JPH08292174A - デジタル形式で測定点順に並べられた信号における自動特徴検出および識別 - Google Patents

デジタル形式で測定点順に並べられた信号における自動特徴検出および識別

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JPH08292174A
JPH08292174A JP8098642A JP9864296A JPH08292174A JP H08292174 A JPH08292174 A JP H08292174A JP 8098642 A JP8098642 A JP 8098642A JP 9864296 A JP9864296 A JP 9864296A JP H08292174 A JPH08292174 A JP H08292174A
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Jane E Oppenlander
イー オッペンランダー ジェイン
Kent C Loomis
シー ルーミス ケント
David M Brudnoy
エム ブラッドノイ デイビッド
Arthur J Levy
ジェイ レビー アーサー
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    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最初のオペレータのセットアップや特徴の判
断にオペレータの主観の介入なしに自動的に行なわれる
方法を提供する。 【解決手段】 デジタル形式で測定点順に並べられた特
徴を検出し識別するためのコンピュータに基づく自動化
された方法であって、前記方法は非破壊検査信号たとえ
ば校正標準からえられる渦電流信号の処理に用いられ、
前記信号はまずノイズを除去し、基線を決定するために
自動的に処理され、特徴が形態フィルタを用いる信号で
検出され、パターン認識の方法および幾何学的規準のエ
キスパートシステムを用いて形態の検証がなされる。こ
の方法において、基準特徴は特徴の数またはシーケンス
のあらかじめの知識なしに位置され、基準特徴が信号特
徴に関係のないたとえばノイズとは区別される、基準特
徴がたとえばノイズの信号特徴と区別され、検出された
特徴は信号から除去されたパラメータにより自動的に検
証される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はデジタル形式で測定
点順に並べられた信号(digital point-orderedsignal
s)の、コンピュータに基づいた自動化された処理に関
する。さらに、本発明は、材料部品のテストに用いられ
る非破壊テスト信号の、コンピュータに基づく自動化さ
れた処理に関する。さらに詳しくは、本発明は、校正信
号によって、発生するときにあらかじめ信号中に特徴が
存在することが既知である信号の処理に関する。本発明
は渦電流(ET)校正信号を処理する際にとくに有用で
ある。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】試験
片中の欠陥または他の材料的な非連続性がないか材料を
検査するために用いられる非破壊検査方法は、通常、欠
陥が存在すると疑われる領域への放射伝送、および前記
伝送に対応した信号の受けとりを伴う。受けとった信号
中の、欠陥に起因するパターンが、他の信号の特徴(信
号パターン)と充分に区別されるばあい、材料の欠陥が
明らかとなる。欠陥によりひきおこされるこれらのパタ
ーンのサーチにおいて、視覚的に信号を検査する解析者
によって、しばしば信号の処理がなされる。
【0003】渦電流テスト(eddy current testing、以
下、「ET」ともいう)は、金属部分を検査するために
用いられるものであり、前記渦電流テストは非破壊検査
方法の一例である。前記方法は、1つ、または複数のコ
イルが設けられた電磁プローブの使用を必要とする。前
記電磁プローブは試験片の表面を横切って移動し、移動
することによって、前記プローブ付近の試験片に電流
(渦電流)を誘導によって発生させる。金属内の非連続
性(たとえば、欠陥など)が渦電流の流れを変え、した
がってコイルの電磁インピーダンスを変化させるので、
プローブインピーダンスの測定は、前記試験材料の非連
続部分の位置を決定し、該非連続部分を識別するために
必要な情報を提供しうる。
【0004】正確に欠陥の本質について位置を決定し、
さらに定量化するために、テストシステムは通常、校正
されなければならない。ETのテストに関しては、既知
の材料の特徴を含む校正標準の表面にプローブを横切ら
せることによって校正が行われる。たとえば、ドリルで
あけられた異なる深さのドリル穴や、曲り、窪み、出っ
張り、または外づけされた構成要素などが含まれる。
【0005】実際の検査のあいだには、システムの安定
性に関するチェックとして多くの校正測定が必要であ
る。それぞれの校正測定は標準校正片に対して行なわれ
たとしても、1回の校正測定とつぎの1回の校正測定と
では測定結果の変化を生じうる。校正試料に沿って一方
向にプローブを走査することによって、1回の校正測定
が行なわれることもあれば、プローブは他の方向に走査
されることもある。校正試料は、異なる試料を一緒に結
合したものからなることもあり、そのばあい、1回の校
正測定からつぎの校正測定に移るときに結合された試料
の、異なる並び方を生ぜしめつつ、どちらのばあいにお
いても、信号パターンの並び方は校正測定ごとに1回1
回異なりうる。また、時には1回の校正測定が存在しう
るすべての特徴を含むわけではなく、1回の校正測定
が、存在しうるすべての特徴を含むわけではないという
情報は処理がなされるまで解析者はわからないかもしれ
ない。しかし、人間の視覚システムは大変精巧であるか
ら、熟練した解析者は、通常、標準校正片によって発生
された信号の並び方の変化やパターンの欠落などを見い
出すことができる。
【0006】本発明の目的は、デジタル形式で測定点順
に並べられた信号の信号特徴を自動的に識別するプロセ
スを提供することであり、このプロセスにおいては、存
在しうるすべての特徴は、たとえば校正で予め既知であ
る。
【0007】本発明の他の目的は、多数の存在する特
徴、または発生するシーケンスを予め知ることなく自動
的に標準校正特徴を検出し、位置を決定することであ
る。
【0008】本発明のその他の目的は、オペレータの介
在なしに渦電流テストの校正データにおける信号の特徴
を自動的に識別するプロセスを提供することである。
【0009】本発明のさらに他の目的は、試験片のうち
