JP4235648B2 - Eddy current flaw detection signal processing method - Google Patents

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Description

本発明は、検査対象物表面の金属組織内部の自然欠陥を非破壊で外部から計測するための渦電流探傷信号処理方法に関する。  The present invention relates to an eddy current flaw detection signal processing method for nondestructively measuring natural defects inside a metal structure on the surface of an inspection object.

渦電流探傷装置は、検査対象物表面の金属組織内部の自然欠陥を非破壊で外部から計測するために使用される。同装置は、検査対象物の金属片表面に高周波数の電流を流す送信コイルを置き、送信コイルが発生する磁場によって金属片表面に渦電流を発生させる。渦電流によって変化する磁場の応答を、同装置の同じコイル(送受信共用)又は別の受信コイルによって計測する。金属片に欠陥があると、発生する渦電流が変わり、受信コイルの応答が変化(振幅の変化及び位相の変化)する。この応答は一般的に、X−Y空間で表現され、X振幅、Y振幅と定義される。なお、本明細書において、自然欠陥とは、構造物の製造時や供用状態で自然に発生する溶接割れ、応力腐食割れ、および疲労割れ等をいう。  The eddy current flaw detector is used for nondestructively measuring a natural defect inside a metal structure on the surface of an inspection object from the outside. The apparatus places a transmission coil for passing a high-frequency current on the surface of a metal piece of an inspection object, and generates an eddy current on the surface of the metal piece by a magnetic field generated by the transmission coil. The response of the magnetic field changed by the eddy current is measured by the same coil (sending / receiving) or another receiving coil of the apparatus. If the metal piece is defective, the generated eddy current changes, and the response of the receiving coil changes (amplitude change and phase change). This response is generally expressed in XY space and is defined as X amplitude and Y amplitude. In addition, in this specification, a natural defect means the weld crack, stress corrosion crack, fatigue crack, etc. which generate | occur | produce naturally at the time of manufacture of a structure, and a service state.

実際の非破壊検査においては、この送受信コイル(以下、「渦電流探傷プローブ」という。)を金属材料からなる構造物で通常2次元走査(欠陥の長手を基準にして、欠陥平行又は欠陥直交方向の走査)し、2次元空間のベクトルデータとして計測・表示する。以下、このようにして得られた表示をCスコープと称する。
また、プローブを一定方向に走査した際のX振幅及びY振幅の変化をX−Y平面にプロットし、そのプロットを結んで波形を得る。以下、この波形をリサージュ波形という。
In actual nondestructive inspection, this transmitter / receiver coil (hereinafter referred to as “eddy current flaw detection probe”) is usually a two-dimensional scan with a structure made of a metal material (in the direction parallel to the defect or perpendicular to the defect based on the length of the defect). And is measured and displayed as vector data in a two-dimensional space. Hereinafter, the display thus obtained is referred to as a C scope.
Further, changes in the X amplitude and the Y amplitude when the probe is scanned in a certain direction are plotted on the XY plane, and the waveform is obtained by connecting the plots. Hereinafter, this waveform is referred to as a Lissajous waveform.

従来の技術は、このCスコープを、X振幅若しくはY振幅、又は全振幅(sqrt(X*X+Y*Y))というスカラー量のいずれかで代表させて濃淡図で画像表現し、その形状から欠陥の有無を判定する。
しかしながら、実際は、金属材質の変化や溶接部の存在などの原因により、単一のスカラー量のみから欠陥の有無を判定することは難しい。そのため、リサージュ波形のパターンから欠陥か否かを判定しているのが実状である。この欠陥のパターンは、あらかじめ準備した既知の長さ及び深さを有する人工欠陥(EDMスリット)をもった校正用試験片から得られるリサージュ波形を参考にして、それに類似したパターンのリサージュ波形を持つ部分を欠陥と判定する。一例として、文献「A.Dogandzic & P.Xiang、”A Statistical Model for Eddy−Current Signals from Generator Tubes”,Review of Quantitative Nondestructive Evaluation,Vol.23,p.605−612(2004)」では、欠陥部から得られる信号を統計モデルで表現し、その統計モデルに基づいて欠陥の有無を判定している。なお、本明細書において、人工欠陥とは、金属片に加工装置等を用いて人工的に作成した模擬亀裂であって、その長さ、深さ、幅が既知の欠陥をいう。
A.ドガンジック及びP.キング(A.Dogandzic & P.Xiang)共著、「定量的非破壊評価に関するレビュー誌(Review of Quantitative Nondestructive Evaluation; 論文タイトル:蒸気発生器から得られる渦電流信号の統計モデル(A Statistical Model for Eddy−Current Signals from Generator Tubes)」,Vol.23,2004年,p.605−612
In the conventional technology, this C scope is represented by a gray scale image by representing either the X amplitude, the Y amplitude, or the scalar quantity of the total amplitude (sqrt (X * X + Y * Y)), and the shape is defective. The presence or absence of is determined.
However, in reality, it is difficult to determine the presence / absence of a defect from only a single scalar quantity due to a change in the metal material or the presence of a weld. For this reason, it is the actual situation that it is determined whether or not it is a defect from the pattern of the Lissajous waveform. This defect pattern has a Lissajous waveform having a similar pattern with reference to a Lissajous waveform obtained from a calibration test piece having an artificial defect (EDM slit) having a known length and depth prepared in advance. The part is determined as a defect. As an example, the literature “A. Dogandzic & P. Xiang,“ A Statistical Model for Eddy-Current Signals from Generator Tubes, ”Review of Quantitative 4”, Review of Quantitative. The signal obtained from the above is expressed by a statistical model, and the presence or absence of a defect is determined based on the statistical model. In the present specification, an artificial defect is a simulated crack that is artificially created in a metal piece using a processing device or the like and has a known length, depth, and width.
A. Doganzic and P.A. Co-authored by King (A. Dogandzic & P. Xiang), “Review of Quantitative Nondestructive Evaluation; Paper title: Statistical model of eddy current signal from steam generator (A Statistical Modal Modal Current Signals from Generator Tubes) ", Vol. 23, 2004, p. 605-612.

しかしながら、欠陥から得られる信号の統計分布は、欠陥の形状やプローブの特性により異なるため、普遍的な形で使うのは難しい。したがって、より客観的な渦電流探傷信号処理方法を提供することが課題となる。  However, since the statistical distribution of signals obtained from defects varies depending on the defect shape and probe characteristics, it is difficult to use in a universal form. Therefore, it becomes a problem to provide a more objective eddy current flaw detection signal processing method.

もう一つの課題は、渦電流探傷プローブがある範囲の大きさを持っているため、欠陥がプローブの大きさに依存して空間的に広がった形で計測されてしまう点である。このことは、プローブの点応答関数(Point Spread Function(PSF))又は線応答関数(Line Spread Function(LSP))に応じて、欠陥幅や長さが広がって計測されることを意味する。
このような不正確性を補正し元の欠陥形状を復元計測する方法として、デコンボルーション(Deconvolution)と呼ばれる方法がある。コンボルーション(Convolution;畳み込み積分)が欠陥形状に空間応答関数を掛け算処理した形で得られるのに対して、デコンボルーション処理は、微分処理に対応するような逆行列演算が必要である。したがって、デコンボルーションは一般的に、演算が難しいとされている。
Another problem is that since the eddy current flaw detection probe has a certain range of sizes, the defect is measured in a spatially spread form depending on the size of the probe. This means that the defect width and length are measured in accordance with the point response function (Point Spread Function (PSF)) or the line response function (Line Spread Function (LSP)) of the probe.
As a method for correcting such inaccuracies and restoring and measuring the original defect shape, there is a method called deconvolution. Convolution (convolution) is obtained by multiplying a defect shape by a spatial response function, whereas deconvolution processing requires inverse matrix operation corresponding to differentiation processing. Therefore, deconvolution is generally considered difficult to calculate.

一例として、文献「P.Xiang、et.al.,“Automated Analysis of Rotating Probe Multi−Frequancy Eddy Current Data From Steam Generator Tubes”,Intl.J.Applied Electromagnetics & Mechanic,Vol.12(3/4),p.151−164(2001)」では、Blind Deconvolutionという手法を導入し、計測された二次元空間ベクトルデータから、空間応答関数と元の欠陥形状の両方を同時に推定する方法が提案されている。しかしながら、実際の観測ノイズで汚れたデータから空間応答関数と元の欠陥形状の両方を同時に推定することは、実用的な観点からは困難であるというのが一般的な見方である。また、得られた空間応答関数も、真の値と比べると誤差が大きくなり、実用的ではない。  As an example, the document “P. Xiang, et.al.,“ Automated Analysis of Rotating Probe Multi-Frequency Eddy Current Current Generator Generator Tubes. & L.E. p. 151-164 (2001) ”introduces a method called“ Blind Devolution ”and proposes a method for simultaneously estimating both the spatial response function and the original defect shape from the measured two-dimensional space vector data. However, the general view is that it is difficult from a practical point of view to estimate both the spatial response function and the original defect shape from data contaminated with actual observation noise at the same time. Also, the obtained spatial response function has a larger error than the true value, and is not practical.

