JP5162583B2 - パイプの作製中または完成状態における非破壊検査用の操作工具を形成するデバイス、パイプの非破壊検査デバイス、およびパイプの非破壊検査工程 - Google Patents
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Description
材料の非破壊検査に関してニューラルネットワークの使用は、種々の刊行物の主題であり、現在考えられている大部分はかなり理論的である。
以下の詳細な説明は、作製から離れるときに本質的にパイプの非破壊検査に関して提供されるが、これに限定されるわけではない。
−数々の干渉が存在するいわゆるフレネル領域において実際に平行である近接場放射線であって、ビームの軸に沿ったその長さが、N=0.25D2/λであり、式中、Dは、トランスデューサの能動パッドの直径であり、λは、その動作波長である近接場放射線と、
−角度2αの発散ビームに基づいて、いわゆるフラウンホーファ領域における遠方場放射線であって、sinα=1.22λ/Dである遠方場放射線と、を有する。
−ビームもまた、断面においてパイプTの軸に対して垂直であり、厚さ(たとえば、P1、図3A)を測定するように機能し、これはこのとき「直線プロービング」と呼ばれるか、
−または、断面において、パイプTの軸における入射を有し、長手方向の欠陥(たとえば、P11、図3B)を検出するように機能する。この場合には、パイプ(原則的には水/鋼)の水/金属の境界の特性を念頭に置いて、断面において入射角は好ましくは、超音波の横波またはせん断波のみをパイプに生成するために選択される。一般に2つのセンサが提供され、P11およびP12は、パイプの軸に対して対向する入射を有する(図2)。
−最初に、超音波の軌跡に沿って、プローブとパイプとの間に存在する水柱の高さに関して、超音波の縦波の出射して戻る伝搬時間と、
−第二に、非破壊検査自体を行うために、パイプ内で必要とされるように、超音波の横波の伝搬時間と、である。この時間は主に、パイプの壁内で横波の選択された数の反射に左右される。
−反復速度(または周波数)Frと、
−パイプの断面において、超音波プローブの検出開口Od1を考慮した回転速度ω(言い換えれば、センサの回転速度を念頭において、ビーム開口の成分Od1は、センサの前における欠陥の存在に関してTaに少なくとも等しい時間を許容しなければならない)と、
−パイプに沿って、超音波プローブの検出開口Od2を念頭に置き、このスループットの速度vおよびパイプの周囲の同一の機能Fi専用のプローブの数NFi(したがってプローブのグループを構成する)(言い換えれば、パイプの供給を念頭に置いて、ビーム開口の成分Od2は、センサ(またはセンサのグループ)の前における欠陥の存在に関してTaに少なくとも等しい時間を許容しなければならない)と、
−同一の役割(すなわち同一の機能)専用のプローブの数と、
−前に定義された波の伝搬時間と、の間の妥協によって定義される。
−「スキャン」は、一連の相対的なパイプ/センサの位置を意味する。
−「インクリメント」は、スキャニングのピッチ(反復周波数または超音波発射周波数に反比例)を意味する。
−「Aスキャン」は、超音波センサの端子で測定された電圧のグラフを意味し、横座標を飛行時間、縦座標を超音波振幅とも呼ばれる電圧とする。
−「Bスキャン」は、インクリメントの所与の値に対する画像を意味し、横座標を超音波発射に対応するスキャン、縦座標を飛行時間とし、各点における超音波振幅がグレースケールに変換される。
−「エコー波形」は、超音波発射の横座標および対応する発射に関してAスキャンの時間セレクタで検出される最大振幅を縦座標に表示する曲線を意味する。
−「Cスキャン」は、横座標および縦座標を超音波発射の平坦な空間における等価な位置とする画像を意味し、Aスキャン(画像振幅)から考えられる時間セレクタに検出されるこの発射に関する最大超音波振幅を表し、グレースケールに変換される。パイプの場合には、Cスキャンの横座標における点は、パイプの長さにおける位置に対応し、縦座標における点は、パイプの円周における位置に対応する。平坦な製品の場合には、Cスキャンの横座標における点は、平坦な製品の長さにおける位置に対応し、縦座標における点は、平坦な製品の幅における位置に対応する。
−検査対象のパイプから生じる信号の振幅Asと、
