最新の赤外線カメラと測定事例
潟Pン・オートメーション 矢尾板 達也

可視光で見える映像とは異なり、赤外線は物体自体が発する赤外線を赤外線検知素子で受け、電気信号に変換されたものが画像化される。代表的に使用されている赤外線検知素子としては、短い波長から InGaAs 、 HgCdTe ( MCT )、 InSb 、 PtSi 、 QWIP 、マイクロボロメーターがあり、単素子の第一次世代から、ラインセンサの第二次世代、現在の主流は二次元のフォーカル・プレーンアレイとなっている。赤外線検知素子は冷却を必要としない非冷却型( InGaAs 、マイクロボロメーター)と、素子の熱雑音を低減させる冷却型があり、冷却型は液化窒素やアルゴンガスによる冷却から、ステアリングクーラー電子冷却器に移行が進んでいる。非冷却型の温度分解能( NETD )は 0.08 ℃程度、冷却型では 0.02 ℃程度となっている。

  赤外線カメラと併せて、ロックイン方式(図 1 )とよばれる任意に設定した一定間隔のフレームレートに基づいて赤外線画像の取込みと演算を連続的に実施し、刻々と変化する温度変化量から平均化した画像を作成することが可能である。 2,000 枚の画像を 20 秒で積算すると、温度分解能は 0.001 ℃以上となる。本編ではこれらの赤外線カメラを使用した、最新の測定事例について述べている。
(全原稿は画像ラボ2004年4月号にて掲載)

図1ロックイン方式の概要
図2赤外線カメラの観測波長域
図3SWIR赤外線カメラの画像
図4MWIR赤外線カメラの画像
図5LWIR赤外線カメラの画像
図6EMERALD赤外線カメラ温度画像
図7鉄橋を通過する貨物列車の赤外線温度画像
図8鉄橋を通過する貨物列車によって発生する鉄橋の温度変化
図9鉄橋を通過する貨物列車によって引き起こされた赤外線温度差の画像
図10指先の赤外線温度画像
図11人体表面の赤外線温度画像
図12ロックイン方式による人体表面の赤外線温度差画像


参考文献

1 )矢尾板達也:赤外線による疲労診断技術,検査技術,第 4 巻第 8 号,( 1999 年),日本工業出版。

2 )矢尾板達也:赤外線による応力測定、疲労破断箇所の予測測定,機械技術,第 47 巻,第 10 号,( 1999 年),日刊工業新聞社

3 ) Pierre Bremond and Pierre Potet, Cedip Infrared Systems-France : Application of Lockin thermography to the measurement of stress and to the determination of damage in material and structures., QIRT5 conferences.2000

4 )矢尾板達也:ロックイン・サーモグラフィによる赤外線応力解析、疲労限界点,平成 12 年度第1回赤外線サーモグラフィによる非破壊評価特別委員会,平成 12 年 6 月 16 日

5 ) Pierre Potet, 矢尾板達也:ロックイン・サーモグラフィによる材料および組織中の応力測定および損傷位置検出のアプリケーション,平成 12 年度第3回赤外線サーモグラフィによる非破壊特別委員会,平成 13 年 1 月 17 日

6 ) Pierre Bremond and Pierre Potet, Cedip Infrared Systems-France : Lock-In Thermography: A tool to analyze and locate thermo- mechanical mechanisms in materials and structure., Thermosense XX V April 2001.

7 )矢尾板達也:新しい疲労限界箇所の特定方法,日本機械学会関西支部第 249 回講習会 ,2001.7.11

8 )矢尾板達也:赤外線カメラによる応力画像評価および散逸エネルギー画像による疲労限界点予測,第 33 回応力・ひずみ測定強度シンポジウム, 2002.1.26

9 )矢尾板達也:赤外線応力測定の最新動向,日本非破壊検査協会 , 赤外線サーモグラフィによる非破壊評価特別委員会 2003.6.27

10 )矢尾板達也:赤外線カメラによる応力測定と疲労限界点の予測測定,自動車技術会, 2003 年秋季大会, 2003.9.19