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JP7540120B2 - Defect Inspection Equipment - Google Patents
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Description

本願は、欠陥検査装置に関するものである。 This application relates to a defect inspection apparatus.

タービン発電機の回転子ウェッジは、回転子コイルが遠心力によりロータから飛び出ることを防ぐ部品であり、その内部に運転時の遠心力により欠陥が生じることがある。欠陥を放置したまま運転を続けると、欠陥が成長し、発電機の破損につながることがあるため、定期的な検査が必要である。 The rotor wedge of a turbine generator is a part that prevents the rotor coil from flying out of the rotor due to centrifugal force, and defects can occur inside it due to the centrifugal force during operation. If operation is continued with a defect left unchecked, the defect will grow and may lead to damage to the generator, so regular inspection is necessary.

現在、この欠陥を超音波検査で探傷しているが、発電機の検査の短縮のために、発電機を分解せずに検査する技術が求められている。しかし、超音波では分解せずに検査できない発電機がある。
また、欠陥の検査装置として、例えば鉄筋コンクリートの鉄骨に入熱し、サーモカメラでコンクリートの表面の温度分布を測定し、3次元熱解析と逆解析を用いて鉄骨とコンクリートの内部の欠陥を推定する装置が開示されている(例えば、特許文献1)。
Currently, these defects are detected by ultrasonic testing, but to shorten the inspection time, there is a demand for technology that allows inspection without disassembling the generator. However, there are some generators that cannot be inspected by ultrasonic testing without disassembly.
Furthermore, as a defect inspection device, for example, a device has been disclosed that inputs heat into the steel frame of reinforced concrete, measures the temperature distribution on the surface of the concrete with a thermal camera, and estimates internal defects in the steel frame and concrete using three-dimensional thermal analysis and inverse analysis (for example, Patent Document 1).

特開2003-139731号公報JP 2003-139731 A

特許文献の装置を適用する場合、発電機内では検査装置とヒータの固定が困難であり、熱流束分布が不定となるため、欠陥判定の精度が低下する問題がある。When applying the device described in the patent document, it is difficult to fix the inspection device and heater inside the generator, and the heat flux distribution becomes unstable, which reduces the accuracy of defect determination.

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、検査対象の加熱が不安定になる環境でも、構造物内部における欠陥を精度よく推定でき、小型化できる検査装置を実現することを目的とする。This application discloses technology to solve the problems described above, and aims to realize a compact inspection device that can accurately estimate defects inside a structure even in environments where the heating of the inspection object becomes unstable.

本願に開示される欠陥検査装置は、検査対象物の第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1サーモカメラと、検査対象物の第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第2サーモカメラと、第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、第1サーモカメラおよび第2サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、加熱部による熱流束を推定する熱流束逆解析部、およびこの熱流束逆解析部の熱流束の推定結果を用いて検査対象物の第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定する欠陥逆解析部を有し、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定とその後に行う前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定とを他方の結果に基づき各解析のモデルを更新して繰り返して、推定した検査対象物の欠陥の位置と大きさから検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備えたものである。
本願に開示される欠陥検査装置は、検査対象物の第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1サーモカメラと、前記検査対象物の第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第2サーモカメラと、前記第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、前記第1サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、前記加熱部による熱流束を推定する熱流束逆解析部、および前記熱流束逆解析部の推定結果と前記第2サーモカメラの測定データとに基づき、前記検査対象物の前記第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある前記検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定する欠陥逆解析部を有し、推定した前記検査対象物の欠陥の位置と大きさから前記検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備え、前記解析部は、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定とその後に行う前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定とを他方の結果に基づき各解析のモデルを更新して繰り返すものである。
本願に開示される欠陥検査装置は、検査対象物の第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1サーモカメラと、前記検査対象物の第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第2サーモカメラと、前記第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、前記第1サーモカメラおよび前記第2サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、前記加熱部による熱流束を推定し、この熱流束の推定結果を用いて前記検査対象物の前記第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある前記検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定し、この欠陥の位置と大きさの推定結果を用いて再度熱流束を推定することを繰り返して、推定した前記検査対象物の欠陥の位置と大きさから前記検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備え、前記解析部は、モデル生成部と、推定部と、解析結果判定部とを備え、前記モデル生成部は、前記検査対象物の形状および材質に基づいて形状モデルを作成し、さらに前記形状モデルから熱流束推定モデルおよび欠陥推定モデルを生成し、前記推定部は、前記モデル生成部が生成した前記熱流束推定モデルと前記第1サーモカメラの測定データに基づき、前記加熱部による熱流束を推定する熱流束逆解析部と、前記モデル生成部が生成した前記欠陥推定モデルと前記第2サーモカメラの測定データに基づき、前記検査対象物の欠陥の位置と大きさとを推定する欠陥逆解析部とを備え、前記モデル生成部は、前記熱流束逆解析部の推定結果を基に前記熱流束推定モデルの熱流束の境界条件を更新し、前記欠陥逆解析部の推定結果に基づき前記欠陥推定モデルの前記欠陥の位置の要素の熱伝導率を更新し、前記モデル生成部および前記推定部は協働して、前記欠陥の位置の要素数の変化量が基準値以下になるまで、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定と前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定、さらに前記モデル生成部による前記形状モデルの更新、および前記形状モデルの更新に基づいた前記熱流束推定モデルと前記欠陥推定モデルの変更を繰り返し、
前記解析結果判定部は、前記欠陥の位置の要素数の変化量が基準値以下になったとき、前記欠陥の大きさと位置から前記検査対象物の異常の有無を判定するものである。
The defect inspection device disclosed in the present application includes a first thermocamera that measures the time change of the surface temperature distribution in a first temperature measurement region of the inspection object, a second thermocamera that measures the time change of the surface temperature distribution in a second temperature measurement region of the inspection object, a heating unit that heats a part of the first temperature measurement region, a heat flux inverse analysis unit that estimates the heat flux by the heating unit using a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on the measurement data of the first and second thermocameras, and a defect inverse analysis unit that estimates the position and size of a defect in the inspection object that is on a path along which heat is conducted from the first temperature measurement region to the second temperature measurement region of the inspection object using the heat flux estimation result of the heat flux inverse analysis unit, and an analysis unit that repeats the estimation of the heat flux by the heat flux inverse analysis unit and the subsequent estimation of the defect by the defect inverse analysis unit by updating the model of each analysis based on the result of the other, and determines the presence or absence of an abnormality in the inspection object from the estimated position and size of the defect in the inspection object.
The defect inspection device disclosed in the present application comprises a first thermocamera that measures a time change in a surface temperature distribution in a first temperature measurement region of an inspection object, a second thermocamera that measures a time change in a surface temperature distribution in a second temperature measurement region of the inspection object, a heating unit that heats a part of the first temperature measurement region, a heat flux inverse analysis unit that estimates a heat flux by the heating unit using a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on measurement data from the first thermocamera, and a defect inverse analysis unit that estimates a position and a size of a defect in the inspection object that is on a path along which heat is conducted from the first temperature measurement region to the second temperature measurement region of the inspection object based on an estimation result of the heat flux inverse analysis unit and the measurement data of the second thermocamera, and an analysis unit that determines the presence or absence of an abnormality in the inspection object from the estimated position and size of the defect in the inspection object, and the analysis unit repeats an estimation of a heat flux by the heat flux inverse analysis unit and a subsequent estimation of the defect by the defect inverse analysis unit by updating a model of each analysis based on the result of the other.
The defect inspection device disclosed in the present application comprises a first thermo camera that measures a time change in a surface temperature distribution of a first temperature measurement region of an inspection object, a second thermo camera that measures a time change in the surface temperature distribution of a second temperature measurement region of the inspection object, a heating unit that heats a part of the first temperature measurement region, and an analysis unit that estimates a heat flux by the heating unit using a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on measurement data of the first thermo camera and the second thermo camera, estimates a position and a size of a defect in the inspection object that is on a path along which heat is conducted from the first temperature measurement region to the second temperature measurement region of the inspection object using the estimated heat flux, and judges the presence or absence of an abnormality in the inspection object from the estimated position and size of the defect in the inspection object by repeating the above steps of estimating the heat flux again using the estimated result of the defect position and size. The analysis unit comprises a model generation unit, an estimation unit, and an analysis result judgment unit. The model generation unit creates a shape model based on the shape and material of the inspection object, and further judges whether or not an abnormality is present in the inspection object based on the estimated position and size of the defect in the inspection object. a heat flux estimation model and a defect estimation model are generated from the model, the estimation unit includes a heat flux inverse analysis unit that estimates a heat flux caused by the heating unit based on the heat flux estimation model generated by the model generation unit and the measurement data of the first thermo camera, and a defect inverse analysis unit that estimates a position and a size of a defect in the inspection object based on the defect estimation model generated by the model generation unit and the measurement data of the second thermo camera, the model generation unit updates a boundary condition of a heat flux of the heat flux estimation model based on an estimation result of the heat flux inverse analysis unit, and updates a thermal conductivity of an element at a position of the defect in the defect estimation model based on an estimation result of the defect inverse analysis unit, the model generation unit and the estimation unit cooperate to repeat the estimation of the heat flux by the heat flux inverse analysis unit, the estimation of the defect by the defect inverse analysis unit, the updating of the shape model by the model generation unit, and the modification of the heat flux estimation model and the defect estimation model based on the updating of the shape model, until an amount of change in the number of elements at the position of the defect becomes equal to or less than a reference value,
The analysis result determination unit determines the presence or absence of an abnormality in the inspection object from the size and position of the defect when the amount of change in the number of elements at the position of the defect becomes equal to or less than a reference value.

本願に開示される欠陥検査装置によれば、検査対象の加熱が不安定になる環境でも、構造物内部における欠陥を精度よく推定でき、欠陥検査装置を小型化できる。 The defect inspection device disclosed in this application can accurately estimate defects inside a structure even in environments where the heating of the object to be inspected becomes unstable, and the defect inspection device can be made smaller.

実施の形態1による欠陥検査装置の機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of a defect inspection device according to a first embodiment. 実施の形態1による欠陥検査装置に係る検査対象物と測定部、加熱部の配置図である。2 is a layout diagram of an inspection object, a measurement unit, and a heating unit in the defect inspection device according to the first embodiment. 実施の形態1による欠陥検査装置に係る検査対象物の解析対象の説明図である。1 is an explanatory diagram of an analysis target of an inspection object in the defect inspection device according to the first embodiment; 実施の形態1による欠陥検査装置に係る第1温度測定領域の解析用の格子説明図である。4 is an explanatory diagram of a grid for analyzing a first temperature measurement region in the defect inspection device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1による欠陥検査装置に係る第2温度測定領域の解析用の格子説明図である。13 is an explanatory diagram of a grid for analyzing a second temperature measurement region in the defect inspection device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1による欠陥検査装置に係る欠陥発生予想領域の解析用の格子説明図である。4 is an explanatory diagram of a grid for analyzing a defect occurrence predicted region in the defect inspection apparatus according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1による欠陥検査装置に係る検査処理のフローチャートである。4 is a flowchart of an inspection process performed by the defect inspection device according to the first embodiment. 実施の形態1による欠陥検査装置に係るハードウェア構成例のブロック図である。1 is a block diagram of an example of a hardware configuration of a defect inspection device according to a first embodiment. 実施の形態2による欠陥検査装置に係る検査対象物と測定部、加熱部の配置図である。13 is a layout diagram of an inspection object, a measurement unit, and a heating unit in a defect inspection device according to a second embodiment. FIG.

