JPH07119714B2 - 溶接欠陥の種類推定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、発電所設備等の溶接構造物の溶接継手等の
溶接部分の溶接欠陥に対処するに、その欠陥のブローホ
ールや融合不良等の種類をＸ線等の放射線検査によるフ
イルム画像やイメージインテンシファイヤの画像からコ
ンピュータ等を介して推定する技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は発電所設備の配管等の溶接継
手部分等の溶接部位にＸ線等の放射線を照射して該溶接
部分の透過像を得て、該透過像に現われる溶接欠陥を所
定の計器により計測し、その大きさや位置、傾き等の欠
陥特徴量を数量的なデータとし、該データを所定に処理
してブローホールや融合不良等の溶接欠陥の種類をフイ
ルム画像から推定する方法に関する発明であり、特に、
該欠陥特徴量相互の関係を溶接欠陥の種類ごとにデータ
の知識ベースとして構築し、所定数複数のルールを作成
し、溶接欠陥を検出する溶接部位のフイルム画像からの
欠陥特徴量を所定にデータ処理し、欠陥推定ルールとし
照合し選択的な照合の結果、所定の欠陥推定ルールを満
足する処理データに対しては直接的に確信度を付与し、
或いは、溶接者や検査者が当該溶接に関して保有してい
るユーザインプット情報と併せて綜合的に設定された推
定ルールと照合し、確信度を相互的に判断して最終的な
確信度を付与し、当該溶接欠陥の種類を推定する方法に
係る発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、機械装置やプラント設備等は複雑な機構部
から成り立っており、機械的な組付部分は勿論のこと、
多くの溶接接合部分から成り立っているものが極めて多
い。

而して、かかる機械装置やプラント設備等の機能維持を
図るばかりでなく、プラント自身、及び、周辺に対する
安全性等を確保する点からもこれらの複雑な部分の結合
部分や接合部分の保守、点検整備等の管理が極めて重要
であることは当然のことである。

特に、発電設備等の大規模な設備であって、公共性が強
く、而も、その社会的存在価値が極めて重要な設備に於
いては定期、不定期を問わず、建設、保守、点検整備等
の管理が極めて重要であり、したがって、電気事業法や
規則等による適用の基に建設やメンテナンス時における
検査管理、特に、肉眼や単なる検査装置では内部の欠陥
部分が確認し得ないところから法令やJIS規格等により
非破壊検査法によるＸ線等の放射線透過試験等が規定さ
れており、又、かかる放射線透過試験によって得られる
Ｘ線フイルム等によって撮られた溶接欠陥部分に対する
検査、判定基準も厳しく定められている。

しかしながら、かかるＸ線フイルムに写しだされた溶接
欠陥像を検査員が経験に基づいて肉眼により判定を行う
ことは、極めて高度の熟練を要し、而も、その結果が極
めて重要視されることから誤認が少なく、確からしい判
定結果が得られないという不具合があった。

而も、熟練者による視覚的な検査、判定にはその判断基
準が微妙に異なり、而も、頻度や経時的な要素からその
疲労等が重なる場合があって、安定した定量的な客観的
判定が出来難い難点があった。

特に、溶接欠陥に於いてはその種類が非破壊的に予め判
定の結果確定されないと、具体的な対処手段を講ずるこ
とも出来ず、設備の運転や機能維持に重大な影響を及ぼ
し、又、安全上も疑問視されかね得ない不都合さがあっ
た。

したがって、Ｘ線フイルム等による溶接欠陥の種類を推
定的に判定することは発電事業等にとっては極めて重大
な問題であった。

かかる点に対処するに、Ｘ線フイルムの画像処理のコン
ピュータシステムを介しての自動化と熟練検査員による
所謂エキスパートシステム化があり、例えば、中京大学
の輿水氏ら、又、大阪大学の井上氏らによるBayes則利
用の検査システムが開発提案されてはいる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、これまで開発されてきた輿水氏や井上氏
らの検査判定システムは次のような問題があった。

