JPH06500170A - 渦電流画像システム - Google Patents

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】 渦電流画像化システム 背景技術 本発明は、材料のひび割れないしは欠陥を検知し、材料の固有特性を計測するた めの渦電流画像化システムに関する。詳しくは本発明は、プローブ信号の振幅及 び／又は位相の空間微分のＣ走査が実時間か又は前処理分析のいずれかに与えら れる渦電流試験法に関する。さらに詳しくは本発明は、検出したデータの最大上 昇又は降下で走査画像部分を決定し、走査パターン又は走査パターンとは独立に 最適欠陥指示信号を表示するためインピーダンス面軌道を計算する方法に関する 。さらに詳しくは本発明は、選、定した渦電流検出プローブで材料を走査するこ とにより発生した信号のインピーダンスの瞬間位相の第１の空間微分を、データ の最大上昇又は降下の領域の関数として計算した再構成最適走査バスとインピー ダンス面軌道とに組み合せて表示する方法及び装置に関する。

部材の構造的一体性に関する表示情報を検出するために様々な非破壊的走査技術 が開発されて来ている。

この検査技術には、欠陥を検出し固有特性を測定するための渦電流試験法が含ま れている。このような渦電流による検査技術を利用する装置は市販されている。

欠陥検出の場合には、材料の欠陥がテストコイルに接近すると、このテストコイ ルの複合インピーダンスに変化が生じる。これを装置の電子回路で検出し解読す るのである。一旦周波数、コイル寸法及びコイル方向のテストパラメータが設定 されると、軸対称のコイルの応答は欠陥とこのテストコイルとの空間的関係のほ とんど唯一の関数となる。このようにして、任意の組の表面座標ｘ、ｙについて 、試験応答値が計算できるのである。

大抵の渦電流計器は、テストコイルからこの計器へス 検出データのｆトリップチャートか複合インピーダンス位相プロットかを与える 。いずれの場合においても、テストコイルの動的応答は前述のようにその位置の 関数であり、走査の動きの動力学である。これらの型式の応答の両方は基本的に は時間の関数としてテストコイルのインピーダンスの瞬間値を表わすもので、動 的な信号はテスト部材に対するテストコイルの走査速度及び走査方向の関数であ る。したがって一般に、欠陥検出に用いられる手段は、コイルの動きを欠陥の主 軸線に垂直な方向として走査することである。しかしながら、一般の場合にはこ の手段は欠陥の位置及び大きさを先験的に若干知っているものと推定している。

この走査の動きの利点は、最大コントラスト信号すなわち最大信号対雑音比を有 する信号がコイルバスと欠陥の輪郭との垂直交差から結果し、これによって欠陥 の検出を容易にすることである。

従来のシステムはまた、時間の関数よりもコイルの位置の関数としてテストコイ ルからの信号の複合インピーダンスの表示を包含する。このような一般に言われ ている表示のようなＣ走査表示は、若干の従来のシステムでもＣ走査モードで位 相を表示してはいるが、インピーダンスの１つの成分の振幅を一般に表している 。いずれにしても、実際の空間位置は一般に、一定走査速度の仮定値を用いた一 時的なデータ及び信号振幅又は信号位相対ｘ−ｙ位置を示すプロットを用いて導 き出している。

ことに、当業界においてＭＩＺ−１８と呼ばれる２ｅｔｅｃから得られる装置は 、コイルからのテスト信号の振幅Ｃ走査プロット又はコイルからのテスト信号の 振幅の時間微分を生じる。

しかしながら、このような信号の解釈は、振幅、位相及び振幅の時間微分が有用 であるにも拘わらず、依然として空間的情報に基づいている。時間微分を用いる このようなシステムは、上述のように一定速度の推測に依存して、検出欠陥の空 間的関係、ことに背景雑音の存在下における検出欠陥の空間的関係を推定してい る。位置を推定するのに一定速度の仮定を用いることで、テスト信号の最大上昇 又は降下を伴う画像部分が表面下の欠陥を検出する有効な方法であるというもう １つの状況が決定されていた。

