JP3649659B2 - 渦電流検査信号識別方法及びこの方法を用いる装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生器の伝熱管等に対する渦電流検査により得られる渦電流検査信号から、伝熱管等に存在する損傷を表す部分を自動的に判定する渦電流検査信号識別方法及びこの方法を用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性物体に対する非破壊検査である渦電流検査（以下、ＥＣＴ検査という。）は、被検査体に渦電流を誘導させるとともに、センサを被検査体の表面に沿って移動させ、その際に生じるセンサのインピーダンスの変化を利用して被検査体の損傷を検出するものである。
【０００３】
図11は、ＥＣＴ検査により得られる信号（以下、ＥＣＴ信号という。）の説明図である。ＥＣＴ信号は、図11(a)に示すように、時間ｔの関数として複素数で表され、実数部Ｒと虚数部Ｉの信号成分の関係で検査対象の状態を検出することができる。また、時間ｔはセンサの位置に対応させることができるので、ＥＣＴ信号を位置の関数として表すこともできる。
【０００４】
更に、ＥＣＴ信号は、図11(b)に示すように、リサージュ波形により表すこともできる。この場合、検査対象の状態は、リサージュ波形の最も長い部分の振幅ｖとその部分の位相角θで表される。なお、図11(a)の実数部信号Ｒと虚数部信号ＩのＡ〜Ｆ点は、図11(b)のリサージュ波形のＡ〜Ｆ点に対応する。
【０００５】
また、ＥＣＴ信号の特徴として、複数の探傷周波数を用いて検査を行い、探傷周波数分の検査データを得ることもできる。この場合は、１つの対象部位に対して探傷周波数の異なる信号同士の位相角の差や振幅比を求めることにより、対象部位に関するより詳細な情報を得ることができる。
【０００６】
図12は、検査対象から１次元又は２次元のＥＣＴ信号を取得する場合の説明図である。図12(a)は、検査対象52に対して、１つのセンサ51を直線的に移動することにより、１次元のＥＣＴ信号を取得する例である。
【０００７】
また、図12(b)は、検査対象52に対して、１つのセンサ51を平面的に移動することにより、２次元のＥＣＴ信号を取得する例である。この場合は、検査対象52のｘ、ｙ座標に対応して、ＥＣＴ信号の実数部及び虚数部をそれぞれ２次元で表すことができる。
【０００８】
また、図12(c)は、検査対象52に対して、複数のセンサ51a、51b等を直線的に移動することにより、２次元のＥＣＴ信号を取得する例である。複数のセンサを伝熱管の管軸方向に直線的に移動することにより、伝熱管の軸方向と円周方向の２次元構造の中で、どこにきずがあるかを高速に検出することができる。
【０００９】
次に、ＥＣＴ信号からきずを表す部分を自動的に判定する処理について説明する。ＥＣＴ信号からきずを表す部分を自動的に判定するには、まず、ＥＣＴ信号全体から着目すべき信号部分を決定する。即ち、ＥＣＴ信号自体、又はＥＣＴ信号にフィルタ処理を行った信号に対して閾値処理を行い、信号振幅が所定の閾値より大きい部分を着目すべき信号部分として決定する。
【００１０】
次に、着目した信号部分の信号特徴量を求める。この場合、信号特徴量として、ＥＣＴ信号をリサージュ波形で表した場合の位相角と振幅をとることが一般的である。
【００１１】
次に、求められた信号特徴量、例えば、位相角と振幅に基づき、着目した信号部分にきずが存在するか否かを判別する。この場合、最も基本的な判別方法は、閾値処理に基づく判別方法であり、求められた複数の信号特徴量Ａ、Ｂに対して、例えば、信号特徴量Ａの値がA1以上A2以下で、かつ、信号特徴量Ｂの値がB1以下ならばきずが存在すると判別する。
【００１２】
図13は、位相角と振幅を信号特徴量としてきずを判別する場合の説明図である。図中の三角印は、ＥＣＴ信号の着目部分の位相角と振幅を示す。図13(a)は、閾値処理によりきずを判別する例で、例えば、着目部分の信号の振幅がａボルト以上、かつ、位相角がｂ°以上の範囲をきずが存在する範囲とする。
【００１３】
このように、ＥＣＴ信号の位相角と振幅を閾値処理することにより、伝熱管のきずの存在を判別することができる。しかしながら、ＥＣＴ信号は、きずの影響だけでなく、伝熱管周囲の管支持構造物等による影響も受けるため、単純な閾値処理では判別基準が設定しづらい場合もある。
【００１４】
そのため、ニューラルネットや統計的識別手法により、多数のデータの分布や信号の変形を学習して識別精度を向上させることも行われる。この場合は、図13(b)に示すように、信号特徴量を表示する空間を、ニューラルネットや統計的識別手法により求めた識別超平面や２次曲面等で分離し、きずが存在すると判別する範囲を設定する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＥＣＴ信号からきずが存在する部分を判別する場合、ＥＣＴ信号の本質的な情報である位相角と振幅を信号特徴量とすることが一般的である。しかし、位相角と振幅は単位系が異なり、位相角の変動範囲が０度から３６０度であるのに対し、振幅の変動範囲は通常０ボルトから１０ボルト程度である。
【００１６】
このため、位相角と振幅のデータをグラフ上に記入した場合、図14(a)に示すように、位相角は広い範囲で分布するのに対し、振幅の分布範囲は狭くなる。従って、きずを表す範囲の境界を設定する場合、振幅方向の境界設定範囲が位相角方向の境界設定範囲に比べて極めて狭くなり、適切な境界を設定することが難しい。
【００１７】
また、位相角の０度及び３６０度付近に分布するデータは、きずを表す信号として同じグループに属するが、図14(b)に示すように、グラフ上では離れて表示される。このため、グラフ上での距離が信号特徴量の類似関係と整合せず、ＥＣＴ信号からきずを表す部分を判別する処理が複雑になっていた。
【００１８】
また、前述のように、ＥＣＴ信号の信号特徴量として、リサージュ波形の最も長い部分の振幅ｖと位相角θが用いられるが、例えば、伝熱管を支持する支持板からも、図15(a)に示すような振幅ｖと位相角θのデータが得られる場合がある。
【００１９】
この場合、伝熱管の支持板の位置にきずが存在すると、図15(b)に示すように、きずを表す信号が支持板の信号の中に埋もれてしまい、支持板の信号の振幅ｖと位相角θのデータから、きずを表す信号が分離できないという問題がある。
【００２０】
また、ＥＣＴ信号の特徴として、リサージュ波形の形状、例えば、ふくらみをもっているとか、曲がっている等の形状も重要である。しかしながら、従来のように、リサージュ波形の最も長い部分の振幅と位相角を信号特徴量としたのでは、リサージュ波形の微妙な形状の違いが表現されず、きずの判別精度を向上させることができなかった。
【００２１】
例えば、伝熱管の支持板(A)、きず(B)、及び伝熱管の外に付着する金属成分である付着物(C)等に対応するリサージュ波形は、図16に示すように、ともに振幅ｖと位相角θを持つため、振幅ｖと位相角θを信号特徴量としたグラフ上では同じ位置に分布し、それらを判別することができなかった。
【００２２】
一方、ＥＣＴ信号の特徴量として、特願昭６２一１５４６００号公報に記載されているように、リサージュ波形の面積を用いることもできる。しかし、きずの判別に有効な特徴量は、ＥＣＴセンサの特性に依存しており、ＥＣＴセンサの種類によっては、リサージュ波形の面積をＥＣＴ信号の特徴量にできない場合もある。また、リサージュ波形の面積は、１次元のＥＣＴ信号に対するものであり、２次元のＥＣＴ信号にも拡張的に使えるものではないという問題点もある。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、渦電流検査により得られた渦電流検査信号から、被検査体に存在する損傷を表す部分を精度よく識別することができる渦電流検査信号識別方法及びこの方法を用いる装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の渦電流検査信号識別方法の一つの側面は、渦電流検査により得られる渦電流検査信号から、被検査体の損傷を表す部分を識別する渦電流検査信号識別方法において、渦電流検査信号の大きさが所定の値以上の着目点を抽出する第１のステップと、着目点を含んだ信号範囲において、渦電流検査信号のリサージュ波形を求め、リサージュ波形から渦電流検査信号のｘ座標及びｙ座標を各々増減させて変化ベクトルを求める第２のステップと、変化ベクトルの大きさを、３６０°をｎ方向に分割したｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算してｎ次元の特徴ベクトルを求める第３のステップと、ｎ次元の特徴ベクトルを、平滑化すべく加重平均してｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換する第４のステップと、ｍ次元の特徴ベクトルにより損傷を表す部分を識別する第５のステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、損傷を表す部分を識別するための特徴ベクトルは、渦電流検査信号から求められる変化ベクトルの大きさを、ｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算して求められるので、渦電流検査信号の位相角と振幅の特徴を明確に表現することができる。従って、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