特徴のない領域を特定する渦電流校正の自動化されたプ
ロセスを提供することである。
【0010】本発明のさらに他の目的は、標準校正特徴
と、たとえばノイズによって発生した、関係のない信号
特徴とを区別する、渦電流校正の自動化されたプロセス
を提供することである。
【0011】本発明のさらに他の目的は、前記信号から
抽出したパラメータの測定に基づく検出された特徴を検
証する、渦電流校正に関する自動化されたプロセスを提
供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、人間の解析者
の能力に匹敵することにより前述の信号の処理を自動的
に行なう、コンピュータに基づく方法である。とくにコ
ンピュータに基づく本発明の自動化されたシステムは、
以下の(a)〜(d)のことを可能にする。
【0013】(a)対象物についてのパターンを含む信
号の領域の自動判別。
【0014】(b)対象物の存在する領域における信号
のバックグラウンドレベルの自動判別。
【0015】(c)デジタル形式で測定点順に並べられ
た信号の並び方に関わらない、対象物についてのパター
ンの自動判別。
【0016】(d)信号中に存在するパターンの数の予
めの知識がない、対象物についてのパターンの自動判
別。
【0017】本発明を推進する方法が、好ましい実施の
形態として例示されており、その好ましい実施の形態
は、熱交換管の検査からうることができた渦電流校正信
号を処理することにより例証されている。しかしなが
ら、ここでクレームする方法は、デジタル形式で測定点
順に並べられたすべての信号、または、既知の(互い
に)識別可能な信号パターンを含む、信号のすべての組
の自動処理に適用されうる。多くの非破壊技術は、この
タイプの信号、たとえばアコースティックエミッショ
ン、騒音モニタおよび超音波技術に見られる信号を発生
する。
【0018】本発明の情報抽出方法は、デジタル形式で
測定点順に並べられた信号中に存在することが既知であ
る特徴の位置を決定し、かつ前記特徴を識別する、コン
ピュータで実行される情報抽出方法であって、前記信号
が試験材料からのデータを示しており、前記方法が前記
特徴の数や位置にかかわらず、(a)デジタル形式で測
定点順に並べられた信号形態で試験材料からデータをう
る工程、(b)前記デジタル形式で測定点順に並べられ
た信号をコンピュータに入力する工程、(c)ノイズを
除去するために前記デジタル形式で測定点順に並べられ
た信号を処理する工程、(d)数学的な形態フィルタを
用いて前記信号の既知の特徴を検出する工程、(e)信
号パターン認識のエキスパートシステムが実行されるコ
ンピュータを用いかつ幾何学的基準を適用して前記検出
された特徴を確定する工程、および(f)前記既知の特
徴の識別および位置の決定についての情報を出力する工
程からなるコンピュータで実行される。
【0019】
【発明の実施の形態】オペレータによる最初のセットア
ップ、および、対象物の特徴に関するオペレータの主観
的な判断なしに本発明が完全な自動化を推進することは
本発明の利点である。
【0020】人間の解析者の視覚的アプローチに匹敵す
る本発明の方法を用いることによって、校正標準の物理
的配置とは関係なく特徴の位置を決定することが、本発
明の利点である。
【0021】信号中のノイズの局所レベルに適合する、
特徴の検出と特徴の識別の方法を含むことが、本発明の
さらなる利点である。
【0022】本発明の他の特徴と利点は、以下に示す本
発明の好ましい実施の形態の詳細な説明に示されている
か、またはそこから明らかである。
【0023】A 序 論 本発明は、数学的な形態認識とパターン認識を含む様々
な技術からの解析ツールを組みあわせることによって、
デジタル形式で測定点順に並べられた信号の特徴を確実
に識別するための新規なプロセスである。該プロセス
は、信号の前処理、特徴の検出および特徴の検証であ
る、3つの主な要素からなる。3つの要素のそれぞれ
は、以下に詳細に説明される。特徴の検出および特徴の
検証は、ここで用いられるように、処理された信号中の
特徴によることが明らかであろう。また、これらの信号
の特徴は試験材料の物理的特徴に対する測定装置の反応
を示す。以下、文中において長い期間とは、特定の校正
特徴に関して渦電流が通過するのにかかる時間にかかわ
る長い時間の間隔のことである。
【0024】B 信号の前処理 本発明の前記方法は、熱交換校正管からうることができ
る、デジタル形式で測定点順に並べられた信号にかかわ
る渦電流測定における校正のための信号(以下、渦電流
校正信号という)についての好ましい実施の形態を用い
て最もよく説明される。うることができた、デジタル形
式で測定点順に並べられた渦電流校正信号は、デジタル
コンピュータに直接入力されるか、または、磁気テープ
または光ディスクのような記憶装置に格納されたのちに
コンピュータに入力される。ここで説明される好ましい
実施の形態においては、渦電流校正信号は記憶装置から
デジタルコンピュータへ入力される。本発明の方法では
4つの異なる型のコンピュータ上で実行されている。当
該4つのコンピュータとは、デジタルイクイップメント
社の商品名バックスステーションワークステーション、
デジタルイクイップメント社の商品名バックスミニコン
ピュータ、ヒューレットパッカード社の商品名9000
/400ワークステーションおよびヒューレットパッカ
ード社の商品名9000/700ワークステーションで
ある。しかしながら、この方法の実行はこれらのコンピ
ュータプラットフォームには限られない。
【0025】信号の前処理は2つの理由のために実行さ
れる。第1に、不要のノイズがとり除かれるためであ
る。なぜなら不要のノイズの存在が検出プロセスをくる
わせるかもしれないからである。第2に、プローブの基
準値に相当する正確な基線が決定されるためである。な
ぜなら基線位置からの信号の明白なはっきりしたズレが
対象物の特徴を示すからである。ここで、基準値とは、
対象物の特徴が存在しない領域中で測定装置によって記
録された信号の値を意味する。
【0026】渦電流2コイルプローブ(eddy current d
ual bobbin probe)は、試験片に沿う、N個のポイント
(k=1、2、・・・、N)における電磁インピーダン
スZk(f)=(Rk(f),Yk(f))を測定する。
ポイントkでのインピーダンスZk(f)において、Rk
(f)は抵抗成分とよばれ、Yk (f)はリアクタンス
成分とよばれる。前記インピーダンスZk(f)は、試
験材料中の異なる深さにおいて測定され、また、信号周
波数の値fに依存する。周波数fが減少すると、プロー
