の高い画像となる。得られる第１及び第２スペックルパターン画像情報の精度が向上する。したがって、本実施例は、レーザ光を用いた水中での非破壊検査におけるき裂等の欠陥の有無を精度良く検出することができ、水中で実行する非破壊検査の検査精度を向上させることができる。本実施例は、シェアログラフィ法を水中の欠陥検査に適用した場合において、前述した新たな課題を改善することができ、水中で実行する非破壊検査の検査精度を向上させることができるのである。水流１０７ａ，１０８ａを層流にすることにより、そのノイズを更に低減でき、欠陥の有無の検出精度を更に向上させることができる。水流１０７ａ，１０８ａが乱流状態であっても、水流を流さないシェアログラフィ法による欠陥検査に比べて、前方水領域における水温の均一化が促進されるためき裂の有無を検出する精度が向上する。
【００５０】
温度に対する水の屈折率変化は空気のそれに比べて大きい。前方水領域に水流を発生させない状態でシェアログラフィ法を水中の検査に適用する場合には、屈折率変化が無視できる程度にレーザ光１０１ａの照射による検査対象領域Ｂでの加熱温度の上昇率を小さく抑える。このとき、検査対象領域Ｂにおける熱歪み量の変化が非常に小さくなる。そのため、シェアログラフィ法で計測可能な熱歪みの変位差になるまで、加熱後に、時間をかけて検査対象物Ａをゆっくりと放熱させる必要がある。これでは、欠陥検査に要する時間が非常に長くなり、迅速な検査が不可能になる。本実施例は、検査対象領域Ｂを加熱した状態で前方水領域に水を流して前方水領域の温度分布をより均一化しているため、検査対象領域Ｂの加熱時における温度上昇率及び冷却時における温度低下率を大きくすることが可能である。したがって、本実施例は、検査対象領域Ｂの加熱及び冷却に要する時間を短縮することができ、水中での欠陥検査を寄り短時間で行うことができる。
【００５１】
本実施例は、水流発生装置１０７，１０８を備えてそれらを選択して駆動させることができるので、検査対象物Ａに存在するき裂の方向によらず得られる微分画像の感度を向上させることができる。このため、作成した検査画像３０２においてき裂をより鮮明に見ることができる。これは、き裂と直交する方向に水を流したほうが、き裂が見えやすくなるからである。
【００５２】
本実施例は、反射光１０２ｂを検査対象物Ａの表面に沿ってずらした二重露光によって生成された微分画像の情報を用いた、解析装置２０での解析処理において、レーザ光１０１ａの照射によって生じる低周波の熱歪みを除去することができる。このため、欠陥部での局所的な熱歪みを画像化することができ、欠陥を精度良く抽出することができる。
【００５３】
また、本実施例は、回転調節装置３０により反射鏡１１４の傾斜角を調節できるので、反射光１０２ｂを水流１０７ａまたは水流１０８ａの流れ方向にずらした二重露光を行うことができる。具体的には、反射画像１１２ａと反射画像１１２ｂを水流の流れ方向にずらして二重露光を行う。この二重露光により、水流内での光の屈折率の不均一性がより軽減されてほとんどノイズを含まない微分画像の情報を得ることができる。このため、欠陥の検出精度が更に向上する。回転調節装置３０及び反射鏡１１３，１１４が、反射光１０２ｂを水の流れ方向にずらすことによって二重露光を行う手段である。
【００５４】
本実施例は、水流制御装置２０３が検査対象領域Ｂの加熱量に対応して設定された流速設定値に基づいて水流の流速を制御するため、加熱量が大きくて前方水領域の水温の不均一性が高くなる場合には水流の流速を速くすることができる。このように流速が制御できるので、加熱量の大小にかかわらず、前方水領域の水温をより均一化できる。
【００５５】
本実施例は、水流の流れ方向がき裂と平行であった場合でも、き裂と直交する方向に水流を発生する水流発生装置を駆動させて欠陥検査を行うことができる。このため、き裂と直交する方向に水流を発生でき、き裂をより精度良く確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の好適的な一実施例である水中欠陥検査装置の構成図である。
【図２】図１に示す水流発生装置の配置例を示す説明図である。
【図３】図１に示す欠陥検出装置の詳細構成を示し、（ａ）は欠陥検出装置を上方から見た構成図、（ｂ）は欠陥検出装置で得られる２つの反射画像の配置を示す説明図である。
【図４】図３に示す欠陥検出装置の微分画像生成装置の詳細構成図である。
【図５】図１に示すシステム制御装置で用いられる制御指標情報の一例を示す説明図である。
【図６】図１に示すシステム制御装置で実行される制御プログラムの内容を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…水中欠陥検査装置、３０…回転調節装置、３２…枠部材、１００…探傷部、１０１，１０２…レーザ発振器、１０５…欠陥検出装置、１０６…水封容器、１０７、１０８…水流発生装置、１０９…流速センサ、１１０，１１１…温度センサ、１１２…分光素子、１１３…反射鏡（第１反射鏡）、１１４…反射鏡（第２反射鏡）、１１５…画像撮影素子（画像撮影装置）、１１６ａ，１１６ｂ…回転軸、１１７ａ，１１７ｂ…モーター（回転駆動装置）、２０１…加熱制御装置、２０２…欠陥検出制御装置、２０３…水流制御装置、２０４…システム制御装置（中央制御装置）、２０６…画像取り込み装置、２０７…解析装置（画像処理装置）、３００…表示部（表示装置）、Ａ…検査対象物、Ｂ…検査対象領域、Ｃ…欠陥。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に存在する検査対象物を加熱する加熱手段と、前記検査対象物にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成されるスペックルパターン画像を撮影する画像撮影手段と、前記反射光の通過領域に水を流す水流発生装置と、前記レーザ光の照射によって生成される第１の前記スペックルパターン画像の撮影、及び前記第１のスペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度において前記レーザ光の照射によって生成される第２の前記スペックルパターン画像の撮影を指示する制御指令を、画像撮影手段に出力する制御装置と、前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する画像情報作成装置とを備えたことを特徴とする水中欠陥検査装置。
【請求項２】
前記水流発生装置は、少なくとも、前記検査対象物の表面に沿ったある一方向に水流を発生させる第１水流発生手段、及び前記一方向と交差する他の方向に水流を発生させる第２水流発生手段を含んでいる請求項１記載の水中欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１水流発生手段及び前記第２水流発生手段のうち選択されたいずれか一方を駆動させる他の制御装置を含んでいる請求項２記載の水中欠陥検査装置。
【請求項４】
前記反射光を前記検査対象物の表面に沿ってずらして二重露光させて前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報である微分画像情報を生成する微分画像情報生成装置を備えた請求項１または請求項２記載の水中欠陥検査装置。