このように、機械的走査システムとデータ取得パラメータとがどちらかと言うと 独立して決定され得て、走査がテスト結果の品質を犠牲にすることな（たとえば メアンダーパターン又はラスター走査のような任意の適宜フォーマットでなし得 るようなシステムを提供することについては、当業界では重大な問題が残ってい たのである。このような解決手段が有利である実際の用例としては、航空機の翼 の構造体の点検があげられる。機械的には、翼を走査する最も容易なやり方は、 翼の全長に沿って各ストロークの終わりにおいて増分指示ステップを伴ってメア ンダー走査を行うことである。典型的には、欠陥は任意方向にあるリベット孔か ら発するもので上述の走査は成る欠陥方向における信号対雑音比条件が劣悪であ ると、若干の欠陥を見落とすものとされている。このようなスキャンパターン方 式では、局部的に最適の走査方向が決定され、この走査が、得られるデータから 合成される。このようにして、最適の機械的条件及び信号条件が同時に満足せし められる。

したがって、最適バスが所定の画素における欠陥縁部を直角ないしは直角に近い 関係で横切り信号対雑音比を最大とするように、走査データ・に基づいて再構成 最適走査パスを提供することが当業界において重要な問題として残されていたの である。

発明の詳細な説明 本発明は、前述の目的を達成するため、この技術について注目した問題に取り組 んだもので、ワークピースに隣接して位置されこのワークピースをあるパターン で横断する渦電流検出コイルを包含した渦電流画像化手段によってワークピース をコントラスト画像化する方法及びプログラム装置に関する。このように、ワー クピースは渦電流検出コイルに隣接した前記ワークピースのインピーダンスを表 す信号を発生するよう走査される。この方法はインピーダンスを表す信号から信 号の振幅及び／又は位相を表す信号を与え、前記振幅及び／又は位相を表す信号 の空間微分を計算し、空間微分の画像を与えるステップを包含する。

好ましくは、空間微分の画像を与えるステップは空間微分のＣ走査を生せしめる ステップを包含する。

望むならば、Ｃ走査を生せしめるステップはワークピースの走査に関してほぼ実 時間で行うことができる。

本発明の他の重要な特徴は実際の走査に無関係に最適計算走査パスを決定するこ とに関する。本発明のこの第２の特徴は、空間演算子好ましくは傾斜を使用して 好ましくは画素ずつを基礎とする走査画像部分の信号値の最大上昇及び／又は降 下を決定し、そしてパスポイント及び最大降下範囲のデータアレイからインピー ダンス面軌道を計算するために使用される最大上昇及び／又は降下の背景範囲の 存在下で真のきず信号を決定するようにした、渦電流検出コイルから走査信号を 受ける方法及び装置を含んでいる。傾斜の振幅はきずの存在の一次的表示であり 、最大傾斜の方向は信号再構成用の最適パスを決定するのに使用される。これら の計算から、最適信号パスは走査パターンとは無関係に決められる。実際上、計 算された走査パターンはきすに対して直角又はほぼ直角であり、コントラストを 最大にする。

上記特徴はまた、組み合わせて使用することもできる。

図面の簡単な説明 図面において、 図１は腐食について調べられる航空機の表面の本発明を適用しようとする部分の 典型的アレイを示す図である。

図２は本発明を実施する装置のブロック図である。・図３は本発明のシステムの ために信号を生ずるようテストサンプルに隣接させた１つのプローブコイルを用 いて腐食マツプを作成するに用いられる絶対プローブを示す図である。

図４は本発明のシステムのために信号を生ずるようにテストサンプルに隣接され た１対のプローブコイルを用いてクラックの検出を行うに用いられる差動プロー ブを示す図である。

図５は差動プローブの感度が不適当であるところのクラック検出に用いられる駆 動器／ピックアッププローブを示す図である。

図６は本発明の１つの特徴を例示するフロール−チンを示す。

図７は、実際の横断パスとは独立に計算上の欠陥パスを合成する受信データの最 大上昇／降下を決定する段階を例示する別のフロール−チンを示す。

図８はパス位置又は走査パターンとは独立に最適信号強さを表示するデータを取 り扱うためのインピーダンス面軌道を計算するステップを伴う計算欠陥パスを用 いるステップを例示する図である。

