JP2009002942A - 非破壊試験計器用ｇｐｓ対応型データロギング・システム - Google Patents

Abstract

【課題】非破壊試験／非破壊検査計器用ＧＰＳ対応型データロギング・システムを提供する。
【解決手段】位置データを得たＧＰＳは、地理的スタンプ検査データ登録に使われ、より効果的で正確なデータ収集、構成、および解析を提供する。ＧＰＳ対応型データロギング・システムは、計器が特定の検査区域に入ったことを検出するための方法および、その検査においてオペレータを支援するための位置特定作業を実行するための方法を同様に提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査データの取得および記録に関するとともに、さらに詳細には、内蔵型全地球測位衛星（ＧＰＳ）装置を使用するデータの収集、整理、および解析の方法に関する。

本明細書を通して関連する技術のいかなる検討も、決してそのような技術が広く知られているか、または当分野における公知な部分を構成することを認めるものとして判断されるべきではない。

一般的にデータロギングと呼ばれる測定データの編成および記録は、長くにわたって、検査システム（特に、携帯型非破壊試験（ＮＤＴ：Non-Destructive Test）／非破壊検査（ＮＤＩ：Non-Destructive Inspection）計器を使用するこれらのシステム）のための重要な構成要素である。デジタル処理システムの出現によって、携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器内に搭載するか、または中央データベースへ送信される、大容量の測定データの記録は、ますます実現可能になりつつある。データ、時間、位置、試験条件および試験オペレータによる短いメモでさえも、それぞれの測定登録に含めることができる。それらの全ては、データ解析における測定基準に役立てることができる。

検査システムはより複雑になりつつあるため、収集した測定データを記録するとともに、まとめることへの要求が高まっている。典型的な検査は、試験中の建造物上の特定の場所からそれぞれ数百の記録を含むことがある。それぞれの記録には、照合、履歴データとの比較、または解析を典型的に必要とする。先行技術システムは、このデータ（たとえば、高性能なコンピュータベースのプログラム）を記録・整理するとともに処理する方法を含んでいる。しかし、これらの全ては、それぞれのデータ登録が、特有の身分証明書（ＩＤ）またはタグを用いてマークされることを要求する。この方法で大量のデータ登録をマークするのは、面倒・非効率であるとともに、いくつかの場合で実用的ではない。たとえば、自動的に索引をつけるテーブルは、高速かつ便利な一方で、説明的なＩＤタグを提供するのに重大な限界を有する。逆に、それぞれの検査現場において手動で設定するデータ登録は、過度に時間を消費するとともに、検査の進行を大きく妨げることになってしまう。

多くの検査場面では、（たとえば、履歴データの妥当性を維持するために）特定の装置または計器の設定を用いて、特定の場所で測定が行われることが重要である。オペレータが検査をただちに遂行できるように、これは、複雑な労働集約型創造（labor intensive creation of complex）、予め定義されたテーブルおよび固定した検査パターンを多くの場合に必要とする。

ある検査現場（たとえば、線路または橋の長い区間のような巨大建造物における傷の検出）では、試験中に、いくつかの検査基準を表面上不足した建造物のある一定区間をマークするか、または旗を立てるとともに、適切なセーフティ・サービスに即座に報告することが好ましい。先行技術システムでは、これは、オペレータに検査進行の中断を強いた上で、前記区間を手作業でマークするか、複雑な自動マーキングシステム（たとえば、ペイント・ガン（paint gun））を検査システムに組み込むかのいずれかによって行われた。このタイプの方法は検査の進行を遅らせ、非効率を招く恐れがあるとともに、さらに追跡検査の信頼性を欠く。その上、この検査進行タイプにおける間違いは、物質的および人的被害を招く恐れがある。