実施の形態1.
実施の形態1は、検査対象物の第1、第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1、第2サーモカメラと、第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、第1、第2サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、加熱部による熱流束、および検査対象物の第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱伝導経路上にある検査対象物の欠陥の位置と大きさを求め、検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備えた欠陥検査装置に関するものである。
Embodiment 1.
The first embodiment relates to a defect inspection device including first and second thermocameras that measure the change over time in the surface temperature distribution in first and second temperature measurement areas of an inspection object, a heating unit that heats a part of the first temperature measurement area, and an analysis unit that uses a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on the measurement data of the first and second thermocameras to determine the heat flux from the heating unit and the position and size of defects in the inspection object that are on the thermal conduction path from the first temperature measurement area to the second temperature measurement area of the inspection object, and judges whether or not there is an abnormality in the inspection object.

以下、実施の形態1に係る欠陥検査装置の構成および動作について、欠陥検査装置の機能ブロック図である図1、検査対象物と測定部、加熱部の配置図である図2、検査対象物の解析対象の説明図である図3、第1温度測定領域の解析用の格子説明図である図4、第2温度測定領域の解析用の格子説明図である図5、欠陥発生予想領域の解析用の格子説明図である図6、検査処理のフローチャートである図7、およびハードウェア構成例のブロックである図8に基づいて説明する。 The configuration and operation of the defect inspection device of embodiment 1 will be explained below based on Figure 1, which is a functional block diagram of the defect inspection device, Figure 2, which is a layout diagram of the inspection object, the measurement unit, and the heating unit, Figure 3, which is an explanatory diagram of the analysis target of the inspection object, Figure 4, which is an explanatory diagram of a grid for analyzing the first temperature measurement region, Figure 5, which is an explanatory diagram of a grid for analyzing the second temperature measurement region, Figure 6, which is an explanatory diagram of a grid for analyzing the region where defects are expected to occur, Figure 7, which is a flowchart of the inspection process, and Figure 8, which is a block diagram of an example hardware configuration.

実施の形態1の欠陥検査装置システムおよび欠陥検査装置1の全体の構成を図1の機能ブロック図に基づいて説明する。
欠陥検査装置システムは、欠陥検査装置1と欠陥検査の対象である検査対象物6とで構成される。本欠陥検査装置1は、タービン発電機の回転子ウェッジの欠陥を検査することを目的としているが、タービン発電機の回転子ウェッジ全体は省略し、3次元熱解析有限要素法を用いて検査する対象を模式的に検査対象物6として表している。
The overall configuration of a defect inspection system and a defect inspection device 1 according to the first embodiment will be described with reference to the functional block diagram of FIG.
The defect inspection system is composed of a defect inspection device 1 and an inspection object 6 that is the target of defect inspection. The purpose of this defect inspection device 1 is to inspect the rotor wedge of a turbine generator for defects, but the entire rotor wedge of the turbine generator is omitted, and the object to be inspected using the three-dimensional thermal analysis finite element method is represented diagrammatically as the inspection object 6.

欠陥検査装置1の構成について説明する。
欠陥検査装置1は、解析部2、データ取得部3、測定部4、加熱部5を備えている。
解析部2は、モデル生成部21と、推定部22と、繰り返し判定部23と、解析結果判定部24とを備えている。なお、図1において、「繰り返し判定部」は「繰返判定部」と記載している。
モデル生成部21は、形状モデル生成部211と、熱流束推定モデル生成部212と、欠陥推定モデル生成部213とを備える。推定部22は、熱流束逆解析部221と、欠陥逆解析部222とを備える。
データ取得部3は、第1熱データ取得部31と、第2熱データ取得部32とを備える。
以下、欠陥検査装置1の各部の構成、機能、動作について、信号の発生、測定、処理の順で、熱源である加熱部5から順次説明していく。
The configuration of the defect inspection device 1 will be described.
The defect inspection device 1 includes an analysis unit 2 , a data acquisition unit 3 , a measurement unit 4 , and a heating unit 5 .
The analysis unit 2 includes a model generation unit 21, an estimation unit 22, a repetition determination unit 23, and an analysis result determination unit 24. In addition, in Fig. 1, the "repetition determination unit" is written as "repetition determination unit".
The model generation unit 21 includes a shape model generation unit 211, a heat flux estimation model generation unit 212, and a defect estimation model generation unit 213. The estimation unit 22 includes a heat flux inverse analysis unit 221 and a defect inverse analysis unit 222.
The data acquiring unit 3 includes a first thermal data acquiring unit 31 and a second thermal data acquiring unit 32 .
The configuration, function and operation of each part of the defect inspection apparatus 1 will be described below in order of signal generation, measurement and processing, starting from the heating part 5 which is a heat source.

まず、検査対象物6と測定部4、加熱部5の配置図である図2に基づいて、測定部4と加熱部5の構成、機能、動作を説明する。合わせて、検査対象物6の構造について説明する。
測定部4は、2台のサーモカメラ、すなわち第1サーモカメラ41、第2サーモカメラ42を備える。第1サーモカメラ41、および第2サーモカメラ42はそれぞれの異なった検査対象物6の表面の領域の温度を測定する。
第1サーモカメラ41が測定する領域を第1温度測定領域61とし、第2サーモカメラ42が測定する領域を第2温度測定領域62とする。
First, the configurations, functions and operations of the measurement unit 4 and the heating unit 5 will be described with reference to Fig. 2 which is a layout diagram of the inspection object 6, the measurement unit 4 and the heating unit 5. Additionally, the structure of the inspection object 6 will be described.
The measurement unit 4 includes two thermo cameras, that is, a first thermo camera 41 and a second thermo camera 42. The first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 measure the temperatures of different areas of the surface of the inspection object 6.
The area measured by the first thermal camera 41 is referred to as a first temperature measurement area 61 , and the area measured by the second thermal camera 42 is referred to as a second temperature measurement area 62 .

加熱部5は、ヒータ51と電源(図示なし)とからなる。図2において、ヒータ51を検査対象物6の第1温度測定領域61の一部に接触させている。
ヒータ51は、電源から供給された電力を用いて熱を発生し、この熱が第1温度測定領域61の一部に伝わることで、第1温度測定領域61の一部の表面の温度が上昇する。
The heating unit 5 is made up of a heater 51 and a power source (not shown). In Fig. 2, the heater 51 is brought into contact with a part of a first temperature measurement region 61 of the inspection object 6.
The heater 51 generates heat using power supplied from a power source, and when this heat is transmitted to a part of the first temperature measurement area 61, the temperature of the surface of the part of the first temperature measurement area 61 increases.

サーモカメラとは、赤外線を検知するセンサを備え、温度を測定する対象の表面の温度を、広範囲にわたって、同時に測定し、温度分布を求めることができる。
第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42で一定の時間間隔で検査対象物6の第1温度測定領域61および第2温度測定領域62の温度分布をそれぞれ取得する。
A thermal camera is equipped with a sensor that detects infrared rays and can simultaneously measure the surface temperature of an object over a wide area, thereby determining the temperature distribution.
The first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 acquire the temperature distributions of the first temperature measurement area 61 and the second temperature measurement area 62 of the inspection object 6 at regular time intervals, respectively.

一般的に、サーモカメラで検知される赤外線には、検査対象物表面の温度により生じた赤外線の他に、検査対象物表面で反射され、サーモカメラに届くものがある。検査対象物6の表面に反射を防止する塗料などを塗ることで、検査対象物6の表面の状態によって生じる、すなわち反射による赤外線を抑制することができる。
検査対象物6の表面からの反射による赤外線を抑制することで、第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42で測定した温度分布の誤差を低減することができる。
In general, infrared rays detected by a thermo camera include infrared rays generated by the temperature of the surface of the object being inspected, as well as infrared rays reflected from the surface of the object being inspected and reaching the thermo camera. By applying an anti-reflection paint or the like to the surface of the object being inspected 6, it is possible to suppress the infrared rays generated by the condition of the surface of the object being inspected 6, i.e., the infrared rays caused by reflection.
By suppressing the infrared rays reflected from the surface of the inspection object 6, it is possible to reduce errors in the temperature distribution measured by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42.

図2に示すように、検査対象物6内に欠陥の発生が予想される領域を定め、欠陥発生予想領域63とする。また、第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42で測定する第1温度測定領域61および第2温度測定領域62は、欠陥発生予想領域63を挟み込むように配置されている必要がある。すなわち、検査対象物6の欠陥は第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある。
欠陥発生予想領域63は、後で説明するように、別途構造解析を行って決定され、欠陥検査装置1にデータとして設定される。
2, an area in which a defect is expected to occur in the inspection object 6 is defined as a defect occurrence expected area 63. The first temperature measurement area 61 and the second temperature measurement area 62 measured by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 need to be disposed so as to sandwich the defect occurrence expected area 63. In other words, the defect in the inspection object 6 is on the path of heat conduction from the first temperature measurement area to the second temperature measurement area.
The defect occurrence predicted region 63 is determined by a separate structural analysis, as will be described later, and is set as data in the defect inspection device 1 .

第1温度測定領域61、第2温度測定領域62の内の片方の温度測定領域の一部を加熱部5のヒータ51によって加熱する必要がある。実施の形態1では、第1温度測定領域61にヒータ51を設置する構成としている。
第1温度測定領域61は、ヒータ51によって加熱されていない領域を含む。これは、ヒータ51で加熱している領域の近傍の温度分布を第1サーモカメラ41で測定するためである。
ヒータ51によって加熱される領域、すなわち第1温度測定領域61内のヒータ51が接触している領域の位置と大きさは、測定部4が第1サーモカメラ41からの測定データから算出し、モデル生成部21の形状モデル生成部211に伝達される。この情報の伝達を図1では、A1と記載している。
It is necessary to heat a part of one of the first temperature measurement area 61 and the second temperature measurement area 62 by the heater 51 of the heating unit 5. In the first embodiment, the heater 51 is installed in the first temperature measurement area 61.
The first temperature measurement region 61 includes a region that is not heated by the heater 51. This is because the first thermal camera 41 measures the temperature distribution in the vicinity of the region heated by the heater 51.
The position and size of the area heated by the heater 51, i.e., the area in the first temperature measurement area 61 that is in contact with the heater 51, are calculated by the measurement unit 4 from the measurement data from the first thermo camera 41, and transmitted to the shape model generation unit 211 of the model generation unit 21. This transmission of information is indicated as A1 in FIG.

測定部4の第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42は、それぞれ第1温度測定領域61と第2温度測定領域62の表面の温度分布を一定の時間間隔で測定する。測定された温度分布の測定データは、データ取得部3に伝達される。
第1サーモカメラ41によって第1温度測定領域61の一定の時間間隔で測定された温度分布は、データ取得部3の第1熱データ取得部31に伝達される。この情報の伝達を図1では、A2と記載している。
第2温度測定領域62の一定の時間間隔で測定された温度分布は、データ取得部3の第2熱データ取得部32に伝達される。この情報の伝達を図1では、A3と記載している。
The first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 of the measurement unit 4 measure the temperature distributions on the surfaces of the first temperature measurement area 61 and the second temperature measurement area 62, respectively, at regular time intervals. The measurement data of the measured temperature distributions is transmitted to the data acquisition unit 3.
The temperature distribution measured at regular time intervals in the first temperature measurement area 61 by the first thermo camera 41 is transmitted to the first thermal data acquisition unit 31 of the data acquisition unit 3. This transmission of information is indicated as A2 in FIG.
The temperature distribution measured at regular time intervals in the second temperature measurement region 62 is transmitted to the second thermal data acquisition unit 32 of the data acquisition section 3. This transmission of information is indicated as A3 in FIG.