ブの最も感度のよい距離は増加する。一般的な方法は、
試験片の全体の厚さを最もよく表すためにいくつかの周
波数におけるインピーダンス信号Zk (f)を測定する
ことである。
【0027】渦電流信号は2つの同等の方法、すなわ
ち、(1)図1〜3に示されるような時間トレースとし
ての方法、および(2)図9(b)に示されるリサジュ
ーパターンとしての方法の中で示されうる。時間トレー
スという見方によれば、データは2つの1次元的な位置
の位置(または時間)の関数で示される。
【0028】R[1,N]={(Rk,k),k=1、
2、3、・・・、N} Y[1,N]={(Yk,k),k=1、2、3、・・
・、N} ここで、Rはインピーダンスの抵抗成分、Yはインピー
ダンスのリアクタンス成分である。RとYは図1(a)
では一緒に示されており、図3(a)と図3(b)には
分けて示されている。リサジューパターンという見方に
よれば、図9(b)に見られるように、データはインピ
ーダンス平面で、1つの2次元の測定点順に並べられた
信号として示されている。さらに、インピーダンスZ
[1,N]が計算される。
【0029】Z[1,N]={(Rk,Yk),k=1、
2、3、・・・、N} ここでZはインピーダンス信号である。
【0030】時間トレースの図とリサジューパターン図
のどちらの図も、識別情報を含むが、便宜のため、また
は計算のしやすさのために一方の表示をもう一方の表示
の上に重ねて使用することが好ましい。本発明において
は、どちらの図も採用しうる。つまり、時間トレース図
が特徴の位置を決定する目的と特徴の識別の目的のため
に用いられ、リサジューパターン図は検証の目的のため
に用いられる。
【0031】対象物における特徴がない部分を含む試験
片信号の一部において、ポイントk=k1からポイント
k=k2(k1、k2は正の整数)までの、データに記録
された試験片信号の一部において、Zkは容易に検知で
きるほどは変化しない。この(ノイズのない状態におけ
る)特徴のない領域においては、時間トレースであるR
[k1,k2]とY[k1,k2]は値が一定のままである
から、良好な近似に対して水平な直線となるであろう。
同一の理由のために、リサジューパターンZ[k1,k
2]は、幾何学的なポイントになるであろう。時間トレ
ース中の水平線から、または2次元のインピーダンス平
面の点からのいずれの極端なずれも、物質になんらかの
非連続性があることを示している。時間トレース内のず
れは、出っ張りまたは窪み(またはその両方)として、
図1(b)、図2(b)および図3に示されるように現
れる。インピーダンス平面におけるずれは、数字の8ま
たは、文字Vの形状に似ており(ときには2次元よりも
複雑になることもある)、図6(b)に示されるように
現れる。これらは、渦電流信号でみられるパターンクラ
スの例である。
【0032】本発明においては、用いられる時間トレー
ス関数は、個々の成分ではなく、インピーダンス振幅信
号Aである。当該インピーダンス振幅信号Aは、次式で
表される。
【0033】A[1,N]={√[(Rk−R02
(Yk−Y02],k=1、2、・・・、N} ここで、(R0,Y0)は、インピーダンスの「基準値
(null value)」であり、R0は水平成分Rの基準値で
あり、Y0は垂直成分Yの基準値である。すなわち、
(R0,Y0)は特徴がない領域内のZの値である。R
[1,N]とY[1,N]の対よりもA[1,N]を選
ぶ利点はつぎのとおりである。充分に大きな振幅の信号
特徴においては、一方の成分の値は、他方が大きけれ
ば、非常に小さくなることもありうる。したがって、計
算のため1つの成分のみを選ぶことは、特徴の位置間違
いをまねきうる。一方、両方の成分を各々選ぶことは、
必要な計算量を倍増することになる。A[1,N]の選
択は、適切な情報を失うことなく、計算量を非常に少な
くする効果を奏する。
【0034】A[1,N]を計算するために、基準値
(R0,Y0)は正確に計算されねばならない。信号は、
低振幅のノイズの領域と共に高振幅のノイズの領域を含
むばあいがある。したがって(R0,Y0)は、単純な算
術的方法で計算されてはならない。管の検査において、
校正片を結合している接合部(図1(a)のコネクタ)
からの高振幅のノイズが、図1(b)にみられる。図1
(b)において、水平成分Rは実線で示され、垂直成分
Yは破線で示される。低振幅のノイズは、測定(検査)
に用いる電子装置の変動の結果としておこる。本発明に
おいて、基準値はつぎの方法により計算される。(所定
の最小の長さの)区間は、R[1,N]とY[1,N]
の両方の値が大幅には変化しないことを利用して識別さ
れる。これらの区間のすべてにおけるRの値は比較さ
れ、Rの値を有する前記区間は、過半数の区間(「測定
対象から飛地状にはなれた部分(outliers)」)のRの
値とは非常に異なり、前記所定の最小の長さの区間は除
去される。Yも同様である。残るのは、基準値R0とY0
である。図3(a)と図3(b)は前述の方法を用いる
0とY0の計算を示す。R0とY0を計算するために用い
られるすべての信号区間は、また、局所ノイズにかかわ
るノイズレベルを計算するために用いられる。これらの
区間について、分散および共分散が計算される。これら
の統計量は、試験片のノイズレベルの程度である。前記
基準値、局所ノイズ、インピーダンスおよびインピーダ
ンス振幅は、のちに利用されるようにコンピュータのメ
モリ内に中間的に格納(記憶)される。
【0035】データの組は時折「基準ドリフト」を示
す。すなわち、装置および(または)渦電流プローブの
機械的装着における電気的ドリフトのために、基準値は
測定中連続的に変化する。基準ドリフトは、基準の値に
おける長期間のシフトである。基準ドリフトは、本発明
を用いてとり除かれる、長期間の信号の傾向の一例であ
る。基準ドリフトを除去するために、形態的フィルタリ
ングがA[1,N]に課せられる(ドリフトが起こらな
ければ、フィルタリング操作がA[1,N]を大幅に変
えることはない)。この形態的なフィルタリング操作
は、「トップハット」変換(“tophat”transformatio
n)と呼ばれ、前記操作は対象物の最も幅広の信号ピー
クの幅より小さくはない幅の直列フィルタを用いて実行
される。フィルタにかけられた信号であるA[1,N]
は、フィルタにかけられる前後で同じ表現が用いられて
おり、A[1,N]は、特徴の位置で、または高振幅の
ノイズの領域内で基線から出っ張るピークを有し、0
(ゼロ)振幅で基準基線を有する。図4は基準ドリフト
の除去を示す。図4に示されるように、処理された信号
は、トップハットフィルタリングののちにまったく歪め
