WO2015072365A1 - 渦流探傷装置 - Google Patents

Abstract

　この渦流探傷装置は、被検査対象（１）に流れる渦電流の変化に応答して、第１渦流検出信号（Ｓ１）を出力する渦電流検出器（３）と、第１渦流検出信号をデジタル信号に変換して第２渦流検出信号（Ｓ２）を出力するＡ／Ｄ変換器（５）と、第２渦流検出信号を離散ウェーブレット変換して、ウェーブレット係数を生成する離散ウェーブレット変換部（７）、ウェーブレット係数を非線形処理するノイズ成分除去部（８）、および非線形処理されたウェーブレット係数を離散ウェーブレット逆変換して、第３渦流検出信号（Ｓ３）を出力する離散ウェーブレット逆変換部（１０）を有するウェーブレットフィルタ（６）とを備える。

Description

渦流探傷装置

　この発明は渦流探傷装置に関し、特に、非線形フィルタを備える渦流探傷装置に関する。

　導電性のある試験体表面にコイルを接近させ、そのコイルに所定の周波数を有する交流電流を流すと、コイルに誘起される磁界の変化により、試験体の表層近くに渦電流が発生する。その渦電流により発生する磁束がコイルに入り、コイルに電流が誘起される。試験体の表面に傷や局所的な熱処理不良等の異常がある場合、正常な表面と比較して、コイルに誘起される電流の振幅や位相に変化が生じる。この電流の変化を電気的に検出した検出信号に基づき、表面の異常を検出する渦流探傷検査方法が、広く使用されている。

　上述のコイルを備えるプローブを試験体表面で走査させて渦流探傷検査を行った場合、傷や熱処理不良のある箇所において、コイルに誘起される電流の振幅が増大し、検出信号にパルス状の信号（パルス信号）が現れる。一方、正常な表面であっても、表面粗さや微妙な組織の状態等の影響がノイズ成分として現れるため、得られる検出信号は、パルス信号にノイズ成分が重畳したものとなる。

　図１は、一般的な渦流探傷検査による検出信号の波形例を示す。
　図１において、横軸は、プローブの走査位置に対応し、縦軸は、検出信号の振幅を示す。材料の傷や熱処理不良に起因して発生するパルス信号（図１において、４か所で発生）に、破線で囲まれたノイズ成分が重畳した検出信号の一例が示される。図１に示される通り、微小な異常を検出する場合、ノイズ成分を除去して、Ｓ／Ｎ比を向上させる前処理が重要となる。

　特許文献１（特開２０１２－１８９４８６号公報）は、渦電流プローブで検出した検出信号をＡ／Ｄコンバータでデジタルデータに変換し、そのデジタルデータを離散ウェーブレット変換によりデータパタンに変換する圧縮データ生成部を備える渦流探傷装置を開示する。

特開２０１２－１８９４８６号公報

　従来の渦流探傷装置において、バンドパスフィルタによるノイズ成分の除去処理は、除去すべきノイズ成分の周波数帯域と、検出したい傷や局所的な熱処理不良から発生するパルス信号の周波数帯域と、が重なっている場合、ノイズ成分のみならず、パルス信号をも減衰させてしまうという欠点を有する。また、欠陥の検出に最適なバンドパスフィルタの帯域は、傷や局所的な熱処理不良の大きさ、深さ、および形状等により変化する。従って、様様な種類の傷や局所的な熱処理不良の検出に対応するには、通過帯域を変えた複数のバンドパスフィルタを用意し、それぞれの帯域に対して個別に分析や診断を行うため、煩雑性がある。

　それゆえに、この発明の主たる目的は、渦電流プローブで検出した検出信号に重畳するノイズ成分の除去を簡略な構成で実現した渦流探傷装置を提供することである。

　この発明に係る渦流探傷装置は、渦電流検出器と、アナログ／デジタル変換器と、ウェーブレットフィルタと、を備え、渦電流検出器は、被検査対象に流れる渦電流の変化に応答して、第１渦流検出信号Ｓ１を出力し、アナログ／デジタル変換器は、第１渦流検出信号Ｓ１をデジタル信号に変換した第２渦流検出信号Ｓ２を出力し、ウェーブレットフィルタは、第２渦流検出信号を離散ウェーブレット変換して、ウェーブレット係数を生成する離散ウェーブレット変換部と、ウェーブレット係数を非線形処理するノイズ成分除去部と、非線形処理されたウェーブレット係数を離散ウェーブレット逆変換して、第３渦流検出信号Ｓ３を出力する離散ウェーブレット逆変換部と、を有する。

