JPS62191755A

JPS62191755A - 電磁誘導試験における信号処理方法

Info

Publication number: JPS62191755A
Application number: JP61034498A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Iwasaki; 岩崎　全良; Shoji Nasu; 那須　昭司; Yoshiro Nishimoto; 善郎西元; Hiroaki Yasukuni; 安国　弘晃
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1987-08-22
Also published as: JPH048745B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ｍ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１００１−
１　ｚ〜数ＭＨ２）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ｍのほかに、リフ
トオフ（コイルと被検体表面の距１１ｉ１ｉ）、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
たがって、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
課題となっている。

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法の従来例の１
つＣＮＤＩＮＤＩ協会出版図書探傷試験Ｂ」’８４．Ｐ
１１４）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って、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
ブロック図を示し、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
単一方向へのシャ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。したがっ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、その範囲内に入っ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？１１）。同図においてｐ
はノイズ、ｑは疵信号を示ず。

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ック図である。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ＢＪ　　’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の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、？ｊｉ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て信
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）の変動によってバラツキを生じる。したがって、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
音要因の指示の娠幅は一般に大きいので、上記座標回転
角がわずかにズしただけでも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った煩わし
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を簡単かつ精度よ
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、一定刻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＠Ｚ２を定め、以下同様にして第３．第
４゜・・・、第Ｍの座標軸２．２４．・・・、ＺＨを定
め、座標軸Ｚ　　から見た上記各測定点の座標に基づｎ
＋１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ｍ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ッ
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、アズキャ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ョン
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
よびオシレーションマーク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ョンマーク５とは独
立事象をなしている。また、被検体はアズキャストの連
鋳スラブ３であるから表面起伏が多いのに対して、近年
の操業波術の向上により表面疵４の発生は少なく、した
がって検出目的の表面疵４に比べて、リフトオフ△の変
動やオシレーションマーク５に起因する信号変化が優勢
な条件下での探傷となる。

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１−１．ＨＹ、低周波側ＬＸ、ＬＹ）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すを次段の計０機っで
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
って行われる。

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すが
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すは、計算機９にプログラム
された演算処理の第１のステップ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すに対して１゜か
らｉ　ｏ＋　Ｎ　　１まで番号ｉを付することにより、
Ｌ　の分散Ｓ１１はＮ−１・・・（１）として求められる。Ｌ、の分散Ｓ　　、Ｈの分散２２　
　　　Ｘ５３３、Ｈ９の分散Ｓ４４も同様にして求められる。

また、ＬＸとり、の共分散Ｓ１２はＮ−１・・・（２）として求められる。Ｌ　とＨ、Ｌ　　とＨ、ＬＸＸＸＹ、とＨ，ＬＹとト１１、ＨｘとＨ９のそれぞれの× 共分散Ｓ１３．＄１４．Ｓ２３．Ｓ２４．Ｓ３４も同様
にして求められる。以上により分散・共分散行列が求め
られる。

（３）　　計算機９による演算処理の第２のステップ１
１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すを座標軸とする
４次元空間（Ｌ、Ｌ。

ＹＨ，）−１，）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すのつくる
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を第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＠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Ｚ
４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△の変動〉オシレー
ションマーク５〉表面疵４である。したがって、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イ順ニλ
　、λ　、λ　、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ｌｌ１ｌｌｉ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”３１”
　３２”　３３．１３４）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のステップ１２では、メ
モリにストアされた一定測定区間のすンブリングデータ
を順次続出して、次式Ｚ３−’３１’Ｘ　”３２ＬＹ　
”３３ＨＸ　”３４ＨＹ・・・（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のステップ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ｅＥ１９のメモリ
へは連鋳スラブ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って、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ｔｉｉｚ３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
、Ｈ９で欠陥評価したときのＳ／Ｎ約１．２に比べ、Ｚ
３ではＳ／Ｎ約３．５が１ｑ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やオシレーションマーク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ったが、■　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
ック図を示す。

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１１１Ｎ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　　、Ｌ　　、Ｈｘ。

ＹＨ）の方向ベクトルｄｉ　　、１２．１３．１４）が全
方向に亘っ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タ１−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２０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
る方向ベクハここで、４次元空間（Ｌ　　、Ｌ、、Ｈ，１−（Ｙ）×
× でのある方向へ新たな座標軸Ｚ、を設定したとすると、
座標軸Ｚ　上の値は方向ベクトル〈１１゜１２、Ｉ１３
．１４＞を用いてＺ　　＝Ｉ　　Ｌ　　＋Ｉ　　Ｌ　　＋１　　ｌ−１＋
１４Ｈ。

ｎ　　　　　ＩＸ　　　　　２Ｙ　　　　　３Ｘ（ただ
し１　　−１１　　　＋、ｅ　　　＋１　　　１）・・
・（５）と表わすことができる。また、サンプリングされるＮｆ
［Ｉａの測定点のデータに対してｉ。からｉ。＋Ｎ−１
まで番号ｉを付すことにより、所定測定区と表せること
は先の実施例で示した通りである。

へそして、分散Ｓが最大となる方向ベクトルが（１りは、
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ｍｚ１が
次式％式％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（ＬＸ、Ｌ、、１−１ｘ。

１−１）内における第１特性値Ｚ１の方向ベクトル＜Ｊ
ｅ　　、１　．１　．１　　）に直交する３次元空間で
の方向ベクトルｄが全方向に亘って順次分散計数器１６
に与えられ、先の場合と同様にして第２特性＋ｌｌＩ　
Ｚ　２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２．２４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Ｚ１に対応するので、比較器２
２ではそのしきい値Ｃ】と第３特性１ｉｆ［Ｚ　３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、オシレーションマ
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１
１誘導試験を行うのに先たち、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
いっ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っ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ッ
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
のブロック図、第５図ないし第７図は従来例を示す説明
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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Ｚ＿１を定め、次に上記多次元空間における
座標軸Ｚ＿１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Ｚ＿２を定め
、以下同様にして第３、第４、・・・、第Ｍの座標軸Ｚ
＿３、Ｚ＿４、・・・、Ｚ＿Ｍを定め、座標軸Ｚ＿ｎ＿
＋＿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Ｚ＿１、Ｚ＿２、Ｚ＿３、Ｚ＿４
・・・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λ＿１、λ＿２、λ＿３、λ＿４・
・・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Ｚ＿１、Ｚ＿２、Ｚ＿３、Ｚ＿４・・・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Ｚ＿１、Ｚ＿２、Ｚ＿３、Ｚ＿４
・・・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って製造された鋼片
とし、Ｚ＿１、Ｚ＿２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
よっ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。