サーモグラフィー検査

サーモグラフィー検査とは、物体の表面の温度場、勾配、パターン (「サーモグラム」) を画像化することで、部品、材料、またはシステムを非破壊検査(NDT) することです。検査対象によって医療用サーモグラフィーと区別されます。サーモグラフィー検査では一般に無生物を検査しますが、医療用サーモグラフィーでは一般に生体を検査します。一般に、サーモグラフィー検査は赤外線センサー (サーモグラフィーカメラ) を使用して実行されます。

用語

サーモグラフィーとは、サーモグラムの視覚化を指し、使用される技術に関係なく、すべてのサーモグラフィー検査技術を網羅します。たとえば、温度場を測定するために表面に塗布された温度感応コーティングは、熱伝導に基づくサーモグラフィー検査接触技術であり、赤外線センサーは使用されません。

赤外線サーモグラフィーとは、赤外線に敏感な検出器を使用して、物体の表面のサーモグラムを非侵入的かつ非接触でマッピングすることを指します。^[1]

赤外線サーモグラフィーを指す用語は他にもたくさん広く使われていますが、どの用語を採用するかは著者の経歴や好みによって異なります。たとえば、ビデオサーモグラフィーやサーマルイメージングは、動画として表示できる時間的な一連の画像を取得することに注目しています。パルスエコーサーモグラフィーやサーマルウェーブイメージング^[2]^[3]^[4]^[5]は、熱の波動性を強調するために採用されています。パルスビデオサーモグラフィー^[6]^[7]、過渡サーモグラフィー^[8]^[9]^[10]、フラッシュサーモグラフィーは、短いエネルギーパルスを使用して標本を刺激するときに使用されます。^[11]

特徴

超音波検査や放射線検査などの他の従来の非破壊検査技術と比較すると、サーモグラフィー検査は安全で、非侵入的であり、通常は非接触であるため、広い表面（通常は一度に 30 x 30 cm（12 x 12 インチ）の領域をカバーしますが、より大きな表面の検査も可能です）の下の比較的浅い表面下の欠陥（深さ数ミリメートル）を迅速に（構成に応じて数分から数分）検出できます。

テクニック

さらに、サーモグラフィ検査には相互に排他的な 2 つのアプローチがあります。

受動的で、関心のある特徴は背景よりも自然に高いか低い温度にあり、検査対象のシステムにエネルギーが導入されません。たとえば、熱画像カメラを使用して現場の人々を監視する場合などです。
アクティブでは、対象の特徴と背景の間に熱コントラストを生成するためにエネルギー源が必要です。たとえば、航空機部品の内部欠陥は、部品を超音波エネルギーで励起することで特定できます。欠陥は摩擦熱を通じて超音波エネルギーに反応し、熱画像カメラで検出できます。

受動的なテクニック

通常、パッシブ技術では、赤外線センサーからの情報がモニターに表示されます。これらの画像は白黒または疑似カラーで視覚化できます。パッシブ技術では、周囲温度より 0.01 °C 高いまたは低い温度差も検出できます。

アクティブテクニック

アクティブ技術は、付与されるエネルギーの種類（通常は光学的または音響的）、エネルギーが外部から適用されるか内部から適用されるか、および励起モードに応じてさらに細分化される場合があります。

欠陥領域と非欠陥領域の間に熱コントラストを生じさせるために、さまざまなエネルギー源を使用することができます。外部励起では、エネルギーが表面に照射され、材料が欠陥に遭遇するまで材料内を伝播します。内部励起では、エネルギーが試料に注入され、欠陥のみを刺激します。通常、外部励起は、写真用フラッシュ（熱パルス刺激用）やハロゲンランプ（周期加熱用）などの光学装置を使用して行われますが、内部励起は、バースト刺激と振幅変調刺激の両方に音波または超音波トランスデューサー^[12]を使用した機械的振動によって実現できます。^[13]