さらに、空間応答関数はPSF、LSFという形で定義されているが、渦電流探傷における問題は、PSFの加算がLSFにはならないという点にある。実際、点状の欠陥から得られる空間応答関数の実測値を足し合わせても、線状の欠陥から得られる空間応等関数の実測値にはならない。その理由は、渦電流の発生が欠陥形状に大きく依存し、線状欠陥の中央部と端部では応答特性が異なるからである。このため、欠陥の形状を考慮した空間応答関数を定義する必要がある。ここで、本願明細書において、空間応答関数とは線応答関数や点応答関数を包含した一般的概念としている。  Furthermore, although the spatial response function is defined in the form of PSF and LSF, the problem with eddy current flaws is that the addition of PSF does not become LSF. Actually, even if the measured values of the spatial response functions obtained from the point-like defects are added, the measured values of the spatial response function obtained from the linear defects are not obtained. The reason is that the generation of eddy current greatly depends on the defect shape, and the response characteristics are different between the central portion and the end portion of the linear defect. For this reason, it is necessary to define a spatial response function in consideration of the shape of the defect. Here, in this specification, the spatial response function is a general concept including a line response function and a point response function.

したがって、本発明の目的は、欠陥部の自動識別や欠陥形状の正確な復元をおこない得る渦電流探傷信号処理方法を提供することである。
[課題を解決するための手段及び発明の効果]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an eddy current flaw detection signal processing method capable of automatically identifying a defective portion and accurately restoring a defect shape.
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]

本発明の渦電流探傷信号処理方法によれば、検査対象物の探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータから教示された欠陥部及び非欠陥部のデータに基づいて、欠陥部と非欠陥部を識別する判別境界を算出するステップと、前記判別境界に直交する法線ベクトルに前記ベクトルデータを射影して、探傷位置ごとの振幅値に変換し、この振幅値が所定の閾値以上の領域を欠陥部とするステップとを備える。
したがって、従来、リサージュ波形の定性的判断で行われていた欠陥の判定が客観的で定量的なものになり、欠陥の自動識別が可能になる利点がある。
さらに、検出性能の尺度となるSN比も定義できるので、異なる渦電流探傷プローブの検出性能の相互比較も可能になる。
According to the eddy current flaw detection signal processing method of the present invention, based on the data of the defective portion and the non-defective portion taught from the vector data in the multidimensional space composed of the eddy current flaw detection signal for each flaw detection position of the inspection target, Calculating a discrimination boundary for identifying a part and a non-defect portion, projecting the vector data onto a normal vector orthogonal to the discrimination boundary, and converting the vector data into an amplitude value for each flaw detection position. And a step of setting a region above the threshold as a defective portion.
Therefore, the defect determination conventionally performed by the qualitative determination of the Lissajous waveform becomes objective and quantitative, and there is an advantage that the defect can be automatically identified.
Furthermore, since an S / N ratio as a measure of detection performance can also be defined, it is possible to mutually compare detection performance of different eddy current flaw detection probes.

好ましくは、前記判別境界は線形識別関数で決められる境界である。したがって、欠陥部と非欠陥部を統計的基準に基づいて客観的に分類識別できるという利点がある。
また好ましくは、所定の閾値以下の前記振幅値をゼロにすることにより、欠陥部の信号のみを残した閾値フィルタリングをするステップを更に備える。したがって、欠陥部以外をゼロとおくことで視認性を良くする他、後述するデコンボリューション演算において不要なノイズの混入を防ぐという利点がある。
また好ましくは、所定の校正用試験片を探傷して得られるベクトルデータから、渦電流探傷プローブの空間応答関数を人工欠陥の長手方向およびこれに直交する二つの方向に依存した形で求めるステップと、前記空間応答関数を用いて、前記検査対象物の前記ベクトルデータのデコンボルーションをおこない、前記空間応答特性を補正した前記検査対象物の自然欠陥の形状復元データを得るステップとを更に備える。
したがって、元の欠陥形状を正確に復元することが可能であり、従来の探傷信号処理方法と比較して探傷の精度が上がり得る利点がある。
Preferably, the discrimination boundary is a boundary determined by a linear discriminant function. Therefore, there is an advantage that the defective portion and the non-defective portion can be objectively classified and identified based on the statistical criteria.
Preferably, the method further includes a step of performing threshold filtering that leaves only the signal of the defective portion by setting the amplitude value equal to or less than a predetermined threshold to zero. Therefore, in addition to improving the visibility by setting the portions other than the defective portion to zero, there are advantages of preventing unnecessary noise from being mixed in the deconvolution calculation described later.
Preferably, from the vector data obtained by flaw detection of a predetermined calibration specimen, a step of obtaining a spatial response function of the eddy current flaw detection probe in a form depending on the longitudinal direction of the artificial defect and two directions orthogonal thereto. The method further includes deconvolution of the vector data of the inspection object using the spatial response function to obtain shape restoration data of a natural defect of the inspection object in which the spatial response characteristic is corrected.
Therefore, the original defect shape can be accurately restored, and there is an advantage that the accuracy of the flaw detection can be improved as compared with the conventional flaw detection signal processing method.

また好ましくは、前記空間応答関数は等価PSFの形で求める。したがって、線形識別関数を用いて抽出した欠陥信号に対してこの等価PSFを適用することにより、計測データに含まれるノイズの影響を除いて、安定で精度の良い欠陥形状の復元が可能になり、複雑な欠陥に対して精度の良い長さ評価や、分岐形状の復元などが可能になる利点がある。
また好ましくは、前記空間応答関数を用いて、前記検査対象物の欠陥検出確率が所定の値以上になるように、前記プローブの前記検査対象物に対する走査ピッチを所定の値に設定する。したがって、検査時間の短縮に寄与できるほか、異なる特性の探傷プローブに関して、同等の検出確率になる探傷条件を設定できるなど検査手順の標準化にも役立てることができる利点がある。
また好ましくは、前記検査対象物及び前記校正用試験片を夫々探傷して得られる各前記ベクトルデータは夫々、探傷位置ごとのX振幅及びY振幅と前記探傷位置の近傍の探傷信号出力値であるX振幅及びY振幅とからなる。したがって、探傷位置のX振幅及びY振幅だけでなくその近傍のX振幅及びY振幅を使うことで、前記リサージュ波形のパターンと等価な情報とすることができ、従来の専門家による定性的判断結果により近い判断を自動的に行うことができるという利点がある。
本発明の他の渦電流探傷信号処理方法によれば、既知の長さ及び深さを有する人工欠陥を付与した校正用試験片を提供するステップと、前記校正用試験片の探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータから教示された欠陥部及び非欠陥部のデータに基づいて、欠陥部と非欠陥部を識別する判別境界を算出するステップと、前記検査対象物の探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータを得るステップと、前記判別境界に直交する法線ベクトルに前記検査対象物の前記ベクトルデータを射影して、探傷位置ごとの振幅値に変換し、この振幅値が所定の閾値以上の領域を欠陥部とするステップとを備える。
この方法の利点は、段落0010で述べた利点と大略同様である。
Preferably, the spatial response function is obtained in the form of an equivalent PSF. Therefore, by applying this equivalent PSF to the defect signal extracted using the linear discriminant function, it is possible to restore the defect shape stably and accurately, excluding the influence of noise included in the measurement data, There is an advantage that it is possible to accurately evaluate the length of a complex defect and restore a branch shape.
Preferably, the scanning pitch of the probe with respect to the inspection object is set to a predetermined value using the spatial response function so that the defect detection probability of the inspection object is not less than a predetermined value. Therefore, in addition to contributing to shortening of the inspection time, there is an advantage that it can be used for standardization of inspection procedures, such as setting flaw detection conditions with the same detection probability for flaw detection probes having different characteristics.
Further preferably, each of the vector data obtained by flaw detection on the inspection object and the calibration test piece is an X amplitude and a Y amplitude for each flaw detection position and a flaw detection signal output value in the vicinity of the flaw detection position. It consists of X amplitude and Y amplitude. Therefore, by using not only the X amplitude and Y amplitude of the flaw detection position but also the X amplitude and Y amplitude in the vicinity thereof, information equivalent to the pattern of the Lissajous waveform can be obtained. There is an advantage that a closer determination can be automatically made.
According to another eddy current flaw detection signal processing method of the present invention, a step of providing a calibration test piece to which an artificial defect having a known length and depth is provided, and an eddy for each flaw detection position of the calibration test piece. Calculating a discrimination boundary for identifying a defective portion and a non-defective portion based on data of a defective portion and a non-defective portion taught from vector data in a multidimensional space composed of current flaw detection signals; and flaw detection of the inspection object Obtaining vector data in a multidimensional space composed of eddy current flaw detection signals for each position; projecting the vector data of the inspection object onto a normal vector orthogonal to the discrimination boundary to obtain an amplitude value for each flaw detection position; Converting, and setting a region where the amplitude value is a predetermined threshold value or more as a defective portion.
The advantages of this method are substantially the same as those described in paragraph 0010.

