渦電流探傷装置および渦電流探傷方法
【課題】探傷試験をより高速化することができる渦電流探傷装置および渦電流探傷方法を提供する。
【解決手段】交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を渦電流プローブ１により検出し、渦電流プローブ１からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ２により予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出し、Ａ／Ｄコンバータ２からのディジタルデータをデータ変換部３により圧縮して圧縮データを生成し、その圧縮データに基づいて渦電流プローブ２における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する。
【解決手段】交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を渦電流プローブ１により検出し、渦電流プローブ１からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ２により予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出し、Ａ／Ｄコンバータ２からのディジタルデータをデータ変換部３により圧縮して圧縮データを生成し、その圧縮データに基づいて渦電流プローブ２における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流探傷装置および渦電流探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流探傷装置では、励磁用コイルに交流の励磁電流を供給して交流磁束を生成し、励磁用コイルを金属材料などの被検査体に接近させることによって被検査体に渦電流を発生させ、この渦電流により発生する磁場を検出し検出信号として取得する。このとき、被検査体を流れる渦電流により生じる磁場は被検査体の導電率や透磁率などによって変化するが、被検査体に傷がある場合にも渦電流が変化して磁場が変化する。この磁場の変化を検出することにより、その傷の形状（大きさ）や位置（深さ）を検出する。具体的には、標準試験片を測定することにより得られる検出信号を基準信号として定め、被検査体の測定により得られる検出信号（検査信号）との差を表示装置に表示し、試験者はそれを観測することにより被検査体の状態を知ることが出来る。表示装置への表示方法としては、例えば、基準信号と検査信号の波形における振幅および位相の差を、原点を基準としたリサージュ図法により表示する方法が知られている。
【０００３】
リサージュ図法により検出結果を表示する技術として、例えば、非特許文献１には、リサージュ図を得るために、渦電流探傷装置の内部において試験周波数と同一の正弦波と余弦波とを発生させ、それぞれを検出磁場波形と乗算器で演算し、その後、低域フィルタ、すなわち積分器で演算することにより、正弦波の同位相成分（Ｘ信号）と９０度位相が異なる成分（Ｙ信号）とに分解し、このＸ信号とＹ信号をそれぞれ平面グラフの縦軸、横軸にプロットすることで、振幅と位相をリサージュ図に表現する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、探傷試験における信号処理の高速化を目的とした技術の一例として、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器を利用して検査信号の波形をサンプリングし、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で、Ｘ信号及びＹ信号を算出する渦電流探傷装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本非破壊検査協会編、「非破壊検査シリーズ 渦流探傷試験ＩＩＩ」、日本非破壊検査協会、平成１０年７月、ｐ．１０４−１０７
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１０２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の従来技術においては、ＤＳＰを用いて信号処理速度で律速となるアナログ電子回路を極力減することにより、探傷試験の高速化を目指しているが、Ｘ信号及びＹ信号を算出する際に磁場信号波形に対して適用する低域フィルタ（すなわち積分器）における積分演算に関する演算量は依然として多大であって処理に多くの時間が必要であり、この点について改善の余地があった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、探傷試験をより高速化することができる渦電流探傷装置および渦電流探傷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する磁場検出手段と、前記磁場検出手段からの検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出すサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされたディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成するデータ変換手段と、前記データ変換手段からの圧縮データに基づいて、前記磁場検出手段における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する振幅・位相情報抽出手段とを備えたものとする。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記データ変換手段は、オペレータにより予め入力された前記圧縮データのデータパターンに関する情報に基づいてデータパターンを生成するデータパターン生成手段と、前記データパターン生成手段で生成したデータパターンと前記サンプリング手段からのディジタルデータとを演算した結果得られるデータ一致度と、オペレータにより予め入力されたデータ圧縮率情報とに基づき圧縮データを生成する圧縮データ生成手段とを備えたものとする。
【００１１】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記データ変換手段は、予め定めた基底関数に基づいて、データパターンを生成するデータパターン生成手段と、前記データパターン生成手段で生成したデータパターンに基づいて、前記サンプリング手段からのディジタルデータを変換して変換データを作成し、この変換データに基づいて圧縮データを生成する圧縮データ生成手段とを備えたものとする。
【００１２】
（４）上記（２）又は（３）において、好ましくは、前記データパターン生成手段は、離散ウェーブレット変換に基づいてデータパターンを生成するものとする。
【００１３】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記振幅・位相情報抽出手段は、前記データパターン生成手段で得られる圧縮データのうち少なくとも一つのデータと、前記被検査体に作用させる交流磁場の試験周波数と同一の正弦波或いは余弦波の参照波形とを演算する演算手段と、前記演算手段の結果より、渦電流探傷信号のＸ信号或いはＹ信号を決定する信号抽出手段とを備えたものとする。
【００１４】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記離散ウェーブレット変換には、ドビュッシー二次の基底関数を用い、前記振幅・位相情報抽出手段における前記信号抽出手段では、少なくとも前記演算手段の結果の第一データ要素を用いるものとする。
【００１５】
（７）上記（５）において、好ましくは、前記演算手段にノイズ成分を設定する入力手段を備え、前記入力手段の情報に基づき圧縮データ要素を演算するものとする。
【００１６】
（８）上記目的を達成するために、また、本発明は、交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する手順と、前記検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出す手順と、前記ディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成する手順と、前記圧縮データに基づいて、前記検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する手順とを設けたものとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、探傷試験における演算量を低減することができ、探傷試験をより高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】渦電流プローブの構成および探傷試験時の被検査体との位置関係を概略的に示す図である。