られることはない。基準ドリフトの除去方法はインピー
ダンス振幅信号に限定されることなく、デジタル形式で
測定点順に並べられたどのような信号にも適用可能であ
る。
【0036】最終の前処理工程は、対象物の特徴に対す
るデータ応答に関係のないイベントの結果として生じる
ことが既知の信号セグメントを除去することに関する。
これらの望ましくない成分は予期され、かつたとえば不
意の境界状態などの人工物の結果として生ずる。好まし
い実施の形態においては、これらの予期される応答は、
複数の校正片を一緒に固定する金属性のコネクタのため
に発生する。前記応答は対象物のどの特徴よりも高い振
幅を有する信号であることが予期される。これらの信号
のセグメント(または信号領域)は、高振幅ノイズとし
て参照される。校正片の物理的な長さがあらかじめわか
っているので、対象物の特徴を含む信号のセグメントは
つぎの2つの基準を満たす。
【0037】(a)セグメントにおけるデータポイント
の数は、(既知の)測定速度が乗算された試験片の長さ
に密接に対応していなければならない。
【0038】(b)セグメント中のあらゆる部分の振幅
は、対象物の特徴に対する、器具の予期される最大の応
答を超えない。
【0039】前述の(a)で示される測定速度は、(ポ
イント数/長さ)の単位で与えられる。前記測定速度
は、記録周波数(ポイント数/秒)を(長さ/秒)を単
位とする所定のプローブ速度で割ったものである。渦電
流測定において、プローブ速度は、少なくとも通常の特
徴サイズの距離を通じて一定である。前述の2つの基準
のどちらにもしたがわないセグメントはすべてノイズセ
グメントであり、とり除かれる。他のセグメントはすべ
てさらなる検査の候補となる。対象物の特徴を含みうる
信号の部分は、さらなる試験のためにコンピュータのメ
モリ内に中間的に格納(記憶)される。図2を参照せ
よ。基準ドリフトがとり除かれるので、これらの基準は
信号の高振幅のノイズの領域の識別/除去に適切であ
る。
【0040】渦電流信号を用いる好ましい実施の形態に
おいて、時間トレース信号のリアクタンス成分および抵
抗成分はインピーダンス振幅を計算するために用いられ
る。リアクタンス成分および抵抗成分からなるインピー
ダンス信号は、そののち対象物の特徴を見つけるために
用いられる。しかしながら、他の用途に関して、本発明
の方法は、既知の特徴を検出するため対象物のいかなる
デジタル形式で測定点順に並べられた信号にも適用され
うる。
【0041】C 特徴検出 信号の前処理工程の完結においては、検出プロセスがさ
らなる評価のための信号特徴の位置を決定するために用
いられる。管の検査校正のばあい、いくつかの異なる信
号特徴の型、たとえば様々な深さにドリル穴によって、
または外部に接するリングおよびくぼみによってつくら
れる信号特徴が位置する必要がある。
【0042】検出の方法は、次第に小さいサイズとなる
ピーク幅フィルタを用いて、信号のピークを分離するこ
とに基づく。サイズ(フィルタサイズ)とは、ピークの
幅を検出するために用いられるフィルタの長さを意味す
る。フィルタサイズの選択は、検出されるべき特徴の既
知の長さにより決定される。この方法においては、予め
識別された特徴に学習アルゴリズムを適用することはな
い。したがって、システムは従来の解析または事前テス
トの学習段階からの情報を必要としない。加うるに、検
出能力(性能)は、対象物の特徴である既知の深さを利
用することにより最適化される。長さ情報および深さ情
報は、つぎのような手段により利用される。
【0043】長さの情報は、つぎに示される方法を用い
てうることができる。信号のピークの幅は、試験されて
いる特徴の(既知の)長さの直接の測定(値)である。
なぜなら測定プロセスのあいだプローブの移動速度が一
定だからである。ここで、特徴の長さはプローブの動き
の方向における寸法に関係する。異なる特徴は異なる長
さを有し、ゆえに信号のピーク幅は特徴同士を識別する
のに用いられうる。たとえば、管の検査で用いられる校
正片は、外側につけられたリングと同様に、ドリル穴も
含みうる。穴は欠陥を模式化し、外づけのリングは支持
構造を模式化している。穴の口径は、通常、外づけのリ
ングの口径よりも充分に小さい。ゆえに、外づけのリン
グの信号のピークは、穴の信号のピークよりも大きい。
【0044】深さの情報は、適切な周波数信号を用いる
ことによってうることができる。たとえば、管の検査に
おいては、支持リングによって発生するピークは、最低
周波数のときの信号(電磁コイルから最も距離が離れて
いるときの検査距離に関わる)で最も突出する。ドリル
穴によって発生するピークは、より高い周波数の信号の
ときに、最も突出する。
【0045】1 最大幅の信号ピークの分離 最長の特徴(最大幅のピーク、管の検査においては最大
幅のピークは最低周波数の信号である)に適する周波数
における前処理された信号で始める。ノイズのない区間
はつぎに示されるように応答指令信号が出される。長さ
が、期待する最大幅のピークの幅とつぎに大きい幅のピ
ークの幅との中間であるフィルタを用いて形態的トップ
ハットフィルタリングがなされる。このフィルタリング
操作の結果、最大幅のピークを有する特徴によるピーク
以外のピークはすべて排除される。
【0046】2 ピークの位置決定 位置(ピーク位置とピーク幅)は、ピークの最大振幅値
のx軸(点)における位置を識別することによりえられ
る。ピークを発見するための前記基準の妥当性は、ピー
クが適切な2次関数で表現される形状であることを仮定
している。この仮定は必ずしも正しくはない。2次関数
で表現される形状を保証するため、形態的な操作のさら
なる続きとしては、ピークの上部が除去され、かつ2次
関数の形状で示される「キャップ」(図5(b)のハッ
チングで示される部分)に置き替えられる。この操作が
図5(a)および図5(b)に示されている。この型の
ピーク交換は、ピークの周辺における微量な局所変動
(局所ピーク)を効率的に無視することにより、特徴検
出に対して微量な局所変動に関わらず測定値を与えうる
という強さを提供するので、本発明の新規な面である。
したがって、検出の信頼性は、前述の新規なフィルタリ
ングプロセスにより非常に向上する。検出されたピーク
の位置は、のちに利用されるためにコンピュータのメモ
リ内に格納(記憶)される。
【0047】3 つぎに大きい幅の信号ピークの分離 ピークが最も目立つつぎに長い特徴が周波数信号から検
索される。あらかじめ入手した最長の特徴を含む区間の
一部分または複数の部分が排除される。今度は、フィル
タされた信号における最大幅のピークは、このつぎに長
い特徴を示す。前述の検出方法(ステップ1と2)は、