【００２６】
また、ｎ次元の特徴ベクトルは、ｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換されるので、量子化による特徴ベクトルの変動を低減し、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
更に、本発明の渦電流検査信号識別装置は、渦電流検査により得られた渦電流検査信号から、被検査体の損傷を表す部分を識別する渦電流検査信号識別装置において、渦電流検査信号のリサージュ波形を求め、リサージュ波形から渦電流検査信号のｘ座標及びｙ座標を各々増減させて変化ベクトルを求め、変化ベクトルの大きさを、３６０°をｎ方向に分割したｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算してｎ次元の特徴ベクトルを求め、ｎ次元の特徴ベクトルを、平滑化すべく加重平均してｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換し、ｍ次元の特徴ベクトルにより損傷を表す部分を識別する信号処理手段を有することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２８】
図ｌは，本発明の実施の形態の渦電流検出信号識別装置の構成ブロック図である。本実施の形態の渦電流検出信号識別装置は、センサ15により伝熱管等のＥＣＴ検査を行う渦電流探傷器16からＥＣＴ信号データを読み込むデータ読込部13と、読み込んだＥＣＴ信号からきずを表す特徴量を算出する等の処理を行うＣＰＵ11と、ＥＣＴ信号を処理するプログラム等を記憶するハードディスク14と、ＣＰＵ11における処理データ等を一時記憶するメモリ12とを有する。
【００２９】
本実施の形態の渦電流検出信号識別装置は、渦電流探傷器16で取得したＥＣＴ信号データをデータ読込部13で読み込んできずを表す部分を識別するが、渦電流探傷器16を含んだ構成とすることも可能である。
【００３０】
次に、ＥＣＴ信号からきずを表す部分を自動的に識別する処理について説明する。ここでは、最初に全体の処理の流れをフローチャートにより説明し、次に、各ステップにおける処理を具体的に説明する。
【００３１】
図２は、本実施の形態の渦電流検査信号識別方法の処理フローチャートである。本実施の形態の識別処理は、ＥＣＴ信号から特徴量を抽出すべき着目点を計算する信号着目点計算処理（ステップS1）と、着目点を含んだ所定の範囲を処理すべき信号範囲と決定する信号範囲決定処理（ステップS2）と、その信号範囲のＥＣＴ信号の振幅の変化分を量子化された方向毎に加算する信号方向成分加算処理（ステップS3）と、加算された信号方向成分から方向の量子化による影響を低減し、所定の次元数の特徴量を出力する信号方向平準化処理（ステップS4）と、所定の次元数の特徴量からきずを表す信号を識別する特徴量識別処理（ステップS5）とを有する。
【００３２】
次に、フローチャートの各ステップの処理を、原子力プラントの蒸気発生器の伝熱管にＥＣＴ検査を行う場合を例として説明する。また、ＥＣＴ信号は、伝熱管の周方向と軸方向の２次元信号の場合について説明するが、例えば、軸方向だけの１次元信号に対しても、同様に適用することができる。
【００３３】
図３は、信号着目点計算処理（ステップS1）の説明図である。信号着目点計算処理においては、渦電流探傷器16で取得したＥＣＴ信号から、特徴量を算出する着目点が抽出される。例えば、ＥＣＴ信号が１次元信号の場合は、図3(a)に示すように、伝熱管の軸方向にｘ座標をとった場合のＥＣＴ信号の実数部Ｒ(ｘ）、虚数部Ｉ(ｘ)に対して、
（式１） abs(Ｒ(ｘ)) ＞δ （absは絶対値をとる演算子、δは閾値）
となる信号点を着目点としたり、
（式２） abs(Ｒ(ｘ)2＋Ｉ(ｘ)2）1/2 ＞δ
となる信号点を着目点とする。
【００３４】
また、ＥＣＴ信号が２次元信号の場合は、図3(b)に示すように、伝熱管の軸方向にｘ座標をとり、周方向にｙ座標をとった場合のＥＣＴ信号の実数部Ｒ(x,y）に対して、
（式３） abs(Ｒ(x,y)) ＞δ
となる信号点を着目点とする。
【００３５】
次に、特徴量を計算するための信号範囲を決定する信号範囲決定処理（ステップS2）が行われる。信号範囲決定処理は、着目点を含んだ所定の範囲を信号範囲とする処理であり、複数の着目点に対して独立に行われる。ここでは、図４に示すように、着目点として（x0,y0）が得られた場合について説明する。なお、(x0,y0)は、着目点のｘ、ｙ座標である。
【００３６】
信号範囲決定処理では、着目点（x0,y0）の周囲を探索し、ＥＣＴ信号の実数部又は虚数部がなだらかになるところまでを信号範囲とする。具体的には、図4(a)に示す実数部信号に対して、着目点Ｒ(x0,y0)のｙ座標（周方向）をy0に固定し、ｘ座標（軸方向）をx0、x0-1、x0-2、・・と変化させ、実数部信号の変化分△Ｒ(x,y0)が、
（式４） △Ｒ(x,y0)＝abs(Ｒ(x,y0)-Ｒ(x-1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の始点xsとし、更に、ｘ座標をx0、x0+1、x0+2、・・と変化させ、
（式５） △Ｒ(x,y0)＝abs(Ｒ(x,y0)-Ｒ(x+1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の終点xeとする（図4(c)参照）。
【００３７】
同様に、図4(b)に示す虚数部信号に対して、着目点Ｉ(x0,y0)のｙ座標（周方向）をy0に固定し、ｘ座標（軸方向）をx0、x0-1、x0-2、・・と変化させ、虚数部信号の変化分△Ｉ(x,y0)が、
（式６） △Ｉ(x,y0)＝abs(I(x,y0)-I(x-1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の始点xsとし、更に、ｘ座標をx0、x0+1、x0+2、・・と変化させ、
（式７） △Ｉ(x,y0)＝abs(Ｉ(x,y0)-Ｉ(x+1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の終点xeとする（図4(d)参照）。なお、図4(e)、図4(f)については後述する。
【００３８】
また、図5(a)に示す実数部信号（図4(a)の場合と同じ）に対して、着目点Ｒ(x0,y0)のｘ座標（軸方向）をx0に固定し、ｙ座標（周方向）をy0、y0-1、y0-2、・・と変化させ、実数部信号の変化分△Ｒ(x0,y)が、
（式８） △Ｒ(x0,y)＝abs(Ｒ(x0,y)-Ｒ(x0,y-1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の始点ysとし、更に、ｙ座標をy0、y0+1、y0+2、・・と変化させ、
（式９） △Ｒ(x0,y)＝abs(Ｒ(x0,y)-Ｒ(x0,y+1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の終点yeとする（図5(c)参照）。
【００３９】