【図３】励磁電源により励磁コイルに供給される励磁電流の波形の一例を模式的に示す図である。
【図４】渦電流プローブに励磁電流を供給したときの磁場検出素子により検出される磁場の波形の一例を模式的に示す図である。
【図５】磁場検出波形をＡ／Ｄ変換器によりディジタルサンプリングした結果の波形データの一例を示す図である。
【図６】データパターン生成部で生成する離散ウェーブレット変換に用いるデータパターンを示す図である。
【図７】図５の検出信号に対して図６のデータパターンに基づいた変換処理を施した結果を示す図である。
【図８】データ変換部から振幅・位相情報抽出部に送られる圧縮データの一例を示す図である。
【図９】Ｘ信号抽出部の参照波形記憶部に記憶された参照波形の一例を示す図である。
【図１０】図８の圧縮データと図９の参照波形の乗算結果を示す図である。
【図１１】Ｘ信号抽出部で演算されたＸ信号の一例を示す図である。
【図１２】表示部の表示画面を示す図である。
【図１３】渦電流探傷の一例においてディジタルサンプリングされた磁場検出信号を示す図である。
【図１４】渦電流探傷の一例における正弦波の参照信号を示す図である。
【図１５】渦電流探傷の一例において磁場検出信号と参照信号とを乗算器で演算した結果を示す図である。
【図１６】渦電流探傷の一例における乗算器で演算した結果の平均値より求められるＸ信号の波形を示す図である。
【図１７】本発明の第２の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２１】
（１）装置構成
図１は、本実施の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図であり、図２は渦電流プローブの構成および探傷試験時の被検査体との位置関係を概略的に示す図である。
【００２２】
図１において、本実施の形態に係る渦電流探傷装置は、渦電流プローブ１、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２、データ変換部３、振幅位相情報抽出部４、表示部５、励磁電源６、及び、図示しない全体制御装置により概略構成されている。
【００２３】
（１−１）渦電流プローブ１
図２に示すように、渦電流プローブ１は、励磁電源６から供給される励磁電流を用いて交流磁束を発生する励磁コイル７と、その交流磁束によって金属材料などの被検査体１００に発生する渦電流により生じる磁場の検出を行う磁場検出素子８とを備えている。渦電流プローブ１は、探傷試験時に励磁コイル７に交流の励磁電流を供給して交流磁束を生成し、励磁コイル７を金属材料などの被検査体１００に接近させることによって被検査体１００に渦電流を発生させ、この渦電流により発生する磁場を磁場検出素子８により検出信号として取得する。図３は、励磁電源６により励磁コイル７に供給される励磁電流の波形（励磁電流波形１７）の一例を模式的に示す図であり、縦軸に励磁電流の値を、横軸に時間をそれぞれ示している。また、図４は図２に示すような配置の場合において、図３に示した励磁電流を供給したときの磁場検出素子８により検出される磁場の波形（磁場検出波形１８）の一例を模式的に示す図であり、縦軸に検出電圧を、横軸に時間をそれぞれ示している。
【００２４】
本実施の形態において、非破壊検査手法である渦電流探傷法では、渦電流により発生する磁場が被検査体１００の導電率や透磁率、傷の位置、形状（深さ）などで変化することから、被検査体１００の検査部位における磁場検出波形１８の振幅や位相（励磁電流波形に対する位相差）を測定し、予め定めた基準値と比較することにより被検査体１００を検査する。
【００２５】
（１−２）アナログ−ディジタル変換器２
アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２は、渦電流プローブ１の磁場検出素子８により検出された磁場の検出信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する（Ａ／Ｄ変換する）ものであり、ディジタル信号に変換した検出信号を後段のデータ変換部３に送る。図５は、磁場検出波形１８をＡ／Ｄ変換器２によりディジタルサンプリングした結果の波形データ（ディジタル波形１９）の一例を示す図であり、図３と同様に、縦軸に電圧を、横軸に時間をそれぞれ示している。Ａ／Ｄ変換器２によって、検出信号をサンプリングしてディジタルの波形データとすることにより、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）やフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などディジタル信号を高速に処理することができる電子回路を用いることが有効となり、探傷検査における信号処理を高速に行うことが可能となる。なお、Ａ／Ｄ変換器２のサンプリング周波数は、磁場検出波形１８の最大周波数に対して十分高い周波数である。
【００２６】
（１−３）データ変換部３
データ変換部３は、Ａ／Ｄ変換器２からの検出信号に圧縮処理（後に詳述）を施して後段の振幅・位相情報抽出部４に出力するものであり、データパターン生成部９、メモリ１０、圧縮データ生成部１１、及び、入力部１２，１３を備えている。
【００２７】
（１−３．１）入力部１２，１３
入力部１２，１３は、オペレータがメモリ１０や圧縮データ生成部１１にデータの圧縮率やノイズ信号の設定などを入力するものであり、例えは、キーボードやマウス、表示部５に表示されるＧＵＩ(Graphical User Interface)などが挙げられる。
【００２８】
（１−３．２）メモリ１０
メモリ１０は、データパターン生成部９で生成するデータパターンの元となる１つ以上の基底関数を記憶しており、入力部１２によるオペレータからの指示に基づいて、その基底関数の情報をデータパターン生成部９に送る。
【００２９】
（１−３．３）データパターン生成部９
データパターン生成部９は、圧縮データ生成部１１での処理に用いるデータパターンを生成するものである。
【００３０】
図６は、データパターン生成部９で生成するデータパターン（変換行列）の一例として、直交変換手法の一つである離散ウェーブレット変換に用いるデータパターン（変換行列Ｗ）を示す図である。このデータパターン生成部９で生成するデータパターンの条件としては、被変換データ（本実施の形態の場合は、Ａ／Ｄ変換器２からのディジタルデータ）のデータ数に対して大きい次元を有する行列であることが求められる。圧縮データの特性を決める基底関数としてはドビュッシーの２次を用いている。
【００３１】
（１−３．４）圧縮データ生成部１１
圧縮データ生成部１１は、データパターン生成部９で生成されたデータパターンに基づいて、Ａ／Ｄ変換器２からのディジタルデータに変換処理を施すものである。
【００３２】
図７に、一例として、図５に示した検出信号（ディジタル波形１９）に対して、図６に示したデータパターン（変換行列Ｗ）に基づいた変換処理を施した結果を示す。
【００３３】
このような変換処理の一例を、被変換データをｆ、変換結果のデータをｆ’、ウェーブレット変換行列をＷとして示すと下記の（式１）に示す関係が成り立つ。
【００３４】
ｆ‘＝Ｗｆ ・・・・（式１）
離散ウェーブレット変換の性質として変換行列Ｗは、直交性をもっており、圧縮データを再生するには、次の（式２）を実行すればよい。
【００３５】
ｆ＝ＷＴｆ‘ ・・・・（式２）
ここで、上記（式２）における変換行列ＷＴは、変換行列Ｗの転置であると同時に逆行列であるため、圧縮データが再生できる。
【００３６】
図７に示すように、変換結果のデータを構成するデータ要素の値は、データ列の先頭付近に大きな値が集中している。データ列の先頭付近以外のデータ要素の値は、ほぼ零となる。そのため、データ変換手段３の後段の処理や演算においては、データ列の先頭付近のデータ要素のみを用いて行うことで、元データ（被変換データ）の特性をほぼ維持しつつ処理に供するデータ数の大幅な削減を行うことができる。具体的には、データ変換手段３においてデータ列の先頭付近のデータ要素以外のデータを０に置換する、或いは、データ変換手段３の後段において先頭付近のデータ要素以外のデータを計算しないように処理する（例えば、上位の制御装置等に情報を上げる）ことで、処理データの大幅な削減がなされる。
【００３７】
（１−４）振幅・位相情報抽出部４
振幅・位相情報抽出部４は、検出信号波形データ変換手段でデータ圧縮されたデータに基づき演算し、検出信号のＸ信号及びＹ信号を取得するものであり、Ｘ信号を決定するＸ信号抽出部１４と、Ｙ信号を決定するＹ信号抽出部１５とで構成されている。
【００３８】
（１−４．１）Ｘ信号抽出部１４
Ｘ信号抽出部１４は、演算部１４１、参照波形記憶部１４２、及び信号抽出部１４３から構成されている。以下、Ｘ信号抽出部１４における処理について図８〜図１１を参照しつつ説明する。