所望の幅のすべてのピークの位置を決定するまで繰り返
される。
【0048】前述の反復方法は、対象物におけるすべて
の特徴の位置を決定するのに必要な回数だけ繰り返され
る。前述の検出方法において、信号中のピークの並び方
には、何の役割もないことに注意することは重要であ
る。したがって、本発明の利点は、特徴検出が試験片の
並び方に依存しないことである。また、前述のすべての
形態的フィルタリング操作が、始めるべきピークを含ま
ない信号を変えることはないことに注意することは重要
である。したがって、信号中にピークがないことは、本
発明の検出方法にとって困ることではないことに注意す
ることは重要である。よって、本発明のさらなる利点
は、1回の測定テストで特徴検出は、いかなる特別な特
徴が存在するかまたは存在しないかにかかわらず行われ
ることである。
【0049】本発明の特徴検出方法は、図6〜8を参照
して最もよく理解されうる。これらの図は、発明の好ま
しい実施の形態を示しており、この方法は、管の校正試
料において、外づけのリングと5つのドリル穴を検出す
るために、渦電流信号に適用される。図6(a)は、
(図1および図2で示されている信号の組と同じ組の信
号から)最低周波数における信号のインピーダンス振幅
信号Aを示す。図6(a)において、ボックスで囲まれ
た部分がノイズのないセグメントの辺りに描かれてお
り、前記ボックスで囲まれた部分は図6(b)に拡大さ
れている。リングを示すピークの既知のサイズよりも小
さいサイズであるが、ドリル穴を示すピークの既知のサ
イズよりも大きいサイズのフィルタを用いることによっ
て、信号セグメントは、図7(a)の信号セグメントの
ように変換される。リングを示すピークの頂点部分と、
ドリル穴を示すすべてのピーク(図7(a)では破線で
示される)とは、フィルタされた信号(実線で示され
る)では欠けている。そののち、2次関数で表現される
形状の「キャップ」は、図7(b)に示されるように、
適切な形態フィルタを用いてリングを示すピークについ
ての欠けている頂点部分を置き替える。リングを示すピ
ークは1つだけ残っており、したがって識別される。図
8(a)は、図6(b)で与えられたものと同じ信号セ
グメントを示すが、高周波数でリングによる部分は削除
されている信号セグメントである。残りの信号部分は穴
による成分を含む。図8(a)において、フィルタされ
ていない信号(破線で示される)はフィルタされた信号
(実線で示される)とともに表示される。図8(b)
は、さらなる形態的フィルタリング(および、単なる美
的理由のための再測定)がなされたあとの信号を示す。
【0050】つぎの表1には、この1回の校正測定にお
ける、検出された特徴(外づけリング、穴およびくぼ
み)、および識別された特徴の連続的なポイントの位置
の始まりと終わりを示す全体の検出プロセスの表示結果
が記入されている。
【0051】
【表1】
【0052】D 検証方法 校正特徴の不正確な識別が深刻な診断上のエラーをまね
きうるため、校正特徴の識別に関して最も可能性が高い
ものの確定を要求することは重要である。このことは、
ある必須要件が満たされていなければ一連の校正を不適
格とする可能性があることを意味する。そのような判断
をすることができることは、本発明の自動化されたプロ
セスの重要な特徴である。
【0053】本発明における、検証する/不適格とする
方法は、渦電流の状態についての固有の特性とともに、
パターン認識技術に基づいている。それらの方法には、
校正標準の物理的配置または物理的な特徴を考慮した一
般的な情報に加えて、渦電流信号のリサジュー表示を用
いる。本発明の他の重要な特徴は、検出方法と検証の方
法が独立していることである。
【0054】校正基準(すなわち、支持リングやドリル
穴)における物理的特徴の最小の組は渦電流システムを
適切に校正するために存在していなければならない。前
記最小の組の性質は、異なるアプリケーションであれ
ば、異なって定義されうる。たとえば、管における校正
においては、1つの外づけの支持リングと、5つのドリ
ル穴の組が校正に必要とされる。他の特徴は必要ではな
いが、信号解析に有用な情報を提供する。たとえば、管
の校正標準において追加の支持リング、またはくぼみ
(断面測定法標準(profilometry standard)として従
来から知られている)が、ありうる。これらの信号特徴
からの情報は、信号の混成の組を構成するために用いら
れ、従来「混合信号」と呼ばれている。また、前記混成
の信号の組は、示された信号特徴を識別するための追加
の検証を提供する。
【0055】以下は、既知の特徴について検出された識
別および位置を検証するために用いられる本発明の4つ
の方法である。これら4つはすべて用いる必要はない
が、4つすべては好ましい実施の形態として用いられ
る。使用の順序は重要ではない。
【0056】1 リサジュー形状からの検証 様々な種類の校正特徴が、特徴的なリサジューパターン
から入手された幾何学的パラメータによって識別されう
る。たとえば、リサジューパターン(図9(b)参照。
図9(b)は、渦電流信号の水平成分および垂直成分の
プロットを示す図である図9(a)の垂直線aとbのあ
いだの要素からなるリサジュー図形を示す図である)の
「8の字形」(8の字形の形状に似た図形はすべて「8
の字形」パターンクラスの要素と考えられる)や図形の
直径(図形上の2つの点を結ぶ最大の長さの線分)は、
このような幾何学的パラメータのひとつである。他の例
としては、8の字形のローブの幅である。これらのパラ
メータはそれぞれ検出されたリサジューパターンに関係
する試験片の特徴に関連した情報を供給することができ
る。パターンクラスの両方(たとえば、図における数字
8または文字Vの形状)およびパラメータの量の数値化
は、適切な渦電流信号を処理するエキスパートシステム
を用いる自動化されたパターン認識方法によって決定さ
れる。前記方法において、本発明は、信号から作られた
リサジューパターンを視覚的に検査することによって特
徴を検証する人間の解析者に匹敵する。自動化されたパ
ターン認識方法は、1994年8月16日に特許された
米国特許番号5,339,256号の「渦電流測定を解
析するためのエキスパートシステム」に記載され、参照
されてそこに組み入れられているガウスフィルタリング
技術に基づいている。幾何学的パラメータは、校正特徴
のさまざまの型を識別するとして知られている初期渦電
流量から選ばれている。たとえば、支持リングにより形
成された8字形のリサジューパターンは、ドリル穴によ
り形成されたパターンより著しく大きいローブ(lobe)
を有する。したがって、相対的な幅は検証量を識別する