図に示されているように、これら 2 つの励起モードに基づく3 つの古典的なアクティブサーモグラフィー技術があります。外部から適用される光学技術であるロックイン (または変調) サーモグラフィーとパルスサーモグラフィー、および内部の特徴を励起するために超音波 (振幅変調またはパルス) を使用する振動サーモグラフィー^[14]です。振動サーモグラフィーでは、外部の機械的エネルギー源が、物体の欠陥領域と欠陥のない領域の間に温度差を引き起こします。この場合、温度差が、人間の目には見えない赤外線の広い電磁スペクトルの放射を引き起こす主な要因です。その後、物体の表面の温度分布をマッピングするプロセスを通じて、赤外線カメラで欠陥の位置を検出できます。^[14]

参照

参考文献

^ Maldague XPV、Jones TS、Kaplan H.、Marinetti S.、Prystay M. (2001)。「2: 赤外線および熱試験の基礎、パート 1. 赤外線および熱試験の原理」。X. Maldague (技術)、PO Moore (編)。非破壊試験ハンドブック。第 3 巻、赤外線および熱試験 (第 3 版)。オハイオ州コロンバス: 米国非破壊試験協会。ISBN 1-57117-044-8。
^ Favro, LD; Han, X. (1998). 「熱波材料特性評価と熱波イメージング」。 Birnbaum, G.; Auld, BA (編)。材料特性評価、処理、製造のためのセンシング、ASNT TONES。第 1 巻。米国非破壊検査協会。 pp. 399–415。ISBN 978-1571170675。
^ Han, X.; Favro, LD; Kuo, PK; Thomas, RL (1996). 「Early-Time Pulse-Echo Thermal Wave Imaging」 Thompson, DO; Chimenti, DE (eds.) 著『Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation』第 15 巻。マサチューセッツ州ボストン: Springer。pp. 519–524。doi : 10.1007 / 978-1-4613-0383-1_66。ISBN 978-1-4613-0383-1. 2022年11月10日閲覧。
^ Favro, LD; Han, X.; Wang, Y.; Kuo, PK; Thomas, RL (1995). 「パルスエコー熱波イメージング」 Thompson, DO; Chimenti, DE (編)。定量的非破壊評価の進歩のレビュー。マサチューセッツ州ボストン: Springer。pp. 14:425–429。CiteSeerX 10.1.1.1028.3194 。doi : 10.1007 / 978-1-4615-1987-4_50。ISBN 978-1-4615-1987-4。
^ Favro, Lawrence D.; Han, Xiaoyan; Kuo, Pao-Kuang; Thomas, Robert L. (1995 年 3 月 28 日)。反射熱波パルスの初期挙動の画像化。Thermosense XVII: SPIE の 1995 年 OE/航空宇宙センシングおよびデュアルユースフォトニクスに関するシンポジウム。第 2473 巻。フロリダ州オーランド: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)。pp. 162–166。doi :10.1117/12.204850。
^ Milne JM; Reynolds WN (1985 年 3 月 20 日)。「熱パルスビデオサーモグラフィーによる複合材料およびその他の材料の非破壊評価」。Thermosense VII: 診断および制御のための熱赤外線センシング。第 520 巻。ケンブリッジ、米国: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)。pp. 119–122。doi :10.1117/12.946141。
^ Reynolds, WN (1986). 「工業材料に適用されるサーモグラフィー法」. Canadian Journal of Physics . 64 (9). Canadian Science Publishing: 1150–1154. Bibcode :1986CaJPh..64.1150R. doi :10.1139/p86-200. ISSN 0008-4204.
^ Almond, DP; Lau, SK (1994). 「過渡サーモグラフィーによる欠陥サイジング。I. 解析的処理」。Journal of Physics D: Applied Physics 27 ( 5): 1063–1069. Bibcode :1994JPhD...27.1063A. doi :10.1088/0022-3727/27/5/027. ISSN 0022-3727. S2CID 250814247.
^ Almond, DP; Lau, SK (1993-06-21). 「過渡サーモグラフィーにおけるエッジ効果と欠陥サイズ測定法」.応用物理学レター. 62 (25). AIP Publishing: 3369–3371. Bibcode :1993ApPhL..62.3369A. doi :10.1063/1.109074. ISSN 0003-6951.
^ Saintey, MB; Almond, DP (1995 年 12 月). 「過渡サーモグラフィーによる欠陥サイジング。II. 数値処理」. Journal of Physics D: Applied Physics . 28 (12): 2539–2546. Bibcode :1995JPhD...28.2539S. doi :10.1088/0022-3727/28/12/023. ISSN 0022-3727. S2CID 250751536.
^ Parker, WJ; Jenkins, RJ; Butler , CP; Abbott, GL (1961 年 9 月 1 日)。「熱拡散率、熱容量、熱伝導率を測定するフラッシュ法」。応用物理学ジャーナル。32 ( 9 ): 1679–1684。Bibcode : 1961JAP ....32.1679P。doi :10.1063/1.1728417。ISSN 0021-8979 。
^レンショー、ジェレミー・ブレイク、チェン、 ジョン・C.、ホランド、スティーブン・D.、トンプソン、R.ブルース（2011年12月）。「振動熱画像法における熱発生源」。NDT＆Eインターナショナル。44 （8）。非破壊評価センター出版物：736–739。doi ： 10.1016/j.ndteint.2011.07.012。
^ イラナ、エゴール。「クリップオンサーマルスコープ」vtoptics.com 。 2019年11月6日閲覧。
^ ab Parvasi, Seyed Mohammad; Xu, Changhang; Kong, Qingzhao; Song, Gangbing (2016 年 4 月 3 日). 「低電力圧電セラミックベースの超音波アクチュエータを使用した振動熱画像法による複数の薄い表面亀裂の検出 - 実験検証による数値研究」. Smart Materials and Structures . 25 (5): 055042. Bibcode :2016SMaS...25e5042P. doi :10.1088/0964-1726/25/5/055042. ISSN 0964-1726. S2CID 113264322.