【００３９】
（１−４．１．１）参照波形記憶部１４２
参照波形記憶部１４２は、演算部１４１での演算に用いる参照波形（図９参照）を記憶するものである。参照波形記憶部１４２に記憶されている参照波形は、Ｘ信号として抽出したい周波数と同一の正弦波である。
【００４０】
（１−４．１．２）演算部１４１
演算部１４１は、データ変換部３からの圧縮データ（図８参照）と参照波形記憶部１４２からの参照波形（図９参照）とを乗算演算するものである。図１０は、図８に示した圧縮データと図９に示した参照波形との乗算演算結果を示している。
【００４１】
（１−４．１．３）信号抽出部１４３
信号抽出部１４１は、オペレータが入力部１６により指示したＸ信号抽出方法（本例では積分演算）に基づき、Ｘ信号（図１１参照）を抽出する。
【００４２】
図１０に示した演算結果は、参照波形のデータをｒとすれば、次の（式３）であらわされる。
【００４３】
ｆ‘ｒ＝（Ｗｆ）・ｒ＝Ｗ（ｆ・ｒ） ・・・・（式３）
これは、検出信号と参照信号を乗算した結果に対してデータ圧縮（データ変換）したものと、初めに検出信号を圧縮（変換）しておき、その後参照信号を乗算演算した結果は等価であることを示している。圧縮データ（図８参照）を構成する要素値は、図１０に示した演算結果データも図７に示した場合と同様に、データ列の先頭付近の点線で囲む範囲２０に大きな値を示しており、それ以外の領域ではほぼ零になっている。これは、データ列の先頭付近の範囲２０のみの演算で、波形数周期分のデータの演算を近似して求めることができることを意味している。
【００４４】
なお、本実施の形態のように、ドビュッシーの２次の基底関数を用いた離散ウェーブレット変換をデータパターンとして用いた場合、図１０の先頭（範囲２０）の値は、圧縮前のデータ（検出信号）の平均値に対応する値をとるため、一般的な渦電流探傷装置で必要な乗算器演算後の積分演算が不要であり、演算数の低減が本発明で可能となる。
【００４５】
（１−４．２）Ｙ信号抽出部１５
Ｙ信号抽出部１５は、演算部１５１、参照波形記憶部１５２、及び信号抽出部１５３から構成されている。Ｙ信号抽出部１５において、Ｘ信号抽出部１４との相違点は、参照波形記憶部１５２に記憶されている参照波形の位相が、参照波形記憶部１４２に記憶されている参照波形（図９参照）の位相と異なる点である。たとえば、参照波形記憶部１４２の参照波形が試験周波数と同一の正弦波であるとすれば、参照波形記憶部１５２の参照波形は、参照波形記憶部１４２の参照波形に対して位相が９０度異なる余弦波である。なお、その他の構成は、Ｘ信号抽出部１４と同様の構成を有しており、説明を省略する。
【００４６】
（１−４．３）入力部１６
入力部１６は、Ｘ信号抽出方法及びＹ信号抽出方法を信号抽出部１４３，１５３に指示するものであり、入力部１２，１３と兼用であっても良い。
【００４７】
（１−５）表示部５
図１２に示すように、表示部５は、振幅・位相情報抽出部４で算出されたＸ信号及びＹ信号の表示や各種設定を行うものであり、検出結果表示部２１と設定表示部２２とを備えている。
【００４８】
（１−５．１）検出結果表示部２１
結果表示部２１は、横軸にＸ信号、縦軸にＹ信号をプロットしたグラフ（リサージュ図）であり、検出信号の振幅２１ｂ（｜Ｖ｜）と位相２１ｃ（θ）を表現している。Ｘ信号、Ｙ信号、振幅２１ｂ及び位相２１ｃの関係は、下記の（式４）及び（式５）で表される。
【００４９】
｜Ｖ｜＝（Ｘ２＋Ｙ２）−１／２ ・・・・（式４）
θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ） ・・・・（式５）
信号パターン２１ａは、被検査体１００における検査部分の傷などの有無でＸ信号及びＹ信号が連続的に変化することで形成される。
【００５０】
（１−５．２）設定表示部２２
設定表示部２２は、周波数設定部２２ａ、演算方法設定部２２ｂ、圧縮手法設定部２２ｃ、及び圧縮率設定部２２ｄを備えている。これらの設定は、キーボード（図示せず）やポインタデバイス２３等による指定により決定する。
【００５１】
（１−５．２．１）周波数設定部２２ａ
周波数設定部２２ａは、励磁電源６から渦電流プローブ１に供給する励磁電流（正弦波電流）の周波数（測定周波数）を設定するものである。また、参照信号記憶部１４２，１５２から読み出される参照信号の周波数も同時に設定される。
【００５２】
（１−５．２．２）演算方法設定部２２ｂ
演算方法設定部２２ｂは、Ｘ信号及びＹ信号の導出に用いる演算方法を設定するものであり、図１では入力部１６の機能に対応する。設定としては、図１２に示したデータ圧縮の他、従来式の演算方法などが設定可能である。演算方法設定部２２ｂにおいて、データ圧縮を選択した場合に、圧縮手法設定部２２ｃ及び圧縮率設定部２２ｄが有効（設定可能）となる。
【００５３】
（１−５．２．３）圧縮手法設定部２２ｃ
圧縮手法設定部２２ｃは、データ圧縮時のデータパターンを指定する入力部であり、図１では入力部１２に対応する。データパターンとしては、データ圧縮を可能とする信号処理手法がリストされ、フーリエ変換、Ｗａｖｅｌｅｔ（ウェーブレット変換）、カーブレット変換、などが用いられる。また、フーリエ変換、Ｗａｖｅｌｅｔ（ウェーブレット変換）、カーブレット変換のアルゴリズムや、基底関数の指定が可能である。なお、本実施の形態では、アルゴリズムとしてウェーブレット変換を選択し、基底関数としてドビュッシーの２次を選択した場合を示している。
【００５４】
（１−５．２．４）圧縮率設定部２２ｄ
圧縮率設定部２２ｄは、データ圧縮率を設定するものであり、図１では入力部１３に対応する。設定が１００％のときは、全てのデータ情報を用いることになり、２５％の場合は、全てのデータ情報の４分の１に対応するデータ量で信号を導出することになる。１００％の場合は、従来法による演算結果と等しくなる。一方データ量がすくないほど、従来法の結果と離れる。しかしながら、健全部の信号と、欠陥部の信号というように、信号差の関係性は変わらない。この圧縮率を変えることにより、例えば、図８〜図１０に点線で示した範囲２０の幅、すなわち、後段の演算に用いるデータ量を変えることができる。
【００５５】
（２）探傷検査の手順
以上のように構成した本実施の形態の渦電流探傷装置における探傷検査手順について説明する。
【００５６】
被検査体１００の探傷検査を行う場合、まず、渦電流探傷装置の入力部１２，１３，１６（又は、図示しない入力手段）により、表示部５に表示された設定表示部２２の測定周波数、演算方法、圧縮手法、及び圧縮率などを設定する。
【００５７】
次に、渦電流プローブ１を被検査体１００の検査対象部位に近接させ、励磁電源６により励磁電流を機供給する。続いて、渦電流プローブ１に励磁電流を供給して交流磁束を生成し、この交流磁束で被検査体１００に生じる渦電流により発生する磁場を検出し検出信号として取得する。検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ２、データ変換部３、及び振幅・位相情報抽出部４の順に処理され、表示部５の検出結果表示部２１にリサージュ図形として表示される。このとき、被検査体を流れる渦電流により生じる磁場は被検査体の導電率や透磁率などによって変化するが、被検査体に傷がある場合にも渦電流が変化して磁場が変化する。この磁場の変化を検出することにより、その傷の形状（大きさ）や位置（深さ）を検出する。
【００５８】
（３）作用効果
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【００５９】
渦電流探傷装置においては、リサージュ図を得るために、渦電流探傷装置の内部において試験周波数と同一の正弦波と余弦波とを発生させ、それぞれを検出磁場波形と乗算器で演算し、その後、低域フィルタ、すなわち積分器で演算することにより、正弦波の同位相成分（Ｘ信号）と９０度位相が異なる成分（Ｙ信号）とに分解し、このＸ信号とＹ信号をそれぞれ平面グラフの縦軸、横軸にプロットすることで、振幅と位相をリサージュ図に表現している。
【００６０】
一般的な渦電流探傷の信号処理について図１３〜図１６を参照しつつ簡単に説明する。図１３〜図１６は、一般的な渦電流探傷におけるＸ信号の抽出過程を示したものであり、図１３はディジタルサンプリングされた磁場検出信号、図１４は正弦波の参照信号、図１５は磁場検出信号と参照信号とを乗算器で演算した結果、図１６は乗算器で演算した結果の平均値より求められるＸ信号の波形である。磁場検出信号（図１３参照）と参照信号（図１４参照）とを乗算器で演算すると、両者が同一周波数である場合、参照信号が正弦波であるとすると、位相差θに対応した正弦ＳＩＮθと対象の周波数の２倍の正弦波の和になることが知られている（図１５参照）。ここで、図１５の平均値を積分演算などで求めれば、２倍の高調波成分は削除され、図１６に示すようにＳＩＮθに対応した一定値成分が抽出される。また、参照信号を余弦波とすれば、上記と同様の処理過程で、ＣＯＳθに対応した一定値成分が抽出される。すなわち、Ｘ信号及びＹ信号を抽出することになる。このような渦電流探傷器では、図１５に対する積分演算を数周期に渡って演算する必要があり、時間がかかる課題がある。