好適な実施例の詳細な説明 図１は部品故障の可能性を検出するために腐食又はクラックが検査される代表的 、典型的領域１３を有する航空機１２の胴体の一部を示している。通常、航空機 １２の構造的衰弱は疲労クラッキング、腐食又はこれらの組み合せによって生じ る。このような航空機を非破壊的に評価するためには、長さ１．５ｍｍ程度の表 面及び表面下クラッキング及び関連する安全を満足するため約１０％の腐食壁損 失を検出する信頼性のある技術を提供することが好ましいと思われている。した がって、本発明はたとえば航空機の表面の非破壊的評価（ＮＤＥ）に適用するこ とができるが、しかし、この分野への使用に限定されるものではない。

めのハードウェアを与えたシステム１５の典型的ブロックダイアダラムである。

このシステム１５は走査領域測定用の渦電流プローブ１７を保護する手動スキャ ナ１６を包含している。適当な手動スキャナは本発明の譲受は人からモデルＮｏ 、４０２０として入手することができる。市販品の中には、ラスク走査のような 予め決められたｘ−ｙ走査に沿うて、又はメアンダー走査方式によって手動的、 自動的にテストサンプルを走査するものも含めて多くの走査装置を使用すること ができる。スキャナの選択はテストサンプルの性質によって決められる。

適当な渦電流テストプローブ１７Ａ、１７Ｂ及び１７Ｃは図３ないし図５に典型 的に示されており、テストサンプルからプローブ１７によって検出された信号の 位相及び振幅を表すアナログ出力信号を与える。渦電流プローブ１７からのアナ ログ出力は渦電流プローブからの出力を受けるのに適したＺｅｔｅＣモデルＮｏ 、ＭＩＺ−２ＯＡのような渦電流計器１９へ与えられる。渦電流プローブ１７は アナログデータ２１をプロットすると共にプリセットされたグリッド上のデータ を取得する周期パルス２２を発生するのに必要な空間情報を与える二軸エンコー ディング装置である。代表的には、データ２１．２２はコイル径の１７４の増分 において得られる。

システム１５で使用した渦電流計器１９は約１００Ｈｚから約２　Ｍ　Ｈｚまで の動作範囲を持つ単一周波数の計器である。他には、マルチパラメータ混合が有 利な時は４周波数計器として使用することができる。

システム１５はＡｍｄ　ａ　ｔ　ａエンコーダボード２５に接続されたＩＢＭ　 ＡＴ互換コンピュータ２４のようなコンピュータを包含し、そのエンコーダボー ド２５は手動スキャナ１６へ接続されている。ｘ、ｙモードのデータ収集はアナ ログ／ディジタル変換ボード２６を介してアナログ走査信号２１．２２を表すデ ィジタル化データとの統合のためスキャナ１６の各走査の間続く。コマンドによ る又は処理によるデータを実時間で表示するため、カラーモニタ２８及びカラー プリンタ２９が備えられる。

システム１５はコイル位置１７の関数とした多（の量を測定するよう配置されて いる。これらの量にはプローブによって発生されたアナログ信号に従ってテスト サンプルの同相インピーダンス振幅及び直角位相インピーダンス振幅がある。加 えて、システム１５は以下の量を近実時間計算を通して決定するようプログラム されている。すなわち、（１）インピーダンスベクトルの大きさ、（２）インピ ーダンスベクトルの位相、及び（３）インピーダンスベクトルの大きさ及びイン ピーダンスベクトルの位相の空間微分の各種段階の量である。表示はストリップ チャート上に、又は複合インビーダンスフエイサーブロット上に行うことができ る。

本発明の第１の、重要な特徴はインピーダンスの瞬時位相、すなわちインピーダ ンスの第１空間微分が表示されることである。したがって、図６は渦電流コイル １７のコイル位置と統合されたコイル信号の振幅及び／又は位相の空間微分のＣ 走査を発生するよう図２の装置１５の中にプログラムされたサブルーチンを示し ている。たとえば、ステップ３０では、コイル１７の位置がスキャナ１６と統合 しているエンコーダボード２５によって決められる。同相又は直角位相インピー ダンス振幅はステップ３１のように、選択されたコイルプローブによってアナロ グ信号出力から決められる。ステップ３１のデータからはステップ３２のように 、信号の振幅及び／又は位相の空間微分がめられ、そしてめられた空間微分のＣ 走査を発生可能にする。