　この発明に係る渦流探傷装置によれば、簡略な構成により、渦電流プローブで検出した検出信号に重畳するノイズ成分の除去が可能となる。

一般的な渦流探傷装置による検出信号の波形例を示す。 発明の一実施の形態による渦流探傷装置の構成を示すブロック図である。 発明の一実施の形態による渦流探傷装置が備えるウェーブレットフィルタの処理を説明する波形図である。 発明の一実施の形態による渦流探傷装置が備えるウェーブレットフィルタによる、ウェーブレット係数の非線形処理を説明する関数グラフである。 発明の一実施の形態による渦流探傷装置が備えるウェーブレットフィルタによる、ウェーブレット係数の非線形処理を説明する他の関数グラフである。 発明の一実施の形態による渦流探傷装置が備えるウェーブレットフィルタの効果を説明する波形図である。 発明の一実施の形態による渦流探傷装置が備えるパルス信号分析部の定量化方法を説明する波形図である。

　図２は、この発明の一実施の形態による渦流探傷装置１００の構成を示すブロック図である。

　渦流探傷装置１００は、渦電流検出器３、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器５、およびウェーブレットフィルタ６を備える。

　渦電流検出器３は、プローブコイル２で検出した試験体１に流れる渦電流に応答して、アナログ信号である第１渦流検出信号Ｓ１を出力する。渦電流の検出は、測定対象となる試験体１にプローブコイル２を近付け、一定の速度（例えば、１００ｍｍ毎秒）で走査させて行う。図１に示される波形は、渦電流検出器３が出力する第１渦流検出信号Ｓ１の波形の一例である。アンチエリアジングフィルタ４は、渦電流検出器３が出力する第１渦流検出信号Ｓ１から高周波成分を除去した信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器５は、アンチエリアジングフィルタ４の出力信号をデジタル信号に変換した第２渦流検出信号Ｓ２を、ウェーブレットフィルタ６へ出力する。ここで、ウェーブレットフィルタ６とは、後述の通り、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を利用した非線形フィルタ、である。

　図３は、一実施の形態による渦流探傷装置１００が備えるウェーブレットフィルタ６の処理を説明する波形図である。

　波形図３１は、Ａ／Ｄ変換器５が出力する第２渦流検出信号Ｓ２（元波形）の波形図である。横軸は、一定の速度で試験体１を走査するプローブコイル２の測定位置を示す。縦軸は、第２渦流検出信号Ｓ２の値を示す。

　波形図３２は、元波形（第２渦流検出信号Ｓ２）を離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）して得られる、各レベル毎のウェーブレット係数の値を示す。この離散ウェーブレット変換は、図２に示される離散ウェーブレット変換部７により行われる。波形図３２において、横軸は、波形図３１の測定位置に対応する測定時刻である。

　元波形を離散ウェーブレット変換することで、元波形に含まれるパルス信号（材料表面の傷や熱処理不良に起因する信号）、およびノイズ成分（材料表面の表面粗さや微妙な組織の状態等に起因する信号）を、分離することが可能となる。即ち、パルス信号は、特定のレベルに大きな振幅成分として集中し、ノイズ成分は、複数のレベルに小さな振幅成分として分かれる。波形図３２に示される各レベルのウェーブレット係数は、図２に示されるノイズ成分除去部８により、非線形処理される。

　図４は、発明の一実施の形態による渦流探傷装置１００が備えるウェーブレットフィルタ６による、ウェーブレット係数の非線形処理を説明する関数グラフである。

　ウェーブレット係数の非線形処理は、複数のレベルにおけるウェーブレット係数に対し、所定のしきい値より小さい値を有するウェーブレット係数の値を減少させ、そのしきい値より大きい値を有するウェーブレット係数の値を維持する処理である。その結果、複数のレベルに小さな振幅成分として現れるノイズ成分に対応するウェーブレット係数の値は、同一の非線形処理により、減少する。図４において、横軸は、ノイズ成分除去部８（図２参照）に入力されるウェーブレット係数の値Ｘであり、縦軸は、ノイズ成分除去部８が出力する、非線形処理後のウェーブレット係数の値Ｙである。

　図４に示される特性を有する関数は、以下の式となる。
Ｙ＝Ｘ（Ｘ≧Ｔの場合）
Ｙ＝（Ｘ／Ｔ）＾ｎ＊Ｔ（Ｘ＜Ｔの場合）
ここで、記号”／”は、除算記号であり、記号”＾”は、冪乗記号であり、記号”＊”は、乗算記号である。しきい値Ｔおよび冪数ｎの値は、図２のノイズ除去係数設定部９により設定される。