同様に、図5(b)に示す虚数部信号（図4(b)の場合と同じ）に対して、着目点Ｉ(x0,y0)のｘ座標（軸方向）をx0に固定し、ｙ座標（周方向）をy0、y0-1、y0-2、・・と変化させ、虚数部信号の変化分△Ｉ(x0,y)が、
（式10） △Ｉ(x0,y)＝abs(I(x0,y)-I(x0,y-1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の始点ysとし、更に、ｙ座標をy0、y0+1、y0+2、・・と変化させ、
（式11） △Ｉ(x0,y)＝abs(Ｉ(x0,y)-Ｉ(x0,y+1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の終点yeとする（図5(d)参照）。なお、図5(e)、図5(f)については後述する。
【００４０】
上記の説明では、実数部又は虚数部の信号がなだらかになるところまでを信号範囲としたが、信号範囲xs〜xe、又はys〜yeが基準値以上に大きい場合は、所定の範囲に制限してもよい。
【００４１】
また、ＥＣＴ信号の実数部Ｒ(x,y)と虚数部Ｉ(x,y)から振幅（Ｒ(x,y)2+Ｉ(x,y)2）1/2を計算し、その値がなだらかになるところまでを信号範囲とすることもできる。更に、
（式12） △Ｒ(x0,y)＝abs(Ｒ(x0,y)-Ｒ(x0,y-1)）<δy、かつ、
△Ｉ(x0,y)＝abs(Ｉ(x0,y)-Ｉ(x0,y-1)）<δy
のように実数部と虚数部の信号が共になだらかになるという条件で信号範囲を決定することもできる。
次に、求められた信号範囲においてＥＣＴ信号のリサージュ波形を求める。図4(e)及び図4(f)は、図4(c)の縦軸の実数部Ｒ(x,y0)を横軸とし、図4(d)の縦軸の虚数部Ｉ(x,y0)を縦軸として描いたＥＣＴ信号のリサージュ波形である。図4(c)及び図4(d)の始点xs（Ａ点）及び終点xe（Ｂ点）は、図4(e)及び図4(f)のＡ点、Ｂ点に対応する。
次に、ＥＣＴ信号のリサージュ波形からＥＣＴ信号の変化ベクトルの大きさ及び方向を求める。即ち、図4(e)において、信号点(Ｒ(x,y0),Ｉ(x,y0))から信号点(Ｒ(x+1,y0),Ｉ(x+1,y0))に向かう変化ベクトル△ｖx(x,y0)を、
（式13） △ｖx(x,y0)＝(Ｒ(x+1,y0),Ｉ(x+1,y0))-(Ｒ(x,y0),Ｉ(x,y0))
で求め、その方向θx(x,y0)を、
（式14） θx(x,y0)＝angle(△ｖx(x,y0))
で求める。方向θx(x,y0)は図4(f)のようになる。但し、angleはベクトルの角度を求める演算子である。
同様に、図5(e)及び図5(f)は、図5(c)の縦軸の実数部Ｒ(x0,y)を横軸とし、図5(d)の縦軸の虚数部Ｉ(x0,y)を縦軸として描いたＥＣＴ信号のリサージュ波形である。図5(c)及び図5(d)の始点ys（Ａ点）及び終点ye（Ｂ点）は、図5(e)及び図5(f)のＡ点、Ｂ点に対応する。
図5(e)において、信号点(Ｒ(x0,y),Ｉ(x0,y))から信号点(Ｒ(x0,y+1),Ｉ(x0,y+1))に向かう変化ベクトル△ｖy(x0,y)は、
（式15） △ｖy(x0,y)＝(Ｒ(x0,y+1),Ｉ(x0,y+1))-(Ｒ(x0,y),Ｉ(x0,y))
で求まり、その方向θy(x0,y)は、
（式16） θy(x0,y)＝angle(△ｖy(x0,y))
で求まる。方向θy(x0,y)は図5(f)のようになる。
【００４２】
このように求められたＥＣＴ信号の変化ベクトルの大きさは、信号方向成分加算処理（ステップS3）において、量子化された方向毎に加算される。例えば、360°をｎ方向に分割した方向ベクトルを(d1,d2,…,dn)とし、ｉ番目の方向ベクトルをdiとする。そして、変化ベクトル△ｖx(x,y0)の方向θx(x,y0)が、
（式17） ｉ×360/n≦θx(x,y0)＜(i+1)×360/n
の場合は、変化ベクトル△ｖx(x,y0)の方向ベクトルdi方向の電圧値をviとする。
（式18） vi＝abs(△ｖx(x,y0))
そして、図5(e)の他の信号点間の変化ベクトルにおいても電圧値viが計算され、方向ベクトルdi方向の電圧値として加算される。
【００４３】
同様に、変化ベクトル△ｖy(x0,y)の方向θy(x0,y)が、
（式19） ｉ×360/n≦θy(x0,y)＜(i+1)×360/n
の場合は、方向ベクトルdiの方向の電圧値viが、
（式20） vi＝abs(△ｖy(x0,y))
とされ、方向ベクトルdi方向の電圧値として加算される。
【００４４】
このように、信号範囲全体について、方向ベクトル(d1,d2,…,dn)毎にＥＣＴ信号の変化ベクトルの電圧値viを加算すると、加算した結果は、ｎ次元のベクトルｖ(v1,v2,…,vn)で表現される。なお、ｎは位相角を量子化する場合の量子化粗さであり、信号方向平準化処理（ステップS4）で説明する次元数ｍの倍数（n=a*m）に設定される。
【００４５】
ここで、例えば、図6(a)に示すように、変化ベクトル△ｖx(x,y0)の大きさが2Vで、その方向θx(x,y0)が75°であり、図6(b)に示すように、変化ベクトル△ｖy(x0,y)の大きさが1.5Vで、その方向θy(x0,y)が270°の場合を考える。
【００４６】
この場合、図6(c)に示すように、横軸に変化ベクトルの位相角をとり、縦軸に変化ベクトルの大きさをとって、変化ベクトルの大きさを位相角毎に加算すると、図6(a)に示した変化ベクトルの大きさ2Vは、位相角75°の電圧値に加算され、図6(b)に示した変化ベクトルの大きさ1.5Vは、位相角270°の電圧値に加算される。
【００４７】
図6(c)の電圧値を対応する位相角の線上に描くと、図6(d)のグラフ（特徴ベクトル）が得られる。特徴ベクトルは、変化ベクトルの方向成分（大きさ）の加算値を位相角毎に示すことができ、ＥＣＴ信号のリサージュ波形の特徴を明瞭に表現することができる。
【００４８】
なお、ここでは変化ベクトルの方向成分を、360°をｎで等分割して求めたが、ＥＣＴ信号からきずを識別する場合、識別に重要な角度とそれほど重要でない角度があるため、必ずしも等分割する必要はない。
【００４９】
次に、信号方向平準化処理（ステップS4）について説明する。信号方向平準化処理は、信号方向成分加算処理で求められたｎ次元の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)の変動を平滑化し、更に、特徴ベクトルの次元数をｍ（ｍ<ｎとする）に圧縮する。これにより、方向成分の量子化による変動、即ち、変化ベクトルの方向のわずかの違いで、特徴ベクトルの方向成分の値が変わることを防止することができる。
【００５０】
ｎ次元の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn）の変動を平滑化するには、まず、求められる平滑化の程度に応じて、式21に示す平準化フィルタｆを設定する。
（式21） ｆ＝(ｆ-k,ｆ-k+1,…,ｆ0,…,ｆk-1,ｆk）
平準化フィルタｆは、ベクトルと積算されることにより、各ベクトル要素の前後ｋ点の加重平均をとる演算子である。また、ｆ-k,ｆ-k+1等は、加重平均をとる場合の重みである。
【００５１】
例えば、図7(a)に示すように、ベクトル要素viの前後ｋ点のベクトル要素v(i-k)〜v(i+k)に、平準化フィルタｆの重みｆ-k〜ｆkを積算し、その和を求めることにより、ベクトル要素viをベクトル要素wiに置き換えることができる。
【００５２】
このような演算を、特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)の各ベクトル要素に行うことにより、例えば、図7(b)に示す特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)を平滑化した特徴ベクトルｗ(w1,w2,…,wn)を求めることができる。
【００５３】
なお、例えば、平準化フィルタｆ＝(1/3,1/3,1/3)は、各ベクトル要素の前後３点の平均をとるフィルタであり、ｆ＝(1)は、平準化を行わない、即ち、各ベクトル要素の値を変更しないフィルタである。
【００５４】