前述のような空間微分の表示は信号雑音の大部分の成分を減少し、きずの検出を 改善する。事実、従来のシステムは位相信号が読取り誤差を減らす雑音を含んだ トータルの信号を表示している。このようにして、きずの検出は改善される。

本発明の第２の重要な特徴は図７及び図８のサブルーチンによって示される。走 査の特定地点における渦電流テスト信号は走査バスと独立しており、図２のシス テム１５における正確な位置情報を持つデータの記憶は任意の走査バスの間の動 的信号の後処理計算を可能にしている。テストコイル１７からの瞬時信号は独立 したパスであるが、動的信号は独立したパスでありクラック又はきず検出の結果 の解釈に最も容易に使用される信号の通常の形である。事実、信号対雑音比、す なわち画像のコントラストは、リアルでも再構成でも走査パスの適当な選択によ って強調することができる。

したがって、渦電流計器１９のテストコイル１７からの信号の信号振幅における 最大傾きを決定するに使用されるアルゴリズムによって最大上昇／降下の方向に 基づいて計算された最適バスを自動的に決定するルーチンが与えられる。傾きの 大きさ及び方向の両方が決定される。この方法を使い、機械的者えで最も有効な 走査バス、代表的には直線走査がデータを取得するのに使用することができる一 方、あらゆる走査バスはきずの検出についての従来の知識がな（でも、きずの検 出を最適化するため記憶されたデータから同期させることができる。これはシス テムの特徴的な第２の利点を与えるものである。

図７はまず空間演算子、通常は傾斜演算子を使用して走査画像部分の最大上昇／ 降下の方向を決めることによって最適計算されたパスを決定する初期サブルーチ ンを示している。このテクニックはきず又はクラックに直角又はほぼ直角な方向 のきず又はクラックを走査する最適パスを決定するために使用できるきず又はク ラックの位置を許可する。この最適パスは最初の走査のデータから再構成された ものである。したがって、図７では走査信号を受けるステップ３４は空間演算子 、特にステップ３６に示した傾斜演算子を使用して好ましくは画素単位を基礎と して走査画像部分の最大上昇／降下を決定する数学的ステップ３５が後続する。

ステップ３７は図８のサブルーチンに従ってデータを処理するときに真のきず信 号を決定するステップである。

図８のサブルーチンは最大上昇／降下の方向に沿って軌道走査パスを同期させる ことによって単一トレースの再構成を許すものである。このサブルーチンの最初 のステップ４０は上述の図７と同様、最大上昇／降下の領域を表す信号を受ける ステップである。これらの信号はステップ４１にあるように、データアレイから インピーダンス面軌道を計算するのに使用される。

図７に従って傾斜が計算されるデータアレイにおいて、この信号はきずに関する 位置の関数のみであり、図３ないし５に示したタイプの対称型コイル設計に無関 係なパスである。しかし、分析者がきずの有無を決定するのに使用する最適信号 は高いパス依存関係がある。

このため、最大傾斜の方向に発生される信号は最適信号対雑音比を与え、真のき ずの特性の最良の評価である。したがって、図８のステップにより、データを取 得するために使用された走査パターンとは独立した最適信号の表示はステップ４ ２に示したように可能である。上述のようにデータを分析する重要で実際的な利 点がある。第１に、機械的走査システム及びデータ取得パラメータはいくらか独 自に決定され得る。第２に、渦電流走査システムは検出コイル１７がきずを直角 に横切る時に最高に働くので、最適パラメータは、テスト結果の品質を犠牲にす ることなく、最初の走査がラスク走査にて行われたかメアンダー走査モードで行 われたかに拘わらず、計算によりめることができる。

たとえば図１のような航空機の構造体に適用される時、走査は上昇／降下の最大 領域について分析されるデータを生成する。たとえばリベットから半径方向に出 発するクラックを含んだ状況へ適用される時、分析はクラックをほぼ直角に交差 するため円形の最適計算バスを生成する。