即ち、前者の輿水氏らにより検査システムは論理フロー
による決定論的な手法で、所謂アルゴリズム処理方式で
あり、判断基準となる新たなルールの追加や論理の負荷
が極めて不便であるという難点があり、当該溶接欠陥部
分の寸法や複雑さ等の図形的なデータや欠陥近傍部分の
濃度や位置を使用する手段としているために、論理的な
フロー処理や計量的データ処理の利点はあるものの、経
験豊かな検査員の豊かな知識等をエキスパートシステム
として使用出来ない、或いは、付加出来ないという不都
合さがあった。

そして、後者の井上氏らのシステムにおいてはBayes則
を用いるために、収集データが完全に整備されておらね
ばならず、例えば、９つの欠陥特徴量を必要とし、上述
同様エキスパートシステムとの融合が図られたり、付加
されたりする余地のないマイナス点があった。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく溶接欠陥
に対する推論方式の問題点を解決すべき技術的課題と
し、予め構築された知識ベースに対し、放射線フイルム
の画像やイメージインテファイヤの画像から得られる溶
接欠陥特徴量とエキスパートシステムからの知識情報と
の融合を効率的に図ることが出来、決定論的な手法によ
る誤りを避け、ファジー論的な確率論的確からしさを与
え、而も、新たなルールの追加や更新が容易で、収集デ
ータの不十分さも許容出来、エキスパートシステムを加
味することも出来るようにして機械装置、設備プラント
産業における管理技術利用分野に益する優れた溶接欠陥
の種類推定方法を提供せんとするものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの出
願の発明の構成は前述課題を解決するために、発電設備
等の溶接構造物等に生ずる溶接欠陥に対処するべく、そ
の欠陥種類を推定するに際し、現場にてＸ線等の放射線
検査によりフイルムに溶接部分の画像を撮り込んだり、
イメージインテファイヤから得られる画像を所定の計測
装置によりその欠陥画像を計測して欠陥データを特定数
量化してデータとし、データ処理した欠陥特徴量相互の
関係を種類ごとに見出して欠陥種類のための知識ベース
を構築し、種類によるルールを所定数複数並列化し、上
記当該溶接欠陥のフイルム画像から得られる欠陥特徴量
及び溶接技術者、及び、検査員の保有するユーザインプ
ット情報を併せてルールの照合し、所定のルールを満足
するデータの結果については所定の確信度を付与し、経
験豊かな検査員の処理手順や判定結果に可及的に近い欠
陥欠陥種類の推定をすることが出来るようにし、推定の
論理の変更や追加が容易であり、而も、収集データの量
が必ずしも統計的に充分である必要がなく又、扱うデー
タが無次元化された相対的数量である必要もなく、ファ
ジー論的に信頼性の高い溶接欠陥種類を「確からしさ」
によって推定することが出来るようにした技術的手段を
講じたものである。

〈発明の原理〉 次に、この出願の発明の原理を略説すると、従来の検査
員や判定者が現場にてＸ線検査装置等により撮り入れら
れたフィルム現像画像に対する肉眼的な観察による溶接
欠陥の判定からその種類や原因を推定したり、フイルム
画像を計測して数量的にその種類を推定することなく、
得られたフイルム画像やイメージインテファイヤからの
画像の特徴量を数量的にデータ化して知識ベースとする
と共に、検査員や判定者の経験的な豊富な知識ベースを
それらの両者の確信度とし知識ベースとし、これらの全
ての知識ベースを所定のルールとし、当該溶接物の画像
を照合し設定されたルールに選択的に照合して確信度を
累積することにより、最終的な当該溶接の欠陥の種類を
「〜ならば〜」の種類であると「確からしさ」において
推定するようにするものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を図面に基づいて説明す
れば以下の通りである。