非常に巨大で遠隔の建造物（たとえば、石油パイプライン）の検査は、多くの場合、法的または定期的な懸念の負担を生じる。その上、そのような検査には、多くの場合莫大な費用および努力が払われる。これらの理由のため、政府機関または代わりとなる他の団体が、検査後にデータの照合を要求し得る。これらの場合、オペレータまたはオペレータを雇用している機関は、報告されたとおり建造物が検査されたという証拠をいくつか提供するように多くの場合要求される。先行技術システムでは、これは、検査が行われる頻度を多くの場合遅らせ、時間を浪費する過程になり得る。

したがって、それは、内蔵型ＧＰＳ装置の使用により、地理データおよびタイムスタンプ情報を用いて、測定読取り値へ動的にタグをつけるインテリジェント・データロギング・システムを提供するのに有効である。さらに、それは、このシステムが建造物に欠陥がある区間の地理的位置を自動的に記録するとともに、追跡検査システムへ効率的に警報を出すのに使用される場合に有効である。それは、このシステムが、位置に特化した指示によりオペレータに警報を出すようにＧＰＳ装置を使用できる場合、同様に有効である。それは、この新しいシステムが、第三者に検査読取りが行われた位置および時間を（好ましくは動的、すなわち実時間であることを含む）正確かつ確実に証明しようとする場合、さらに有効である。

先行技術に付随する問題を解決することが、本発明の目的である。これは、内蔵型ＧＰＳ受信機を携帯型非破壊試験（ＮＤＴ：Non-Destructive Test）／非破壊検査（ＮＤＩ：Non-Destructive Inspection）計器のデータロギング・システムに統合することによって、達成される。本明細書において「ＧＰＳデータ」および「ＧＰＳ座標」という用語は、以下の測定基準の全てまたは一部を指すことに留意されたい。すなわち、標高、緯度・経度情報、および時間である。内蔵型ＧＰＳ受信機は、検査計器の標高および地理座標と、システム処理機またはＣＰＵに対して検査が行われた正確な時間とを持続的に報告することによって、以下の利点を与える。

１．検査読取り値は、検査センサのＧＰＳ座標を用いて動的にスタンプされ、それぞれの読み取り値に独自のタグをつけるとともに、これを識別する。データ解析システムは、それぞれの記録のために試験中の建造物を識別するとともに、データ解析および記録を支援するように、これら地理的スタンプを解析する。

２．検査計器は、動的に警報を出すとともに、新規の検査区域、予め決められた検査区域に入るときに、またはこれら検査区域から離れるときに特定の指示、警告、または地域特定の計測履歴をオペレータに提供する。

３．巨大な建造物（たとえば、線路または橋）のために、潜在的に問題のある地域は、（たとえば、さらなる評価のために）正確なＧＰＳデータを用いて動的に記録されるとともに、警報は無線ネットワークを介して即座に送信されることが可能である。

４．それぞれの検査読取り値とともに記録されたＧＰＳデータは、読み出し専用領域に記録され、検査進行の結果においてデータが確実かつ正確に照合されるようにする。

したがって、本発明の目的は、各検査読み出しの地理座標および時間を動的に記録する携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器のためのデータロギング・システムを提供することである。

同様に、本発明の目的は、計器が、新規の検査区域に入るか、または現在の区域を離れた場合、オペレータに動的に警報を出すとともに、検査、警告、履歴データのうちの少なくとも１つを提供する携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器用のデータロギング・システムを提供することである。

さらに、本発明の目的は、巨大建造物のひび割れまたは損傷箇所のＧＰＳ座標を動的に記録するとともに、即座に警報を発する携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器用のデータロギング・システムを提供することである。

同様に、本発明の目的は、編集不可領域に各検査の読取り値のＧＰＳ座標を記録する携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器用のデータロギング・システムを提供することである。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら本発明の以下の記載により明らかにする。