【００６１】
このような渦電流探傷装置において、従来技術では、信号処理の高速化を目的として、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器を利用して検査信号の波形をサンプリングし、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で、Ｘ信号及びＹ信号を算出している。しかしながら、従来技術においては、ＤＳＰを用いて信号処理速度で律速となるアナログ電子回路を極力減することにより、探傷試験の高速化を目指しているが、Ｘ信号及びＹ信号を算出する際に磁場信号波形に対して適用する低域フィルタ（すなわち積分器）における積分演算に関する演算量は依然として多大であって処理に多くの時間が必要であった。
【００６２】
これに対し、本実施の形態においては、サンプリング手段によりサンプリングされたディジタルデータを圧縮して圧縮データを生成し、その圧縮データに基づいて、磁場検出手段における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出するように構成したので、渦電流探傷装置による探傷試験をより高速化することができる。
【００６３】
なお、データパターン生成部９で生成するデータパターンを周波数別の正弦波とすれば、データ圧縮は、周波数スペクトラムとなるので、周波数フィルタとして用いることができる。つまり、表示部５の設定表示部２２において、入力部１２，１３，１６などにより、演算の対象とする圧縮データのデータ要素を周波数別の正弦波とするように設定すれば、除去対象のノイズ成分を設定することになり、周波数フィルタの機能を具備することができる。
【００６４】
また、本実施の形態のように、データパターンを離散ウェーブレット変換とすれば、データ圧縮は、ウェーブレットスペクトラムとなり、ウェーブレット変換に基づく周波数フィルタとして用いることができる。つまり、表示部５の設定表示部２２において、入力手段１２，１３，１６などにより、演算の対象とする圧縮データのデータ要素を離散ウェーブレット変換に設定すれば、除去対象のノイズ成分を設定することになり、ウェーブレット変換に基づく周波数フィルタの機能を具備することができる。
【００６５】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施を図１７を参照しつつ説明する。
【００６６】
本実施の形態は、第１の実施の形態におけるデータ変換部３により生成される圧縮データを記憶するメモリ９０を新たに設け、このメモリ９０から振幅・位相情報抽出部４に圧縮データを送るように構成したものである。図中、第１の実施の形態で説明したものと同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
図１７は、本実施の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【００６８】
図１７において、本実施の形態に係る渦電流探傷装置は、渦電流プローブ１、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２、データ変換部３、振幅位相情報抽出部４、表示部５、励磁電源６、メモリ９０及び、図示しない全体制御装置により概略構成されている。
【００６９】
メモリ９０は、データ変換部３の圧縮データ生成部１１と振幅・位相情報抽出部４のＸ信号抽出部１４及びＹ信号抽出部との間に設けられており、データ変換部３から出力される圧縮データを記憶し、振幅・位相情報抽出部４に出力するものである。メモリ９０は、渦電流プローブ１による被検査体１００の渦電流検出時にはデータ変換部３からの圧縮データを記憶し、試験終了後などに行う後処理時に記憶した圧縮データを振幅・位相情報抽出部４に出力する。
【００７０】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００７１】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、メモリ９０に記憶する圧縮データは、圧縮データのデータ要素の値が大きいデータ列の先頭付近（図８の範囲２０等参照）であるため、振幅・位相抽出手段４の演算速度より、メモリ９０の記憶速度が速い場合は、さらなる高速測定が可能である。
【００７３】
さらに、並列制御で有利なＦＰＧＡを利用すれば、メモリ９０を並列化し、大容量かつ高速な渦電流探傷装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 渦電流プローブ
２ Ａ／Ｄコンバータ
３ データ変換部
４ 振幅・位相情報抽出部
５ 表示部
６ 励磁電源
７ 励磁コイル
８ 磁場検出素子
９ データパターン生成部
１０ メモリ
１１ 圧縮データ生成部
１２，１３，１６ 入力部
１４ Ｘ信号抽出部
１５ Ｙ信号抽出部
９０ メモリ
１４１，１５１ 演算部
１４２，１５２ 参照波形記憶部
１４３，１５３ 信号抽出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流探傷装置および渦電流探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流探傷装置では、励磁用コイルに交流の励磁電流を供給して交流磁束を生成し、励磁用コイルを金属材料などの被検査体に接近させることによって被検査体に渦電流を発生させ、この渦電流により発生する磁場を検出し検出信号として取得する。このとき、被検査体を流れる渦電流により生じる磁場は被検査体の導電率や透磁率などによって変化するが、被検査体に傷がある場合にも渦電流が変化して磁場が変化する。この磁場の変化を検出することにより、その傷の形状（大きさ）や位置（深さ）を検出する。具体的には、標準試験片を測定することにより得られる検出信号を基準信号として定め、被検査体の測定により得られる検出信号（検査信号）との差を表示装置に表示し、試験者はそれを観測することにより被検査体の状態を知ることが出来る。表示装置への表示方法としては、例えば、基準信号と検査信号の波形における振幅および位相の差を、原点を基準としたリサージュ図法により表示する方法が知られている。
【０００３】
リサージュ図法により検出結果を表示する技術として、例えば、非特許文献１には、リサージュ図を得るために、渦電流探傷装置の内部において試験周波数と同一の正弦波と余弦波とを発生させ、それぞれを検出磁場波形と乗算器で演算し、その後、低域フィルタ、すなわち積分器で演算することにより、正弦波の同位相成分（Ｘ信号）と９０度位相が異なる成分（Ｙ信号）とに分解し、このＸ信号とＹ信号をそれぞれ平面グラフの縦軸、横軸にプロットすることで、振幅と位相をリサージュ図に表現する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、探傷試験における信号処理の高速化を目的とした技術の一例として、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器を利用して検査信号の波形をサンプリングし、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で、Ｘ信号及びＹ信号を算出する渦電流探傷装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本非破壊検査協会編、「非破壊検査シリーズ 渦流探傷試験ＩＩＩ」、日本非破壊検査協会、平成１０年７月、ｐ．１０４−１０７