−関連する検査のタイプに関する基準エタロン欠陥から生じる信号の振幅A0と、の間の比Kを確立することによって動作する。この「基準エタロン欠陥」は一般に、たとえば、非破壊検査標準要件および/または顧客の要件に基づいて、選択された寸法特性の人工的な欠陥(たとえば、U字形またはV字形切欠き)を保持するエタロンパイプで定義される。
−産業環境において用いることができ、この環境において既に存在する機器で容易に取り付けられることができ、
−実時間で用いることができ、すなわち、(作製の全体速度を減速することなく十分に高速の速度で)高速診断を提供することができ、
−重大性を認識するために、タイプに応じて欠陥の分類を可能にし、欠陥に関する技術的な理由の決定を可能にするほか、作製段階中の問題に迅速に対処することを可能にする、システムに近づけることによって状況を改善することである。
−相対的な回転/並進移動の関数として指定された時間窓において考えられるエコーのディジタル表示を選択的に分離し、これからパイプにおいて考えられる欠陥の画像を抽出することができる変換器と、
−画像において推定された欠陥領域のほか、各推定された欠陥の特性を決定することができるフィルタと、
−推定された欠陥領域に対応する画像の抽出物、フィルタから生じる同領域における推定された欠陥の特性および出現箇所のデータからニューラル回路用のディジタル入力を準備するように配置された結合器と、
−結合器から入力を受信する少なくとも1つのニューラル回路と、
−ニューラル回路からの出力に基づいて操作する決定および警報ディジタル段階と、
−決定および警報ディジタル段階に適合しないと思われるパイプを分離して印を付けるように配置される分類およびマーキングロボットと、
を備える。
−液体媒体の媒介によってパイプと超音波連結で取り付けられる選択された幾何構成を有し、パイプとトランスデューサの配置との間で相対的な回転/並進移動による超音波トランスデューサの配置と、
−選択された時間規則に応じて、これらのトランスデューサ素子を選択的に励起し、捕捉するフィードバック信号を収集するための回路と、
−上記で定義され、以下で詳述されるような操作工具と、
を備える。
a.液体媒体の媒介によってパイプと超音波連結で取り付けられる選択された幾何構成を有し、パイプとトランスデューサの配置との間で相対的な回転/並進移動によって超音波トランスデューサの配置を設ける段階と、
b.選択された時間規則に応じて、これらのトランスデューサ素子を選択的に励起する段階と、
c.捕捉するフィードバック信号を収集し、これらのフィードバック信号を選択的に解析して、パイプにおける任意の欠陥に関する情報を抽出する段階と、を備える。
d.相対的な回転/並進移動の関数として指定された時間窓において考えられるエコーのディジタル表示を選択的に分離し、これからパイプにおいて考えられる欠陥の画像を抽出する段階と、
e.選択されたフィルタ基準に基づいて、画像をフィルタリングして、そこで推定された欠陥領域のほか、各推定された欠陥の特性を決定する段階と、
f.推定された欠陥領域に対応する画像の抽出物、フィルタから生じる同領域における推定された欠陥の特性および出現箇所のデータからニューラル回路用のディジタル入力を形成する段階と、
g.そのように形成された入力を少なくとも1つのニューラル回路に適用する段階と、
h.選択された決定基準に基づいて、ニューラル回路からの出力をディジタルで処理し、
これから決定および/または警報を抽出する段階と、
i.段階hによって適合しないと考えられるパイプを分離して印を付ける段階と、
を備える。
−たとえば、National Instrument社からのモデルNI 6024、EシリーズまたはNI 6251、Mシリーズなどのデータ取得カードの助けによって提供される超音波検査生データへのアクセスしやすさ、
−(パイプまたはセンサヘッド)の回転速度に関するオンライン情報のアクセスしやすさ、
−パイプ供給速度に関するオンライン情報のアクセスしやすさ、を伴うことは理解される。
−タイプP11のセンサおよびタイプP12のセンサに並列に適用することができ、2つの異なる方向からパイプの同一の領域を観察する。各センサは、内部画像769Aおよび外部画像769Bを得ることが可能である。次に、画像の1つは、表記「Int/Ext」のコマンドの機能として選択されてもよい。
