第 5 章 ニューラルネットワークを適用した超音波探傷試験の欠陥性状同定
5.5 ニューラルネットワークを適用した斜角探傷試験の欠陥性状同定
5.5.3 シミュレーション結果を入力とした欠陥性状推定結果
構築したニューラルネットワークの推定精度を確認するために，教師データとは別に欠 陥深さ，傾き，長さをランダムに組合せてSPMシミュレーションを行ない，20組の推定 用探傷データを準備し，得られた入力値をニューラルネットワークに入力して得られた欠 陥深さ，傾き角，長さの推定結果をFig.5.11に示す。グラフの横軸は欠陥パラメータ推定 値を表し，縦軸は実欠陥のパラメータを表している。Fig.5.11(a) は欠陥中心深さの推定結 果で，推定値は実深さに対して±5％以内で推定できていることがわかる。Fig.5.11(b) は 欠陥傾き角の推定結果であり，実際の傾き角に対してほぼ±5%程度の誤差で推定できてい る。Fig.5.11(c) は欠陥長さの推定結果を示している。欠陥中心深さ，傾き角の推定値より 誤差が若干大きいが，推定値は実欠陥長さに対して±10%程度の誤差で推定できている。
なお，欠陥傾き角あるいは欠陥長さ同定用のニューラルネットワークを学習する際，エコ ー高さと伝播時間だけを入力とした場合，ニューラルネットの学習が収束しなかった。こ れは入力値から欠陥性状を同定するための情報量が不足したことが原因であると推察され る。また，走査グラフのピークが一つの場合と二の場合に分けて，ニューラルネットワー クを構築すれば推定精度がさらに向上する可能性があると考えられる。
Simulation of Ultrasonic Wave Propagation
Estimating the Defect Depth
Training of depth identification network
Estimating
the Defect Angle Estimating the Defect Length Preparation of Training Data
Training of angle identification network
Training of length identification network
83
(a) Estimate result of defect depth (b) Estimate result of defect angle
(c) Estimate result of defect length
Fig.5.11 Defect identification results by neural network
5.5.4 斜角探傷試験結果を入力とした欠陥性状推定結果
本節では，人工欠陥試験体の超音波探傷試験を実施し，前節で構築したニューラルネッ トワークに探傷試験結果を入力し欠陥性状の推定を行い，構築したニューラルネットワー クの推定精度および実用性を検証した。
(1) 人工欠陥試験体の超音波斜角探傷試験
傾きのあるスリット欠陥を超音波探傷試験する目的のために人工欠陥試験体を作製した。
欠陥の傾き，深さおよび長さをFig.5.12に示す。試験体側面から放電加工によりスリット 状に人工欠陥を入れており，欠陥は実際の欠陥に近い形として欠陥幅 0.6mm のスリット状
10 15 20 25 30 35
10 15 20 25 30 35
Actual defect depth（mm）
Estimate defect depth（mm） : Estimate value
: ±5% error
20 40 60 80
20 40 60 80
Actual defect angle （deg）
Estimate defect angle（deg） : Estimate value
: ±5% error
1 3 5 7 9
1 3 5 7 9
Actual defect length（mm）
Estimate defect length （mm）
: Estimate value : ±10% error
84
の欠陥とした。各試験体内のスリット欠陥は長さおよび欠陥中心深さが同じで，欠陥傾き 角を変えている。一つの試験体に寸法が異なる複数の欠陥を入れているが，探傷試験を実 施する際，隣接する欠陥の影響を受けないようにスリット欠陥の間隔を十分に大きくして いる。また，試験体の上面および下面から探傷することにより，異なる欠陥深さの欠陥を 探傷することができる。
試験体①は欠陥長さ 2mm，欠陥傾き角は各々30°，45°，50°，60°，70°，欠陥深さ は 16mm と 24mm である。試験体②は欠陥長さ 4mm，欠陥傾き角は各々15°，30°，45°，
60°，欠陥深さは 16mm と 24mm である。また，この試験体②には相対エコー高さの基準と なる直径 3mm，深さ 21.2mm の横穴円形欠陥（標準欠陥）を入れている。試験体③は欠陥長 さ 7mm，欠陥傾き角は各々30°，45°，50°，60°，70°で欠陥深さは 20mm と 28mm であ る。試験体④は欠陥長さおよび欠陥傾き角は試験体③と同じで欠陥深さが 16mm と 24mm と なっている。
Length×Width×thickness (mm) 350×50×40 Defect hight (mm) Defect angle (deg.)
1.00 30
1.41 45
1.53 50
1.73 60
1.88 70
(a) Specimen ①（Defect length 2mm）
85
Length×Width×thickness (mm) 350×50×40 Defect hight (mm) Defect angle (deg.)
1.04 15
2.00 30
2.83 45
3.46 60
Length×Width×thickness (mm) 350×50×48 Defect hight (mm) Defect angle (deg.)
3.50 30
4.95 45
5.36 50
6.06 60
6.85 70
(b) Specimen ②（Defect length 4mm）
(c) Specimen ③（Defect length 7mm）
86
Fig.5.13に計測に使用したOLYMPUS社製の超音波探傷器「EPOCH LT」とジャパン
プローブ（株）社製の斜角探触子「2C10×10A45」を示す。この斜角探触子は周波数2MHz，
振動子寸法10mm×10mm，屈折角45°である。
Ultrasonic flaw detector「EPOCH LT」
Fig.5.13 Ultrasonic flaw detector and angle probe
Length×Width×thickness (mm) 350×50×40 Defect hight (mm) Defect angle (deg.)