【請求項５】
前記微分画像情報生成装置は、前記反射光を前記水の流れ方向にずらすことによって前記二重露光を行う手段を有する請求項４記載の水中欠陥検査装置。
【請求項６】
前記他の制御装置は、前記水の流速を前記検査対象物の加熱量に基づいて制御する請求項３記載の水中欠陥検査装置。
【請求項７】
水中の検査対象物を加熱する工程と、前記検査対象物の表面前方で水を流す工程と、前記水が流れている状態で加熱された前記検査対象物にレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成される第１スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度状態において前記検査対象物から反射される前記反射光によって生成される第２スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像の情報及び前記第２スペックルパターン画像の情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する工程とを備えたことを特徴とする水中欠陥検査方法。
【請求項８】
前記第１及び第２スペックルパターン画像情報は、それぞれ、前記レーザ光の照射によって生じる反射光を、前記検査対象物の表面に沿ってずらして二重露光することによって得る微分画像情報である請求項７記載の水中欠陥検査方法。
【請求項９】
前記二重露光は、前記レーザ光の照射によって生じる反射画像を前記水の流れ方向にずらすことによって行う請求項８記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記水の流れは、少なくとも、前記検査対象物の表面に沿ったある一方向とこの一方向と交差する他の方向に発生させ、それぞれの状態で前記第１及び第２スペックルパターン画像の撮影を行う請求項７記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１１】
前記水の流速を前記検査対象物の加熱量に基づいて制御する請求項７または請求項８記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記水は前記反射光が通過する領域内を流れる請求項８記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１】
水中に存在する検査対象物を加熱する加熱手段と、前記検査対象物にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成されるスペックルパターン画像を撮影する画像撮影手段と、前記反射光の通過領域に水を流す水流発生装置と、前記レーザ光の照射によって生成される第１の前記スペックルパターン画像の撮影、及び前記第１のスペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度において前記レーザ光の照射によって生成される第２の前記スペックルパターン画像の撮影を指示する制御指令を、画像撮影手段に出力する制御装置と、前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する画像情報作成装置とを備えたことを特徴とする水中欠陥検査装置。
【請求項２】
前記水流発生装置は、少なくとも、前記検査対象物の表面に沿ったある一方向に水流を発生させる第１水流発生手段、及び前記一方向と交差する他の方向に水流を発生させる第２水流発生手段を含んでいる請求項１記載の水中欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１水流発生手段及び前記第２水流発生手段のうち選択されたいずれか一方を駆動させる他の制御装置を含んでいる請求項２記載の水中欠陥検査装置。
【請求項４】
前記反射光を前記検査対象物の表面に沿ってずらして二重露光させて前記第１スペックルパターン画像情報及び前記第２スペックルパターン画像情報である微分画像情報を生成する微分画像情報生成装置を備えた請求項１または請求項２記載の水中欠陥検査装置。
【請求項５】
前記微分画像情報生成装置は、前記反射光を前記水の流れ方向にずらすことによって前記二重露光を行う手段を有する請求項４記載の水中欠陥検査装置。
【請求項６】
前記他の制御装置は、前記水の流速を前記検査対象物の加熱量に基づいて制御する請求項３記載の水中欠陥検査装置。
【請求項７】
水中の検査対象物を加熱する工程と、前記検査対象物の表面前方で水を流す工程と、前記水が流れている状態で加熱された前記検査対象物にレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射で前記検査対象物から反射される反射光によって生成される第１スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像を得る温度と異なる前記検査対象物の温度状態において前記検査対象物から反射される前記反射光によって生成される第２スペックルパターン画像を撮影する工程と、前記第１スペックルパターン画像の情報及び前記第２スペックルパターン画像の情報を用いて前記検査対象物のスペックル干渉縞の画像情報を生成する工程とを備えたことを特徴とする水中欠陥検査方法。
【請求項８】
前記第１及び第２スペックルパターン画像情報は、それぞれ、前記レーザ光の照射によって生じる反射光を、前記検査対象物の表面に沿ってずらして二重露光することによって得る微分画像情報である請求項７記載の水中欠陥検査方法。
【請求項９】
前記二重露光は、前記レーザ光の照射によって生じる反射画像を前記水の流れ方向にずらすことによって行う請求項８記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記水の流れは、少なくとも、前記検査対象物の表面に沿ったある一方向とこの一方向と交差する他の方向に発生させ、それぞれの状態で前記第１及び第２スペックルパターン画像の撮影を行う請求項７記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１１】
前記水の流速を前記検査対象物の加熱量に基づいて制御する請求項７または請求項８記載の水中欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記水は前記反射光が通過する領域内を流れる請求項８記載の水中欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３１５９６４（Ｐ２００７−３１５９６４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４７０７７（Ｐ２００６−１４７０７７）
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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