第７図に示す様に、この出願の発明の溶接欠陥の種類推
定方法は次に詳述する如く、当該溶接部分に対する放射
線検査装置によるフイルム上の画像から得られる測定デ
ータ、データから得られる溶接欠陥の特徴量に基づく知
識ベースのルール（イ）、（ロ）、（ハ）の確信度、及
び、溶接者や検査員の少なくともいずれか一方のみが経
験的に知り得るユーザインプット情報（ニ）、（ホ）に
よるルールとの照合の融合結果により総合的な確信度を
経て、例えば、当該溶接欠陥が融合不良であるとか、ス
ラグ巻き込み等の欠陥の「確からしさ」11を推定するこ
とが出来るようにするものであり、上記ユーザインプッ
ト情報（ニ）、（ホ）については、例えば、溶接者のみ
が知り得る溶接条件、例えば、上向き溶接、下向き等の
溶接姿勢や溶接使用電流の大小、溶接ビードのスラグ、
スケールの状態、開先状態溶接の種類等を当該溶接者の
経験に基づく確信度によって付与して知識ベースとして
所定のルールを作成しておくようにするものであり、当
該第７図に示す様に、次述放射線による溶接欠陥部の画
像計測による欠陥特徴量の確信度（ヘ）、及び、上記ユ
ーザインプット情報との比較データ（ト）との総合的な
照合による各ルールの並列的な対比検討による総合的な
確信度を経ることによって得られるものである。

而して、一方の溶接特徴量については複雑な手順を経る
ものではあるが、ある意味では特定化し易い計測等の手
段によるデータ処理が可能であるものでもあり、そのル
ール化の具体的な手順は次の通りである。

即ち、第１図に示す様に、発電所の配管設備等の現場１
において、検査員２が所定のＸ線等の放射線検査装置３
により当該配管等の溶接部分の溶接欠陥の放射線検査フ
イルムを摂り、第２図に示す様に、画像フイルム４を経
て所定に現像し、当該画像フイルム４のビード５部分に
於ける画像に現われている溶接欠陥部（欠陥候補群を含
む）６の母材7,7間に於ける存在を確認し、所定の計測
装置により当該画像フイルム４に於ける溶接欠陥部６を
直接的に計測し、次に示す第１表のような欠陥特徴量に
関する入力情報を得る。

尚、上記第１表のデータについては１番から５番までの
ものについては、先述従来技術の井上氏らによる溶接欠
陥特徴量等において既に定義付けられているものであ
り、６番の平均濃度から10番の非直線性のデータについ
てはこの出願の発明において新規に付与することが出来
たものである。

そして、このようなデータについては第４図に示す様
に、当該画像フイルム４から母材7,7間のビード５につ
いて溶接中心線８、及び、欠陥像６、及び、これらの傾
きφ等をモデルサンプル的な図形データとして補正して
おいてもよく、これらの第３、４図に示す様なフイルム
画像からの実測データに基づく溶接欠陥特徴量のデータ
９を第５図に示す様な上記第１表の如く作成しておく。

したがって、当該第５図は上記第１表のデータの溶接欠
陥特徴量を示しているものである。

而して、当該第１表に示す様なフイルム画像から直接的
に計測器により実測されたデータに基づく溶接欠陥特徴
量については経験的にも明らかな如く、所定の溶接欠陥
特徴量の間に特定の関係が見られるものであり、例え
ば、第６図に示す様に、横軸に欠陥長（LLT）mm、又、
縦軸に平坦性（FLT）をとると、 FLT＝1/3LLTの線形関係があって、その上下に○印の融
合不良部分と□印のスラグ巻き込みが分布する特定の分
布関係が得られ、したがって、該欠陥長（LLT）と平坦
性（FLT）との間の関係をデータの上記第１表のデータ
の整理により一種の知識ベースの識別ルールが作成され
ることになり、当該第６図に示す実施例においては、 1/3LLT−0.2＜FLT＜1/8LLT＋0.3 であり、且つ、LLT＜12であるデータ関係であれば、識
別ルールにより溶接欠陥が融合不良であるか、又は、ス
ラグ巻き込みである確信度が0.95である「確からしさ」
との推定が得られるものとするように決めておく。

その場合の確信度の付与の方法としては、全データの数
に対する当該確率を用いてもよい。

勿論、上述実施例は溶接欠陥部６部分に対する溶接欠陥
特徴量の知識ベースとしての識別ルールの一例であり、
他の溶接欠陥特徴量の所定の関係においても、かかる知
識ベースの識別ルールが得られてこれらのルールが所定
数並列にセットされ得るものである。

