JPH03197828A - 赤外線カメラによる温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、赤外線カメラにより温度差の大きい測定対
象物を撮像しその熱像を得る場合に、所望の温度分解能
により加熱前後における測定対象物を複数の温度測定レ
ンジを切換え撮像して得られた熱像を信号処理し、高い
温度分解能により欠陥部を容易に検出できる赤外線カメ
ラによる温度測定方法に関するものである。

［従来の技術］ パイプ等の内部が腐蝕し、減肉した場合に、外部よりこ
の減肉を診断する方法の１つとして、赤外線カメラによ
る温度測定方法がある。この方法はまずパイプ等の被測
定体の表面を均一に加熱する。するとこの加熱によりパ
イプの表面温度は上昇するが、もしもバイブに減肉部が
あると、熱容量の差に基づき肉厚の薄い欠陥部は肉厚の
厚い正常部よりも温度上昇が大きく、２つの部分には温
度差が生じる。従って赤外線カメラで加熱後のバイブ表
面の温度を測定すれば、どの部分に減肉部があるか、ま
たその温度差により減肉の程度を診断することができる
。

第９図（ａ）は−膜内な赤外線カメラによる温度Ａ１１
ｊ定装置の構成図であり、１は赤外線カメラ、２はパー
ソナルコンピュータ（以下パソコンという）、３は通常
はカラー表示できるＣＲＴ表示器、４は被ａｌｌ定休の
バイブである。またバイブ４は′ＡＰ１定用の加熱をす
る以前に、既に太陽による輻射熱により大きな温度差が
生じている例を示す。

第９図（ｂ）は同図（ａ）の温度測定装置により＆１定
された温度分布例を示す図であり、横軸はバイブ表面の
位置を、縦軸はａｌ定温度である。同図においては、バ
イブ表面の温度は最高で２８℃、最低で２０℃、即ち８
℃の温度差により分′布し、この温度分布は当然太陽光
がバイブ表面に垂直に照射する表面の中心部が最高温度
となり、周辺部になるにつれて次第に温度が低下するよ
うになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の赤外線温度測定装置に使用される赤
外線カメラは、ＣＲＴ表示器に表示する１画面分（例え
ば２５６　Ｘ２Ｏ３程度）熱画素を有し、温度分解能を
所望の値に設定する（例えば最高分解能は０．０１℃で
、以下０．０２℃、０．０３℃、０．０４℃・・と任意
な値に設定できる）と、各熱画素は赤外線の受光量に基
づき、指定された測定温度の下限値から前記設定された
温度分解能により決まる温度範囲の温度情報（例えば量
子化後の８ビツト、０〜２５５の値のデータ）を有する
。

従って’ｔＭ　ｒ１分解能を最高の０．０１℃／　ｂｉ
ｔとすると、測定可能な温度範囲は０．０１℃Ｘ２５Ｂ
　−２，５６℃となる。いまＡＰＩ定温度の下限値を２
０℃とすると温度測定レンジは２０℃〜２２．５５℃と
なる。しかし第９図（ｂ）の測定による温度差は８℃で
あるので、１回の測定ではバイブ温度全域をカバーでき
ない。

パイプ温度全域を１回の測定でカバーするために、温度
分解能を例えば０．０４℃／　ｂｉｔと低下させれば、
０．０４℃Ｘ　２５Ｂ　−１０，２４℃の温度範囲はカ
バーできる。

従ってａｐｌ定対象物に大きな温度差がある場合には、
赤外線カメラの温度分解能を上げて欠陥部の検出を容易
にしようとしても、赤外線カメラの１熱画素当りの温度
情報量（通常８ビツト）の制限により測定対象物全体の
測定ができず、また測定温度範囲を広げると温度分解能
が低下して欠陥部の検出が困難になるという問題点があ
った。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、ＡＰＩ定対象物に大きな温度差があっても、温度分
解能を低下させないでＩＩＦＪ定対象物全体の熱像を作
成し、その欠陥部を容易に検出できる赤外線カメラによ
る温度測定方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る赤外線カメラによる温度測定方法は、赤
外線カメラにより温度差の大きい測定対象物を撮像しそ
の熱像を得る場合に、所望の温度分解能によっては測定
対象物全体の温度範囲をカバーできないときに、前記温
度範囲を分割しそれぞれ所望の温度分解能で測定する複
数の第１の温度測定レンジを設定し、該設定された第１
の各温度測定レンジを切換え撮像して得られた有効熱像
を合成して第１の合成熱像を作成し、次に前記測定対象
面全体を加熱しほぼ一定の温度上昇を行わせた状態で、
前記温度上昇分に対応して前記複数の第１の温度ＪＦＪ
定レンジをシフトさせた同数の第２の温度ΔＩＩＩ定レ
ンジを設定し、該設定された第２の各温度ｉ’ｌ）Ｊ定
しンジを切換え撮像して得られた有効熱像を合成して第
２の合成熱像を作成し、前記第２の合成熱像の熱データ
よりこれと同一撮像位置にある第１の合成熱像の熱デー
タを減算して偏差値熱像を算出し、該偏差値熱像のもつ
平均的熱データよりも突出して高い熱データを有する熱
像部を識別することにより測定対象物の欠陥部を検出す
ることができる信号処理手段を備えたものである。