外部リンク

多極赤外線視覚に関するカナダ研究員 – MiViM
アクティブサーモグラフィーと赤外線非破壊検査、西ボヘミア大学、新技術研究センター、技術プロセスの熱力学部門

[1] Maldague XPV、Jones TS、Kaplan H.、Marinetti S.、Prystay M. (2001)。「2: 赤外線および熱試験の基礎、パート 1. 赤外線および熱試験の原理」。X. Maldague (技術)、PO Moore (編)。非破壊試験ハンドブック。第 3 巻、赤外線および熱試験 (第 3 版)。オハイオ州コロンバス: 米国非破壊試験協会。ISBN 1-57117-044-8。

[2] Favro, LD; Han, X. (1998). 「熱波材料特性評価と熱波イメージング」。 Birnbaum, G.; Auld, BA (編)。材料特性評価、処理、製造のためのセンシング、ASNT TONES。第 1 巻。米国非破壊検査協会。 pp. 399–415。ISBN 978-1571170675。

[3] Han, X.; Favro, LD; Kuo, PK; Thomas, RL (1996). 「Early-Time Pulse-Echo Thermal Wave Imaging」 Thompson, DO; Chimenti, DE (eds.) 著『Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation』第 15 巻。マサチューセッツ州ボストン: Springer。pp. 519–524。doi : 10.1007 / 978-1-4613-0383-1_66。ISBN 978-1-4613-0383-1. 2022年11月10日閲覧。

