JPH048745B2

JPH048745B2 -

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Publication number: JPH048745B2
Application number: JP61034498A
Authority: JP
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1992-02-18
Also published as: JPS62191755A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）この発明は、誘導電流（渦電流）を利用して導
電性被検体の表面ないし表面近傍の欠陥検出、物
理・幾何学的諸量の測定を行う電磁誘導試験（以
下ECTという）における信号処理方法に関する。（従来の技術とその問題点）上記ECTの基本原理は、交流電流（周波数100
Hz〜数ＭHz）を流したコイルを導電性被検体に近
接配置して被検体に誘導電流（渦電流）を生起さ
せ、その誘導電流の乱れをコイルのインピーダン
ス変化または誘導電圧変化として検知することに
より、被検体の欠陥検出、物理・幾何学的諸量の
測定を行うものである。ところで、このECTで
の位相検波出力は、検出を目的とする被検体の欠
陥や物理・幾何学的諸量のほかに、リフトオフ
（コイルと被検体表面の距離）、被検体表面の粗
度、コイルおよび被検体の温度など、誘導電流に
影響を与える様々な要因にも同時に依存してい
る。したがつて、これら多数の雑音要因と検出目
的の要因とを分離することが、精度の高いECT
を行う上で不可欠の課題となつている。第５図ａ，ｂは、それぞれECTにおいて上記
の雑音要因を分離除去する信号処理方向の従来例
の１つ（NDI協会出版図書「渦流探傷試験
Ｂ」′84、P114）を示す説明図である。この従来
例は雑音要因が単一の場合に適用可能なものであ
つて、コイルに流す交流電流には単一の試験周波
数を用い、第５図ａに示すように渦流探傷器から
得られる位相検波出力Ｘ、Ｙを直交軸とする平面
において雑音要因の指示が上記２軸のいずれかに
平行となるように座標回転するものである。第５
図ｂは上記座標回転の処理を行うための装置のブ
ロツク図を示し、１は座標回転器を示す。この座
標回転処理により、雑音要因の指示と平行な軸に
直交する方向の信号は雑音に影響されないことに
なり、検出目的の要因に対応する信号を精度よく
検出することができる。ところが雑音要因の指示は現実には、図示され
たような単一方向へのシヤープな指示にはなら
ず、方向にある程度のバラツキが生じる。したが
つて上述した従来例では、雑音要因の影響は十分
に除去されない。そこで、上記位相検波出力Ｘ、Ｙを直交軸とす
る平面に第６図に示すように所定のノイズ位相角
範囲α°を設定し、その範囲内に入つた指示を雑音
指示と見做してマスクし、雑音の影響を除去する
方法も開示されている（特開昭59−163559号公
報）。同図においてｐはノイズ、ｑは疵信号を示
す。一方、雑音要因が複数の場合には、要因数に応
じて複数（多重）の試験周波数を用いる方法が従
来より行われている。第７図はその一例を示すブ
ロツク図である。同図において、２ａ〜２ｆは座
標回転器であり、各雑音要因ごとの指示が座標軸
に一致するように予め各座標回転器２ａ〜２ｆの
回転角度を適当に設定し、最終的に各試験周波数
ごとの位相検波出力を直交軸として構成される多
次元空間内で雑音要因の指示に直角な方向をそれ
ぞれ選び、雑音に影響されずに検出目的の要因に
対応する信号を検出するものである（NDI協会
出版図書「渦流探傷試験Ｂ」′85、P118）。第７
図においてｄは欠陥、ｓおよびｗは雑音要因を示
す。また、上記の方法を簡略化したものとして、次
に挙げる方法も開示されている。このものは２種
類の試験周波数を用い、先ずその一方の周波数で
雑音要因成分と他方の周波数での欠陥要因成分と
が、各周波数のベクトル平面でその一方の直交軸
に一致するように上記ベクトル平面を座標回転し
て、前記一方の周波数での雑音要因成分に直交す
る成分と、前記他方の周波数での欠陥要因成分に
直交する成分とを抽出し、次いて抽出された両成