図１は、本発明のデータロギング・システムを使用した典型的な携帯型非破壊試験（ＮＤＴ：Non-Destructive Test）／非破壊検査（ＮＤＩ：Non-Destructive Inspection）計器のブロック図である。
図２は、本発明のデータロギング・システムを用いて建造物を検査する典型的なＮＤＴ／ＮＤＩ計器の透視図である。
図３は、本発明のデータロギング・システムによって動的に生成されたグラフィックな計測レポートを示した典型的な図である。
図４は、本発明のデータロギング・システムによって動的に生成されたデータログ・ファイルを示した典型的な図である。
図５は、外付けＧＰＳ受信装置を使用する本発明のデータロギング・システムの実施形態による典型的な携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器の透視図である。

ここ数年間、携帯型計器のためのＯＥＭ ＧＰＳ受信機が、市販されている。このタイプのＧＰＳ受信機の機能および使用は、当業者にとっては自明である。少なくとも４機のＧＰＳ人工衛星から十分な信号を受信する場合、ＧＰＳ受信機は、三次元空間内の正確な位置を高精度に三角測量できる。その上、同期アルゴリズムおよびエラー構成技術（error composition technique）は発達および改良されるため、ＧＰＳ受信機の分解能は向上し、それらが検出できる物理的な位置の変化を大いに改良する。

加速度計、ジャイロスコープ、および時間の経過とともに対象の位置の正確な報告を保つようなものを使用する慣性ナビゲーション・システムは、ＧＰＳ信号が利用できない期間ずっと、ナビゲーション監視の継続を提供するために、ＧＰＳ装置と長らく結合されてきた。本明細書では、内蔵型ＧＰＳ受信機を含むデータロギング・システムを記載する。しかし、本発明者は内蔵型ＧＰＳ装置と同様に慣性ナビゲーション・システムを含む代替的な実施形態を考慮している。そのような配置とともに、本明細書に記載された方法は、ＧＰＳの受信が貧弱な場所（たとえば、大都市部での建築中の建物、建物の室内、および建物の付近）においてさえも使用することが可能である。

本明細書は、携帯型非破壊試験（ＮＤＴ）／非破壊検査（ＮＤＩ）計器を組み込んだ内蔵型ＧＰＳ受信機を使用したデータロギング・システムを記載する。図１は、そのようなＮＤＴ／ＮＤＩ計器の典型的な例を図示している。中央処理装置（ＣＰＵ）１０１は、計器を制御および管理するソフトウェア・プログラムを実行する。オペレータは、キーパッド１０３およびディスプレイ１０２を通して計器と対話する。ＣＰＵ１０１によって制御される検査回路１０４は、センサ１０５への刺激信号を生成するとともに、センサ１０５からの復帰信号を監視する。検査データは、データ記録ブロック１０６（メモリカードのような典型的な不揮発性メモリデバイス）に記録されるとともに、必要なときにＣＰＵ１０１によって取り出される。無線インターフェース１０７（たとえば、ＷＩ‐ＦＩデバイス、またはブルートゥース・トランシーバ）によって、ＣＰＵ１０１は検査結果を送信するか、または最新情報を受信するために外部ネットワークと通信できる。ＧＰＳ受信機１０８は、検査計器の地理的位置を用いて持続的にＣＰＵ１０１を更新する。いくつかの検査用途のために（要求される地理的分解能に依存して）、ＧＰＳ受信機１０８は、センサ１０５の物理的反対側に配置される。最後に、加速度計・システムおよびジャイロスコープ・システムを含む内蔵型慣性ナビゲーション・システム１０９は、３次元における計器の移動を監視するとともに、このデータをＣＰＵ１０１に報告する。この情報を使用して、ＣＰＵ１０１は、分かっている最新のＧＰＳ座標セットから計器の位置を追跡することができ、本発明のデータロギング・システムの範囲を非常に拡張する。

図２は、建造物２０２を検査するために、本発明の方法を用いた典型的な携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器２０１を図示している。この場合、ＧＰＳ受信モジュール２０３は、検査センサ２０４の頂点に直接配置され、それぞれの検査読取り値が取得される建造物２０２上の正確な点を追跡する。