図1乃至図10を使用して、本発明に係る渦電流探傷信号処理方法の第1の実施例を説明する。
図1中、探傷装置1は、検査対象物である金属片4の組織内部の(例えば線状の)自然欠陥4aを非破壊で外部から計測するための装置である。渦電流探傷プローブ2及び情報処理装置3は夫々、同装置1に接続されている。
探傷プローブ2を金属片4の表面上で欠陥4aの長手方向に対して平行に走査4bして、探傷位置ごとの渦電流探傷信号出力値を計測する。ここで、渦電流探傷信号出力値のうち、プローブを構成するコイルのインダクタンスとレジスタンス(抵抗)に対応する量、またはそれらの位相回転したものに対応する量を夫々X振幅、Y振幅という。
A first embodiment of the eddy current flaw detection signal processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, a flaw detection apparatus 1 is an apparatus for nondestructively measuring a natural defect 4a (for example, a linear shape) inside a tissue of a metal piece 4 as an inspection object from the outside. The eddy current flaw detection probe 2 and the information processing device 3 are each connected to the same device 1.
The flaw detection probe 2 is scanned 4b on the surface of the metal piece 4 in parallel with the longitudinal direction of the defect 4a, and an eddy current flaw detection signal output value for each flaw detection position is measured. Here, of the eddy current flaw detection signal output value, the amount corresponding to the inductance and resistance (resistance) of the coil constituting the probe, or the amount corresponding to the phase rotated thereof is referred to as X amplitude and Y amplitude, respectively.

情報処理装置3によりX振幅又はY振幅のデータを処理し、同装置3のディスプレイ3a上に探傷プローブ2の位置に対応させた二次元空間に濃淡表示することでCスコープ3bを表示する。Cスコープ3bにおいて、プラス領域を暖色(値が大きくなるにしたがって暖色は漸次濃くなる)で表し、マイナス領域を寒色(値が小さくなるにしたがって寒色は漸次濃くなる)で表す(Cスコープについて、以下同様)。なお、X振幅又はY振幅に代えて、X振幅とY振幅の2乗和の平方根で定義される全振幅値を濃淡表示してもよい。
また、同ディスプレイ3a上に、特定の位置について欠陥4aの長手方向に対して水平方向及び垂直方向にプローブ2を走査した際のX振幅とY振幅の軌跡をリサージュ波形3cとして表示する(図2にディスプレイ3aに表示されたCスコープ3b及びリサージュ波形3cの拡大図を示す)。
Data of X amplitude or Y amplitude is processed by the information processing device 3, and the C scope 3b is displayed on the display 3a of the same device 3 by displaying in gray on a two-dimensional space corresponding to the position of the flaw detection probe 2. In the C scope 3b, the plus region is represented by a warm color (the warm color gradually darkens as the value increases), and the minus region is represented by a cool color (the cold color gradually darkens as the value decreases). The same). Instead of X amplitude or Y amplitude, all amplitude values defined by the square root of the sum of squares of X amplitude and Y amplitude may be displayed in gray.
On the same display 3a, a locus of X amplitude and Y amplitude when the probe 2 is scanned in a horizontal direction and a vertical direction with respect to the longitudinal direction of the defect 4a at a specific position is displayed as a Lissajous waveform 3c (FIG. 2). (Expanded view of C scope 3b and Lissajous waveform 3c displayed on display 3a).

図3は本発明に係る渦電流探傷信号処理方法の第1の実施例の手順を示す。
上述のようにCスコープ及びリサージュ波形を得た後、上記2次元空間ベクトルデータを、注目(探傷)位置の近傍の出力値からなるデータ(X振幅及びY振幅)と合わせて多次元空間のベクトルデータに変換する。X振幅及びY振幅は夫々、複素空間の信号と同じであるので、実部と虚部の信号とみることにより、Yre(x,y)、Yim(x,y)で表す。小文字の(x,y)は、検査対象物の空間座標位置である。
FIG. 3 shows the procedure of the first embodiment of the eddy current flaw detection signal processing method according to the present invention.
After obtaining the C scope and the Lissajous waveform as described above, the two-dimensional space vector data is combined with data (X amplitude and Y amplitude) composed of output values in the vicinity of the target (flaw detection) position. Convert to data. Since the X amplitude and the Y amplitude are the same as the signals in the complex space, they are expressed as Yre (x, y) and Yim (x, y) by considering them as real and imaginary signals. Lowercase (x, y) is the spatial coordinate position of the inspection object.

続いて、上記多次元空間ベクトルから欠陥部と非欠陥部を教示する。一般的に、検査対象物とは別に用意した人工欠陥を入れた試験片(校正用試験片)から得られた信号を欠陥部として教示する。なお、見つけたい欠陥が人間の視覚により明確に分かる場合は、検査対象物の欠陥の信号を欠陥部として教示してもよい。
次ぎに、判別境界を求めるための線形識別関数を計算する。この線形識別関数に直交する法線ベクトルと上記多次元空間ベクトルとの内積をとることにより、多次元空間ベクトルを法線ベクトルに射影して、探傷位置ごとの振幅値に変換する。この振幅値はスカラー量であるから、Cスコープ画像を生成することができる。このようにして得られたCスコープ画像を利用して、所定の閾値以上の領域を欠陥部とすることにより、欠陥部の識別をすることができる。
すなわち、従来の典型的な探傷方法が、Cスコープ画像とリサージュ波形とから、探傷プローブごとに検査員の経験則に基づいて欠陥か否かを判定するのに対して、本発明に係る渦電流探傷信号処理方法は、線形識別関数を用いて欠陥を自動識別する点で相違する。
Subsequently, a defective part and a non-defective part are taught from the multidimensional space vector. In general, a signal obtained from a test piece (calibration test piece) containing an artificial defect prepared separately from an inspection object is taught as a defective portion. When the defect to be found is clearly known by human vision, the defect signal of the inspection object may be taught as the defect portion.
Next, a linear discriminant function for calculating a discrimination boundary is calculated. By taking the inner product of the normal vector orthogonal to the linear discriminant function and the multidimensional space vector, the multidimensional space vector is projected onto the normal vector and converted into an amplitude value for each flaw detection position. Since this amplitude value is a scalar quantity, a C scope image can be generated. By using the C scope image obtained in this way, a defect area can be identified by setting an area having a predetermined threshold value or more as a defect area.
That is, the conventional typical flaw detection method determines whether or not the defect is a defect based on an inspector's empirical rule for each flaw detection probe from the C scope image and the Lissajous waveform, whereas the eddy current according to the present invention. The flaw detection signal processing method is different in that a defect is automatically identified using a linear discriminant function.

なお、検査員の経験に基づく従来の欠陥の判定は、リサージュ波形の特徴による。すなわち、  The conventional defect determination based on the experience of the inspector depends on the characteristics of the Lissajous waveform. That is,

式1Formula 1

というパターンベクトルの形状で欠陥を認識する。n>0,m=0の場合は、x方向リサージュ波形で欠陥を判定し、n=0,m>0の場合は、y方向リサージュ波形で欠陥を判定する。また、n>0,m>0の場合は、x、y両方向のリサージュ波形で欠陥を判定する。 The defect is recognized by the shape of the pattern vector. When n> 0, m = 0, the defect is determined by the x-direction Lissajous waveform, and when n = 0, m> 0, the defect is determined by the y-direction Lissajous waveform. When n> 0 and m> 0, the defect is determined by the Lissajous waveform in both the x and y directions.

線形識別関数を用いた欠陥自動識別方法について更に詳細に説明する。
図4中、符号3dはCスコープ3b上の欠陥部ベクトルを示し、符号3eはCスコープ3b上の非欠陥部ベクトルを示す。
図5中、符号3fは欠陥部ベクトル3d(図4参照)に対応する欠陥部の代表的なリサージュ波形を示し、符号3gは非欠陥部ベクトル3e(図4参照)に対応する代表的なリサージュ波形を示す。なお、図5中のグラフの横軸は探傷プローブの出力のうちX振幅に対応する電圧値(V)であり、縦軸は探傷プローブの出力のうちY振幅に対応する電圧値(V)である。
本実施例では、y方向に−5〜+5点の合計11点のリサージュ波形を、各探傷位置で定義する。したがって、式1中のZは、22次元のベクトルを構成する。勿論、リサージュ波形をとる点の数は11点に限られない。すなわち、点の数は複数であればよく、自然欠陥の長さや深さ等の条件により適宜決定される。
The automatic defect identification method using the linear identification function will be described in more detail.
In FIG. 4, reference numeral 3d indicates a defective part vector on the C scope 3b, and reference numeral 3e indicates a non-defective part vector on the C scope 3b.
In FIG. 5, symbol 3f indicates a typical Lissajous waveform of a defective portion corresponding to the defective portion vector 3d (see FIG. 4), and symbol 3g represents a typical Lissajous corresponding to the non-defective portion vector 3e (see FIG. 4). Waveform is shown. The horizontal axis of the graph in FIG. 5 is the voltage value (V) corresponding to the X amplitude in the output of the flaw detection probe, and the vertical axis is the voltage value (V) corresponding to the Y amplitude in the output of the flaw detection probe. is there.
In this embodiment, a total of 11 Lissajous waveforms of −5 to +5 points in the y direction are defined at each flaw detection position. Therefore, Z in Equation 1 constitutes a 22-dimensional vector. Of course, the number of points taking the Lissajous waveform is not limited to 11. That is, the number of points may be plural, and is appropriately determined depending on conditions such as the length and depth of natural defects.

従来の判別法では、  In the conventional discrimination method,

式2Formula 2

といった量でおおまかな欠陥識別をおこなう。したがって、欠陥端部の正確な判断はリサージュ波形のパターンの定性的判断に依存する。 Rough defect identification is performed with such a quantity. Therefore, accurate determination of the defect edge depends on qualitative determination of the Lissajous waveform pattern.