−タイプP21のセンサおよびタイプP22のセンサに並列に適用することができ、ここでも同様に、内部画像769Aおよび外部画像769Bを得ることが可能である。
−センサまたはセンサのグループP11は、作動方向(時計回り)においてパイプの超音波画像を提供する。
−第2のセンサまたはセンサのグループP12は、別の作動方向(反時計回り)において同一のパイプの超音波画像を提供する。
−921、画像901において選択された垂直線911に応じた信号振幅の図である。
−922、画像902において選択された垂直線912に応じた信号振幅の図である。
−910、2つの曲線を含み、画像901および902の対応する垂直線で遭遇する最大値をそれぞれ表す。
−画像における動作領域を示す信号出力Zcur。この出力は、抽出機能951によって用いられ、結果として、Zcur領域用の画像(Cスキャン)からの抽出を行い、同Zcur領域に関連してそこに格納された情報(いわゆるAスキャン)を得るために、画像準備891へのアクセスを行う。これらのデータはすべて、ニューラル処理970への入力として抽出機能951によって結合器960に送信される。
−フィルタリングによって得られた情報を提供する出力。一部は少なくとも領域Zcurに関し、ニューラル処理970用の入力として送信する(結合器960)。
−任意に(点線)メモリ990への追加データ出力。
仮説H1:測定値=信号+白色雑音
状況が仮説H0または仮説H1の範囲内に収まるかどうかの決定を可能にする統計的検査が行われる。これらの統計的な計算は、連続発射に対応する画像のn個のスライディング点(sliding point)で実時間で行われる。数nは、学習によって決定することができる。
−2つの2次元画像は、パイプの外膜において考えられる欠陥を表し、
−2つの2次元画像は、パイプの内膜において考えられる欠陥を表し、
−1つの2次元画像は、パイプの厚さにおいて考えられる欠陥を表す。
−輪郭決定(たとえば、ロバーツ勾配)
−拡張(付近輪郭の収集)
−衰退(erosion)、次に閉鎖、欠点の周囲のマスクの決定を可能にする。
−欠陥の全体的な局所化を可能にする最終包囲段階
したがって、各欠陥に関して、対応する画像領域からの座標が得られ、これは、次に行うニューラルネットワーク解析用に有用である。
−動作809は、画像901および902の準備において役割を果たし、領域Zcurに対応するデータを選択的に抽出する。これらのデータの実施例は、以下で提供される。
−動作811は、いわゆる適切にニューラル処理を行い、その多くは、後に行われる。
−領域Zcurに関して得られた結果が、813において選択的に格納され、Zcur領域表示に対応する。
−検査820は、画像において処理される別の領域があるかどうかを確認するために調べ、その場合には、821において示されるようにこの別の領域に関して805において再始動が行われ、そうでない場合には、現在の画像の処理は、終了する(822)。
−ブロック740のパイプ−センサの出現箇所の要素
−画像901およびその準備891におけるZcur領域に関するデータを見つける抽出器951
−検討されるZcur領域における欠陥が、内膜または外膜において特定されるかどうかを示している内部/外部ブロック7410
フィルタリングによって基本データに追加されるものは、さらに詳細に定義される。すなわち、各Zcur領域(ブロック805)の場合には、破線のボックスの中身によって示されている通りである。
−931における傾斜の角度の調査
−欠陥932の長さの表示
さらに、特に以下のものが含まれてもよい。
−935ではCスキャンにおける位置合わせの表示
−936ではパイプの同一の断面における他の欠陥の存在の表示
記載された実施形態において、935および936などのデータが、メモリ990に進む。残りは、ニューラルネットワーク970に進む。これらは、ここで図から分かるように、2つの機能に分割される。
ニューラル回路
パイプにおける欠陥は、その位置、そのタイプおよびその深さによって例えられることが多いその深刻度によって定義される。記載された実施形態において、パイプの欠陥のタイプおよび深さの度合いは、ここで実施例を用いて詳述される同一の一般的な構造の2つのニューラル処理の助けによって個別に決定される。
−7401において、WT/ODは、壁厚対パイプ直径の比であり、