このような平準化フィルタｆと信号方向成分加算処理で求められたｎ次元の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)が式22のように積算され、方向成分の量子化により変動を低減したｎ次元の特徴ベクトルｗ(w1,w2,…,wn)が求められる。
【００５５】
次に、ｎ次元の特徴ベクトルｗ(w1,w2,…,wn)をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u1,…um)に圧縮する。この場合、信号方向成分加算処理において、ｎがｍの倍数（ｎ＝a*m）に設定されているため、
により、ｎ次元の特徴ベクトルｗ(w1,w2,…,wn)を圧縮したｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u1,…um)を求めることができる。
【００５６】
図８は、ｎ次元の特徴ベクトルをｍ次元の特徴ベクトルに圧縮する場合の説明図である。図８に示すように、a=5として、n=15次元の特徴ベクトルｗに式23の演算を行うことにより、m=3次元の特徴ベクトルｕを求めることができる。
【００５７】
例えば、ベクトル要素u3は、式23より、
（式24） u2＝1/5×(w6+w7+w8+w9+w10)
となる。
【００５８】
このように、ｍ次元数の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)は、信号方向成分加算処理により求められたｎ次元数の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)から、方向成分の量子化による変動を低減し、ＥＣＴ信号のリサージュ波形の特徴を明確化したものである。従って、ｍ次元数の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)をＥＣＴ信号の特徴量とすることにより、ＥＣＴ信号からきずを表す信号を精度よく判別することができる。
【００５９】
このことを図９により説明する。例えば、図9(a)、図9(b)に示すように、類似するきずから得られる特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)が、次元数ｎが大きいため、異なる方向成分を有する場合でも、次元数ｎより少ないｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に圧縮することにより、図9(c)に示すように、同じ方向成分を有する特徴ベクトルにすることができる。このため、ＥＣＴ信号のリサージュ波形の特徴が明確化され、きずを表す信号の判別精度を向上することができる。
【００６０】
このように求められたｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)は、特徴量識別処理（ステップS5）に送られる。特徴量識別処理では、信号方向平準化処理で得られたｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)と、予め記憶しているｍ次元のきずベクトルＵ(U1,U2,…,Um)とのベクトル間の距離を求め、その距離が所定範囲内の場合に、特徴ベクトルｕがきずを表す信号であると識別する。ベクトル間の距離ｄは、例えば次式で求められる。
（式25） ｄ＝sqrt((U1-u1)^2+(U2-u2)^2+…+(Um-um)^2)
ここで、sqrtは、平方根を求める演算子である。
【００６１】
ｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)の各成分は、前述のように、リサージュ波形の変化ベクトルから求められ、リサージュ波形の位相角の方向に大きな値が入る。このため、次元数が圧縮されたベクトル空間で、ＥＣＴ信号の本質的な特徴を使った識別が可能である。
例えば、図10(a)に示すように、支持板から得られるリサージュ波形をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に変換する場合は、リサージュ波形が丸い形状なので、特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)には全ての方向成分が存在する。
一方、図10(b)に示すように、きずから得られるリサージュ波形をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に変換すると、そのリサージュ波形が斜め右方向を向いた直線的形状なので、特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)には、斜め右方向の成分だけが存在する。
このように、きずが存在する場合は、特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)の特定の方向にきずの成分が存在するので、伝熱管の支持構造物の位置にきずが存在し、きずと支持構造物が複合した信号が生成される場合にも、きずを表す信号を精度よく識別することができる。
また、図10(c)に示すように、曲がりやふくらみを有するリサージュ波形をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に変換すると、そのリサージュ波形の曲がり方に対応した成分が現れる。このため、リサージュ波形の曲がりやふくらみの形状も特徴量として表現することができ、識別精度を向上させることができる。
【００６２】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、損傷を表す部分を識別するための特徴ベクトルは、渦電流検査信号から求められる変化ベクトルの大きさを、ｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算して求められるので、渦電流検査信号の位相角と振幅の特徴を明確に表現することができる。従って、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
【００６４】
また、ｎ次元の特徴ベクトルは、ｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換されるので、量子化による特徴ベクトルの変動を低減し、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の渦電流検査信号識別装置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の渦電流検査信号識別方法の処理フローチャートである。
【図３】信号着目点計算処理の説明図である。
【図４】信号範囲決定処理の説明図(1)である。
【図５】信号範囲決定処理の説明図(2)である。
【図６】信号方向成分加算処理の説明図である。
【図７】平準化フィルタの説明図である。
【図８】ｎ次元ベクトルをｍ次元に圧縮する説明図である。
【図９】信号方向平準化処理の説明図である。
【図１０】リサージュ波形の形状により特徴量が異なることの説明図である。
【図１１】ＥＣＴ信号の説明図である。
【図１２】１次元及び２次元のＥＣＴ信号の説明図である。
【図１３】信号特徴量によりきずを判別する説明図である。
【図１４】信号特徴量として位相角、振幅を用いる際の問題点の説明図(1)である。
【図１５】信号特徴量として位相角、振幅を用いる際の問題点の説明図(2)である。
【図１６】信号特徴量として位相角、振幅を用いる際の問題点の説明図(3)である。
【符号の説明】
11 ＣＰＵ
12 メモリ
13 データ読込部
14 ハードディスク
15 センサ
16 渦電流探傷器
17 内部バス
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生器の伝熱管等に対する渦電流検査により得られる渦電流検査信号から、伝熱管等に存在する損傷を表す部分を自動的に判定する渦電流検査信号識別方法及びこの方法を用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性物体に対する非破壊検査である渦電流検査（以下、ＥＣＴ検査という。）は、被検査体に渦電流を誘導させるとともに、センサを被検査体の表面に沿って移動させ、その際に生じるセンサのインピーダンスの変化を利用して被検査体の損傷を検出するものである。
【０００３】