分を新たなベクトル平面で直交させ、その平面で
の信号軌跡に基づいて欠陥要因と雑音要因を弁別
するものである（特開昭60−146149号公報）。以上のように、上述した各従来例はいずれも、
雑音指示の位相角あるいは位相角範囲を予め調べ
ておき、その調査データに合せて設定された座標
回転角のもとで信号処理を行うものである。しかしながら、実際には上記位相角はリフトオ
フ、コイル温度、被検体温度、被検体の電気特性
（導電率、透磁率）の変動によつてバラツキを生
じる。したがつて、従来例のように予め位相角あ
るいは位相角範囲を設定しても、実際には座標回
転角にズレが生じてしまう。殊に雑音要因の指示
の振幅は一般に大きいので、上記座標回転角がわ
ずかにズレただけでもECTの検出・測定精度は
大幅に低下してしまうことになる。（発明の目的）この発明は、ECTにおける上記問題を解決す
るためになされたもので、各要因ごとの位相角を
予め調査して、その調査データを座標回転器に設
定するといつた煩わしい処理が不要で、検出・測
定条件の変動に左右されることなく、ECTに影
響する要因の全ての簡単かつ精度よく弁別して求
めることのできる電磁誘導試験における信号処理
方法を提供することを目的とする。（目的を達成するための手段）この発明は、上記目的を達成するために、Ｎ種
類（Ｎ≧２）の試験周波数を用いて被検体に電磁
誘導を及ぼし、当該被検体の状態に対応するＭ種
類（Ｍ≦2N）の位相検波出力を得ることにより
行う電磁誘導試験において、上記電磁誘導試験に
及ぼす寄与の一定測定区間での分散が検出・測定
を目的とする要因の寄与の一定測定区間での分散
よりも大きい妨害要因がｎ種類（ｎ＜Ｍ）ある場
合に、一定測定区間ごとに複数個の測定点で上記
位相検波出力をサンプリングし、上記Ｍ種類の位
相検波出力の各々を座標軸とするＭ次元空間内で
上記測定点群のつくる分布の分散が最大となる方
向に第１の座標軸Z₁を定め、次に上記多次元空間
における座標軸Z₁に垂直な空間内で上記測定点群
のつくる分布の分散が最大となる方向に第２の座
標軸Z₂を定め、以下同様にして第３、第４、…、
第Ｍの座標軸Z₃、Z₄、…、Z_Mを定め、座標軸Z_o+1
から見た上記各測定点の座標に基づき被検体表面
ないし表面近傍の欠陥の有無、物理・幾何学的諸
量の測定を行うことを特徴とするものである。実施例１第１図はこの発明の一実施例に用いられる装置
のブロツク図を、第２図はその装置における信号
処理のフロー図を、また第３図ａ，ｂはそれぞれ
上記装置による信号出力波形を示す。この実施例は、アズキヤストの連鋳スラブを赤
熱状態においてECTにより探傷する熱間探傷の
場合について示す。第１図に示すように、搬送される赤熱連鋳スラ
ブ３には検出目的の要因である表面疵４のほかに
オシレーシヨンマーク５が付されている。連鋳ス
ラブ３の表面側にはプローブ６が近接配置され、
プローブ６の図示しないコイルに流される高低２
種類の周波数の交流電流に起因して、被検体であ
る連鋳スラブ３に渦電流を生起させるように構成
されている。この場合に存在する雑音要因は、リフトオフＡ
の変動およびオシレーシヨンマーク５である。そ
して、表面疵４とリフトオフＡの変動とオシレー
シヨンマーク５とは独立事象をなしている。ま
た、被検体はアズキヤストの連鋳スラブ３である
から表面起伏が多いのに対して、近年の操業技術
の向上により表面疵４の発生は少なく、したがつ
て検出目的の表面疵４に比べて、リフトオフＡの
変動やオシレーシヨンマーク５に起因する信号変
化が優勢な条件下で探傷となる。上記プローブ６の次段には、プローブ６からの
探傷信号を増幅・位相検波してアナログ位相検波
出力ａ（高周波側H_X、H_Y、低周波側L_X、L_Y）を
得る２周波渦流探傷器７が設けられる。８は上記
アナログ位相検波出力をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器で、これより出力されるデジタル位
相検波出力ｂを次段の計算機９で処理して、検出
目的の要因すなわち表面疵４に相当する欠陥信号
ｃを検出するように構成されている。上記計算機
９による信号処理は、第２図に示すフロー図にし
たがつて行われる。つぎに、上記装置を用いて行われる信号処理方