−7402において、Freqは、超音波プローブの動作周波数であり、
−7403において、ProbDiamは、超音波プローブの有効直径である。
−9511において、K1は、Zcur領域および画像901において遭遇する超音波信号の最大振幅と上述の「基準エタロン欠陥」の最大振幅との間の比である。実際には、実施例において、画像901の各画素における振幅は、この比によって定義される。K1はこのとき、単に画像901のZcur領域において遭遇する超音波信号の最大振幅であり、この最大値が遭遇するZcur領域の点をPmax1と表記する。
−9512において、QBE1は、QuantBumpsEchodynと呼ばれるCスキャンの変数であり、最大振幅の点Pmax1の付近における画像901のZcur領域で遭遇する極大値の数を示す。この数QBE1は、いずれかの側で、Pmax1の付近で遭遇する極大を制限するが、背景雑音に対応するレベル未満に収まる信号振幅はない。QBE1は一般に、値1または値2のいずれかを取る。
−9518において、RT1は、Aスキャンとして公知の未加工の超音波信号におけるエコー立ち上がり時間を表す変数である(これは、信号がその最大値にある瞬間と信号がマイクロ秒で一般に表現される背景雑音レベルにある最後の前の瞬間との間の差である)。この変数RT1は、関連する増幅器73(図8B)の出力で既に測定されている。たとえば、891において関連するパイプの点に対応して格納されている。この変数は、このように、抽出器951によって選択的に検索することができる。
−9521において、K2は、K1のように定義されるが、画像901ではなく、画像902に関する。実施例において、K2は、単に画像902のZcur領域において遭遇する最大振幅であり、この最大値が遭遇するZcur領域の点をPmax2と表記する。
−9522において、QBE2は、QBE1のように定義されるが、画像901ではなく、画像902においてであり、Pmax2の付近である。この場合も同様に、QBE2は、値1または値2を取る。
−9528において、RT2は、Aスキャンとして公知の未加工の超音波信号におけるエコー立ち上がり時間を表す変数である。既に述べたように、この変数RT2は、関連する増幅器73(図8B)の出力で既に測定されている。たとえば、892において関連するパイプの点に対応して格納されている。この変数は、このように、抽出器952によって選択的に検索することができる。
−第1のセンサの場合には、ブロック9512が、ブロック9513によって置き換えられ、この第1のセンサの場合には、エコー波形の中間高さ(50%)の幅である変数EW_1またはEchodynWidthを処理する。この変数EW_1は、Cスキャンから引き出される。
−同様に、第2のセンサの場合には、ブロック9522が、ブロック9523によって置き換えられ、この第2のセンサの場合には、エコー波形の中間高さ(50%)の幅である変数EW_2またはEchodynWidthを処理する。
−959において、定数Bとここでは呼ばれる定数が、異なる。
−出力999は、DDと呼ばれる欠陥の深刻度の表示である。
−センサP1の場合には、手順761−1、続いて、決定および警報段階764−1による。
−センサP11およびP12の場合には、手順761−10、続いて、決定および警報段階764−10による。
−センサP21およびP22の場合には、手順761−20、続いて、決定および警報段階764−20による。
−3段階764−1、764−10および764−20は、分類および警報ロボット766によって共に解釈される。
Claims (17)
- パイプの作製中または完成状態における非破壊検査用の操作工具を形成するデバイスであって、この工具は、選択された時間規則に基づいて超音波トランスデューサの選択的励起(70)を行って、捕捉される(73)フィードバック信号から前記パイプにおいて考えられる欠陥などの情報を抽出することを意図し、前記超音波トランスデューサは、液体媒体の媒介によって前記パイプと超音波連結で取り付けられる選択された幾何構成を有する配置を形成し、前記パイプと前記超音波トランスデューサの間には相対的な回転/並進移動があり、前記操作工具は、
−前記フィードバック信号から前記相対的な回転/並進移動の関数として指定された時間窓において考えられるエコーのディジタル表示を選択的に分離し、これから前記パイプにおいて考えられる欠陥の画像(901;902)を抽出することができる変換器(891;892)と、
