特徴化技術

田口玄一博士が1995年にMT法(MTS)を提案したとき、文字や波形パターンの特徴化のアイディアも併せて提案しました。特徴化のアイディアとは、パターンに複数の線を定義し、線がパターンを横切る数や線上のパターンの量を数えるという方法です。そしてマハラノビス距離とのセットを、マハラノビス・タグチ・システム(MTS)と命名しました。セットとしての定義はあまり知られていませんが、当時の品質工学会誌に記載されています。
田口博士はこれらの特徴量を「微分特性」「積分特性」と名付けました。しかし意味が分かりにくいため、後年私たちは「変化量」「存在量」と呼ぶことにしました。意味は以下のとおりです。

文字パターンの特徴量

文字パターンの場合:
左図は数字5を横5×縦7のグリッドに書いたパターンです。中央の4行目に赤い線を描いてありますが、この線上のパターンが白→黒あるいは黒→白と変化する数を数えます。この場合は2回変化していますので、“変化量=2”となります。また、赤線の上の黒いグリッド数は4個ありますので、“存在量=4”となります。これを上から下まで数えると、変化量は(1,2,2,2,1,1,1)となり、存在量は(5,1,1,4,1,1,5)となります。全部で14個の特徴量となります。

波形パターンの特徴量

波形パターンの場合(1):
考え方は文字パターンの場合と同じですが、変化量・存在量を求めるために複数の横線を設定します。この線を「標本線」と呼びます。左図では11本の線が引かれており、各線から変化量・存在量が抽出されますので、合計22個の特徴量となります。標本線の上下位置や本数は正常波形を技術者の目で見て、適切に設定します。ポイントをつかめばそれほど難しい作業ではありません。
振動波形では数千~数万サンプルありますから、数百サンプルずつに分けて特徴抽出するのが一般的です。
振動や音などの特徴量としては、周波数解析(FFT)などが利用されてきましたが、ここに示した方法を適用すると、より高感度な異常検知が可能です。

スペクトル波形の例蛍光灯のスペクトル
圧力波形の例圧着時の圧力履歴

波形パターンの場合(2):
波形には振動のように継続的に計測されるものと、スペクトルのように1スキャンで計測されるものとがあります。後者では横軸のどの位置にどのような形状のピーク波形があるか、ということが重要です。ピークはクロマトグラムのように複数ある場合や、圧力履歴曲線のように1個の場合があります。下図の左は蛍光灯の光の分光特性で、横軸が波長、縦軸がエネルギーを示します。右は圧着端子の圧力履歴曲線です。いずれの場合も、正常品であれば一定のばらつき範囲内にありますが、異常であればピークの位置や山形状にズレが生じます。
このような波形についても、標本線を利用した特徴抽出の技術が開発されており、的確に形状を捉えることができます。

特徴化技術の適用:
ここでご説明した波形特徴化の技術は、振動や音、スペクトル波形などに利用されています。MT法と組み合わせることで、周波数解析では捉えられなかった異常を高感度に検出し、人間作業から置き換えることができます。また、工業製品の特性検査や、薬剤成分の品質検査などにも利用されています。
さらに、外観検査にも適用されています。画像を波形集合と置き換えて特徴抽出を行い、傷や汚れなどの検査を行います。従来の画像処理では達成できなかった異常検出感度と処理速度が実現できます。

波形からの特徴量抽出処理は、WaveTool や ATSpectrum で、
画像検査は REM-Image で実行することができます。

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