図11は、ＥＣＴ検査により得られる信号（以下、ＥＣＴ信号という。）の説明図である。ＥＣＴ信号は、図11(a)に示すように、時間ｔの関数として複素数で表され、実数部Ｒと虚数部Ｉの信号成分の関係で検査対象の状態を検出することができる。また、時間ｔはセンサの位置に対応させることができるので、ＥＣＴ信号を位置の関数として表すこともできる。
【０００４】
更に、ＥＣＴ信号は、図11(b)に示すように、リサージュ波形により表すこともできる。この場合、検査対象の状態は、リサージュ波形の最も長い部分の振幅ｖとその部分の位相角θで表される。なお、図11(a)の実数部信号Ｒと虚数部信号ＩのＡ〜Ｆ点は、図11(b)のリサージュ波形のＡ〜Ｆ点に対応する。
【０００５】
また、ＥＣＴ信号の特徴として、複数の探傷周波数を用いて検査を行い、探傷周波数分の検査データを得ることもできる。この場合は、１つの対象部位に対して探傷周波数の異なる信号同士の位相角の差や振幅比を求めることにより、対象部位に関するより詳細な情報を得ることができる。
【０００６】
図12は、検査対象から１次元又は２次元のＥＣＴ信号を取得する場合の説明図である。図12(a)は、検査対象52に対して、１つのセンサ51を直線的に移動することにより、１次元のＥＣＴ信号を取得する例である。
【０００７】
また、図12(b)は、検査対象52に対して、１つのセンサ51を平面的に移動することにより、２次元のＥＣＴ信号を取得する例である。この場合は、検査対象52のｘ、ｙ座標に対応して、ＥＣＴ信号の実数部及び虚数部をそれぞれ２次元で表すことができる。
【０００８】
また、図12(c)は、検査対象52に対して、複数のセンサ51a、51b等を直線的に移動することにより、２次元のＥＣＴ信号を取得する例である。複数のセンサを伝熱管の管軸方向に直線的に移動することにより、伝熱管の軸方向と円周方向の２次元構造の中で、どこにきずがあるかを高速に検出することができる。
【０００９】
次に、ＥＣＴ信号からきずを表す部分を自動的に判定する処理について説明する。ＥＣＴ信号からきずを表す部分を自動的に判定するには、まず、ＥＣＴ信号全体から着目すべき信号部分を決定する。即ち、ＥＣＴ信号自体、又はＥＣＴ信号にフィルタ処理を行った信号に対して閾値処理を行い、信号振幅が所定の閾値より大きい部分を着目すべき信号部分として決定する。
【００１０】
次に、着目した信号部分の信号特徴量を求める。この場合、信号特徴量として、ＥＣＴ信号をリサージュ波形で表した場合の位相角と振幅をとることが一般的である。
【００１１】
次に、求められた信号特徴量、例えば、位相角と振幅に基づき、着目した信号部分にきずが存在するか否かを判別する。この場合、最も基本的な判別方法は、閾値処理に基づく判別方法であり、求められた複数の信号特徴量Ａ、Ｂに対して、例えば、信号特徴量Ａの値がA1以上A2以下で、かつ、信号特徴量Ｂの値がB1以下ならばきずが存在すると判別する。
【００１２】
図13は、位相角と振幅を信号特徴量としてきずを判別する場合の説明図である。図中の三角印は、ＥＣＴ信号の着目部分の位相角と振幅を示す。図13(a)は、閾値処理によりきずを判別する例で、例えば、着目部分の信号の振幅がａボルト以上、かつ、位相角がｂ°以上の範囲をきずが存在する範囲とする。
【００１３】
このように、ＥＣＴ信号の位相角と振幅を閾値処理することにより、伝熱管のきずの存在を判別することができる。しかしながら、ＥＣＴ信号は、きずの影響だけでなく、伝熱管周囲の管支持構造物等による影響も受けるため、単純な閾値処理では判別基準が設定しづらい場合もある。
【００１４】
そのため、ニューラルネットや統計的識別手法により、多数のデータの分布や信号の変形を学習して識別精度を向上させることも行われる。この場合は、図13(b)に示すように、信号特徴量を表示する空間を、ニューラルネットや統計的識別手法により求めた識別超平面や２次曲面等で分離し、きずが存在すると判別する範囲を設定する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＥＣＴ信号からきずが存在する部分を判別する場合、ＥＣＴ信号の本質的な情報である位相角と振幅を信号特徴量とすることが一般的である。しかし、位相角と振幅は単位系が異なり、位相角の変動範囲が０度から３６０度であるのに対し、振幅の変動範囲は通常０ボルトから１０ボルト程度である。
【００１６】
このため、位相角と振幅のデータをグラフ上に記入した場合、図14(a)に示すように、位相角は広い範囲で分布するのに対し、振幅の分布範囲は狭くなる。従って、きずを表す範囲の境界を設定する場合、振幅方向の境界設定範囲が位相角方向の境界設定範囲に比べて極めて狭くなり、適切な境界を設定することが難しい。
【００１７】
また、位相角の０度及び３６０度付近に分布するデータは、きずを表す信号として同じグループに属するが、図14(b)に示すように、グラフ上では離れて表示される。このため、グラフ上での距離が信号特徴量の類似関係と整合せず、ＥＣＴ信号からきずを表す部分を判別する処理が複雑になっていた。
【００１８】
また、前述のように、ＥＣＴ信号の信号特徴量として、リサージュ波形の最も長い部分の振幅ｖと位相角θが用いられるが、例えば、伝熱管を支持する支持板からも、図15(a)に示すような振幅ｖと位相角θのデータが得られる場合がある。
【００１９】
この場合、伝熱管の支持板の位置にきずが存在すると、図15(b)に示すように、きずを表す信号が支持板の信号の中に埋もれてしまい、支持板の信号の振幅ｖと位相角θのデータから、きずを表す信号が分離できないという問題がある。
【００２０】
また、ＥＣＴ信号の特徴として、リサージュ波形の形状、例えば、ふくらみをもっているとか、曲がっている等の形状も重要である。しかしながら、従来のように、リサージュ波形の最も長い部分の振幅と位相角を信号特徴量としたのでは、リサージュ波形の微妙な形状の違いが表現されず、きずの判別精度を向上させることができなかった。
【００２１】
例えば、伝熱管の支持板(A)、きず(B)、及び伝熱管の外に付着する金属成分である付着物(C)等に対応するリサージュ波形は、図16に示すように、ともに振幅ｖと位相角θを持つため、振幅ｖと位相角θを信号特徴量としたグラフ上では同じ位置に分布し、それらを判別することができなかった。
【００２２】
一方、ＥＣＴ信号の特徴量として、特願昭６２一１５４６００号公報に記載されているように、リサージュ波形の面積を用いることもできる。しかし、きずの判別に有効な特徴量は、ＥＣＴセンサの特性に依存しており、ＥＣＴセンサの種類によっては、リサージュ波形の面積をＥＣＴ信号の特徴量にできない場合もある。また、リサージュ波形の面積は、１次元のＥＣＴ信号に対するものであり、２次元のＥＣＴ信号にも拡張的に使えるものではないという問題点もある。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、渦電流検査により得られた渦電流検査信号から、被検査体に存在する損傷を表す部分を精度よく識別することができる渦電流検査信号識別方法及びこの方法を用いる装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の渦電流検査信号識別方法の一つの側面は、渦電流検査により得られる渦電流検査信号から、被検査体の損傷を表す部分を識別する渦電流検査信号識別方法において、渦電流検査信号の大きさが所定の値以上の着目点を抽出する第１のステップと、着目点を含んだ信号範囲において、渦電流検査信号のリサージュ波形を求め、リサージュ波形から渦電流検査信号のｘ座標及びｙ座標を各々増減させて変化ベクトルを求める第２のステップと、変化ベクトルの大きさを、３６０°をｎ方向に分割したｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算してｎ次元の特徴ベクトルを求める第３のステップと、ｎ次元の特徴ベクトルを、平滑化すべく加重平均してｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換する第４のステップと、ｍ次元の特徴ベクトルにより損傷を表す部分を識別する第５のステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、損傷を表す部分を識別するための特徴ベクトルは、渦電流検査信号から求められる変化ベクトルの大きさを、ｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算して求められるので、渦電流検査信号の位相角と振幅の特徴を明確に表現することができる。従って、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