法の手順を説明する。 (1) 連鋳スラブ３の移送に伴い、その鋳造（長
手）方向の一定区間ごとに、プローブ６、２周
波渦流探傷器７、Ａ／Ｄ変換器８を経てデジタ
ル位相検波出力ｂが一定周期で複数個サンプリ
ングされ、次段の計算機９内の図示しないメモ
リに順次入力されて記憶される。 (2) 上記メモリに記憶された複数個の測定点すな
わちデジタル位相検波出力ｂは、計算機９にプ
ログラムされた演算処理の第１のステツプ１０
に供され、上記測定点群についての分散・共分
散行列が求められる。すなわち、上記連鋳スラブ３の一定区間内で
サンプリングされるＮ個のデジタル位相検波出
力ｂに対してi₀からi₀＋Ｎ−１まで番号ｉを付
することにより、L_Xの分散S₁₁はとして求められる。L_Yの分散S₂₂、H_Xの分散
S₃₃、H_Yの分散S₄₄も同様にして求められる。また、L_XとL_Yの共分散S₁₂はとして求められる。L_XとH_X、L_XとH_Y、L_Yと
H_X、L_YとH_Y、H_XとH_Yのそれぞれの共分散
S₁₃、S₁₄、S₂₃、S₂₄、S₃₄も同様にして求められ
る。以上により分散・共分散行列 S₁₁ S₁₂ S₁₃ S₁₄ S₁₂ S₂₂ S₂₃ S₂₄ S₁₃ S₂₃ S₃₃ S₃₄ S₁₄ S₂₄ S₃₄ S₄₄ ……(3) が求められる。 (3) 計算機９による演算処理の第２のステツプ11
では、上記の分散・共分散行列に基づき第３特
性値の方向ベクトルが求められる。ここで第３
特性値の方向ベクトルとは、各デジタル位相検
波出力ｂを座標軸とする４次元空間（L_X、L_Y、
H_X、H_Y）内において、前記測定点群すなわち
サンプリングされたＮ個のデジタル位相検波出
力ｂのつくる分布の分散が最大となる方向を第
１特性値の方向としてこの方向に座標軸Z₁を設
定し、さらに上記４次元空間内における上記座
標軸Z₁に垂直な３次元空間内で上記測定点群の
つくる分布の分散が最大となる方向の第２特性
値の方向としてこの方向に座標軸Z₂を設定する
とき、次に上記３次元空間内における上記座標
軸Z₂に垂直な２次元平面内で上記測定点群のつ
くる分布の分散が最大となる方向を第３特性値
の方向としてこの方向を表わす単位ベクトルを
第３特性値の方向ベクトルと呼び、この方向に
座標軸Z₃を設定するものである。そして、上記
２次元平面内における座標軸Z₃に垂直な方向は
一意に定まり、この方向は第４特性値の方向と
して座標軸Z₄が設定される。上記した分散の序列は、ECTに影響する各
要因の影響度の大小の序列に対応するものであ
り、この実施例ではその要因の大小関係は、リフトオフＡの変動＞オシレーシヨンマーク５
＞表面疵４である。したがつて、第３特性値が検出目的で
ある表面疵４に相当することになる。ここで、上記分散・共分散行列の固有値を大
きい順にλ₁、λ₂、λ₃、λ₄とすると、これら固有
値はそれぞれ第１、第２、第３、第４特性値の
分散に相当する。そこで、これらの固有値の中
から検出目的の表面疵４に対応する第３特性値
の分散である固有値λ₃が選ばれ、この固有値λ₃
に対する固有ベクトルl₃₁，l₃₂，l₃₃，l₃₄すなわ
ち第３特性値の方向ベクトルが求められる。 (4) 上記の主成分分析により求められた方向ベク
トルに基づき、演算処理の第３のステツプ12で
は、メモリにストアされた一定測定区間のサン
プリングデータを順次読出して、次式 Z₃＝l₃₁L_X＋l₃₂L_Y＋l₃₃H_X＋l₃₄H_Y ……(4) により第３特性値Z₃が求められる。 (5) 求められた第３特性値Z₃は、演算処理の第４
のステツプ13で所定のしきい値と比較され、こ
のしきい値を越える値のとき欠陥信号ｃとして
計算機９より出力される。以上の演算処理が行なわれる間、計算機９のメ
モリへの連鋳スラブ３の次の一定区間でサンプリ
ングされる測定データがプローブ６、２周波渦流
探傷器７、Ａ／Ｄ変換器８を経て順次入力され、
そのデータは次のサンプリング区間内のうちに前
記と同様にして演算処理される。このようにし
て、移送中の連鋳スラブ３はほぼ実時間で連続的
に探傷される。第３図ａ，ｂは、この実施例の信号処理による
各出力波形を示すものであつて、第３図ａはその
位相検波出力を、第３図ｂは特性値出力をそれぞ
れ示している。この図から、第３特性値Z₃におい