一方、本実施例では、式1で定義する多次元空間ベクトルを用いて欠陥識別をおこなう。多次元ベクトル空間で定義される二つのグループ(欠陥部と非欠陥部)の識別方法には、さまざまな手法が既に存在する。一番基本的な方法は、Fisherによる線形識別関数によるものである。この線形識別関数は、以下のように定義される。
まず、式1の計測信号Z(x,y)を次の二つのグループに分ける。
1)欠陥信号部 ω : {Zs(x,y) | (x,y)∈欠陥部}
2)ノイズ信号部 ω : {Zn(x,y) | (x,y)∈非欠陥部}
この二つのグループの平均値を
とし、分散を
とすると、この二つのグループを識別する最適な線形識別関数は、Fisherにより次のように与えられる。
On the other hand, in this embodiment, defect identification is performed using a multidimensional space vector defined by Equation 1. Various methods already exist for identifying two groups (defective part and non-defective part) defined in a multidimensional vector space. The most basic method is based on the linear discriminant function by Fisher. This linear discriminant function is defined as follows.
First, the measurement signal Z (x, y) of Equation 1 is divided into the following two groups.
1) Defect signal portion ω S : {Zs (x, y) | (x, y) εdefect portion}
2) Noise signal part ω N : {Zn (x, y) | (x, y) ∈non-defect part}
The average value of these two groups
And dispersion
Then, the optimum linear discriminant function for discriminating between these two groups is given by Fisher as follows.

式3Formula 3

これは、各クラスの中心をつないだ方向への射影を意味しており、その中心間の中点を通り、固有軸Pに直交する平面が識別境界となることを意味する。このg(Z)を用いれば、検査対象物の探傷位置でスカラー量として、リサージュ波形の特徴が定義される。 This means a projection in the direction connecting the centers of the classes, and a plane that passes through the midpoint between the centers and is orthogonal to the natural axis P becomes an identification boundary. If g (Z) is used, the characteristic of the Lissajous waveform is defined as a scalar quantity at the flaw detection position of the inspection object.

上記式3(Fisherの線形識別関数)を本願発明に係る渦電流探傷信号処理方法に適用すると、以下のようになる。
まず、検査対象物の探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータZを得る。
続いて、次式
g(Z)=0
を使用して判別境界を得る。すなわち、式3の関数gにより、多次元空間ベクトルである計測信号Zの次元を1次元減じ、判別境界を得る。例えば、計測信号Zが平面の場合は、判別境界は線として得ることができ、計測信号Zが3次元空間の場合は、判別境界は平面として得ることができる。
次ぎに、関数gのZに(x,y)位置での計測値Z(x,y)を代入したときの関数値tを次式にて得る。
t=g(Z(x,y))
このことは、判別境界に直交する法線ベクトルに多次元空間ベクトルである計測信号Z(x,y)を射影して数値tを得ることと等価である。ここで、数値tは探傷位置ごとの振幅値を意味する。すべての走査位置(x,y)に対して、t=g(Z(x,y))の最大値を求めることで、欠陥信号部の最大振幅値tmaxとその最大位置(xmax,ymax)、すなわち、最大欠陥深さの位置を求めることができる。また、この最大振幅値tmaxを基準にして所定の閾値(例えば、−12dB相当の閾値)を求め、それ以上の値を持つ部分を欠陥部として自動識別することができる。
もちろん、この信号の大きさは、中点の定義にも依存するので、
When Equation 3 (Fisher's linear discriminant function) is applied to the eddy current flaw detection signal processing method according to the present invention, the following is obtained.
First, vector data Z in a multidimensional space consisting of eddy current flaw detection signals for each flaw detection position of the inspection object is obtained.
Next, the following formula
g (Z) = 0
To get the discriminant boundary. That is, the dimension of the measurement signal Z, which is a multidimensional space vector, is reduced by one dimension using the function g of Equation 3 to obtain a discrimination boundary. For example, when the measurement signal Z is a plane, the discrimination boundary can be obtained as a line, and when the measurement signal Z is a three-dimensional space, the discrimination boundary can be obtained as a plane.
Next, a function value t obtained by substituting the measured value Z m (x, y) at the (x, y) position into Z of the function g is obtained by the following equation.
t = g (Z m (x, y))
This is equivalent to projecting the measurement signal Z m (x, y), which is a multidimensional space vector, onto the normal vector orthogonal to the discrimination boundary to obtain the numerical value t. Here, the numerical value t means an amplitude value for each flaw detection position. By obtaining the maximum value of t = g (Z m (x, y)) for all scanning positions (x, y), the maximum amplitude value t max of the defect signal portion and its maximum position (x max , y max ), that is, the position of the maximum defect depth. In addition, a predetermined threshold value (for example, a threshold value corresponding to −12 dB) is obtained on the basis of the maximum amplitude value tmax , and a portion having a value larger than that can be automatically identified as a defective portion.
Of course, the magnitude of this signal also depends on the definition of the midpoint,

式4Formula 4

とすれば、ノイズ部の中心をゼロにして最大信号強度を定義することになり、−12dB評価長さなどの結果は異なってくる。 Then, the maximum signal strength is defined with the center of the noise part being zero, and the result such as the −12 dB evaluation length is different.

本発明によれば、欠陥部を自動識別するだけでなく、従来の欠陥検出性能などを定義するSN比のような考え方を多次元空間ベクトルデータであるリサージュ波形に対して定義できるため、種種の探傷プローブの計測性能の相互評価などにも役立てることが可能になる。  According to the present invention, not only the defect part is automatically identified, but also a conventional concept such as an S / N ratio that defines defect detection performance can be defined for a Lissajous waveform that is multidimensional space vector data. It can also be used for mutual evaluation of measurement performance of flaw detection probes.

ここで、欠陥信号部は、実際の検査対象物の計測データそのものを用いて教示したが、既知の長さ及び深さを有する人工欠陥を付与した検査対象物とは別の校正用試験片について同じ条件で測定したデータを用いることも可能である。
すなわち、検査対象物を探傷した渦電流探傷プローブにより、校正用試験片を探傷して得られる探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータから、式(3)における欠陥信号部のmとΣを求める。欠陥信号部のmとΣを用いて、線形識別関数を求める。そうすると、未知の検査対象物に対して、前記の方法を適用することが可能になる。
このような校正用試験片を使用する方法により、実際の検査対象物では明確な欠陥信号がみられない条件下においても、欠陥を明確に自動識別し得る利点がある。なお、校正用試験片は渦電流探傷では標準的に用いられているため、実施上の制約にはならない。
Here, the defect signal portion is taught using the measurement data itself of the actual inspection object, but the calibration test piece is different from the inspection object provided with the artificial defect having a known length and depth. It is also possible to use data measured under the same conditions.
That is, from the multidimensional space vector data consisting of eddy current flaw detection signals for each flaw detection position obtained by flaw detection of the calibration test piece with the eddy current flaw detection probe that has detected the inspection object, the defect signal portion in equation (3) is obtained. M S and Σ S of are obtained. A linear discriminant function is obtained using m S and Σ S of the defect signal portion. Then, it becomes possible to apply the above method to an unknown inspection object.
Such a method of using a test specimen for calibration has an advantage that a defect can be clearly and automatically identified even under a condition in which a clear defect signal is not seen in an actual inspection object. In addition, since the test piece for calibration is used as standard in eddy current flaw detection, there is no restriction on implementation.

続いて、図6を使用して、本発明に係る渦電流探傷信号処理方法を使用した結果の一例を説明する。
同図中、X振幅のCスコープ5aとY振幅のCスコープ5bは、検査対象物の金属片を渦電流探傷して結果である。なお、各Cスコープに付された目盛りの単位はcmであり、プローブの走査の空間位置を示す。
金属片は、溶接部と溶接部の近傍に溶接線平行に長さ10mm、深さ2mmの矩形の人工欠陥とを有する。X振幅Cスコープ5aの中央に見られる横長部分5c(Cスコープ5a中、特に濃い寒色で描かれている)が、人工欠陥に対応する。
しかし、金属片を水平方向に横切っている溶接部のノイズ信号に対応する横長部分5d(Cスコープ5a中、特に濃い暖色で描かれている)の影響で、欠陥を明確に識別できない。
Subsequently, an example of a result of using the eddy current flaw detection signal processing method according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the figure, the X-amplitude C scope 5a and the Y-amplitude C scope 5b are the results of eddy current flaw detection on a metal piece to be inspected. The unit of the scale attached to each C scope is cm, and indicates the spatial position of scanning of the probe.
The metal piece has a welded portion and a rectangular artificial defect having a length of 10 mm and a depth of 2 mm parallel to the weld line in the vicinity of the welded portion. A horizontally long portion 5c (in the C scope 5a, which is drawn in a particularly dark cold color) seen at the center of the X amplitude C scope 5a corresponds to an artificial defect.
However, the defect cannot be clearly identified due to the influence of the horizontally long portion 5d (drawn in the C scope 5a, particularly in a dark warm color) corresponding to the noise signal of the welded portion that crosses the metal piece in the horizontal direction.