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１０２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の従来技術においては、ＤＳＰを用いて信号処理速度で律速となるアナログ電子回路を極力減することにより、探傷試験の高速化を目指しているが、Ｘ信号及びＹ信号を算出する際に磁場信号波形に対して適用する低域フィルタ（すなわち積分器）における積分演算に関する演算量は依然として多大であって処理に多くの時間が必要であり、この点について改善の余地があった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、探傷試験をより高速化することができる渦電流探傷装置および渦電流探傷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する磁場検出手段と、前記磁場検出手段からの検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出すサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされたディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成するデータ変換手段と、前記データ変換手段からの圧縮データに基づいて、前記磁場検出手段における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する振幅・位相情報抽出手段とを備えたものとする。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記データ変換手段は、オペレータにより予め入力された前記圧縮データのデータパターンに関する情報に基づいてデータパターンを生成するデータパターン生成手段と、前記データパターン生成手段で生成したデータパターンと前記サンプリング手段からのディジタルデータとを演算した結果得られるデータ一致度と、オペレータにより予め入力されたデータ圧縮率情報とに基づき圧縮データを生成する圧縮データ生成手段とを備えたものとする。
【００１１】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記データ変換手段は、予め定めた基底関数に基づいて、データパターンを生成するデータパターン生成手段と、前記データパターン生成手段で生成したデータパターンに基づいて、前記サンプリング手段からのディジタルデータを変換して変換データを作成し、この変換データに基づいて圧縮データを生成する圧縮データ生成手段とを備えたものとする。
【００１２】
（４）上記（２）又は（３）において、好ましくは、前記データパターン生成手段は、離散ウェーブレット変換に基づいてデータパターンを生成するものとする。
【００１３】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記振幅・位相情報抽出手段は、前記データパターン生成手段で得られる圧縮データのうち少なくとも一つのデータと、前記被検査体に作用させる交流磁場の試験周波数と同一の正弦波或いは余弦波の参照波形とを演算する演算手段と、前記演算手段の結果より、渦電流探傷信号のＸ信号或いはＹ信号を決定する信号抽出手段とを備えたものとする。
【００１４】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記離散ウェーブレット変換には、ドビュッシー二次の基底関数を用い、前記振幅・位相情報抽出手段における前記信号抽出手段では、少なくとも前記演算手段の結果の第一データ要素を用いるものとする。
【００１５】
（７）上記（５）において、好ましくは、前記演算手段にノイズ成分を設定する入力手段を備え、前記入力手段の情報に基づき圧縮データ要素を演算するものとする。
【００１６】
（８）上記目的を達成するために、また、本発明は、交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する手順と、前記検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出す手順と、前記ディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成する手順と、前記圧縮データに基づいて、前記検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する手順とを設けたものとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、探傷試験における演算量を低減することができ、探傷試験をより高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】渦電流プローブの構成および探傷試験時の被検査体との位置関係を概略的に示す図である。
【図３】励磁電源により励磁コイルに供給される励磁電流の波形の一例を模式的に示す図である。
【図４】渦電流プローブに励磁電流を供給したときの磁場検出素子により検出される磁場の波形の一例を模式的に示す図である。
【図５】磁場検出波形をＡ／Ｄ変換器によりディジタルサンプリングした結果の波形データの一例を示す図である。
【図６】データパターン生成部で生成する離散ウェーブレット変換に用いるデータパターンを示す図である。
【図７】図５の検出信号に対して図６のデータパターンに基づいた変換処理を施した結果を示す図である。
【図８】データ変換部から振幅・位相情報抽出部に送られる圧縮データの一例を示す図である。
【図９】Ｘ信号抽出部の参照波形記憶部に記憶された参照波形の一例を示す図である。
【図１０】図８の圧縮データと図９の参照波形の乗算結果を示す図である。
【図１１】Ｘ信号抽出部で演算されたＸ信号の一例を示す図である。
【図１２】表示部の表示画面を示す図である。
【図１３】渦電流探傷の一例においてディジタルサンプリングされた磁場検出信号を示す図である。
【図１４】渦電流探傷の一例における正弦波の参照信号を示す図である。
【図１５】渦電流探傷の一例において磁場検出信号と参照信号とを乗算器で演算した結果を示す図である。
【図１６】渦電流探傷の一例における乗算器で演算した結果の平均値より求められるＸ信号の波形を示す図である。
【図１７】本発明の第２の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２１】
（１）装置構成
図１は、本実施の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図であり、図２は渦電流プローブの構成および探傷試験時の被検査体との位置関係を概略的に示す図である。
【００２２】
図１において、本実施の形態に係る渦電流探傷装置は、渦電流プローブ１、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２、データ変換部３、振幅位相情報抽出部４、表示部５、励磁電源６、及び、図示しない全体制御装置により概略構成されている。
【００２３】
（１−１）渦電流プローブ１
図２に示すように、渦電流プローブ１は、励磁電源６から供給される励磁電流を用いて交流磁束を発生する励磁コイル７と、その交流磁束によって金属材料などの被検査体１００に発生する渦電流により生じる磁場の検出を行う磁場検出素子８とを備えている。渦電流プローブ１は、探傷試験時に励磁コイル７に交流の励磁電流を供給して交流磁束を生成し、励磁コイル７を金属材料などの被検査体１００に接近させることによって被検査体１００に渦電流を発生させ、この渦電流により発生する磁場を磁場検出素子８により検出信号として取得する。図３は、励磁電源６により励磁コイル７に供給される励磁電流の波形（励磁電流波形１７）の一例を模式的に示す図であり、縦軸に励磁電流の値を、横軸に時間をそれぞれ示している。また、図４は図２に示すような配置の場合において、図３に示した励磁電流を供給したときの磁場検出素子８により検出される磁場の波形（磁場検出波形１８）の一例を模式的に示す図であり、縦軸に検出電圧を、横軸に時間をそれぞれ示している。
【００２４】
本実施の形態において、非破壊検査手法である渦電流探傷法では、渦電流により発生する磁場が被検査体１００の導電率や透磁率、傷の位置、形状（深さ）などで変化することから、被検査体１００の検査部位における磁場検出波形１８の振幅や位相（励磁電流波形に対する位相差）を測定し、予め定めた基準値と比較することにより被検査体１００を検査する。
【００２５】
（１−２）アナログ−ディジタル変換器２
アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２は、渦電流プローブ１の磁場検出素子８により検出された磁場の検出信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する（Ａ／Ｄ変換する）ものであり、ディジタル信号に変換した検出信号を後段のデータ変換部３に送る。図５は、磁場検出波形１８をＡ／Ｄ変換器２によりディジタルサンプリングした結果の波形データ（ディジタル波形１９）の一例を示す図であり、図３と同様に、縦軸に電圧を、横軸に時間をそれぞれ示している。Ａ／Ｄ変換器２によって、検出信号をサンプリングしてディジタルの波形データとすることにより、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）やフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などディジタル信号を高速に処理することができる電子回路を用いることが有効となり、探傷検査における信号処理を高速に行うことが可能となる。なお、Ａ／Ｄ変換器２のサンプリング周波数は、磁場検出波形１８の最大周波数に対して十分高い周波数である。
【００２６】