て欠陥信号が顕著に現われているのが確かめられ
る。なお、H_Yで欠陥評価したときのＳ／Ｎ約1.2
に比べ、Z₃ではＳ／Ｎ約3.5が得られ、この方法
による場合Ｓ／Ｎを大幅に改善できて、測定精度
が飛躍的に向上することが確認された。この実施例では被検体である連鋳スラブ３の表
面疵４のみを検出する場合を説明したが、必要な
ら他の要因、例えばリフトオフＡやオシレーシヨ
ンマーク５の検出についても、第１特性値Z₁、第
２特性値Z₂を求めることにより同様に行うことが
できる。また、この実施例では２周波を用いて４次元空
間での主成分分析により信号処理を行つたが、 ECTに影響する各要因が独立事象であるこ
と。各要因の分散に差があること。の２つの要件が満たされる限り、２種類以上の周
波数を用いて更に多次元空間での主成分分析を行
うことにより、被検体の欠陥検出に限らず、被検
体の導電率、透磁率、硬度、厚さ、形状、距離な
ど物理・幾何学的諸量の測定にも適用し得ること
は勿論である。実施例２第４図はこの発明の他の実施例に用いられる装
置のブロツク図を示す。この実施例の信号処理方法を、上記装置に基づ
き以下に説明する。先の実施例と同一の構成部分
については同一符号を付して説明を省略する。 (1) 連鋳スラブ３の鋳造（長手）方向の一定区間
ごとにサンプリングされて計算機１４のメモリ
１５に記憶される複数個の測定データ（一定区
間のデジタル位相検波出力b′）は、分散計数器
１６に入力される。一方、方向設定器１７からは、各位相検波出
力を座標軸とする４次元空間（L_X、L_Y、H_X、
H_Y）の方向ベクトルｄ（l₁、l₂、l₃、l₄）が全方
向に亘つて順次上記分散計数器１６に与えられ
る。分散係数器１６では、与えられる各方向ベ
クトルｄごとに、上記一定区間でサンプリング
された測定点群のつくる分布の分散が演算さ
れ、得られた出力ｅは比較器１８においてしき
い値と比較され、しきい値を越えるときゲート
１９が開いて上記出力ｅは最大分散レジスタ２
０に順次送られる。最大分散レジスタ２０で
は、先に記憶された値より大きい値が入力され
るたびに順次記憶内容が大きい値に更新され、
最大分散レジスタ２０の記憶内容は、分散計数
器１６からの次の出力ｅに対するしきい値とし
て比較器１８に入力される。このようにして、
最大分散レジスタ２０に最終的に記憶される最
大値に対応する方向ベクトルが、分散の最大と
なる方向ベクトルｆ（l^₁、l^₂、l^₃、l^₄）として探
索される。ここで、４次元空間（L_X、L_Y、H_X、H_Y）で
ある方向へ新たな座標軸Z_oを設定したとする
と、座標軸Z_o上の値は方向ベクトル（l₁、l₂、
l₃、l₄）を用いて Z_o＝l₁L_X＋l₂L_Y＋l₃H_X＋l₄H_Y ……(5) （ただしl₁ ²＋l₂ ²＋l₃ ²＋l₄ ²＝１）と表わすことができる。また、サンプリングさ
れるＮ個の測定点のデータに対してi₀からi₀＋
Ｎ−１まで番号ｉを付すことにより、所定測定
区間内データの座標軸Z_o方向の分散ＳはＳ＝_i0+N-1 〓ⁱ⁼ⁱ⁰ （Z_oi−_o）²／（Ｎ−１） ……(6) ただし_o＝_i0+N-1 〓ⁱ⁼ⁱ⁰ Z_oi／Ｎと表せることは先の実施例で示した通りであ
る。そして、分散Ｓが最大となる方向ベクトル
が（l^₁、l^₂、l^₃、l^₄）である。 (2) 以上のようにして求められた最大分散方向ベ
クトルｆ（l^₁、l^₂、l^₃、l^₄）のデータは、次に１
次変換器２１に送られ、ここでメモリ１５にス
トアされた測定データを順次読出して、第１特
性値Z₁が次式 Z₁＝l₁L_X＋l₂L_Y＋l₃H_X＋l₄H_Y ……(7) として求められる。 (3) 第１特性値Z₁が求まると、方向設定器１７か
らは前記４次元空間（L_X、L_Y、H_X、H_Y）内に
おける第１特性値Z₁の方向ベクトル（l^₁、l^₂、
l^₃、l^₄）に直交する３次元空間での方向ベクト
ルｄが全方向に亘つて順次分散計数器１６に与
えられ、先の場合と同様にして第２特性値Z₂が
求められる。そして以上の処理を繰り返すこと
により、同様にして第３、第４の特性値Z₃、Z₄
が求められる。 (4) 先の実施例で説明したように、検出目的であ
る表面疵４は第３特性値Z₃に対応するので、比