［作用コ この発明においては、赤外線カメラにより温度差の大き
い測定対象物を撮像しその熱像を得る場合に、所望の温
度分解能によっては測定対象物全体の温度範囲をカバー
できないときに、赤外線カメラにより撮像された熱像信
号を処理する信号処理手段により、前記温度範囲を分割
しそれぞれ所望の温度分解能でａｊ定する複数の第１の
温度ａｌｌ＋定レンジを設定し、該設定された第１の各
温度測定レンジを切換え撮像して得られた有効熱像を合
成して第１の合成熱像を作成し、次に前記測定対象面全
体を加熱しほぼ一定の温度上昇を行わせた状態で、前記
温度上昇分に対応して前記複数の第１の温度７１１１７
定レンジをシフトさせた同数の第２の温度測定レンジを
設定し、該設定された第２の各温度ｎ１定レンジを切換
え撮像して得られた有効熱像を合成して第２の合成熱像
を作成し、前記第２の合成熱像の熱データよりこれと同
一撮像位置にある第１の合成熱像の熱データを減算して
偏差値熱像を算出し、該偏差値熱像のもつ平均的熱デー
タよりも突出して高い熱データを有する熱像部を識別す
ることにより測定対象物の欠陥部を検出する。

［実施例］ 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る加熱前の測定レン
ジ分割撮像とその熱画像有効範囲を示す図である。本実
施例においては、従来例の場合と同様に赤外線カメラ１
により撮像される熱画像の各画素の温度データは８ビツ
トとし、温度分解能は最高の０．０１”Ｃ／　ｂｉｔに
設定され、測定が可能な温度範囲は０，０１℃Ｘ２５Ｂ
−２，５Ｂ℃とする。この場合同図の（ａ）　、（ｂ）
　、（ｃ）　、（ｄ）は赤外線カメラにより熱画像を得
る各測定レンジを、２０″〜２２．５５℃、２２．５８
　”〜２５．１１　’Ｃ１２５，１２＠〜２７．８７℃
、２７、ｉ３８　”〜：９０．２３℃のそれぞれ重複し
ない４つの測定レンジに分割し、この分割された４つの
測定レンジを順次切換え測定対象物（本例ではバイブ４
）の赤外線熱像を撮像し、この各測定レンジにおける熱
像有効範囲をそれぞれＤＳＣ，Ｂ、Ａとして示している
。そして各熱像有効範囲Ｄ−Ａ内の熱像データは、パソ
コン２により以下に説明するように、重ね合せや減算等
の信号処理が行われ、その処理結果はＣＲ７表示器３に
表示される。

第２図（ａ）及び（ｂ）は第１図の各Ｊｌ定レンジによ
り撮像された熱像有効範囲を重ね合せた合成画像とその
断面熱像データ値を示す図である。同図（ａ）において
は彼７％）定休の全体が熱像有効範囲Ａ〜Ｄを重ね合せ
た合成画像によりカバーされていることを示している。

また同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｙ断面による各熱像
位置を横軸として、縦軸は横軸に対応した位置における
熱像データ値をそのまま示している。従ってこの熱像デ
ータ値は温度の絶対値を無視して、各温度測定レンジの
下限値（２０℃、２２．５６℃、２５．１２℃、２７．
６８℃）をデータ値“０”として、この下限値から測定
された２進８ビツトのデータで最高を“２５５”とする
データ値がそのまま示されている。

次に赤外線カメラ１とδＰ１定対象物（本例ではバイブ
４）との相互位置を固定したまま、測定対象物に含まれ
る欠陥部を検出するため、Δｐ１定対象物を加熱する。

この加熱はできるだけＡＦＩ定対象面全体を均一に一定
温度だけ上昇させるように行うことが望ましい。

第３図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る加熱後の４−１定
レンジ分割撮像とその熱画像有効範囲を示す図である。