データ取得部3は、測定部4から伝達された第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42のそれぞれによって一定の時間間隔で測定された温度分布から、検査対象物6の加熱熱流束および欠陥を推定するための解析に用いるデータ構造を作成し、解析部2に伝達する。データ構造については、後で説明する。The data acquisition unit 3 creates a data structure to be used in an analysis to estimate the heating heat flux and defects of the inspection object 6 from the temperature distributions measured at regular time intervals by each of the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 transmitted from the measurement unit 4, and transmits the data to the analysis unit 2. The data structure will be explained later.

次に、3次元熱解析有限要素法を用いるために必要な検査対象物6の第1温度測定領域61、第2温度測定領域62、および欠陥発生予想領域63の格子要素の区切りの例を図3~図6に基づいて説明する。
図3は、検査対象物6のヒータ51設置領域を含めた第1温度測定領域61および第2温度測定領域62を格子点状に区切った図である。図3では、それぞれ領域611、領域621としている。なお、ヒータ51設置領域を領域511としている。
また、欠陥発生予想領域63については、領域631であるが、図面上で格子点状に区切ることが難しいため、斜線を記載している。
Next, examples of divisions of lattice elements of the first temperature measurement area 61, the second temperature measurement area 62, and the defect occurrence expected area 63 of the inspection object 6 required for using the three-dimensional thermal analysis finite element method will be described with reference to Figures 3 to 6.
3 is a diagram in which a first temperature measurement region 61 and a second temperature measurement region 62 including the region where the heater 51 is installed of the inspection target 6 are divided into lattice points. In FIG. 3, they are designated as region 611 and region 621, respectively. The region where the heater 51 is installed is designated as region 511.
The defect occurrence predicted region 63 is an area 631, but since it is difficult to divide it into lattice points on the drawing, it is drawn with oblique lines.

図4は第1温度測定領域61の格子点の区切り、すなわち解析用の格子の例を説明している。図4は図3の領域611に対応している。
図4に示すように、検査対象物6の表面の第1温度測定領域61は、複数の格子(要素A)に分割されている。各要素Aは、X軸方向に沿ってm個に分割され、Y軸方向に沿ってn個に分割されている。第1温度測定領域61が横m個および縦n個の格子状に分割されることにより、各格子は交差し、第1温度測定領域61にはm×n個の要素Aが作成される。
4 illustrates an example of the division of the grid points, i.e., the analysis grid, of the first temperature measurement region 61. FIG. 4 corresponds to the region 611 in FIG.
4, the first temperature measurement area 61 on the surface of the inspection target 6 is divided into a plurality of lattices (elements A). Each element A is divided into m elements along the X-axis direction and n elements along the Y-axis direction. By dividing the first temperature measurement area 61 into m horizontal and n vertical lattices, the lattices intersect with each other, and m×n elements A are created in the first temperature measurement area 61.

第1温度測定領域61の各格子点の座標は、(i,j)により表される。(i,j)の原点は、(0,0)である。iとjの値がそれぞれ最大となる位置は、(m,n)である。各格子を節点とすると、各節点は要素Aを形成する線上に位置する点である。The coordinates of each lattice point in the first temperature measurement area 61 are represented by (i, j). The origin of (i, j) is (0, 0). The position where the values of i and j are maximum is (m, n). If each lattice is a node, each node is a point located on the line that forms element A.

図5は第2温度測定領域62の格子点の区切り、すなわち解析用の格子の例を説明している。図5は図3の領域621に対応している。
図5に示すように、検査対象物6の表面の第2温度測定領域62は、複数の格子(要素B)に分割されている。各要素Bは、X軸方向に沿ってr個に分割され、Y軸方向に沿ってs個に分割されている。第2温度測定領域62が横r個および縦s個の格子状に分割されることにより、各格子は交差し、第2温度測定領域62にはr×s個の要素Bが作成される。
第2温度測定領域62の各格子点の座標は、(i,j)により表される。(i,j)の原点は、(0,0)である。iとjの値がそれぞれ最大となる位置は、(r,s)である。各格子を節点とすると、各節点は、要素Bを形成する線上に位置する点である。
5 illustrates an example of the division of the grid points, i.e., the analysis grid, of the second temperature measurement region 62. FIG. 5 corresponds to the region 621 in FIG.
5, the second temperature measurement area 62 on the surface of the inspection target 6 is divided into a plurality of lattices (elements B). Each element B is divided into r elements along the X-axis direction and into s elements along the Y-axis direction. By dividing the second temperature measurement area 62 into r horizontal and s vertical lattices, the lattices intersect, and r×s elements B are created in the second temperature measurement area 62.
The coordinates of each lattice point in the second temperature measurement region 62 are represented by (i, j). The origin of (i, j) is (0, 0). The position where the values of i and j are maximum is (r, s). If each lattice is a node, each node is a point located on a line forming element B.

データ取得部3では、測定部4から伝達されてきた第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42で測定した温度分布から、各格子点の位置の温度を算出する。第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42の温度分布から作成される格子点の数は一致しなくともよい。The data acquisition unit 3 calculates the temperature at each lattice point from the temperature distribution measured by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 transmitted from the measurement unit 4. The number of lattice points created from the temperature distribution of the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 does not have to be the same.

ここで、図6で欠陥発生予想領域63の格子点の区切り、すなわち格子要素の例を説明する。なお、図6は図3の領域631に対応している。
図6に示すように、欠陥発生予想領域63は、複数の要素Cに分割されている。各要素Cは、X軸方向に沿ってj個に分割され、Z軸方向に沿ってk個に分割され、Y軸方向には1個である。すなわち、欠陥発生予想領域63の要素CはY軸方向にも一定の長さを持っている6面体である。
An example of the division of lattice points, that is, lattice elements, of the defect occurrence predicted region 63 will now be described with reference to Fig. 6. Fig. 6 corresponds to the region 631 in Fig. 3.
6, the defect occurrence region 63 is divided into a plurality of elements C. Each element C is divided into j elements along the X-axis direction, k elements along the Z-axis direction, and one element along the Y-axis direction. That is, the element C of the defect occurrence region 63 is a hexahedron having a certain length in the Y-axis direction as well.

各格子の座標は、(i,j)により表される。(i,j)の原点は、(0,0)である。iとjのそれぞれの値が最大となる位置は、(j,k)である。各格子点を節点とすると、各節点は、要素Cを形成する線上に位置する点である。
欠陥発生予想領域63内にはj×k個に区切られた要素が存在する。要素を構成する4つの格子点のうち、最もi及びjの値が小さい格子点でその要素の位置を表すとする。例えば、(i,j)、(i,j+1)、(i+1,j)、(i+1,j+1)の4つの格子点からなる要素の位置を(i,j)と表す。
The coordinates of each lattice are represented by (i, j). The origin of (i, j) is (0, 0). The position where the values of i and j are maximum is (j, k). If each lattice point is considered as a node, each node is a point located on a line that forms element C.
The defect occurrence predicted region 63 contains j×k divided elements. The position of the element is represented by the lattice point with the smallest values of i and j among the four lattice points constituting the element. For example, the position of an element consisting of four lattice points (i, j), (i, j+1), (i+1, j), and (i+1, j+1) is represented as (i, j).

次に、データ取得部3で作成する3次元熱解析に使用するデータ構造について、説明する。
ある温度分布を測定した時の時間tは、測定を開始する時間を0とし、測定の時間間隔をΔtとすると、(1)式で表される。ここで、温度分布を測定する時間間隔を一定としているため、Δtは一定値となる。
Next, the data structure used for the three-dimensional thermal analysis created by the data acquisition unit 3 will be described.
The time t when a certain temperature distribution is measured is expressed by the following formula (1), where the time when the measurement starts is 0 and the time interval of the measurement is Δt. Here, since the time interval for measuring the temperature distribution is constant, Δt is a constant value.

Figure 0007540120000001
Figure 0007540120000001

(1)式において、τは整数であり、撮影終了時刻のτをτmaxとする。
第1サーモカメラ41、第2サーモカメラ42の温度の測定を開始する時間、終了する時間、および温度を測定する時間間隔は同じ値に設定する。
このように設定することで、同じ時間に第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42で測定された温度の分布のデータをτで整理することができる。この結果、欠陥の解析を簡素化かつ高速化することができる。
In formula (1), τ is an integer, and τ at the shooting end time is set to τmax.
The time to start and end temperature measurement of the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42, and the time interval for measuring the temperature are set to the same values.
By setting in this way, the data of the distribution of temperatures measured by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 at the same time can be organized by τ, which makes it possible to simplify and speed up the analysis of defects.

まず第1温度測定領域61の温度分布の時間変化に関するデータ構造について説明する。図4の座標系において、時間がtにおける(i,j)での温度をT1τ(i,j)とする。
時間tにおける表面温度分布を表す表面温度分布ベクトルT1τを(2)式で定義する。 第1温度測定領域61の格子点の数は(m+1)×(n+1)個あるため、T1τは(m+1)×(n+1)次元ベクトルである。
First, a description will be given of the data structure relating to the time change in temperature distribution in the first temperature measurement region 61. In the coordinate system of Fig. 4, the temperature at (i, j) at time t is defined as T1τ(i, j).
A surface temperature distribution vector T1τ representing the surface temperature distribution at time t is defined by equation (2). Since the number of lattice points in the first temperature measurement area 61 is (m+1)×(n+1), T1τ is an (m+1)×(n+1)-dimensional vector.

Figure 0007540120000002
Figure 0007540120000002

このT1τから、表面の温度分布の時間変化を示す行列T1を(3)式で定義し、温度分布時間行列と称する。From this T1τ, the matrix T1 showing the change in temperature distribution on the surface over time is defined by equation (3) and is called the temperature distribution time matrix.

Figure 0007540120000003
Figure 0007540120000003

上記T1τ、T1の作成と同様に、第2サーモカメラ42による第2温度測定領域62の測定データから、第2温度測定領域62の表面温度分布ベクトルT2τと温度分布時間行列T2を作成する。ただし、T2τは(r+1)×(s+1)次元ベクトルとなる。
なお、以降の説明において、表面温度分布ベクトルT1τ、温度分布時間行列T1と表面温度分布ベクトルT2τ、温度分布時間行列T2を区別する必要がなく、まとめて記載する場合は、適宜表面温度分布ベクトルTτ、温度分布時間行列Tと記載する。
Similar to the creation of T1τ and T1 above, a surface temperature distribution vector T2τ and a temperature distribution time matrix T2 of the second temperature measurement area 62 are created from the measurement data of the second temperature measurement area 62 by the second thermo camera 42. However, T2τ is a (r+1)×(s+1) dimensional vector.
In the following description, there is no need to distinguish between the surface temperature distribution vector T1τ, the temperature distribution time matrix T1, and the surface temperature distribution vector T2τ, and the temperature distribution time matrix T2. When describing them together, they will be referred to as the surface temperature distribution vector Tτ and the temperature distribution time matrix T as appropriate.