渦電流探傷結果から欠陥の代表部と非欠陥の代表部との2箇所を教示する。欠陥の代表部として、人工欠陥である横長部分5cを指定する(X振幅のCスコープ5a中、横長部分5cを囲み部分5eで囲んで示す。)。非欠陥の代表部として、X振幅のCスコープ5a中、四角で囲んだ部分5fを指定する。
なお、図7は囲み部分5eの拡大図であり、図8は囲み部分5fの拡大図である。
From the eddy current flaw detection results, two locations of a representative portion of a defect and a representative portion of a non-defect are taught. As a representative portion of the defect, the horizontally long portion 5c that is an artificial defect is designated (in the X scope C scope 5a, the horizontally long portion 5c is surrounded by a surrounding portion 5e). As a non-defective representative portion, a portion 5f surrounded by a square is designated in the C scope 5a of X amplitude.
7 is an enlarged view of the surrounding portion 5e, and FIG. 8 is an enlarged view of the surrounding portion 5f.

続いて、X振幅のCスコープ5a及びY振幅のCスコープ5b夫々に対応する二つの信号グループを教示信号にして、式3に基づいて線形判別関数を求める。この際、多次元空間ベクトルとしては、探傷位置のy方向±5点のリサージュ波形を用いる。
図9は、この線形識別関数の値をCスコープ6として表現したものである。Cスコープ6において、欠陥部がプラス領域6a(Cスコープ6中、暖色で表示される)を表し、非欠陥部がマイナス領域6b(Cスコープ6中、6a以外の寒色で表示された領域)を表す。
したがって、同図をみれば明らかなように、明確に欠陥部を識別することができる。
Subsequently, two discriminating groups corresponding to the C scope 5a of X amplitude and the C scope 5b of Y amplitude are used as teaching signals, and a linear discriminant function is obtained based on Expression 3. At this time, a Lissajous waveform of ± 5 points in the y direction of the flaw detection position is used as the multidimensional space vector.
FIG. 9 represents the value of this linear discriminant function as a C scope 6. In the C scope 6, the defective portion represents a plus region 6a (displayed in a warm color in the C scope 6), and the non-defective portion represents a minus region 6b (a region displayed in a cool color other than 6a in the C scope 6). To express.
Therefore, as is clear from the figure, the defective portion can be clearly identified.

図10は、閾値として例えば最大信号振幅値の25%、すなわち−12dBを設定し、−12dB以下の値をゼロにして、欠陥部の信号のみを残した閾値フィルタリングした後のCスコープ7である。
Cスコープ7中、欠陥部がプラス領域7a(Cスコープ7中、暖色で表示される)を表し、非欠陥部がマイナス領域7b(Cスコープ7中、7a以外の寒色で表示された領域)を表す。図10をみれば明らかなように、この閾値フィルタリング後のCスコープ7を使用することにより、上記溶接部のノイズ信号5dの影響を排除して、より一層明確に欠陥部の自動識別をすることが可能である。
なお、探傷信号処理をする際に、上述のように2次元空間ベクトルデータから多次元空間のベクトルデータに変換することなく、2次元空間ベクトルデータのみに基づいて処理してもよい。
FIG. 10 shows the C scope 7 after threshold filtering is performed by setting, for example, 25% of the maximum signal amplitude value, that is, −12 dB, setting the value equal to or less than −12 dB to zero, and leaving only the signal of the defective portion. .
In the C scope 7, the defective portion represents the plus region 7a (displayed in warm color in the C scope 7), and the non-defective portion represents the minus region 7b (region displayed in cold color other than 7a in the C scope 7). To express. As is apparent from FIG. 10, by using the C scope 7 after the threshold filtering, the influence of the noise signal 5d of the welded portion is eliminated, and the defective portion is automatically identified more clearly. Is possible.
When performing the flaw detection signal processing, the processing may be performed based on only the two-dimensional space vector data without converting the two-dimensional space vector data into the multi-dimensional space vector data as described above.

次ぎに、第1の実施例で得られた欠陥部の信号から欠陥の長さをより正確に求めるための、本発明に係る探傷信号処理方法の第2の実施例について述べる。
渦電流計測信号は、プローブの大きさが有限であるため、空間的に広がった応答特性をもつ。したがって、以下の式5のように、欠陥信号W(x,y)が点応答関数(Point Spread Function、又はPSF(x,y))によって平滑化された形で観測される。式5は、畳み込み積分の形をしており、通常、コンボルーション(Convolution)と呼ばれる。なお、W(x,y)及びPSF(x,y)中のx、yは、プローブの空間位置を示す。
Next, a second embodiment of the flaw detection signal processing method according to the present invention for more accurately obtaining the defect length from the defect signal obtained in the first embodiment will be described.
Since the eddy current measurement signal has a finite probe size, the eddy current measurement signal has spatially spread response characteristics. Therefore, as in the following Expression 5, the defect signal W (x, y) is observed in a form smoothed by a point response function (Point Spread Function, or PSF (x, y)). Equation 5 is in the form of a convolution integral and is usually called convolution. Note that x and y in W (x, y) and PSF (x, y) indicate the spatial position of the probe.

式5Formula 5

欠陥信号そのものの形状や長さを正確に評価するためには、観測された渦電流計測信号の値であるH(x,y)から、欠陥信号W(x,y)を推定する必要がある。PSF(x,y)がわかっている場合、式5に基づいて観測値H(x,y)から元の欠陥信号W(x,y)を求める方法は、デコンボリューション(Deconvolution)と呼ばれる。すなわち、概念的には、式5から、  In order to accurately evaluate the shape and length of the defect signal itself, it is necessary to estimate the defect signal W (x, y) from H (x, y) which is the value of the observed eddy current measurement signal. . When PSF (x, y) is known, the method for obtaining the original defect signal W (x, y) from the observed value H (x, y) based on Equation 5 is called deconvolution. That is, conceptually, from Equation 5,

式6Equation 6

により復元する方法である。 It is a method of restoring by.

しかしながら、PSFの逆行列は一般に、悪構造であり逆行列が発散してしまい、式6を精度よく求めることができないことが多い。このため、画像解析の分野では、Bayesの事後確率を用いた最尤推定法を使用してデコンボリューションをおこなう、Rechardson−Lucyアルゴリズム(W.H.Rechardson,”aysian−based Iterative Method of Image Restoration”、J.Opt.Soc.Am、Vol.62,No.1,pp.55−59(1972)参照)がよく用いられる。これは、以下の式7のようなアルゴリズムを用いて元の信号を復元する手法である。なお、式7は、PSFが既知の際のアルゴリズムである。  However, the inverse matrix of PSF generally has a bad structure and the inverse matrix diverges, and it is often impossible to obtain Equation 6 with high accuracy. For this reason, in the field of image analysis, the Richardson-Lucy algorithm (WH H. Richardson, “aysian-basic Iterative Method of Image Restoration”) that performs deconvolution using the maximum likelihood estimation method using Bayes's posterior probability. J. Opt. Soc. Am, Vol. 62, No. 1, pp. 55-59 (1972)) is often used. This is a technique for restoring the original signal using an algorithm like the following Expression 7. Equation 7 is an algorithm when PSF is known.

式7Equation 7

一方、PSFが不明の場合、PSFも同時に推定するBlind Signal Deconvolutionというアルゴリズムがある。例えば、文献「P.Xiang、et.al.,“Automated Analysis of Rotating Probe Multi−Frequancy Eddy Current Data From Steam Generator Tubes”,Intl.J.Applied Electromagnetics & Mechanic,Vol.12(3/4),p.151−164(2001)」によれば、渦電流探傷にBlind Signal Deconvolutionを適用して、PSF(x,y)と元の欠陥信号W(x,y)を同時に求めている。  On the other hand, when the PSF is unknown, there is an algorithm called Blind Signal Devolution that also estimates the PSF at the same time. For example, the document “P. Xiang, et.al.,“ Automated Analysis of Rotating Probe Multi-Frequency eddy Current Data From Steam Generator Tubes / In .. .151-164 (2001) ”, the Blind Signal Devolution is applied to eddy current flaw detection to simultaneously obtain the PSF (x, y) and the original defect signal W (x, y).

しかしながら、単一の渦電流計測信号の計測値H(x,y)から、欠陥信号W(x,y)と、点応答関数PSF(x,y)の両方を求めるには精度的に限界がある。さらに、PSF(x,y)の形状は、一般の画像解析と異なり、渦電流探傷の場合、欠陥の長手方向に依存するなどの欠陥形状依存性がある。この欠陥形状依存性を言い換えると、点欠陥への応答関数であるPSF(x,y)を線積分しても、線欠陥への応答関数(Line Spread Function(以下、適宜「LSF」という。))にはならないということである。したがって、デコンボリューションを考慮する必要がある。  However, there is a precision limit to obtain both the defect signal W (x, y) and the point response function PSF (x, y) from the measurement value H (x, y) of a single eddy current measurement signal. is there. Further, the shape of PSF (x, y) is different from general image analysis, and in the case of eddy current flaw detection, there is a defect shape dependency such as depending on the longitudinal direction of the defect. In other words, the defect shape dependency is obtained by performing line integration on the PSF (x, y), which is a response function to a point defect, to a line spread function (hereinafter referred to as “LSF” as appropriate). ) Is not. Therefore, it is necessary to consider deconvolution.

一般の自然欠陥は、線状のものが大半である。本実施例では、LSF(x,y)を等価的に表現する等価PSF(Equivalent Point Spread Function、又はEPSF)を求める。
本発明に係る信号処理方法において、この等価PSF(x,y)とLSF(x,y)の関係は、次式で定義される。
Most of the natural defects are linear. In this embodiment, an equivalent PSF (Equivalent Point Spread Function, or EPSF) that equivalently expresses LSF (x, y) is obtained.
In the signal processing method according to the present invention, the relationship between this equivalent PSF (x, y) and LSF (x, y) is defined by the following equation.