3.50 30
4.95 45
5.36 50
6.06 60
6.85 70
Fig.5.12 Specimen for angle beam ultrasonic testing (d) Specimen ④（Defect length 7mm）
Angle probe（frequency 2MHz, transducer 10mm×10mm, angle of refraction
45deg.)
87
以上で説明した人工欠陥試験体を用いて試験を実施した。試験方法は探触子を試験体表 面で前後走査し，人工欠陥からのエコーが最大となる探触子位置でのエコー高さ，ビーム 路程を計測し，その位置を原点（0）とし，この位置から探触子を前方に3mm，後方に3mm 動かした位置でのエコー高さとビーム路程を計測した。欠陥エコー高さは，試験体②の直
径3m，深さ 21.2mmの標準欠陥から得られるエコー高さを基準とした相対エコー高さと
した。
(2) 推定結果
シミュレーション結果を用いて学習した前節のニューラルネットワークに，試験により 得られた各欠陥のエコー高さ，伝播時間を入力して欠陥性状の推定を行った。推定結果を 以下に示す。
（ⅰ）欠陥中心深さ推定結果
欠陥中心深さの推定結果をTable 5.5およびFig.5.14に示す。推定を行った欠陥では，
推定誤差は最大6.5%，誤差の絶対量で見ると最大1.5mmの誤差で欠陥中心深さを推定で きている。
Table 5.5 Estimate results of defect depth
Depth (mm)
Angle (deg)
Length (mm)
16.0 45.0 2.0 16.7 4.4 0.7
16.0 45.0 4.0 15.3 -4.4 0.7
20.0 30.0 2.0 21.3 6.5 1.3
20.0 50.0 7.0 20.8 3.9 0.8
24.0 30.0 4.0 22.6 -5.8 -1.4
24.0 45.0 7.0 24.4 1.7 0.4
24.0 60.0 2.0 25.5 6.3 1.5
24.0 60.0 4.0 23.8 -0.8 -0.2
28.0 45.0 2.0 27.2 -2.9 -0.8
28.0 70.0 7.0 28.6 2.1 0.6
error (%)
error (mm) Actual data
estimated depth (mm)
88
Fig.5.14 Relationship between actual defect depth and estimated defect depth
（ⅱ）欠陥傾き角推定結果
欠陥傾き角の推定結果をTable 5.6およびFig.5.15に示す。推定を行った欠陥では，推 定誤差は最大12.0%，誤差の絶対量で見ると最大7.7度の誤差で欠陥傾き角を推定できて いる。
Table 5.6 Estimate results of defect angle 10
15 20 25 30 35
10 15 20 25 30 35
Actual defect depth（mm）
Estimate defect depth（mm） : Estimate value
: ±10% error
Depth (mm)
Angle (deg)
Length (mm)
16.0 45.0 2.0 42.8 -4.9 -2.2
16.0 45.0 4.0 49.4 9.8 4.4
20.0 30.0 2.0 31.2 4.0 1.2
20.0 50.0 7.0 49.1 -1.8 -0.9
24.0 30.0 4.0 33.6 12.0 3.6
24.0 45.0 7.0 44.3 -1.6 -0.7
24.0 60.0 2.0 61.8 3.0 1.8
24.0 60.0 4.0 55.9 -6.8 -4.1
28.0 45.0 2.0 43.7 -2.9 -1.3
28.0 70.0 7.0 62.3 -11.0 -7.7
error (deg) Actual data
estimated angle (deg)
error (%)
89
Fig.5.15 Relationship between actual defect angle and estimated defect angle
（ⅲ）欠陥長さ推定結果
欠陥長さの推定結果をTable 5.7およびFig.5.16に示す。推定を行った欠陥では，推定 誤差は最大15.0%の推定誤差となった。誤差の絶対量で見ると推定誤差が 1mm より小さ い場合がほとんどであり，振動子幅以下の欠陥長さ推定精度が極端に低下する従来の推定 法であるデシベルドロップ法や端部エコー法に比べて，欠陥長さの推定精度は格段に向上 している。
Table 5.7 Estimate results of defect length 20
40 60 80
20 40 60 80
Actual defect angle（deg）
Estimate defect angle（deg）
: Estimate value : ±10% error
Depth (mm)
Angle (deg)
Length (mm)
16.0 45.0 2.0 2.2 10.0 0.2
16.0 45.0 4.0 4.6 15.0 0.6
20.0 30.0 2.0 1.9 -5.0 -0.1
20.0 50.0 7.0 6.5 -7.1 -0.5
24.0 30.0 4.0 3.7 -7.5 -0.3
24.0 45.0 7.0 7.2 2.9 0.2
24.0 60.0 2.0 1.8 -10.0 -0.2
24.0 60.0 4.0 3.5 -12.5 -0.5
28.0 45.0 2.0 2.3 15.0 0.3
28.0 70.0 7.0 7.7 10.0 0.7
error (mm) Actual data
estimated length (mm)
error (%)