データ取得部3では、2台のサーモカメラで一定の時間間隔で測定したそれぞれの温度測定領域の温度分布から、この温度分布時間行列Tを生成し、解析部2の推定部22に伝達する。
第1サーモカメラ41が測定した第1温度測定領域61の測定データは、第1熱データ取得部31に伝達され、温度分布時間行列T1を作成する。第1熱データ取得部31は、この温度分布時間行列T1を推定部22の熱流束逆解析部221に伝達する。図1では、この情報の伝達をC1と記載している。
第2サーモカメラ42が測定した第2温度測定領域62の測定データは、第2熱データ取得部32に伝達され、温度分布時間行列T2を作成する。第2熱データ取得部32は、この温度分布時間行列T2を推定部22の欠陥逆解析部222に伝達する。図1では、この情報の伝達をC2と記載している。
The data acquisition unit 3 generates this temperature distribution time matrix T from the temperature distribution of each temperature measurement area measured at regular time intervals by two thermo cameras, and transmits it to the estimation unit 22 of the analysis unit 2.
The measurement data of the first temperature measurement region 61 measured by the first thermo camera 41 is transmitted to the first thermal data acquisition unit 31, which creates a temperature distribution time matrix T1. The first thermal data acquisition unit 31 transmits this temperature distribution time matrix T1 to the heat flux inverse analysis unit 221 of the estimation unit 22. In FIG. 1, the transmission of this information is indicated as C1.
The measurement data of the second temperature measurement region 62 measured by the second thermo camera 42 is transmitted to the second thermal data acquisition unit 32, which creates a temperature distribution time matrix T2. The second thermal data acquisition unit 32 transmits this temperature distribution time matrix T2 to the defect inverse analysis unit 222 of the estimation unit 22. In FIG. 1, the transmission of this information is indicated as C2.

次に、解析部2のモデル生成部21、推定部22、繰り返し判定部23、および解析結果判定部24の機能、解析処理について説明する。 Next, we will explain the functions and analysis process of the model generation unit 21, estimation unit 22, repetition judgment unit 23, and analysis result judgment unit 24 of the analysis unit 2.

推定部22の熱流束逆解析部221は、データ取得部3から伝達された温度分布時間行列T1に基づき、検査対象物6のヒータ51による熱流束を推定する。
また、欠陥逆解析部222はデータ取得部3から伝達された温度分布時間行列T2に基づき、検査対象物6の欠陥発生予想領域63における欠陥の位置と大きさを推定する。
解析結果判定部24は、推定部22の欠陥逆解析部222によって推定された検査対象物6の欠陥の分布(位置と大きさ)を判定し、その結果を出力する。
The heat flux inverse analysis unit 221 of the estimation unit 22 estimates the heat flux from the heater 51 of the inspection object 6 based on the temperature distribution time matrix T1 transmitted from the data acquisition unit 3.
In addition, the defect inverse analysis unit 222 estimates the position and size of a defect in the defect occurrence predicted region 63 of the inspection object 6 based on the temperature distribution time matrix T2 transmitted from the data acquisition unit 3.
The analysis result determination unit 24 determines the distribution (positions and sizes) of defects in the inspection object 6 estimated by the defect inverse analysis unit 222 of the estimation unit 22, and outputs the result.

次に解析部2のモデル生成部21について説明する。
モデル生成部21の形状モデル生成部211は、欠陥検査装置内にあらかじめ設定された検査対象物6の形状と材質のデータから検査対象物6の形状モデルを生成する。
形状モデル生成部211は、生成した形状モデルを熱流束推定モデル生成部212と欠陥推定モデル生成部213とに伝達する。図1では、この情報伝達をそれぞれB1、B2と記載している。
Next, the model generating unit 21 of the analysis unit 2 will be described.
A shape model generating section 211 of the model generating section 21 generates a shape model of the inspection object 6 from data on the shape and material of the inspection object 6 that are preset in the defect inspection device.
The shape model generation unit 211 transmits the generated shape model to the heat flux estimation model generation unit 212 and the defect estimation model generation unit 213. In Fig. 1, this information transmission is denoted as B1 and B2, respectively.

熱流束推定モデル生成部212と欠陥推定モデル生成部213はそれぞれ、形状モデル生成部211が生成した形状モデルからそれぞれの目的に適した3次元熱解析モデルを生成する。
熱流束推定モデル生成部212は、形状モデルから熱流束推定モデルを生成し、熱流束逆解析部221へ伝達する。図1では、この情報伝達をD1と記載している。
欠陥推定モデル生成部213は、形状モデルから欠陥推定モデルを生成し、欠陥逆解析部222へ伝達する。図1では、この情報伝達をD2と記載している。
The heat flux estimation model generation unit 212 and the defect estimation model generation unit 213 each generate a three-dimensional thermal analysis model suitable for the respective purpose from the geometric model generated by the geometric model generation unit 211 .
The heat flux estimation model generating unit 212 generates a heat flux estimation model from the shape model and transmits it to the heat flux inverse analysis unit 221. In Fig. 1, this information transmission is indicated as D1.
The defect estimation model generating unit 213 generates a defect estimation model from the shape model and transmits it to the defect reverse analysis unit 222. In Fig. 1, this information transmission is indicated as D2.

3次元熱解析モデルは、3次元熱解析を行うときに使用するモデルである。3次元熱解析を行うためには、3次元熱解析モデルと3次元熱解析モデルに対する境界条件とが必要である。
境界条件は、熱流束と固定温度境界条件から構成される。すなわち、3次元熱解析が行われるためには、3次元熱解析モデル、熱流束境界条件および固定温度境界条件の3つが必要である。ただし、実施の形態1の欠陥検査装置1では、加熱部5のヒータ51による熱流束境界条件は、推定部22の熱流束逆解析部221の逆解析処理で求める。
The three-dimensional thermal analysis model is a model used when performing a three-dimensional thermal analysis. In order to perform a three-dimensional thermal analysis, a three-dimensional thermal analysis model and boundary conditions for the three-dimensional thermal analysis model are required.
The boundary conditions are composed of a heat flux and a fixed temperature boundary condition. That is, in order to perform a three-dimensional thermal analysis, three conditions are required: a three-dimensional thermal analysis model, a heat flux boundary condition, and a fixed temperature boundary condition. However, in the defect inspection device 1 of the first embodiment, the heat flux boundary condition by the heater 51 of the heating unit 5 is obtained by the inverse analysis process of the heat flux inverse analysis unit 221 of the estimation unit 22.

第1温度測定領域61のヒータ51で加熱される領域以外の熱流束の境界条件は、検査対象物6と検査対象物6に接している物体との温度差によって定義される。
一方、固定温度境界条件は、検査対象物6が熱浴に接している場合において熱浴に接する面における温度の変化をゼロとする情報が定義される。
実施の形態1の欠陥検査装置1では、ヒータ51で加熱される領域以外の領域の熱流束境界条件は、断熱条件にし、ヒータ51による加熱領域以外の検査対象物6の表面を通過する熱流速をゼロとして解析を行う。
The boundary condition of the heat flux in the first temperature measurement region 61 other than the region heated by the heater 51 is defined by the temperature difference between the inspection object 6 and an object in contact with the inspection object 6 .
On the other hand, the fixed temperature boundary condition defines information that, when the inspection object 6 is in contact with the heat bath, the temperature change on the surface in contact with the heat bath is zero.
In the defect inspection device 1 of embodiment 1, the heat flux boundary conditions in areas other than the area heated by the heater 51 are set to adiabatic conditions, and analysis is performed assuming that the heat flow rate passing through the surface of the inspection object 6 other than the area heated by the heater 51 is zero.

形状モデル生成部211で生成する形状モデルの格子点と要素の配置は、データ取得部3で作成した格子点の配置と同じのものとする。このような構成にすることで、推定部22で解析を行う際に、データ取得部3から伝達される温度分布時間行列T1、T2の適用が容易になり、熱流束および欠陥の解析が簡素化できる。The arrangement of lattice points and elements of the shape model generated by the shape model generation unit 211 is the same as the arrangement of lattice points created by the data acquisition unit 3. With this configuration, when performing analysis in the estimation unit 22, it becomes easier to apply the temperature distribution time matrices T1 and T2 transmitted from the data acquisition unit 3, and the analysis of heat flux and defects can be simplified.

図3を参照して、形状モデル生成部211が生成する形状モデルについて説明する。
形状モデルには、第1温度測定領域61、第2温度測定領域62、第1温度測定領域61内のヒータ51によって加熱される領域、および欠陥発生予想領域63が設定されている。
形状モデル生成部211で、形状モデル内の第1温度測定領域61と、ヒータ51によって加熱される領域を設定するとき、第1温度測定領域61の温度分布を測定する第1サーモカメラ41が測定した画像を基に設定する。
また、形状モデル生成部211で、形状モデル内の第2温度測定領域62を設定するとき、第2温度測定領域62の温度分布を測定する第2サーモカメラが測定した画像を基に設定する。
The shape model generated by the shape model generating unit 211 will be described with reference to FIG.
In the shape model, a first temperature measurement area 61, a second temperature measurement area 62, an area heated by the heater 51 in the first temperature measurement area 61, and a defect occurrence predicted area 63 are set.
When the shape model generation unit 211 sets the first temperature measurement area 61 in the shape model and the area heated by the heater 51, the setting is based on the image measured by the first thermal camera 41 which measures the temperature distribution in the first temperature measurement area 61.
Furthermore, when the shape model generating unit 211 sets the second temperature measurement area 62 in the shape model, it sets it based on an image measured by a second thermo camera that measures the temperature distribution in the second temperature measurement area 62 .

ヒータ51によって加熱される領域は、加熱時にはヒータ51によって隠されているため、温度を測定することができない。このため、ヒータ51によって加熱される表面の領域の各要素Aを通る熱流束量は、解析部2の熱流束逆解析部221の逆解析処理によって推定する。
解析部2の熱流束逆解析部221で推定されたヒータ51によって加熱される領域の熱流束の分布は、形状モデル生成部211に伝達される。この情報の伝達を図1ではE1と記載している。
The temperature of the area heated by the heater 51 cannot be measured because it is hidden by the heater 51 during heating. Therefore, the amount of heat flux passing through each element A in the surface area heated by the heater 51 is estimated by the inverse analysis process of the heat flux inverse analysis unit 221 of the analysis unit 2.
The heat flux distribution in the region heated by the heater 51 estimated by the heat flux inverse analysis part 221 of the analysis part 2 is transmitted to the shape model generation part 211. This transmission of information is indicated as E1 in FIG.

ここで、推定部22の熱流束逆解析部221で推定される、ヒータ51で加熱される領域の熱流束のデータ構造について説明する。
先に図4で説明したように、第1温度測定領域61には、X方向にm個の接点が並びY方向にn個の接点が並んでいる。そのため、表面にはm×n個に区切られた要素Aが存在する。
これらの要素のうち、第1サーモカメラ41が測定した画像を基にヒータ51によって直接加熱されている領域を定める。この領域の要素をモデル上でヒータ51によって加熱される領域と設定し、各要素を通過してヒータ51から検査対象物6に伝わる熱流束を推定部22の熱流束逆解析部221で推定する。
Here, the data structure of the heat flux in the region heated by the heater 51, which is estimated by the heat flux inverse analysis unit 221 of the estimation unit 22, will be described.
4, m contacts are arranged in the X direction and n contacts are arranged in the Y direction in the first temperature measurement region 61. Therefore, there are elements A divided into m×n elements on the surface.
Of these elements, an area that is directly heated by the heater 51 is determined based on the image measured by the first thermo camera 41. The elements of this area are set as an area on the model that is heated by the heater 51, and the heat flux that passes through each element and is transmitted from the heater 51 to the inspection target 6 is estimated by the heat flux inverse analysis unit 221 of the estimation unit 22.

熱流束は要素ごとに求められる。要素を構成する4つの格子点のうち、最もi及びjの値が小さい格子点でその要素の位置を表す。例えば、(i,j)、(i,j+1)、(i+1,j)、(i+1,j+1)の4つの格子点からなる要素の位置を(i,j)と表す。 The heat flux is calculated for each element. Of the four lattice points that make up an element, the position of that element is represented by the lattice point with the smallest values of i and j. For example, the position of an element consisting of the four lattice points (i,j), (i,j+1), (i+1,j), and (i+1,j+1) is represented as (i,j).