本明細書では、内蔵型ＧＰＳ受信機を用いたデータロギング・システムのための４つの概念を定義する。本発明の好ましい実施形態は、４つの概念全てを含むデータロギング・システムを記載する。しかし、本発明者は、これら新機軸のあらゆる部分を使用する多数の代替的実施形態を考慮している。これら概念のそれぞれは、以下の段落で詳細に述べる。

１．データを加えた地理的スタンプおよび時間の動的記録
各計測読取り値のために、検査センサの正確な位置および観察された読取り値の正確な時間を詳細に報告するＧＰＳ座標は、データといっしょに記録される。データ解析プログラム（搭載された検査計器、または検査機器からデータを取り出すことができるコンピュータ上のいずれかで実行される）は、測定が行われた順番に関係なく位置によって、データ読取り値を構成するとともに、並べ替えるように、この地理的スタンプを使用することができる。

検査点間の距離が内蔵型ＧＰＳ受信機の分解能より大きい場合、それぞれの測定とともに記録された地理的スタンプは、各読取り値を独自に識別するのに使用できる。さらに、相対的スケールで描かれるとともに、解析された検査データを組み込む、検査地域、または建造物の地理的表現は、写実的に描写できるとともに、表示できる。

図３は、そのような場合に本発明の方法を用いて生成した典型的でグラフィックな検査レポートを表している。それぞれの検査点は、検査中、記録されたＧＰＳ座標により、アイコン画像３０１によって表現されるとともに、検査地域３０２の地形プロット上に配置される。潜在的に欠陥のある検査の場合では、警告シンボル３０３が問題の検査点上に配置される。各検査点についての情報（この場合、識別された位置名、短いデータ解析、およびあらゆる警告メッセージ）が、各アイコンにリンクしたテキストボックス３０４に表示される。

検査点間の距離が内蔵型ＧＰＳ受信機の分解能より小さい場合、それぞれの測定とともに記録された地理的スタンプは、予め定義された区域へ測定を分類するのに使用できる。たとえば、“パイプＡ”で行われた測定は、“パイプＢ”で行われた測定と簡単に見分けがつくように、データ収集および解析を非常に簡単にする。

図４は、そのような場合のために、本発明の方法によって生成された典型的なデータログ・ファイルを表している。検査読取り値のための日付４０１および時間４０２の列は、左側に列挙している。内蔵型ＧＰＳ装置によって報告されたとおり検査が行われた場合、隣の３列４０３、４０４、４０５は、計器のセンサの位置を記載している。これらの生のＧＰＳ座標は、（この例では、予め定義された索引テーブルの使用によって）隣の列４０６に登録される計測点を表現する重要な文字列に対して識別される。最後の２列は、実際の計測データ４０７、および前記データの解析４０８を列挙している。

２．予め設定された中間地点におけるオペレータへの指示の提供
検査領域が明確に定義されている場合、特定の検査点におけるオペレータへの指示を提供するように、本発明のデータロギング・システムを予め設定できる。検査計器内の内蔵型ＧＰＳ装置は、計器が新しい検査位置に入ったことを検出した場合、計器ソフトウェアは、オペレータに警報を送信する。この警報は、用途の必要に応じて様々な情報を含むことができる。特定の計測指示、直近の危険の警告、または以前の計測結果は、オペレータが新しい検査点の範囲に踏み入れた瞬間に、オペレータに全て表示でき、検査進行の正確性、有効性、および安全性を向上させる。腐食検査では、たとえば、建造物の以前の厚さの一覧（plot）は、新しい検査の開始において計器へ動的に読み込まれるとともに、新しいデータのためのオーバーレイを提供する。これは、検査の間、オペレータが計測データの傾向を観察できるようにするとともに、オペレータの検査成果の品質および価値を非常に向上させる。