ものである。確認の目的で用いられるすべてのパラメー
タはそれぞれの校正信号の組からのみ求められる。すな
わち、あらかじめ解析された組からパラメータは整合さ
れない。渦電流特徴を検証するために固有の幾何学的パ
ラメータのみを用いる技術の自動化は、本発明の他の新
規な面である。前記幾何学的パラメータは、リサジュー
形状から導かれる。
【0057】2 物理的配置からの検証 校正特徴はまた、校正片に関する物理的配置または物理
的特性を考慮した固有の情報を用いて検証されうる。時
間トレース表示は、リサジュー表示と同様に用いられう
る。管の校正においては、既知の内部ホール空間を有す
る5つのドリル穴を含む、たとえば、ASME(米国機
械学会)の規格(standard)が校正標準の一部である。
このばあい、本発明においては正確な内部ホール空間に
おける5つの検出されたピークがあることを検証するた
めに時間トレース表示がなされる測定を用いることがで
きる。これらのピークは、ドリル穴を表示するとして仮
に識別され、リサジューパターンに関わるパターン認識
方法を用いて検証される。5つより少ない信号ピークが
検出されるか、または5つの穴のうちの1つのパターン
が定義された限度外の幾何学的パラメータを発生すれ
ば、その校正測定は不適格とされる。
【0058】3 サイン情報からの検証 インピーダンス振幅内で検出されたピークがインピーダ
ンスの時間トレース信号中で正確なサイン(ここで、サ
インとは特徴の既知の識別された特徴の量(大きさ)を
いう)を有することを確定することにより、特徴のさら
なるチェックが提供される。たとえば、ドリル穴は、時
間トレース信号中のピークにしたがって解しうるくぼみ
を有する。本発明のこの局面は、特定の校正特徴に関す
る独立の校正方法として見られうるが、その結果は校正
測定を確認するために、前述のセクションCで説明され
た特徴の校正方法と矛盾してはならない。特定の校正信
号の特徴の組が、セクションCの特徴の校正方法では発
見できないばあいには、このサイン情報方法は、これら
の特徴の位置を決定するための唯一の検出方法として利
用することができる。他の検証テストもやはり、確認す
る/拒絶するために、結果に適用されうる。
【0059】4 適合できるピーク決定方法 さらなる独立のテストは、時間トレース中でみられるピ
ークが校正特徴の近辺で小さい振幅ノイズからはっきり
と識別されることを保証する。このテストは、特徴のな
い領域における信号ノイズの振幅を、検出された校正特
徴の振幅と比較することによってなされる。このテスト
方法は、ノイズレベルの予めの定義には依存せず、与え
られた渦電流検査で固有のノイズレベルに自動的に適合
することによる。この適合性のあるピーク技術は本発明
の新規な特徴である。
【0060】校正信号の組を受け入れるための、要求さ
れるレベルは厳しい。したがって、特徴校正の期待され
る信頼性が高まる。同時に、期待される校正測定の拒絶
率もまた大きい。所定のアプリケーションに対して拒絶
率が大きすぎると、検証の必要条件は緩和される。検証
基準の厳しさに対応する柔軟性があることは、本発明の
他の重要な面である。
【0061】前述における本発明の好ましい実施の形態
は、図10〜13に示されるフローチャートで概略説明
がなされている。好ましい実施の形態においては、渦電
流校正標準の特徴の位置が決定されて識別されたのち
に、位置データおよび識別データが渦電流システムの校
正を実行するために用いられうる。たとえば、校正デー
タ特徴位置はコンピュータに電気的に入力され、たとえ
ば米国特許5,339,256号に開示されたエキスパ
ートシステムのシステムの校正に直接用いられる。かわ
りに、特徴位置はハードコピーに出力されうるか、また
は電気的に格納(記憶)されうる。
【0062】本発明はその実施の形態によって説明され
たが、本発明の観点および趣旨を逸脱しない範囲でバリ
エーションや変更がなされうることは当業者にとって理
解されるであろう。本発明の方法は渦電流校正信号に限
定されず、存在しうるすべての特徴があらかじめ知られ
ている信号であり、デジタル形式で測定点順に並べられ
た信号である、たとえば超音波、音波、またはいかなる
装置によっても発生される他の信号も用いられうる。
【0063】
【発明の効果】オペレータによる最初のセットアップ、
および、対象物の特徴に関するオペレータの主観的な判
断なしに本発明が完全な自動化を推進することは本発明
の利点である。
【0064】人間の解析者の視覚的アプローチに匹敵す
る本発明の方法を用いることによって、校正標準の物理
的配置とは関係なく特徴の位置を決定することが、本発
明の利点である。
【0065】信号中のノイズの局所レベルに適合する、
特徴の検出と特徴の識別の方法を含むことが、本発明の
さらなる利点である。
【図面の簡単な説明】
【図1】チューブ校正試料の軸断面図、および示されて
いる特徴に関する渦電流信号の水平成分および垂直成分
を示す図である。
【図2】高振幅ノイズ(コネクタにより発生された)が
除去されたのちの信号である。
【図3】図1の信号の水平成分のプロットと計算された
基準値R0とを示す図、および図1の信号の垂直成分の
プロットと計算された基準値Y0とを示す図である。
【図4】オリジナルの信号と、基準ドリフトが除去され
たのちの同じ信号を示す図である。
【図5】オリジナルの信号とフィルタされた信号の形を
示す図、および前記フィルタされた信号と同じ信号のピ
ークの頂点を2次曲線の「キャップ」(ハッチングされ
た領域)と置き替えた図である。
【図6】最低周波数のインピーダンス振幅の渦電流信号
をプロットした図および前記渦電流信号のうちボックス
で囲まれた領域、すなわちリング/5つのドリル穴部分
の拡大図である。
【図7】フィルタリングしたのちの図6の信号を、オリ
ジナルの信号を破線で、フィルタされた信号を実線で示
した図、およびリングのピークと2次関数で表現される
形状の「キャップ」との置き替えを示す図である。
【図8】最高周波数における図6の信号と除去されたリ
ングピークとを、オリジナルの信号を破線で、フィルタ
された信号を実線で示した図および5つの2次関数で表
現される形状のピークを有する前記処理された(フィル
タされた)信号を示す図である。
【図9】渦電流信号の水平成分および垂直成分のプロッ
トを示す図、および前記プロットを示す図の中の垂直線
aとbのあいだの要素からなるリサジュー図形を示す図
である。
【図10】渦電流校正信号に適用される本発明の方法の
流れ図を単純化した図である。
【図11】渦電流校正信号に適用される本発明の方法の
流れ図を単純化した図である。
【図12】渦電流校正信号に適用される本発明の方法の