ある時間tで、(i,j)の位置にある要素を通過する熱流束をqτ(i,j)とする。 (1)式で説明したように、τはΔtを温度分布の測定の時間間隔とし、t=0を温度分布の測定を開始した時間としたときに、τ=t/Δtと表される整数である。
時間tにおけるヒータ51によって加熱される領域の熱流束分布を表す熱流束分布ベクトルqτを(4)式で定義する。
Let qτ(i,j) be the heat flux passing through an element at position (i,j) at a certain time t. As explained in equation (1), τ is an integer expressed as τ=t/Δt, where Δt is the time interval for measuring the temperature distribution and t=0 is the time when the measurement of the temperature distribution starts.
A heat flux distribution vector qτ representing the heat flux distribution in the region heated by the heater 51 at time t is defined by equation (4).

Figure 0007540120000004
Figure 0007540120000004

この熱流束分布ベクトルqτから、ヒータ51によって加熱される領域の熱流束分布の時間変化を示す行列qを(5)式で定義し、熱流束分布時間行列と称する。From this heat flux distribution vector qτ, the matrix q indicating the change over time in the heat flux distribution in the area heated by the heater 51 is defined by equation (5) and is called the heat flux distribution time matrix.

Figure 0007540120000005
Figure 0007540120000005

解析部2の熱流束逆解析部221では、この熱流束分布時間行列qを、熱流束推定モデル生成部212が生成した熱流束推定モデルとデータ取得部3から伝達される温度分布時間行列T1とから推定する。そして、熱流束逆解析部221は熱流束分布時間行列qをモデル生成部21の形状モデル生成部211に伝達する。The heat flux inverse analysis unit 221 of the analysis unit 2 estimates this heat flux distribution time matrix q from the heat flux estimation model generated by the heat flux estimation model generation unit 212 and the temperature distribution time matrix T1 transmitted from the data acquisition unit 3. Then, the heat flux inverse analysis unit 221 transmits the heat flux distribution time matrix q to the shape model generation unit 211 of the model generation unit 21.

次に、欠陥の推定結果に基づく、図6の欠陥発生予想領域63の形状モデルの更新について説明する。
先に、欠陥発生予想領域63内にはj×k個に区切られた要素Cが存在し、要素Cを構成する4つの格子点のうち、最もi及びjの値が小さい格子点でその要素の位置を表すことを説明した。
(i,j)の位置にある要素が欠陥領域であるかどうかをz(i,j)で表すとする。(i,j)の要素が欠陥領域に含まれている場合、z(i,j)=0とし、それ以外であれば、z(i,j)=1とする。
欠陥発生予想領域63の欠陥の分布を表す欠陥分布ベクトルzを(6)式で定義する。
Next, updating of the shape model of the defect occurrence predicted region 63 in FIG. 6 based on the defect estimation result will be described.
As explained above, within the defect occurrence predicted region 63, there exists an element C divided into j × k pieces, and among the four lattice points constituting element C, the lattice point with the smallest values of i and j represents the position of the element.
Let z(i,j) represent whether the element at position (i,j) is a defective area. If the element at (i,j) is included in the defective area, z(i,j)=0, otherwise z(i,j)=1.
A defect distribution vector z that indicates the distribution of defects in the defect occurrence predicted region 63 is defined by equation (6).

Figure 0007540120000006
Figure 0007540120000006

欠陥分布ベクトルzは、解析部2の欠陥逆解析部222により逆解析で推定され、形状モデル生成部211に伝達される。この情報の伝達を図1では、E2と記載している。ただし、欠陥逆解析部222から形状モデル生成部211に直接伝達されるのではなく、繰り返し判定部23を経由する。The defect distribution vector z is estimated by inverse analysis by the defect inverse analysis unit 222 of the analysis unit 2, and is transmitted to the shape model generation unit 211. This transmission of information is indicated as E2 in Figure 1. However, this information is not transmitted directly from the defect inverse analysis unit 222 to the shape model generation unit 211, but rather passes through the iterative judgment unit 23.

形状モデル生成部211では、すべての要素の熱伝導率に、検査対象物6の材質に対応した熱伝導率を用いる。
形状モデル生成部211は、推定部22の欠陥逆解析部222から伝達された欠陥分布ベクトルzを基に、欠陥発生予想領域63内の要素の熱伝導率を変化させる。
具体的には、欠陥逆解析部222で欠陥と推定された要素の熱伝導率を他の要素の熱伝導率より低くし、欠陥でないと推定された要素は検査対象の材質に対応した熱伝導率とする。このように構成することで、形状モデルの格子点および要素の配置を変えることなく、形状モデル内に欠陥の領域を生成することができる。このため、欠陥の解析を簡素化、かつ高速化することができる。
In the shape model generating unit 211, the thermal conductivity of all elements is set to the thermal conductivity corresponding to the material of the inspection object 6.
The shape model generating unit 211 changes the thermal conductivity of the elements in the defect occurrence predicted region 63 based on the defect distribution vector z transmitted from the defect inverse analysis unit 222 of the estimation unit 22 .
Specifically, the thermal conductivity of an element estimated to be defective by the defect inverse analysis unit 222 is made lower than that of other elements, and the thermal conductivity of an element estimated not to be defective is made to correspond to the material of the object to be inspected. By configuring in this way, it is possible to generate a defective area in the shape model without changing the arrangement of the lattice points and elements of the shape model. This simplifies and speeds up the analysis of defects.

ここで、モデル生成部21と推定部22との関係をまとめる。
推定部22の熱流束逆解析部221では、第1サーモカメラ41で測定されたヒータ51によって加熱される領域を含む第1温度測定領域61の温度分布の時間変化データである温度分布時間行列T1をデータ取得部3から取得する。熱流束逆解析部221は、熱流束推定モデル生成部212で生成した熱流束推定モデルとデータ取得部3からの温度分布時間行列T1とを用いて、ヒータ51による熱流束を推定し、熱流束分布時間行列qを作成する。熱流束逆解析部221は、この熱流束分布時間行列qを形状モデル生成部211に伝達する。
形状モデル生成部211は、熱流束分布時間行列qを受けて形状モデルを更新する。
Here, the relationship between the model generating unit 21 and the estimating unit 22 will be summarized.
The heat flux inverse analysis unit 221 of the estimation unit 22 acquires a temperature distribution time matrix T1, which is time change data of the temperature distribution of the first temperature measurement region 61 including the region heated by the heater 51 measured by the first thermo camera 41, from the data acquisition unit 3. The heat flux inverse analysis unit 221 estimates the heat flux by the heater 51 using the heat flux estimation model generated by the heat flux estimation model generation unit 212 and the temperature distribution time matrix T1 from the data acquisition unit 3, and creates a heat flux distribution time matrix q. The heat flux inverse analysis unit 221 transmits this heat flux distribution time matrix q to the shape model generation unit 211.
The shape model generating unit 211 receives the heat flux distribution time matrix q and updates the shape model.

推定部22の欠陥逆解析部222では、第2サーモカメラ42で測定された第2温度測定領域62の温度分布の時間変化データである温度分布時間行列T2をデータ取得部3から取得する。欠陥逆解析部222は、欠陥推定モデル生成部213で生成した欠陥推定モデルとデータ取得部3からの温度分布時間行列T2とを用いて、欠陥発生予想領域63内の欠陥の分布を推定し、欠陥分布ベクトルzを作成する。欠陥逆解析部222は、この欠陥分布ベクトルzを形状モデル生成部211に伝達する。
形状モデル生成部211は、欠陥分布ベクトルzを受けて形状モデルを更新する。
The defect inverse analysis unit 222 of the estimation unit 22 acquires a temperature distribution time matrix T2, which is time change data of the temperature distribution in the second temperature measurement region 62 measured by the second thermo camera 42, from the data acquisition unit 3. The defect inverse analysis unit 222 estimates the distribution of defects in the defect occurrence predicted region 63 using the defect estimation model generated by the defect estimation model generation unit 213 and the temperature distribution time matrix T2 from the data acquisition unit 3, and creates a defect distribution vector z. The defect inverse analysis unit 222 transmits this defect distribution vector z to the shape model generation unit 211.
The shape model generating unit 211 receives the defect distribution vector z and updates the shape model.

以上説明した熱流束逆解析結果による検査対象物6の形状モデルの熱流束の更新と、欠陥逆解析結果による検査対象物6の形状モデルの欠陥発生予想領域63内の欠陥の分布の更新を繰り返して行う。
熱流束逆解析と欠陥逆解析、およびこれらの解析結果に基づく検査対象物6の形状モデルの更新の繰り返しは、欠陥の分布の逆解析結果の変化量が基準値以下になるまで行う。
The heat flux of the shape model of the inspection object 6 is updated based on the heat flux inverse analysis results described above, and the distribution of defects within the defect occurrence predicted region 63 of the shape model of the inspection object 6 is updated based on the defect inverse analysis results.
The heat flux inverse analysis, the defect inverse analysis, and the updating of the shape model of the inspection object 6 based on these analysis results are repeated until the change in the inverse analysis result of the defect distribution falls below a reference value.

具体的には、繰り返し判定部23では、欠陥逆解析部222より推定結果である欠陥分布ベクトルzを受けて、欠陥分布ベクトルzの変化量が基準値以下でない場合、欠陥逆解析部の推定結果である欠陥分布ベクトルzを形状モデル生成部211に伝達する。この情報の伝達を図1では、F1と記載している。先に説明したようにこの情報は、欠陥逆解析部222から繰り返し判定部23に伝達されたものである。
また、繰り返し判定部23では、前回の欠陥分布ベクトルzからの変化量が基準値以下の場合、その欠陥の分布を解析結果判定部24に伝達し、繰り返しを終了する。この情報の伝達を図1では、F2と記載している。
Specifically, the iterative determination unit 23 receives the defect distribution vector z, which is the estimation result, from the defect inverse analysis unit 222, and if the amount of change in the defect distribution vector z is not equal to or less than a reference value, transmits the defect distribution vector z, which is the estimation result of the defect inverse analysis unit, to the shape model generation unit 211. This transmission of information is indicated as F1 in Fig. 1. As described above, this information is transmitted from the defect inverse analysis unit 222 to the iterative determination unit 23.
Furthermore, if the amount of change from the previous defect distribution vector z is equal to or less than the reference value, the repetition judgment unit 23 transmits the defect distribution to the analysis result judgment unit 24 and ends the repetition. This information transmission is indicated as F2 in FIG.

繰り返し判定部23による繰り返しを終了する基準値の設定例を説明する。
欠陥逆解析の繰り返しによって欠陥の分布が変化しなくなったとき、つまり基準となる値を0とすることが考えられる。また、基準値に0よりも大きい数値を用いる場合は、ひとつ前の繰り返しの欠陥の分布の変化量の差異から判定することが考えられる。
An example of setting a reference value for terminating the repetition by the repetition determining unit 23 will be described.
When the defect distribution stops changing due to repeated defect inverse analysis, the reference value can be set to 0. When a value larger than 0 is used as the reference value, the determination can be made based on the difference in the amount of change in the defect distribution in the previous iteration.

解析結果判定部24では、欠陥逆解析部222が推定し、この推定した欠陥の発生位置及び大きさに基づいて、欠陥(き裂)の位置と形状と、検査対象物6の形状および欠陥検査装置1に与えられる使用状況のデータとを用いて、疲労寿命を算出する。解析結果判定部24は、この算出した疲労寿命を基に検査対象物6の交換の必要性を判断し、その結果を欠陥検査装置1の表示装置(図示なし)に表示したり、外部に出力したりする。The analysis result determination unit 24 calculates the fatigue life based on the location and size of the defect estimated by the defect inverse analysis unit 222, using the position and shape of the defect (crack), the shape of the inspection object 6, and data on the usage conditions provided to the defect inspection device 1. The analysis result determination unit 24 determines the need to replace the inspection object 6 based on the calculated fatigue life, and displays the result on a display device (not shown) of the defect inspection device 1 or outputs it externally.