（１−３）データ変換部３
データ変換部３は、Ａ／Ｄ変換器２からの検出信号に圧縮処理（後に詳述）を施して後段の振幅・位相情報抽出部４に出力するものであり、データパターン生成部９、メモリ１０、圧縮データ生成部１１、及び、入力部１２，１３を備えている。
【００２７】
（１−３．１）入力部１２，１３
入力部１２，１３は、オペレータがメモリ１０や圧縮データ生成部１１にデータの圧縮率やノイズ信号の設定などを入力するものであり、例えは、キーボードやマウス、表示部５に表示されるＧＵＩ(Graphical User Interface)などが挙げられる。
【００２８】
（１−３．２）メモリ１０
メモリ１０は、データパターン生成部９で生成するデータパターンの元となる１つ以上の基底関数を記憶しており、入力部１２によるオペレータからの指示に基づいて、その基底関数の情報をデータパターン生成部９に送る。
【００２９】
（１−３．３）データパターン生成部９
データパターン生成部９は、圧縮データ生成部１１での処理に用いるデータパターンを生成するものである。
【００３０】
図６は、データパターン生成部９で生成するデータパターン（変換行列）の一例として、直交変換手法の一つである離散ウェーブレット変換に用いるデータパターン（変換行列Ｗ）を示す図である。このデータパターン生成部９で生成するデータパターンの条件としては、被変換データ（本実施の形態の場合は、Ａ／Ｄ変換器２からのディジタルデータ）のデータ数に対して大きい次元を有する行列であることが求められる。圧縮データの特性を決める基底関数としてはドビュッシーの２次を用いている。
【００３１】
（１−３．４）圧縮データ生成部１１
圧縮データ生成部１１は、データパターン生成部９で生成されたデータパターンに基づいて、Ａ／Ｄ変換器２からのディジタルデータに変換処理を施すものである。
【００３２】
図７に、一例として、図５に示した検出信号（ディジタル波形１９）に対して、図６に示したデータパターン（変換行列Ｗ）に基づいた変換処理を施した結果を示す。
【００３３】
このような変換処理の一例を、被変換データをｆ、変換結果のデータをｆ’、ウェーブレット変換行列をＷとして示すと下記の（式１）に示す関係が成り立つ。
【００３４】
ｆ‘＝Ｗｆ ・・・・（式１）
離散ウェーブレット変換の性質として変換行列Ｗは、直交性をもっており、圧縮データを再生するには、次の（式２）を実行すればよい。
【００３５】
ｆ＝ＷＴｆ‘ ・・・・（式２）
ここで、上記（式２）における変換行列ＷＴは、変換行列Ｗの転置であると同時に逆行列であるため、圧縮データが再生できる。
【００３６】
図７に示すように、変換結果のデータを構成するデータ要素の値は、データ列の先頭付近に大きな値が集中している。データ列の先頭付近以外のデータ要素の値は、ほぼ零となる。そのため、データ変換手段３の後段の処理や演算においては、データ列の先頭付近のデータ要素のみを用いて行うことで、元データ（被変換データ）の特性をほぼ維持しつつ処理に供するデータ数の大幅な削減を行うことができる。具体的には、データ変換手段３においてデータ列の先頭付近のデータ要素以外のデータを０に置換する、或いは、データ変換手段３の後段において先頭付近のデータ要素以外のデータを計算しないように処理する（例えば、上位の制御装置等に情報を上げる）ことで、処理データの大幅な削減がなされる。
【００３７】
（１−４）振幅・位相情報抽出部４
振幅・位相情報抽出部４は、検出信号波形データ変換手段でデータ圧縮されたデータに基づき演算し、検出信号のＸ信号及びＹ信号を取得するものであり、Ｘ信号を決定するＸ信号抽出部１４と、Ｙ信号を決定するＹ信号抽出部１５とで構成されている。
【００３８】
（１−４．１）Ｘ信号抽出部１４
Ｘ信号抽出部１４は、演算部１４１、参照波形記憶部１４２、及び信号抽出部１４３から構成されている。以下、Ｘ信号抽出部１４における処理について図８〜図１１を参照しつつ説明する。
【００３９】
（１−４．１．１）参照波形記憶部１４２
参照波形記憶部１４２は、演算部１４１での演算に用いる参照波形（図９参照）を記憶するものである。参照波形記憶部１４２に記憶されている参照波形は、Ｘ信号として抽出したい周波数と同一の正弦波である。
【００４０】
（１−４．１．２）演算部１４１
演算部１４１は、データ変換部３からの圧縮データ（図８参照）と参照波形記憶部１４２からの参照波形（図９参照）とを乗算演算するものである。図１０は、図８に示した圧縮データと図９に示した参照波形との乗算演算結果を示している。
【００４１】
（１−４．１．３）信号抽出部１４３
信号抽出部１４１は、オペレータが入力部１６により指示したＸ信号抽出方法（本例では積分演算）に基づき、Ｘ信号（図１１参照）を抽出する。
【００４２】
図１０に示した演算結果は、参照波形のデータをｒとすれば、次の（式３）であらわされる。
【００４３】
ｆ‘ｒ＝（Ｗｆ）・ｒ＝Ｗ（ｆ・ｒ） ・・・・（式３）
これは、検出信号と参照信号を乗算した結果に対してデータ圧縮（データ変換）したものと、初めに検出信号を圧縮（変換）しておき、その後参照信号を乗算演算した結果は等価であることを示している。圧縮データ（図８参照）を構成する要素値は、図１０に示した演算結果データも図７に示した場合と同様に、データ列の先頭付近の点線で囲む範囲２０に大きな値を示しており、それ以外の領域ではほぼ零になっている。これは、データ列の先頭付近の範囲２０のみの演算で、波形数周期分のデータの演算を近似して求めることができることを意味している。
【００４４】
なお、本実施の形態のように、ドビュッシーの２次の基底関数を用いた離散ウェーブレット変換をデータパターンとして用いた場合、図１０の先頭（範囲２０）の値は、圧縮前のデータ（検出信号）の平均値に対応する値をとるため、一般的な渦電流探傷装置で必要な乗算器演算後の積分演算が不要であり、演算数の低減が本発明で可能となる。
【００４５】
（１−４．２）Ｙ信号抽出部１５
Ｙ信号抽出部１５は、演算部１５１、参照波形記憶部１５２、及び信号抽出部１５３から構成されている。Ｙ信号抽出部１５において、Ｘ信号抽出部１４との相違点は、参照波形記憶部１５２に記憶されている参照波形の位相が、参照波形記憶部１４２に記憶されている参照波形（図９参照）の位相と異なる点である。たとえば、参照波形記憶部１４２の参照波形が試験周波数と同一の正弦波であるとすれば、参照波形記憶部１５２の参照波形は、参照波形記憶部１４２の参照波形に対して位相が９０度異なる余弦波である。なお、その他の構成は、Ｘ信号抽出部１４と同様の構成を有しており、説明を省略する。
【００４６】
（１−４．３）入力部１６
入力部１６は、Ｘ信号抽出方法及びＹ信号抽出方法を信号抽出部１４３，１５３に指示するものであり、入力部１２，１３と兼用であっても良い。
【００４７】
（１−５）表示部５
図１２に示すように、表示部５は、振幅・位相情報抽出部４で算出されたＸ信号及びＹ信号の表示や各種設定を行うものであり、検出結果表示部２１と設定表示部２２とを備えている。
【００４８】
（１−５．１）検出結果表示部２１
結果表示部２１は、横軸にＸ信号、縦軸にＹ信号をプロットしたグラフ（リサージュ図）であり、検出信号の振幅２１ｂ（｜Ｖ｜）と位相２１ｃ（θ）を表現している。Ｘ信号、Ｙ信号、振幅２１ｂ及び位相２１ｃの関係は、下記の（式４）及び（式５）で表される。
【００４９】
｜Ｖ｜＝（Ｘ２＋Ｙ２）−１／２ ・・・・（式４）
θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ） ・・・・（式５）
信号パターン２１ａは、被検査体１００における検査部分の傷などの有無でＸ信号及びＹ信号が連続的に変化することで形成される。
【００５０】
（１−５．２）設定表示部２２
設定表示部２２は、周波数設定部２２ａ、演算方法設定部２２ｂ、圧縮手法設定部２２ｃ、及び圧縮率設定部２２ｄを備えている。これらの設定は、キーボード（図示せず）やポインタデバイス２３等による指定により決定する。
【００５１】
（１−５．２．１）周波数設定部２２ａ
周波数設定部２２ａは、励磁電源６から渦電流プローブ１に供給する励磁電流（正弦波電流）の周波数（測定周波数）を設定するものである。また、参照信号記憶部１４２，１５２から読み出される参照信号の周波数も同時に設定される。
【００５２】
（１−５．２．２）演算方法設定部２２ｂ
演算方法設定部２２ｂは、Ｘ信号及びＹ信号の導出に用いる演算方法を設定するものであり、図１では入力部１６の機能に対応する。設定としては、図１２に示したデータ圧縮の他、従来式の演算方法などが設定可能である。演算方法設定部２２ｂにおいて、データ圧縮を選択した場合に、圧縮手法設定部２２ｃ及び圧縮率設定部２２ｄが有効（設定可能）となる。
【００５３】
（１−５．２．３）圧縮手法設定部２２ｃ