　図５は、発明の一実施の形態による渦流探傷装置１００が備えるウェーブレットフィルタ６による、ウェーブレット係数の非線形処理を説明する他の関数グラフである。

　横軸Ｘおよび縦軸Ｙの値は、図４と同様である。図５に示される特性を有する関数は、以下の式となる。
Ｙ＝Ｘ（Ｘ≧Ｔの場合）
Ｙ＝０（Ｘ＜Ｔの場合）
ここで、記号Ｔは、図４と同様に、しきい値である。

　図３に戻り、波形図３３および波形図３４について説明する。
　波形図３３は、波形図３２の各レベルのウェーブレット係数に対して、上述のウェーブレット係数の非線形処理を行った後のウェーブレット係数の値を示す。ウェーブレット係数の非線形処理を行うことで、複数のレベルに小さな振幅成分として現れるノイズ成分に対応するウェーブレット係数の値は減少し、材料表面の傷等に対応するウェーブレット係数の値は維持される。

　離散ウェーブレット逆変換部１０で、非線形処理を行った各レベルのウェーブレット係数を離散ウェーブレット逆変換（ＩＤＷＴ）を実行して波形を再構成すると、ノイズ成分だけが除去された波形図３４が得られる。ウェーブレットフィルタ６（図２参照）に入力される第２渦流検出信号Ｓ２の波形図３１と、ウェーブレットフィルタ６が出力する第３渦流検出信号Ｓ３の波形図３４と、を対比すると、ウェーブレットフィルタ６により、ノイズ成分のみが除去され、Ｓ／Ｎ比が向上した波形図３４が得られることが理解できる。

　図６は、発明の一実施の形態による渦流探傷装置１００が備えるウェーブレットフィルタ６の効果を説明する波形図である。

　図６（ａ）は、従来のバンドパスフィルタにより第２渦流検出信号Ｓ２のノイズ成分を除去した波形を示す。図６（ｂ）は、従来のバンドパスフィルタに加えて、ウェーブレットフィルタ６により第２渦流検出信号Ｓ２のノイズ成分を除去した波形を示す。両者を比較すると、ウェーブレットフィルタ６により、パルス信号の値が維持され、ノイズ成分が除去されている様子が確認できる。

　図２に戻り、元波形表示部１６およびノイズ除去後波形表示部１１によるノイズ除去係数設定部９の調整方法を説明する。元波形表示部１６は、Ａ／Ｄ変換器５が出力する第２渦流検出信号Ｓ２（元波形）の波形を表示し、ノイズ除去後波形表示部１１は、ウェーブレットフィルタ６の非線形処理によりノイズ成分が除去された第３渦流検出信号Ｓ３の波形を表示する。両表示部の波形を比較することで、ウェーブレット係数の非線形処理を確認しつつ、ノイズ除去係数設定部９で設定されたしきい値Ｔまたは冪数ｎを調整することができる。

　図７は、一実施の形態による渦流探傷装置１００が備えるパルス信号分析部１２の定量化方法を説明する波形図である。

　図７において、波形図７１は、ウェーブレットフィルタ６が出力する第３渦流検出信号Ｓ３の波形を示す。パルス信号分析部１２は、第３渦流検出信号Ｓ３の波形を定量化する。図７において、波形図７２は、定量化の一例として、第３渦流検出信号Ｓ３の波形を絶対値処理した後の最大値を測定値とする例を示す。比較照合部１３は、パルス信号分析部１２で定量化された測定値と、良否しきい値設定部１４で設定されたしきい値とを比較する。結果出力部１５は、比較照合部１３の結果に基づき、試験体１の良否判定結果を出力する。

　一実施の形態による渦流探傷装置１００の効果は、以下の通りである。
　ウェーブレットフィルタ６は、渦電流検出器３が出力する第１渦流検出信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換した第２渦流検出信号Ｓ２を離散ウェーブレット変換し、複数レベルのウェーブレット係数を生成する。パルス信号は、特定レベルに大きな振幅成分として集中し、ノイズ成分は複数のレベルに小さな振幅成分として分かれる。ノイズ成分除去部８は、適宜設定されたしきい値Ｔを境に、各レベルのウェーブレット係数を非線形処理する。ウェーブレットフィルタ６は、非線形処理されたウェーブレット係数を離散ウェーブレット逆変換して、第３渦流検出信号Ｓ３の波形を再構成する。

　ウェーブレットフィルタ６によれば、各レベルのウェーブレット係数に対し、同一の非線形処理を施すことで、ノイズ成分の除去が実現される。従って、従来のバンドパスフィルタと異なり、帯域毎のフィルタ設定が不要となり、ノイズ成分の除去を簡略に行うことが可能となる。

　さらに、ノイズ成分除去部８は、適宜設定されたしきい値Ｔに基づき、ウェーブレット係数の非線形処理を行う。このしきい値Ｔの設定により、小さな振幅成分として現れるノイズ成分に対応するウェーブレット係数の値は減少し、材料表面の傷等に対応するウェーブレット係数の値は維持される。従って、ノイズ成分のみ除去され、Ｓ／Ｎ比が向上した出力波形が得られる。