式8Equation 8

等価PSFの特徴は、欠陥に平行な方向をx軸に、直交する方向をy軸にとった際に、それぞれの方向で広がり幅(R、R)が異なる異方性をもったPSFの積分としてLSFを定義していることである。この広がり幅は、既知の長さと深さを持つ線状欠陥の実測データと式8の結果が一致するように最小2乗法で決めることができる。 The feature of the equivalent PSF is that PSF having anisotropy with different spreading widths (R x , R y ) in each direction when the direction parallel to the defect is taken as the x-axis and the direction perpendicular to the defect is taken as the y-axis. LSF is defined as the integral of. This spread width can be determined by the least square method so that the measured data of the linear defect having a known length and depth matches the result of Equation 8.

図11及び図12は、長さ10mm、深さ2mmの線状の人工欠陥を探傷した際のLSFである。
図11中、符号8aは実測値(全振幅)のLSF(x,y)のCスコープ図を示す。符号8bは前記実測値のLSF(x,y)の広がり幅(R、R)をフィッティング(最適化)した後の式8から得られるCスコープ図を示す。なお、各Cスコープ8a,8bに付された目盛りの単位は、cmでプローブの空間位置に対応したものである。
上記フィッティングにより、広がり幅は、欠陥平行方向をxとして、
と求まる。
図12中、符号8cはLSF(x,y)欠陥平行方向分布を示し、符号8dはLSF(x,y)欠陥直交方向分布を示す(いずれの分布においても、実線のグラフが実測値を示し、破線のグラフがフィッティング値を示す。)。両分布8c、8dにおいて、欠陥平行及び直交方向の実測値とフィッティング値のプロファイルはよく一致しており、妥当なLSFが求まっていることがわかる。
FIG. 11 and FIG. 12 are LSFs when a linear artificial defect having a length of 10 mm and a depth of 2 mm is detected.
In FIG. 11, reference numeral 8a indicates a C scope diagram of LSF (x, y) of actual measurement values (total amplitude). Reference numeral 8b shows a C scope diagram obtained from Expression 8 after fitting (optimizing) the spread width (R x , R y ) of the LSF (x, y) of the actual measurement value. The units of the scales attached to the C scopes 8a and 8b are cm and correspond to the spatial position of the probe.
By the above fitting, the spreading width is x with the defect parallel direction as x.
It is obtained.
In FIG. 12, reference numeral 8 c indicates the LSF (x, y) defect parallel direction distribution, and reference numeral 8 d indicates the LSF (x, y) defect orthogonal direction distribution (in any distribution, the solid line graph indicates the actual measurement value). The broken line graph shows the fitting value). In both distributions 8c and 8d, the profiles of the measured values and fitting values in the defect parallel and orthogonal directions are in good agreement, and it can be seen that a reasonable LSF is obtained.

図13中の符号9は、上記フィッティングしたLSFに対応する等価PSFのCスコープ図を示す。同図中の横方向の広がり、すなわち、欠陥平行方向の広がり幅は、同図中の縦方向の広がり、すなわち、欠陥直交方向より小さいことがわかる。ここで、欠陥の長手方向は、同図の横方向に対応する。
従来の方法では、フィッティングしたLSFを等方近似してPSFを求めている。これに対して、本発明に係る方法では、異方性を取り入れることが可能であり、より正確な欠陥形状の復元ができる利点がある。
Reference numeral 9 in FIG. 13 shows a C scope diagram of an equivalent PSF corresponding to the above-mentioned fitted LSF. It can be seen that the spread in the horizontal direction in the figure, that is, the spread width in the defect parallel direction, is smaller than the spread in the vertical direction in the figure, that is, the defect orthogonal direction. Here, the longitudinal direction of the defect corresponds to the horizontal direction in FIG.
In the conventional method, the PSF is obtained by isotropic approximation of the fitted LSF. On the other hand, in the method according to the present invention, anisotropy can be introduced, and there is an advantage that a more accurate defect shape can be restored.

図14及び図15は、上記等価PSF(図13参照)を用いて、式7の手法により実測Cスコープから元の欠陥形状を復元した結果を表す。
図14中、符号10aは実測Cスコープを表し、符号10bはデコンボリューション後(復元後)の欠陥Cスコープを表す。
図15中の符号11は、LSF(x,y)欠陥平行方向分布を示す。同図中、実線のグラフ11aが実測値を示し、破線のグラフ11bがフィッティング値を示す。なお、同分布中、横軸がプローブの走査位置(単位:mm)、すなわち欠陥長さに対応し、縦軸が全振幅の電圧値(V)である。
図14中の復元前のCスコープ10a及び復元後のCスコープ10bと、図15中の実測値(復元前)のグラフ11a及びフィッティング値(復元後)のグラフ11bとを参照すると、復元後の欠陥形状がより鋭くなっており、元の欠陥形状(長さ10mm、深さ2mmの線状欠陥)により近くなっていることがわかる。
図15中、フィッティング値のグラフ11bは横軸上の9−19に亘っており、復元後の長さは約10mmである。一方、実測値のグラフ11aは横軸上の8−20に亘っており、復元前(実測値)の長さは約12mmである。すなわち、実測値(復元前)のグラフ11aは欠陥の長さを過大評価している。したがって、本手法は、定量的にも非常に精度よく復元評価している。
FIGS. 14 and 15 show the result of restoring the original defect shape from the measured C scope by the method of Equation 7 using the equivalent PSF (see FIG. 13).
In FIG. 14, reference numeral 10 a represents an actual measurement C scope, and reference numeral 10 b represents a defect C scope after deconvolution (after restoration).
The code | symbol 11 in FIG. 15 shows LSF (x, y) defect parallel direction distribution. In the figure, a solid line graph 11a indicates an actual measurement value, and a broken line graph 11b indicates a fitting value. In this distribution, the horizontal axis corresponds to the probe scanning position (unit: mm), that is, the defect length, and the vertical axis represents the voltage value (V) of the full amplitude.
Referring to the C scope 10a before restoration in FIG. 14 and the C scope 10b after restoration, the graph 11a of the actual measurement value (before restoration) and the graph 11b of the fitting value (after restoration) in FIG. It can be seen that the defect shape is sharper and closer to the original defect shape (linear defect having a length of 10 mm and a depth of 2 mm).
In FIG. 15, the fitting value graph 11 b extends from 9 to 19 on the horizontal axis, and the length after restoration is about 10 mm. On the other hand, the measured value graph 11a covers 8-20 on the horizontal axis, and the length before restoration (actually measured value) is about 12 mm. That is, the measured value (before restoration) graph 11a overestimates the length of the defect. Therefore, this method is reconstructed and evaluated with very high accuracy.

このデコンボリューション操作は、微分操作と同様の処理になるため、観測データにノイズが含まれている場合、精度のよい結果が求まらないことが多い。しかしながら、本手法は、線形識別関数と組み合わせることにより、安定した精度のよい復元が可能となる利点がある。  Since this deconvolution operation is the same processing as the differentiation operation, if the observation data contains noise, an accurate result is often not obtained. However, this method has an advantage that stable and accurate restoration is possible by combining with a linear discriminant function.

次ぎに、本発明に係る探傷信号処理方法の第3の実施例として、探傷プローブの探傷のピッチを誤検出確率に基づいて決定する方法について以下に述べる。
微小欠陥を探傷する場合、空間的な走査ピッチを小さくするほど欠陥を見逃す検出確率を小さくできる。
しかしながら、過度に小さな走査ピッチでは、検査時間が長くかかり効率的ではない。さらに、プローブの大きさに依存した空間応答特性を考慮すると、過度に小さな走査ピッチは、検出確率の向上に寄与しない場合がある。従来技術として、実測したLSFを元に走査ピッチを決定する手法が提案されている(T.Ray,et.al,”Index size determination with varying coil diameters for improved automated eddy current inspections on aerospace engine components”,Review of Quantitative Nondestructive Evaluation,Vol.24,p.767−774(2005))。
Next, as a third embodiment of the flaw detection signal processing method according to the present invention, a method for determining the flaw detection pitch of the flaw detection probe based on the false detection probability will be described below.
When detecting a minute defect, the detection probability of missing a defect can be reduced as the spatial scanning pitch is reduced.
However, an excessively small scanning pitch is not efficient because it takes a long inspection time. Furthermore, in consideration of the spatial response characteristic depending on the size of the probe, an excessively small scanning pitch may not contribute to an improvement in detection probability. As a conventional technique, a method for determining a scanning pitch based on an actually measured LSF has been proposed (T. Ray, et.al, “Index size determination with varying coiled incidents intensified detection of impacted injections”). Review of Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 24, p.767-774 (2005)).