[4] Favro, LD; Han, X.; Wang, Y.; Kuo, PK; Thomas, RL (1995). 「パルスエコー熱波イメージング」 Thompson, DO; Chimenti, DE (編)。定量的非破壊評価の進歩のレビュー。マサチューセッツ州ボストン: Springer。pp. 14:425–429。CiteSeerX 10.1.1.1028.3194 。doi : 10.1007 / 978-1-4615-1987-4_50。ISBN 978-1-4615-1987-4。

[5] Favro, Lawrence D.; Han, Xiaoyan; Kuo, Pao-Kuang; Thomas, Robert L. (1995 年 3 月 28 日)。反射熱波パルスの初期挙動の画像化。Thermosense XVII: SPIE の 1995 年 OE/航空宇宙センシングおよびデュアルユースフォトニクスに関するシンポジウム。第 2473 巻。フロリダ州オーランド: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)。pp. 162–166。doi :10.1117/12.204850。

[6] Milne JM; Reynolds WN (1985 年 3 月 20 日)。「熱パルスビデオサーモグラフィーによる複合材料およびその他の材料の非破壊評価」。Thermosense VII: 診断および制御のための熱赤外線センシング。第 520 巻。ケンブリッジ、米国: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)。pp. 119–122。doi :10.1117/12.946141。

[7] Reynolds, WN (1986). 「工業材料に適用されるサーモグラフィー法」. Canadian Journal of Physics . 64 (9). Canadian Science Publishing: 1150–1154. Bibcode :1986CaJPh..64.1150R. doi :10.1139/p86-200. ISSN 0008-4204.

[8] Almond, DP; Lau, SK (1994). 「過渡サーモグラフィーによる欠陥サイジング。I. 解析的処理」。Journal of Physics D: Applied Physics 27 ( 5): 1063–1069. Bibcode :1994JPhD...27.1063A. doi :10.1088/0022-3727/27/5/027. ISSN 0022-3727. S2CID 250814247.

[9] Almond, DP; Lau, SK (1993-06-21). 「過渡サーモグラフィーにおけるエッジ効果と欠陥サイズ測定法」.応用物理学レター. 62 (25). AIP Publishing: 3369–3371. Bibcode :1993ApPhL..62.3369A. doi :10.1063/1.109074. ISSN 0003-6951.

[10] Saintey, MB; Almond, DP (1995 年 12 月). 「過渡サーモグラフィーによる欠陥サイジング。II. 数値処理」. Journal of Physics D: Applied Physics . 28 (12): 2539–2546. Bibcode :1995JPhD...28.2539S. doi :10.1088/0022-3727/28/12/023. ISSN 0022-3727. S2CID 250751536.

[11] ^ Parker, WJ; Jenkins, RJ; Butler , CP; Abbott, GL (1961 年 9 月 1 日)。「熱拡散率、熱容量、熱伝導率を測定するフラッシュ法」。応用物理学ジャーナル。32 ( 9 ): 1679–1684。Bibcode : 1961JAP ....32.1679P。doi :10.1063/1.1728417。ISSN 0021-8979 。

[12] ^レンショー、ジェレミー・ブレイク、チェン、 ジョン・C.、ホランド、スティーブン・D.、トンプソン、R.ブルース（2011年12月）。「振動熱画像法における熱発生源」。NDT＆Eインターナショナル。44 （8）。非破壊評価センター出版物：736–739。doi ： 10.1016/j.ndteint.2011.07.012。

[13] イラナ、エゴール。「クリップオンサーマルスコープ」vtoptics.com 。 2019年11月6日閲覧。

[Parvasi-14] Parvasi, Seyed Mohammad; Xu, Changhang; Kong, Qingzhao; Song, Gangbing (2016 年 4 月 3 日). 「低電力圧電セラミックベースの超音波アクチュエータを使用した振動熱画像法による複数の薄い表面亀裂の検出 - 実験検証による数値研究」. Smart Materials and Structures . 25 (5): 055042. Bibcode :2016SMaS...25e5042P. doi :10.1088/0964-1726/25/5/055042. ISSN 0964-1726. S2CID 113264322.