このように得られた知識ベースとしての識別ルール
（ヘ）と上記溶接欠陥特徴量10、及び、前記ユーザイン
プット情報（ト）とユーザインプット情報（ニ）、
（ホ）とが第７図に示す様に、総合的に各ルールについ
て照合され、これらの各々の確信度が検討されて特定の
確信度が優先的に採用され得る場合には、当該確信度を
もって当該溶接欠陥部の種類や原因が所定に「確からし
さ」として推定されることになり、或いは、これらを所
定の確信度計算法に基づいて総合的な確信度を得て、当
該溶接欠陥部の種類や原因や「確からしさ」を複合的な
確信度としての下すようにする。

又、溶接欠陥部に対する放射線検査装置による画像フイ
ルムによる当該欠陥部についての欠陥特徴量のデータ処
理による知識ベースの識別ルールによる確信度付与の態
様としては、上述実施例の他に第８図乃至第10図に示す
様なデータ処理によるルール化があり、第８図に示す様
に、当該フイルム画像４の欠陥部６について前記第１表
に示す様な各欠陥特徴量を求めておき、これに対し第９
図に示す様な予め各種のデータに得られている各欠陥特
徴量についてのヒストグラムのデータベースをデータベ
ースとの照合により標準偏差１σ、２σ、３σのいずれ
の範囲に入るかを求めて、例えば、ブローホールの場
合、その溶接欠陥について第９図に示す様に、a1とa2と
の間に標準偏差１σがある場合で濃度がb1とb2の間にあ
り、欠陥長がc2より小さい場合には各々次の第２表に示
す様に、 重み係数1.0、0.6、0.1とし、結果的に平坦性の重み係
数を1.0、濃度についてのそれを0.6溶接長についてのそ
れを0.1とし、各重み係数についてはこれを確信度とす
る。（したがって、検査員等の経験の多少により重み係
数や確信度が異なることから平均的に経験年数、熟練度
の豊かな検査員による重み係数、確信度の付与が望まし
い）する。

そして、欠陥特徴量ごとに重み係数による確信度の計算
を行い、ユーザインプット情報の確信度との融合により
前述同様に最終的な確信度を決定する。

尚、知識ベースの構築様式については上述２実施例の他
にもあるものであることは勿論のことである。

又、ユーザインプット情報については、溶接実施者や溶
接検査員とのインタビュー等により、予め確信度を得て
おく等の手順をとることも勿論のことである。

かかる知識ベースの識別ルールの並列セットに対する照
合を介し、最終的な確信度により例えば、「もし〜なら
ば〜である。そして、その場合の確信度は〜である。」
のルール方式で当該溶接欠陥の種類や原因や表現し、決
定論的な種類や原因の確定を避けてファジー論的な「確
からしさ」の推定付与を行う。

勿論、先述した如く、複数の識別ルールに対する照合の
結果、複数の確信度が得られた場合には上述の如く、所
定の確信度計算法に基づいて最終的な総合確信度を付与
するようにする。

この手順については第10、11、12図示すとおりである。

尚この出願の発明の実施例は溶接部の放射線透過像がフ
イルムに撮影するだけのものには限らず、例えば、イメ
ージインテファイヤを介して直接テジタル画像として取
り込んでもCRT上に表示する等してもよいことは言うま
でもない。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、溶接欠陥特徴量等の定
量化されたデータによる知識ベースに基づく識別ルール
やユーザインプット情報に基づく定量的に不確定な情報
の経験豊かな、且つ、熟練した検査員等の重み係数等の
確信度付与による知識ベースの意味ネットワークで表現
可能なそれぞれのルールを並列化させ、それに当該溶接
欠陥部に対する画像の当該欠陥特徴量、及び、ユーザイ
ンプットによるエキスパートシステムを用いて照合を行
い、満足した少なくとも１つのルールの内容によって確
信度を付与することが出来るようにしたことにより、先
述した如く決定的な欠陥部の種類や原因の結論ではな
く、従来の統計的手法によらない「確からしさ」の推定
を行い、決定論的な手法による誤りを避けることが出
来、極めて熟練した検査員による現実的な欠陥部の種類
や原因の推定に対応することが著るしく近い確信度を付
与することが出来る効果があり、従来の輿水氏や井上氏
らの理論アルゴリズムやBayes則に基づく新たなルール
の追加や論理の追加更新が困難であるというマイナス点
を除去し、新しいルールの追加や更新が著るしく容易で
あり、収集データの完全な補充が必要ではなく、収集可
能なデータによる推定が可能である利点がある効果もあ
る。