本実施例は、上述した第2の実施例の式8で求めたLSF(x,y)に基づいて走査ピッチを適切に設定する。
図16中、符号12は第2の実施例で求めたLSF(x,y)のCスコープ図を示したものであり、符号13はY方向断面の分布(プロファイル)13aを示すためのグラフであり、符号14はX方向断面の分布(プロファイル)14aを示すためのグラフである。
グラフ13において、欠陥直交方向(Y方向)の走査ピッチとして、dyを設定すると、LSFのX座標中心位置x0の位置でのY方向断面プロファイルで、最大位置y0を中心にしてdy/2の点、すなわち、
In the present embodiment, the scanning pitch is appropriately set based on the LSF (x, y) obtained by Expression 8 of the second embodiment described above.
In FIG. 16, reference numeral 12 indicates a C scope diagram of LSF (x, y) obtained in the second embodiment, and reference numeral 13 is a graph for showing a distribution (profile) 13a in the Y-direction cross section. Yes, reference numeral 14 is a graph showing the distribution (profile) 14a of the X-direction cross section.
In the graph 13, when dy is set as the scanning pitch in the defect orthogonal direction (Y direction), a point of dy / 2 centered on the maximum position y0 in the Y-direction cross-sectional profile at the X coordinate center position x0 of the LSF. That is,

式9Equation 9

の値が、観測しうる最小の振幅値になる。 Is the smallest observable amplitude value.

Y走査ピッチの初期値は、欠陥位置に対してランダムに決まると考えられるので、最良の場合、LSF(x,y)の最大値、すなわち、  Since the initial value of the Y scanning pitch is considered to be determined randomly with respect to the defect position, in the best case, the maximum value of LSF (x, y), that is,

式10Equation 10

を横切る走査ピッチになるが、最悪の場合は、走査ピッチの1/2、すなわち、dy/2だけ最大ピーク位置からずれた振幅値が計測される。
この両者の比から、走査ピッチdyを決めた際の、欠陥のピーク検出確率を、
However, in the worst case, an amplitude value shifted from the maximum peak position by ½ of the scanning pitch, that is, dy / 2, is measured.
From the ratio between the two, the defect peak detection probability when the scanning pitch dy is determined is

式11Equation 11

と定義できる。走査ピッチが十分に小さい場合、α=αmaxとなるので、ピーク検出確率は100%となる。
逆に、欠陥ピーク検出確率Pdを所定の値に決めると、式11と式9から
Can be defined. When the scanning pitch is sufficiently small, α = αmax, so that the peak detection probability is 100%.
Conversely, when the defect peak detection probability Pd is determined to be a predetermined value,

式12Formula 12

を満たす走査ピッチdyが決まることになる。これは、欠陥平行走査ピッチ(X方向走査ピッチ)の決定においても同様である。 The scanning pitch dy that satisfies the above is determined. The same applies to the determination of the defect parallel scanning pitch (X direction scanning pitch).

このように、線状欠陥に基づいたLSFを求めることで、欠陥検出確率をある値以上にした走査ピッチを決めることができる。通常の自然欠陥は、ほとんどが線状であるため、本発明によるLSFは広い範囲に応用可能である。このLSFに基づく走査ピッチの決定方法は、欠陥検出確率を所定値以上に担保したうえで走査ピッチを大きく取ることができ、検査の効率向上に寄与できる利点がある。
また、不必要に小さな走査ピッチになっていないことの確認や、大きさの異なるプローブを用いた探傷をおこなう場合においても同等の検出確率での走査ピッチを設定できるなど、探傷手順の標準化にも役立てることができる利点がある。
さらに、式8のLSF(x,y)が等価PSFの積分という解析関数で表現されているため、検査時の要求仕様として定義できる線状欠陥の長さに応じて、LSF(x,y)の形状を計算で求めることができる。したがって、実際に用いる際の柔軟性が増し得る利点がある。さらに、線状欠陥の長手方向に応じて異なる広がり幅を考慮できるため、より精度の良い走査ピッチの評価が可能になる利点がある。
In this way, by obtaining the LSF based on the linear defect, it is possible to determine the scanning pitch at which the defect detection probability is a certain value or more. Since most normal natural defects are linear, the LSF according to the present invention is applicable to a wide range. This method of determining the scanning pitch based on the LSF has the advantage that the scanning pitch can be increased after ensuring the defect detection probability to a predetermined value or more, which can contribute to the improvement of inspection efficiency.
In addition, it is possible to standardize the flaw detection procedure by confirming that the scan pitch is not unnecessarily small and by setting a scan pitch with the same detection probability even when flaw detection using probes of different sizes is performed. There are benefits that can be useful.
Furthermore, since LSF (x, y) in Expression 8 is expressed by an analytic function called integral of equivalent PSF, LSF (x, y) depends on the length of the linear defect that can be defined as a required specification at the time of inspection. Can be obtained by calculation. Therefore, there is an advantage that flexibility in actual use can be increased. Furthermore, since different spread widths can be taken into account according to the longitudinal direction of the linear defect, there is an advantage that the scanning pitch can be evaluated with higher accuracy.

本発明に係る渦電流探傷信号処理方法の第1の実施例を説明するための渦電流探傷装置の概略図である。1 is a schematic diagram of an eddy current flaw detector for explaining a first embodiment of an eddy current flaw detection signal processing method according to the present invention. FIG. 図1中の渦電流探傷装置により検査対象物を探傷した結果としてのCスコープ及びリサージュ波形を示す図である。It is a figure which shows C scope and a Lissajous waveform as a result of having detected the test target object with the eddy current flaw detector in FIG. 本発明に係る探傷信号処理方法の第1の実施例の手順を説明するためのステップ図である。It is a step figure for explaining the procedure of the 1st example of the flaw detection signal processing method concerning the present invention. 図2中のCスコープにおいて、欠陥部ベクトル及び非欠陥部ベクトルを示すための図である。FIG. 3 is a diagram for showing a defective part vector and a non-defective part vector in the C scope in FIG. 2. 図4中の欠陥部ベクトル及び非欠陥部ベクトルに夫々対応するリサージュ波形を示すための図である。FIG. 5 is a diagram for illustrating Lissajous waveforms respectively corresponding to a defective portion vector and a non-defective portion vector in FIG. 4. 図3中の手順に示される第1の実施例を使用した結果の一例として、X振幅及びY振幅のCスコープを示すための図である。FIG. 4 is a diagram for showing a C scope of X amplitude and Y amplitude as an example of a result of using the first embodiment shown in the procedure in FIG. 3. 図6中のX振幅Cスコープの欠陥部の拡大図である。It is an enlarged view of the defective part of the X amplitude C scope in FIG. 図6中のX振幅Cスコープの非欠陥部の拡大図である。It is an enlarged view of the non-defect part of the X amplitude C scope in FIG. 本発明に係る探傷信号処理方法の第1の実施例により得られた線形識別関数の値をCスコープに表現した図である。It is the figure which expressed the value of the linear discriminant function obtained by the 1st Example of the flaw detection signal processing method concerning this invention on C scope. 本発明に係る探傷信号処理方法の第1の実施例により得られた線形識別関数の値をフィルタリングした後の値をCスコープに表示した図である。It is the figure which displayed on the C scope the value after filtering the value of the linear discriminant function obtained by the 1st Example of the flaw detection signal processing method which concerns on this invention. 本発明に係る探傷信号処理方法の第2の実施例により人工欠陥を探傷した際のLSFを表示した図である。It is the figure which displayed LSF at the time of flaw detection of the artificial defect by 2nd Example of the flaw detection signal processing method concerning this invention. 本発明に係る探傷信号処理方法の第2の実施例により人工欠陥を探傷した際のLSFを表示した図である。It is the figure which displayed LSF at the time of flaw detection of the artificial defect by 2nd Example of the flaw detection signal processing method concerning this invention. 図11中のフィッティングしたLSFに対応する等価PSFを表示した図である。FIG. 12 is a diagram showing an equivalent PSF corresponding to the fitted LSF in FIG. 11. 図12中の等価PSFを用いて実測Cスコープから元の欠陥形状を復元した結果を示すためのCスコープを表示した図である。It is the figure which displayed C scope for showing the result of having decompress | restored the original defect shape from the measurement C scope using the equivalent PSF in FIG. 図12中の等価PSFを用いて実測Cスコープから元の欠陥形状を復元した結果を示すための欠陥平行方向分布を表示した図である。It is the figure which displayed the defect parallel direction distribution for showing the result of having decompress | restored the original defect shape from the measurement C scope using the equivalent PSF in FIG. 本発明に係る探傷信号処理方法の第3の実施例を説明するためのCスコープ及び断面分布(X方向及びY方向)を表示した図である。It is the figure which displayed C scope and cross-sectional distribution (X direction and Y direction) for demonstrating the 3rd Example of the flaw detection signal processing method which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 渦電流探傷装置
2 渦電流探傷プローブ
3b Cスコープ
5a X振幅Cスコープ
5c 人工欠陥に対応する横長部分
6 Cスコープ
6a 欠陥部に対応するプラス領域
8a 実測値のLSF(x,y)のCスコープ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Eddy current flaw detection apparatus 2 Eddy current flaw detection probe 3b C scope 5a X amplitude C scope 5c Horizontal portion 6 corresponding to artificial defect 6 C scope 6a Plus region 8a corresponding to defect portion C scope of LSF (x, y) of measured value

Claims (7)