圧縮手法設定部２２ｃは、データ圧縮時のデータパターンを指定する入力部であり、図１では入力部１２に対応する。データパターンとしては、データ圧縮を可能とする信号処理手法がリストされ、フーリエ変換、Ｗａｖｅｌｅｔ（ウェーブレット変換）、カーブレット変換、などが用いられる。また、フーリエ変換、Ｗａｖｅｌｅｔ（ウェーブレット変換）、カーブレット変換のアルゴリズムや、基底関数の指定が可能である。なお、本実施の形態では、アルゴリズムとしてウェーブレット変換を選択し、基底関数としてドビュッシーの２次を選択した場合を示している。
【００５４】
（１−５．２．４）圧縮率設定部２２ｄ
圧縮率設定部２２ｄは、データ圧縮率を設定するものであり、図１では入力部１３に対応する。設定が１００％のときは、全てのデータ情報を用いることになり、２５％の場合は、全てのデータ情報の４分の１に対応するデータ量で信号を導出することになる。１００％の場合は、従来法による演算結果と等しくなる。一方データ量がすくないほど、従来法の結果と離れる。しかしながら、健全部の信号と、欠陥部の信号というように、信号差の関係性は変わらない。この圧縮率を変えることにより、例えば、図８〜図１０に点線で示した範囲２０の幅、すなわち、後段の演算に用いるデータ量を変えることができる。
【００５５】
（２）探傷検査の手順
以上のように構成した本実施の形態の渦電流探傷装置における探傷検査手順について説明する。
【００５６】
被検査体１００の探傷検査を行う場合、まず、渦電流探傷装置の入力部１２，１３，１６（又は、図示しない入力手段）により、表示部５に表示された設定表示部２２の測定周波数、演算方法、圧縮手法、及び圧縮率などを設定する。
【００５７】
次に、渦電流プローブ１を被検査体１００の検査対象部位に近接させ、励磁電源６により励磁電流を機供給する。続いて、渦電流プローブ１に励磁電流を供給して交流磁束を生成し、この交流磁束で被検査体１００に生じる渦電流により発生する磁場を検出し検出信号として取得する。検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ２、データ変換部３、及び振幅・位相情報抽出部４の順に処理され、表示部５の検出結果表示部２１にリサージュ図形として表示される。このとき、被検査体を流れる渦電流により生じる磁場は被検査体の導電率や透磁率などによって変化するが、被検査体に傷がある場合にも渦電流が変化して磁場が変化する。この磁場の変化を検出することにより、その傷の形状（大きさ）や位置（深さ）を検出する。
【００５８】
（３）作用効果
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【００５９】
渦電流探傷装置においては、リサージュ図を得るために、渦電流探傷装置の内部において試験周波数と同一の正弦波と余弦波とを発生させ、それぞれを検出磁場波形と乗算器で演算し、その後、低域フィルタ、すなわち積分器で演算することにより、正弦波の同位相成分（Ｘ信号）と９０度位相が異なる成分（Ｙ信号）とに分解し、このＸ信号とＹ信号をそれぞれ平面グラフの縦軸、横軸にプロットすることで、振幅と位相をリサージュ図に表現している。
【００６０】
一般的な渦電流探傷の信号処理について図１３〜図１６を参照しつつ簡単に説明する。図１３〜図１６は、一般的な渦電流探傷におけるＸ信号の抽出過程を示したものであり、図１３はディジタルサンプリングされた磁場検出信号、図１４は正弦波の参照信号、図１５は磁場検出信号と参照信号とを乗算器で演算した結果、図１６は乗算器で演算した結果の平均値より求められるＸ信号の波形である。磁場検出信号（図１３参照）と参照信号（図１４参照）とを乗算器で演算すると、両者が同一周波数である場合、参照信号が正弦波であるとすると、位相差θに対応した正弦ＳＩＮθと対象の周波数の２倍の正弦波の和になることが知られている（図１５参照）。ここで、図１５の平均値を積分演算などで求めれば、２倍の高調波成分は削除され、図１６に示すようにＳＩＮθに対応した一定値成分が抽出される。また、参照信号を余弦波とすれば、上記と同様の処理過程で、ＣＯＳθに対応した一定値成分が抽出される。すなわち、Ｘ信号及びＹ信号を抽出することになる。このような渦電流探傷器では、図１５に対する積分演算を数周期に渡って演算する必要があり、時間がかかる課題がある。
【００６１】
このような渦電流探傷装置において、従来技術では、信号処理の高速化を目的として、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器を利用して検査信号の波形をサンプリングし、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で、Ｘ信号及びＹ信号を算出している。しかしながら、従来技術においては、ＤＳＰを用いて信号処理速度で律速となるアナログ電子回路を極力減することにより、探傷試験の高速化を目指しているが、Ｘ信号及びＹ信号を算出する際に磁場信号波形に対して適用する低域フィルタ（すなわち積分器）における積分演算に関する演算量は依然として多大であって処理に多くの時間が必要であった。
【００６２】
これに対し、本実施の形態においては、サンプリング手段によりサンプリングされたディジタルデータを圧縮して圧縮データを生成し、その圧縮データに基づいて、磁場検出手段における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出するように構成したので、渦電流探傷装置による探傷試験をより高速化することができる。
【００６３】
なお、データパターン生成部９で生成するデータパターンを周波数別の正弦波とすれば、データ圧縮は、周波数スペクトラムとなるので、周波数フィルタとして用いることができる。つまり、表示部５の設定表示部２２において、入力部１２，１３，１６などにより、演算の対象とする圧縮データのデータ要素を周波数別の正弦波とするように設定すれば、除去対象のノイズ成分を設定することになり、周波数フィルタの機能を具備することができる。
【００６４】
また、本実施の形態のように、データパターンを離散ウェーブレット変換とすれば、データ圧縮は、ウェーブレットスペクトラムとなり、ウェーブレット変換に基づく周波数フィルタとして用いることができる。つまり、表示部５の設定表示部２２において、入力手段１２，１３，１６などにより、演算の対象とする圧縮データのデータ要素を離散ウェーブレット変換に設定すれば、除去対象のノイズ成分を設定することになり、ウェーブレット変換に基づく周波数フィルタの機能を具備することができる。
【００６５】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施を図１７を参照しつつ説明する。
【００６６】
本実施の形態は、第１の実施の形態におけるデータ変換部３により生成される圧縮データを記憶するメモリ９０を新たに設け、このメモリ９０から振幅・位相情報抽出部４に圧縮データを送るように構成したものである。図中、第１の実施の形態で説明したものと同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
図１７は、本実施の形態に係る渦電流探傷装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【００６８】
図１７において、本実施の形態に係る渦電流探傷装置は、渦電流プローブ１、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２、データ変換部３、振幅位相情報抽出部４、表示部５、励磁電源６、メモリ９０及び、図示しない全体制御装置により概略構成されている。
【００６９】
メモリ９０は、データ変換部３の圧縮データ生成部１１と振幅・位相情報抽出部４のＸ信号抽出部１４及びＹ信号抽出部との間に設けられており、データ変換部３から出力される圧縮データを記憶し、振幅・位相情報抽出部４に出力するものである。メモリ９０は、渦電流プローブ１による被検査体１００の渦電流検出時にはデータ変換部３からの圧縮データを記憶し、試験終了後などに行う後処理時に記憶した圧縮データを振幅・位相情報抽出部４に出力する。
【００７０】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００７１】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、メモリ９０に記憶する圧縮データは、圧縮データのデータ要素の値が大きいデータ列の先頭付近（図８の範囲２０等参照）であるため、振幅・位相抽出手段４の演算速度より、メモリ９０の記憶速度が速い場合は、さらなる高速測定が可能である。
【００７３】
さらに、並列制御で有利なＦＰＧＡを利用すれば、メモリ９０を並列化し、大容量かつ高速な渦電流探傷装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 渦電流プローブ
２ Ａ／Ｄコンバータ
３ データ変換部
４ 振幅・位相情報抽出部
５ 表示部
６ 励磁電源
７ 励磁コイル
８ 磁場検出素子
９ データパターン生成部
１０ メモリ