而して、図形的な欠陥特徴量の寸法や複雑さ、そしてそ
の近傍の濃度や位置等の他に画像情報から得られる前記
第１表の如く、10種類の欠陥特徴量と熟練した検査員等
からのユーザインプット情報とを加味することにより、
従来行われていた人的推定即ち、経験豊かな検査員等に
よる推定に極めて近似した推定が行われるという効果が
あり、現実に得られるだけのデータにより特徴量の統計
処理や偏差値に基づいて確信度を代えることが出来ると
いう柔軟性もある。

更に、場合によっては欠陥特徴量に関する情報以外の情
報をも組み込むことが出来るという柔軟性もある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の実施例の説明図であり、第１乃
至７図は１実施例のフロー図であり、第１図は現場にお
ける溶接欠陥部の欠陥部撮影の様式図、第２図は収集さ
れる画像フイルムの斜視図、第３図は画像フイルムの模
式平面図、第４図は同モデル化された画像フイルムの平
面図、第５図は欠陥特徴量データの表の斜視図、第６図
は所定の欠陥特徴量の識別ルールの相関図、第７図は欠
陥特徴量等の画像処理データとユーザインプット情報に
よる照合を介しての確信度付与の模式図、第８乃至第12
図はその実施例による確信度付与の模式フロー図であ
り、第８図は画像フイルムの模式図、第９図は標準偏差
とヒストグラムのグラフ図、第10図は標準偏差に対する
欠陥特徴量の重み係数及び確信度の累積の模式図、第11
図は確信度の照合を介しての融合模式図、第12図は総合
的確信度付与の模式図である。 ４……画像フイルム ６……溶接欠陥部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 鉄造 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 道場 康二 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 杉本 幸治 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 井内 貞夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 恩田 勝弘 愛知県名古屋市名東区西里町４―52―２ (72)発明者 奥村 孝章 愛知県名古屋市南区滝春町１ 中電新名火 アパートＨ―31 (56)参考文献 特開 昭59−75140（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−209239（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153048（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−168855（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接部位に対する放射線照射によって得ら
   れる画像に現われる溶接欠陥の計測による複数の欠陥特
   徴量をデータとし該データの処理を介して溶接欠陥の種
   類を推定する方法において、該溶接欠陥の種類ごとに知
   識ベースとして所定数の欠陥推定ルールを作成してお
   き、当該溶接欠陥の欠陥特徴量のデータを処理して各欠
   陥推定ルールと照合し、欠陥推定ルールを満足する処理
   データに対応する確信度を付与し、該確信度により当該
   溶接欠陥の種類を確率的に推定することを特徴とする溶
   接欠陥の推定方法。
2. 【請求項２】上記欠陥特徴量相互の関係を定量的にルー
   ル化しておくようにすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の溶接欠陥の推定方法。
3. 【請求項３】上記欠陥特徴量を既知のデータに基づく欠
   陥種類ごとの頻度分布データベースと対比してその偏差
   範囲を求めて確信度を付与するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の溶接欠陥の推定方法。
4. 【請求項４】溶接部位に対する放射線照射によって得ら
   れる画像に現われる溶接欠陥の計測による複数の欠陥特
   徴量をデータとし該データの処理を介して溶接欠陥の種
   類ごとに知識ベースとして所定数の欠陥推定ルールを作
   成しておき、当該溶接欠陥の欠陥特徴量のデータを処理
   すると共に溶接者と検査員の少なくともいずれか一方が
   有する当該溶接に関するユーザーインプット情報と併せ
   て上記欠陥推定ルールと照合し、欠陥推定ルールを満足
   する処理データに対応する確信度を付与し、該確信度に
   より当該溶接欠陥の種類を確率的に推定することを特徴
   とする溶接欠陥の推定方法。