流れ図を単純化した図である。
【図13】渦電流校正信号に適用される本発明の方法の
流れ図を単純化した図である。
【符号の説明】
0 基準値 Y0 基準値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイン イー オッペンランダー アメリカ合衆国、12301 ニューヨーク州、 スキネクタディ、ピーオー ボックス 1072、ノウルズ アトミック パワー ラ ボラトリー(番地なし) (72)発明者 ケント シー ルーミス アメリカ合衆国、12301 ニューヨーク州、 スキネクタディ、ピーオー ボックス 1072、ノウルズ アトミック パワー ラ ボラトリー(番地なし) (72)発明者 デイビッド エム ブラッドノイ アメリカ合衆国、12301 ニューヨーク州、 スキネクタディ、ピーオー ボックス 1072、ノウルズ アトミック パワー ラ ボラトリー(番地なし) (72)発明者 アーサー ジェイ レビー アメリカ合衆国、12301 ニューヨーク州、 スキネクタディ、ピーオー ボックス 1072、ノウルズ アトミック パワー ラ ボラトリー(番地なし)

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デジタル形式で測定点順に並べられた信
    号中に存在することが既知である特徴の位置を決定し、
    かつ前記特徴を識別する、コンピュータで実行される情
    報抽出方法であって、前記信号が試験材料からのデータ
    を示しており、前記方法が前記特徴の数や位置にかかわ
    らず、(a)デジタル形式で測定点順に並べられた信号
    形態で試験材料からデータをうる工程、(b)前記デジ
    タル形式で測定点順に並べられた信号をコンピュータに
    入力する工程、(c)ノイズを除去するために前記デジ
    タル形式で測定点順に並べられた信号を処理する工程、
    (d)数学的な形態フィルタを用いて前記信号の既知の
    特徴を検出する工程、(e)信号パターン認識のエキス
    パートシステムが実行されるコンピュータを用いかつ幾
    何学的基準を適用して前記検出された特徴を確定する工
    程、および(f)前記既知の特徴の識別および位置の決
    定についての情報を出力する工程からなるコンピュータ
    で実行される情報抽出方法。
  2. 【請求項2】 前記(c)工程が、高振幅のノイズの領
    域を含む無関係な信号特徴に影響されない、前記信号の
    基準値を確定することをさらに含む請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 前記(c)工程が、前記信号を形態的に
    フィルタリングすることにより長い期間の信号の傾向を
    とり除くことを含む請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記長い期間の信号の傾向が基準ドリフ
    トを含む請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記(c)工程が、前記信号中の高い信
    号振幅のノイズの領域の位置を決定し、かつ前記ノイズ
    の領域を除去することをさらに含む請求項4記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 前記工程(d)が、次第に小さいサイズ
    のピーク幅フィルタを用いて前記既知の特徴のピーク位
    置を位置決定するためにコンピュータによってアシスト
    された形態的フィルタリング処理を用いることをさらに
    含む請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記試験材料において既知の幾何学的特
    性に基づくピーク幅フィルタサイズを選択することをさ
    らに含む請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記ピークの2次関数で表現される形状
    を保証するために、前記ピークの頂点部分を純然たる2
    次関数で表現される形状を示す頂点と交換する形態的操
    作を適用することを含む、コンピュータによってアシス
    トされた方法を用いることを前記工程(d)がさらに含
    む請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 信号パターン認識が実行される前記コン
    ピュータが、前記信号のリサジューパターンから幾何学
    的パラメータを測定することをさらに含む請求項8記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 前記工程(e)が、前記試験材料の前
    記特徴における物理的特性および物理的配置のいずれか
    についての既知の情報と、前記工程(a)、(b)、
    (c)および(d)で検出される特徴とを比較すること
    をさらに含む請求項8記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記工程(e)が、信号振幅中で検出
    される特定の特徴に関するピークと、時間トレース信号
    において対象物の特徴に対応するピークとを比較するこ
    とをさらに含む請求項8記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記検出された特徴を、プロットされ
    た時間トレース信号の特徴のない領域中の信号ノイズの
    振幅と、前記工程(a)、(b)、(c)および(d)
    において検出される振幅とを比較して検出された特徴を
    検証することをさらに含み、前記信号のそれぞれの組に
    おいて固有のノイズレベルに自動的に前記方法が適合す
    る請求項8記載の方法。
  13. 【請求項13】 最小限必要な前記基準を満たしていな
    いばあいに、いかなる1つの信号および前記信号の組も
    拒絶される請求項1記載の方法。
  14. 【請求項14】 最小限必要な前記基準が、所定のアプ
    リケーションに適合しうる請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記デジタル形式で測定点順に並べら
    れた信号が渦電流校正信号である、コンピュータによっ
    てアシストされ自動化された請求項1記載の情報抽出方
    法。
  16. 【請求項16】 デジタル形式で測定点順に並べられた