【００２６】
また、ｎ次元の特徴ベクトルは、ｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換されるので、量子化による特徴ベクトルの変動を低減し、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
更に、本発明の渦電流検査信号識別装置は、渦電流検査により得られた渦電流検査信号から、被検査体の損傷を表す部分を識別する渦電流検査信号識別装置において、渦電流検査信号のリサージュ波形を求め、リサージュ波形から渦電流検査信号のｘ座標及びｙ座標を各々増減させて変化ベクトルを求め、変化ベクトルの大きさを、３６０°をｎ方向に分割したｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算してｎ次元の特徴ベクトルを求め、ｎ次元の特徴ベクトルを、平滑化すべく加重平均してｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換し、ｍ次元の特徴ベクトルにより損傷を表す部分を識別する信号処理手段を有することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２８】
図ｌは，本発明の実施の形態の渦電流検出信号識別装置の構成ブロック図である。本実施の形態の渦電流検出信号識別装置は、センサ15により伝熱管等のＥＣＴ検査を行う渦電流探傷器16からＥＣＴ信号データを読み込むデータ読込部13と、読み込んだＥＣＴ信号からきずを表す特徴量を算出する等の処理を行うＣＰＵ11と、ＥＣＴ信号を処理するプログラム等を記憶するハードディスク14と、ＣＰＵ11における処理データ等を一時記憶するメモリ12とを有する。
【００２９】
本実施の形態の渦電流検出信号識別装置は、渦電流探傷器16で取得したＥＣＴ信号データをデータ読込部13で読み込んできずを表す部分を識別するが、渦電流探傷器16を含んだ構成とすることも可能である。
【００３０】
次に、ＥＣＴ信号からきずを表す部分を自動的に識別する処理について説明する。ここでは、最初に全体の処理の流れをフローチャートにより説明し、次に、各ステップにおける処理を具体的に説明する。
【００３１】
図２は、本実施の形態の渦電流検査信号識別方法の処理フローチャートである。本実施の形態の識別処理は、ＥＣＴ信号から特徴量を抽出すべき着目点を計算する信号着目点計算処理（ステップS1）と、着目点を含んだ所定の範囲を処理すべき信号範囲と決定する信号範囲決定処理（ステップS2）と、その信号範囲のＥＣＴ信号の振幅の変化分を量子化された方向毎に加算する信号方向成分加算処理（ステップS3）と、加算された信号方向成分から方向の量子化による影響を低減し、所定の次元数の特徴量を出力する信号方向平準化処理（ステップS4）と、所定の次元数の特徴量からきずを表す信号を識別する特徴量識別処理（ステップS5）とを有する。
【００３２】
次に、フローチャートの各ステップの処理を、原子力プラントの蒸気発生器の伝熱管にＥＣＴ検査を行う場合を例として説明する。また、ＥＣＴ信号は、伝熱管の周方向と軸方向の２次元信号の場合について説明するが、例えば、軸方向だけの１次元信号に対しても、同様に適用することができる。
【００３３】
図３は、信号着目点計算処理（ステップS1）の説明図である。信号着目点計算処理においては、渦電流探傷器16で取得したＥＣＴ信号から、特徴量を算出する着目点が抽出される。例えば、ＥＣＴ信号が１次元信号の場合は、図3(a)に示すように、伝熱管の軸方向にｘ座標をとった場合のＥＣＴ信号の実数部Ｒ(ｘ）、虚数部Ｉ(ｘ)に対して、
（式１） abs(Ｒ(ｘ)) ＞δ （absは絶対値をとる演算子、δは閾値）
となる信号点を着目点としたり、
（式２） abs(Ｒ(ｘ)2＋Ｉ(ｘ)2）1/2 ＞δ
となる信号点を着目点とする。
【００３４】
また、ＥＣＴ信号が２次元信号の場合は、図3(b)に示すように、伝熱管の軸方向にｘ座標をとり、周方向にｙ座標をとった場合のＥＣＴ信号の実数部Ｒ(x,y）に対して、
（式３） abs(Ｒ(x,y)) ＞δ
となる信号点を着目点とする。
【００３５】
次に、特徴量を計算するための信号範囲を決定する信号範囲決定処理（ステップS2）が行われる。信号範囲決定処理は、着目点を含んだ所定の範囲を信号範囲とする処理であり、複数の着目点に対して独立に行われる。ここでは、図４に示すように、着目点として（x0,y0）が得られた場合について説明する。なお、(x0,y0)は、着目点のｘ、ｙ座標である。
【００３６】
信号範囲決定処理では、着目点（x0,y0）の周囲を探索し、ＥＣＴ信号の実数部又は虚数部がなだらかになるところまでを信号範囲とする。具体的には、図4(a)に示す実数部信号に対して、着目点Ｒ(x0,y0)のｙ座標（周方向）をy0に固定し、ｘ座標（軸方向）をx0、x0-1、x0-2、・・と変化させ、実数部信号の変化分△Ｒ(x,y0)が、
（式４） △Ｒ(x,y0)＝abs(Ｒ(x,y0)-Ｒ(x-1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の始点xsとし、更に、ｘ座標をx0、x0+1、x0+2、・・と変化させ、
（式５） △Ｒ(x,y0)＝abs(Ｒ(x,y0)-Ｒ(x+1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の終点xeとする（図4(c)参照）。
【００３７】
同様に、図4(b)に示す虚数部信号に対して、着目点Ｉ(x0,y0)のｙ座標（周方向）をy0に固定し、ｘ座標（軸方向）をx0、x0-1、x0-2、・・と変化させ、虚数部信号の変化分△Ｉ(x,y0)が、
（式６） △Ｉ(x,y0)＝abs(I(x,y0)-I(x-1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の始点xsとし、更に、ｘ座標をx0、x0+1、x0+2、・・と変化させ、
（式７） △Ｉ(x,y0)＝abs(Ｉ(x,y0)-Ｉ(x+1,y0)）<δx
となるｘが所定数以上続いたら、そのｘ座標を軸方向の信号範囲の終点xeとする（図4(d)参照）。なお、図4(e)、図4(f)については後述する。
【００３８】
また、図5(a)に示す実数部信号（図4(a)の場合と同じ）に対して、着目点Ｒ(x0,y0)のｘ座標（軸方向）をx0に固定し、ｙ座標（周方向）をy0、y0-1、y0-2、・・と変化させ、実数部信号の変化分△Ｒ(x0,y)が、
（式８） △Ｒ(x0,y)＝abs(Ｒ(x0,y)-Ｒ(x0,y-1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の始点ysとし、更に、ｙ座標をy0、y0+1、y0+2、・・と変化させ、
（式９） △Ｒ(x0,y)＝abs(Ｒ(x0,y)-Ｒ(x0,y+1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の終点yeとする（図5(c)参照）。
【００３９】
同様に、図5(b)に示す虚数部信号（図4(b)の場合と同じ）に対して、着目点Ｉ(x0,y0)のｘ座標（軸方向）をx0に固定し、ｙ座標（周方向）をy0、y0-1、y0-2、・・と変化させ、虚数部信号の変化分△Ｉ(x0,y)が、
（式10） △Ｉ(x0,y)＝abs(I(x0,y)-I(x0,y-1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の始点ysとし、更に、ｙ座標をy0、y0+1、y0+2、・・と変化させ、
（式11） △Ｉ(x0,y)＝abs(Ｉ(x0,y)-Ｉ(x0,y+1)）<δy
となるｙが所定数以上続いたら、そのｙ座標を周方向の信号範囲の終点yeとする（図5(d)参照）。なお、図5(e)、図5(f)については後述する。
【００４０】