較器２２ではそのしきい値ｇと第３特性値Z₃と
が比較され、しきい値を越える値のとき欠陥信
号ｃとして計算機１４より出力される。この場合の測定条件では、第１特性値Z₁、第
２特性値Z₂がそれぞれリフトオフＡの変動、オ
シレーシヨンマーク５に対応していることは先
の実施例で説明した通りである。（発明の効果）以上のように、この発明の信号処理方法によれ
ば、電磁誘導試験を行うのに先だち、予め各要因
ごとの位相角を調査して、その調査データを座標
回転器に設定するといつた従来例のような煩わし
い準備処理が不要になり、極めて簡単に試験を行
うことができる。また、各要因に対応する位相角は一定測定区間
でサンプリングされる測定点群のつくる分布の分
散が最大となる方向という拘束条件によつて必然
的に決定されるので、要因ごとの分散に差がある
限り各要因に対応する位相角を高精度に求めるこ
とができ、欠陥検出精度、物理・幾何学的諸量の
測定が大幅に向上する。特に位相角は、実際に探
傷・測定されている被検体からの測定データを用
いて求められるので、検査・測定条件の変動の影
響を受けにくく、測定精度が一層向上する。しか
も、電磁誘導試験に影響する要因の全てを弁別し
て求めることができるので、多種類の測定を同時
に行なうことも可能となるなどの効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に用いられる装置
のブロツク図、第２図はその装置の信号処理のフ
ロー図、第３図ａ，ｂは上記実施例の信号処理に
よる出力波形図、第４図はこの発明の他の実施例
に用いられる装置のブロツク図、第５図ないし第
７図は従来例を示す説明図である。３……連鋳スラブ（被検体）、６……プローブ、
７……２周波渦流探傷器、８……Ａ／Ｄ変換器、
９，１４……計算機、１５……メモリ、１６……
分散計数器、１７……方向設定器、１８，２２…
…比較器、１９……ゲート、２０……最大分散レ
ジスタ、２１……１次変換器。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｎ種類（Ｎ≧２）の試験周波数を用いて被検
体に電磁誘導を及ぼし、当該被検体の状態に対応
するＭ種類（Ｍ≦2N）の位相検波出力を得るこ
とにより行う電磁誘導試験において、上記電磁誘
導試験に及ぼす寄与の一定測定区間での分散が検
出・測定を目的とする要因の寄与の一定測定区間
での分散よりも大きい妨害要因がｎ種類（ｎ＜
Ｍ）ある場合に、一定測定区間ごとに複数個の測
定点で上記位相検波出力をサンプリングし、上記
Ｍ種類の位相検波出力の各々を座標軸とするＭ次
元空間内で上記測定点群のつくる分布の分散が最
大となる方向に第１の座標軸Z₁を定め、次に上記
多次元空間における座標軸Z₁に垂直な空間内で上
記測定点群のつくる分布の分散が最大となる方向
に第２の座標軸Z₂を定め、以下同様にして第３、
第４、…、第Ｍの座標軸Z₃、Z₄、…、Z_Mを定め、
座標軸Z_o+1から見た上記各測定点の座標に基づき
被検体表面ないし表面近傍の欠陥の有無、物理・
幾何学的諸量の測定を行うことを特徴とする電磁
誘導試験における信号処理方法。２上記の各座標軸Z₁、Z₂、Z₃、Z₄…の設定は、
サンプリングされた上記各測定点に対応する位相
検波出力がつくる分散・共分散行列を求め、この
行列の各固有値λ₁、λ₂、λ₃、λ₄…に対する固有ベ
クトルを固有値の大きい順に上記座標軸Z₁、Z₂、
Z₃、Z₄…と対応させることにより行うものであ
る、特許請求の範囲第１項記載の電磁誘導試験に
おける信号処理方法。３上記の各座標軸Z₁、Z₂、Z₃、Z₄…の設定は、
上記各多次元空間の全ての方向に対し順次、測定
点分布の分散を求め、その分散が最大となる方向
に座標軸を設定するものである、特許請求の範囲
第１項記載の電磁誘導試験における信号処理方
法。４上記の被検体は連続鋳造によつて製造された
鋼片とし、Z₁、Z₂はそれぞれリフトオフ変動とオ
シレーシヨンマークによる信号であることから第
３成分によつて欠陥検出を行なうことを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項、第２項、および第３
項のいずれかに記載の電磁誘導試験における信号
処理方法。