第３図においては、第１図の加熱前の被ａｐｌ定休の測
定対象面に均一に熱負荷を加え全体を一定温度、例えば
３℃上昇させた例を示す。この場合赤外線カメラ１の各
温度測定レンジも３℃シフトさせて、２３°〜２５．５
５℃、２５．５Ｂ°〜２８．１１℃、２８．１２　”〜
３．０　、６７℃、３０．８８　’〜３３．２３℃に変
更し、この変更後の各測定レンジを順次高速で切換え測
定対象物の赤外線熱像を撮像する。第３図（ａ）〜（ｄ
）にこの加熱後の各温度測定レンジとこの各レンジで撮
像された熱像有効範囲り、Ｃ，Ｂ。

Ａがそれぞれ示される。本例の場合赤外線カメラ１とバ
イブ４の相互位置は固定されているので、第３図と第１
図の熱像有効範囲Ｄ−Ａはバイブ４の同一位置となる。

第４図（ａ）及び（ｂ）は第３図の各測定レンジにより
撮像された熱像有効範囲を重ね合せた合成画像とその断
面熱像データ値を示す図であり、横軸及び縦軸は第２図
と全く同一である。

第５図（ａ）及び（ｂ）は、第４図（ａ）及び（ｂ）ノ
熱像データから第２図（ａ）及び（ｂ）の熱像データの
減算処理を示す図である。この減算処理は測定対象物が
加熱前にもっていた温度分布の影響を除去して、加熱に
より欠陥部から発生する異常温度上昇の検出を容品にす
るために行う信号処理である。

第５図（ａ）は第４図（ａ）の各測定レンジ毎の熱像有
効範囲内の熱像データから第２図（ａ）の対応する同一
位置の熱像データが減算され、この減算処理後の差分値
（偏差値）による偏差値熱像が表示される。また同図（
ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｙ断面における熱偏差値が表示
される。本例の場合Ｘ−Ｙ１１′ｒ而位置が固定される
ので、第４図（ｂ）と第２図（ｂ）の熱像データの偏差
値が表示されたと考えてもよい。この実施例において、
測定対象面が理想的にすべて均一に３℃上昇するように
加熱された場合は、加熱後の各温度測定レンジを３℃シ
フトさせているので、上記減算処理後の偏差値はすべて
ゼロである。しかし測定対象面をすべて均一に３℃上昇
させるように加熱することは容易でないので、もしも一
部に３．１℃とが３．２℃温度上昇した正常部があれば
、この場合上記減算処理後の熱偏差値は、０．１　℃と
が０．２℃の温度データをもつ熱像としてＣＲＴ表示部
３に表示される。従ってｌ１ｌｌＪ定対象而がすべて正
常部の場合は、この減算処理後の熱偏差値はほぼゼロに
近い値、又はある一定値から急激に変化しない値となる
。しがもこの場合の温度分解能はＯ，ＯＬ”Ｃに保たれ
た熱像データとなっている。その故もしもこの第５図（
ａ）に示される偏差値熱像において、熱偏差値が急激に
上昇する部分があれば、この部分は欠陥部であると推定
することができる。

第６図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る加熱前後における
各ｆｌＰｊ定レンジしの熱像有効範囲の重ね合せ合成画
像とその断面熱像データ値を示す図であり、減肉欠陥部
が存在する場合の例を示している。同図（ａ）及び（ｂ
）は加熱前の状態における各測定レンジ毎の熱像有効範
囲Ｄ−Ａを重ね合せた合成画像とその断面熱像データを
示す図で、それぞれ第２図（ａ）及び（ｂ）と同一のも
のである。同図（Ｃ）及び（ｄ）は熱負荷により測定対
象面全体を均一に加熱し、内域欠陥部のみに温度上昇が
大きく、その他の部分は３℃上昇した場合の各δ１ｊ定
レンジ毎の熱像有効範囲の重ね合せ合成画像と、この合
成画像のＸ−Ｙ断面における熱像データ値を示している
。同図（ｃ）には熱像有効範囲Ａの中央に欠陥部があり
、Ｘ−Ｙ断面における同図（ｄ）の対応する位置でも熱
像データ値が上昇していることが判る。

Ｔ５７図（ａ）及び（ｂ）は第６図（ｅ）及び（ｄ）の
熱像データから同図（ａ）及び（ｂ）の熱像データの減
算処理を示す図であり、欠陥部のない場合の第５図（ａ
）及び（ｂ）に対応している。第５図（ａ）のＸ−Ｙｒ
Ｔｒ面熱像には欠陥部がないので、同図（ｂ）のデータ
偏差値はほぼゼロに近い値となっている。