以上説明した実施の形態1の欠陥検査装置1の各部の機能と動作をわかりやすくするため、欠陥検査処理の流れを図7のフローチャートに基づいて説明する。
なお、本実施の形態1の欠陥検査処理は、以下のステップ1(S01)からステップ9(S09)から成る。
In order to make it easier to understand the functions and operations of each part of the defect inspection apparatus 1 according to the first embodiment described above, the flow of a defect inspection process will be described with reference to the flowchart of FIG.
The defect inspection process of the first embodiment is made up of the following step 1 (S01) to step 9 (S09).

ステップ1(S01)の形状モデル生成ステップでは、形状モデル生成部211は、検査対象物6の形状と材質と、第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42が測定した画像に基づいて、ヒータ51による加熱領域をも含めた検査対象物6の形状モデルを生成する。In the shape model generation step of step 1 (S01), the shape model generation unit 211 generates a shape model of the object to be inspected 6, including the area heated by the heater 51, based on the shape and material of the object to be inspected 6 and the images measured by the first thermal camera 41 and the second thermal camera 42.

ステップ2(S02)の熱流束推定モデル生成ステップでは、熱流束推定モデル生成部212はステップ1(S01)で生成した形状モデルに基づいて熱流束推定モデルを生成する。 In the heat flux estimation model generation step of step 2 (S02), the heat flux estimation model generation unit 212 generates a heat flux estimation model based on the shape model generated in step 1 (S01).

ステップ3(S03)の加熱領域熱流束推定ステップでは、熱流束逆解析部221はステップ2(S02)で生成した熱流束推定モデルとデータ取得部3からの温度分布時間行列T1に基づいて、ヒータ51によって加熱される領域の熱流束分布時間行列qを逆解析により推定する。 In the heating region heat flux estimation step of step 3 (S03), the heat flux inverse analysis unit 221 estimates the heat flux distribution time matrix q of the region heated by the heater 51 by inverse analysis based on the heat flux estimation model generated in step 2 (S02) and the temperature distribution time matrix T1 from the data acquisition unit 3.

ステップ4(S04)の第1形状モデル更新ステップでは、形状モデル生成部211は、ステップ3で推定した熱流束分布時間行列qに基づいて、ヒータ51による加熱領域をも含めた検査対象物6の形状モデルを更新する。In the first shape model update step of step 4 (S04), the shape model generation unit 211 updates the shape model of the object to be inspected 6, including the area heated by the heater 51, based on the heat flux distribution time matrix q estimated in step 3.

ステップ5(S05)の欠陥モデル生成ステップでは、欠陥推定モデル生成部213は、ステップ4(S04)で更新した形状モデルに基づいて欠陥推定モデルを生成する。 In the defect model generation step of step 5 (S05), the defect estimation model generation unit 213 generates a defect estimation model based on the shape model updated in step 4 (S04).

ステップ6(S06)の欠陥推定ステップでは、欠陥逆解析部222はステップ5(S05)で生成した欠陥推定モデルとデータ取得部3からの温度分布時間行列T2に基づいて、欠陥発生予想領域63の欠陥の分布を逆解析により推定する。In the defect estimation step of step 6 (S06), the defect inverse analysis unit 222 estimates the distribution of defects in the defect occurrence predicted area 63 by inverse analysis based on the defect estimation model generated in step 5 (S05) and the temperature distribution time matrix T2 from the data acquisition unit 3.

ステップ7(S07)の繰り返し判定ステップでは、繰り返し判定部23は、欠陥の推定結果の前回からの変化量を求め、その変化量が基準値以下かどうかを判定する。変化量が基準値以下の場合、ステップ9(S09)に進む。変化量が基準値より大きい場合、ステップ8(S08)に進む。欠陥の逆解析が1回目の場合、ステップ7(S07)の判定は実施せずに、ステップ8(S08)に進む。 In the repetition judgment step of step 7 (S07), the repetition judgment unit 23 finds the amount of change in the defect estimation result from the previous time, and judges whether the amount of change is equal to or less than a reference value. If the amount of change is equal to or less than the reference value, proceed to step 9 (S09). If the amount of change is greater than the reference value, proceed to step 8 (S08). If this is the first reverse analysis of the defect, proceed to step 8 (S08) without performing the judgment of step 7 (S07).

ステップ8(S08)の第2形状モデル更新ステップでは、形状モデル生成部211は、ステップ6(S06)で求めた欠陥発生予想領域63の欠陥の分布に基づいて検査対象物6の形状モデルを更新する。検査対象物6の形状モデルを更新した後、ステップ02(S02)に戻る。In the second shape model update step of step 8 (S08), the shape model generation unit 211 updates the shape model of the inspection object 6 based on the distribution of defects in the defect occurrence predicted region 63 obtained in step 6 (S06). After updating the shape model of the inspection object 6, the process returns to step 02 (S02).

ステップ9(S09)の異常判定ステップでは、解析結果判定部24において、ステップ6(S06)で解析した欠陥発生予想領域63の欠陥の分布(発生位置、大きさ)から検査対象物6の欠陥の有無を判定する。さらにその判定結果を出力する。In the anomaly determination step of step 9 (S09), the analysis result determination unit 24 determines the presence or absence of defects in the inspection object 6 from the distribution of defects (location and size) in the defect occurrence predicted area 63 analyzed in step 6 (S06). The result of the determination is then output.

以上説明したように、実施の形態1において、欠陥検査装置1は解析部2と、データ取得部3と、測定部4と、加熱部5とを備える。
加熱部5は、検査対象物6の表面を加熱する。測定部4は、検査対象物6の第1温度測定領域61と第2温度測定領域62の温度分布の時間変化を測定する。データ取得部3は、測定部4で測定した温度分布の時間変化データに基づいて、温度分布時間行列T1、T2を作成する。
解析部2のモデル生成部21では、検査対象物6の形状モデル、およびこの形状モデルから熱流束推定モデルと欠陥推定モデルを生成する。解析部2の推定部22では、加熱部5によって検査対象物6に伝わる熱流束の推定と、検査対象物6の欠陥の推定とを行う。次に解析部2のモデル生成部21では、推定部22で行った熱流束の推定と欠陥の推定の結果に基づいて、形状モデルを更新する。解析部2は、熱流束の推定、欠陥の推定と形状モデルの更新を欠陥の推定結果の変化量が基準値以下になるまで繰り返す。欠陥を推定結果の変化量が基準値以下になったときに、欠陥の推定結果を判定し、判定結果を出力する。
As described above, in the first embodiment, the defect inspection device 1 includes the analysis unit 2 , the data acquisition unit 3 , the measurement unit 4 , and the heating unit 5 .
The heating unit 5 heats the surface of the inspection object 6. The measurement unit 4 measures the time change in temperature distribution in a first temperature measurement area 61 and a second temperature measurement area 62 of the inspection object 6. The data acquisition unit 3 creates temperature distribution time matrices T1 and T2 based on the time change data of the temperature distribution measured by the measurement unit 4.
The model generation unit 21 of the analysis unit 2 generates a shape model of the inspection object 6, and generates a heat flux estimation model and a defect estimation model from this shape model. The estimation unit 22 of the analysis unit 2 estimates the heat flux transmitted to the inspection object 6 by the heating unit 5, and estimates defects in the inspection object 6. Next, the model generation unit 21 of the analysis unit 2 updates the shape model based on the results of the heat flux estimation and defect estimation performed by the estimation unit 22. The analysis unit 2 repeats the heat flux estimation, defect estimation, and shape model update until the amount of change in the defect estimation result falls below a reference value. When the amount of change in the defect estimation result falls below a reference value, the defect estimation result is judged, and the judgment result is output.

このように構成にすることで、検査対象物6の表面の温度分布の時間変化から、検査対象物6の欠陥と加熱部5による熱流束を推定して、欠陥の推定精度を高めることができる。 By configuring in this manner, defects in the object to be inspected 6 and the heat flux from the heating section 5 can be estimated from the change over time in the temperature distribution on the surface of the object to be inspected 6, thereby improving the accuracy of defect estimation.

また、検査対象物6の表面の温度分布の時間変化から、熱流束の推定と欠陥の推定とを同時に行わずに、別々に行うことで、推定モデルの作成を簡素化することができる。その結果、熱流束と欠陥を同時に推定する場合に比べて、欠陥の推定の簡素化と高速化が図れる。 In addition, by estimating the heat flux and the defects separately from the time change in the temperature distribution on the surface of the inspection object 6, rather than simultaneously, the creation of the estimation model can be simplified. As a result, the estimation of the defects can be simplified and accelerated compared to the case where the heat flux and the defects are estimated simultaneously.

測定部4の第1サーモカメラ41と第2サーモカメラ42での温度分布の測定は、加熱部5による加熱と同時に開始する。加熱部5で検査対象物6を加熱している間と、加熱の終了後の一定の時間、測定部4の第1サーモカメラ41と第2サーモカメラ42での測定を続ける。このように構成することで、加熱によって生じた熱の過渡現象を測定することができ、ヒータ51で検査対象物6を加熱する時間を短くできる。Measurement of the temperature distribution by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 of the measurement unit 4 begins simultaneously with heating by the heating unit 5. Measurement by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 of the measurement unit 4 continues while the inspection object 6 is being heated by the heating unit 5 and for a certain period of time after heating has ended. By configuring in this manner, it is possible to measure the thermal transient phenomenon caused by heating, and the time it takes to heat the inspection object 6 with the heater 51 can be shortened.

一定の時間間隔で検査対象物6の表面の温度分布を測定することで、ヒータ51での加熱によって生じた熱の過渡現象を測定する。このように構成することで、熱平衡になるまで検査対象物6を加熱する必要がないため、検査時間を短縮できる。 By measuring the temperature distribution on the surface of the inspection object 6 at regular time intervals, the thermal transient phenomenon caused by heating with the heater 51 is measured. With this configuration, it is not necessary to heat the inspection object 6 until it reaches thermal equilibrium, thereby shortening the inspection time.

形状モデル生成部211の欠陥発生予想領域63は、検査対象物6の構造から、材料力学および破壊力学の知見に基づいて構造解析で決定される。このように構成にすることで、欠陥の推定領域を狭めることができ、欠陥の推定のための解析処理を簡素化し処理時間を短縮することができる。The defect occurrence predicted region 63 of the shape model generation unit 211 is determined by structural analysis based on knowledge of material mechanics and fracture mechanics from the structure of the inspection object 6. By configuring in this way, it is possible to narrow the defect estimation region, simplify the analysis process for estimating the defect, and shorten the processing time.

欠陥検査装置1の加熱部5と測定部4の第1サーモカメラの相対位置を固定している。その結果、ヒータ51によって加熱される領域と、第1サーモカメラ41によって測定される領域の相対位置が固定され、測定が容易になる。The relative positions of the heating unit 5 of the defect inspection device 1 and the first thermo camera of the measurement unit 4 are fixed. As a result, the relative positions of the area heated by the heater 51 and the area measured by the first thermo camera 41 are fixed, making measurement easier.

第1温度測定領域61と第2温度測定領域62の測定を1台のサーモカメラで行ってもよい。この構成にすることにより、欠陥検査装置1の構成を簡素化できる。Measurements of the first temperature measurement area 61 and the second temperature measurement area 62 may be performed with a single thermo camera. This configuration simplifies the configuration of the defect inspection device 1.