上記の説明では、実数部又は虚数部の信号がなだらかになるところまでを信号範囲としたが、信号範囲xs〜xe、又はys〜yeが基準値以上に大きい場合は、所定の範囲に制限してもよい。
【００４１】
また、ＥＣＴ信号の実数部Ｒ(x,y)と虚数部Ｉ(x,y)から振幅（Ｒ(x,y)2+Ｉ(x,y)2）1/2を計算し、その値がなだらかになるところまでを信号範囲とすることもできる。更に、
（式12） △Ｒ(x0,y)＝abs(Ｒ(x0,y)-Ｒ(x0,y-1)）<δy、かつ、
△Ｉ(x0,y)＝abs(Ｉ(x0,y)-Ｉ(x0,y-1)）<δy
のように実数部と虚数部の信号が共になだらかになるという条件で信号範囲を決定することもできる。
次に、求められた信号範囲においてＥＣＴ信号のリサージュ波形を求める。図4(e)及び図4(f)は、図4(c)の縦軸の実数部Ｒ(x,y0)を横軸とし、図4(d)の縦軸の虚数部Ｉ(x,y0)を縦軸として描いたＥＣＴ信号のリサージュ波形である。図4(c)及び図4(d)の始点xs（Ａ点）及び終点xe（Ｂ点）は、図4(e)及び図4(f)のＡ点、Ｂ点に対応する。
次に、ＥＣＴ信号のリサージュ波形からＥＣＴ信号の変化ベクトルの大きさ及び方向を求める。即ち、図4(e)において、信号点(Ｒ(x,y0),Ｉ(x,y0))から信号点(Ｒ(x+1,y0),Ｉ(x+1,y0))に向かう変化ベクトル△ｖx(x,y0)を、
（式13） △ｖx(x,y0)＝(Ｒ(x+1,y0),Ｉ(x+1,y0))-(Ｒ(x,y0),Ｉ(x,y0))
で求め、その方向θx(x,y0)を、
（式14） θx(x,y0)＝angle(△ｖx(x,y0))
で求める。方向θx(x,y0)は図4(f)のようになる。但し、angleはベクトルの角度を求める演算子である。
同様に、図5(e)及び図5(f)は、図5(c)の縦軸の実数部Ｒ(x0,y)を横軸とし、図5(d)の縦軸の虚数部Ｉ(x0,y)を縦軸として描いたＥＣＴ信号のリサージュ波形である。図5(c)及び図5(d)の始点ys（Ａ点）及び終点ye（Ｂ点）は、図5(e)及び図5(f)のＡ点、Ｂ点に対応する。
図5(e)において、信号点(Ｒ(x0,y),Ｉ(x0,y))から信号点(Ｒ(x0,y+1),Ｉ(x0,y+1))に向かう変化ベクトル△ｖy(x0,y)は、
（式15） △ｖy(x0,y)＝(Ｒ(x0,y+1),Ｉ(x0,y+1))-(Ｒ(x0,y),Ｉ(x0,y))
で求まり、その方向θy(x0,y)は、
（式16） θy(x0,y)＝angle(△ｖy(x0,y))
で求まる。方向θy(x0,y)は図5(f)のようになる。
【００４２】
このように求められたＥＣＴ信号の変化ベクトルの大きさは、信号方向成分加算処理（ステップS3）において、量子化された方向毎に加算される。例えば、360°をｎ方向に分割した方向ベクトルを(d1,d2,…,dn)とし、ｉ番目の方向ベクトルをdiとする。そして、変化ベクトル△ｖx(x,y0)の方向θx(x,y0)が、
（式17） ｉ×360/n≦θx(x,y0)＜(i+1)×360/n
の場合は、変化ベクトル△ｖx(x,y0)の方向ベクトルdi方向の電圧値をviとする。
（式18） vi＝abs(△ｖx(x,y0))
そして、図5(e)の他の信号点間の変化ベクトルにおいても電圧値viが計算され、方向ベクトルdi方向の電圧値として加算される。
【００４３】
同様に、変化ベクトル△ｖy(x0,y)の方向θy(x0,y)が、
（式19） ｉ×360/n≦θy(x0,y)＜(i+1)×360/n
の場合は、方向ベクトルdiの方向の電圧値viが、
（式20） vi＝abs(△ｖy(x0,y))
とされ、方向ベクトルdi方向の電圧値として加算される。
【００４４】
このように、信号範囲全体について、方向ベクトル(d1,d2,…,dn)毎にＥＣＴ信号の変化ベクトルの電圧値viを加算すると、加算した結果は、ｎ次元のベクトルｖ(v1,v2,…,vn)で表現される。なお、ｎは位相角を量子化する場合の量子化粗さであり、信号方向平準化処理（ステップS4）で説明する次元数ｍの倍数（n=a*m）に設定される。
【００４５】
ここで、例えば、図6(a)に示すように、変化ベクトル△ｖx(x,y0)の大きさが2Vで、その方向θx(x,y0)が75°であり、図6(b)に示すように、変化ベクトル△ｖy(x0,y)の大きさが1.5Vで、その方向θy(x0,y)が270°の場合を考える。
【００４６】
この場合、図6(c)に示すように、横軸に変化ベクトルの位相角をとり、縦軸に変化ベクトルの大きさをとって、変化ベクトルの大きさを位相角毎に加算すると、図6(a)に示した変化ベクトルの大きさ2Vは、位相角75°の電圧値に加算され、図6(b)に示した変化ベクトルの大きさ1.5Vは、位相角270°の電圧値に加算される。
【００４７】
図6(c)の電圧値を対応する位相角の線上に描くと、図6(d)のグラフ（特徴ベクトル）が得られる。特徴ベクトルは、変化ベクトルの方向成分（大きさ）の加算値を位相角毎に示すことができ、ＥＣＴ信号のリサージュ波形の特徴を明瞭に表現することができる。
【００４８】
なお、ここでは変化ベクトルの方向成分を、360°をｎで等分割して求めたが、ＥＣＴ信号からきずを識別する場合、識別に重要な角度とそれほど重要でない角度があるため、必ずしも等分割する必要はない。
【００４９】
次に、信号方向平準化処理（ステップS4）について説明する。信号方向平準化処理は、信号方向成分加算処理で求められたｎ次元の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)の変動を平滑化し、更に、特徴ベクトルの次元数をｍ（ｍ<ｎとする）に圧縮する。これにより、方向成分の量子化による変動、即ち、変化ベクトルの方向のわずかの違いで、特徴ベクトルの方向成分の値が変わることを防止することができる。
【００５０】
ｎ次元の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn）の変動を平滑化するには、まず、求められる平滑化の程度に応じて、式21に示す平準化フィルタｆを設定する。
（式21） ｆ＝(ｆ-k,ｆ-k+1,…,ｆ0,…,ｆk-1,ｆk）
平準化フィルタｆは、ベクトルと積算されることにより、各ベクトル要素の前後ｋ点の加重平均をとる演算子である。また、ｆ-k,ｆ-k+1等は、加重平均をとる場合の重みである。
【００５１】
例えば、図7(a)に示すように、ベクトル要素viの前後ｋ点のベクトル要素v(i-k)〜v(i+k)に、平準化フィルタｆの重みｆ-k〜ｆkを積算し、その和を求めることにより、ベクトル要素viをベクトル要素wiに置き換えることができる。
【００５２】
このような演算を、特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)の各ベクトル要素に行うことにより、例えば、図7(b)に示す特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)を平滑化した特徴ベクトルｗ(w1,w2,…,wn)を求めることができる。
【００５３】
なお、例えば、平準化フィルタｆ＝(1/3,1/3,1/3)は、各ベクトル要素の前後３点の平均をとるフィルタであり、ｆ＝(1)は、平準化を行わない、即ち、各ベクトル要素の値を変更しないフィルタである。
【００５４】
このような平準化フィルタｆと信号方向成分加算処理で求められたｎ次元の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)が式22のように積算され、方向成分の量子化により変動を低減したｎ次元の特徴ベクトルｗ(w1,w2,…,wn)が求められる。
【００５５】
【００５６】
図８は、ｎ次元の特徴ベクトルをｍ次元の特徴ベクトルに圧縮する場合の説明図である。図８に示すように、a=5として、n=15次元の特徴ベクトルｗに式23の演算を行うことにより、m=3次元の特徴ベクトルｕを求めることができる。
【００５７】
例えば、ベクトル要素u3は、式23より、
（式24） u2＝1/5×(w6+w7+w8+w9+w10)
となる。
【００５８】