しかし第７図（ａ）のＸ−Ｙ断面熱像には欠陥部が含ま
れているため、同図（ｂ）の熱闘差値には平均的な温度
上昇のほかに温度の異常上昇値が示される。従ってこの
異常上昇値から欠陥部の存在が検出できる。

第８図（ａ）及び（ｂ）は本発明による方法と従来の方
法による欠陥部を示すデータの大きさの相違を示す図で
ある。同図（ａ）では、本発明による熱偏差値は０．０
１℃の温度分解能により欠陥部が明確に示されるが、同
図（ｂ）では従来の方法による熱像データ値は０．０４
℃の温度分解能のため欠陥部の検出が困難であることが
示される。

なお、上記実施例においては、測定対象物の欠陥部を検
出する目的の赤外線カメラの温度測定方法の例を示した
が、本発明は温度差が大きい、１１１１定対象物を高い
温度分解能により測定したい場合に、複数の分割された
温度ａＰＩ定レンジによりそれぞれ撮像された分割熱像
を合成する手法により測定対象物全体の温度分布を測定
する一般的な赤外線カメラによる温度測定方法として利
用できることは明白である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、赤外線カメラにより温
度差の大きい測定対象物を撮像しその熱像を得る場合に
、所望の温度分解能によってはａｌｌ定対象物全体の温
度範囲をカバーできないときに、加熱前後における測定
対象物の温度範囲を分割しそれぞれ所望の温度分解能で
測定する複数の第１及び第２の温度δＩＩＪ定レンジを
設定し、加熱前後において前記第１及び第２の各温度１
ＴＰ１定レンジを切換え撮像後、合成されて得られた２
つの合成熱像の偏差値熱像から周囲より突出した高い熱
データを有する熱像部を欠陥部として検出するようにし
たので、従来不可能であった温度差の大きい測定対象物
を高い温度分解能によりａｌｌｌ定し、その欠陥部を容
易に検出できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る加熱前の測定レン
ジ分割撮像とその熱画像有効範囲を示す図、第２図（ａ
）及び（ｂ）は第１図の各７１Ｐ＋定レンジにより撮像
された熱像有効範囲を重ね合せた合成画像とその断面熱
像データ値を示す図である。第３図（ａ）〜（ｄ）は本
発明に係る加熱後のΔｔ１定レンジ分割撮像とその熱画
像有効範囲を示す図である。第４図（ａ）及び（ｂ）は
第３図の各測定レンジにより撮像された熱像有効範囲を
重ね合せた合成画像とその断面熱像データを示す図、第
５図（ａ）及び（ｂ）はＴＳ４図（ａ）及び（ｂ）の熱
像データから第２図（ａ）及び（ｂ）の熱像データの減
算処理を示す図、第６図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る
加熱前後における各測定レンジ毎の熱像有効範囲の重ね
合せ合成画像とその断面熱像データ値を示す図、第７図
（ａ）及び（ｂ）は第６図（ｃ）及び（ｄ）の熱像デー
タから同図（ａ）及び（ｂ）熱像データの減算処理を示
す図、第８図（ａ）及び（ｂ）は本発明による方法と従
来の方法による欠陥部を示すデータの大きさの相違を示
す図、第９図（ａ）は−膜内な赤外線カメラによる温度
測定装置の構成図、第９図（ｂ）は同図（ａ）の温度測
定装置により測定された温度分布例を示す図である。 図において、１は赤外線カメラ、２はパソコン、３はＣ
ＲＴ表示器、４はパイプである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　赤外線カメラにより温度差の大きい測定対象物を撮像
   しその熱像を得る場合に、所望の温度分解能によっては
   測定対象物全体の温度範囲をカバーできないときに、前
   記温度範囲を分割しそれぞれ所望の温度分解能で測定す
   る複数の第１の温度測定レンジを設定し、該設定された
   第１の各温度測定レンジを切換え撮像して得られた有効
   熱像を合成して第１の合成熱像を作成し、次に前記測定
   対象面全体を加熱しほぼ一定の温度上昇を行わせた状態
   で、前記温度上昇分に対応して前記複数の第１の温度測
   定レンジをシフトさせた同数の第２の温度測定レンジを
   設定し、該設定された第２の各温度測定レンジを切換え
   撮像して得られた有効熱像を合成して第２の合成熱像を
   作成し、前記第２の合成熱像の熱データよりこれと同一
   撮像位置にある第１の合成熱像の熱データを減算して偏
   差値熱像を算出し、該偏差値熱像のもつ平均的熱データ
   よりも突出して高い熱データを有する熱像部を識別する
   ことにより測定対象物の欠陥部を検出することを特徴と
   する赤外線カメラによる温度測定方法。