図2では、加熱部5のヒータ51として、検査対象に直接接触する加熱器の例を示した。しかし、直接接触する機器以外にハロゲンヒータなどの放射熱で対象表面を加熱するもの、レーザーで対象表面を加熱するもの、および電磁誘導で対象表面を加熱するものなど、検査対象物6に非接触で加熱する機器を用いてもよい。2 shows an example of a heater that comes into direct contact with the object to be inspected as the heater 51 of the heating unit 5. However, in addition to devices that come into direct contact, devices that heat the object to be inspected 6 without coming into contact with it may also be used, such as devices that heat the object surface with radiant heat, such as halogen heaters, devices that heat the object surface with a laser, and devices that heat the object surface with electromagnetic induction.

測定する検査対象物6の表面の物理量の分布の時間変化には、熱以外を用いてもよい。例えば、ハンマリングを加えた時のひずみ分布の時間変化、または熱衝撃を与えた時の温度分布とひずみ分布などを用いることも考えられる。 The time change in the distribution of a physical quantity on the surface of the test object 6 to be measured may be something other than heat. For example, it is possible to use the time change in the strain distribution when hammering is applied, or the temperature distribution and strain distribution when a thermal shock is applied.

ここで、欠陥検査装置1のハードウェアの一例を図8に示す。図8に示すようにプロセッサ1000と記憶装置1001から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。
また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ1000は、記憶装置1001から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶措置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ1000にプログラムが入力される。また、プロセッサ1000は、演算結果等のデータを記憶装置1001の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
An example of hardware of the defect inspection device 1 is shown in Fig. 8. As shown in Fig. 8, the device is composed of a processor 1000 and a storage device 1001. Although the storage device is not shown, it includes a volatile storage device such as a random access memory, and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory.
Also, a hard disk auxiliary storage device may be provided instead of a flash memory. The processor 1000 executes a program input from the storage device 1001. In this case, the program is input from the auxiliary storage device to the processor 1000 via a volatile storage device. The processor 1000 may output data such as a calculation result to a volatile storage device of the storage device 1001, or may store data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.

以上説明したように、実施の形態1の欠陥検査装置は、検査対象物の第1、第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1、第2サーモカメラと、第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、第1、第2サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、加熱部による熱流束、および検査対象物の第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱伝導経路上にある検査対象物の欠陥の位置と大きさを求め、検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備えたものである。
したがって、実施の形態1の欠陥検査装置は、検査対象の加熱が不安定になる環境でも、構造物内部における欠陥を精度よく推定でき、装置を小型化できる。
As described above, the defect inspection apparatus of embodiment 1 includes first and second thermocameras that measure the change over time in the surface temperature distribution in the first and second temperature measurement areas of the object to be inspected, a heating unit that heats a part of the first temperature measurement area, and an analysis unit that uses a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on the measurement data of the first and second thermocameras to determine the heat flux from the heating unit and the position and size of defects in the object to be inspected that are on the thermal conduction path from the first temperature measurement area to the second temperature measurement area of the object to be inspected, and determines whether or not there is an abnormality in the object to be inspected.
Therefore, the defect inspection device of the first embodiment can accurately estimate defects inside a structure even in an environment where heating of the inspection object becomes unstable, and the device can be made compact.

実施の形態2.
実施の形態2の欠陥検査装置は、2つ以上の部品が組み付けられた構造を有するものを検査対象物とする。
Embodiment 2.
The defect inspection apparatus of the second embodiment inspects an object having a structure in which two or more parts are assembled.

実施の形態2の欠陥検査装置について、検査対象物と測定部、加熱部の配置図である図9に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
実施の形態2の図9において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1と区別するために、検査対象物7、第1温度測定領域71、第2温度測定領域72、欠陥発生予想領域73としている。
The defect inspection device of the second embodiment will be described with reference to FIG. 9 which shows the layout of the inspection object, the measuring unit, and the heating unit, focusing on the differences from the first embodiment.
In FIG. 9 of the second embodiment, parts that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals.
In order to distinguish from the first embodiment, there are an inspection object 7, a first temperature measurement area 71, a second temperature measurement area 72, and a defect occurrence predicted area 73.

図9に示すように、検査対象物7内に欠陥の発生が予想される領域を定め、欠陥発生予想領域73とする。また、第1サーモカメラ41および第2サーモカメラ42で測定する第1温度測定領域71および第2温度測定領域72は、欠陥発生予想領域73を挟み込むように配置されている。
欠陥発生予想領域73は、別途構造解析を行って決定され、欠陥検査装置1にデータとして設定される。
9, an area in which a defect is expected to occur in the inspection object 7 is defined as a defect occurrence expected area 73. A first temperature measurement area 71 and a second temperature measurement area 72 measured by the first thermo camera 41 and the second thermo camera 42 are disposed so as to sandwich the defect occurrence expected area 73 therebetween.
The defect occurrence predicted region 73 is determined by a separate structural analysis and set as data in the defect inspection device 1 .

実施の形態2では、図9に示すように、2つ以上の部品が組付けられたモデルをモデル生成部21で生成する。モデル生成部21で生成するモデルでは、第1温度測定領域71と第2温度測定領域72はそれぞれ別の部品の表面上に設けられる。In the second embodiment, as shown in Fig. 9, a model in which two or more parts are assembled is generated by the model generation unit 21. In the model generated by the model generation unit 21, the first temperature measurement area 71 and the second temperature measurement area 72 are provided on the surfaces of different parts.

検査対象物7が2つ以上の部品が組付けられた構造の場合、2つの部品の接触面の接触熱抵抗が問題となる。実施の形態2では、それぞれの部品の形状、材質および欠陥の形状を考慮して構造解析によって部品の接触面の面圧を算出し、この接触面の面圧は欠陥検査装置にデータとして設定される。
形状モデル生成部211では、この部品の接触面の面圧から部品が接触している面の接触熱抵抗を算出し、検査対象物7の形状モデルと共に熱流束推定モデル生成部212と欠陥推定モデル生成部213に伝達する。
When the inspection target 7 has a structure in which two or more parts are assembled, the contact thermal resistance of the contact surface between the two parts becomes an issue. In the second embodiment, the surface pressure of the contact surface between the parts is calculated by structural analysis taking into account the shape and material of each part and the shape of the defect, and this surface pressure of the contact surface is set as data in the defect inspection device.
The shape model generation unit 211 calculates the contact thermal resistance of the surfaces where the components are in contact from the surface pressure of the contact surfaces of the components, and transmits this together with the shape model of the object to be inspected 7 to the heat flux estimation model generation unit 212 and the defect estimation model generation unit 213.

熱流束推定モデル生成部212は、形状モデル生成部211から伝達された検査対象物7の形状モデルと部品の接触面の接触熱抵抗を用いて熱流束推定モデルを生成する。
欠陥推定モデル生成部213は、形状モデル生成部211から伝達された検査対象物7の形状モデルと部品の接触面の接触熱抵抗を用いて欠陥推定モデルを生成する。
The heat flux estimation model generating unit 212 generates a heat flux estimation model using the shape model of the inspection object 7 transmitted from the shape model generating unit 211 and the contact thermal resistance of the contact surface of the component.
The defect estimation model generating unit 213 generates a defect estimation model using the shape model of the inspection object 7 transmitted from the shape model generating unit 211 and the thermal contact resistance of the contact surface of the component.

実施の形態2における上記説明以外の解析部2、データ取得部3、測定部4、加熱部5の機能および処理は実施の形態1と同様である。 Other than those described above, the functions and processing of the analysis unit 2, data acquisition unit 3, measurement unit 4, and heating unit 5 in embodiment 2 are the same as those in embodiment 1.

実施の形態2の欠陥検査装置では、複数の部品からなる検査対象物7の内部欠陥を推定でき、また、部品間の面圧(接触熱抵抗)を考慮した熱解析により、欠陥の推定精度を向上できる。 The defect inspection device of embodiment 2 can estimate internal defects in an inspection object 7 consisting of multiple parts, and can improve the accuracy of defect estimation by thermal analysis that takes into account the surface pressure (thermal contact resistance) between the parts.

実施の形態2の欠陥検査装置を用いる検査対象物の例として、タービン発電機の回転子ウェッジ、および飛行機のタービンブレードが挙げられる。 Examples of objects to be inspected using the defect inspection device of embodiment 2 include rotor wedges of a turbine generator and turbine blades of an aircraft.

以上説明したように、実施の形態2の欠陥検査装置は、2つ以上の部品が組み付けられた構造を有するものを検査対象物としたものである。
したがって、実施の形態2の欠陥検査装置は、検査対象の加熱が不安定になる環境でも、構造物内部における欠陥を精度よく推定でき、装置を小型化できる。さらに、実施の形態2の欠陥検査装置は、部品間の接触熱抵抗を考慮することで欠陥の推定精度を向上できる。
As described above, the defect inspection apparatus of the second embodiment is adapted to inspect an object having a structure in which two or more parts are assembled.
Therefore, the defect inspection device of the second embodiment can accurately estimate defects inside a structure even in an environment where the heating of the inspection target becomes unstable, and the device can be made compact. Furthermore, the defect inspection device of the second embodiment can improve the accuracy of defect estimation by taking into account the contact thermal resistance between components.

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組合せる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not illustrated are conceivable within the scope of the technology disclosed in the present application, including, for example, modifying, adding, or omitting at least one component, and further, extracting at least one component and combining it with a component of another embodiment.

1 欠陥検査装置、2 解析部、3 データ取得部、4 測定部、5 加熱部、6,7 検査対象物、21 モデル生成部、22 推定部、23 繰り返し判定部、24 解析結果判定部、31 第1熱データ取得部、32 第2熱データ取得部、41 第1サーモカメラ、42 第2サーモカメラ、51 ヒータ、61,71 第1温度測定領域、62,72 第2温度測定領域、63,73 欠陥発生予想領域、211 形状モデル生成部、212 熱流束推定モデル生成部、213 欠陥推定モデル生成部、221 熱流束逆解析部、222 欠陥逆解析部、1000 プロセッサ、1001 記憶装置、511,611,621,631 領域。 1 Defect inspection device, 2 Analysis unit, 3 Data acquisition unit, 4 Measurement unit, 5 Heating unit, 6, 7 Inspection object, 21 Model generation unit, 22 Estimation unit, 23 Repetitive judgment unit, 24 Analysis result judgment unit, 31 First thermal data acquisition unit, 32 Second thermal data acquisition unit, 41 First thermo camera, 42 Second thermo camera, 51 Heater, 61, 71 First temperature measurement area, 62, 72 Second temperature measurement area, 63, 73 Defect occurrence predicted area, 211 Shape model generation unit, 212 Heat flux estimation model generation unit, 213 Defect estimation model generation unit, 221 Heat flux inverse analysis unit, 222 Defect inverse analysis unit, 1000 Processor, 1001 Storage device, 511, 611, 621, 631 Area.