加えて、検査計器の自動検出（検査計器がある計測位置を含む）とともに、一定のインテリジェント・データロギングの特徴が、実現可能になる。たとえば、場所特有のデータテーブルは読み込まれるとともに、位置のＧＰＳ座標、または前記位置に対して予め割り当てられた通称を反映する、ユーザまたは生成できる記述的なＩＤタグからの一切の活動をいらずに、新しいデータ登録のために準備される。

３．建造物の傷のマークおよび基地局への警報
検査進行では多くの場合、検査の焦点は、巨大建造物の損傷または欠陥部分を識別することである。たとえば、線路の検査は、レール内の亀裂またはいくつかの他の欠陥を発見するための努力によって、検査計器を用いて数マイルの線路を詳細に調べることを多くの場合含む。このタイプの検査は、典型的に２つの段階によって行われる。第１の段階は、比較的速くて、大雑把な建造物の検査である。予め定義され承認された基準の集合（通常は、広く安全な許容範囲の集合）と出会わない読取り値はどれも、後の検査のために目印をつけられる。第２の段階は、第１の段階で目印されたそれぞれの区間のより詳細な検査を含む。本発明の方法は、この作業によく適している。

先行技術のシステムでは、試験下の建造物の疑わしい欠陥、または損傷区間のマーキングは、建造物の物理的なマーキングによって主に行われるのに対して、本発明の方法を用いた検査計器は、これらの各点の正確な地理的位置を動的に記録することができる。さらに、本発明のデータロギング・システムと連携した無線ネットワーク装置または移動体ネットワーク技術を用いることによって、次いで情報の解析およびそれに対する応答を行うことのできる監視局へ警報を即座に送信することができる。最初の検査で発見された潜在的に危険な区域は、検査進行において、あらゆるデータ損失を防ぐために、同様に記録されるとともに、あらゆる傾向を観察するために以前の検査と比較される。

４．検査の正当性の更新
検査実施には、法的または定期的な懸念が存在する（たとえば、アラスカの石油パイプラインに関する定例的な保全検査）ことは、建造物が報告されたとおり実際に検査されたという証拠を提供するために、試験オペレータまたは前記オペレータを雇用している機関にとって重要になる。本発明のデータロギング・システムは、この作業によく適している。

内蔵型ＧＰＳ受信機から得られたＧＰＳ座標は、各測定用のデータレコード内の編集不可領域に記録される。一度検査計測が行われるとともに、記録されたら、この情報は変更不可能になるため、データの誤った修正または不正なデータ操作による変更を防ぐ。

ここまで、本明細書は、ＯＥＭ ＧＰＳ内蔵型受信装置に適したデータロギング・システムについて記載してきた。しかし、本発明者は、データロギング・システムの一部の代わりとして外付けＧＰＳ受信装置が使用される本発明の代替的な実施形態を考慮している。図５は、この実施形態を図示している。ＧＰＳ受信装置５０２は、データコネクション５０３を通して携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器５０１にＧＰＳデータを送信する。このデータコネクション５０３は、無線データ転送プロトコルまたは回路接続コネクションのいずれかの形式をとることができる。そのような外付けＧＰＳ装置を使用するデータロギング・システムは、より便利でかつ低コストのシステムを潜在的に与えるだけでなく、記載したかぎりのような本発明の全ての利点および新奇な態様を維持する。

本発明は、特定の実施形態に関して記載したが、他の多くの変化、改良、および他の使用は、当業者にとって自明である。したがって、本発明は本明細書によって限定されないことが好ましい。