−前記画像(901;902)において推定された欠陥領域(Zcur)のほか、各推定された欠陥の特性を決定することができる少なくとも2つのフィルタ(921;922)と、
−推定された欠陥領域(Zcur)に対応する前記画像の抽出物(951;952)、前記フィルタ(921;922)から生じる前記推定された欠陥領域における前記推定された欠陥の特性および出現箇所のデータ(740)からニューラル回路用のディジタル入力を準備するように配置された結合器(960)と、
−前記結合器(960)から前記入力を受信するニューラル回路タイプの少なくとも1つの配置(970)と、
−前記ニューラル回路タイプの配置(970)からの出力に基づいて操作する決定および警報ディジタル段階(992)と、
−前記決定および警報ディジタル段階(992)に適合しないと思われるパイプを分離して印を付けるように配置される分類およびマーキングロボット(994)と、を備えることを特徴とするデバイス。 - それぞれの超音波ビームの方向の鏡面対称に略基づいて、超音波連結において取り付けられる選択された幾何構成を有する超音波トランスデューサの2つの配置(P11,P12;P21,P22)によって作用するように意図され、前記操作工具は、前記超音波トランスデューサのこれらの2つの配置(P11,P12;P21,P22)にそれぞれ専用の2つの変換器(891、892)を備えることと、前記結合器(960)は、内膜エコーまたは外膜エコーまたは前記パイプの塊において生じるエコーを選択的に操作するように配置されるが、同時に、2つの超音波トランスデューサの配置のうちの一方または他方に関するデータを操作するように配置されることを特徴とする、請求項1に記載のデバイス。
- 前記変換器(891;892)は、内膜エコーまたは外膜エコーまたは前記パイプの塊からのエコーに対応する指定された時間窓において考えられるエコー最大値のディジタル表示を選択的に分離するように配置されることと、前記結合器(960)は、内膜エコーまたは外膜エコーまたは前記パイプの塊において生じるエコーを選択的に操作するように配置されることと、を特徴とする、請求項1または2に記載のデバイス。
- 前記結合器(960)は、前記推定された欠陥領域における前記画像の振幅極値に関連する少なくとも1つの入力(9511;9521)を受信することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記フィルタ(921;922)は、各推定された欠陥の特性として、その傾斜度およびその長さを作製するように配置され、前記結合器(960)は、前記欠陥の傾斜度(931)および欠陥の長さ(932)の対応する入力を受信することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記フィルタ(921;922)、前記結合器(960)、前記ニューラル回路(970)および前記決定および警報ディジタル段階(992)が、前記フィルタ(921;922)によって決定される一連の推定された欠陥領域(Zcur)で反復的に操作するように配置されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記フィルタ(921;922)、前記結合器(960)、前記ニューラル回路(970)および前記決定および警報ディジタル段階(992)が、前記パイプの前記内膜および外膜で交互に操作するように配置されることを特徴とする、請求項6に記載のデバイス。
- 前記ニューラル回路の前記配置は、
−多数の予め定義されたクラスの中で欠陥の性質を評価するために適した第1のニューラル回路(NC121〜NC123)と、
−欠陥の深刻度を評価するために適した第2のニューラル回路(NC141〜NC143)と、
を備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のデバイス。 - 前記2つのニューラル回路は、
−前記第1のニューラル回路に関して、前記画像の欠陥の最大振幅の付近における極大値の数の入力(9512;9522)と、
−前記第2のニューラル回路に関して、前記エコーの波形の中間高さの幅の入力(9513;9523)と、