このように、ｍ次元数の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)は、信号方向成分加算処理により求められたｎ次元数の特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)から、方向成分の量子化による変動を低減し、ＥＣＴ信号のリサージュ波形の特徴を明確化したものである。従って、ｍ次元数の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)をＥＣＴ信号の特徴量とすることにより、ＥＣＴ信号からきずを表す信号を精度よく判別することができる。
【００５９】
このことを図９により説明する。例えば、図9(a)、図9(b)に示すように、類似するきずから得られる特徴ベクトルｖ(v1,v2,…,vn)が、次元数ｎが大きいため、異なる方向成分を有する場合でも、次元数ｎより少ないｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に圧縮することにより、図9(c)に示すように、同じ方向成分を有する特徴ベクトルにすることができる。このため、ＥＣＴ信号のリサージュ波形の特徴が明確化され、きずを表す信号の判別精度を向上することができる。
【００６０】
このように求められたｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)は、特徴量識別処理（ステップS5）に送られる。特徴量識別処理では、信号方向平準化処理で得られたｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)と、予め記憶しているｍ次元のきずベクトルＵ(U1,U2,…,Um)とのベクトル間の距離を求め、その距離が所定範囲内の場合に、特徴ベクトルｕがきずを表す信号であると識別する。ベクトル間の距離ｄは、例えば次式で求められる。
（式25） ｄ＝sqrt((U1-u1)^2+(U2-u2)^2+…+(Um-um)^2)
ここで、sqrtは、平方根を求める演算子である。
【００６１】
ｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)の各成分は、前述のように、リサージュ波形の変化ベクトルから求められ、リサージュ波形の位相角の方向に大きな値が入る。このため、次元数が圧縮されたベクトル空間で、ＥＣＴ信号の本質的な特徴を使った識別が可能である。
例えば、図10(a)に示すように、支持板から得られるリサージュ波形をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に変換する場合は、リサージュ波形が丸い形状なので、特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)には全ての方向成分が存在する。
一方、図10(b)に示すように、きずから得られるリサージュ波形をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に変換すると、そのリサージュ波形が斜め右方向を向いた直線的形状なので、特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)には、斜め右方向の成分だけが存在する。
このように、きずが存在する場合は、特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)の特定の方向にきずの成分が存在するので、伝熱管の支持構造物の位置にきずが存在し、きずと支持構造物が複合した信号が生成される場合にも、きずを表す信号を精度よく識別することができる。
また、図10(c)に示すように、曲がりやふくらみを有するリサージュ波形をｍ次元の特徴ベクトルｕ(u1,u2,…um)に変換すると、そのリサージュ波形の曲がり方に対応した成分が現れる。このため、リサージュ波形の曲がりやふくらみの形状も特徴量として表現することができ、識別精度を向上させることができる。
【００６２】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、損傷を表す部分を識別するための特徴ベクトルは、渦電流検査信号から求められる変化ベクトルの大きさを、ｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算して求められるので、渦電流検査信号の位相角と振幅の特徴を明確に表現することができる。従って、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
【００６４】
また、ｎ次元の特徴ベクトルは、ｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換されるので、量子化による特徴ベクトルの変動を低減し、渦電流検査信号から損傷を表す部分の信号を精度よく識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の渦電流検査信号識別装置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の渦電流検査信号識別方法の処理フローチャートである。
【図３】信号着目点計算処理の説明図である。
【図４】信号範囲決定処理の説明図(1)である。
【図５】信号範囲決定処理の説明図(2)である。
【図６】信号方向成分加算処理の説明図である。
【図７】平準化フィルタの説明図である。
【図８】ｎ次元ベクトルをｍ次元に圧縮する説明図である。
【図９】信号方向平準化処理の説明図である。
【図１０】リサージュ波形の形状により特徴量が異なることの説明図である。
【図１１】ＥＣＴ信号の説明図である。
【図１２】１次元及び２次元のＥＣＴ信号の説明図である。
【図１３】信号特徴量によりきずを判別する説明図である。
【図１４】信号特徴量として位相角、振幅を用いる際の問題点の説明図(1)である。
【図１５】信号特徴量として位相角、振幅を用いる際の問題点の説明図(2)である。
【図１６】信号特徴量として位相角、振幅を用いる際の問題点の説明図(3)である。
【符号の説明】
11 ＣＰＵ
12 メモリ
13 データ読込部
14 ハードディスク
15 センサ
16 渦電流探傷器
17 内部バス
Claims (4)
- 渦電流検査により得られる渦電流検査信号から、被検査体の損傷を表す部分を識別する渦電流検査信号識別方法において、
前記渦電流検査信号の大きさが所定の値以上の着目点を抽出する第１のステップと、
前記着目点を含んだ信号範囲において、前記渦電流検査信号のリサージュ波形を求め、前記リサージュ波形から渦電流検査信号のｘ座標及びｙ座標を各々増減させて変化ベクトルを求める第２のステップと、
前記変化ベクトルの大きさを、３６０°をｎ方向に分割したｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算してｎ次元の特徴ベクトルを求める第３のステップと、
前記ｎ次元の特徴ベクトルを、平滑化すべく加重平均して前記ｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換する第４のステップと、
前記ｍ次元の特徴ベクトルにより前記損傷を表す部分を識別する第５のステップとを有することを特徴とする渦電流検査信号識別方法。 - 請求項１において、前記変化ベクトルは、前記渦電流検査信号の大きさが所定の閾値以上の信号範囲において求められることを特徴とする渦電流検査信号識別方法。
- 請求項１において、前記変化ベクトルは、前記渦電流検査信号の実数部及び虚数部の変化分をベクトル要素とすることを特徴とする渦電流検査信号識別方法。
- 渦電流検査により得られた渦電流検査信号から、被検査体の損傷を表す部分を識別する渦電流検査信号識別装置において、
前記渦電流検査信号のリサージュ波形を求め、前記リサージュ波形から渦電流検査信号のｘ座標及びｙ座標を各々増減させて変化ベクトルを求め、前記変化ベクトルの大きさを、３６０°をｎ方向に分割したｎ次元の方向ベクトルの方向毎に加算してｎ次元の特徴ベクトルを求め、
前記ｎ次元の特徴ベクトルを、平滑化すべく加重平均して前記ｎ次元より小さいｍ次元の特徴ベクトルに変換し、前記ｍ次元の特徴ベクトルにより前記損傷を表す部分を識別する信号処理手段を有することを特徴とする渦電流検査信号識別装置。
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