　ウェーブレットフィルタ６への入力波形および出力波形は、それぞれ、元波形表示部１６およびノイズ除去後波形表示部１１に表示される。両表示部の波形を比較することで、ノイズ除去係数設定部９で設定されたしきい値Ｔまたは冪数ｎの最適化が容易になる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　試験体、２　プローブコイル、３　渦電流検出器、４　アンチエリアジングフィルタ、５　Ａ／Ｄ変換器、６　ウェーブレットフィルタ、７　離散ウェーブレット変換部、８　ノイズ成分除去部、９　ノイズ除去係数設定部、１０　離散ウェーブレット逆変換部、１１　ノイズ除去後波形表示部、１２　パルス信号分析部、１３　比較照合部、１４　良否しきい値設定部、１５　結果出力部、１６　元波形表示部、３１～３４，７１～７２　波形図、１００　渦流探傷装置、ｎ　冪数、Ｓ１　第１渦流検出信号、Ｓ２　第２渦流検出信号、Ｓ３　第３渦流検出信号、Ｔ　しきい値。

Claims (8)

1. 　渦流探傷装置であって、
   　渦電流検出器と、アナログ／デジタル変換器と、ウェーブレットフィルタと、を備え、
   　前記渦電流検出器は、被検査対象に流れる渦電流の変化に応答して、第１渦流検出信号を出力し、
   　前記アナログ／デジタル変換器は、前記第１渦流検出信号をデジタル信号に変換した第２渦流検出信号を出力し、
   　前記ウェーブレットフィルタは、
   　前記第２渦流検出信号を離散ウェーブレット変換して、ウェーブレット係数を生成する離散ウェーブレット変換部と、
   　前記ウェーブレット係数を非線形処理するノイズ成分除去部と、
   　前記非線形処理された前記ウェーブレット係数を離散ウェーブレット逆変換して、第３渦流検出信号を出力する離散ウェーブレット逆変換部と、
   を有する、渦流探傷装置。
2. 　前記ウェーブレットフィルタは、さらに、ノイズ除去係数設定部を有し、
   　前記ノイズ除去係数設定部は、しきい値Ｔ１および冪数ｎ１（ｎ１は正の整数）を設定し、
   　前記ノイズ成分除去部は、
   　前記ウェーブレット係数の値Ｘが前記しきい値Ｔ１より小さい場合、前記非線形処理後の前記ウェーブレット係数を（Ｘ／Ｔ１）＾ｎ１＊Ｔ１に設定し、
   　前記ウェーブレット係数の値Ｘが前記しきい値Ｔ１より大きい場合、前記非線形処理後の前記ウェーブレット係数を、前記ウェーブレット係数Ｘの値に設定する、請求項１記載の渦流探傷装置。
3. 　前記ウェーブレットフィルタは、さらに、ノイズ除去係数設定部を有し、
   　前記ノイズ除去係数設定部は、しきい値Ｔ２を設定し、
   　前記ノイズ成分除去部は、
   　前記ウェーブレット係数の値Ｘが前記しきい値Ｔ２より小さい場合、前記非線形処理後の前記ウェーブレット係数を零に設定し、
   　前記ウェーブレット係数の値Ｘが前記しきい値Ｔ２より大きい場合、前記非線形処理後の前記ウェーブレット係数を、前記ウェーブレット係数Ｘの値に設定する、請求項１記載の渦流探傷装置。
4. 　パルス信号分析部を、さらに備え、
   　前記パルス信号分析部は、前記第３渦流検出信号を定量化する、請求項１から請求項３までのいずれか一項記載の渦流探傷装置。
5. 　比較照合部、および良否しきい値設定部を、さらに備え、
   　前記比較照合部は、前記良否しきい値設定部で設定された判定値と、前記定量化された前記第３渦流検出信号と、の比較結果に基づき、前記被検査対象における測定部の欠陥の有無を判定する、請求項４記載の渦流探傷装置。
6. 　第１波形表示部および第２波形表示部を、さらに備え、
   　前記第１波形表示部は、前記第２渦流検出信号を表示し、
   　前記第２波形表示部は、前記第３渦流検出信号を表示する、請求項２または請求項３記載の渦流探傷装置。
7. 　前記被検査対象における前記測定部の欠陥は、前記被検査対象の表面に形成された傷である、請求項５記載の渦流探傷装置。
8. 　前記被検査対象における前記測定部の欠陥は、前記被検査対象の表面に形成された局所的な熱処理不良領域である、請求項５記載の渦流探傷装置。

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