検査対象物表面の金属組織内部の自然欠陥を非破壊で外部から計測するための渦電流探傷信号処理方法であって
前記検査対象物の探傷位置において測定された渦電流探傷信号のX振幅及びY振幅からなる2次元空間ベクトルと前記探傷位置の近傍位置において測定された渦電流探傷信号のX振幅及びY振幅とを合わせて得られた多次元空間のベクトルデータから教示された欠陥部及び非欠陥部のデータに基づいて、欠陥部と非欠陥部を識別する判別境界を、線形識別関数を用いて算出するステップと、
前記判別境界に直交する法線ベクトルに前記ベクトルデータを射影して、探傷位置ごとの振幅値に変換し、この振幅値が所定の閾値以上の領域を欠陥部とするステップとを備える、渦電流探傷信号処理方法において
既知の長さ及び深さを有する人工欠陥を付与した校正用試験片を提供するステップと、
前記検査対象物を探傷した渦電流探傷プローブにより、前記校正用試験片を探傷して得られる探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータから、前記プローブの空間応答関数を前記人工欠陥の長手方向およびこれに直交する方向に依存した形で求めるステップと、
前記空間応答関数を用いて、前記検査対象物の前記ベクトルデータのデコンボルーションをおこない、前記プローブの空間応答特性を補正した前記検査対象物の自然欠陥の形状復元データを得るステップとを更に備えることを特徴とする、渦電流探傷信号処理方法。
Natural defects inside the metallographic inspection object surface a eddy current signal processing method for measuring externally nondestructively,
A two-dimensional space vector composed of the X amplitude and Y amplitude of the eddy current flaw detection signal measured at the flaw detection position of the inspection object and the X amplitude and Y amplitude of the eddy current flaw detection signal measured at a position near the flaw detection position. Calculating a discrimination boundary for identifying a defective portion and a non-defective portion using a linear discriminant function based on data of a defective portion and a non-defective portion taught from vector data of a multidimensional space obtained together ; ,
An eddy current comprising: projecting the vector data onto a normal vector orthogonal to the discrimination boundary, converting the vector data into an amplitude value for each flaw detection position, and setting a region having the amplitude value equal to or greater than a predetermined threshold as a defect portion. In the flaw detection signal processing method ,
Providing a calibration specimen with an artificial defect having a known length and depth;
The spatial response function of the probe is obtained from vector data in a multidimensional space consisting of eddy current flaw detection signals for each flaw detection position obtained by flaw detection of the calibration specimen using the eddy current flaw detection probe that flaws the inspection object. Determining in a form dependent on the longitudinal direction of the artificial defect and the direction perpendicular thereto;
The method further comprises deconvolution of the vector data of the inspection object using the spatial response function to obtain shape restoration data of the natural defect of the inspection object in which the spatial response characteristics of the probe are corrected. An eddy current flaw detection signal processing method.
前記線形識別関数が、Fisherによる線形識別関数であって、下記の式により与えられることを特徴とする、請求項1に記載の渦電流探傷信号処理方法。
ここで、
Z(x、y)={Yre(x+i,y+j} 、Yim(x+i,y+j) )
(i=-n〜n、j=-m〜m)
(但し、Yre(x,y)、Yim(x,y)は、前記多次元空間のベクトルデータのX振幅及びY振幅を実部と虚部の信号とみて表したものであり、小文字の(x,y)は、前記検査対象物の空間座標位置を示したものである。)
において、計測信号Z(x,y)を次の二つのグループに分け、
この二つのグループの平均値を
とし、分散を
とする。
The eddy current flaw detection signal processing method according to claim 1, wherein the linear discriminant function is a linear discriminant function by Fisher and is given by the following equation.
here,
Z (x, y) = {Yre (x + i, y + j}, Yim (x + i, y + j))
(i = -n to n, j = -m to m)
(However, Yre (x, y) and Yim (x, y) represent the X and Y amplitudes of the vector data in the multidimensional space as signals of the real part and the imaginary part. x, y) indicates the spatial coordinate position of the inspection object.)
The measurement signal Z (x, y) is divided into the following two groups:
The average value of these two groups
And dispersion
And
所定の閾値以下の前記振幅値をゼロにすることにより、欠陥部の信号のみを残した閾値フィルタリングをするステップを更に備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の渦電流探傷信号処理方法。 The eddy current flaw detection signal processing according to claim 1, further comprising a step of performing threshold filtering that leaves only a signal of a defective portion by setting the amplitude value below a predetermined threshold to zero. Method. 前記空間応答関数を等価PSFの形で求めることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか1項に記載の渦電流探傷信号処理方法。 And obtaining the spatial response function in the form of equivalent PSF, eddy current signal processing method according to any one of claims 1 to 3. 前記空間応答関数を用いて、前記検査対象物の欠陥検出確率が所定の値以上になるように、前記プローブの前記検査対象物に対する走査ピッチを所定の値に設定することを特徴とする、請求項1乃至4の何れか1項に記載の渦電流探傷信号処理方法。 The scanning pitch of the probe with respect to the inspection object is set to a predetermined value using the spatial response function so that a defect detection probability of the inspection object is equal to or higher than a predetermined value. Item 5. The eddy current flaw detection signal processing method according to any one of Items 1 to 4 . 検査対象物表面の金属組織内部の自然欠陥を非破壊で外部から計測するための渦電流探傷信号処理方法であって
既知の長さ及び深さを有する人工欠陥を付与した校正用試験片を提供するステップと、
前記校正用試験片の探傷位置において測定された渦電流探傷信号のX振幅及びY振幅からなる2次元空間ベクトルと前記探傷位置の近傍位置において測定された渦電流探傷信号のX振幅及びY振幅とを合わせて得られた多次元空間のベクトルデータから教示された欠陥部及び非欠陥部のデータに基づいて、欠陥部と非欠陥部を識別する判別境界を、線形識別関数を用いて算出するステップと、
前記検査対象物の探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータを得るステップと、
前記判別境界に直交する法線ベクトルに前記検査対象物の前記ベクトルデータを射影して、探傷位置ごとの振幅値に変換し、この振幅値が所定の閾値以上の領域を欠陥部とするステップとを備える、渦電流探傷信号処理方法において
既知の長さ及び深さを有する人工欠陥を付与した校正用試験片を提供するステップと、
前記検査対象物を探傷した渦電流探傷プローブにより、前記校正用試験片を探傷して得られる探傷位置ごとの渦電流探傷信号からなる多次元空間のベクトルデータから、前記プローブの空間応答関数を前記人工欠陥の長手方向およびこれに直交する方向に依存した形で求めるステップと、
前記空間応答関数を用いて、前記検査対象物の前記ベクトルデータのデコンボルーションをおこない、前記プローブの空間応答特性を補正した前記検査対象物の自然欠陥の形状復元データを得るステップとを更に備えることを特徴とする、渦電流探傷信号処理方法。
Natural defects inside the metallographic inspection object surface a eddy current signal processing method for measuring externally nondestructively,
Providing a calibration specimen with an artificial defect having a known length and depth;
A two-dimensional space vector composed of the X amplitude and Y amplitude of the eddy current flaw detection signal measured at the flaw detection position of the calibration test piece, and the X amplitude and Y amplitude of the eddy current flaw detection signal measured at a position near the flaw detection position. A step of calculating a discrimination boundary for identifying a defective portion and a non-defective portion using a linear discriminant function based on data of a defective portion and a non-defective portion taught from vector data in a multidimensional space obtained by combining When,
Obtaining vector data in a multidimensional space consisting of eddy current flaw detection signals for each flaw detection position of the inspection object;
Projecting the vector data of the inspection object onto a normal vector perpendicular to the discrimination boundary, converting the vector data into an amplitude value for each flaw detection position, and setting a region having the amplitude value equal to or greater than a predetermined threshold as a defective portion; An eddy current flaw detection signal processing method comprising :
Providing a calibration specimen with an artificial defect having a known length and depth;
The spatial response function of the probe is calculated from vector data in a multidimensional space consisting of eddy current flaw detection signals for each flaw detection position obtained by flaw detection of the calibration specimen using the eddy current flaw detection probe that flaws the inspection object. Determining in a form dependent on the longitudinal direction of the artificial defect and the direction perpendicular thereto;
The method further comprises deconvolution of the vector data of the inspection object using the spatial response function to obtain shape restoration data of the natural defect of the inspection object in which the spatial response characteristics of the probe are corrected. An eddy current flaw detection signal processing method.
前記線形識別関数が、Fisherによる線形識別関数であって、下記の式により与えられることを特徴とする、請求項6に記載の渦電流探傷信号処理方法。
ここで、
Z(x、y)={Yre(x+i,y+j} 、Yim(x+i,y+j) )
(i=-n〜n、j=-m〜m)
(但し、Yre(x,y)、Yim(x,y)は、前記多次元空間のベクトルデータのX振幅及びY振幅を実部と虚部の信号とみて表したものであり、小文字の(x,y)は、前記検査対象物の空間座標位置を示したものである。)
において、計測信号Z(x,y)を次の二つのグループに分け、
この二つのグループの平均値を
とし、分散を
とする。
The eddy current flaw detection signal processing method according to claim 6, wherein the linear discriminant function is a linear discriminant function by Fisher and is given by the following equation.
here,
Z (x, y) = {Yre (x + i, y + j}, Yim (x + i, y + j))
(i = -n to n, j = -m to m)
(However, Yre (x, y) and Yim (x, y) represent the X and Y amplitudes of the vector data in the multidimensional space as signals of the real part and the imaginary part. x, y) indicates the spatial coordinate position of the inspection object.)
The measurement signal Z (x, y) is divided into the following two groups:
The average value of these two groups
And dispersion
And
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