Claims (11)

検査対象物の第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1サーモカメラと、前記検査対象物の第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第2サーモカメラと、前記第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、前記第1サーモカメラおよび前記第2サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、前記加熱部による熱流束を推定する熱流束逆解析部、およびこの熱流束逆解析部の推定結果を用いて前記検査対象物の前記第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある前記検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定する欠陥逆解析部を有し、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定とその後に行う前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定とを他方の結果に基づき各解析のモデルを更新して繰り返して推定した前記検査対象物の欠陥の位置と大きさから前記検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備える欠陥検査装置。 A defect inspection device comprising: a first thermo camera that measures the time change of the surface temperature distribution in a first temperature measurement area of an inspection object; a second thermo camera that measures the time change of the surface temperature distribution in a second temperature measurement area of the inspection object; a heating unit that heats a part of the first temperature measurement area; a heat flux inverse analysis unit that estimates the heat flux by the heating unit using a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on the measurement data of the first thermo camera and the second thermo camera; and a defect inverse analysis unit that estimates the position and size of a defect in the inspection object on a path along which heat is conducted from the first temperature measurement area to the second temperature measurement area of the inspection object using the estimation results of the heat flux inverse analysis unit, and an analysis unit that determines the presence or absence of an abnormality in the inspection object from the position and size of the defect in the inspection object estimated by repeatedly updating the model of each analysis based on the result of the other analysis and performing the estimation of the heat flux by the heat flux inverse analysis unit and the subsequent estimation of the defect by the defect inverse analysis unit. 前記欠陥逆解析部は、前記第2温度測定領域の温度分布の時間変化から前記検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定する請求項1に記載の欠陥検査装置。 The defect inspection device according to claim 1, wherein the defect inverse analysis unit estimates the position and size of the defect in the inspection object from the time change in the temperature distribution of the second temperature measurement area. 検査対象物の第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1サーモカメラと、前記検査対象物の第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第2サーモカメラと、前記第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、前記第1サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、前記加熱部による熱流束を推定する熱流束逆解析部、および前記熱流束逆解析部の推定結果と前記第2サーモカメラの測定データとに基づき、前記検査対象物の前記第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある前記検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定する欠陥逆解析部を有し、推定した前記検査対象物の欠陥の位置と大きさから前記検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備え、
前記解析部は、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定とその後に行う前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定とを他方の結果に基づき各解析のモデルを更新して繰り返す欠陥検査装置。
an analysis unit having a first thermo camera that measures a time change in a surface temperature distribution in a first temperature measurement area of an inspection object, a second thermo camera that measures a time change in a surface temperature distribution in a second temperature measurement area of the inspection object, a heating unit that heats a part of the first temperature measurement area, a heat flux inverse analysis unit that estimates a heat flux by the heating unit using a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on measurement data of the first thermo camera, and a defect inverse analysis unit that estimates a position and a size of a defect in the inspection object that is on a path along which heat is conducted from the first temperature measurement area to the second temperature measurement area of the inspection object based on an estimation result of the heat flux inverse analysis unit and the measurement data of the second thermo camera, and the presence or absence of an abnormality in the inspection object is determined from the estimated position and size of the defect in the inspection object,
The analysis unit is a defect inspection device that repeats the estimation of heat flux by the heat flux inverse analysis unit and the subsequent estimation of the defect by the defect inverse analysis unit by updating the model of each analysis based on the result of the other analysis.
前記欠陥逆解析部は、前記検査対象物の欠陥の分布を表す欠陥分布ベクトルを推定し、
前記解析部は、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定とその後に行う前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定との繰り返しを欠陥の推定結果の前回からの前記欠陥分布ベクトルの変化量が基準値以下となるまで繰り返す請求項に記載の欠陥検査装置。
the defect inverse analysis unit estimates a defect distribution vector representing a distribution of defects in the inspection object;
4. The defect inspection device according to claim 3, wherein the analysis unit repeats the process of estimating the heat flux by the heat flux inverse analysis unit and then estimating the defect by the defect inverse analysis unit until the change in the defect distribution vector from the previous defect estimation result becomes less than a reference value.
検査対象物の第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第1サーモカメラと、前記検査対象物の第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化を測定する第2サーモカメラと、前記第1温度測定領域の一部を加熱する加熱部と、前記第1サーモカメラおよび前記第2サーモカメラの測定データに基づき、3次元熱解析有限要素法モデルを用いて、前記加熱部による熱流束を推定し、この熱流束の推定結果を用いて前記検査対象物の前記第1温度測定領域から第2温度測定領域まで熱が伝導する経路上にある前記検査対象物の欠陥の位置と大きさを推定し、この欠陥の位置と大きさの推定結果を用いて再度熱流束を推定することを繰り返して、推定した前記検査対象物の欠陥の位置と大きさから前記検査対象物の異常の有無を判定する解析部と、を備え、
前記解析部は、モデル生成部と、推定部と、解析結果判定部とを備え、
前記モデル生成部は、前記検査対象物の形状および材質に基づいて形状モデルを作成し、さらに前記形状モデルから熱流束推定モデルおよび欠陥推定モデルを生成し、
前記推定部は、前記モデル生成部が生成した前記熱流束推定モデルと前記第1サーモカメラの測定データに基づき、前記加熱部による熱流束を推定する熱流束逆解析部と、前記モデル生成部が生成した前記欠陥推定モデルと前記第2サーモカメラの測定データに基づき、前記検査対象物の欠陥の位置と大きさとを推定する欠陥逆解析部とを備え、
前記モデル生成部は、前記熱流束逆解析部の推定結果を基に前記熱流束推定モデルの熱流束の境界条件を更新し、前記欠陥逆解析部の推定結果に基づき前記欠陥推定モデルの前記欠陥の位置の要素の熱伝導率を更新し、
前記モデル生成部および前記推定部は協働して、前記欠陥の位置の要素数の変化量が基準値以下になるまで、前記熱流束逆解析部による熱流束の推定と前記欠陥逆解析部による前記欠陥の推定、さらに前記モデル生成部による前記形状モデルの更新、および前記形状モデルの更新に基づいた前記熱流束推定モデルと前記欠陥推定モデルの変更を繰り返し、
前記解析結果判定部は、前記欠陥の位置の要素数の変化量が基準値以下になったとき、前記欠陥の大きさと位置から前記検査対象物の異常の有無を判定する欠陥検査装置。
the first thermo camera measuring the time change of the surface temperature distribution in a first temperature measurement area of the inspection object; a second thermo camera measuring the time change of the surface temperature distribution in a second temperature measurement area of the inspection object; a heating unit heating a part of the first temperature measurement area; and an analysis unit estimating a heat flux by the heating unit using a three-dimensional thermal analysis finite element method model based on measurement data of the first thermo camera and the second thermo camera, estimating a position and a size of a defect in the inspection object on a path along which heat is conducted from the first temperature measurement area to the second temperature measurement area of the inspection object using the estimated heat flux result, and repeating the process of estimating the heat flux again using the estimated position and size of the defect in the inspection object to determine the presence or absence of an abnormality in the inspection object from the estimated position and size of the defect in the inspection object,
the analysis unit includes a model generation unit, an estimation unit, and an analysis result determination unit;
the model generation unit creates a shape model based on a shape and a material of the inspection object, and further generates a heat flux estimation model and a defect estimation model from the shape model;
the estimation unit includes a heat flux inverse analysis unit that estimates a heat flux caused by the heating unit based on the heat flux estimation model generated by the model generation unit and measurement data of the first thermo camera, and a defect inverse analysis unit that estimates a position and a size of a defect in the inspection object based on the defect estimation model generated by the model generation unit and measurement data of the second thermo camera,
the model generation unit updates a boundary condition of a heat flux of the heat flux estimation model based on an estimation result of the heat flux inverse analysis unit, and updates a thermal conductivity of an element at a position of the defect of the defect estimation model based on an estimation result of the defect inverse analysis unit;
the model generation unit and the estimation unit cooperate to repeat the following steps: estimating the heat flux by the heat flux inverse analysis unit, estimating the defect by the defect inverse analysis unit, updating the shape model by the model generation unit, and modifying the heat flux estimation model and the defect estimation model based on the update of the shape model, until a change in the number of elements at the position of the defect becomes equal to or less than a reference value;
The analysis result determination unit is a defect inspection device that determines whether or not the object to be inspected has an abnormality based on the size and position of the defect when a change in the number of elements at the position of the defect falls below a reference value.
前記モデル生成部は、形状モデル生成部と、熱流束推定モデル生成部と、欠陥推定モデル生成部とを備え、
前記形状モデル生成部は、前記検査対象物のあらかじめ設定された形状および材質に基づいて、前記検査対象物の前記形状モデルを生成し、
前記熱流束推定モデル生成部は、前記形状モデル生成部が生成した前記形状モデルから、前記熱流束推定モデルを生成し、
前記欠陥推定モデル生成部は、前記形状モデル生成部が生成した前記形状モデルから、前記欠陥推定モデルを生成する、請求項5に記載の欠陥検査装置。
the model generation unit includes a shape model generation unit, a heat flux estimation model generation unit, and a defect estimation model generation unit;
the shape model generation unit generates the shape model of the object to be inspected based on a preset shape and material of the object to be inspected;
the heat flux estimation model generation unit generates the heat flux estimation model from the shape model generated by the shape model generation unit;
The defect inspection device according to claim 5 , wherein the defect estimation model generating unit generates the defect estimation model from the shape model generated by the shape model generating unit.
1台のサーモカメラで、前記検査対象物の前記第1温度測定領域の表面温度分布の時間変化の測定および前記検査対象物の前記第2温度測定領域の表面温度分布の時間変化の測定を行う構成とした、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の欠陥検査装置。 A defect inspection device as described in any one of claims 1 to 6, configured to measure the time change of the surface temperature distribution of the first temperature measurement area of the inspection object and the time change of the surface temperature distribution of the second temperature measurement area of the inspection object using a single thermal camera. 前記加熱部と前記第1サーモカメラとの相対位置が固定されている構成とした、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の欠陥検査装置。 7. The defect inspection device according to claim 1, wherein a relative position between the heating unit and the first thermo camera is fixed. 前記検査対象物の構造から構造解析によって、前記検査対象物の欠陥の発生が予想される領域をあらかじめ決定して、前記解析部の前記モデル生成部に前記欠陥の発生が予想される領域のデータをあらかじめ設定する構成とした、請求項5または請求項6に記載の欠陥検査装置。 7. The defect inspection device according to claim 5 or claim 6, configured to determine in advance a region in which a defect is expected to occur in the inspection object through a structural analysis of the structure of the inspection object, and to set in advance data of the region in which the defect is expected to occur in the model generation unit of the analysis unit. 前記検査対象物は複数の部品から構成され、
前記検査対象物の欠陥による前記複数の部品の接触面の面圧を構造解析で求め、前記接触面の面圧を前記解析部の前記モデル生成部にあらかじめ設定する構成とし、
前記解析部の前記モデル生成部は、前記検査対象物の形状モデルを生成し、前記接触面の面圧から接触熱抵抗を算出し、前記熱流束推定モデルおよび前記欠陥推定モデルの生成に用いる、請求項5に記載の欠陥検査装置。
The inspection object is composed of a plurality of parts,
A surface pressure on the contact surfaces of the plurality of components due to a defect in the inspection object is obtained by a structural analysis, and the surface pressure on the contact surfaces is set in advance in the model generation unit of the analysis unit;
6. The defect inspection device according to claim 5, wherein the model generation unit of the analysis unit generates a shape model of the object to be inspected, calculates a contact thermal resistance from a surface pressure of the contact surface, and uses the calculated contact thermal resistance in generating the heat flux estimation model and the defect estimation model.
前記加熱部は、放射熱で加熱対象表面を加熱する機器、レーザーで加熱対象表面を加熱する機器、あるいは電磁誘導で加熱対象表面を加熱する機器のいずれかの非接触加熱機器である、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の欠陥検査装置。 The defect inspection device according to any one of claims 1 to 10, wherein the heating unit is a non-contact heating device which is either an equipment for heating the surface of the heating target with radiant heat , an equipment for heating the surface of the heating target with a laser, or an equipment for heating the surface of the heating target with electromagnetic induction.
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