    信号中における既知の特徴を自動的に位置決定し、かつ
    識別するためのシステムであって、前記信号が既知の特
    徴を有する試験材料から入手されるデータを示してお
    り、前記システムが、前記試験材料からデジタル形式で
    測定点順に並べられた信号を発生する手段、発生した前
    記信号を表示する信号データをうる手段、前記信号デー
    タをコンピュータに入力する手段、ノイズをとり除くた
    めに前記信号データを処理する手段、数学的な形態フィ
    ルタを用いて前記信号データの既知の特徴を検出し、か
    つ、前記信号データの前記既知の特徴が前記試験材料の
    既知の特徴を表示する手段、コンピュータで実行され
    る、信号パターン認識の方法と幾何学的基準アプリケー
    ションとを利用することにより前記特徴を検証する手
    段、および前記特徴の識別と前記特徴の位置を出力する
    手段を含むシステム。
  17. 【請求項17】 前記処理する手段が、前記信号データ
    の基準値を計算する手段と、基準ドリフトを除去する手
    段とからなる請求項16記載のシステム。
  18. 【請求項18】 前記処理する手段が、1つの振幅信号
    を計算する手段を含む請求項17記載のシステム。
  19. 【請求項19】 前記検出する手段が、次第に小さいサ
    イズのピーク幅フィルタを用いて信号ピークの位置を決
    定する手段をさらに含む請求項18記載のシステム。
  20. 【請求項20】 前記検出する手段が、前記信号ピーク
    の2次関数で表現される形状を保証する手段をさらに含
    む請求項19記載のシステム。
  21. 【請求項21】 前記検証する手段が、前記信号パター
    ンからうることができる固有の幾何学的パラメータを決
    定する、コンピュータによってアシストされた手段を含
    む請求項20記載のシステム。
  22. 【請求項22】 前記検証する手段が、前記デジタル形
    式で測定点順に並べられた信号のインピーダンス振幅信
    号と時間トレースインピーダンス信号とを比較する手段
    を含む請求項20記載のシステム。
  23. 【請求項23】 前記検証する手段が、前記デジタル形
    式で測定点順に並べられた信号の、特徴のない領域中の
    信号ノイズの振幅と、前記検出された信号の振幅とを比
    較する手段を含む請求項20記載のシステム。
  24. 【請求項24】 いかなる1つの信号および信号の組も
    拒絶する最小の拒絶基準を入力し、かつ該拒絶基準に適
    合する手段をさらに含み、前記基準は所定のアプリケー
    ションに対して調整可能である請求項16記載のシステ
    ム。
  25. 【請求項25】 デジタル形式で測定点順に並べられた
    信号中で、既知の特徴を自動的に検出し、かつ位置決定
    するコンピュータに基づく方法であって、前記特徴が渦
    電流校正基準の物理的特徴を示しており、前記方法が、
    (a)渦電流プローブを、既知の特徴を含む校正基準に
    適用することによってデジタル形式で測定点順に並べら
    れた信号を発生する工程、(b)数個の周波数におい
    て、前記基準から前記信号を受ける工程、(c)前記信
    号をコンピュータに入力する工程、(d)前記数個の周
    波数のそれぞれの周波数におけるインピーダンス信号を
    計算する工程、(e)時間トレースのインピーダンス信
    号の抵抗成分およびリアクタンス成分から前記デジタル
    形式で測定点順に並べられた信号の基準値を計算する工
    程、(f)それぞれの周波数におけるインピーダンス振
    幅信号を計算する工程、(g)ノイズと基準ドリフトを
    除去するためにそれぞれの前記インピーダンス振幅信号
    を処理する工程、(h)前記工程(g)から、最長の特
    徴に適する周波数におけるインピーダンス振幅信号を選
    択する工程、(i)次第に小さいサイズのピーク幅フィ
    ルタを用いる繰返しの方法によって、前記インピーダン
    ス振幅信号中の信号のピークを分離する工程、(j)前
    記2次関数を確定するために形態フィルタ処理を前記ピ
    ークに適用する工程、(k)最大振幅値を有するピーク
    のx軸上の位置を識別する工程、(l)つぎに長い特徴
    に適する周波数のインピーダンス振幅信号を選択する工
    程、(m)前記あらかじめ検出された特徴が発見された
    ピークを、工程(l)で選択された信号から除去する工
    程、(n)前記工程(i)から(m)までの処理を他の
    周波数における信号に適用する工程、および(o)検出
    された特徴を検証すること、および前記検出された特徴
    の位置、および識別を出力する工程を含む、コンピュー
    タに基づく方法。
  26. 【請求項26】 前記検証する工程が、信号パターン認
    識のエキスパートシステムを用いる前記インピーダンス
    信号に固有の幾何学的パラメータを決定することを含む
    請求項25記載の方法。
  27. 【請求項27】 前記検証する工程が、前記基準におけ
    る前記特徴の物理的配置についての固有の情報に適合す
    ることを含む請求項25記載の方法。
  28. 【請求項28】 インピーダンス振幅信号中の特徴が検
    出されたピークと、時間トレース信号プロット中の前記
    特徴の既知の識別された特徴の量とを比較することを含
    む請求項25記載の方法。
  29. 【請求項29】 前記検証する工程が、時間トレース信
    号の特徴のない領域中の信号ノイズの振幅と前記検出さ
    れた特徴の振幅とを比較することを含み、さらに前記方
    法が前記信号中の固有の1つのノイズレベルに自動的に
    適合する請求項25記載の方法。
  30. 【請求項30】 最小の拒絶基準をセットすること、お
    よび前記基準を満たさないすべての信号の特徴および信
    号の特徴の組を拒絶することをさらに含む請求項25記
    載の方法。
  31. 【請求項31】 前記システムを校正するために前記検
    出された校正特徴の識別および位置を渦電流システムに
    提供することを含む請求項25記載の方法。
JP8098642A 1995-04-20 1996-04-19 デジタル形式で測定点順に並べられた信号における自動特徴検出および識別 Pending JPH08292174A (ja)

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