によって異なる入力を有することを特徴とする、請求項8に記載のデバイス。 - 前記第1のニューラル回路の出力と前記第2のニューラル回路の出力は、欠陥の特性を決定するために組み合わせられることを特徴とする、請求項8または9に記載のデバイス。
- 超音波信号の送信および受信は、前記超音波トランスデューサの配置の少なくとも一部に関して、同一の超音波トランスデューサによって毎回行われることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載のデバイス。
- パイプの作製中または完成状態における非破壊検査デバイスであって、
−液体媒体の媒介によって前記パイプと超音波連結で取り付けられる選択された幾何構成を有し、パイプと超音波トランスデューサの配置との間で相対的な回転/並進移動による超音波トランスデューサの配置と、
−選択された時間規則に応じて、これらの超音波トランスデューサを選択的に励起して前記パイプに超音波を照射し(70)、前記パイプからのエコーであるフィードバック信号を収集する(73)ための回路と、
−請求項1〜11の1つに基づく操作工具と、
を備えることを特徴とするパイプ用の非破壊検査デバイス。 - パイプの作製中または完成状態における非破壊検査工程であり、以下のステップ、すなわち、
a.液体媒体の媒介によって前記パイプと超音波連結で取り付けられる選択された幾何構成を有し、前記パイプと超音波トランスデューサの配置との間で相対的な回転/並進移動によって前記超音波トランスデューサの配置を設けるステップと、
b.選択された時間規則に応じて、これらの超音波トランスデューサを選択的に励起して前記パイプに超音波を照射するステップ(70)と、
c.前記パイプからのエコーであるフィードバック信号を収集し、これらのフィードバック信号(760〜766)を選択的に解析して、前記パイプにおける任意の欠陥に関する情報を抽出するステップ(73)と、
を含み、さらに、以下のステップ、すなわち、
d.前記相対的な回転/並進移動(891;892)の関数として指定された時間窓において考えられるエコーのディジタル表示を選択的に分離し、これから前記パイプにおいて考えられる欠陥の画像(901;902)を抽出するステップと、
e.選択されたフィルタ基準に基づいて、前記画像(901;902)をフィルタリングして、そこで推定された欠陥領域(Zcur)のほか、各推定された欠陥の特性を決定するステップ(921;922)と、
f.前記推定された欠陥領域に対応する画像の抽出物(951;952)、前記フィルタ(921;922)から生じる前記推定された欠陥領域における前記推定された欠陥の特性および出現箇所のデータ(740)からディジタル入力を形成するステップ(960)と、
g.そのように形成された入力(960)をニューラル回路タイプの少なくとも1つの配置(970)に適用するステップと、
h.選択された決定基準に基づいて、前記ニューラル回路タイプの配置(970)からの出力をディジタルで処理し、これから決定および/または警報を抽出するステップ(992)と、
i.段階hによって適合しないと考えられるパイプを分離して印を付けるステップ(994)と、
を含むことを特徴とする非破壊検査工程。 - ステップaで、それぞれの超音波ビームの方向の鏡面対称に略基づいて、超音波連結において取り付けられる選択された幾何構成を有する超音波トランスデューサの2つの配置(P11,P12;P21,P22)が提供され、ステップd〜iは、前記超音波トランスデューサのこれらの2つの配置の両方から生じる信号で共に行われることを特徴とする、請求項13に記載の工程。
- −ステップdで、前記指定された時間窓は、内膜エコーまたは外膜エコーまたは前記パイプの塊によるエコーに対応する群の窓の少なくとも一部を含むことを特徴とする、請求項13または14に記載の工程。
- −ステップeで、選択された前記フィルタリング基準は、欠陥の傾斜(931)の基準および欠陥の長さ(932)基準を含むことを特徴とする、請求項13〜15のいずれか一項に記載の工程。
- −ステップfおよびgは、ステップeで検出された各欠陥に関して反復的に繰り返されることを特徴とする、請求項13〜16のいずれか一項に記載の工程。
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