本発明の好適な実施例を詳述したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することな く各種変化変形をなし得ることは当業者には明らかなことである。

ＦＩＧ、　ｉ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ワークピースに隣接して位置された渦電流検出コイルを包含し、前記ワーク ピースをあるパターンで横切ることでそのワークピースを走査して前記渦電流検 出コイルに隣接したワークピースのインピーンスを表す信号を発生する渦電流画 像化手段によってワークピースをコントラスト面像化する方法において、前記イ ンピーダンスを表す信号から選択された走査位置についての前記信号の振幅及び ／又は位相を表す信号を与え、 前記振幅及び／又は位相を表す信号の空間微分を計算し、 前記選択された走査位置についての前記空間微分の画像を与える ステップから成るワークピースをコントラスト画像化する方法。 ２　請求項１記載の方法において、空間微分の画像を与えるステップは空間微分 のＣ走査を生ぜしめるステッブを包含する、ワークピースをコントラスト画像化 する方法。 ３　請求項２記載の方法において、Ｃ走査を生ぜしめるステップはワークピース の走査に関してほぼ実時間で行われる、ワークピースをコントラスト画像化する 方法。 ４　請求項１記載の方法において、信号を記憶するステッブを包含し、計算する ステップはワークピースの走査より遅い時間に実行される、ワークピースをコン トラスト画像化する方法。 ５　同相又は直角位相のインピーダンス振幅を発生する渦電流コイルによって走 査されるワークピースのきずのコントラスト面像を表示する方法において、前記 振幅及び／又は位相の空間微分を求め、前記空間微分を表示することによって前 記コントラスト面像を生ぜしめる ステップから成るワークピースのきずのコントラスト画像を表示する方法。 ６　請求項５記載の方法において、空間微分はきずのＣ走査として表示される、 ワークピースのきずのコントラスト面像を表示する方法。 ７　ワークピースに隣接して位置された渦電流検出コイルを包含し、前記ワーク ピースをあるパターンで横切ることでそのワークピースを走査し関心のある各走 査位置に対応して前記渦電流検出コイルに隣接したワークピースのインピーダン スを表す信号を発生する渦電流画像化手段によってワークピースをコントラスト 面像化する方法において、 前記ワークピースのインピーダンスを表す信号のため空間演算子によって走査画 像部分の最大上昇及び／又は降下を決定し、 最大上昇及び／又は降下の範囲から背景雑音の中にある真のきず信号を検出する ステップから成る、ワークピースをコントラスト画像化する方法。 ８　請求項７記載の方法において、 最大上昇及び／又は降下の範囲のパスポイント及び方向のデータアレイからイン ピーダンス面軌道を計算し、 前記ワークピースの走査パターンに関係なく最適信号を表示する ステップを更に包含する、ワークピースをコントラスト画像化する方法。 ９　請求項７記載の方法において、空間演算子を使用するステップは傾斜演算子 を使用するステップを包含する、ワークピースをコントラスト面像化する方法。 １０　ワークピースをコントラスト画像化する方法において、 前記ワークピースに隣接して位置された渦電流検出コイルを包含し前記ワークピ ースの完全性をｘ，ｙ群で表した信号を発生する渦電流画像化手段によって前記 ワークピースを走査し、 データの前記ｘ，ｙ群から走査画像部分の最大上昇及び／又は降下の範囲を決定 し、 データの前記ｘ，ｙ群及び走査画像部分の最大上昇及び／又は降下からインピー ダンス面軌道を計算し、最初の走査パターンに関係なく最適信号を決定するステ ップから成る、ワークピースをコントラスト画像化する方法。 １１　請求項１０記載の方法において、最大上昇及び／又は降下を決定するステ ップは空間演算子を使用するステップを包含する、ワークピースをコントラスト 画像化する方法。 １２　請求項１１記載の方法において、空間演算子を使用するステップは傾斜ベ クトルの大きさ及び方向の両方を含んだ傾斜演算子を使用するステップを包含す る、ワークピースをコントラスト面像化する方法。 １３　請求項１０記載の方法において、最大上昇及び／又は降下の範囲を決定し た後背量雑音の中にある真のきず信号を検出するステップを更に包含する、ワー クピースをコントラスト画像化する方法。