１１ 圧縮データ生成部
１２，１３，１６ 入力部
１４ Ｘ信号抽出部
１５ Ｙ信号抽出部
９０ メモリ
１４１，１５１ 演算部
１４２，１５２ 参照波形記憶部
１４３，１５３ 信号抽出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する磁場検出手段と、
前記磁場検出手段からの検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出すサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によりサンプリングされたディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成するデータ変換手段と、
前記データ変換手段からの圧縮データに基づいて、前記磁場検出手段における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する振幅・位相情報抽出手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項２】
請求項１記載の渦電流探傷装置において、
前記データ変換手段は、
オペレータにより予め入力された前記圧縮データのデータパターンに関する情報に基づいてデータパターンを生成するデータパターン生成手段と、
前記データパターン生成手段で生成したデータパターンと前記サンプリング手段からのディジタルデータとを演算した結果得られるデータ一致度と、オペレータにより予め入力されたデータ圧縮率情報とに基づき圧縮データを生成する圧縮データ生成手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項３】
請求項１記載の渦電流探傷装置において、
前記データ変換手段は、
予め定めた基底関数に基づいて、データパターンを生成するデータパターン生成手段と、
前記データパターン生成手段で生成したデータパターンに基づいて、前記サンプリング手段からのディジタルデータを変換して変換データを作成し、この変換データに基づいて圧縮データを生成する圧縮データ生成手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の渦電流探傷装置において、
前記データパターン生成手段は、離散ウェーブレット変換に基づいてデータパターンを生成することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項５】
請求項１記載の渦電流検査装置において、
前記振幅・位相情報抽出手段は、
前記データパターン生成手段で得られる圧縮データのうち少なくとも一つのデータと、前記被検査体に作用させる交流磁場の試験周波数と同一の正弦波或いは余弦波の参照波形とを演算する演算手段と、
前記演算手段の結果より、渦電流探傷信号のＸ信号或いはＹ信号を決定する信号抽出手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項６】
請求項４記載の渦電流探傷装置において、
前記離散ウェーブレット変換には、ドビュッシー二次の基底関数を用い、
前記振幅・位相情報抽出手段における前記信号抽出手段では、少なくとも前記演算手段の演算結果の第一データ要素を用いること
を特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項７】
請求項５記載の渦電流探傷装置において、
前記演算手段にノイズ成分を設定する入力手段を備え、
前記入力手段の情報に基づき圧縮データ要素を演算すること
を特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項８】
交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する手順と、前記検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出す手順と、前記ディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成する手順と、前記圧縮データに基づいて、前記検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する手順とを設けたことを特徴とする渦電流探傷方法。
【請求項１】
交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する磁場検出手段と、
前記磁場検出手段からの検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出すサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によりサンプリングされたディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成するデータ変換手段と、
前記データ変換手段からの圧縮データに基づいて、前記磁場検出手段における検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する振幅・位相情報抽出手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項２】
請求項１記載の渦電流探傷装置において、
前記データ変換手段は、
オペレータにより予め入力された前記圧縮データのデータパターンに関する情報に基づいてデータパターンを生成するデータパターン生成手段と、
前記データパターン生成手段で生成したデータパターンと前記サンプリング手段からのディジタルデータとを演算した結果得られるデータ一致度と、オペレータにより予め入力されたデータ圧縮率情報とに基づき圧縮データを生成する圧縮データ生成手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項３】
請求項１記載の渦電流探傷装置において、
前記データ変換手段は、
予め定めた基底関数に基づいて、データパターンを生成するデータパターン生成手段と、
前記データパターン生成手段で生成したデータパターンに基づいて、前記サンプリング手段からのディジタルデータを変換して変換データを作成し、この変換データに基づいて圧縮データを生成する圧縮データ生成手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の渦電流探傷装置において、
前記データパターン生成手段は、離散ウェーブレット変換に基づいてデータパターンを生成することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項５】
請求項１記載の渦電流検査装置において、
前記振幅・位相情報抽出手段は、
前記データパターン生成手段で得られる圧縮データのうち少なくとも一つのデータと、前記被検査体に作用させる交流磁場の試験周波数と同一の正弦波或いは余弦波の参照波形とを演算する演算手段と、
前記演算手段の結果より、渦電流探傷信号のＸ信号或いはＹ信号を決定する信号抽出手段と
を備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項６】
請求項４記載の渦電流探傷装置において、
前記離散ウェーブレット変換には、ドビュッシー二次の基底関数を用い、
前記振幅・位相情報抽出手段における前記信号抽出手段では、少なくとも前記演算手段の演算結果の第一データ要素を用いること
を特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項７】
請求項５記載の渦電流探傷装置において、
前記演算手段にノイズ成分を設定する入力手段を備え、
前記入力手段の情報に基づき圧縮データ要素を演算すること
を特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項８】
交流磁場を被検査体に作用させて該被検査体に発生させた渦電流により生じる磁場を検出する手順と、前記検出信号を予め定めた間隔毎にディジタル値として取り出す手順と、前記ディジタルデータを圧縮し、圧縮データを生成する手順と、前記圧縮データに基づいて、前記検出信号の振幅位相平面でのＸ座標成分およびＹ座標成分を算出する手順とを設けたことを特徴とする渦電流探傷方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１８９４８６（Ｐ２０１２−１８９４８６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４１４６（Ｐ２０１１−５４１４６）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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