本発明のデータロギング・システムを用いた典型的な携帯型非破壊試験（ＮＤＴ：Non-Destructive Test）／非破壊検査（ＮＤＩ：Non-Destructive Inspection）計器のブロック図である。 本発明のデータロギング・システムを用いて建造物を検査する典型的なＮＤＴ／ＮＤＩ計器の透視図である。 本発明のデータロギング・システムによって生成されたグラフィックな計測レポートを示した典型的な図である。 本発明のデータロギング・システムによって生成されたデータログ・ファイルを示した典型的な図である。 外付けＧＰＳ受信装置を用いた本発明のデータロギング・システムの実施形態を用いた典型的な携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器の透視図である。

符号の説明

１０１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
１０２ ディスプレイ
１０３ キーパッド
１０４ 検査回路
１０５ センサ
１０６ データ記録ブロック
１０７ 無線インターフェース
１０８ ＧＰＳ受信機
１０９ 内蔵型慣性ナビゲーション・システム
２０１ 携帯型非破壊試験（ＮＤＴ：Non-Destructive Test）／非破壊検査（ＮＤＩ：Non-Destructive Inspection）計器
２０２ 建造物
２０３ ＧＰＳ受信モジュール
２０４ 検査センサ
３０１ アイコン画像
３０２ 検査地域
３０３ 警告シンボル
３０４ テキストボックス
５０１ 携帯型ＮＤＴ／ＮＤＩ計器
５０２ ＧＰＳ受信装置
５０３ データコネクション

Claims (17)

1. 携帯型非破壊試験計器を使用したデータロギング・システムであって、
   デジタル記録媒体と、
   特定位置情報を提供するＧＰＳ受信機と、
   ＧＰＳ受信機により提供される特定位置情報によって識別された対応計測点と離散試験データの各要素を関連させるとともに、集めるデータロガーと
   を具備し、
   前記計器は、試験対象に沿って離間した複数の位置と一緒に、およびそれらの個々に関連して取り込まれた試験データを記録するように動作することを特徴とするデータロギング・システム。
2. さらに、慣性ナビゲーション・システムを具備することを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
3. 各計測点において得られた試験データに対応する空間位置情報は、動的に記録されることを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
4. 前記各計測点の空間位置情報は、ＧＰＳ座標の集合として記録されることを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
5. 前記各計測点の空間位置情報は、ＧＰＳ座標の範囲と関連した文字列として記録されることを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
6. 前記データロガーは、試験データとともにＧＰＳ受信機から得られたタイムスタンプを記録するように動作することを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
7. 前記システムを使用した計器が検査位置に近づいたことを動的に検出するように動作する装置を具備することを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
8. 前記データロギング・システムは、検査位置に近づく際に位置特定情報をオペレータに提供することを特徴とする請求項７記載のデータロギング・システム。
9. 前記データロギング・システムは、検査位置から遠ざかる際に位置特定情報をオペレータに提供するように動作することを特徴とする請求項７記載のデータロギング・システム。
10. 前記データロギング・システムは、検査位置に近づく際に新しいデータ登録のための位置特定データファイルを提供するように動作することを特徴とする請求項７記載のデータロギング・システム。
11. 前記データロギング・システムは、検査位置に近づく際に位置特定履歴データを呼び出すように動作することを特徴とする請求項７記載のデータロギング・システム。
12. 前記履歴データは、無線ネットワーク接続を介して遠隔のデータ記録装置から、呼び出されることを特徴とする請求項１１記載のデータロギング・システム。
13. 前記システムは、予め定義された重要な基準に応じて重要だとみなされる計測の空間位置を動的に記録するように動作することを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
14. 重要な計測のデータ記録を無線ネットワークインターフェースを介して送信するように動作する装置を具備することを特徴とする請求項１３記載のデータロギング・システム。
15. 試験下で建造物の幾何学的モデルを再構成するために、ＧＰＳ受信機によって報告された空間位置を利用するように動作する装置を具備することを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
16. 読み出し専用形式の空間位置情報を記録する装置を具備することを特徴とする請求項１記載のデータロギング・システム。
17. 空間位置情報を暗号化するように動作する装置を具備することを特徴とする請求項１６記載のデータロギング・システム。